专利名称：研磨片及其制造方法
技术领域：
本发明涉及对半导体晶片、液晶玻璃基板、硬磁盘基板、磁头基板等要求表面高度平坦性的研磨对象物进行研磨用的研磨片及其制造方法，尤其是涉及适合于化学性机械性研磨的研磨片及其制造方法。
背景技术：
半导体晶片、液晶玻璃基板、硬磁盘基板、磁头等要求表面高度平坦性的研磨对象物的研磨，使用化学性机械性研磨(CPM)法。
CMP法是用含有与研磨对象物表面起化学反应的成分的研磨液进行研磨的，对研磨对象物表面进行化学蚀刻、或在研磨对象物表面产生络合物或氧化物，并且用含浸在研磨液中的游离磨粒进行机械性磨削的研磨方法，采用CPM法，可进行非常细微的研磨，具有可使表面高度平坦化的优点。
例如，在半导体装置的领域，由于装置的大容量化，多层配线技术很重要。该多层配线技术要求基底具有高度的平坦性。这是因为，基底凹凸不平会产生台阶，会产生使形成于该台阶上的配线断线的不良情况，得不到规定的配线设计性能的缘故。因此，为了使形成有配线图形和绝缘膜的晶片平坦，采用上述CMP法。
利用这种CMP法使半导体晶片平坦，是将含有与形成于晶片表面上的膜(例如，氧化硅膜)起化学反应的成分(例如，氢氧化钙水溶液)的碱性研磨液供给贴在旋转平板上的研磨衬垫上，同时将晶片按压在该研磨衬垫上进行研磨(例如，参照特开平8-3540号公报、特开平10-88111号公报)。
以往，作为这种平坦化所使用的研磨衬垫，是使用表面上有许多微细孔的起泡体基底的研磨衬垫(例如，起泡聚氨脂衬垫、产品号为IC-1000，Rodel公司)，和将陶瓷纤维制成的片状织物固定在橡胶制的片材等弹性片材上的研磨衬垫(例如，参照特开昭55-90263号公报)。这可能是因为下述缘故起泡体基底的研磨衬垫，在研磨过程中，表面的微细孔所保持的游离磨粒弹性地作用于研磨对象物的表面上，可使研磨对象物表面高度平坦；在弹性片上固定着织物的研磨衬垫上，由于织物固定在弹性片材上，故在研磨中，构成织物的纤维之间的间隙保持的游离磨粒弹性地作用于研磨对象物表面，可使研磨对象物表面高度地平坦。
但是，这种现有技术的起泡体基底的研磨衬垫至少要使两种以上的树脂混合物起泡形成起泡体块，再将该起泡体块切成规定厚度的薄片而制成的，难以使整个块体内部的起泡度均匀，因此，存在着制成产品后的每个研磨衬垫的单位面积的微细孔数量和弹性产生偏差的问题。
使用上述这种以往的起泡体基底的研磨衬垫，随着使用时间的推移，衬垫表面会局部地或全体磨损而导致研磨衬垫的表面部分变形，不仅不能均匀地对研磨对象物表面进行均匀研磨，而且磨粒和研磨屑会留在衬垫表面的微细孔内，堵塞微细孔，降低研磨速率(单位时间内的研磨量)。因此，为了解决衬垫表面的平坦化和孔堵塞问题，当前是用将金刚石等硬质粒子固定了的砂板之类的修整工具，每次对衬垫表面进行修整，这种修整作业存在着不仅费时间和工夫，而且修整后从修整工具上脱落的金刚石等硬质粒子附着在衬垫表面，这些硬质粒子会在研磨对象物表面上形成不必要的刮痕的问题。
另外，使用上述那样的现有技术的将织物固定在弹性片上的研磨衬垫时，随着使用时间的推移，衬垫表面的织物纤维会挪动，使研磨衬垫的表面部分变形，不但不能对研磨对象物表面进行均匀研磨，而且还存在着游离磨粒难以保持在衬垫表面上，使研磨速率下降的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种随着时间的推移而不变形，能够以高的研磨速率使研磨对象物表面均匀平坦的研磨片及其制造方法、以及使用该研磨片的研磨方法。
