JP2018039078A - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】研磨ムラを抑制することが可能な研磨パッドを提供すること。
【解決手段】本発明に係る研磨パッド１００は、研磨面１０１ａに同一方向に延伸する複数の溝１０１ｂが形成されている。複数の溝１０１ｂの幅Ｄ１及び深さＨ１は均一であり、複数の溝１０１ｂの間の研磨面１０１ａであるランド１０１ｃの、溝１０１ｂの延伸方向に直交する方向の幅であるランド幅Ｄ２について、次の［数式１］で算出される変動係数が０．０５以上０．３０以下である。
変動係数＝（ランド幅Ｄ２の標準偏差）／（ランド幅Ｄ２の平均値）［数式１］
【選択図】図５

Description

本発明は、ガラス基板、ハードディスク基板、シリコンウエハや半導体デバイス等の研磨に利用される研磨パッドに関する。

光学材料、半導体デバイスやハードディスク基板等の研磨には研磨パッドが用いられる。研磨パッドは、ポリウレタン等の合成樹脂からなる硬質パッドや軟質なスウェードパッド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の合成繊維からなる不織布等からなり、物性や空隙の分布等によって所定の研磨特性を有する。

研磨パッドの表面には、研磨スラリーを拡散させるための溝が形成される場合がある。しかしながら、同一方向に延伸する複数の溝を有する研磨パッドでは、溝間が一定の距離を維持したまま延伸する規則的な形状であり、溝又はランド（溝が形成されていない領域）と被研磨物とが接する箇所が研磨に伴って同期し、局所的に過剰研磨となったり、研磨不足となる場合がある。

これに対して、例えば特許文献１には、研磨の際に被研磨物を回転させながら、研磨パッドを自転させると同時に公転させることによって同期を防止する研磨装置が開示されている。また、特許文献２には、深さが異なる２種類の溝を有する研磨パッドが開示されており、溝容積を分散させることにより、溝の磨耗による経時変化の抑制が可能とされている。さらに、特許文献３には研磨スラリーによるハイドロプレーンを抑制するために、溝ピッチを不規則にした半導体デバイス加工用の溝付樹脂パッドが開示されている。

特開２０１２−１４３８２２号公報 特開２００６−３４６８５６号公報 特開２００２−１８４７３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の研磨装置や、上定盤と下定盤との回転数をずらして研磨する、被研磨物を保持する保持定盤側を一定範囲内で摺動させる等のように、研磨パッド溝形状の転写を緩和する研磨装置の構造や研磨方法によって対応しようとしても、研磨精度を維持したまま同期（例えば１０ｍｍ前後の周期的なうねり）を緩和するには更に調整が必要であり、研磨パッドが異なるたびに研磨条件等を調整する必要がある。

特許文献２に記載のようにランド幅を一定として溝ごとに溝深さを変更する場合、溝又はランドと被研磨物とが接する箇所が変わらないため、同期による研磨ムラの改善には不充分である。さらには、各溝間で溝深さが異なると、研磨面へのスラリーの供給量が異なり、均一性に悪影響を与える可能性がある。

特許文献３においては、ハイドロプレーン現象の抑制については言及しているものの、同期を防止するために溝ピッチをどの程度不規則にするべきかについては記載されていない。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、同一方向に延伸する溝を含むにも関わらず研磨ムラを抑制することが可能な研磨パッドを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る研磨パッドは、研磨面に同一方向に延伸する複数の溝が形成されている。上記複数の溝の幅及び深さは均一であり、上記複数の溝の間の上記研磨面であるランドの、溝の延伸方向に直交する方向の幅であるランド幅について、次の［数式１］で算出される変動係数が０．０５以上０．３０以下である。
変動係数＝（ランド幅の標準偏差）／（ランド幅の平均値）［数式１］

この構成によれば、ランド幅のバラツキを一定範囲内で制御することにより、研磨層と被研磨物の同期による周期的な研磨ムラを効果的に防止することができる。また、溝の幅及び深さを均一とすることにより、溝を流れる研磨スラリーの流量が均一となり、この点でも研磨ムラの発生を抑制することができる。

