JP2004087912A

JP2004087912A - 基板の乾式化学機械研磨方法およびそれに用いる装置

Info

Publication number: JP2004087912A
Application number: JP2002248525A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yamada; 山田　勉; Tomio Kubo; 久保　富美夫
Original assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】乾式化学機械研磨方法でマイクロスクラッチのない加工基板を研磨速度を速くして提供する。
【解決手段】基板ｗ表面に、該基板のモ−ス硬度と同等または柔らかいモ−ス硬度を有する固型砥粒を結合材で結合してなる研磨加工具部材２の複数を環状に備えた砥石１を押し付け、乾式化学機械研磨中に連続してまたは間歇的にツ−ル１０ｃを基板上より外れている研磨加工具部材２の表面に押し当てて研磨加工具部材の表面に付着した異物を該ツ−ル表面に転移させて研磨加工具部材の表面形状を修正しつつ基板を乾式で化学機械研磨する方法。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体シリコン基板、シリコンベアウエハ、窒化珪素基板、ＧａＡｓ基板、ＬｉＴａＯ_３基板、ＡｌＴｉＣ基板等の基板表面を乾式（遊離砥粒である研磨剤スラリ−を用いない）で研磨する化学機械研磨方法およびそれに用いる乾式化学機械研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インゴットをスライスして得られたシリコン基板やＧａＡｓ基板等の基板（ウエハ）の両面を研削加工し、必要によりラップ加工し、この加工面に研磨剤スラリ−を供給しつつ、研磨パッドを基板の研削加工面に押圧し、基板と研磨パッドの両者または一方を回転させて摺動することにより基板表面を鏡面に研磨加工することは行なわれている。また、半導体基板の裏面シリコン板を研削、研磨して鏡面化、または薄膜化することも行なわれている。
【０００３】
これら基板表面ないし裏面を研磨する湿式研磨方法は、大量の研磨剤スラリ−を用いるので、砥粒を砥石やパッドに固定した研磨加工具を用い、研磨剤スラリ−を用いることなく乾式で基板を研磨する方法が提案されている（１９９８年度精密工学秋季大会講演論文集１９１頁、特開平９−１４６１号、特開２０００−１９０２２８号、特開２０００−１９８０７３号、特開２０００−２３３３７５号、特開２０００−２３７９６２号、特開２００１−１２９７６４号、「砥粒加工学会誌　Ｖｏｌ．４４　Ｎｏ．１０　２０００年１０月号４３３−４３６頁」）。
【０００４】
乾式化学機械研磨砥石（ＣＭＧ）の研磨加工具部材は砥粒を結合材で結合したもので、かかる砥粒としては、シリカ、酸化セリウム、アルミナ、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン等が、結合材としては、フェノ−ル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が提案されている。
【０００５】
具体的には、例えば、特開２０００−１９８０７３号公報は、シリカ、酸化セリウム、アルミナ等の粒径１〜１００ｎｍの超微細砥粒を１０００個以上凝集させた粒径１〜２０μｍの凝集砥粒を液状樹脂で結合させた樹脂に対する凝集砥粒の体積比率が１５〜７０容量％の研磨加工具部材を、環状の硬質アルミニウム基台上に間隔を置いて多数、環状に並べて貼付したカップ型研磨砥石を提案する。
【０００６】
この砥石は、凝集粒子を用いたことにより研磨加工具表面の凹凸が大きくなり、基板と研磨加工具接触部との押圧が高まり、研磨加工能率を向上できるとともに、研磨加工具表面にチップポケットが形成され、砥石目詰まりの現象が抑制されるとともに、凝集粒子と樹脂結合剤との接着力に比較し凝集体を形成している一次粒子の凝集力が弱いので、研磨加工時には砥粒が凝集した二次粒子の一部に崩壊や変形が生じ、一次粒子の状態で基板の研磨に寄与することとなり、研磨速度が高い利点を有する。
