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技術 研磨パッドとその製造方法並びにその研磨パッドを用いたウエハの研磨方法

出願人 ソニー株式会社
発明者 中嶋英晴
出願日 1997年2月17日 (23年0ヶ月経過) 出願番号 1997-031551
公開日 1998年8月25日 (21年5ヶ月経過) 公開番号 1998-225864
状態 未査定
技術分野 仕上研磨、刃砥ぎ、特定研削機構による研削 洗浄、機械加工
主要キーワード 基材形成材料 加工工程図 刃こぼれ 混入割合 不足部分 成形固化 ささくれ 樹脂材質
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年8月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

従来、研磨パッド研磨面に無数の傷をつけ、その傷に研磨スラリーを溜めていたが、傷を形成する際に生じる不純物ウエハを汚染したり、傷を形成するためにドレッサ具備した研磨装置が必要であった。

解決手段

研磨パッドの研磨面に傷を形成せずとも、研磨スラリーが滞留するのに十分な凹部を研磨面に有する研磨パッドを用いることで、ウエハの研磨において研磨パッドに研磨面に無数の傷をつける作業つまりドレッシングが不要となる。ウエハの研磨工程の中からドレッシングを省くことにより、ウエハの不純物汚染が低減され、研磨装置にドレッサは不要となり研磨装置にかかる費用が削減される。

概要

背景

通常、半導体装置の設計は微細なほど望ましいが、リソグラフィに微細な解像をすると、解像の焦点深度は低下する。これを解決するにはレジストを改良する必要があり、困難である。そこでデバイス構造高低差を低減して、通常より浅いリソグラフィをする。一般的にデバイス構造の高低差はシリコンウエハ鏡面加工を応用した化学的機械研磨方法により低減している。

上記化学的機械研磨方法を説明するために、図6に化学的機械研磨装置10の概略構成図を示す。この化学的機械研磨装置10は研磨パッド11を載設する研磨定盤12と、ドレッサ13と、ウエハ20を保持するキャリア14と、研磨スラリー供給機構15とを備える。通常、研磨パッド11は円板状に形成される。研磨定盤12は短柱形に形成され、研磨定盤回動軸12aに支持されて回動する。ドレッサ13の金属板にはダイア13aが電着形成されている。キャリア14はウエハ20を保持し、キャリア回動軸14aに支持され、かつ研磨定盤12と独立または追従して回動し、研磨圧力調整機構14bを備えることによってウエハ20を介し研磨パッド11上を押圧しながら揺動する。研磨スラリー供給機構15は供給ノズル15aから研磨スラリーを研磨パッド11上に供給する。

上記の化学的機械研磨装置10を用いてウエハ20の研磨方法を説明する。まず、研磨定盤回動軸12aにより研磨定盤12を回動させる。このとき研磨パッド11とダイア13aとは接触しているため、研磨定盤12が回動するとダイア13aが研磨パッド11表面上を擦り、ドレッシングする。このドレッシングにより研磨パッド11表面には無数の傷が付く。通常、この傷によって研磨パッド11がささくれた部分を目立て層と呼び、ささくれの先端を目立て層の毛足と呼ぶ。目立て層の形成された研磨パッド11上に、供給ノズル15aから研磨スラリーを供給すると目立て層の毛足と毛足との間に研磨スラリーが滞留する。ここでウエハ20を保持したキャリア14をキャリア回動軸14aにより支持しながら、離れた状態の研磨パッド11に上方から接近させて、ウエハ20と研磨パッド11上の研磨スラリーとを接触させる。そしてキャリア14は研磨圧力調整機構14bによりウエハ20を介して研磨パッド11上を押圧しながら揺動し、ウエハ20は研磨パッド11上の研磨スラリーを摺動して研磨される。

概要

従来、研磨パッドの研磨面に無数の傷をつけ、その傷に研磨スラリーを溜めていたが、傷を形成する際に生じる不純物がウエハを汚染したり、傷を形成するためにドレッサを具備した研磨装置が必要であった。

研磨パッドの研磨面に傷を形成せずとも、研磨スラリーが滞留するのに十分な凹部を研磨面に有する研磨パッドを用いることで、ウエハの研磨において研磨パッドに研磨面に無数の傷をつける作業つまりドレッシングが不要となる。ウエハの研磨工程の中からドレッシングを省くことにより、ウエハの不純物汚染が低減され、研磨装置にドレッサは不要となり研磨装置にかかる費用が削減される。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
3件

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請求項1

研磨スラリーを供給しながらウエハを摺接させて該ウエハの摺接面を平坦化する研磨に用いる研磨パッドにおいて、前記研磨パッドは、板状基材と、繊維材料からなる複数の繊維糸とから形成され、前記複数本の繊維糸の一端がそれぞれ前記板状基材の表面から突出していることを特徴とした研磨パッド。

