JP2004202668A

JP2004202668A - 研磨クロス

Info

Publication number: JP2004202668A
Application number: JP2002378137A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Shibagaki; 茂樹柴垣; Yoshiaki Katao; 吉明堅尾
Original assignee: Rodel Nitta Inc
Current assignee: Nitta DuPont Inc
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】ウエハでの平坦性を向上すると共に研磨クロスの寿命を長くできる研磨クロスを提供すること。
【解決手段】研磨クロス１０は、有機系の繊維材料が樹脂中に分散された硬質の表面層１を有する。また、研磨クロス１０は、有機系の繊維材料が樹脂中に分散された硬質の表面層１と、表面層１の裏面側に配置された軟質層３と、表面層１と軟質層３との間に配置されており、研磨スラリーの軟質層３側への浸透を抑制し得る中間層２と、を有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン、ガリウム砒素やインジウム燐などの半導体基板または半導体ウエハ、各種基板、ガラス、ＬＣＤ、ディスクなどの表面を研磨する際に使用する研磨クロスに関し、特に半導体（ＬＳＩ等のデバイス）作製工程で必要とされているプラナリゼーション工程（ＣＭＰプロセスと称されることが多い）を中心として平坦性が重要となる研磨工程に使用する研磨クロスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体ウエハの研磨は、研磨クロスを下定盤側に保持し、研磨対象物である半導体ウエハを上定盤側に保持して、研磨スラリーを供給しながら、半導体ウエハと研磨クロスを加圧した状態で相対的に摺動させることによって行われる。
【０００３】
ところで、最近では半導体ウエハ表面の高平坦度がさらに必要とされ、半導体ウエハ表面の平坦性を向上させるため、比較的高硬度の研磨クロスが使用されてきたが、研磨加工時の研磨クロス自体の劣化による早期寿命、および研磨対象物への傷等が発生している。すなわち、シリコンウエハなどの研磨による平坦性は、高硬度、低圧縮率の研磨クロスを使用した時に向上が見られる。この理由は、使用する研磨クロスが高硬度化されることによるモビリティーの減少に起因しており、研磨対象物の表面に存在する突起などに対してより高い平坦性を保持したまま研磨加工できることにある。
【０００４】
しかし、研磨クロスが硬すぎると、被加工物にスクラッチや傷が入りやすく、また被加工物のバッチ内の板厚のばらつきおよび定盤の平面精度の誤差、研磨時の定盤の変形による研磨圧力分布のばらつきを吸収できず、研磨加工圧力のばらつきが生じる。その結果、研磨クロスの表面層が早く磨耗したり、目詰まりを起こして、安定した研磨結果が得られないという欠点がある。
【０００５】
逆に、研磨クロスの表面層とベース層が柔らかすぎると、被加工物のロールオフが悪化するという欠点がある。
【０００６】
例えば、ILD(酸化物)用研磨クロス２０は、図３で示すように、通常、表面層１１とベース層１３の２層構造のパッドから作製される。具体的には、ＩＣ１４００（登録商標）のように、固いＩＣパッド(硬質樹脂)とウレタンフォーム(軟質樹脂)を貼り合わせて構成されている。このように２段構成にすることによって、軟質層１３がスクラッチ等、傷の発生を減少させ、表面層１１がマクロな平坦性の向上(ロールオフの減少)のために有効に機能する（例えば、特開平１１−１５６７０１号公報：特許文献１）。
【０００７】
このような構成のＩＣパッドを使用することによって、ディッシング、エロージョンやスクラッチの発生を抑制することが可能であった。
【０００８】
ところで、ＣＭＰで使用される表面層には、ＩＣ１０００（登録商標）のような独立発泡体を多数含むウレタン樹脂等が使用されてきていた。よって、ＣＭＰプロセスの最中に、独立発泡体にスラリーを含有させることができるため、一定の研磨速度のＣＭＰプロセスを行うことができた。
【０００９】
しかし、デバイスにおけるＣＭＰ工程数の増加に従い、より硬質なパッドが使用されるようにはなってきているものの、研磨を行なうに従い、パッドが摩耗していくのは避けられず、８インチ径のウエハーにして４００枚程度を使用した後には、パッドを交換する必要があった。
【００１０】
このように、ＩＣパッドを交換することによって作業効率が落ち、生産性を減少させ、なおかつＩＣパッドの費用が発生していた。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−１５６７０１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の欠点を解消するためになされたものであって、その目的とするところは、ウエハでの平坦性を向上すると共に研磨クロスの寿命を長くすることができる研磨クロスを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の研磨クロスは、有機系の繊維材料が樹脂中に分散された硬質の表面層を有し、そのことにより上記目的が達成される。
【００１４】
請求項２記載の研磨クロスは、有機系の繊維材料が樹脂中に分散された硬質の表面層と、該表面層の裏面側に配置された軟質層と、該表面層と該軟質層との間に配置されており、研磨スラリーの軟質層側への浸透を抑制し得る中間層と、を少なくとも有し、そのことにより上記目的が達成される。
【００１５】
一つの実施態様では、前記表面層が、アスカーＣ硬度が８０〜９５°である発泡ポリウレタンからなり、前記有機繊維材料がポリイミド繊維、テフロン（登録商標）繊維またはポリエステル繊維からなり、前記軟質層が発泡ウレタン樹脂にて形成されている。
【００１６】
一つの実施態様では、前記表面層の硬度がアスカーＣで８５〜９０°であり、圧縮率が０．５〜１．５％である。
【００１７】
本発明の作用は次の通りである。
【００１８】
請求項１記載の研磨クロスは、ポリウレタン等の発泡樹脂中に有機繊維材料が分散された表面層を有することにより、表面層の硬度を向上させおよびその靱性を高めて、摩耗し難くすることができる。また、有機繊維を使用することにより、ウエハ等の被加工物にスクラッチや傷等が発生することがない。
【００１９】
請求項２記載の研磨クロスは、少なくとも三層構造からなり、請求項１に記載した表面層と、中間層と、裏面側の軟質層と、を有する。
【００２０】
２層目の中間層は、研磨スラリーが軟質層側へ透過し難い、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどの材料で形成され、また被加工物のロールオフ、外周部のダレが生じないように、研磨クロスにコシを持たせ局部変形しないようにする。