发明内容
达到上述目的的本发明的研磨片是由织物片和将该织物片的纤维或纤维束之间固定住的树脂构成的，其中织物片是由1根纤维、或将多根纤维束集起来的纤维束、或把多束由多根纤维束集而成的纤维束进一步束集成的纤维束构成的。优选地，本发明的研磨片用氨酯系、聚酯系、丙稀系等已知的树脂粘结剂，固定在由塑料、织物、无纺布、起泡体等构成的基底片的表面上。
作为织物片，使用缎纹织工艺织成的布片。将缎纹数设得较大时，不仅研磨对象物的表面粗糙度小，而且研磨速率高。缎织数在1～15的范围较理想，在3～15的范围则更好。
作为构成织物片的纤维，不局限于研磨用途，一般是采用由广泛使用的已知的纤维材料形成的纤维，为了使研磨对象物的表面粘糙度小，提高研磨速率，使用粗度为0.1登尼尔以下的纤维。较合适的是使用粗度为0.1登尼尔以下的聚酯纤维。
作为将织物片的纤维或纤维束之间固定用的树脂，使用氨酯系、聚酯系、丙稀系等已知的树脂，较理想的是使用氨酯系树脂。树脂熔液中的树脂浓度较合适的是在0.1％～30％的范围。树脂溶液是将上述树脂溶解在水、或含有酒精或有机溶剂的水基溶剂中而形成的。
上述本发明的研磨片是使上述织物片含浸树脂溶液，然后使含有上述树脂溶液的织物片干燥而制造的。
研磨对象物的研磨是在由本发明的研磨片制成的研磨衬垫或研磨带和研磨对象物表面之间夹着研磨液，使研磨衬垫或研磨带与研磨对象物相对移动而进行研磨。作为研磨液，较合适的是使用含有与研磨对象物表面产生化学反应的成分的研磨液，进行化学性机械性研磨。这里，研磨液含不含磨粒可随意。
图1(a)是本发明研磨片的剖面图，图1(b)是本发明研磨片表面的扫描型电子显微镜照片。
图2是旋转平板式研磨用的研磨装置之侧视图。
图3是旋转头式研磨用的研磨装置之侧视图。
图4是皮带式研磨用的研磨装置之侧视图。
图5是滚筒式研磨用的研磨装置之侧视图。
图6是带式研磨用的研磨装置之侧视图。
具体实施例方式
<研磨片>如图1所示，本发明的研磨片10是把由1根纤维13、或将多根纤维束集起来的纤维束13、或将多束由多根纤维束集起来的纤维束进一步束集成的纤维束13构成的织物片12、以及将该织物片12的纤维或纤维束13之间进行固定的树脂14构成。较合适的是如图所示，为了防止研磨过程中横向挪动，本发明的研磨片10用氨酯系树脂、聚脂系树脂、丙烯系树脂等已知的粘结剂16固定在衬底片15的表面上。作为衬底片15，可使用具有高抗拉强度、耐药性良好的聚酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇脂等塑料材料制成的片材、织物片、无纺布片、起泡(聚)氨酯等起泡体构成的起泡体片材。
作为织物片12，使用将纤维或纤维束13以缎纹织工艺织成的片。这里，若缎纹数设得小，则研磨速率小，研磨后的研磨对象物的表面粗糙度大。另外，缎纹数设得大时，研磨速率大，研磨后的研磨对象物的表面粗糙度小，但若缎纹数过大，则研磨片易变形，故缎纹数最好在15以下，在3～15的范围内则更好。在图示的例子中，缎纹数为5。
作为构成织物片12的纤维13，使用从尼龙、聚酯、丙烯、维尼纶、聚氯乙烯、聚乙烯、乙烯叉、聚氨脂、波莱克勒尔、人造丝、波里诺西克、钢铵纤维、醋酸脂、三醋酸脂、普罗米克斯等合成纤维、碳素纤维、丝绸、羊毛、绵、麻等天然纤维中选择的一种或两种以上的纤维，为了使研磨对象物的表面粗糙度小、研磨速率高、使用粗度为0.1登尼尔以下的纤维。较理想的是使用粗度为0.1登尼尔以下的聚酯纤维。
