JP4358075B2

JP4358075B2 - 研磨パッド

Info

Publication number: JP4358075B2
Application number: JP2004264483A
Authority: JP
Inventors: 英郎鈴木
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: JP2006075959A

Description

本発明は、半導体ウェハ等の被研磨体を機械研磨又は化学機械研磨するために用いられる研磨パッドに関する。

この種の研磨パッドは、一般的に、研磨面を有するパッド本体と、このパッド本体の下面に貼り付け固定される緩衝体とによって構成されている。ところが、このような研磨パッドは、プラテン上に緩衝体を両面テープで貼り付け、この緩衝体の上にパッド本体を両面テープで貼り付ける必要があるため、プラテンへの貼付工数が多く手間がかかる。また、プラテンとパッド本体との間に２層の両面テープと緩衝体とが介在されるため、パッド本体の研磨面の高さ精度が出にくい。

例えば特許文献１に開示される研磨パッドは、ポリウレタン系発泡体からなるパッド本体における研磨面側と反対側に、前記緩衝体に代わる応力緩和領域が一体に形成されている。この応力緩和領域は、パッド本体の下面に形成された逃げ部と、この逃げ部によって形成された多数の応力調整部によって構成されている。各応力調節部は、プラテンの上面に当接し、パッド本体に作用する応力をその弾性変形によって緩和する。この研磨パッドは、パッド本体単体によって構成されるので、１枚の両面テープのみでプラテンに貼り付ることができ、プラテンへの貼付工数が少なくなる。同じ理由により、研磨パッドをプラテンに貼り付けたときに、研磨面の高さ精度が出やすい。また、特許文献１と同様な研磨パッドが、特許文献２にも開示されている。
特開２００４−４２１８９号公報米国特許第６２１７４２６号明細書

しかしながら、上記特許文献１，２のような研磨パッドでは、パッド本体の下面が逃げ部の分だけ開口しているので、両面テープを介したプラテンへの接着強度が不足することがあった。このため、研磨中の研磨パッドが、まだ寿命があるにも拘らずプラテン上面から剥がれてしまうことがあった。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、プラテンへの貼付工数が少ない上、研磨面の高さ精度が出しやすく、しかも、研磨パッドの使用可能時間を延ばすことができる研磨パッドを提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、パッド基材の上面が研磨面とされ、同パッド基材の下面側がプラテン固定部とされ、同プラテン固定部は、同パッド基材の下面に形成された凹状逃げ部と、この凹状逃げ部によって形成された凸状部とによって構成されている研磨パッドにおいて、前記凹状逃げ部は、前記パッド基材の下面における開口率が１１．４〜５７．９％の範囲となるように形成されており、前記凹状逃げ部は、前記パッド基材の中心軸を中心とする同心円状の環状逃げ溝であり、前記凸状部は、前記環状逃げ溝間に形成される環状突条部であり、前記研磨面には、前記パッド基材の中心軸を中心とする同心円状の複数の環状溝が設けられ、同環状溝と前記環状逃げ溝とは、前記パッド基材の表裏において同パッド基材の径方向に互いにずれた位置に設けられており、前記環状溝の研磨面における開口率と、前記環状逃げ溝のパッド基材の下面における開口率との比率は１．０：１．０〜５．１の範囲内であり、同環状溝の深さと、同環状逃げ溝の深さとの比率は１．０：１．０〜２．２の範囲内であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記環状逃げ溝の幅は０．２〜１．０ｍｍの範囲内であり、ピッチは０．５〜１．５ｍｍの範囲内であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記環状逃げ溝の深さは、０．６〜１．３ｍｍの範囲内であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記パッド基材は、合成樹脂の発泡体からなることを特徴とする。

本発明によれば、単体のパッド基材の下面側を応力緩和のためのプラテン固定部としたので、プラテンへの貼付工数が少ない上、研磨面の高さ精度が出しやすい。しかも、プラテン固定部の下面における凹状逃げ部の開口率を適正な範囲に設定したので、プラテン固定部の両面テープからの剥がれを防止し、研磨パッドの使用可能時間を延ばすことができる。

次に、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）及び図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、研磨パッド１０は、ＲＩＭ（Reaction Injection Molding）成形されたポリウレタン系発泡体からなるパッド基材１１を備えている。パッド基材１１の上面側は研磨面１１ａとなっており、下面側がプラテン固定部１２とされている。パッド基材１１の研磨面１１ａには、パッド基材１１の中心軸を中心とする同心円状の複数の環状溝１３が形成されている。各環状溝１３は、研磨時に研磨パッド１０の研磨面１１ａ上に供給されるスラリーを保持するために設けられている。研磨パッド１０は、例えば直径５０８ｍｍ、厚さ２．５４ｍｍに形成され、環状溝１３は、例えば幅０．２ｍｍ、深さ０．６ｍｍ、ピッチ１．５ｍｍで、研磨面１１ａにおける開口率（研磨面１１ａ全体の面積に対して全環状溝１３が占める面積の割合）が１１．４％となるように形成されている。