【００２１】
３層目の軟質層は、軟質弾性構造を有し、被加工物のバッチ内の板厚バラツキおよび定盤の平面精度の誤差、研磨時の変形による研磨圧力分布のバラツキを軽減する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
【００２３】
本発明の一実施形態の研磨クロスは、図１に示すように、少なくとも表面層１と該表面層１の裏面側に配置される軟質層３とを有する。この軟質層３の裏面側には両面粘着テープが適宜積層され、またその粘着テープの裏面側に離型シートが剥離可能に貼着される。
【００２４】
また、本発明の他の実施形態の研磨クロスは、図２に示すように、上記表面層１と軟質層３との間に、さらに中間層２が積層される。
【００２５】
上記表面層１は、有機繊維材料４がポリウレタン等の樹脂中に均一に分散された発泡層にて形成され、その厚みは０．２〜２．０ｍｍが好ましい。表面層１を構成する樹脂としては、従来よりこの種の研磨クロスの発泡層を形成するものが使用できる。例えば、表面層１を構成する樹脂としては、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル等の一種または２種以上から、公知の注型法、押し出し成形法等によって製造することができる。通常は、これらの樹脂のうち、熱可塑性樹脂を用い、注型法、押し出し成形法によって製造されるが、熱硬化性樹脂を用いて加熱硬化させることで製造して得てもよい。
【００２６】
この発泡層の表面は平滑加工され発泡層の表面には多数の独立発泡の孔６が形成される。また、図１および図２に示すように複数本の溝４を形成してもよい。
【００２７】
有機繊維材料としては、ポリイミド繊維、テフロン（登録商標）繊維、またはポリエステル繊維等を使用することができ、その繊維長は０．２〜２．０ｍｍが好ましくい、さらに好ましくは０．１〜１．０ｍｍである。また、その添加量は、樹脂に対して１〜２０重量％が好ましく、特に好ましくは１〜１０重量％である。少なすぎると効果がなく、多すぎると成形性が低下する。
【００２８】
表面層１のアスカーＣ硬度は８０〜９５°が好ましく、特に８５〜９０°が好ましい。
【００２９】
軟質層３は、発泡ウレタン樹脂や不織布にて形成することができ、その軟質層３の好ましい厚みは０．３〜２．０ｍｍである。
【００３０】
中間層２はＰＥＴフィルム、硬質ウレタンシート等の基材シートを使用することができ、その厚みは０．２〜１．０ｍｍが好ましい。上記の各層が積層接着されている。
【００３１】
本発明の研磨クロスは、以下のようにして作製することができる。
【００３２】
（１）図２に示すように、中間層のＰＥＴフィルム２にウレタン樹脂組成物（予め有機繊維材料を混合してもよいし、塗布する際に樹脂と混合してもよい）を塗工し表面層１を形成する。次に、両面粘着テープで軟質層３をＰＥＴフィルム２裏面に貼り付ける。
【００３３】
上記ウレタン樹脂組成物としては、ウレタンポリマーと硬化剤とを混合し、その際、有機繊維を所定量添加し、硬化させるものである。
【００３４】
（２）ＰＥＴフィルムにウレタン樹脂組成物を塗布し表面層１を形成する。次に、これをフィルムより剥がして巻き取り、硬質ウレタンシート２に両面粘着テープ等で貼り付け、次に両面粘着テープで発泡樹脂層や不織布を該シート２の裏面に貼り付ける。
【００３５】
表面層によって研磨工程においてスクラッチ、傷の発生を防ぎ、また表面層に研磨材を保持して被加工物の研磨を行う。表面層としては、硬質ウレタン樹脂を使用するのがよい。その際、ポリイミドやテフロン（登録商標）等の有機系の繊維材料をウレタン樹脂中に均一に分散させ、従来のウレタン樹脂層よりも硬度を向上させる。そうすることによって、ＣＭＰ工程中のＩＣパッドの摩耗を抑え、パッド寿命を向上させることができる。
【００３６】
２層目の中間層は、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどの硬質構造で形成され、被加工物のロールオフ、外周部のダレが生じないように、研磨クロスにコシを持たせ、局部変形しないようにする。さらに、この中間層は、研磨スラリーが軟質層側へ浸透することを抑制乃至防止することができ、繰り返し使用中に軟質層から表面層が剥離することを防止することができる。
【００３７】
３層目の裏面層は、発泡性樹脂層あるいは不織布などで形成された軟質弾性構造を有し、被加工物のバッチ内の板厚バラツキおよび定盤の平面精度の誤差、研磨時の変形による研磨圧力分布のバラツキを軽減することができる。
【００３８】
なお、表面層と中間層との間、あるいは中間層と軟質層との間に接着層が積層されていてもよい。接着層としては、例えば、両面粘着テープや接着剤、樹脂層等がある。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
【００４０】
本実施例で用いた試験方法を以下に示す。
１）研磨布ライフ
以下の研磨実験で、研磨速度が初期段階での研磨速度に比べて１０％低下した段階で、研磨布ライフ終了とした。
２）除去速度（ＲｅｍｏｖａｌＲａｔｅ）
シリコンウエハを用いた研磨実験を行い、研磨前後による１分間当たりのウエハ中心部の厚み変化量を静電容量式厚み測定器を用いて測定した。
３）ウエハ平坦性
研磨後のウエハの形状精度を静電容量式ウエハ平坦度検査機（ＡＤＥ９５００ウエハ平坦度検査計）を用いて評価した。
【００４１】
なお、研磨実験の条件は以下の通りとした。
【００４２】
スピードファム９５ＳＰＡＷ２型を用いてウエハを研磨し、ウエハはシリコン単結晶Ｐ（１００）ウエハ８インチ径を使用した。研磨条件は以下の通りとした。
【００４３】
研磨機：スピードファム９５ＳＰＡＷ２型
加工ウエハ：シリコン単結晶Ｐ（１００）ウエハ８インチ径
研磨スラリー：ＮＡＬＣＯ２３５０２０倍希釈
（実施例１）
ウレタンポリマーと硬化剤とを別々の容器で溶融した。それと同時にポリアミド繊維（繊維長：１ｍｍ）を十分に乾燥したドラム内に充填した。繊維の使用量は樹脂に対して５重量％であった。その後、ウレタンポリマーと硬化剤の溶融物をノズルから排出するのと同時に、繊維材料も排出し、３者を混合した状態にして、容器に流し込み、図１に示すように発泡ウレタン樹脂層上に積層して２層構造のＩＣパッドを作製した。
（実施例２）
実施例１で作製されたＩＣパッドと芯層とを有機系の樹脂等で熱圧着した。このようにして作製された２層のパッドを更に、ポリウレタン樹脂からなる軟質層に貼り付けて図２に示すような３層構造の研磨クロスを作製した。
（比較例１）
ウレタンポリマーと硬化剤を別々の容器で溶融した。その後、両者の溶融物をノズルから所定の混合比率、一定圧力で排出した。そのようにして排出された混合物を所定の大きさの容器に流し込み、図３に示すように発泡ウレタン樹脂層上に積層して２層構造のＩＣパッドを作製した。
【００４４】
このようにして得た研磨クロスについて物性を測定した。その結果を表１に示した。
【００４５】
【表１】