【０００７】
結合剤として粉末エポキシ樹脂を用い、このエポキシ結合材と酸化マンガン砥粒とを混合し、この混合物を粉砕後、粉砕物を型内に充填し、型内を−７０〜−８０ｋＰａの負圧状態に導き、ついで型を圧縮して化学機械研磨砥石を得ることも知られている（特開２００１−９７３１号公報）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来提案されたシリコン基板のモ−ス硬度より低いモ−ス硬度を有する固型砥粒を含有する乾式研磨加工具部材は、マクロ的にはシリコン基板の条痕跡を消滅させ、鏡面を呈しているシリコン基板を提供する。
しかし、数多くの基板を乾式研磨したところ、大部分の種類の基板はマイクロスクラッチの無い鏡面な基版に加工されるが、基板の結晶構造、デバイスの凹凸パタ−ンに依っては、鏡面にマイクロスクラッチが発生することが判明した。
【０００９】
本発明者等は、マイクロスクラッチが発生した基板の研磨状態を観察したところ、基板を乾式化学機械研磨していると砥石の加工具部材の一部が基板との摩擦熱および反応熱で粘い液を生成し、加工具部材表面のこの粘い液層に基板研磨屑が付着し、この基板研磨屑が鏡面化された加工基板の表面にマイクロスクラッチを発生させる原因となることを見出した。
【００１０】
本発明の目的は、基板の種類に限定されず、スクラッチ傷を発生しないでシリコン基板、ＧａＡｓ基板、ＬｉＴａＯ_３基板、デバイスウエハなどを乾式で化学機械研磨加工する方法およびその加工に用いる研磨装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、基板表面に、該基板のモ−ス硬度と同等または柔らかいモ−ス硬度を有する固型砥粒を結合材で結合してなる研磨加工具部材の複数を環状に備えた砥石を押し付け、相対運動させて基板表面を平坦化する乾式化学機械研磨方法において、乾式化学機械研磨中に連続してまたは間歇的にツ−ルを基板上より外れている研磨加工具部材の表面に押し当てて研磨加工具部材の表面に付着した異物を該ツ−ル表面に転移させて研磨加工具部材の表面形状を修正することを特徴とする基板の乾式化学機械研磨方法を提供するものである。
【００１２】
研磨加工具部材の表面に付着した異物（基板の研磨屑）をツ−ル表面に転移させ、異物を加工点に行かせないようにしたことにより、鏡面加工された基板表面にマイクロスクラッチが発生することがなくなった。
【００１３】
本発明の請求項２は、前記基板の乾式化学機械研磨方法において、紙や紙工製品の原料に使用されるシ−トパルプを前記ツ−ルとして用いることを特徴とする。
【００１４】
シ−トパルプは、表面が粗く、異物の転移が容易である。シ−トパルプは、基板の硬度よりも低い硬さであるので、シ−トパルプの屑が発生しても加工基板を傷つけることはない。
【００１５】
本発明の請求項３は、前記基板の乾式化学機械研磨方法において、前記研磨加工具部材は、砥粒（ａ）、研磨促進剤（ｂ）および平均重合度５０〜４００、平均粒径５〜１５０μｍの結晶セルロ−スよりなる結合材（ｃ）を含有する混合物を型内に充填し、常温で加圧成形して化学機械研磨加工具部材に賦型したものであることを特徴とする。
【００１６】
結合材の結晶セルロ−スは、耐熱性が８００℃以上あり、耐熱性が約４００℃の樹脂結合材と較べると砥石の耐熱性が優れる。また、結晶セルロ−スに残されていた繊維の絡みにより研磨加工具部材に気孔が形成され、エア−ポケットを有するので研磨時に脱落した砥粒や研磨屑の避難場所となり、マイクロスクラッチは発生しない。
研磨促進剤が基板と化学反応を生じ、基板のうねりをより減少させ、無攪乱・無欠陥の鏡面光沢を呈する基板が得られる。研磨促進剤の添加により研磨速度は、１．４倍以上向上する。
