JP2000343411A - 研磨用シート - Google Patents

研磨用シート

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JP2000343411A
JP2000343411A JP15353699A JP15353699A JP2000343411A JP 2000343411 A JP2000343411 A JP 2000343411A JP 15353699 A JP15353699 A JP 15353699A JP 15353699 A JP15353699 A JP 15353699A JP 2000343411 A JP2000343411 A JP 2000343411A
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Japan
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polishing
molecular weight
weight polyethylene
high molecular
sheet
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Isao Kawada
功 河田
Yukio Momose
幸夫 百瀬
Takeshi Yamazaki
剛 山崎
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Teijin Ltd
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Teijin Ltd
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、金属不純物の存在が嫌われる半導
体材料の研磨等に使用する化学的・機械的研磨(CM
P)用シートに関するものである。 【解決手段】 特定の形態的特性を有する多数の均一な
微細孔を表面及び内部に有し、金属不純物の濃度が10
0ppm以下である高分子量ポリエチレンフィルムを研磨
層に持つ研磨用シート。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属不純物の存在
が嫌われる半導体材料の研磨、更に詳しくは半導体ウエ
ハー、半導体絶縁膜などの平坦処理に使用する化学的・
機械的研磨(CMP)用シートに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、研磨シートの研磨層は、発泡ポリ
ウレタン、もしくは不織布等にポリウレタンなどの樹脂
溶液等を含浸・凝固・乾燥することで孔を発生させてい
た。
【0003】また近年ポリプロピレンやポリエチレンに
よって代表されるポリオレフィンを研磨シートなどに用
いる試みが提案されている。例えば、 1)ポリオレフィンを研磨剤保持用の多孔質フイルムと
して用いるものとして、特開平9−12736号公報に
は分子量50万以上の超高分子量ポリエチレンを主体と
する粉体を焼結してなる高分子多孔質シートからなる研
磨パッドが記載され、特開平9−132666号公報に
はシリカなどの研磨材料と抽出剤とを含むポリオレフィ
ン系樹脂組成物をシート状に成形した後、該シート状成
形物から抽出剤を除くことによるCMP用多孔体の製造
方法が記載されており、また 2)ポリオレフインを研磨剤又は研磨層として用いるも
のとして、特開平11−54463号公報にはシリカ含
有研磨剤を主成分としポリオレフィン系微粒子材料を添
加してなる研磨剤が開示され、特開平11−58223
号公報には同様に分子量100万〜900万の超高分子
量ポリオレフィンパウダーを樹脂層に配合した研磨層が
開示され、特開平11−58224号公報には超高分子
量ポリエチレンのシートを表面に接着又は溶着した研磨
治具が開示されている。
【0004】しかし上記1)に開示された方法ではポリ
オレフイン支持体に対する研磨剤の保持量が充分ではな
く改善が必要である。
【0005】また、従来の方法では、樹脂中に添加され
てている金属イオンが研磨層から溶出し、半導体の電気
特性を低下させるなどの問題があった。さらに、研磨シ
ート表内層における孔径およびその分布が均一でなく、
そのため、シート表面での研磨粒子の捕捉性が不均一と
なり、また、研磨径時により、研磨精度が不均一となる
などの問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
の研磨用シートの問題点を解消し、研磨剤の充分な保持
を可能とし、半導体ウエハや半導体絶縁膜の化学的・機
械的研磨において金属不純物が溶出することなく、また
研磨経時に左右されない、均一研磨可能な研磨用シート
を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、
(1)多数の均一な微細孔を表面及び内部に有し、金属
不純物の濃度が100ppm以下である高分子量ポリエチ
レン系樹脂多孔質フィルムを研磨層に持ち、当該多孔質
フィルムを形成する高分子量ポリエチレン系樹脂は、分
子量4×105以上のポリエチレンを少なくとも50重
量%含む樹脂からなり、当該多孔質フィルムは細孔のサ
イズが基本的に0.01μm〜10μmの範囲内にあ
り、空隙率が50%〜90%であり、引張り強度が少な
くとも一方向に対して10MPa以上である、超高分子
量ポリエチレン多孔質フィルムである、研磨用シート、
中でも(2)該研磨用シートの全体の厚みが0.1mm
