JP2001287152A - 半導体ウェハー用研磨シートおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨材を均一に添加した研磨シートであっ
て、表面が平坦かつ緻密に加工され、弾性も少なく、し
たがって強く押さえて研磨加工ができ、そのうえ研磨に
あたって半導体基材を傷つけない半導体ウェハー用の研
磨シートの提供。 【解決手段】 微粉末状の研磨材を均一に分散せしめた
ウレタン系エマルジョン樹脂液を、軟質ポリウレタンフ
ォームまたは半硬質ポリウレタンフォーム、特にその表
面部に含浸・付着させ、樹脂状に圧縮成形して成ること
を特徴とする半導体ウェハー用研磨シートである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピューター等
に使用される半導体ウェハーをはじめとする電子部品の
研磨、または光学レンズ等を研磨する際に使用される研
磨パッドとなる研磨シートならびにその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、集積回路を形成するための基
材として使用されている半導体ウェハーの研磨には、一
般的にＣＭＰ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃ
ａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ法）と呼ばれる手法が用いられ
ている。この方法は、研磨するべき半導体ウェハーに適
した研磨材、例えば、酸化シリカ、酸化セリウム等を微
粉末状にして、水などに添加した水溶液を回転体の盤に
置かれた半導体ウェハーに吹きかけながら研磨を施す方
法であり、また、必要であれば、この状態に更に不織布
を加え、水溶液状のスラリーを半導体ウェハーと不織布
の間に流し込み、スラリーおよび不織布の両者にて研磨
する方法である。

【０００３】しかしながらこのＣＭＰ法にあっては、研
磨に使用したスラリーは、スラリーのなかに半導体ウェ
ハーの研削屑もしくは埃などが存在するために、鏡面加
工を必要とする半導体ウェハーの研磨に際しては、再使
用することが不可能である。したがって、使用済みのス
ラリーは廃液として投棄されるが、環境破壊の問題を引
き起こすため、正規の廃液処理を施す必要があり、その
ための経費が必要となり、コストアップの要因となって
いる。

【０００４】一方、スラリーを使用しない研磨法とし
て、酸化シリカ、酸化セリウム等の微粉末状の研磨材を
添加した半導体ウェハーまたは電子部品用の研磨パッド
も提案されており、例えば特開昭６２−２９７０７２に
は、ポリウレタン発泡体の中に研磨材を添加させた弾性
研磨砥石が開示されている。この研磨砥石の製造法にあ
っては、ポリウレタンの発泡を行なう前に、予めポリオ
ールを主成分とするレジン液の中に研磨材を投じ、次い
でイソシアネート成分と混合させて発泡弾性体を得る方
法であり、反応系としてワンショット法、プレポリマー
法もしくはセミプレポリマー法によりウレタンスラブを
製造する方法である。

【０００５】このような、例えばウレタンフォーム内部
に研磨材を含有する発泡体としての弾性研磨砥石にあっ
ては、スラリーを用いるＣＭＰ法に代わる研磨法として
優れたものであり、また一度の生産において研磨砥石を
大量に製造することが可能であるが、一般に研磨材とよ
ばれている金属粉の比重が、ポリオールの比重に比較し
て大きいため、レジンに投入した場合に沈降してしま
い、均一にブレンドすることが困難な問題を内在してい
る。また、仮にレジンタンクにて均一にブレンドするこ
とが可能であっても、発泡の初期の段階、すなわち、ゲ
ル化以前の段階において研磨材が沈みはじめ、ウレタン
スラブの下部に局在化する可能性が大きく、研磨砥石と
なる製品にバラツキが生じることがある。

【０００６】さらに、このような研磨材をレジンタンク
中に添加させ、ワンショット法、プレポリマー法あるい
はセミプレポリマー法により発泡を行なった場合、発泡
安定性を低下させ、ウレタンスラブの中に亀裂を発生さ
せる要因となり易く、また、研磨材を含んだレジンをミ
キシングヘッドに輸送を行なう際に、研磨材による配
管、メータリングポンプの損傷を引き起こしかねないと
いう製造上の問題を含んでいる。