【００１７】
本発明の請求項４は、基板ホルダ−、基板ホルダ−の回転機構、基板ホルダ−の上方に設けられた研磨される基板のモ−ス硬度と同等または柔らかいモ−ス硬度を有する固型砥粒を結合材で結合してなる研磨加工具部材の複数を環状に備えた砥石を備える研磨ヘッド、該研磨ヘッドの昇降機構並びに回転機構、ならびに、乾式化学機械研磨中に基板上より外れている研磨加工具部材の表面に押し当てて研磨加工具部材の表面に付着した異物を転移させるツ−ルおよび該ツ−ルの駆動機構を具備する、乾式化学機械研磨装置を提供するものである。
【００１８】
研磨剤スラリ−を用いることなく、乾式で基板を化学機械研磨加工できる装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は、化学機械研磨加工具部材を底部に備えた研磨砥石の斜視図、図２は乾式化学機械研磨装置の断面図、および図３は乾式化学機械研磨装置の部分平面図である。
【００２０】
図１において、１は研磨砥石、２は化学機械研磨加工具部材、３は硬質基台で、その底部に化学機械研磨加工具部材２を複数環状に固着している。
化学機械研磨加工具部材２は、固型砥粒および結合材を必須成分とし、必要により融点もしくは分解温度が６０〜４００℃の研磨促進剤、中空粒子またはマイクロカプセルを配合した混合物を、型内に充填し、次いで、硬化または常温で圧縮成形（打錠剤成型）して得られる。
【００２１】
固型砥粒は、研磨される基板のモ−ス硬度と同等、またはそれより低いモ−ス硬度を有する砥粒が使用される。具体的には酸化珪素、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン、酸化セリウム、アルミナ、酸化マンガン等の金属酸化物、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ニッケル、炭酸マンガン等の金属炭酸塩、ゼオライト等の固型砥粒が単独で、または２種以上混合して使用される。特にＩＩａ金属の炭酸塩、酸化セリウムが最適である。
【００２２】
砥粒の粒径は、０．２ｎｍ〜１０μｍが好ましく、二次凝集していてもよい。砥粒のモ−ス硬度が基板のモ−ス硬度と同一、またはそれより低いので基板にスクラッチ傷を付けないので巨大凝集粒子が存在していてもよい。
【００２３】
砥粒のモ−ス硬度が基板のモ−ス硬度と同等、またはそれより硬度が低いにもかかわらず、基板の研磨が進行するのは、メカニカルな研磨のみでなく、ケミカルな研磨も行われているものと推測される。
【００２４】
研磨促進剤は、２０〜３０℃の雰囲気で固体を呈し、融点（または熱分解温度）が６０〜４００℃、好ましくは１５０〜３００℃である塩素基またはブロム基を有する化合物、Ｉａ金属と炭酸基または重炭酸基を有する化合物、アンモニウム基と炭酸基または重炭酸基を有する化合物、塩素酸ソ−ダ、次亜塩素酸ソ−ダ、塩素酸カリ、次亜塩素酸カリ、過硫酸アンモニウムより選ばれた化合物が使用される。
【００２５】
塩素基またはブロム基を有する化合物としては、例えば、塩化アンモニウム（融点１８４℃）、二塩化ヨ−素アンモニウム（融点１６２℃）、二塩化ヨ−素セシウム（融点２２９℃）、塩化タングステン（融点２７５℃）、塩化錫（融点２４６℃）等の無機塩素化塩、、塩素化イソシアヌル酸、塩素化イソシアヌル酸塩などのハロゲン基含有化合物が挙げられる。
【００２６】
研磨促進剤として特に好ましいものは、安価な塩化アンモニウム（塩安）、塩素化イソシアヌル酸およびその塩（Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ）、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸ソ−ダ、炭酸水素ナトリウム、塩素酸ソ−ダ、次亜塩素酸ソ−ダ、塩素酸カリ、次亜塩素酸カリ、過硫酸アンモニウムである。塩素化イソシアヌル酸としてはトリクロロイソシアヌル酸（有効塩素含量９０．４％、熱分解温度２２５〜３００℃）、ジクロロイソシアヌル酸（有効塩素含量６３．５％、熱分解温度２４０〜２５０℃）が挙げられる。
