(57)【要約】【課題】プロセスコストやプロセスタイムの増加といった新たな問題を発生させることなく、ふちだれの少ない、高い形状精度の研磨ができる研磨パッドを提供する。【解決手段】硬質基材に、その表面を覆うように繊維層を立設し、該繊維層の繊維先端を押圧により倒れる長さに形成し、研磨中ウェーハの沈みを少なくすると共にウェーハ周辺部に過度の圧力が掛からないようにして、ふちだれが生じないか殆ど生じないようにした。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質基材の表面を覆うように繊維層を立設し、該繊維層の繊維先端を押圧により倒れる長さに形成したことを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
前記硬質基材の圧縮率が、０．５％以下である請求項１記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記繊維の繊維径が１〜２０μｍであり、繊維の平均長さが該繊維径の２倍以上で５００μｍ以下である請求項１又は２記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記繊維は、ポリエステル繊維である請求項１〜３のいずれかに記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記硬質基材は、無機若しくは合成樹脂砥粒微粉末を合成樹脂で結着したものである請求項１〜４のいずれかに記載の研磨パッド。
【請求項６】
無機若しくは合成樹脂微粉末を合成樹脂で結着した硬質基材を、織布若しくは不織布に含浸させて硬化させ、これを繊維方向を揃えたロール状、積層状若しくは束状とし、ついで繊維の長さ方向と交叉する方向から切断し、切断面をドレッシングして硬質基材の表面を覆うように立設した繊維層を、該繊維の先端が押圧により倒れる長さに形成したことを特徴とする研磨パッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ、液晶ガラス及びハードディスク用等の精密研磨パッドに係り、詳記すれば、ふちだれの少ない、高い形状精度のポリシングができる主として半導体デバイスの製造工程で用いられる化学的機械研磨用研磨パッドに関する。  
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の高集積化、微細化に伴って、配線の積層化が行われている。すなわち、半導体ウェーハの表面に配線材をパターン形成し、この上を酸化シリコン等の絶縁物膜で覆い、次の配線材をパターン形成し、これを順次繰り返すプロセスが採用されている。
【０００３】
配線の積層数が多くなると、酸化シリコン等の絶縁物膜に段差が生じるため、                      次の配線材をパターン形成する前に、絶縁物膜を平坦化する必要があるので、研磨パッドを使用してウェーハを平坦に研磨する化学的機械研磨が行われている。
【０００４】
従来の研磨パッドを用いた研磨加工においては、工作物（加工試料）のふちだれの問題がある。ふちだれは、次のような理由により生じると考えられている。
【０００５】
研磨パッドは粘弾性体であるため、研磨時にはウェーハにかかる圧力によって変形し、ウェーハにかかる圧力は、周辺に向って指数関数的に増大する。ウェーハの周辺部では、研磨パッドが変形状態から解放状態に変わる遷移状態になり、加工圧力はウェーハ面に垂直にかかると同時にウェーハ縁にもかかると考えられる。その結果、高い圧力のかかるウェーハの縁から半径方向に数ｍｍの範囲の周辺部では、研磨量が増加し形状精度が劣化する。
【０００６】
図１は、ウェーハ周辺部でのふちだれの生じる原因の説明図であり、粘弾性を有する研磨パッドを用いて、ウェーハを研磨する際のウェーハ周辺部と研磨パッドとの接触状態を模式的に示したものである。図１は、プラテンローター型の一般的な研磨方式のもので、研磨パッドは回転しており、研磨ヘッドに設置されたウェーハは、同時に回転されて研磨が行われる。ウェーハには、パッドに垂直方向の荷重がかけられ、この荷重のためにウェーハ全体がパッドに沈み込む。このため、ウェーハ周辺部には、ウェーハ中心部と比較して大きな研磨圧力が発生するので、研磨速度が大きくなり、ふちだれが生じる。
【０００７】
