JP2006075914A

JP2006075914A - 研磨布

Info

Publication number: JP2006075914A
Application number: JP2004259531A
Authority: JP
Inventors: Keiji Yamamoto; 恵司山本; Koichi Yoshida; 光一吉田; Takeshi Mizuno; 剛水野; Hidenobu Mizumoto; 英伸水本
Original assignee: Nitta Haas Inc
Current assignee: Nitta DuPont Inc
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】本研磨に移行する前の慣らし研磨（ダミー研磨）に要する時間、すなわち、立ち上げ処理時間を低減して生産性を向上する。
【解決手段】基材層と多孔質の表面層とを備える研磨布であって、前記表面層は、平均径が、１μｍ以上３０μｍ以下の略球状の孔を、単位面積当たり（ｍｍ^２）１０００個以上１００００個以下有しており、涙滴状の孔を有する従来例に比べて、微細で緻密な孔としており、従来例の表面層に比べて、孔の開口している部分の面積よりも開口していない壁となる部分の面積が多い表面（研磨面）とし、立ち上げ処理時間を低減している。
【選択図】図５

Description

本発明は、研磨布に関し、更に詳しくは、シリコンウェハなどの半導体ウェハの仕上げ研磨に好適な研磨布に関する。

一般に、半導体ウェハの製造工程は、単結晶インゴットをスライスして薄円板状のウェハを得るスライス工程と、ウエハの外周部を面取りする面取り工程と、ウエハを平面化するラッピング工程と、ウエハに残留する加工歪を除去するエッチング工程と、ウエハ表面を鏡面化する鏡面研磨工程と、研磨されたウエハを洗浄する洗浄工程とを含む。

ウエハの上記鏡面研磨工程は、基本的に、平坦度の調整を主目的とする粗研磨と、表面粗さを改善することを主目的とする仕上げ研磨とからなる。

この仕上げ研磨では、アルカリ溶液中に、コロイダルシリカ等を分散した研磨剤を供給しながらスエード調の研磨布などを用いて行われる（例えば、特許文献１参照）。

かかるスエード調の研磨布では、精度の良好な被研磨物、例えば、シリコンウェハを得るために、研磨布を研磨装置に取り付けて装置を立ち上げた使用の初期段階においては、ダミーウェハ等を研磨して研磨布そのものをシリコンウエハになじませる、いわゆる慣らし研磨（ダミー研磨）と称される立ち上げ処理を行なう必要があり、この立ち上げ処理の後に、本来の製品であるシリコンウェハの研磨（本研磨）に移行している。

上述の立ち上げ処理は、ウェハの仕上げ研磨において要求される品質の一つであるヘイズが或る値以下になることが必要とされる。

この立ち上げ処理に要する時間は、通常３０分程度であるが、長い場合には、４時間以上かかる場合もあり、同一種類の研磨布であっても、ロット内およびロット間でも立ち上げ処理時間にばらつきがあり、こうした研磨布を、ウェハの生産に安定して使用する場合、種々の研磨布が存在することを考慮して、４時間程度の立ち上げ処理を、全ての研磨布に対して行っており、その分、本研磨に移行するまでに時間を要することにより、生産性が低下するという課題がある。
特開平２００３−３７０８９号公報

したがって、本発明によって解決すべき課題は、立ち上げ処理に要する時間を可及的に低減して生産性を向上することである。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

すなわち、本発明の研磨布は、基材層と多孔質の表面層とを備える研磨布であって、前記表面層は、平均径が、１μｍ以上３０μｍ以下の孔を有するものである。

前記平均径は、１μｍ以上２０μｍ以下であるのが好ましい。

また、前記孔は、単位面積当たりの個数が、１０００個／ｍｍ^２以上１００００個／ｍｍ^２以下であるのが好ましく、１０００個／ｍｍ^２以上５０００個／ｍｍ^２以下であるのがより好ましい。

また、前記孔は、略球状であるのが好ましい。ここで、略球状とは、従来のスエード調の研磨布の表面層における涙滴状の孔とは異なり、球に近い形状をいう。

本発明の研磨布では、前記表面層は、前記基材層に、ウレタン樹脂溶液を塗布して湿式凝固して形成されるのが好ましく、前記基材層は、ウレタン樹脂を含浸させた不織布または樹脂フィルムからなるのが好ましい。