上記複数の溝は、上記研磨面において互いに平行に延伸するストライプ溝であってもよい。

上記研磨面において、上記ストライプ溝が２種類重ね合された格子溝パターンが設けられてもよい。

上記複数の溝は、上記研磨面において同心円状である同心円溝であってもよい。

上記研磨面において、上記複数の溝が互いに平行に延伸するストライプ溝から構成された溝パターンが複数設けられてもよい。

上記研磨面において、１０本以上の上記複数の溝から構成された溝切削パターンが２回以上反復して設けられてもよい。

以上のように、本発明によれば、研磨ムラを抑制することが可能な研磨パッドを提供することが可能である。

本発明の実施形態に係る研磨パッドの斜視図である。 同研磨パッドの平面図である。 同研磨パッドの模式的平面図である。 同研磨パッドの断面図である。 同研磨パッドの模式的断面図である。 同研磨パッドの他の溝形状を示す平面図である。 同研磨パッドの他の溝形状を示す平面図である。 同研磨パッドの他の溝形状を示す平面図である。

本発明の実施形態に係る研磨パッドについて説明する。

［研磨パッドの構成］
図１は、本実施形態に係る研磨パッド１００を示す斜視図である。同図に示すように、研磨パッド１００は、研磨層１０１、接着層１０２及びクッション層１０３を具備する。以下、各図において、相互に直交する三方向をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向とする。

研磨層１０１は、被研磨物に当接し、研磨を行う層である。以下、研磨層１０１の表面を研磨面１０１ａとする。研磨面１０１ａには溝１０１ｂが形成されている。研磨面１０１ａのうち、溝１０１ｂの間の領域をランド１０１ｃとする。溝１０１ｂ及びランド１０１ｃの詳細については後述する。

研磨層１０１の材料は特に限定されず、ポリウレタン樹脂等の合成樹脂からなるものとすることができる。ポリウレタン樹脂は例えば、イソシアネート化合物であるプレポリマーと、ポリオール系硬化剤又はポリアミン系硬化剤を混合したものとすることができる。研磨層１０１には、研磨特性を改善するための気泡等が形成されていてもよい。気泡は中空微粒子を用いた発泡、化学的発泡又は機械的発泡等を利用して形成することができ、湿式成膜法によって涙型気泡を形成してもよい。また、研磨層１０１の材料はポリウレタン樹脂に限定されず、公知の材料からなるものとすることができる。例えば、不織布や織布、編布からなるものとしてもよく、不織布等の基材にポリウレタン樹脂等の合成樹脂を含浸させたものとしてもよく、公知の砥粒、顔料、染料、添加剤等を含むものであってもよい。しかし、研磨層１０２のショアＡ硬度が２０以上、好ましくは６０以上であれば、後述の溝及びランドの構成が研磨時に変化しにくくなり、安定して本発明の効果が得られる傾向にある。一方、研磨層１０２のショアＤ硬度が９９以下、好ましくは８０以下であれば、過度のスクラッチを抑制できる傾向にある。

接着層１０２は、研磨層１０１とクッション層１０３を接着する層であり、例えば粘着テープである。

クッション層１０３は、研磨層１０１の被研磨物への当接を均一化させる層である。クッション層１０３は、不織布や合成樹脂等の可撓性を有する材料からなるものとすることができる。もちろん、硬質な支持層を有していてもよい。

研磨パッド１００は、クッション層１０３に配設された粘着テープ等によって研磨装置に貼付される。研磨パッド１００の大きさ（径）は研磨装置のサイズ等に応じて決定することができ、例えば、直径１０ｃｍ〜２ｍ程度の円板状とすることができる。なお、研磨パッド１００の形状は円板状に限られず、矩形状や帯状等であってもよい。

また、研磨パッド１００は、少なくとも研磨層１０１を備えるものであればよく、接着層１０２及びクッション層１０３を備えないものや研磨層１０１が直接クッション層１０３に積層されたものであってもよい。