【００２７】
結合材としては、従来乾式砥石の結合材として提案されているエポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、レゾ−ル樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の常温硬化性樹脂もしくは加熱硬化型樹脂、ポリビニ−ルアルコ−ル繊維あるいは光重合性アクリル樹脂でもよいが、加工具部材の耐熱性、気孔調製の面から、平均重合度５０〜４００、平均粒径５〜１５０μｍの結晶セルロ−ス（耐熱性８００℃）が好ましい。
【００２８】
結合材として例示した前記の微粉セルロ−スとしては、パルプセルロ−スやコットンリンタ−の粉砕物、平均重合度が５０〜４００、平均粒径が３０〜１５０μｍの結晶セルロ−スが挙げられる。特に、非晶物を除いた結晶セルロ−スが硬度の高い研磨加工具部材を与えるので好ましい。
【００２９】
結晶セルロ−スは、製紙パルプ、溶解パルプ、コットンリンタ−等のセルロ−ス質を鉱酸またはアルカリの作用で加水分解し、パルプの非結晶セルロ−ス領域を溶解除去、ついで洗浄して結晶部分のみを取得し、これを機械粉砕して微結晶のセルロ−ス集合物をほぐし、乾燥することにより製造される（米国特許第２，９７８，４４６号、特開平６−３１６５３５号）。
重合度は、セルロ−ス分子を構成する基本分子（Ｃ_６Ｈ_１０Ｏ_５）の数であり、結晶セルロ−スは加水分解により重合度の異なったセルロ−スの混合物であるので、平均重合度はこれら結晶セルロ−ス混合物の重合度の平均を示す。平均重合度は、ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ　ＡＮＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ　Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．３，頁５０２〜５０７（１９５０年）に記載された銅安溶液粘度法により測定する。
【００３０】
このような結晶セルロ−スは、真比重が約１．５５、見掛比重が約０．１５〜０．３、平均粒径３０〜１５０μｍの白色の粉末で、繊維が粉砕された構造を示し、フィブリル状構造を残している。この結晶セルロ−ス１ｇ当りの水飽和度（ＪＩＳ−Ｋ５１０１に準拠）は２〜３ｍｌ／ｇである。
【００３１】
市販の結晶セルロ−スとしては、旭化成株式会社から販売されている結晶セルロ−ス　アビセル（登録商標）　ＰＨ−１０１、ＦＤ−Ｆ２０（商品名）、セオラス　ＳＴ−０１（商品名）、米国ＦＭＣ社の結晶セルロ−ス　アビセル（登録商標）　ＦＤ−１０１、ＰＨ−１０２、ＰＨ−１０３、ＰＨ−Ｆ２０（商品名）等が利用できる。また、結晶セルロ−ス表面がＣＭＣや天然多糖類で被覆されている旭化成株式会社から販売されている結晶セルロ−ス　アビセル（登録商標）ＲＣ−Ｎ３０、ＲＣ−Ｎ８１、ＲＣ−５９１、ＣＬ−６１１（商品名）等も利用できる。平均重合度が高いほど加工具部材の硬度はより高くなる。
【００３２】
中空粒子またはマイクロカプセルは、化学機械研磨加工具部材にエア−ポケットを形成させるのを容易とするため用いる。中空粒子を形成する膜素材は、研磨される基板のモ−ス硬度よりも低いモ−ス硬度を有する素材が用いられる。具体的にはポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリル・スチレン共重合体、ポリメチルメタクリレ−ト、メチルメタクリレ−ト・スチレン共重合体およびメチルメタクリレ−ト・スチレン・α−メチルスチレン共重合体、ジビニルベンゼン・アクリル酸アルキルエステル・スチレン共重合体等の高分子中空粒子または、アルミナ、カ−ボン、ムライトおよびシラスより選ばれた無機質中空粒子である。中空殻壁の膜厚は、１０〜３０μｍが一般である。高分子中空粒子は、ｉｎ　ｓｉｔｕ重合法で形成される。
