特許 7550693 研磨パッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-05

(45)【発行日】2024-09-13

(54)【発明の名称】研磨パッド

(51)【国際特許分類】

   B24D 3/32 20060101AFI20240906BHJP

   B24D 11/00 20060101ALI20240906BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

B24D3/32

B24D11/00 E

H01L21/304 622F

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021051301

(22)【出願日】2021-03-25

(65)【公開番号】P2022149241

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-09-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000004293

【氏名又は名称】ノリタケ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001117

【氏名又は名称】弁理士法人ぱてな

(72)【発明者】

【氏名】北嶋 将太

(72)【発明者】

【氏名】岸本 正俊

(72)【発明者】

【氏名】中村 泰輔

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 綾真

【審査官】マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－１０８４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０１２４６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－１７３７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】今村 健夫，一般資料，プラスチック・データブック，第1版，日本，株式会社 工業調査会，1999年12月01日，第１２～１３頁

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｄ ３／００ － ３／３２

Ｂ２４Ｄ １１／００

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリスルホン系樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、前記母材又は前記気孔内に保持された研磨粒子とを有し、
初荷重を４３０ｇ／ｃｍ ² 、最終荷重を１９１０ｇ／ｃｍ ² とし、前記初荷重で６０秒間加圧した後の厚さｔ ₀ を測定し、次に前記最終荷重の下で６０秒間放置後の厚さｔ ₁ を測定し、下記数式１から算出される圧縮率が０．５％以下であり、
数式１：圧縮率（％）＝（ｔ ₀ －ｔ ₁ ）／ｔ ₀ ×１００
２５°Ｃにおける弾性率と、１００°Ｃにおける弾性率との弾性率比が１．５以下であり、
前記母材と前記気孔との体積比は０．６未満であることを特徴とする研磨パッド。

【請求項2】

前記圧縮率が０．１７％以下であり、
前記弾性率比が１．０９以下であり、
前記母材と前記気孔との体積比は０．５８以下である請求項１記載の研磨パッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は研磨パッドに関する。

【背景技術】

【0002】

定盤とキャリヤとを備えたウェハ研磨装置が知られている。定盤は、第１軸心と直交する方向に延びる第１固定面を有し、第１軸心周りに回転される。キャリヤは、第１軸心と平行な第２軸心と直交する方向に延びて第１固定面と対面する第２固定面を有し、第２軸心周りに回転される。

【0003】

このウェハ研磨装置によりＳｉＣ、ＧａＮ等の平板状のウェハを研磨する場合、研磨パッドが用いられる。定盤の第１固定面に研磨パッドが固定され、キャリヤの第２固定面に平板状のウェハが固定される。そして、研磨液の存在下で研磨パッドとウェハとを所定の面圧の下で当接しながら、定盤とキャリヤとを回転させる。

【0004】

研磨パッドが一般的な不織布や硬質ウレタンからなる場合、研磨粒子を含む研磨液が用いられる。また、研磨パッドが特許文献１～３に開示されているように、樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、母材又は気孔内に保持された研磨粒子とを有しているものである場合には、研磨粒子を含まない研磨液を採用できる。こうして、ウェハの研磨を行う。研磨液がアルカリ等の薬剤を含む場合には、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）工程でウェハが研磨される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第４２６６５７９号公報

【文献】特許第５５１１２６６号公報

【文献】特許第６６３６６３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、近年、加工後のウェハについて、ＳＦＱＲ（Site front least suares range）の要求レベルが上がっており、研磨工程では一層の高平坦化が求められている。従来の研磨パッドでは、この高平坦度を達成することができない。

【0007】

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、加工後のウェハがＳＦＱＲの要求レベルに沿った高平坦化を達成可能な研磨パッドを提供することを解決すべき課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の研磨パッドは、ポリスルホン系樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、前記母材又は前記気孔内に保持された研磨粒子とを有し、
初荷重を４３０ｇ／ｃｍ ² 、最終荷重を１９１０ｇ／ｃｍ ² とし、前記初荷重で６０秒間加圧した後の厚さｔ ₀ を測定し、次に前記最終荷重の下で６０秒間放置後の厚さｔ ₁ を測定し、下記数式１から算出される圧縮率が０．５％以下であり、
数式１：圧縮率（％）＝（ｔ ₀ －ｔ ₁ ）／ｔ ₀ ×１００
２５°Ｃにおける弾性率と、１００°Ｃにおける弾性率との弾性率比が１．５以下であり、
前記母材と前記気孔との体積比は０．６未満であることを特徴とする。

【0009】

発明者らの試験によれば、本発明の研磨パッドは、従来の研磨パッドよりも連続気孔が減っており、硬さが増している。また、本発明の研磨パッドは、従来の研磨パッドよりも弾性率比が小さく、研磨時に摩擦熱で変形し難い。そのため、本発明の研磨パッドは、加工時に逃げを生じ難い。