【０００７】加えて、例えばウレタンフォーム内部に研
磨材を含有する発泡体としての研磨砥石にあっては、そ
の機能性に関してもいくつかの問題を含んでいる。すな
わち、半導体ウェハーの研磨に際して使用する研磨シー
トは、発泡体からの切り出し品であり弾性が大きく、ま
た表面強度が小さいため強く押さえて研磨することがで
きず、加工速度が遅く、研磨効率が悪いものとなる。

【０００８】さらに、ウレタンフォームから切り出した
研磨シートの表面は、一見平坦に見えるものの、電子顕
微鏡により拡大して観察すると、その表面には凹凸が確
認され、このような表面状態にて半導体ウェハーまたは
電子部品の研磨を行なうと、部品そのものを平坦に鏡面
加工できないばかりでなく、表面に損傷（スクラッチ）
を発生させてしまう恐れがある。したがって、半導体ウ
ェハーを研磨するに先立って、切り出した研磨シート自
体の平坦性を確保するため、前行程による研磨シート自
体の研磨が必要となり、作業性が著しく悪いものとなっ
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明は、
上述の問題点を解決した、スラリーを使用するＣＭＰ法
に代わる半導体ウェハー用の研磨シートを提供すること
を目的とし、特に研磨材を均一に添加した研磨材であっ
て、その弾性も少なく、したがって強く押さえて研磨加
工ができ、そのうえ研磨にあたって半導体基材を傷つけ
ない表面が鏡面加工された半導体ウェハー用の研磨シー
トを提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、その基本的態様として請求項１に記載の発明は、微
粉末状の研磨材を均一に分散せしめたウレタン系エマル
ジョン樹脂液を軟質ポリウレタンフォームまたは半硬質
ポリウレタンフォームに含浸・付着させ、樹脂状に圧縮
成形して成ることを特徴とする半導体ウェハー用研磨シ
ートである。

【００１１】すなわち、本発明が提供する半導体ウェハ
ー用研磨シートは、研磨材を均一に分散する含浸樹脂液
をウレタンフォーム、特に、ウレタンフォームの表面部
に含浸・付着させ、熱プレスを行なうことにより樹脂状
の研磨シートとして製造される。したがって、プレス表
面は適度の硬さを保有すると同時に、鏡面加工を施した
ように平坦に仕上がる点に特徴を有する。また、必要に
応じて円形状の溝等の凹凸模様を、適宜無数に付与する
ことも出来る。

【００１２】したがって、請求項２に記載の本発明は、
請求項１に記載の発明において、微粉末状の研磨材を均
一に分散したウレタン系エマルジョン樹脂液の含浸・付
着が、軟質ポリウレタンフォームまたは半硬質ポリウレ
タンフォームの表面部であることを特徴とする半導体ウ
ェハー用研磨シートである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明が提供する半導体ウェハー
用研磨シートは、ウレタンフォーム表面に微粉末状の研
磨材が均一に分散されたエマルジョン樹脂液を用いて研
磨材を接着させる一次加工処理工程と、さらにそれに圧
縮成形することにより樹脂状シートとし、表面を均一化
させ、かつ、表面強度を高める二次加工処理工程により
製造することができる。

【００１４】この場合の本発明が提供する半導体ウェハ
ー用の研磨シートにおいて、使用される微細粉末状の研
磨材としては、酸化シリカ、酸化ケイ素、酸化アルミニ
ウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化チタン、
酸化クロム、炭化ケイ素、チッ化ホウ素、ガラス繊維、
アルミナ繊維、アルミナシリカ繊維、シリカ繊維、ボロ
ン繊維、炭化繊維、炭化ケイ素等が挙げられるが、なか
でも酸化シリカ、酸化セリウムが好ましい。これらの研
磨材は、微細粉末としてその粒径が１０μｍ以下のもの
を使用するのがよい。

【００１５】一方、上記の研磨材を均一に分散し得るエ
マルジョン樹脂液としては、二次加工処理工程において
熱プレスにて加温圧縮し、樹脂状のシートとすることを
考慮し、耐熱性が高いウレタン系エマルジョン樹脂を選
択するのがよい。そのようなウレタン系エマルジョン樹
脂としては、ポリエーテル系またはポリエステル系のエ
マルジョン樹脂があげられるが、加水分解性を考慮した
場合、ポリエーテル系エマルジョン樹脂がより望まし
い。