织物片12含浸的树脂溶液有将(聚)氨酯系、聚酯系的已知树脂溶解于水中的溶液，树脂溶液中的树脂浓度在0.1％～30％的范围。较理想的是使用(聚)氨酯树脂溶液，织物片12的纤维或纤维束13之间用(聚)氨酯树脂14固定。
<制造方法>图1所示的本发明研磨片10是这样制造的，即使织物片12含浸树脂溶液，使含有该树脂溶液的织物片12干燥，用树脂14将该织物片12的纤维或纤维束13之间固定。较理想的是，用粘结剂16将其固定在衬底片15的表面上。这里，树脂溶液可用喷射方法、或浸入树脂溶液槽中，使织物片12含浸。另外，往本发明的衬底片15的表面上固定，像上述那样用粘结剂16进行固定，但也可将含有树脂溶液的织物片12压紧在衬底片15的表面上之后，再使其干燥而固定住。这里，也可用已知的两面粘结带(未图示)代替粘结剂16，将研磨片固定在衬底片15的表面上。
<研磨方法>研磨对象物的研磨是在图1所示的由本发明的研磨片10形成的研磨衬垫或研磨带与研磨对象物表面之间夹着研磨液，使研磨衬垫或研磨带与研磨对象物相对移动而进行研磨的。
以下，对实施本发明研磨方法的代表性研磨方式作简单说明。
1.旋转平板式研磨旋转平板式研磨如图2所示，把由本发明的研磨片构成的研磨衬垫10粘贴在平板D上，并将半导体晶片等研磨对象物11吸在吸头H上，边使平板D和吸头H分别向箭头所指方向回转、边通过喷嘴N将研磨液供到平板D上的研磨衬垫10的表面上，将吸头H吸住的研磨对象物11压紧在平板D上的研磨衬垫10上进行研磨。
2.旋转头式研磨旋转头式研磨如图3所示，用框架等保持机构S将液晶玻璃板等研磨对象物11保持在平板D上，边通过喷咀N将研磨液供到该研磨对象物11的表面上，边压紧安装有由本发明的研磨片制成的研磨衬垫10的旋转头H，使旋转头H在研磨对象物11的表面上进行水平蛇行运动。
3.皮带式研磨皮带式研磨如图4所示，半导体晶片等研磨对象物11被吸头H吸住，使吸头H旋转，同时使由本发明的研磨片构成的皮带状研磨衬垫10向箭头方向走行，用喷咀N将研磨液供到研磨衬垫10的表面上，将吸头H所吸住的研磨对象物11压紧在研磨衬垫10上，该研磨衬垫在表面上固定有弹性材料(未图示)的台板P上走行。
4.滚筒式研磨滚筒式研磨如图5所示，半导体晶片等研磨对象物11被吸头H吸住，在使吸头H向箭头方向回转的同时，使周围粘贴有由本发明的研磨片形成的研磨衬垫10的滚筒C向箭头方向回转，通过喷咀N将研磨液供到粘贴在滚筒C周围的研磨衬垫10的表面上，压紧吸头H所吸住的研磨对象物11进行研磨。
5.带式研磨带式研磨如图6所示，半导体晶片等研磨对象物11被吸头H吸住，边使吸头H向箭头方向回转，边通过喷咀N将研磨液供到研磨带10上，该研磨带是由供给辊R1向箭头方向送出的本发明的研磨片构成的，将吸头H所吸住的研磨对象物11压紧在位于台板P上的研磨带10上进行研磨，该台板P的表面固定有弹性材料(未图示)，研磨带10依次被卷取到卷取辊尺2上。在此，研磨带10的送出、卷取动作可以连续进行，也可在将研磨对象物11压紧在研磨带10的表面上时使该送出、卷取动作中断地间歇进行。