この問題を解決するために、（１）加工試料の周辺部外側に供廻りのリテーナリングを設置して、研磨パッドをリテーナリング部分に加える圧力で押さえる方法、（２）加工試料の面内の圧力分布を制御する方法、及び（３）加工試料チャック面の形状を変化させる方法などが開発されてきた。しかしながらいずれの方法も、新たな装置、機器や制御システムを付加する必要が生じたり、加工対象ごとにその制御値やチャック形状を設定する必要が生じるため、プロセスコストやプロセスタイムの増加といった新たな問題を発生させている。
【０００８】
また、上記ふちだれの発生を低減させるためには、粘弾性係数の小さい、いわゆる硬質パッドを使用することが考えられるが、硬質パッドは、ウェーハのわずかなそりや研磨ヘッド荷重の不均一性に対して、ウェーハの研磨圧力分布の不均一緩和能力が乏しくなるため、ウェーハ全体の研磨面の精度が悪化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、このような点に着目してなされたものであり、プロセスコストやプロセスタイムの増加といった新たな問題を発生させることなく、ふちだれの少ない、高い形状精度の研磨ができる研磨パッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明者等は鋭意研究の結果、粘弾性係数の小さい、いわゆる硬質パッドを使用し、該硬質パッドの表面に繊維を立設して、ウェーハの研磨圧力分布の不均一緩和能力を付与し、押圧により繊維が倒れるように構成することによって、ふちだれの少ない、高い形状精度の研磨ができる研磨パッドが得られることを見出し、本発明に到達した。
【００１１】
即ち本発明は、硬質基材に、その表面を覆うように繊維層を立設し、該繊維層の繊維先端を押圧により倒れる長さに形成したことを特徴とする。
【００１２】
要するに、上記繊維層は、繊維層の繊維が研磨圧力の緩衝機能を有するものであり、研磨試料の周辺部において高い圧力が作用しようとすると、繊維が横方向に移動して（倒れて）その圧力を緩和する程度の繊維長を有するようにしたものである。
【００１３】
前記硬質基材の圧縮率が、０．５％以下の硬質基材を使用するのが好ましい（請求項２）。
【００１４】
前記繊維の繊維径が１〜２０μｍであり、繊維平均長さが該繊維径の２倍以上で５００μｍ以下とするのが好ましい（請求項３）。
【００１５】
前記繊維は、親水性、強度が高く、耐薬品性、弾性的諸特性に優れたポリエステル繊維とするのが良い（請求項４）。
【００１６】
前記硬質基材は、無機若しくは高硬度の合成樹脂砥粒微粉末を合成樹脂で結着させたもので、繊維層を構成する繊維より脆い材質のものとするのが良い（請求項５）。ダイヤモンドドレッサなどで表面研削した際、硬質基材が削られても、繊維はパッド表面に残り、パッド表面に繊維層を形成できるようにするためである。
【００１７】
本発明の製造方法は、無機若しくは合成樹脂微粉末を合成樹脂で結着した硬質基材を、織布若しくは不織布に含浸させて硬化させ、これを繊維方向を揃えたロール状、積層状若しくは束状とし、ついで繊維の長さ方向と交叉する方向から切断し、切断面をドレッシングして硬質基材の表面を覆うように立設した繊維層を、該繊維の先端が押圧により倒れる長さに形成したことを特徴とする。
【００１８】
要するに本発明は、硬質基材を使用することによりウェーハの沈みを小さくし、その表面に繊維層を設けることによって、繊維層の繊維が研磨圧力の緩衝機能を有する研磨パッドとし、該研磨パッドを使用することによって、加工試料の面内均一性が良好でふちだれによる形状精度の低下を改善したことを要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の研磨パッドによれば、プロセスコストやプロセスタイムの増加といった新たな問題を発生させることなく、ふちだれの少ない、高い形状精度の研磨ができるというこの種従来の研磨パッドには全くみられない著しく顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図2は、本発明の研磨パッドの構造を模式的に示したものであり、繊維が研磨面に立設するよう硬質パッド基材と複合させた構造で、かつ、硬質パッド基材の表面を覆うように繊維層を構成して、繊維の先端が横方向（研磨面に垂直な方向を縦方向とした）に移動できる長さに硬質パッド面より突出している。