研磨パッド１００は、研磨装置によって被研磨物に押圧された状態で回転駆動され、被研磨物を研磨する。その際、研磨パッド１００と被研磨物の間には、研磨スラリーが供給される。研磨スラリーは溝１０１ｂを介して研磨面１０１ａに供給され、排出される。

［溝及びランドの構成について］
図２は研磨層１０１の平面図であり、図３は、研磨層１０１の模式的な拡大平面図である。図４は研磨層１０１の断面図であり、図５は研磨層１０１の模式的断面図である。

図２に示すように、研磨面１０１ａには同一方向に延伸する複数の溝１０１ｂが形成されている。溝１０１ｂは研磨面１０１ａにおいて互いに平行に延伸するストライプ溝とすることができる。図３において、溝１０１ｂの延伸方向を線Ｌ１として示し、溝１０１ｂの延伸方向（線Ｌ１)に直交する方向を線Ｌ２として示す。溝１０１ｂの本数は特に限定されない。

図４に示すように、溝１０１ｂは研磨層１０１において研磨面１０１ａから一定の深さまで形成されている。溝１０１ｂの断面形状は特に限定されないが、図４に示すように矩形状とすることができる。

図５に示すように、溝１０１ｂの幅を溝幅Ｄ１とし、溝１０１ｂの研磨面１０１ａからの深さを溝深さＨ１とする。なお、溝幅Ｄ１は、溝１０１ｂの延伸方向（線Ｌ１)に直交する方向（線Ｌ２）に沿った幅である。ここで、それぞれの溝１０１ｂにおいて溝幅Ｄ１及び溝深さＨ１は均一であり、複数の溝１０１ｂの間でも溝幅Ｄ１及び溝深さＨ１は均一である。

また、図３及び図５に示すように、ランド１０１ｃの、溝１０１ｂの延伸方向（線Ｌ１）に直交する方向（線Ｌ２）に沿った幅をランド幅Ｄ２とする。

本実施形態に係る研磨層１０１においては、以下の［数式１］で算出される変動係数（ＣＶ：coefficient of variation）が０．０５以上０．３０以下となるように構成されている。

変動係数＝（ランド幅Ｄ２の標準偏差）／（ランド幅Ｄ２の平均値）［数式１］

上記のように、変動係数は標準偏差の単位を平均値で割ることで無次元化されており、ランド幅Ｄ２の平均値に依存せずに適用することができる。変動係数を増加させるには、各ランド幅Ｄ２間のバラツキ（標準偏差）を大きくすればよく、減少させるにはバラツキ（標準偏差）を小さくすればよい。ランド幅Ｄ２に特に制限はないが、研磨レート等を考慮すると、０．３ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内で設定することが好ましく、０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であればより好ましく、１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下であればさらに好ましい。

変動係数を０．０５以上０．３０以下とし、即ちランド幅Ｄ２のバラツキを一定範囲内で制御することにより、研磨層１０１と被研磨物の同期（研磨層１０１の特定箇所が被研磨物の特定箇所に摺動し続けること）による周期的な研磨ムラを効果的に防止することができ、同期の防止とランド幅Ｄ２のバラツキによる研磨ムラ抑制の両立が可能となる。なお、ランド幅Ｄ２のバラツキによる研磨ムラをより確実に抑制する観点から、変動係数を０．０５以上０．２０以下とすることが好ましい。また、溝パターンを構成する溝１０１ｂの数は、スラリーの拡散性や同期の防止を考慮すると１０本以上とすることが好ましく、２０本以上であるとより好ましい。

各ランド幅Ｄ２間のバラツキについては、規則性を排した方が本発明の効果をより確実に得られるが、工業的には、例えば５本、１０本又は２０本の不規則なランド幅Ｄ２を有する溝切削パターンを２回以上反復して設けることで製造コストを抑えることができる。ここで、より確実に規則性を排して同期を防止するために、溝の繰り返しの最小単位は１０本以上とすることが好ましい。同様の理由により、溝の繰り返しの最小単位の幅は５０ｍｍ以上とすることが好ましい。