〜10mmであり、研磨層の厚みが0.1mm〜5mm
である上記(1)項の研磨用シート、更には(3)該超
高分子量ポリエチレン多孔質膜が、その孔径分布が、平
均流量孔径のプラス5%〜マイナス5%の範囲内に80
%以上が含まれる、上記研磨用シートであり、また一般
的には(4)多数の均一な微細孔を表面及び内部に有
し、金属不純物の濃度が100ppm以下である高分子量
ポリエチレンフィルムを研磨層に持つ研磨用シート、で
ある。
【0008】本発明の高分子量ポリエチレン系樹脂は、
分子量4×105以上のポリエチレンを少なくとも50
重量%含む樹脂であるが、好ましくは高分子量ポリエチ
レンからなるものである。分子量は好ましくは5×10
5〜7×106である。
【0009】高分子量ポリエチレン系樹脂多孔質フィル
ムの多孔度は、細孔径が0.01μm〜10μm、好ま
しくは0.1μm〜1μmであり、空隙率は50%〜9
0%、好ましくは75%〜90%である。研磨層の孔径
が小さすぎると研磨粒子がシート表層部分に局在し、そ
のため被研磨物にキズが発生しやすくなる。逆に孔径が
大きすぎると研磨粒子がシートの内部に入り込み、研磨
精度が経時変化し、つまり、研磨層の表層・低層で均一
とならない。
【0010】上記細孔径は平均流量孔径として測定する
ことが出来、米国POROUS MATERIALSINC社のPerm-Porome
terで測定することが出来る。本発明においては、測定
に使用した液体の表面張力は16dynes/cmである。測
定の結果、本発明の好ましい態様では、孔径の分布は平
均流量孔径のプラス5%〜マイナス5%の範囲内に80
%以上、特に好ましくは88%が存在した。空隙率は、
出発原料の密度(ρ0)と成形後のフィルム密度(ρ)
とから、下記の式に基づいて算出する。 空隙率(%)=(1−(ρ/ρ0))×100(成形後
のフィルム密度はピクノメーター法により求めることが
できる)。
【0011】高分子量ポリエチレン系樹脂多孔質フィル
ムは、引張り強度が少なくとも一方向に対して10MP
a以上である。引張り強度はASTM D 882に従い
測定した。
【0012】シート全体の厚みは0.1mm〜10m
m、好ましくは0.5mm〜5mmであり、研磨層の厚
みは0.1mm〜5mm、好ましくは0.5mm〜1.
5mmである。
【0013】本発明の高分子量ポリエチレン系樹脂多孔
質フィルムは金属不純物の濃度が100ppm以下であ
る。種々の高分子量ポリエチレン系樹脂多孔質フィルム
の中からこの条件に該当するフィルムを選定することに
より、例えば金属含有濃度(日本ジャーレル・アッシュ
社IRIS−APで測定、検出限界5ppm)は、Cuが
5ppm以下、Feが5ppm、Mgが5ppm以下、Alが3
5ppm、Caが35ppmのフィルムを得ることが出来、他
フィルムに比較し極めて低濃度のものを得ることが出来
る。
【0014】研磨層に使用する高分子量ポリエチレンフ
ィルムは、厚さが20μm〜1000μmで調整可能で
あるが、所望の厚みを得るため、該フィルムを2枚以上
積層し、熱圧処理、超音波溶着、ポリエチレン粉末によ
る熱圧着などの、金属汚染が起こらない方法で、肉厚化
を図ることができる。
【0015】研磨シートの肉厚化を図る場合は、研磨層
以外に裏打ち材を用いることが出来、その素材として、
ポリオレフィンの不織布やフィルム、ポリエステルの不
織布やフィルム、など、を用いることができるが、なか
でもポリエチレン不織布やフィルムなど、金属不純物の
少ない素材が好ましい。また、シート全体の肉厚化のた
めの方法として、金属フリーの接着剤、両面接着テープ
を用いてもよいが、金属汚染を防ぐため、例えば、熱圧
処理、オレフィン粉末による熱接着、超音波溶着で、積
層をおこなうことがより望ましい。
【0016】このような高分子量ポリエチレン多孔質フ
ィルムを製造するには、例えば、分子量4×105のポ
リエチレンをデカリンの溶媒に溶解した溶液(濃度2〜
30重量%)を、スリット状ダイから押し出して、ゲル
フィルムを形成し、次いでゲルフィルム中の溶媒を蒸発
させた後、縦7倍横8倍に延伸する方法などが用いられ
る。
【0017】このような高分子量ポリエチレンからなる
多孔質フィルム及びその製造方法については、一般的に
は例えば、特開平2−23224号公報、特開平5−9
8065号公報、特開平5−239246号公報などに
記載されており、公知であり、帝人デイーエスエム・ソ
ルテック社からSoluporの商品名で販売されてい
る。本発明で用いるフィルムは、このような方法で製造
されたフィルムの中から上記条件に該当するフィルムを
選定して用いる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、半導体ウエハーの研磨
をおこなう場合において、金属不純物の溶出問題がない
ため、半導体の電気特性の低下を招くおそれのない、ま
たCMPスラリー中の研磨粒子をシート内部に均一に捕
捉するため、経時によらない、良好な研磨性を有する研
磨用シートを提供することができる。
【0019】
【実施例】[実施例1]金属含量90ppm以下であ
り、厚み40μm、平均孔径0.5μm(±5%以内に
93%)、空隙率90%の高分子量ポリエチレンフィル
ム、Solupor(帝人テ゛イーエスエム・ソルテック社)を
20枚積層し、120℃×20kg/cm2で熱圧処理をおこ
ない、厚さ650μm、空隙率73%の研磨用シートを
得た。得られたシートの平均孔径は0.35μm(±5
%以内に88%)であり(米国POROUS MATERIALS,INC.