また、表２に実施例および比較例のアスカーＣ硬度の測定結果を示す。
【００４６】
【表２】

【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、裏面側の軟質層によってスクラッチ等を減少させ、表面層の硬質樹脂層によってロールオフ等の平坦性を向上させることができ、このようなＩＣパッドを使用することによって、ディッシング、エロージョンやスクラッチの発生を抑制し、なお高いＣＭＰ速度でパターンを形成することが可能である。さらに、表面層に有機繊維材料が分散しているので、ウエハでの平坦性を向上させながら(100NM<から70NM<への向上)、ＩＣパッド寿命が向上し、パッドを交換する回数を減らすことができ、生産性を向上でき、また費用を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研磨クロスの一実施形態の要部断面図である。
【図２】本発明の研磨クロスの他の実施形態の要部断面図である。
【図３】従来の研磨クロスの要部断面図である。
【符号の説明】
１０研磨クロス
１表面層
２中間層
３裏面層

Claims

有機系の繊維材料が樹脂中に分散された硬質の表面層を有する研磨クロス。
有機系の繊維材料が樹脂中に分散された硬質の表面層と、該表面層の裏面側に配置された軟質層と、該表面層と該軟質層との間に配置されており、研磨スラリーの軟質層側への浸透を抑制し得る中間層と、を少なくとも有する研磨クロス。
前記表面層が、アスカーＣ硬度が８０〜９５°である発泡ポリウレタンからなり、前記有機繊維材料がポリイミド繊維、テフロン（登録商標）繊維またはポリエステル繊維からなり、前記軟質層が発泡ウレタン樹脂にて形成されている請求項１又は２に記載の研磨クロス。
前記表面層の硬度がアスカーＣで８５〜９０°であり、圧縮率が０．５〜１．５％である請求項１〜３のいずれかに記載の研磨クロス。