JP7788246B2 - 研磨パッド - Google Patents

Description

本発明は、半導体材料や光学材料、金属、セラミック等の平坦化に用いる化学的機械研磨法（ＣＭＰ）用の研磨パッドに関する。

被研磨物を研磨する研磨層の表面積が大きい大型研磨パッドの需要に伴って、特許文献１に記載の如く、１枚の研磨パッドの研磨層を、複数の隙間なく隣接させた研磨層片の組み合わせにより構成したものがある。

特開2015-294412号公報

しかしながら、従来技術では、１枚の研磨パッドの研磨層を構成している複数の研磨層片同士が研磨中にずれ、下記(i)、（ii）の不都合を生ずるおそれがある。

(i)研磨層片の剥離を生じたり、相隣る一方の研磨層片が相隣る他方の研磨層片の上に乗り上げて研磨層片の一部に盛り上がりを生じ、これによって研磨層上に生ずる研磨層片のエッジが被研磨物にスクラッチを生じさせるおそれがある。

(ii)相隣る研磨層片に設けた研磨スラリー供給用溝が互いにずれて連続化せず、これによって研磨層上に露わになる当該溝端面が被研磨物にスクラッチを生じさせたり、研磨層への研磨スラリーの安定供給性を悪化させて被研磨物に与えるべき均一研磨を損なうおそれがある。

また、従来技術では、１枚の研磨パッドの研磨層を構成するように複数の研磨層片を研磨装置の定盤、両面テープや面ファスナー等の固定手段、積層型の研磨パッドにおける支持層等の上に貼り合わせるとき、複数の研磨層片を適正位置に正確に貼り合わせる工程に困難があり、貼り合わされた研磨パッドの研磨層片同士がずれて貼り付けられ、下記(iii)、(iv)の不都合を生ずるおそれがある。

(iii)相隣る研磨層片の境界線が互いに斜交して密接できなかったり、相隣る一方の研磨層片が相隣る他方の研磨層片の上に乗り上げて研磨層の一部に盛り上がりを生じ、これによって研磨層上に生ずる研磨層片のエッジが被研磨物にスクラッチを生じさせるおそれがあるものになる。

(iv)相隣る研磨層片に設けた研磨スラリー供給用溝が互いにずれて連続化することなく貼り合わされ、これによって研磨層上に露わになる当該溝端面が被研磨物にスクラッチを生じさせるものになったり、研磨層への研磨スラリーの安定供給性を悪化させて被研磨物に与えるべき均一研磨を損なうおそれがあるものになる。

本発明の課題は、複数の研磨層片の組み合わせにより研磨層を構成する研磨パッドにおいて、各研磨層片同士の研磨中のずれを抑制したり、或いは貼り合わされるときの各研磨層片同士のずれを抑制することにある。

請求項１に係る発明は、研磨層を有する研磨パッドであって、複数の隣接させた研磨層片の組み合わせにより研磨層を構成するものであり、隣接する研磨層片が、始点と、該始点と異なる終点とをつないで形成される１つ以上の境界線を有し、少なくとも１つの境界線を挟む一方の研磨層片と他方の研磨層片とが互いに隙間なく嵌合して形成される嵌合部を備えるようにしたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記境界線の長さが、始点と終点をつなぐ仮想直線の長さの１．１倍以上乃至２．０倍以下の範囲内にあるようにしたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において更に、始点と終点をつなぐ仮想直線上の各点と、それらの各点から該仮想直線に対して引いた垂線が境界線に交わる各点との距離のうちの最大距離が、仮想直線の長さの１０％以上乃至５０％以下の範囲内にあるようにしたものである。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに係る発明において更に、前記境界線が曲線のみで構成されるようにしたものである。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに係る発明において更に、前記境界線が研磨パッドの中心に関して点対称をなすようにしたものである。

本発明によれば、ポリウレタン樹脂発泡体等からなる研磨パッドの研磨層を構成する一方の研磨層片と他方の研磨層片とが互いに嵌合して形成される嵌合部を備える。

即ち、相隣る研磨層片同士が少なくとも１組の凹凸を有する嵌合部を備えることで、各研磨層片の研磨中のずれを抑制でき、下記(i)、(ii)の効果を奏する。

(i)研磨層片の剥離が生ずることを抑制し、相隣る一方の研磨層片が相隣る他方の研磨層片の上に乗り上げて研磨層片の一部に盛り上がりが生ずることを抑制し、結果として各研磨層片のエッジが研磨層上に生じて被研磨物にスクラッチを生じさせることを抑制できる。