<研磨液>本发明中，研磨液可使用游离磨粒式研磨所用的已知的研磨液，但最好是使用含有与研磨对象物表面起化学反应的成分的研磨液。这是因为，如上所述，采用CMP法时，具有可使研磨对象物表面高度平坦的优点的缘故。用CMP法对金属和玻璃进行研磨时，研磨液可使用含有酸性溶液、及含有氧化剂的溶液、含有螯合剂的溶液，或含有氢氧化钙溶液、氢氧化钠溶液等碱性溶液的研磨液。
作为分散在研磨液中的磨粒，可使用硅石、氧化铈、铝、锆、金刚石等已知的磨粒。
这里，采用CMP法时，使不使用磨粒可随意。使用含有磨粒的研磨液时，与使用起泡体基底的研磨衬垫的场合相比，研磨速率大。使用不含磨粒的研磨液时，可得到和使用起泡体基底的研磨衬垫的场合同等的研磨速率。
<实施例1>
将70根粗度为0.06登尼尔的聚酯纤维束集起来形成纤维束，进而将12根该纤维束束集起来形成的纤维束作为纬线，按“缎纹数8”纺织而成的织物片，使其含浸在水中溶解了氨酯树脂(10％浓度)的树脂溶液中，并使含有该树脂溶液的织物片干燥，用丙烯系树脂粘结剂将其粘结固定在聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)片材的表面上，制造本发明的研磨片，将该研磨片裁断加工制成实施例1的研磨衬垫。
<实施例2>
将70根粗度为0.06登尼尔的聚酯纤维束集起来形成纤维束，进而将12根该纤维束束集起来形成纤维束，将它们作为经线和纬线，按“缎纹数5”纺织而成的织物片，使其含浸上述实施例1的树脂溶液，并使含有该树脂溶液的织物片干燥，用丙烯系两面粘结带将其粘结固定在PET片材的表面上，制造本发明的研磨片，将该研磨片裁断加工制成实施例2的研磨衬垫。
<实施例3>
将70根粗度为0.06登尼尔的聚酯纤维束集起来形成纤维束，进而将12根该纤维束束集起来形成纤维束，将它们作为经线和纬线，按“缎纹数1”纺织而成的织物片(平织)，使其含浸上述实施例1的树脂溶液，并使含有该树脂溶液的织物片干燥，用丙烯系两面粘结带将其粘结固定在PET片材的表面上，制造研磨片，将该研磨片裁断加工制成实施例3的研磨衬垫。
<实施例4>
将70根粗度为0.06登尼尔的聚酯纤维束集起来形成纤维束，进而将12根该纤维束束集起来形成纤维束，将它们作为经线和纬线，按“缎纹数3”纺织而成的织物片，使其含浸上述实施例1的树脂溶液，并使含有该树脂溶液的织物片干燥，用丙烯系两面粘结带将其粘结固定在PET片材的表面上，制造研磨片，再将该研磨片裁断加工成实施例4的研磨衬垫。
<比较例1>
将70根粗度为0.06登尼尔的聚酯纤维束集起来形成纤维束，进而将12根该纤维束束集起来形成纤维束，将它们作为经线和纬线，按“缎纹数3”纺织而成的织物片，用丙烯系两面粘结带粘结固定在PET片材的表面上，制造研磨片，将该研磨片裁断加工制成比较例1的研磨衬垫。
<比较例2>
比较例2的研磨衬垫是市场上销售的起泡聚氨脂衬垫(产品号IC-1000、Rodel公司)。
<比较例3>
将34根粗度为1.18登尼尔的聚脂纤维束集起来形成纤维束，将其作为经线和纬线，按“缎纹数1”纺织而成的织物片(平织)，使其含浸上述实施例1的树脂溶液，并使含有该树脂溶液的织物片干燥，用丙烯系两面粘结带将其粘结固定在PET片材的表面上，制造研磨片，将该研磨片裁断加工制成比较例3的衬垫。
<研磨试验1>
把用树脂固定纤维束后的缎纹织的织物片固定在衬底片表面上，对这样构成的本发明研磨片进行了下述试验，即改变织物片的缎纹数，对研磨片和研磨后的研磨对象物表面的粘糙度进行了试验。