【００３３】
高分子中空粒子は、表面を炭酸カルシウム、酸化セリウム、アルミナ、酸化チタン等の無機微細粉体で被覆されていてもよい。この無機粉体被覆高分子中空粒子は、例えば、松本油脂製薬株式会社よりマツモトマイクロスフェア−ＭＦＬ（商標）シリ−ズの１００ＣＡ、８０ＣＡ、８０ＧＣＡ、１００ＳＣＡ、３０ＳＴＩのグレ−ド名で入手できる。
【００３４】
粒径が５〜１２０μｍのマイクロカプセルは、高分子中空粒子内に液状の研磨助剤、例えば金属腐食剤のパ−フルオロポリエ−テル、保護膜形成剤のベンゾトリアゾ−ルを内蔵していてもよい。
【００３５】
結合材の結晶セルロ−スを用い、基板のモ−ス硬度と同等、またはそれより低いモ−ス硬度を有する砥粒を含む混合物を化学機械研磨加工具を打錠法で成型するには、平均重合度５０〜４００、平均粒径５〜１５０μｍの結晶セルロ−ス　５〜５０重量％、基板のモ−ス硬度と同等、またはそれより低いモ−ス硬度を有する砥粒　８８．５〜４９重量％、融点が６０〜４００℃の研磨促進剤　０．５〜１０重量％、および粒径が５〜１２０μｍの中空粒子もしくはマイクロカプセル　０〜１重量％を含有する混合物を型内に充填し、１００〜３，０００ｋｇｆ／ｃｍ^２、好ましくは２００〜１，０００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で該混合物を常温で加圧して化学機械研磨加工具部材に賦型する。
【００３６】
例えば、型として気体は透過するが固体は透過しない型を用い、粒径０．５〜５００μｍの微粉セルロ−ス、砥粒、研磨促進剤およびその他の添加物を含む均一混合物を型内に充填し、加熱することなく混合物を加圧して微粉セルロ−ス間の気体を型外へ逸散させつつ混合物を圧縮して厚み５〜３０ｍｍの円盤状、楕円板状、方角板状または長尺板状に賦型する。
【００３７】
微粉セルロ−ス間および微粉セルロ−スと砥粒間の強固な結合は、微粉セルロ−ス固有の繊維の絡みおよび微粉セルロ−スが含有する水分および大気中の湿気が寄与しているものと推測される。よって、予め、微粉セルロ−スの表面に水を霧吹き（微粉セルロ−スに対し、水量は１０重量％以下）した後、砥粒、研磨促進剤等と混合し、型内に充填し、常温で圧縮成型してもよい。
【００３８】
必要により、滑剤を混合物組成中、０．０５〜１重量％となる割合で配合して微粉セルロ−スの圧縮時の滑りを向上させて成型時間を短縮させてもよい。滑剤としては、酸化モリブテン、硫化モリブテン、ステアリン酸マグウネシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、メラミン、尿素、メラミン・イソシアヌレ−ト付加物等が挙げられる。
【００３９】
型は、雌型（固定型）と昇降高さを調整できる雄型（移動型）よりなる圧縮金型が使用される（例えば、特開２００１−９７３１号）。雌型と雄型から形成されるキャビティ内に充填ガンで、ジェットミルで混合された混合物を充填し、雄型を移動（型締め）させてキャビティ容積を減少させて空気を一部追い出しながら、圧力が１００〜１，０００ｋｇｆ／ｃｍ^２となったところで該圧力を維持した状態で１０〜６０分間放置して賦型をなし、ついで雄型を移動（型開き）させて成型された加工具を取り出す。
型は、薬錠剤の打錠成型に用いる雌型（移動型）と雄型（移動型）よりなる圧縮金型を使用してもよい。
【００４０】
中空粒子またはマイクロカプセルは、化学機械研磨加工具の気孔率調整のために用いられる。即ち、混合物を圧縮する圧力が低いほど化学機械研磨加工具の気孔率は高いが、化学機械研磨加工具の強度は低くなる。よって、賦型時に用いる加圧圧力に応じて化学機械研磨加工具の気孔率と強度バランスの取れるように中空粒子またはマイクロカプセルを加える。
【００４１】