(ii)相隣る研磨層片に設けた研磨スラリー供給用溝が互いにずれることなく連続化でき、結果として当該溝端面が研磨層上に露わになって被研磨物にスクラッチを生じさせることを抑制し、研磨層への研磨スラリーの安定供給性を悪化させることがなくて被研磨物を均一研磨できる。

また、相隣る研磨層片同士が少なくとも１組の凹凸を有する嵌合部を備えることで、複数の研磨層片を貼り合わせて１枚の研磨パッドを構成するとき、それらの研磨パッドを構成する複数の研磨層片をパズルの各ピースのように定盤や支持層の上の適正位置に正確に貼り合わせることができ、貼り合わされた研磨パッドの研磨層片同士がずれて貼り付けられることがなく、下記(iii)、(iv)の効果を奏する。

(iii)相隣る研磨層片の境界線が互いに斜交して密接できなかったり、相隣る一方の研磨層片が相隣る他方の研磨層片の上に乗り上げて研磨層の一部に盛り上がりを生ずることを抑制でき、結果として研磨層上に生ずる研磨層片のエッジが被研磨物にスクラッチを生じさせることを抑制できる。

(iv)相隣る研磨層片に設けた研磨スラリー供給用溝が互いにずれて連続化することなく貼り合わされる如くを抑制し、結果として研磨層上に露わになる当該溝端面が被研磨物にスクラッチを生じさせることを抑制し、研磨層への研磨スラリーの安定供給性を悪化させることがなくて被研磨物を均一研磨できる。

図１は本発明の一実施例に係る研磨パッドの相隣る研磨層片の境界線を示す模式平面図である。 図２（Ａ）乃至（Ｄ）は本発明の変形例に係る研磨パッドの相隣る研磨層片の境界線を示す模式平面図である。 図３は本発明の変形例に係る研磨パッドを示す模式平面図である。 図４は本発明の変形例に係る研磨パッドを示す模式平面図である。 図５は本発明の効果を説明する模式図である。

本発明に係る研磨パッド１０は、例えば図１に示す如く、半導体ウエハ等の被研磨物を研磨する研磨層２０を有する。研磨パッド１０は、研磨装置を構成する定盤の上に接着剤、両面テープ、面ファスナー等の固定手段を介して貼り付けられた状態で、研磨層２０の表面に砥粒等を含む研磨スラリーを供給しながら、当該研磨層２０の表面に押圧されながら摺動する被研磨物の被研磨面を研磨する。

研磨パッド１０の研磨層２０は、互いに隙間なく隣接される各研磨層片の組み合わせにより構成され、研磨層が唯１個の研磨シートのみからなる従来の研磨パッドに比して、研磨パッド２０の表面積の大型化や材料歩留りの向上を図るものである。

しかるに、研磨パッド１０にあっては、隣接する研磨層片２１、２２が、図１に示す如く、始点Ｐ、該始点Ｐと異なる終点Ｑとをつないで形成される１つ以上の境界線３１を有し、少なくとも１つの境界線３１を挟む一方の研磨層片２１と他方の研磨層片２２とが互いに嵌合して形成される嵌合部４１を備える。研磨パッド１０が上述の嵌合部４１を備えることで、前述した如く、各研磨層片２１、２２同士の研磨中のずれを抑制したり、或いは１枚の研磨パッドとして貼り合わされるときの各研磨層片２１、２２同士のずれを抑制することができる。

図１に示した研磨パッド１０は、２つの隣接させた研磨層片２１、２２の組み合わせにより研磨層２０を構成し、それらの研磨層片２１、２２がＳ字曲線状をなす１つの境界線３１を有し、当該１つの境界線３１を挟む一方の研磨層片２１と他方の研磨層片２２とが互いに隙間なく凹凸嵌合して形成される嵌合部４１を備えるものである。