加えて、溝幅Ｄ１及び溝深さＨ１をそれぞれ均一とすることにより、各々の溝１０１ｂにおいて、研磨スラリーの流量や流速が均一化し、この点でも研磨ムラの発生を抑制することができる。例えば、溝幅Ｄ１や溝深さＨ１は、いずれも平均値±０．２ｍｍの範囲内、より好ましくは平均値±０．１ｍｍの範囲内であれば本発明の効果をより確実に得ることができる。溝幅Ｄ１に特に制限はないが、スラリーの流動性や研磨レート等を考慮すると、０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内で設定することが好ましく、０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下であればより好ましく、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下であればさらに好ましい。溝深さＨ１においても特に制限はないが、スラリーの流動性や研磨レート等を考慮すると、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下範囲内で設定することが好ましい。なお、本発明は、研磨スラリーを大量に流して高研磨圧で研磨する一次研磨（粗研磨）に特に有効である。

研磨層１０１と被研磨物の同期の抑制とランド幅Ｄ２のバラツキによる研磨ムラの抑制を両立する観点から、ランド幅Ｄ２のバラツキを一定の範囲内に収めることが好ましい。具体的には、複数の溝のランド幅Ｄ２の最大値Ｄ２ｍａｘ、最小値Ｄ２ｍｉｎに対し、その比であるＤ２ｍａｘ／Ｄ２ｍｉｎが１．１以上３．０以下であることが好ましく、１．１以上２．０以下であることがより好ましい。同様の理由で、Ｄ２ｍａｘはＤ２の平均値の２倍未満であることが好ましく、Ｄ２ｍｉｎはＤ２の平均値の半分超過であることが好ましい。

溝幅Ｄ１及びランド幅Ｄ２はノギスを用いて測定することができ、各々の溝又はランド対して、溝の交点部や貫通孔加工部、気泡部等を除いた箇所を測定して得ることができる。研磨層が軟質である等の理由によりノギスを用いることができない場合は、研磨面の画像から画像解析してもよく、試料を研磨面に対して垂直且つ溝１０１ｂの延伸方向（線Ｌ１）に直交する方向（線Ｌ２）に裁断した断面の画像から画像解析してもよく、レーザー変位計を用いてもよい。なお、溝の断面形状が台形等の斜面を含む場合は、研磨面表面における数値を溝幅Ｄ１又はランド幅Ｄ２とする。領域内の全ての溝について溝幅Ｄ１及びランド幅Ｄ２を測定し、前記［数式１］を適用することで、当該領域における変動係数ＣＶを算出することができる。ここで、複数の溝１０１ｂが好ましくは１０本以上、より好ましくは２０本以上有する領域において変動係数ＣＶが０．０５以上０．３０以下であれば、より確実に同期と研磨ムラ防止の両立ができる。溝深さＨ１は、試料を研磨面に対して垂直に裁断した断面の画像から画像解析して算出できるが、レーザー変位計を用いてもよい。各々の溝に対して、貫通孔加工部、気泡部等を除いた箇所を測定して得ることができる。なお、溝の断面形状が台形等の斜面を含む場合は、最も深い場所における数値を溝深さＨ１とする。例えば、溝の断面形状が台形であれば、上底から下底までの高さが溝深さＨ１であり、Ｖ字状やＵ字状であれば、上底から底部の頂点までの高さが溝深さＨ１である。測定箇所は、溝幅Ｄ１やランド幅Ｄ２、溝深さＨ１が測定できればよく、例えば、複数の溝の延伸方向に直交する方向の仮想直線上を目安に、溝の交点部や貫通孔加工部、気泡部等を除いた箇所とすることができる。