製パームポロメーターで測定)、平均粒径20nmのシ
リカ粒子、AERROSIL90G(日本エアロジル
社)のCMPスラリー粒子の補足は良好であった。
【0020】得られた当該研磨用シートと、上記CMP
スラリーとで半導体ウエハを研磨したところ、研磨経時
にかかわらず、研磨は良好であり、研磨後のシリコンウ
エハ表面の不純物金属濃度の測定((株)テクノス社、
全反射ウエハ表面分析装置TREX610)をおこなた
ところ、金属不純物濃度は1×1011〜1014atoms/cm
2レベルと良好であった。
【0021】[実施例2]金属含量90ppm以下であ
り、厚み40μm、平均孔径0.8μm(±5%以内に
90%)、空隙率85%の高分子量ポリエチレンフィル
ム、Solupor(帝人テ゛イーエスエム・ソルテック社)1
0枚と、厚み500μmのポリオレフィンスパンボンド
不織布(三井化学社)2枚とを積層し、120℃×30
kg/m2で熱圧処理をおこない、厚み1.2ミリ、孔径
0.55μm(±5%以内に82%)、空隙率66%の
研磨用シートを得た。
【0022】得られた当該研磨用シートと、平均粒径2
0nmmであるシリカ粒子、AEROSIL90(日本
エアロジル社)のCMPスラリーとで半導体ウエハを研
磨したところ、研磨経時にかかわらず、研磨は良好であ
り、研磨後のシリコンウエハ表面の不純物金属濃度の測
定((株)テクノス社、全反射ウエハ表面分析装置TR
EX610)をおこなったところ、金属不純物濃度は1
×1011〜1014atoms/cm2レベルと良好であった。
【0023】[実施例3]金属含量90ppm以下であ
り、厚み40μm、孔径0.3μm(±5%以内に95
%)の高分子量ポリエチレンフィルムを20枚積層し、
その周囲を超音波溶着により接着をおこない、厚さ78
0μmの研磨シートを得た。得られたシートの孔径は
0.3μm(±5%以内に92%)であり、平均粒径2
0nmのシリカCMPスラリー、AERROSIL90
(日本エアロジル社)の粒子の補足は良好であった。
【0024】得られた当該シートと、上記CMPスラリ
ーとで半導体ウエハを研磨したところ、研磨経時にかか
わらず、研磨は良好であり、研磨後のシリコンウエハ表
面の不純物金属濃度の測定((株)テクノス社、全反射
ウエハ表面分析装置TREX610)をおこなたとこ
ろ、金属不純物濃度は1×1011〜1014atoms/cm2レ
ベルと良好であった。
【0025】[実施例4]厚み1000μmのポリエス
テルシート(テトロン(帝人登録商標)製)と、実施例
3で得られたシートとを両面接着テープ(3M社)で貼
り合せた。得られたシートの厚みは1.8mmであり、
平均粒径20nmのシルカCMPスラリー(日本エアロ
ジル社品)の補足は良好であった。
【0026】得られた当該シートと、このCMPスラリ
ーとで半導体ウエハを研磨したところ、研磨経時にかか
わらず、研磨は良好であり、研磨後のシリコンウエハ表
面の不純物金属濃度の測定((株)テクノス社、全反射
ウエハ表面分析装置TREX610)をおこなたところ
金属不純物濃度は1×1011〜1014atoms/cm2レベル
と良好であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 剛 東京都千代田区内幸町2丁目1番1号 帝 人株式会社内 Fターム(参考) 3C058 AA07 AC04 CB01 DA02 DA17

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数の均一な微細孔を表面及び内部に有
    し、金属不純物の濃度が100ppm以下である高分子量
    ポリエチレン系樹脂多孔質フィルムを研磨層に持ち、当
    該多孔質フィルムを形成する高分子量ポリエチレン系樹
    脂は、分子量4×105以上のポリエチレンを少なくと
    も50重量%含む樹脂からなり、当該多孔質フィルムは
    細孔のサイズが基本的に0.01μm〜10μmの範囲
    内にあり、空隙率が50%〜90%であり、引張り強度
    が少なくとも一方向に対して10MPa以上である、超
    高分子量ポリエチレン多孔質フィルムである、研磨用シ
    ート。
  2. 【請求項2】 該研磨用シートの全体の厚みが0.1m
    m〜10mmであり、研磨層の厚みが0.1mm〜5m
    mである請求項1記載の研磨用シート。
  3. 【請求項3】該超高分子量ポリエチレン多孔質膜は、そ
    の孔径分布は、平均流量孔径のプラス5%〜マイナス5
    %の範囲内に80%以上が含まれる、請求項1又は2記
    載の研磨用シート。
  4. 【請求項4】 多数の均一な微細孔を表面及び内部に有
    し、金属不純物の濃度が100ppm以下である高分子量
    ポリエチレンフィルムを研磨層に持つ研磨用シート。
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