JP6355429B2 - 研磨パッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の被加工物を研磨するために用いられる研磨パッド、及び研磨パッドの製造方法に関する。

半導体デバイス等の製造プロセスでは、機械的研磨による平坦化効果を研磨液等の化学作用で増大させる化学的機械的研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）が広く用いられている。このＣＭＰで半導体ウェーハ等の被加工物を研磨すれば、デバイスの製造に適した平坦面を形成できる。

近年では、小型軽量なデバイスを実現するために、被加工物を薄く加工することが求められている。しかしながら、例えば、被加工物を研削によって薄くすると、研削後の被加工物に歪（研削歪）が残存して抗折強度は低下してしまう。そこで、被加工物を研削した後には、上述したＣＭＰで被加工物から研削歪を除去している。

ＣＭＰでは、まず、不織布や発泡ウレタン等でなる研磨パッドに、シリカ等の遊離砥粒を含む研磨液（スラリー）を供給しながら、被加工物と研磨パッドとを相対的に回転させる。この状態で、研磨パッドの研磨面に被加工物の被研磨面を接触させることで、被加工物を研磨できる（例えば、特許文献１参照）。

特開平３−２４８５３２号公報

ところで、上述したＣＭＰでは、研磨パッドの研磨面に存在する微小な凹凸の凸部を被加工物に接触させることで、シリカ等の遊離砥粒を被加工物の被研磨面に作用させている。しかしながら、被加工物に接触する凸部の面積は研磨面全体の数％に過ぎないので、必ずしも十分な研磨効率を得られないという問題があった。

研磨パッドの研磨面をドレッシングして、被加工物に接触する凸部の面積を増やすことも考えられる。しかしながら、研磨パッドをドレッシングすると、凹凸の凹部も浅くなるので、研磨面上には研磨液の膜が形成され易くなる。研磨面上に研磨液の膜が形成されると、被加工物が研磨面に接触し難くなり、研磨効率はかえって低下してしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高い研磨効率を実現可能な研磨パッド、及び研磨パッドの製造方法を提供することである。

本発明によれば、被加工物の被研磨面を研磨する研磨パッドの製造方法であって、それぞれ任意の方向に延在する複数の繊維部材を、延在方向を揃えて所定の深さの容器内に挿入し、該容器内に第１の樹脂を供給して該繊維部材を該第１の樹脂に含浸させた後、該第１の樹脂を硬化させて、該繊維部材が固定され所定の方向に延在する複数の柱状の繊維部材ブロックを形成し、該複数の繊維部材ブロックを、延在方向を揃えて所定の深さの容器内に挿入し、該容器内に第２の樹脂を供給して該繊維部材ブロックを該第２の樹脂に含浸させた後、該第２の樹脂を硬化させて、内部に複数の該繊維部材ブロックが固定されたブロック集合体を形成し、該ブロック集合体を該繊維部材の延在方向に対して略垂直に切断する事によって、板状の研磨パッドを形成することを特徴とする研磨パッドの製造方法が提供される。

本発明の研磨パッドは、樹脂によって固定された複数の繊維部材の一端が、被加工物を研磨する研磨面において露出するように形成されているので、例えば、繊維部材の密度を高めに設定しておくことで、繊維部材と被加工物との接触点を増やすことができる。また、繊維部材と繊維部材との隙間に研磨液が入り込むので、研磨面上に研磨液の膜が形成されることもない。よって、本発明の研磨パッドにより、高い研磨効率を実現できる。

図１（Ａ）は、本実施形態に係る研磨パッドの構成例を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、研磨パッドの構成例を模式的に示す側面図であり、図１（Ｃ）は、研磨パッドの構成例を模式的に示す断面図である。 研磨パッドを使用する研磨装置の構成例を模式的に示す斜視図である。 図３（Ａ）から図３（Ｄ）は、第１態様に係る研磨パッドの製造方法を模式的に示す斜視図である。 図４（Ａ）から図４（Ｄ）は、第２態様に係る研磨パッドの製造方法を模式的に示す斜視図であり、図４（Ｅ）は、第２態様に係る研磨パッドの製造方法で製造された研磨パッドの構成例を模式的に示す平面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１（Ａ）は、本実施形態に係る研磨パッドの構成例を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、研磨パッドの構成例を模式的に示す側面図であり、図１（Ｃ）は、研磨パッドの構成例を模式的に示す断面図である。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る研磨パッド１は、被加工物１１（図２参照）を研磨する研磨面Ａに複数の繊維部材３の一端が露出した円形の板状物である。図１（Ｃ）に示すように、複数の繊維部材３は、それぞれ、研磨パッド１の研磨面Ａから反対側の裏面Ｂにかけて延在しており、樹脂５で固定されている。

繊維部材３は、代表的には、ナイロンやポリエステル、ＰＥＴ等の樹脂で形成されたマイクロファイバーである。この繊維部材３は、延在方向と垂直な方向（径方向）において、例えば、１０μｍ以下の幅に形成されている。樹脂５としては、例えば、繊維部材３の固定に適したポリウレタン等の材料が用いられる。