【0010】

したがって、本発明の研磨パッドによれば、加工後のウェハがＳＦＱＲの要求レベルに沿った高平坦化を達成することが可能となる。

【0011】

研磨パッドは、母材又は気孔内に保持された研磨粒子を有することが好ましい。発明者らはこの研磨パッドにおいて本発明の作用効果を確認している。この場合、研磨粒子を有さない研磨液を採用できるため、研磨液の再利用が容易であり、半導体デバイスの製造コストの低廉化を実現できるとともに、環境負荷を軽減することができる。

【0012】

母材はポリスルホン系樹脂からなることが好ましい。ポリスルホン系樹脂は１００°Ｃ以下ではその弾性率がほとんど変化しないからである。

【0013】

母材と気孔との体積比は０．６未満であることが好ましい。母材と気孔との体積比が０．６以上であれば、気孔の割合が多く、全体の強度が落ちて圧縮率が大きくなるからである。

【発明の効果】

【0014】

本発明の研磨パッドによれば、加工後のウェハがＳＦＱＲの要求レベルに沿った高平坦化を達成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、ウェハ研磨方法で用いたウェハ研磨装置の模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

研磨パッドは以下の第１～３工程を備えた製造方法によって製造可能である。第１工程では、母材樹脂と、研磨粒子と、溶媒とを含むペーストを用意する。第２工程では、ペーストをシート状に成形して成形体を得る。第３工程では、成形体を置換液中に浸漬し、成形体中の溶媒を置換液で置換して無数の気孔を形成する。この際、成形体中の溶媒の割合が多いと気孔を生じやすく、溶媒の割合が少ないと気孔が減り、硬さを増すことが可能である。

【0017】

研磨パッドを製造するために用いる母材樹脂としては、ポリスルホン系樹脂であるポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等を採用することが可能である。これらは１種でもよく、２種以上が混合されていてもよい。

【0018】

研磨パッドを製造するために用いる溶媒としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン、酢酸エチル、メチルエチルケトン等を採用することができる。これらは１種でもよく、２種以上が混合されていてもよい。溶媒は、バインダ樹脂に応じて種々選択される。

【0019】

研磨パッドを製造したり、研磨液に含有され得る研磨粒子としては、シリカ、セリア、アルミナ、ジルコニア、チタニア、ダイヤモンド、マンガン酸化物、炭酸バリウム、酸化クロム、酸化鉄等を採用することが可能である。これらは１種でもよく、２種以上が混合されていてもよい。

【0020】

研磨パッドを製造するために用いるペーストは、母材樹脂と研磨粒子と溶媒とを含む他、炭酸ナトリウム、ピペラジン、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、酸化カルシウム、炭酸カリウム、酸化マグネシウム等のアルカリ微粒子を含んでいてもよい。また、ペーストは、フッ素系撥水剤、シリコン系撥水剤、炭化水素系撥水剤及び金属化合物系撥水剤等の撥水剤を含んでもよい。さらに、ペーストは、二酸化チタン、炭酸カルシウム、カーボンブラック等の無機顔料、アゾ顔料、多環顔料等の有機顔料等の顔料を含んでもよい。これらは１種でもよく、２種以上が混合されていてもよい。

【0021】

研磨パッドの製造方法において、溶媒と置換される置換液としては、油性の溶媒を採用した場合には、水道水等の水性の液体を採用することができる。

【0022】

研磨液を用いる場合、研磨液は純水であってもよく、油性であってもよく、酸性又はアルカリ性の薬品を含むものであってもよい。

【0023】

（実施例・比較例）
以下、本発明を具体化した実施例１と、比較例１～３とを説明する。

【0024】

まず、第１工程として、母材樹脂（ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン））と、研磨粒子（シリカ（ＳｉＯ₂））と、溶媒とを準備した。

【0025】

これらを所定の割合で混合し、実施例１及び比較例１のペーストを得た。各ペーストにより、実施例１及び比較例１の研磨パッド１３を得た。混合割合は、成形体の樹脂及び気孔比が実施例１又は比較例１の研磨パッド１３になるようにした。

【0026】

実施例１及び比較例１の研磨パッド１３は、樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、母材又は気孔内に保持された研磨粒子とを有している。実施例１及び比較例１の研磨パッド１３における母材と気孔との体積比を測定した。

【0027】

比較例２、３の研磨パッドも用意した。比較例２の研磨パッドは、市販の不織布（ニッタ・ハース製 品番SUBA600）である。比較例３の研磨パッドは、硬質ウレタンからなる公知のものである（ウレタンパッドＩＣ１０００（ニッタ・ハース製））。

【0028】

実施例１の研磨パッド１３及び比較例１～３の研磨パッドについて、定圧厚さ測定器（テックロック社製）を用い、圧縮率（％）を測定した。この際、初荷重で６０秒間加圧した後の厚さｔ₀を測定し、次に最終圧力の下で６０秒間放置後の厚さｔ₁を測定した。これらから、圧縮率を下記数式１により算出した。このとき、初荷重は４３０ｇ／ｃｍ²、最終荷重は１９１０ｇ／ｃｍ²とした。