【００１６】なお、ウレタン系エマルジョン樹脂液中へ
微細粉末状の研磨材を均一に分散させるに際して、場合
によっては、研磨材の沈降を防ぐために増粘剤を添加
し、増粘させることもできる。さらに反応調製剤、架橋
剤等を適切な量添加し、所望のエマルジョン樹脂液をす
ることができる。

【００１７】以上のようにして調製された、微粉末状の
研磨材分散エマルジョン樹脂液を含浸・付着させるウレ
タンフォームとしては、軟質ウレタンフォームまたは半
硬質ウレタンフォームが使用される。硬質ウレタンフォ
ームは可撓性がないため二次加工処理工程にて熱プレス
を行なった際に、脆化する可能性があり好ましいもので
はない。さらに、硬質ウレタンフォームは一般的に独立
気泡性を有しているため、研磨材分散エマルジョン樹脂
液が硬質ウレタンフォーム表面に付着しなくなり、かつ
フォーム内部にも含浸処理を施すことが不可能である。

【００１８】これに対して、軟質ウレタンフォームまた
は半硬質ウレタンフォームは、連通気泡性を有している
ために、ウレタンフォーム表面部および内部に研磨材分
散エマルジョン樹脂液を、良好に付着・含浸させること
ができる。

【００１９】そのような軟質ウレタンフォームまたは半
硬質ウレタンフォームとして、セルサイズが大きく、か
つセル膜を除去してあるウレタンフォームがより好まし
い。特に、セル数３０個／１インチ以下の粗セル性状を
有する軟質ポリウレタンフォームまたは半硬質ポリウレ
タンフォームにあっては、そのフォーム表面部または内
部への研磨材分散エマルジョン樹脂液の付着・含浸を、
所望する量を多く行なうことができる。しかしながら、
セル数が３０個／１インチ以上の微細なセル性状を有す
るフォームであっても、フォーム表面部または内部に研
磨剤分散エマルジョン樹脂液の付着含浸は行われ、フォ
ームのセル数は特に限定されるものではない。なお、ウ
レタンフォームの厚味は特に限定されるものではない
が、１０〜３０ｍｍ程度の厚味を有するウレタンフォー
ムを使用するのがよい。

【００２０】本発明における、前述した第一次加工処理
としての軟質ポリウレタンフォームまたは半硬質ポリウ
レタンフォームへの研磨材分散エマルジョン樹脂液の付
着・分散は、ロールコーター法により良好に実施するこ
とができる。スプレー式では均一に付着・分散させにく
く、塗布量のバラツキが発生しやすい。また作業能率が
悪く、樹脂液が周囲に飛散しやすい等の環境上の問題が
あり、好ましいものではない。これに対し、ロールコー
ター法では、軟質ポリウレタンフォームまたは半硬質ポ
リウレタンフォームの表面部または内部へ研磨材分散エ
マルジョン樹脂液を均一に付着・分散でき、その量産化
を目的とする場合にも好適な方法であることが判明し
た。この場合の研磨材分散エマルジョン樹脂液のウレタ
ンフォームへの塗布量は、研磨材含有のエマルジョン樹
脂層としてほぼ１〜５ｍｍ程度となるようにするのがよ
い。

【００２１】次いで、第二次加工処理工程として、以上
のようにして研磨材分散エマルジョン樹脂液が塗布さ
れ、付着・分散された軟質ポリウレタンフォームまたは
半硬質ポリウレタンフォームを、熱プレス法などにより
圧縮成形し、目的とする本発明の半導体ウェハー用研磨
シートが製造される。

【００２２】この場合の圧縮成形における熱プレスの条
件は、プレス前のポリウレタンフォームの厚味、研磨材
分散エマルジョン樹脂液の厚味により一概には限定でき
ないが、熱プレス盤の温度２００〜２３０℃、プレス時
間３０秒〜２分程度で行なうことが好ましい。

【００２３】この圧縮成形により得られた半導体ウェハ
ー用の研磨シートにあっては、ウレタンフォーム表面の
凹凸面が解消され、プレス面は適度の硬度を有し、鏡面
加工を施したように平坦に仕上がっていることが確認さ
れた。特にウレタンフォーム表面の凹凸の解消は、熱プ
レス成形により凸面のウレタンフォームがつぶれ、凹面
に入り込むのではなく、研磨材分散エマルジョン樹脂液
がウレタンフォーム樹脂そのものの凹面に入り込むため
に、プレス面が緻密、かつ平坦に仕上がるものである。