［溝の形状について］
溝１０１ｂの形状は、上述のようなストライプ溝に限られない。図６乃至図８は、溝１０１ｂの各種形状を示す、研磨層１０１の平面図である。

図６に示すように、溝１０１ｂは研磨面１０１ａにおいて同心円状である同心円溝とすることもできる。この形状においてはランド幅Ｄ２は同心円溝の中心を通過する直線に沿った幅となる。研磨層１０１の形状は同図に示すような円板状に限られず、矩形状等であってもよい。この他にも溝１０１ｂの形状は同心円弧状や波線状であってもよく、所望の研磨条件に応じて設定することができる。また、溝１０１ｂに更に別の溝が重ね合わされていてもよい。例えば、同心円溝と放射溝が組み合わされた溝形状でもよく、２種類のストライプ溝が組み合わされた格子状であってもよい。同心円溝と放射溝が組み合わされた溝を例に挙げると、同心円溝の変動係数を０．０５以上０．３０以下とすることで、同心円溝に由来する周期的な研磨ムラを効果的に防止することができる。格子状溝のような、２種類以上の同一方向に延伸する溝が組み合わされた溝とする場合、少なくとも１種類の溝の変動係数を０．０５以上０．３０以下とすることで周期的な研磨ムラを抑制することができるが、好ましくはいずれの溝も変動係数を０．０５以上０．３０以下とすることで周期的な研磨ムラを効果的に防止することができる。

また、図７及び図８に示すように研磨パッド１００は、研磨面１０１ａにおいて溝パターンが複数設けられた構成とすることもできる。溝パターンは、溝１０１ｂが互いに平行に延伸するストライプ溝とすることができる。また、溝パターンは円弧状や波線状の溝１０１ｂから構成された溝パターンであってもよい。

さらに、研磨パッド１００は複数が組み合わされてもよい。一般的な研磨工程では、複数の研磨パッドを帯状、タイル状、同心状等に組み合わせて使用されることがある。本発明の研磨パッドは、このような使用方法にも適用することができる。例えば、溝が繋がるように配することで大型の研磨装置に対応させることができる。

図７及び図８に示す研磨パッドは、複数の研磨パッド１００をタイル状に配して形成することもでき、図７に示すようにストライプ溝が形成された複数の研磨パッド１００をタイル状に配して擬似的な放射溝とすることができる。同図では正方形の研磨パッド１００をタイル状に配した例を挙げたが、扇形の研磨パッド１００を円形になるように配してもよい。

また、図８に示すように、ストライプ溝が形成された複数の研磨パッド１００を異なる角度でタイル状に配してもよい。研磨パッド１００の形状や使用時の配置については所望の研磨条件に応じて設定することができる。

複数の研磨パッド１００の間隔も所望の研磨条件に応じて設定することができる。例えば図７に示すように、溝１０１ｂはランド１０１ｃによって離間していてもよく、図８に示すように隣接する研磨パッド１００の間で互いに接していてもよい。複数の研磨パッド１００を互いに接するように配すると、その接合部にわずかな段差が生じ、研磨に悪影響を与える場合がある。複数の研磨パッド１００全体をドレス処理する等の手段により段差を解消してもよく、接合部を切削処理してもよく、研磨パッド１００を離間して配してもよい。

研磨パッド１００は、変動係数が０．０５以上０．３０以下である同一方向に延伸する複数の溝１０１ｂを含んでいればよく、その領域に対して本発明の効果が得られる。例えば、特に研磨精度が要求される領域にのみ変動係数が０．０５以上０．３０以下となるよう溝を形成してもよい。１つの実施形態としては、研磨面１０１ａの中央部領域にのみ変動係数が０．０５以上０．３０以下となる溝１０１ｂを有し、端部領域には溝を有さない研磨パッド１００が挙げられる。別の実施形態としては、研磨面１０１ａの中央部領域に変動係数が０．０５以上０．３０以下となるように溝を形成し、端部領域には等間隔（変動係数が０．００）となるように溝が形成された研磨パッド１００が挙げられる。ここで、複数の溝１０１ｂが好ましくは１０本以上、より好ましくは２０本以上有する領域において変動係数ＣＶが０．０５以上０．３０以下であれば、より確実に同期の防止ができる。