請求項2

前記複数本の繊維糸の一端がそれぞれ突出している前記板状基材の表面には、複数の突出部と該突出部の間に凹部とが形成され、研磨パッド上に供給された研磨スラリーは該凹部に滞留することを特徴とした請求項1記載の研磨パッド。

請求項3

前記板状基材の少なくとも上層多孔質であることを特徴とした請求項1記載の研磨パッド。

請求項4

それぞれ直立している複数本の繊維糸を取り囲みつつ、該複数本の繊維糸の間を充填する状態に基材成形され、前記複数本の繊維糸の直立方向と直交する状態に、該基材と該複数本の繊維とを合わせて所定厚の板材切り出し、該基材の収縮によって前記板材の表面に凹部が形成されることを特徴とした研磨パッドの製造方法。

請求項5

研磨パッドの所定位置に供給された研磨スラリーが前記研磨パッドに設けられた凹部に滞留した状態で、該研磨パッドにウエハを当接させて研磨することを特徴とする研磨パッドを用いたウエハの研磨方法

技術分野

0001

本発明は研磨パッドとその製造方法並びにその研磨パッドを用いたウエハの研磨方法である。

背景技術

0002

通常、半導体装置の設計は微細なほど望ましいが、リソグラフィに微細な解像をすると、解像の焦点深度は低下する。これを解決するにはレジストを改良する必要があり、困難である。そこでデバイス構造高低差を低減して、通常より浅いリソグラフィをする。一般的にデバイス構造の高低差はシリコンウエハ鏡面加工を応用した化学的機械研磨方法により低減している。

0003

上記化学的機械研磨方法を説明するために、図6化学的機械研磨装置10の概略構成図を示す。この化学的機械研磨装置10は研磨パッド11を載設する研磨定盤12と、ドレッサ13と、ウエハ20を保持するキャリア14と、研磨スラリー供給機構15とを備える。通常、研磨パッド11は円板状に形成される。研磨定盤12は短柱形に形成され、研磨定盤回動軸12aに支持されて回動する。ドレッサ13の金属板にはダイア13aが電着形成されている。キャリア14はウエハ20を保持し、キャリア回動軸14aに支持され、かつ研磨定盤12と独立または追従して回動し、研磨圧力調整機構14bを備えることによってウエハ20を介し研磨パッド11上を押圧しながら揺動する。研磨スラリー供給機構15は供給ノズル15aから研磨スラリーを研磨パッド11上に供給する。

0004

上記の化学的機械研磨装置10を用いてウエハ20の研磨方法を説明する。まず、研磨定盤回動軸12aにより研磨定盤12を回動させる。このとき研磨パッド11とダイア13aとは接触しているため、研磨定盤12が回動するとダイア13aが研磨パッド11表面上を擦り、ドレッシングする。このドレッシングにより研磨パッド11表面には無数の傷が付く。通常、この傷によって研磨パッド11がささくれた部分を目立て層と呼び、ささくれの先端を目立て層の毛足と呼ぶ。目立て層の形成された研磨パッド11上に、供給ノズル15aから研磨スラリーを供給すると目立て層の毛足と毛足との間に研磨スラリーが滞留する。ここでウエハ20を保持したキャリア14をキャリア回動軸14aにより支持しながら、離れた状態の研磨パッド11に上方から接近させて、ウエハ20と研磨パッド11上の研磨スラリーとを接触させる。そしてキャリア14は研磨圧力調整機構14bによりウエハ20を介して研磨パッド11上を押圧しながら揺動し、ウエハ20は研磨パッド11上の研磨スラリーを摺動して研磨される。

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら上記化学的機械研磨方法では、ドレッシング後の研磨パッドの削り屑や、ドレッサからの刃こぼれダイアや、研磨後絶縁膜や、ウエハの破片や、使用済み研磨スラリー等の不純物が研磨パッド上のウエハに付着し、マイクロスクラッチが生じてリソグラフィに影響する。

0006

そこでウエハの被研磨面全域に研磨スラリーを行き渡らせ、不純物を研磨スラリーに取り込ませて研磨パッド外部に排出することで、ウエハへの付着を防ぐ。しかもウエハの被研磨面全域に研磨スラリーを行き渡らせることで、被研磨面内から研磨不足部分を無くし、被研磨面内の研磨レートを均一にする。