研磨パッド１０の研磨層２０を構成する境界線３１は、図１に示したＳ字曲線状をなすものに限らず、例えば図２（Ａ）乃至（Ｄ）の如くに変形できる。図１及び図２は境界線部を説明するために輪郭形状を矩形状として示しているが、研磨パッド１０及び研磨層２０の輪郭形状は、矩形状に限らず、図３に示す如くの円形状等であっても良い。

尚、本発明の研磨パッド１０は複数の境界線を有しても良く、それらの複数の境界線のうちの少なくとも１つの境界線を挟む一方の研磨層片と他方の研磨層片とが互いに嵌合して形成される嵌合部を備えるものであれば良いが、すべての境界線に嵌合部を備えることが好ましい。例えば図３に示した研磨パッド１０は、４つの隣接させた研磨層片２１乃至２４の組み合わせにより研磨層２０を構成し、隣接する研磨層片２１、２２が始点Ｐと、該始点Ｐと異なる終点Ｑ１とをつないで形成される境界線３１、隣接する研磨層片２２、２３が始点Ｐと、該始点Ｐと異なる終点Ｑ２とをつないで形成される境界線３２、隣接する研磨層片２３、２４が始点Ｐと、該始点Ｐと異なる終点Ｑ３とをつないで形成される境界線３３、及び隣接する研磨層片２４、２１が始点Ｐと、該始点Ｐと異なる終点Ｑ４とをつないで形成される境界線３４の４つの境界線３１乃至３４を有し、境界線３１乃至３４のいずれにも隙間なく凹凸嵌合した嵌合部４１乃至４４を備えたものである。

研磨パッド１０の輪郭形状は研磨層片２１、２２から構成される２分割ドーナツ形状であっても良い。例えば図４に示した研磨パッド１０は、２つの隣接させた研磨層片２１及び２２の組み合わせにより研磨層２０を構成し、始点Ｐ１と、該始点Ｐ１とは異なる終点Ｑ１とをつないで形成される境界線３１と、始点Ｐ２と、該始点Ｐ２とは異なる終点Ｑ２とをつないで形成される境界線３２を有し、境界線３１と３２のいずれにも隙間なく凹凸嵌合した嵌合部４１と４２を備えたものである。

また、研磨パッド１０にあっては、図１に示す如く、境界線３１の長さが、始点Ｐと終点Ｑをつなぐ仮想直線Ｌの長さの１．１倍以上乃至２．０倍以下の範囲内にあることが好ましい。境界線３１の長さを１．１倍以上とすることによって、研磨パッド１０の研磨中や定盤等への貼り合わせ時における各研磨層片２１、２２のずれを確実に抑制できる。境界線３１の長さを２．０倍以下とすることによって、境界線３１自体が存在することによる不都合を招くことなく、研磨層２０の表面平坦性を維持できる。

また、研磨パッド１０にあっては、図１に示す如く、仮想直線Ｌ上の各点Ｌｉと、それらの各点Ｌｉから該仮想直線Ｌに対して引いた垂線Ｖが境界線３１に交わる各点Ｖｉとの距離のうちの最大距離Ｋが、仮想直線Ｌの長さの１０％以上乃至５０％以下の範囲内にあることが好ましい。最大距離Ｋを１０％以上とすることによって、研磨パッド１０の研磨中や定盤等への貼り合わせ時におけるずれを確実に抑制できる。最大距離Ｋを５０％以下とすることによって、研磨パッド１０の定盤等への貼り合わせ作業性を向上できる。

また、研磨パッド１０にあっては、境界線３１が少なくとも一部に曲線を有することが好ましく、境界線３１は曲線のみから構成されても良い。これにより、境界線３１が直線状をなして折れ曲がり部を備えるような場合における該境界線３１の鋭角をなす中間部に生ずる鋭角状エッジが被研磨物に接して被研磨物にスクラッチを生じさせる如くを回避できる。また、被研磨物と接触する箇所は曲線のみから構成され、研磨パッド１０の外縁部や中央部などの被研磨物と接触しない箇所は直線の組み合わせから構成される角部や曲線の突出部を有する境界線３１としても良く、より正確な位置に貼り合わせ易くすることができる。