賦型された化学機械研磨加工具部材２は、厚み５〜３０ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍの円盤状、楕円板状、方角板状または長尺板状である。円盤状物であるときの直径は、５〜３０ｍｍが好ましい。
【００４２】
この基板用化学機械研磨加工具部材２の複数を、３〜２５ｍｍの間隔を置いて硬質基台３に接着剤あるいは粘着剤を用いて貼付して基板用化学機械研磨砥石１を作成する。
硬質基台３としては、アルミニウム剛板、ステンレス板、セラミック板、低熱膨張ガラス板等の剛性の高い板が使用できる。硬質基台の形状は円盤状、楕円板状、リング状、角方板状、長尺状板などが挙げられる。
【００４３】
乾式化学機械研磨装置１０は、図２、図３に示すように、研磨装置の上側を構成する研磨手段１０ａと、下側に設けられた基板ｗを保持するホルダ−機構１０ｂ、化学機械研磨加工具の表面をツル−イングするツ−ル機構１０ｃおよび加工点に冷却流体を供給するノズル１０ｄを備える。
【００４４】
研磨手段１０ａは、化学機械研磨砥石１を備える研磨ヘッド６を備え、この研磨ヘッドは研磨装置１０の上側のスピンドル４に水平方向に回転自在に軸承される。このヘッド６は、基台７上に立設した支持枠８の上部に設けたレ−ル９上を滑走するスライド部材１０を下面に有する函体１１に固定され、紙面に向かって前後方向に移動可能となっている。また、ヘッド６は、シリンダ２２により昇降自在となっており、砥石１が基板ｗを定寸切り込み研削することを可能としている。スピンドル４は、モ−タ５の回転力をモ−タ軸５ａに固定された滑車５ｂ、プ−リ−５ｃ、スピンドル４に固定された滑車５ｄを介して伝達する。
【００４５】
基板ｗを保持するホルダ−機構１０ｂは、モ−タ１３により回転駆動されるスピンドル１４に軸承された吸着板１２上に基板ｗをバキュ−ム吸着させる。吸着板１２は樹脂板に孔１２ａを多数穿孔したものであってもよいし、ポ−ラスセラミック板であってもよい。吸着板１２下面にはチャンバ−１５が設けられ、三方切替弁１６の切り替えで流体、例えば空気、純水が自由に出入りする。チャンバ−１５を減圧することにより基板ｗは吸着板１２に固定される。チャンバ−１５に加圧流体を供給することにより基板ｗは吸着板より押し上げられる。
吸着板１２を冷却するためにポンプ１７を用いて冷却水を吸着板１２側壁の周りに供給する。
モ−タ１３の駆動力は、クラッチ１８を介してスピンドル１４に伝達される。純水、空気等の用役の供給管１９，１９’はロ−タリ−バルブ２０，２１でスピンドル１４内の管に結合される。
【００４６】
ツ−ル１０ｃは、乾式化学機械研磨中に基板ｗ上より外れている研磨加工具部材３の表面に押し当てられ研磨加工具部材の表面に付着した異物を転移させるもので、図示されていないツ−ル駆動機構により直線運動および／または回転運動をする。
ツ−ルを構成する素材は、シ−トパルプ、フェルト、濾紙、樹脂発泡体などが使用できる。なかでも、パルプを形状で分類する場合（「紙パルプの種類とその試験法」　１頁：昭和４５年７月２９日　紙パルプ技術協会の編集兼発行）に、シ−ト状パルプと分類されるシ−トパルプが、表面が粗く、異物が転移し易いことと、安価であることから好ましい。
【００４７】
シ−トパルプは、針葉樹、広葉樹等の木材を皮剥ぎ、割木などの工程により柱状とした後、ナイフを取り付けた回転円盤に斜めに押し付けて小片（チップ）し、このチップをアルカリ溶解、蒸してリグニンや樹脂質を除去し、セルロ−スファイバ−したのち、叩解（ビ−チング）し、ついで水洗し、パルプマシ−ンでシ−ト状とし、これを加圧してシ−ト化したパルプであり、これを水に離解すればパルプ原料として再利用できるものである。
【００４８】
日本パルプ商事、日本製紙、王子製紙等より、厚み２〜４ｍｍのシ−トパルプを入手することができる。
【００４９】