该研磨试验1是用实施例1(缎纹数8)、实施例2(缎纹数5)和实施例3(缎纹数1)的各研磨衬垫进行的。
作为研磨对象物，使用的是通过阴极真空喷镀方法在表面上形成Cu膜(8000)，在硅晶片(8英寸)上成膜的研磨片。
该带有Cu膜的晶片的研磨，研磨液使用含有平均粒径为1.0μm的铝磨粒的、表2所示化学成分的“研磨液(A)”，用图2所示的旋转平板式研磨装置(产品号Mechpol E500，Presi公司)，按下述表1所示的研磨条件进行了试验。
表1 研磨条件
表2 研磨液的组成(研磨试验1)研磨液(A)(含磨粒)
研磨速率(单位/分)，用4探针接触式电阻率测定器(膜厚计)测定单位时间内磨削的膜厚，表面粗糙度(单位)用白色干扰式表面粗糙度测定器(产品名NEW VIEW，Zygo公司)进行测定。
<试验结果1>
上述研磨试验1的结果示表3。从表3所示的结果可知，本发明的研磨片若缎纹数设得大，则研磨速率大，研磨后的研磨对象物的表面粗糙度小。
表3 试验结果1(研磨试验1)
<研磨试验2>
使用上述实施例4、比较例1及比较例2的研磨衬垫，对和上述研磨试验1所使用的晶片一样的带Cu膜的晶片进行研磨。研磨试验2，研磨液使用含有平均粒径为0.1μm的铝磨粒的、表2所示研磨液成分的“研磨液(A)”，和不含磨粒的下述表4所示研磨液成分的“研磨液(B)”进行研磨，对研磨速率和研磨后的研磨对象物的表面状态进行了调查。该“研磨液(B)和研磨液(A)”一样，与Cu膜(金属)进行化学反应，含有在Cu膜表面产生络合物的成分。研磨速率(单位/分)和上述研磨试验1一样，用4探针接触式电阻率测定器(膜厚计)测定了单位时间内磨削的膜厚。研磨试验2使用上述研磨试验1所用的旋转平板式研磨装置，按上述表1所示的研磨条件进行研磨。
表4 研磨液组成(研磨试验2)研磨液(B)(不含磨粒)
<试验结果2>
上述研磨试验2的结果示于表5。从表5所示结果可知，使用上述实施例4的研磨衬垫时，使用含磨粒的“研磨液(A)”和使用不含磨粒的“研磨液(B)”两种情况下的研磨速率比使用上述比较例1及比较例2的研磨衬垫时的大。另外，关于研磨后的带有Cu膜的晶片表面的状态，使用实施例4的研磨衬垫时的表面粗糙度也和使用上述比较例1及比较例2的研磨衬垫时的表面粗糙度一样良好(约3.0～约4.0)，但是，用上述研磨试验1所使用的白色干扰式表面粗糙度测定器，详细调查研磨后的带Cu膜晶片的几乎整个表面的粗糙度，发现使用实施例4的研磨衬垫的场合与使用比较例1及比较例2的研磨衬垫的场合相比，带Cu膜晶片的整个表面均匀平坦。
表5试验结果(研磨试验2)研磨速率(nm/分)
<研磨试验3>
使用上述实施例3(纤维粗度为0.06登尼尔)和比较例3(纤维粗度为1.18登尼尔)的研磨衬垫，对和上述研磨试验1所使用的晶片同样的带Cu膜的晶片进行了研磨。研磨试验3使用上述研磨试验1所用的旋转平板式的研磨装置，用上述表1所示的研磨条件进行了研磨。
<试验结果3>
上述研磨试验3的结果示于表6。从表6所示结果可知，若减小纤维粗度，则表面粗糙度减小、研磨速率提高，可用短时间研磨出更平坦的表面。
表6 试验结果(研磨试验3)
由于本发明如上述那样构成，研磨片的形状稳定不容易变形，故不随使用时间的推移而变形，能够以高的研磨速率使研磨对象物表面均匀平坦。