また、研磨パッド１０にあっては、境界線３１が研磨パッド１０（研磨層２０）の中心に関して点対称をなすことが好ましい。一般的な化学機械研磨法では、研磨パッド１０と被研磨物は自転かつ相対回転しながら接触して該被研磨物を研磨しており、この観点から、境界線３１は研磨パッド１０の全体に対して点対称（１８０度回転対称）形状とすることにより、被研磨物をより均一に研磨できる。

本発明はその主旨を損なわない範囲で任意の研磨パッドに適用できる。モールド法タイプ、湿式成膜タイプ、不織布（樹脂含浸不織布を含む）タイプ等いずれも適用できるが、不織布タイプの研磨パッドはその硬度や密度等の特性から、分割研磨パッドとすると研磨装置への貼り付け作業がより煩雑となる傾向にあるため、より本発明の効果が得られ易い。

また、本発明の研磨パッドは任意の大きさとすることができるが、大型の、例えば最長の対角線長さが１４００ｍｍ以上の研磨シートを２以上に分割して製造された研磨層片の組み合わせにより１枚の研磨パッド１０（研磨層２０）を形成するものであれば、より本発明の効果が得られ易い。

また、本発明の研磨パッド１０は、研磨装置における定盤側の面に接着剤、両面テープ、面ファスナー等の固定手段を介して固定して使用される。固定手段は研磨パッド１０の各研磨層片２１、２２のそれぞれに設けても良く、その場合は、研磨装置上で１つの研磨パッド１０（研磨層２０）を構成して使用されるものになる。

また、本発明の研磨パッド１０は、１つの固定手段の上に複数の研磨層片２１、２２のそれぞれを組み合わせて構成されても良い。具体的には、１枚の両面テープ上に複数の研磨層片２１、２２を貼り合わせて研磨パッド１０とする例が挙げられる。その場合は、研磨装置上で研磨層片同士を組み合わせる必要がないため作業性が高く、また研磨パッド１０を持ち上げたときに境界線３１で折れにくくなり、これらの観点からより多く本発明の利点が得られる。従来技術では、図５に示す如く、１枚の両面テープ上に複数の研磨層片を貼った状態で持ち上げると、隣接する研磨層片の境界線で当該研磨パッドが折れ線Jの如く折れ曲がり、両面テープに折り目や破れ、シワ、エア噛み等の不良を生じ易い。本発明の適用により、境界線３１が単一直線状ではなくなり、研磨パッドの持ち上げによる折れ曲がりを生じにくく、研磨層の平坦性と運搬及び貼り付け作業性を向上できる。特に研磨パッドの輪郭形状をドーナツ形状とするとき、研磨パッドの中心が空洞であるために容易に折れ曲がり両面テープに不良を生じ易いところ、本発明の研磨パッドとすることで大きく改善できるため、より平坦性向上効果が得られ易い。更に、研磨パッドの研磨層片が樹脂含浸不織布等からなる不織布タイプであるとき、研磨層片と両面テープとの間に、熱融着型接着剤をシート状にした熱接着テープ（一枚物）を設ける構成とすることが当該不織布の折れ曲がりや剥離による不具合を改善するために好ましく、研磨層片がより強固に固定されて研磨中のずれをより確実に防止できる。ここで、両面テープとして研磨層側の面に感熱型接着剤を配し、研磨層側の面と反対の面に感圧型接着剤を配したものを用いることがより好ましく、前述の熱接着テープを介して当該不織布をより強固に熱接着でき、定盤等へ貼り合わせる際の折れ曲がりや研磨中のずれをさらに確実に防止できる。

尚、本発明の研磨パッドを構成する研磨層（研磨層片）は、耐摩耗性に優れるポリウレタン樹脂を含むことが好ましい。但し、本発明の研磨パッドの研磨層の形成材料としては、ポリウレタン樹脂の他、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ハロゲン系樹脂（ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等）、ポリスチレン、オレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、エポキシ樹脂、及び感光性樹脂等を採用できる。また、不織布、織布、編布等の繊維に樹脂を含浸してなる研磨層としても良い。繊維材料としては、例えば、ナイロン繊維等のポリアミド繊維やアクリル繊維等の合成繊維及び綿、麻等の天然繊維のいずれも採用できる。

本発明の研磨パッドを構成する研磨層片は、研磨層の構成材料を研磨シートの形態で作製し、この研磨シートを任意の打ち抜き型を用いる打ち抜き、ダイヤモンドカッター等を用いる切断等によって各研磨層片に切断することで製造される。