図２は、本実施形態に係る研磨パッド１を使用する研磨装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図２に示すように、研磨装置２は、円盤状の研磨定盤４を備えている。この研磨定盤４は、下方に配置されたモータ等の回転機構（不図示）と連結されており、鉛直方向に伸びる回転軸の周りに回転する。

研磨定盤４の上面は、略平坦に形成されており、本実施形態に係る研磨パッド１が固定される。なお、研磨パッド１は、研磨面Ａを上方に露出させるように研磨定盤４の上面に固定される。

研磨定盤４の上方には、板状の被加工物１１を吸引保持する保持機構６が設けられている。保持機構６は、上方に配置されたモータ等の回転機構（不図示）と連結されており、鉛直方向に伸びる回転軸の周りに回転する。また、この保持機構６は、昇降機構（不図示）で昇降（上下動）される。

保持機構６の下面は、被加工物１１の上面（被保持面）側を吸引保持する保持面となっている。この保持面には、保持機構６の内部に形成された流路を通じて吸引源の負圧が作用し、被加工物１１を吸引する吸引力が発生する。

保持機構６と隣接する位置には、シリカ等の遊離砥粒を分散させた研磨液（スラリー）１３を、研磨定盤４に固定された研磨パッド１の研磨面Ａに供給する研磨液供給ノズル８が設けられている。この研磨液供給ノズル８は、保持機構６等と干渉しない位置に位置付けられている。

被加工物１１は、代表的には、円盤状の半導体ウェーハである。この被加工物１１を保持する保持機構６と、研磨定盤４とを相互に回転させた上で、保持機構６を昇降機構で下降させ、研磨液１３を供給しながら研磨パッド１の研磨面Ａに押し当てることで、被加工物１１の下面（被研磨面）側を研磨できる。

次に、本実施形態に係る研磨パッドの製造方法について詳述する。図３（Ａ）から図３（Ｄ）は、第１態様に係る研磨パッドの製造方法を模式的に示す斜視図である。図３（Ａ）に示すように、第１態様に係る研磨パッドの製造方法では、まず、延在方向を揃えた複数の繊維部材３を、所定深さに形成された有底円筒状の容器１２内に挿入する。

具体的には、繊維部材３の延在方向と容器１２の深さ方向とが略平行になるように、複数の繊維部材３を容器１２内に挿入する。容器１２内に挿入される繊維部材３の数は、研磨パッドの仕様に応じて任意に設定できる。例えば、繊維部材３を多めに挿入して密度を高めることで、被加工物１１との接触点を増やして高い研磨効率を容易に実現できる。

なお、繊維部材３の長さ（延在方向の長さ）と容器１２の深さとは、同程度にすることが好ましい。繊維部材３の長さと容器１２の深さとを同程度にすることで、研磨パッドの取り数を最大化でき、また、材料の無駄をなくすことができる。

次に、容器１２の上方に位置付けた樹脂供給ノズル１４から容器１２内に樹脂（第１の樹脂）５ａを供給して、繊維部材３を樹脂５ａに含浸させる。例えば、樹脂５ａは、容器１２の上端の縁まで供給される。樹脂５ａを供給した後には、熱処理、光処理、薬液処理等を実施して樹脂５ａを硬化させる。これにより、図３（Ｂ）に示すように、複数の繊維部材３が樹脂５ａで固定された円柱状の繊維部材ブロック７ａを形成できる。

樹脂５ａを硬化させて、円柱状の繊維部材ブロック７ａを形成した後には、図３（Ｃ）に示すように、容器１２から繊維部材ブロック７ａを取り出す。なお、繊維部材ブロック７ａを容易に取り出せるように、例えば、フッ素樹脂等で容器１２の内壁を離型処理しておいても良い。

容器１２から取り出された繊維部材ブロック７ａは、図３（Ｄ）に示すように、繊維部材３の延在方向に対して略垂直に切断される。これにより、円盤状の研磨パッド１ａを形成できる。繊維部材ブロック７ａの切断は、例えば、ワイヤーソーやバンドソー等の任意の工具を用いて実施すれば良い。

なお、このように形成される研磨パッド１ａでは、繊維部材３の一端が研磨面Ａに露出していない可能性が高い。そこで、研磨面Ａをブラシ状の部材でドレッシングして、繊維部材３の一端を覆う樹脂５ａの一部を除去すると良い。これにより、繊維部材３の一端を研磨面Ａに露出させることができる。

図４（Ａ）から図４（Ｄ）は、第２態様に係る研磨パッドの製造方法を模式的に示す斜視図であり、図４（Ｅ）は、第２態様に係る研磨パッドの製造方法で製造された研磨パッドの構成例を模式的に示す平面図である。なお、第２態様に係る研磨パッドの製造方法では、第１態様に係る研磨パッドの製造方法において形成される円柱状の繊維部材ブロック７ａを用いる。