前記プラテン固定部１２は、パッド基材１１の下面においてパッド基材１１の中心軸を中心とする同心円状に形成された複数の環状逃げ溝（凹状逃げ部）１４と、この環状逃げ溝１４間に形成された複数の環状突条部（凸状部）１５によって構成されている。各環状突条部１５は、後述するプラテン２０の上面に当接可能となっている。そして、プラテン固定部１２は、研磨時にパッド基材１１に対して加えられる荷重に対して各環状突条部１５が弾性変形することで、パッド基材１１に作用する応力を緩和するようになっている。

前記環状逃げ溝１４は、パッド基材１１の下面における環状逃げ溝１４の開口率が１１．４〜５７．９％の範囲内となるように形成されている。すなわち、環状逃げ溝１４は、幅が０．２〜１．０ｍｍの範囲内、ピッチが０．５〜１．５ｍｍの範囲内で形成されている。また、環状逃げ溝１４の深さは０．６〜１．３ｍｍの範囲内とされている。さらに、前記環状溝１３と環状逃げ溝１４とは、パッド基材１１の表裏においてパッド基材１１の径方向に互いにずれた位置に設けられている。また、前記環状溝１３の研磨面１１ａにおける開口率と、環状逃げ溝１４のパッド基材１１の下面における開口率との比率は１．０：１．０〜５．１の範囲内となっている。また、環状溝１３の深さと、環状逃げ溝１４の深さとの比率は１．０：１．０〜２．２の範囲内となっている。

以上のように構成された研磨パッド１０は、図３に示すように、プラテン（研磨定盤）２０の上面に対し両面テープ２１によって貼り付けられる。すなわち、研磨パッド１０は、プラテン２０上面と各環状突条部１５との間に介在する両面テープ２１によってプラテン２０上面に貼着される。プラテン２０の上方には、研磨パッド１０の研磨面１１ａに対向するように加圧ヘッド２２が設置され、この加圧ヘッド２２の下面に半導体ウェハ２３が保持されている。そして、プラテン２０及び加圧ヘッド２２はそれぞれ回転駆動され、加圧ヘッド２２により研磨パッド１０の研磨面１１ａに対しウェハ２３が所定の荷重で押し付けられる。研磨パッド１０の研磨面１１ａ上には、スラリー供給装置２４からスラリーが供給される。なお、スラリーは、分散液中に砥粒が分散されたものである。そして、研磨パッド１０の研磨面１１ａとウェハ２３の下面との間に介在するスラリー中の砥粒により、ウェハ２３の下面（被研磨面）が研磨される。

本実施形態によれば、単一部材からなるパッド基材１１の下面側をプラテン固定部１２としたので、プラテン２０への貼付工数が少ない上、研磨面１１ａの高さ精度が出やすい。しかも、パッド基材１１の下面における環状逃げ溝１４の開口率を適正な範囲に設定したので、研磨中における両面テープ２１からのプラテン固定部１２の剥がれを防止し、研磨パッド１０の使用可能時間を延ばすことができる。

次に、以上のように構成された研磨パッド１０を用いて半導体ウェハ２３の研磨を行った実施例について説明する。
試験条件
ａ．研磨機：ラップマスター社製片面ラッピング試験機ＬＭ−１５
ｂ．ドレス条件：ダイヤモンドドレッサーリング♯１００（自重４ｋｇ）
研磨パッド回転数４５ｒｐｍ
純水流量４０ｍｌ／ｍｉｎ
ドレス時間３０分
研磨条件：研磨パッド回転数４５ｒｐｍ
スラリー流量４０ｍｌ／ｍｉｎ
研磨時間２分間。

ｃ．ウェハ２３：直径３ｉｎｃｈ熱酸化膜ウェハ
ｄ．ウェハ加圧荷重：１２０ｇ／ｃｍ²
ｅ．試験形態：この試験では上記のような加圧ヘッド２２を用いない。代わりに、プラテン２０に貼り付けた研磨パッド１０の研磨面１１ａ上における所定位置にリテーナリングを保持し、バッキングクロスを介してウェハ２３を保持させたウェイトをリテーナリング内に載置する。そして、このリテーナリングを外部から回転駆動することによってウェイトを回転させるとともに、プラテン２０の回転によってもウェイトを回転させる。なお、リテーナリングは、回転数４８ｒｐｍで回転駆動される。

ｆ．研磨パッド１０の仕様：
直径：３８１ｍｍ
厚さ：２．５４ｍｍ
環状溝１３ピッチ：１．５ｍｍ
幅：０．２ｍｍ
深さ：０．６ｍｍ
開口率：１１．４％
材質・製法：ポリウレタン系樹脂をＲＩＭ成形した発泡体に、カッターで
環状溝１３及び環状逃げ溝１４を切削形成する。

機械特性密度：７４８ｋｇ／ｍ³ ＪＩＳＫ７１１２
引張強度：１８．１ＭＰａＪＩＳＫ７１１３
伸び：１５０％ＪＩＳＫ７１１３
曲げ強度：１３．１ＭＰａＪＩＳＫ７２０３
Ｄ硬度：４９° ＡＳＴＭＤ２２４０
ｇ．評価項目：
環状逃げ溝１４のピッチ（Pitch）、幅（Width）、深さ（Depth）を変えたときの下記特性を評価した。