0007

しかし多量のスラリーを供給することは費用の面で好ましく無い。しかも研磨パッドをドレッシングするかぎり、ドレッサの修理保全等に費用がかかり課題となっている。

課題を解決するための手段

0008

本発明は上記課題を解決するためになされた研磨パッドとその製造方法並びにその研磨パッドを用いたウエハの研磨方法である。

0009

すなわち研磨スラリーを供給しながらウエハを摺接させて該ウエハの摺接面を平坦化する研磨に用いる研磨パッドにおいて、前記研磨パッドは板状基材繊維材料からなる複数の繊維糸とからなり、前記複数本の繊維糸の一端がそれぞれ前記板状基材の表面から突出していることを特徴とした研磨パッドとその研磨パッドの製造方法並びにその研磨パッドを用いたウエハの研磨方法である。

発明を実施するための最良の形態

0010

本発明の実施の形態の一例を、図1に示す研磨パッドの概略図と、図2図5に示す研磨パッドの製造工程図とを用いて説明する。なお図1図5において同一の形成要素においては同一の符号を付す。

0011

まず本発明の研磨パッドを説明する。図1(a)は研磨パッド30の斜視図であり、図1(b)は研磨パッド30の破断面図である。

0012

図1(a)および(b)に示すように、常温において研磨パッド30は基材31の表面から繊維糸32の一端がそれぞれ突出している。このため研磨パッド30の表面には、常温において繊維糸32が突出して形成される突出部と該突出部の間に形成される凹部とが生じる。

0013

この研磨パッド30の製造方法を説明する。まず図2に繊維糸32の加工工程を示す。図2(a)に示すように、タンク41に繊維材料32aを入れ、タンク41下に配置されたヒーター42により加熱して溶融する。

0014

このとき図2(b)に示すように繊維材料32aに発泡剤50を混入したものを、繊維材料32aのみの替わりにタンク41内に入れても良い。この発泡剤50は熱分解等により安全な気体を発生する物質例えばCaCO3 が適している。そしてタンク41をヒーター42により加熱し、繊維材料32aを溶融させながら発泡剤50を発泡させる。

0015

そして上記のように繊維材料32aのみ、または発泡剤50を混入した繊維材料32aをタンク41に入れたまま、図2(a)に示す加圧用ノズル41aからタンク41に気体を導入する。このことよりタンク41内部を加圧して、タンク41外壁に設けた例えば直径1μm〜10μmの円形の排出口41bから溶融した繊維材料32aを噴出させる。この排出口41bは繊維糸32に所望の径および断面形状に調整する。この噴出した繊維材料32aを冷却例えば外気に触れる等して固化し、繊維糸32を形成する。なお、発泡剤50を混入した場合には、中空部を有した繊維糸32が得られる。噴出後の繊維糸32をローラー43に巻取った後、繊維糸32を一定の長さに切る。

0016

また、巻き取る必要の無い場合は、上記繊維糸32を速度一定のベルトコンベア等に載せ、所定位置で所定時間毎切り、連続的に一定長に切ることもできる。さらに、タンク41に複数の排出口41bを設け、一定時間だけタンク41内を加圧して溶融した繊維材料32aを噴出することで、一度に複数の一定長の繊維糸32を得ても良い。

0017

次に図3を用いて基材31の成形工程を説明する。まず複数の一定長の繊維糸32を、筒形成形容器44に入れる。このとき図3に示すように同一径の繊維糸32を同一間隔で並べる必要は無く、例えば幾つかの同心円上に繊維糸32を並べ、外円上に太い繊維糸32を配置し内円上に細い繊維糸32を配置しても良いし、例えば放射線上に中心から徐々に間隔を開けて繊維糸32を配置しても構わず、例えば断面形状が不揃いの繊維糸32を渦巻き上に配置することもでき、繊維糸32の径および断面形状そして成形容器44内における配置位置は自由である。

0018

さらに図3に示すようにヒーター42で加熱された成形容器44内に、繊維糸32よりも熱膨張係数の大きい基材成形材料31aを溶融して流し込む。このときの加熱温度は繊維糸32が溶融する温度を超さない。この後、基材成形材料31aを冷却して成形固化させ成形容器44から外すことで、繊維糸32を取り込んだ基材31が形成される。なお上記の基材成形材料31aは繊維32よりも熱膨張率が大きいものであれば、通常の研磨パッド材料例えばポリウレタン類を選択することも可能であり、樹脂材質またはフォームの基材31を形成することもできる。

0019

また、図3に示した工程の応用を、図4を用いて説明する。まず、図4(a)に示すように、基材形成材料31aを溶融して発泡剤50例えばCaCO3 を混入し攪拌する。なお、このときの基材形成材料32aは発泡剤50が発泡する温度未満で攪拌することが好ましい。

0020

そして図4(b)に示すように発泡剤50を混入して用意した研磨パッド材料32を成形容器44に流し込む。このとき成形容器44下に配置したヒーター42により、発泡剤50が発泡する温度以上で、かつ繊維糸32が溶融する温度以下に、基材成形材料31aを調整して、発泡剤50を発泡させる。