基板の乾式化学機械研磨は、基板ｗ表面に、研磨加工具部材２の複数を環状に備えた砥石１を押し付け、相対運動させて基板表面を平坦化することにより実施される。この、乾式化学機械研磨中に連続してまたは間歇的に回転運動および／または直線移動するツ−ル１０ｃを基板上より外れている研磨加工具部材の表面に押し当てて研磨加工具部材の表面に付着した異物を該ツ−ル表面に転移させて研磨加工具部材の表面形状を修正する。
【００５０】
スピンドル１４の回転数は１０〜４００ｒｐｍ、スピンドル４の回転数は１００〜３０００ｒｐｍ、砥石１の基板ｗへの押圧は５０〜３００ｇｆ／ｃｍ^２が適している。基板の研磨時、基板と化学機械研磨加工具部材との摩擦熱による基板の過加熱を防止するため、加工点に流体供給ノズル１０ｄより冷却空気や冷却ミストを吹き付けるとよい。
【００５１】
【実施例】
実施例１
旭化成株式会社製結晶セルロ−ス粉末　アビセル　ＦＤ−１０１（平均重合度１７５、平均粒径３０μｍ、真比重１．５５、見掛比重０．３）　１０重量部、塩安　１０重量部、および平均粒径６０ｎｍの炭酸カルシウム粒子　８０重量部を１０分かけて混合し、この混合物を相対湿度５５％、温度３０℃の部屋に３０分間放置した。
【００５２】
ついで、この混合物を気体は透過するが固体は透過しない株式会社菊水製作所の手動型単発打錠機の型（温度３０℃）のキャビティ内に充填し、雄型をゆっくりと移動させて圧力を徐々に高めてキャビティ内の空気を型外へ逃がした。型締圧力が６００ｋｇｆ／ｃｍ^２となった時点で雄型の移動を停止し、該圧力下に２０分間保ち、賦型を終了した。
雄型を移動することにより型開きし、気孔を有する厚み１０ｍｍ、直径１０ｍｍの円柱状成型体（研磨加工具部材）を複数得た。
【００５３】
これら円柱状成型体の下面周縁部を１ア−ル状丸く研削し、これら成型体複数を厚み５ｍｍアルミニウム製環状リング表面に５ｍｍの等間隔で並べてエポキシ樹脂接着剤で貼付し、アルミニウム製環状リングを円盤状支持板に固定し、カップ型研磨砥石１を作成した。
【００５４】
３００ｍｍ径、厚み約５５０μｍの両面が研削加工されたベアシリコンウエハ（Ｒａ　１２２オングストロ−ム）を株式会社　岡本工作機械製作所の研磨装置ＳＰＰ８０１ＡＴ（商品名）のチャック機構に減圧吸引して固定し、前記カップ型研磨砥石を軸承したスピンドルを５００ｒｐｍで回転させながら定寸切り込みの下降をさせ、３００ｇｆ／ｃｍ^２の圧で押し当てながら、前記チャック機構の回転数を１００ｒｐｍで回転（回転方向は逆方向）させつつ、前後方向に２０ｍｍ幅揺動させる摺動を１８０秒行ってベアシリコンウエハ表面を研磨した後、カップ型研磨砥石を軸承するスピンドルを上昇させた。
【００５５】
この乾式化学機械研磨中に、ツ−ルとして厚み３ｍｍの針葉樹シ−トパルプ（カナディアンフリ−ネス　７６０ｍｌ）を基板上より外れている研磨加工具部材の表面に連続して押し当てつつ１００ｒｐｍで回転させて研磨加工具部材の表面に付着した異物を該ツ−ル表面に転移させた。また、加工点に８０℃の空気をノズルより吹き続けた。
【００５６】
チャック機構のスピンドルの回転を停止し、チャック機構のチャンバ−の減圧を停止した後、チャンバ−に圧空を供給し、研磨加工したシリコンウエハを取り外し、スピナ−上に置き、純水で洗浄、ついでスピン乾燥した。
【００５７】
研磨速度は１．６７μｍ／分であり、得られた研磨加工シリコンウエハ表面は、ベアウエハの渦巻状研削跡が消滅し、マイクロスクラッチ傷、大スクラッチ傷とも見受けられず、表面粗さＲａが１３．７オングストロ−ムの鏡面を呈した。
【００５８】
実施例２〜４
混合物の組成を表１に変更する他は実施例１と同様にしてカップ型研磨砥石を成形し、シリコンベアウエハを研磨した。得られた研磨加工シリコンウエハ表面は、ベアウエハの渦巻状研削跡が消滅し、マイクロスクラッチ傷、大スクラッチ傷とも見受けられなかった。得られた研磨加工シリコンウエハ表面平均粗さ（Ｒａ）を同表に示す。
【００５９】
【表１】

【００６０】
参考例