まず、第１態様に係る研磨パッドの製造方法を途中まで実施して、繊維部材ブロック７ａを得る。本態様では、複数の繊維部材ブロック７ａを用意する。次に、延在方向を揃えた複数の繊維部材ブロック７ａを、所定深さに形成された有底円筒状の容器１６内に挿入する。

具体的には、繊維部材ブロック７ａの延在方向と容器１６の深さ方向とが略平行になるように、複数の繊維部材ブロック７ａを容器１２内に挿入する。容器１６内に挿入される繊維部材ブロック７ａの数は、研磨パッドの仕様に応じて任意に設定できる。

なお、繊維部材ブロック７ａの長さ（延在方向の長さ）と容器１６の深さとは、同程度にすることが好ましい。繊維部材ブロック７ａと容器１２の深さとを同程度にすることで、研磨パッドの取り数を最大化でき、また、材料の無駄をなくすことができる。

次に、容器１６の上方に位置付けた樹脂供給ノズル１８から容器１６内に樹脂（第２の樹脂）５ｂを供給して、繊維部材ブロック７ａを樹脂５ｂに含浸させる。例えば、樹脂５ｂは、容器１６の上端の縁まで供給される。樹脂５ｂを供給した後には、熱処理、光処理、薬液処理等を実施して樹脂５ｂを硬化させる。

これにより、図４（Ｂ）に示すように、複数の繊維部材ブロック７ａが樹脂５ｂで固定された円柱状のブロック集合体７ｂを形成できる。なお、樹脂５ｂと樹脂５ａとは同じでも良い。

樹脂５ｂを硬化させて、円柱状のブロック集合体７ｂを形成した後には、図４（Ｃ）に示すように、容器１６からブロック集合体７ｂを取り出す。なお、ブロック集合体７ｂを容易に取り出せるように、例えば、フッ素樹脂等で容器１６の内壁を離型処理しておいても良い。

容器１６から取り出されたブロック集合体７ｂは、図４（Ｄ）に示すように、繊維部材３の延在方向に対して略垂直に切断される。これにより、図４（Ｅ）に示すような、複数の研磨パッド１ａを樹脂５ｂで固定した大径の研磨パッド１ｂを形成できる。ブロック集合体７ｂの切断は、例えば、ワイヤーソーやバンドソー等の任意の工具を用いて実施すれば良い。

なお、このように形成される研磨パッド１ｂでは、繊維部材３の一端が研磨面Ａに露出していない可能性が高い。そこで、研磨面Ａをブラシ状の部材でドレッシングして、繊維部材３の一端を覆う樹脂５ａ又は樹脂５ｂの一部を除去すると良い。これにより、繊維部材３の一端を研磨面Ａに露出させることができる。

以上のように、本実施形態に係る研磨パッド１は、樹脂５によって固定された複数の繊維部材３の一端が、被加工物１１を研磨する研磨面Ａにおいて露出するように形成されているので、例えば、繊維部材３の密度を高めに設定しておくことで、繊維部材３と被加工物１１との接触点を増やすことができる。また、繊維部材３と繊維部材３との隙間に研磨液１３が入り込むので、研磨面Ａ上に研磨液１３の膜が形成されることもない。よって、本実施形態に係る研磨パッド１により、高い研磨効率を実現できる。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、有底円筒状の容器１２，１６を利用して円盤状の研磨パッド１ａ，１ｂを形成しているが、研磨パッドの形状はこれに限定されない。多角柱状の容器を用いて、多角形状の研磨パッドを形成しても良い。

その他、上記実施形態に係る構成、方法などは、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１，１ａ，１ｂ 研磨パッド
３ 繊維部材
５ 樹脂
５ａ 樹脂（第１の樹脂）
５ｂ 樹脂（第２の樹脂）
７ａ 繊維部材ブロック
７ｂ ブロック集合体
１１ 被加工物
１３ 研磨液（スラリー）
２ 研磨装置
４ 研磨定盤
６ 保持機構
８ 研磨液供給ノズル
１２，１６ 容器
１４，１８ 樹脂供給ノズル
Ａ 研磨面
Ｂ 裏面

Claims (1)

1. 被加工物の被研磨面を研磨する研磨パッドの製造方法であって、
   それぞれ任意の方向に延在する複数の繊維部材を、延在方向を揃えて所定の深さの容器内に挿入し、該容器内に第１の樹脂を供給して該繊維部材を該第１の樹脂に含浸させた後、該第１の樹脂を硬化させて、該繊維部材が固定され所定の方向に延在する複数の柱状の繊維部材ブロックを形成し、
   該複数の繊維部材ブロックを、延在方向を揃えて所定の深さの容器内に挿入し、該容器内に第２の樹脂を供給して該繊維部材ブロックを該第２の樹脂に含浸させた後、該第２の樹脂を硬化させて、内部に複数の該繊維部材ブロックが固定されたブロック集合体を形成し、
   該ブロック集合体を該繊維部材の延在方向に対して略垂直に切断する事によって、板状の研磨パッドを形成することを特徴とする研磨パッドの製造方法。