0021

図4(c)は、この発泡の状態が分かるように成形容器44の内部を縦に切った場合の破断面図である。発泡剤50例えばCaCO3 が発泡するときに生じる気泡51a例えばCO2 と副生成物51b例えばCaO2 とは、基材成形材料31aに取り込まれる。発泡剤50が発泡した後、基材成形材料31aを冷却して成形固化させ成形容器44から外すことで、繊維糸32を取り込んだ多孔質の基材31が形成される。なお、この場合の多孔質の状態は発泡材50の混入割合により制御することもできる。

0022

上記図3または図4に示した工程により得られた基材31と繊維糸32とをスライスして板材に切り出す工程を、図5を用いて説明する。図5に示すように、基材31に取り込まれた繊維糸32と直交する状態に、例えば1mm〜3mmの厚さに基材31と繊維糸32とを合わせて、スライスし平滑面を有する板材30aを得る。この作業は基材31が溶融する温度を超えない温度で、かつ可能な限り高温で行う。

0023

スライスの環境温度は常温よりも高温であるために、板材30aは切り出された直後が図5のように平滑面を有する円板である。この板材30aを常温に冷却すると、基材31の方が繊維糸32よりも熱膨張係数が大きく収縮する度合いも大きいために、図1に示した表面に凹凸を有する研磨パッド30が得られる。

0024

この研磨パッド30を用いたウエハの研磨方法を、図6を用いて説明する。なお本発明では従来例とは異なり研磨装置10にはドレッサ13とダイア13aとは不必要であり、研磨パッド11の代わりに研磨パッド30を用いるものとする。その他の従来例と同一の形成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

0025

まず、研磨定盤回動軸12aにより研磨定盤12を回動させる。この研磨定盤12に載設した研磨パッド30上に、供給ノズル15から研磨スラリーを供給すると、研磨パッド30の表面の凹部に研磨スラリーは滞留する。この凹部に研磨スラリーが滞留した研磨パッド30に対して、ウエハ20を保持したキャリア14を離れた状態から接近させて、ウエハ20と研磨パッド30上の研磨スラリーとを当接させる。そして研磨圧力調整機構14bによってキャリア14はウエハ20を介して研磨パッド30上を押圧しながら揺動する。これにより研磨パッド30の凹部に保持された研磨スラリー上をウエハ20が摺動することとなり、ウエハ20は研磨される。

発明の効果

0026

上記本発明の研磨パッドは、基材の表面から前記繊維の一端がそれぞれ突出しているために、該突出部の間に凹部が形成される。このため研磨中において研磨パッド上に研磨スラリーが供給されると、該凹部に研磨スラリーが入り込み、ドレッシングせずとも研磨パッド上に研磨スラリーが滞留する。

0027

研磨パッドのドレッシングが不必要なのでダイアを電着したドレッサも不必要になり、装置にかかる費用が低減されるうえに、ドレッサの修理保全等にかかる費用が削減できる。しかもドレッシングにより生じる不純物もウエハに付着せず、ウエハのマイクロスクラッチが減少する。そこで不純物を取り込み研磨パッドの外部に排出するために供給する過剰の研磨スラリーを低減でき、費用も低減できる。

0028

しかも常温における研磨パッドを構成する基材は、研磨パッドの製造中における溶融状態の基材成形材料が成形固化した状態よりも、収縮しているために、常に引っ張られている状態にある。このため研磨パッドの基材には常に引っ張り応力がかかり、引っ張り応力が基材ほどにはかからない繊維糸は、基材の少なくとも表面から突出する状態になる。そこで研磨パッド表面には突出部と凹部とが、常に形成される。つまりウエハ研磨中に繊維糸が削れても常に研磨パッド表面に凹凸ができ、凹部に研磨スラリーを滞留できる。

0029

なお、本発明における基材成形材料に、発泡剤混入基材成形材料や通常の研磨パッド材料例えば発泡ポリウレタン類などを用いて、多孔質の研磨パッドを得ることも可能である。この多孔質で形成された研磨パッドの中空部は、通常の研磨パッドと同様に研磨スラリーを滞留できる。

図面の簡単な説明

0030

図1本発明である研磨パッドの概略図である。
図2本発明である研磨パッドの製造方法における繊維糸加工工程図である。
図3本発明である研磨パッドの製造方法における基材成形工程図である。
図4本発明である研磨パッドの製造方法における中空部含有基材成形工程図である。
図5本発明である研磨パッドの製造方法における基材および繊維糸のスライス工程図である。
図6従来における研磨装置の概略図である。

--

0031

30研磨パッド31基材32 繊維糸

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