１．ウェハ２３の被研磨面における面内均一性（平坦度）（％）※
※ （ウェハ膜厚最大値−ウェハ膜厚最小値）／（２×ウェハ膜厚平均値）×１００
ＳＥＮＴＥＣＨ社製膜厚計ＦＴ−５００使用
２．両面テープ２１と研磨パッド１０と間の接着力
測定方法は、ＪＩＳ（日本工業規格）Ｚ１５４１に準拠し、９０度引き剥がし接着力を測定する。なお、Ｚ１５４１における試験板として研磨パッド１０を用い、研磨パッド１０のプラテン固定部１２に対する両面テープの接着力を測定する。
ｈ．試験結果

上記表１に示す試験結果から、次のような結論が得られる。

ウェハ２３の面内均一性の最大許容値は６．５％である。これは、ウェハ２３に対する要求値である。また、研磨パッド１０の最小許容接着力は６．０Ｎ／１０ｍｍである。これは、研磨中に研磨パッド１０がプラテン２０から剥がれないための要求値である。このような結果が得られた実施例１〜８における環状逃げ溝１４の開口率は、１１．４〜５７．９％の範囲内であった。このときの環状逃げ溝１４の幅は０．２〜１．０ｍｍの範囲内、ピッチは０．５〜１．５ｍｍの範囲内であった。また、環状逃げ溝１４の深さは０．６〜１．３ｍｍの範囲内であった。さらに、環状溝１３の研磨面１１ａにおける開口率と、環状逃げ溝１４のパッド基材１１の下面における開口率との比率は１．０：１．０〜５．１の範囲内であった。また、環状溝１３の深さと、環状逃げ溝１４の深さとの比率は１．０：１．０〜２．２の範囲内であった。これに対し、環状逃げ溝１４の幅を１．０ｍｍより大きくして、環状逃げ溝１４の開口率を５７．９％より大きくした比較例１，２の場合には、研磨パッド１０と両面テープとの接着力が６．０Ｎ／１０ｍｍ未満となった。これは、環状突条部１５の開口率が大きくなり、両面テープ２１に対する接着面積が小さくなったため、研磨パッド１０と両面テープ２１との接着力が小さくなったためである。

従って、プラテン固定部１２における環状逃げ溝１４の開口率、幅、ピッチ及び深さを適正な範囲内に設定することにより、研磨中における研磨パッド１０の両面テープ２１からの剥がれが防止され、しかも、ウェハ２３の面内均一性が良好な範囲となる。この結果、研磨パッド１０の使用可能時間を延ばすことができる。

（変形例）
なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することもできる。
・パッド基材１１を、ポリウレア樹脂、ナイロン樹脂、シクロペンタジエン樹脂、エポキシ樹脂等を用いてＲＩＭ成形する。

・パッド基材１１の研磨面１１ａに、環状溝１３に代えて、碁盤格子状の溝、放射状の溝、螺旋状の溝等を設けた構成とする。

（ａ）は一実施形態の研磨パッドを示す平面図、（ｂ）は同じく側面図、（ｃ）は同じく底面図。（ａ）は研磨パッドの研磨面を示す拡大図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）はプラテン固定部及び突条部を示す研磨パッドの底面図。研磨パッドを装着した研磨機を示す斜視図。

符号の説明

１０…研磨パッド、１１…パッド基材、１１ａ…研磨面、１２…プラテン固定部、１３…環状溝、１４…凹状逃げ部としての環状逃げ溝、１５…凸状部としての環状突条部。

Claims

パッド基材の上面が研磨面とされ、同パッド基材の下面側がプラテン固定部とされ、同プラテン固定部は、同パッド基材の下面に形成された凹状逃げ部と、この凹状逃げ部によって形成された凸状部とによって構成されている研磨パッドにおいて、
前記凹状逃げ部は、前記パッド基材の下面における開口率が１１．４〜５７．９％の範囲となるように形成されており、
前記凹状逃げ部は、前記パッド基材の中心軸を中心とする同心円状の環状逃げ溝であり、前記凸状部は、前記環状逃げ溝間に形成される環状突条部であり、
前記研磨面には、前記パッド基材の中心軸を中心とする同心円状の複数の環状溝が設けられ、同環状溝と前記環状逃げ溝とは、前記パッド基材の表裏において同パッド基材の径方向に互いにずれた位置に設けられており、
前記環状溝の研磨面における開口率と、前記環状逃げ溝のパッド基材の下面における開口率との比率は１．０：１．０〜５．１の範囲内であり、同環状溝の深さと、同環状逃げ溝の深さとの比率は１．０：１．０〜２．２の範囲内であることを特徴とする研磨パッド。
前記環状逃げ溝の幅は０．２〜１．０ｍｍの範囲内であり、ピッチは０．５〜１．５ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
前記環状逃げ溝の深さは０．６〜１．３ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研磨パッド。
前記パッド基材は、合成樹脂の発泡体からなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の研磨パッド。