另外，采用CMP法的研磨中，不用磨粒、能够以高的研磨速率使研磨对象物表面均匀平坦。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种研磨片，是由织物片和树脂构成的，其中织物片是由1根纤维、或由多根纤维束集起来形成的纤维束、或把多束由多根纤维束集起来而成的纤维束进一步束集形成的纤维束构成的；树脂用于将该织物片的上述纤维或纤维束之间固定住，上述纤维的粗度小于0.08登尼尔，上述织物片用缎纹织方法织成，缎纹数在3～15的范围。
2.(删除)3.(删除)4.(删除)5.如权利要求1所述的研磨片，还由将该研磨片固定在表面上用的衬底片构成。
6.一种研磨片的制造方法，制造由1根纤维、或由多根纤维束集起来形成的纤维束、或把多束由多根纤维束集而成的纤维束进一步束集起来形成的纤维束构成织物片，使该织物片含浸树脂溶液，使含浸有该树脂溶液的上述织物片干燥，用树脂将上述织物片的上述纤维或纤维束之间固定住研磨片的方法，上述纤维的粗度小于0.08登尼尔，上述织物片用缎纹织方法织成，缎纹数在3～15的范围。
7.如权利要求6所述的制造方法，还包括将上述研磨片固定在衬底片的表面上的工序。
8.一种研磨方法，在由权利要求1或5所述的研磨片构成的研磨衬垫或研磨带与研磨对象物的表面之间夹有研磨液，该研磨液含有与上述研磨对象物的表面起化学反应的成分，使上述研磨衬垫或研磨带与上述研磨对象物相对移动而进行研磨。
权利要求
1.一种研磨片，是由织物片和树脂构成的，其中织物片是由1根纤维、或由多根纤维束集起来形成的纤维束、或把多束由多根纤维束集起来而成的纤维束进一步束集形成的纤维束构成的；树脂用于将该织物片的上述纤维或纤维束之间固定住。
2.如权利要求1所述的研磨片，上述织物片是用缎纹织方法织成的，缎纹数在1～15的范围。
3.如权利要求1所述的研磨片，上述织物片是用缎纹织方法织成的，缎纹数在3～15的范围。
4.如权利要求1所述的研磨片，上述纤维的粗度为0.1登尼尔以下。
5.如权利要求1所述的研磨片，还由将该研磨片固定在表面上用的衬底片构成。
6.一种研磨片的制造方法，由1根纤维、或由多根纤维束集起来形成的纤维束、或把多束由多根纤维束集而成的纤维束进一步束集起来形成的纤维束构成的织物片，使该织物片含浸树脂溶液，使含有该树脂溶液的上述织物片干燥，用树脂将上述织物片的上述纤维或纤维束之间固定住。
7.如权利要求6所述的制造方法，还包括将上述研磨片固定在衬底片的表面上的工序。
8.一种研磨方法，在由权利要求1～5中任一项所述的研磨片构成的研磨衬垫或研磨带与研磨对象物的表面之间夹有研磨液，该研磨液含有与上述研磨对象物的表面起化学反应的成分，使上述研磨衬垫或研磨带与上述研磨对象物相对移动而进行研磨。
全文摘要
提供一种研磨片及制造方法，该研磨片不随使用时间的推移而变形，可用高的研磨速率使研磨对象物表面均匀平坦。研磨片10由织物片12和树脂14构成，其中织物片由1根纤维13、或由多根纤维13束集起来形成的纤维束13、或把多束由多根纤维束集而成的纤维束进一步束集起来形成的纤维束13构成，树脂用于将该织物片的纤维或纤维束13之间固定住。本发明的研磨片10固定在衬底片15的表面上。缎纹数最好在3～15范围。
文档编号B24B37/20GK1438930SQ01811995
公开日2003年8月27日 申请日期2001年8月6日 优先权日2001年6月6日
发明者多久智, 泉敏裕, 小林俊裕 申请人:日本微涂料株式会社