【００２４】この場合の圧縮成形による圧縮率は、用い
たウレタンフォームの比重、または研磨材分散エマルジ
ョン樹脂液の塗布量にもより異なるが、一般的には、ポ
リウレタンフォーム表面に形成された、圧縮成形前の研
磨材分散エマルジョン樹脂液層の厚み以下が好ましい。
特に、密度が３００ｋｇ／ｍ²以上、好ましくは６００
ｋｇ／ｍ²以上に圧縮成形するのがよい。これにより、
研磨材分散エマルジョン樹脂液が圧縮され、単位体積に
含まれて研磨材の割合が増すことにもなり、研磨性能が
より向上することとなる。

【００２５】以上のようにして製造された本発明の半導
体ウェハー用研磨シートは、平坦な研磨パッドとして、
そのままの状態で電子部品などを平坦に研磨できる、ま
た、使用後にあっても当該研磨シートを研磨することに
より、再使用することが可能である。この再使用は、研
磨シートとしての効果がなくなるまで行なうことが可能
である。

【００２６】特に、従来法の発泡技術による微細粉末を
含有するウレタン発泡体から切り出し品である研磨パッ
ドは、そのカット面は一見平坦にみえるが、電子顕微鏡
で拡大してみると、凹凸が激しく、研磨にあたって半導
体ウェハーの表面を損傷させてしまう恐れがあるが、本
発明の方法により得られた研磨シートでは、このような
問題点を解消させることができる。すなわち、従来の研
磨パッドを使用する際には、予め研磨パッドそのものを
研磨しないと使用することが不可能であったが、今回こ
のような極めて平坦な研磨シートが得られるために、こ
のような前加工を省略、また前加工の短縮を図ることが
可能となった。

【００２７】さらに、本発明の製造方法においては、研
磨材分散エマルジョン樹脂液が付着・含浸される軟質ポ
リウレタンフォームまたは半硬質ポリウレタンフォーム
のサイズを自由に選択し得るものである。したがって、
例えば２ｍ程度の短尺ものの研磨シートから、数メート
ルの長尺ものの研磨シートまで製造することが可能であ
る。そのため、研磨シートとしての歩留まり、生産性を
大幅に向上させることのみならず、電子部品を一度にか
つ大量に研磨でき、作業性を著しく向上することが可能
である。

【００２８】

【実施例】以下に本発明を、具体的実施例によりさらに
詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。

【００２９】実施例１〜４および比較例１，２ 以下の表に記載の配合により、ロールコーターを使用し
てウレタンフォーム表面に研磨材分散エマルジョン樹脂
液を含浸・付着処理を行い、次いで熱プレスして樹脂状
の研磨シートを得た。なお、比較例２は、密度３０ｋｇ
／ｍ³のフォーム元厚味２０ｍｍのものを１．０厚味に
プレスしただけのものである。

【００３０】

【表１】（重量部）

【００３１】エマルジョン樹脂Ａ：ハイドランＨＷ−９
５０（ポリエステル系ウレタンエマルジョン樹脂）大日
本インキ社製 エマルジョン樹脂Ｂ：ハイドランＨＷ−９７０（ポリエ
ステル系ウレタンエマルジョン樹脂）大日本インキ社製 研磨材Ａ：酸化シリカ（０．８μｍ） 研磨材Ｂ：酸化セリウム（１．５μｍ） 架橋剤：ＣＲ−５１（脂肪族エポキシ系粘稠液）大日本
インキ社製 増粘剤：ボンコレートＵ（アクリル系３０％エマルジョ
ン）

【００３２】熱プレス条件： 熱プレス盤温度：２００℃；プレス時間：１分間、仕上
がり目標厚味１ｍｍ（スペーサー１ｍｍ） 研磨材分散エマルジョン樹脂液の塗布用フォーム：フォ
ーム密度３０ｋｇ／ｍ³、フォーム元厚味２０ｍｍ

【００３３】［耐久性試験］以上により得られた樹脂状
研磨シートについて、幅３０ｍｍ×長さ１５０ｍｍに切
り出し、学振型試験機（ＪＩＳ− ）のヘッド部
分に１ｍｍ厚味の銅板を貼り付け、荷重として２００ｇ
重負荷した状態で何回目に樹脂状研磨シートの表面が破
損するかの試験を行なった。また、スクラッチの発生と
して、半導体ウェハー上に発生する擦り、傷を観察し
た。