３００ｍｍ径、厚み約５５０μｍのベアシリコンウエハを株式会社　岡本工作機械製作所の研磨装置ＳＰＰ８０１ＡＴの基板キャリアに減圧吸引して固定し、ロデ−ルの研磨布”ＳＵＢＡ＃８００（商品名）を表面に貼った研磨プラテンに３００ｇｆ／ｃｍ^２の圧で押し当てながら、かつ、研磨布表面にデュポン株式会社のシリコン研磨剤スラリ−　ＭＡＺＩＮ（登録商標）ＳＲＳ３（商品名）を２００ｃｃ／分の量供給しつつ、前記キャリアの回転数を６０ｒｐｍ、研磨プラテンの回転数を６０ｒｐｍで回転（回転方向は逆方向）させ、３００秒摺動させることによりシリコンウエハ表面を研磨した。
研磨速度は０．７４μｍ／分であり、得られた研磨加工シリコンウエハ表面にはマイクロスクラッチ傷、大スクラッチ傷とも見受けられなかった。表面粗さＲａは、３９．２オングストロ−ムであった。
【００６１】
比較例１
実施例１において、基板として３００ｍｍ径、厚み約１２０μｍの両面が研削加工されたベアシリコンウエハ（Ｒａ　１０８オングストロ−ム）を用い、かつ、研磨加工中、ツ−ルによる加工具部材表面のツル−イングを行わない他は同様にして乾式化学機械研磨加工を行ったところ、得られた研磨加工シリコンウエハ表面には大スクラッチ傷とも見受けられなかったが、ところどころマイクロスクラッチ傷が見受けられた。表面粗さＲａは、２４．２オングストロ−ムであった。
【００６２】
実施例５
比較例１において、基板として３００ｍｍ径、厚み約１２０μｍの両面が研削加工されたベアシリコンウエハ（Ｒａ　１０８オングストロ−ム）を用い、かつ、研磨加工中、ツ−ルによる加工具部材表面のツル−イングを行なった他は同様にして乾式化学機械研磨加工を行った。得られた研磨加工シリコンウエハ表面にはマイクロスクラッチ傷も大スクラッチ傷とも見受けられなかった。
表面粗さＲａは、１２．６オングストロ−ムであった。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の砥石を形成する加工具部材表面に付着した研磨屑をツ−ルに転写させて除去しつつ基板を乾式化学機械研磨加工する方法は、研磨速度を向上させるとともに、基板のうねりを低減させ、スクラッチ傷のない、高い鏡面光沢を有する加工基板を与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研磨加工具部材の斜視図である。
【図２】研磨装置の正面図である。
【図３】研磨装置の部分平面図である。
【符号の説明】
１　　　　　研磨砥石
ｗ　　　　　基板
２　　　　　化学機械研磨加工具部材
３　　　　　硬質基台
１０ｃ　　　　ツ−ル

Claims

基板表面に、該基板のモ−ス硬度と同等または柔らかいモ−ス硬度を有する固型砥粒を結合材で結合してなる研磨加工具部材の複数を環状に備えた砥石を押し付け、相対運動させて基板表面を平坦化する乾式化学機械研磨方法において、乾式化学機械研磨中に連続してまたは間歇的にツ−ルを基板上より外れている研磨加工具部材の表面に押し当てて研磨加工具部材の表面に付着した異物を該ツ−ル表面に転移させて研磨加工具部材の表面形状を修正することを特徴とする基板の乾式化学機械研磨方法。
ツ−ルが、紙や紙工製品の原料に使用されるシ−トパルプを素材とすることを特徴とする請求項１に記載の基板の乾式化学機械研磨方法。
研磨加工具部材は、砥粒（ａ）、研磨促進剤（ｂ）および平均重合度５０〜４００、平均粒径５〜１５０μｍの結晶セルロ−スよりなる結合材（ｃ）を含有する混合物を型内に充填し、常温で加圧成形して化学機械研磨加工具部材に賦型したものであることを特徴とする請求項１に記載の基板の乾式化学機械研磨方法。
基板ホルダ−、基板ホルダ−の回転機構、基板ホルダ−の上方に設けられた研磨される基板のモ−ス硬度と同等または柔らかいモ−ス硬度を有する固型砥粒を結合材で結合してなる研磨加工具部材の複数を環状に備えた砥石を備える研磨ヘッド、該研磨ヘッドの昇降機構並びに回転機構、ならびに、乾式化学機械研磨中に基板上より外れている研磨加工具部材の表面に押し当てて研磨加工具部材の表面に付着した異物を転移させるツ−ルおよび該ツ−ルの駆動機構を具備する、乾式化学機械研磨装置。