［溝の形成方法について］
研磨層１０１に溝１０１ｂを形成する方法は特に限定されないが、刃が並列に配列された切削具によって研磨層１０１を切削することによって溝１０１ｂを形成することができる。刃の間に配置されるスペーサーの厚さや枚数及び組合せなどによって刃の間隔を調整することができ、変動係数を上記範囲とすることが可能である。または、エンボス加工によって溝１０１ｂを形成しても良い。

実施例に係る研磨パッド及び比較例に係る研磨パッドに対して、片面研磨装置を使用して次の条件で研磨試験を行った。研磨試験後に被研磨物の研磨面に高輝度ハロゲンランプを照射して、陰影や質感の異なる研磨ムラの部分の有無について目視にて外観評価をした。

研磨速度（回転数）：３０ｒｐｍ
加工圧力：８０ｇ／ｃｍ^２
研磨スラリー：酸化セリウムスラリー
研磨パッド：フジボウ愛媛株式会社製 ＰＯＬＹＰＡＳ ＦＸ-７Ｌ
被研磨物：ガラス板（４００ｍｍ×４００ｍｍ）
研磨時間：３０ｍｉｎ
枚数：１枚×３バッチ

下記［表１］は、実施例及び比較例に係る研磨パッドの構成を示す表である。実施例に係る研磨パッドは、上記実施形態に示す直線溝からなるストライプ溝を有する直径１２００ｍｍの円形研磨層を備え、上記［数式１］で示す変動係数（ＣＶ）がそれぞれ０．０５２、０．０９７、０．１９８及び０．２９７のものを準備した。比較例に係る研磨パッドは、直線溝からなるストライプ溝を有する研磨層を備え、上記［数式１］で示す変動係数がそれぞれ０．００８及び０．６９４のものを準備した。具体的には、溝幅２．０ｍｍ、溝深さ１．０ｍｍ、平均ランド幅４．０ｍｍ、１０本の溝を２０回繰り返した計２００本の直線溝からなるストライプ溝とし、表１に記載したようにランド幅を形成することで実施例及び比較例に係る研磨パッドを作成した。

比較例１に係る研磨パッド（ＣＶ＝０．００８）では、研磨ムラが確認された。また、比較例２に係る研磨パッド（ＣＶ＝０．６９４）では、研磨ムラが確認された。これに対し、実施例に係る研磨パッド（ＣＶ＝０．０５２、ＣＶ＝０．０９７、ＣＶ＝０．１９８、ＣＶ＝０．２９７）では研磨ムラは発生しなかった。

以上から、変動係数（ＣＶ）が０．０５以上０．３０以下である研磨パッドは、研磨ムラを抑制することが可能であるといえる。

１００…研磨パッド
１０１…研磨層
１０１ａ…研磨面
１０１ｂ…溝
１０１ｃ…ランド
１０２…接着層
１０３…クッション層

Claims (6)

1. 研磨面に同一方向に延伸する複数の溝が形成された研磨パッドであって、
   前記複数の溝の幅及び深さは均一であり、
   前記複数の溝の間の前記研磨面であるランドの、溝の延伸方向に直交する方向の幅であるランド幅について、次の［数式１］で算出される変動係数が０．０５以上０．３０以下である、
   研磨パッド。
   変動係数＝（ランド幅の標準偏差）／（ランド幅の平均値）［数式１］
2. 請求項１に記載の研磨パッドであって、
   前記複数の溝は、前記研磨面において互いに平行に延伸するストライプ溝である
   研磨パッド。
3. 請求項２に記載の研磨パッドであって、
   前記研磨面において、前記ストライプ溝が２種類重ね合された格子溝パターンが設けられた
   研磨パッド。
4. 請求項１に記載の研磨パッドであって、
   前記複数の溝は、前記研磨面において同心円状である同心円溝である
   研磨パッド。
5. 請求項１に記載の研磨パッドであって
   前記研磨面において、前記複数の溝が互いに平行に延伸するストライプ溝から構成された溝パターンが複数設けられた
   研磨パッド。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の研磨パッドであって
   前記研磨面において、１０本以上の前記複数の溝から構成された溝切削パターンが２回以上反復して設けられた
   研磨パッド。

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