【００３４】［結果］それらの結果を、併せて表中に示
した。表中に示した結果からも明らかなように、本発明
の研磨シートは、半導体ウェハーに対する研磨性も良好
なものであり、耐久性に優れたものであることが判明す
る。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明は、微粉末状の研
磨材を均一に分散せしめたウレタン系エマルジョン樹脂
液を軟質ポリウレタンフォームまたは半硬質ポリウレタ
ンフォーム、特にその表面部に含浸・付着させ、樹脂状
に圧縮成形して成ることを特徴とする半導体ウェハー用
研磨シートであり、適度の硬さを保有すると同時に、そ
の表面が鏡面加工を施したように平坦に仕上がってい
る。したがって、従来のウレタン発泡体から切り出し製
品としての研磨パッドに見られたように、研磨パッドそ
のものを研磨することにより、平坦性を出さなくてはい
けなかったような前工程が省略または短縮することが可
能となった。

【００３６】さらに、本発明により、極めて大きな樹脂
状研磨シートを得ることが可能となり、研磨シートは、
極めて硬度が高く、平坦であり、研磨性も十分に兼ね備
えており、表面摩耗が少なく、再利用することが十分に
可能となる利点を有する。

【００３７】また、樹脂状研磨シートとしての硬度が著
しく高く、かつその表面が鏡面加工されたように平坦で
あることは、設備への取り付けが容易となり、設備上発
生する問題点を解消し得るものである。

【００３８】さらに、研磨材分散エマルジョン樹脂液を
付着・含浸させるポリウレタンフォームを、比較的自由
なサイズに種々変更することができ、したがって、研磨
パッドとしての歩留まりを向上させることができる。そ
のうえ、いわゆる大きなサイズの研磨シートの生産が可
能であり、半導体ウェハー等の電子部品を一度に数多く
研磨でき、作業効率を向上させることが可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｋ 3/14 ５５０ Ｃ０９Ｋ 3/14 ５５０Ｌ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｆ Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 BC02 CB01 CB03 DA12 DA17 4F071 AA53 AD06 AE13 AH12 DA19 DA20 4F074 AA78 AA78M AE01 AG20 CC03Z CC10Z CE15 CE64 CE75 CE77 CE98 DA16 DA17 DA56 4J002 CK021 DA016 DE096 DE136 DE146 DJ006 DJ016 DK006 DL006 FA046 FD016 GQ00

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微粉末状の研磨材を均一に分散せしめた
   ウレタン系エマルジョン樹脂液を軟質ポリウレタンフォ
   ームまたは半硬質ポリウレタンフォームに含浸・付着さ
   せ、樹脂状に圧縮成形して成ることを特徴とする半導体
   ウェハー用研磨シート。
2. 【請求項２】 ウレタン系エマルジョン樹脂液の含浸・
   付着が、軟質ポリウレタンフォームまたは半硬質ポリウ
   レタンフォームの表面部であることを特徴とする請求項
   １に記載の半導体ウェハー用研磨シート。
3. 【請求項３】 研磨材が、粒径１０μｍ以下の微粉末状
   の研磨材である請求項１または２に記載の半導体ウェハ
   ー用研磨シート。
4. 【請求項４】 軟質ポリウレタンフォームまたは半硬質
   ポリウレタンフォームが、セル数３０個／１インチ以下
   の粗セル性状を有するものである請求項１または２に記
   載の半導体ウェハー用研磨シート。
5. 【請求項５】 密度が３００ｋｇ／ｍ³以上に圧縮成形
   された請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体ウェ
   ハー用研磨シート。
6. 【請求項６】 厚さが０．５〜３．０ｍｍである請求項
   １ないし５のいずれかに記載の半導体ウェハー用研磨シ
   ート。
7. 【請求項７】 微粉末状の研磨材を均一に分散せしめた
   ウレタン系エマルジョン樹脂液を、軟質ポリウレタンフ
   ォームまたは半硬質ポリウレタンフォームに含浸・付着
   せしめた後、樹脂状に圧縮成形することを特徴とする半
   導体ウェハー用研磨シートの製造法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の製造方法により得られ
   た請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体ウェハー
   用研磨材。