【００２２】
上記実施例では、繊維が研磨面に垂直に立設しているが、斜めに立設していても良い。要は、繊維の上端が研磨面よりも上になっていて、押圧により研磨面に接触若しくは近づくように構成されていれば良い。
【００２３】
このような構造の研磨パッドを使用することで、ふちだれが緩和され、また、研磨圧力分布の不均一性が緩和できるため、高い形状精度の研磨ができる。
【００２４】
本発明の研磨パッドは、例えば特開２００２−３６１２９の研磨パッドの製造方法に示されているように、織布または不織布に硬質基材を含浸硬化させ、ワインドした後に、ワインド軸と交叉する方向（好ましくは垂直方法）にスライスしてパッドに成形した後、ドレッシングすることにより得られる。また、繊維の方向を揃えた織布、不織布を積層状態若しくは束状とし、これに含浸などの方法で硬質樹脂を充填・硬化させ、繊維方向と交叉する方向（好ましくは垂直方法）にスライスしてパッドに成形した後、ドレッシングすることにより製造することもできる。
【００２５】
スライス後の研磨パッドは、繊維が硬質パッド基材の表面と同一レベルにあるため、ダイヤモンドドレッサなどによって繊維が硬質パッド基材面より伸びた状態になるように研削して本発明の研磨パッドとしなければならない。このためには、硬質パッド基材は、繊維よりも脆い材質である必要がある。
【００２６】
上記ダイヤモンドドレッサによる研削は、発泡ウレタン製パッドの使用前に実施されているブレークイン工程と同様の方法で行えば良いが、繊維が硬質基材表面より伸びた状態を形成できるような、ダイヤモンドドレッサに対する磨耗性の差を有するように繊維と硬質基材とを調整することが望ましい。
【００２７】
上記ブレークイン工程は、十分な研磨レートと面内均一性を確保するために、研磨前にならし運転として行われるドレッシングと呼ばれる操作である。ドレッシングの方法としては、発泡パッドの場合と同様に、ダイヤモンドドレッサでパッドの表面層を除去する方法に準じて行えば良い。
【００２８】
本発明に使用する硬質基材としては、無機若しくは合成樹脂微粉末を合成樹脂（合成高分子若しくはバインダー材など）で結着したものを使用するのが好ましい。無機若しくは合成樹脂微粉末としては、この種目的に使用する従来公知のものを使用すれば良い。
【００２９】
無機若しくは合成樹脂微粉末を合成樹脂で結着したものを、織布若しくは不織布に含浸させて硬化させ、これを要すれば結着材を使用して、繊維方向を揃えたロール状、積層状若しくは束状とし、ついで繊維の長さ方向と交叉する（好ましくは直交する）方向から切断し、切断面をドレッシングすることにより本発明の研磨パッドが得られる。結着材としては、接着力を有する合成高分子を使用すれば良い。
【００３０】
次に、本発明の実施例と比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。
実施例１：本発明研磨パッドの製造例
繊維が研磨面に垂直になるように硬質パッド基材と繊維とを複合させた構造の本発明の研磨パッドを次のようにして製造した。
【００３１】
シリカ微粒子９０重量％とウレタン樹脂バインダー１０重量％との混合体を坪量６０ｇ/ｍ２のポリエステル製不織布（平均繊維径３ミクロン）に含浸、硬化させ、厚さ０．３ｍｍのシート状に成形した。
【００３２】
上記シート間にウレタン樹脂を厚さ０．０２ｍｍになるように調整してコートし、ワインドしながら加熱硬化させ、外径６１０ｍｍのロール状に成形し、ロール軸芯と直角方向に厚さ３ｍｍにスライスして研磨パッドを製作した。尚、この段階では、パッド表面の繊維層は形成されていない。次のブレークイン工程で繊維層を形成する。
【００３３】
ブレークインによるドレッシングの条件は、特殊な条件ではなく、半導体      ウエーハの研磨工程で使用される装置によって、容易に行える下記条件とし      た。
（ブレークインの条件）
使用ドレッサ  φ２７０−リング型ダイヤモンドドレッサ＃１５０相当
プラテン回転数  ２０rpm
ドレッサ回転数  １６rpm
ドレッサ荷重    １２０  Ｎ
純水供給量      １０００  ｃｃ／ｍｉｎ
ブレークイン時間  １５ｍｉｎ
上記のようにして得られたブレークイン後のパッド（実施例１）とスライス後のパッド（比較例１）との断面ＳＥＭ写真を図８（実施例１）及び図9（比較例１）に示す。