【0029】

数式１：圧縮率（％）＝（ｔ₀－ｔ₁）／ｔ₀×１００

【0030】

さらに、実施例１の研磨パッド１３及び比較例１～３の研磨パッドについて、以下の条件で動的粘弾性測定を行い、弾性率比として、２５°Ｃにおける弾性率と、１００°Ｃにおける弾性率との比を求めた。
測定装置：HITACHI社製 DMA7100
試験モード：引張
周波数：１Ｈz
温度範囲：２０～１４０°Ｃ
昇温速度：５°Ｃ／ｍｉｎ

【0031】

また、ウェハ研磨装置（Engis EJW-380）を用意し、実施例１及び比較例１～３の研磨パッドによってウェハ１の研磨を行った。

【0032】

ウェハ研磨装置は、図１に示すように、複数のキャリヤ５と、定盤７と、駆動装置９と、研磨液供給装置１１とを備えている。図１には単一のキャリヤ５だけを図示しているが、ウェハ研磨装置は複数のキャリヤ５を有している。各キャリヤ５は水平な円板状をなしている。各キャリヤ５の下面には第２固定面５ａが凹設されており、第２固定面５ａにはウェハ１が固定されるようになっている。各キャリヤ５の上面にはキャリヤ回転軸５ｂが垂直に突設されている。各ウェハ１は、直径４ｉｎｃｈの４Ｈ-ＳｉＣ単結晶である。各ウェハ１のＳｉ面である被研磨面１ａは下方を向いている。

【0033】

定盤７は、全てのキャリヤ５を内包する水平な円板状をなしている。定盤７の下面には定盤回転軸７ａが垂直に突設されている。定盤７の上面は第１固定面７ｂとされている。第１固定面７ｂには、各ウェハ１と対面するように円板状の研磨パッド４１が接着剤によって固定されている。

【0034】

駆動装置９は、主駆動装置９ａと、副駆動装置９ｂと、加圧装置９ｃとを有している。主駆動装置９ａは定盤回転軸７ａを第１軸心Ｏ１周りで所定速度で回転駆動する。副駆動装置９ｂは各キャリヤ回転軸５ｂを第２軸心Ｏ２周りで所定速度で回転駆動する。加圧装置９ｃは各キャリヤ回転軸５ｂ及び副駆動装置９ｂを定盤７に向けて所定荷重で加圧する。

【0035】

研磨液供給装置１１は定盤７の上方に設けられている。研磨液供給装置１１は各ウェハ１と研磨パッド４１との間に研磨液１１ａを介在させる。実施例１及び比較例１の研磨方法においては、過マンガン酸カリウム水溶液からなり、研磨粒子を含まない研磨液１１ａを用いた。比較例２、３の研磨方法においては、研磨粒子としてアルミナを含む市販の研磨液１１ａ（ＤＳＣ－２０１（フジミインコーポレーテッド製））を用いた。

【0036】

このウェハ研磨装置において、以下の条件で各ウェハ１を研磨した。
研磨液１１ａの流量：１０ｍＬ／分
荷重：２０ｋＰａ
定盤７の回転数：６０ｒｐｍ
キャリア５の回転数：６０ｒｐｍ
加工時間：６０分

【0037】

そして、以下の条件でＳＦＱＲを測定した。
測定装置：TROPEL社 Flatmaster200
Egde excrusion：３ｍｍ
サイトの大きさ：１０ｍｍ角

【0038】

【表1】

【0039】

これらの結果を表１に示す。表１より、実施例１の研磨パッド１３は、比較例１の研磨パッドよりも連続気孔が減っており、硬さが増している。特に、実施例１の研磨パッド１３は、母材と気孔との体積比が０．６未満である。このため、実施例１の研磨パッド１３は、全体の強度が上って圧縮率が小さくなっている。また、実施例１の研磨パッド１３は、比較例２、３の研磨パッドよりも圧縮率も小さく、これらよりも硬さが増している。また、実施例１の研磨パッド１３は、比較例２、３の研磨パッドよりも弾性率比が小さく、研磨時に摩擦熱で変形し難い。そのため、実施例１の研磨パッド１３は、加工時に逃げを生じ難いことがわかる。

【0040】

したがって、実施例１の研磨パッド１３によれば、加工後のウェハ１がＳＦＱＲの要求レベルに沿った高平坦化を達成できることがわかる。

【0041】

また、実施例１の研磨パッド１３は、樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、母材又は気孔内に保持された研磨粒子とを有している。このため、研磨粒子を有さない研磨液１１ａを採用できるため、研磨液１１ａの再利用が容易であり、半導体デバイスの製造コストの低廉化を実現できるとともに、環境負荷を軽減することができる。

【0042】

以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は半導体製造装置に利用可能である。

【符号の説明】

【0044】

１３…研磨パッド

【図1】