本発明は、単層型の研磨層からなる研磨パッドに採用する他、支持層の上に研磨層を支持させた積層型研磨パッドに採用し、それらの研磨層に本発明を適用しても良い。複数の研磨層片を両面テープ上に貼り合わせる場合と同様、研磨パッド１０の各研磨層片２１、２２のそれぞれを１枚の支持層上に貼り合わせても良く、１枚の支持層の上に複数の研磨層片２１、２２のそれぞれを貼り合わせて構成されても良い。

積層型研磨パッドにおいて、支持層は研磨層の特性を補い、被研磨物と研磨層の表面との密着性を向上させる。支持層の形成材料として、例えばポリエステル不織布、ナイロン不織布、アクリル不織布等の繊維不織布、ポリウレタンを含浸したポリエステル不織布のような樹脂含浸不織布、ポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム等の高分子樹脂発泡体、ブタジエンゴム、イソプレンゴム等のゴム性樹脂、及び感光性樹脂等を採用できる。研磨層を支持層の上に貼り合わせる手段としては、接着剤、両面テープ、面ファスナー等の固定手段を採用できる。

本発明の研磨パッドは、半導体ウエハ等の被研磨物の表面を研磨する工程に用いることができる。研磨方法は、例えば研磨パッドを支持する定盤と、被研磨物を支持する支持台（ポリシングヘッド）とウエハへの均一加圧を行なうためのバッキング材と、研磨剤供給機構を備えた研磨装置等を用いる。研磨パッドは、例えば両面テープで定盤に貼り付けられる。定盤と支持台とは、研磨パッドと被研磨物のそれぞれを支持してそれらを対向配置し、それぞれに研磨パッドと被研磨物を回転させる回転軸を備える。また、支持台側には被研磨物を研磨パッドに押し付ける加圧機構が備えられている。定盤と支持台とを自転させつつ相対回転しながら被研磨物を研磨パッドに押し付け、研磨スラリーを供給しながら被研磨物を研磨する。これにより、被研磨物の表面の突出した部分が除去されて平坦状に研磨される。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

本発明によれば、複数の研磨層片の組み合わせにより研磨層を構成する研磨パッドにおいて、各研磨層片同士の研磨中のずれを抑制したり、或いは1枚の研磨パッドとして貼り合わされるときの各研磨層片同士のずれを抑制することができる。

１０ 研磨パッド
２０ 研磨層
２１、２２、２３、２４ 研磨層片
３１、３２、３３、３４ 境界線
４１、４２ 嵌合部
Ａ 始点
Ｂ 終点
Ｌ 仮想直線
Ｖ 垂線

Claims (5)

1. 研磨層を有する研磨パッドであって、
   複数の隣接させた研磨層片の組み合わせにより研磨層を構成するものであり、
   隣接する研磨層片が、始点と、該始点と異なる終点とをつないで形成される１つ以上の境界線を有し、
   前記研磨層の最長の対角線長さが１４００ｍｍ以上であり、
   前記研磨層片が不織布又は樹脂含浸不織布であり、
   前記研磨パッドは、複数の前記研磨層片、１枚の熱接着テープ、１枚の両面テープをこの順に配しており、
   前記両面テープは、前記研磨層側の面に感熱型接着剤を配し、前記研磨層側の面と反対の面に感圧型接着剤を配した両面テープであり、
   少なくとも１つの境界線を挟む一方の研磨層片と他方の研磨層片とが互いに隙間なく嵌合して形成される嵌合部を備える研磨パッド。
2. 前記境界線の長さが、始点と終点をつなぐ仮想直線の長さの１．１倍以上乃至２．０倍以下の範囲内にある請求項１に記載の研磨パッド。
3. 始点と終点をつなぐ仮想直線上の各点と、それらの各点から該仮想直線に対して引いた垂線が境界線に交わる各点との距離のうちの最大距離が、仮想直線の長さの１０％以上乃至５０％以下の範囲内にある請求項１又は２に記載の研磨パッド。
4. 前記境界線が曲線のみで構成される請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨パッド。
5. 前記境界線が研磨パッドの中心に関して点対称をなす請求項１乃至４のいずれかに記載の研磨パッド。