【００３４】
図８及び図９から、実施例1のパッド表面には繊維層が形成されているが、比較例１のパッド表面には繊維層が形成されていないことがわかる。
【００３５】
実施例２：本発明の研磨パッドの使用例
実施例1で得た本発明のパッド（実施例）、比較例１のパッド及び市販の発泡ウレタンパッド（比較例２）を使用して、下記のようにしてウェーハの研磨を行った。
【００３６】
図３に示すプラテンローター型の研磨装置を使用し、次表１に示す研磨条件でそれぞれ、実施例、比較例１、及び比較例２のパッド１をプラテン２上に固定し、６インチＰ−ＴＥＯＳ  ブランケットウエーハ（膜圧１０００ｎｍ）３をパッド１上で研磨し、ウェーハの直径方向８１ポイントで研磨速度を測定した。測定結果を次表２及び図４，５，６に示す。尚、図３中４は、ドレッサーであり、５はウェーハを押圧するヘッドである。
【００３７】
（表１）  （研磨条件）
2005238359.tif 000003
【００３８】
（表２）  （測定結果）
2005238359.tif 000004
【００３９】
図４に実施例の研磨パッドを用いたときの研磨速度のウェーハプロファイルを、図５に比較例１を用いたときの研磨速度のウェーハプロファイルを、    図６に比較例２を用いたときの研磨速度のウェーハプロファイルを示す。
【００４０】
上記測定結果から、実施例は、比較例２と同程度の研磨速度であるが、面内均一性が各段に優れ、図４からふちだれも殆ど観測されないことがわかる。
【００４１】
一方比較例１では、ふちだれは殆ど観測されないが、面内均一性は比較例２と同等であり、研磨速度が実施例１及び比較例２と比べて、大きく低下している。
【００４２】
この結果から、実施例１の研磨パッドは、図８に示すパッド表面の繊維層の効果により、研磨速度の低下を防止すると同時に、ふちだれがなく、高い形状精度の研磨が可能になることが分かる。
【００４３】
次表３に、実施例、比較例１及び比較例２のパッドの粘弾性を圧縮率と圧縮回復率で比較して示す。
【００４４】
（表３）  (粘弾性を圧縮率と圧縮回復率の測定値で比較した結果)
2005238359.tif 000005
圧縮率及び圧縮回復率をつぎのように定義した。図7に、圧縮率及び圧縮回復率の測定方法の説明図を示す。
【００４５】
使用圧子：φ５ｍｍの平面圧子
圧縮率：Ｔ２／Ｔ１×１００
圧縮回復率：△Ｔ／Ｔ２×１００
ここで、Ｔ１は平面圧子に３００ｇ/ｃｍ２の荷重をかけたときのパッドの厚み
Ｔ２は平面圧子に１４００ｇ/ｃｍ２の荷重をかけたときのＴ１からの    
圧縮寸法
Ｔは荷重を１４００から３００ｇ/ｃｍ２にもどしたときの回復寸法
【００４６】
上記結果から、実施例１と比較例１は、比較例２と比べて、粘弾性係数が小さいことが分かる。これは、パッドにウェーハが殆ど沈み込まない状態で研磨されることを示すものであり、この結果が図４、図５のウェーハエッジ部のプロファイルに反映されたものと判断される。
【００４７】
実施例１と比較例１を比べると、実施例１は比較例１より、わずかに圧縮され、また圧縮回転率が低下している。これはパッド表面の繊維層の影響と判断され、このことが高い形状精度の研磨に反映されたものと判断される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ウェーハ周辺部でふちだれの生ずる説明図である。
【図２】本発明の研磨パッドの構造を模式的に示した図である。
【図３】本発明に使用する研磨装置の一例を示す斜視図である。
【図４】実施例1の研磨パッドを用いた研磨速度のウェーハプロファイルを示す線図である。
【図５】比較例1の研磨パッドを用いた研磨速度のウェーハプロファイルを示す線図である。
【図６】比較例２の研磨パッドを用いた研磨速度のウェーハプロファイルを示す線図である。
【図７】圧縮率及び圧縮回復率の測定方法の説明図である。
【図８】実施例１で得た本発明のパッドの断面SEM写真である。
【図９】比較例１のパッドの断面SEM写真である。
【符号の説明】
【００４９】
１………パッド
２………プラテン
３………ウェーハ
４………ドレッサー
５………ヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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