また、ウレタン樹脂を含浸させた不織布からなる前記基材層は、当該研磨布を研磨機に装着した際に、研磨機の厚み方向の精度のばらつきを吸収できるように、その圧縮率が、５％以上３０％以下であるのが好ましく、より好ましくは、その圧縮率が、８％以上１５％以下である。

また、前記基材層が、樹脂フィルムからなる場合には、柔軟性を持たせて変形によるウェハ軌跡への追従性を向上させるために、前記基材層の裏面側に、ウレタン樹脂を含浸させた不織布からなる下地層を備えるのが好ましく、この下地層は、圧縮率が、５％以上３０％以下であるのが好ましい。

かかる構成によると、多孔質の表面層(ナップ)は、従来の涙滴状の孔に比べて、微細で緻密な孔となっており、従来の表面層に比べて、孔の開口している部分の面積よりも開口していない壁となる部分の面積が多い表面(研磨面)となり、これによって、慣らし研磨に要する時間を短縮することができる。

また、バフ加工で生じる開口径のばらつきやそれに付随するバリの発生についても、従来例の涙滴状の孔に比べて、微細で緻密な略球状の孔を有するために、低減されることになり、これによって、慣らし研磨に要する時間のばらつきも低減できることになる。

本発明によれば、多孔質の表面層は、従来の涙滴状の孔に比べて、微細で緻密な孔を有しており、従来例に比べて、孔の開口している部分の面積よりも開口していない壁となる部分の面積が多い表面(研磨面)となり、これによって、慣らし研磨に要する時間を短縮することができるとともに、バフ加工で生じる開口径のばらつきやそれに付随するバリの発生を低減して慣らし研磨に要する時間のばらつきも低減できることになり、立ち上げ処理に要する時間を低減して生産性を向上することができる。

以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一つの実施の形に係る研磨布の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による倍率５０倍の写真であり、また、図２は、倍率１００倍の写真であり、各図（ａ）はその表面を、各図（ｂ）はその断面をそれぞれ示している。

この研磨布は、基材層１と多孔質の表面層２とを備えており、表面層２は、従来の涙滴状の孔に比べて、微細で緻密な多数の孔（ポア）を有しており、この孔の平均径が、１μｍ以上３０μｍ以下の範囲となっており、より好ましくは、１μｍ以上２０μｍ以下の範囲である。

図３および図４には、涙滴状の孔を有する従来の研磨布の走査型電子顕微鏡による倍率５０倍および１００倍の写真をそれぞれ示しており、上述の図１，２と同様に、各図（ａ）は表面を、各図（ｂ）は断面をそれぞれ示している。また、１’が基材層であり、２’が表面層である。

図１，図２と図３，図４とを比較することにより、本発明に従う研磨布における表面層２は、従来例に比べて、微細で緻密な多数の孔（ポア）を有していることが分かる。

表面層２の孔は、単位面積当たりの個数が、１０００個／ｍｍ^２以上１００００個／ｍｍ^２以下であるのが好ましく、略球状であるのが好ましい。

また、表面層２は、その表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａが、１μｍ以上６μｍ以下であるのが好ましい。

この実施の形態では、基材層１は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムからなり、表面層２は、基材層１に、ウレタン樹脂溶液を塗布（コーティング）して湿式凝固して形成される。

基材層１は、ＰＥＴフィルムに限らず、他のポリエステル系フィルムやオレフィン系フィルムを用いてもよい。

また、基材層１は、樹脂フィルムに限らず、ポリアミド系、ポリエステル系等の不織布（フェルト）にウレタン樹脂を含浸したもの（ウレタン樹脂含浸不織布）であってもよい。

この不織布にウレタン樹脂を含浸させてなる基材層１は、圧縮率が、５％以上３０％以下であるのが好ましい。

ウレタン樹脂としては、例えば、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系などの従来と同様のウレタン樹脂を用いることができ、異なる種類のウレタン樹脂をブレンドしてもよい。

この実施の形態の研磨布は、基材層１としてのＰＥＴフィルムに、ウレタン樹脂をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などの水溶性有機溶媒に溶解させたウレタン樹脂溶液を塗布し、これを凝固液で処理し湿式凝固して多孔質銀面層を形成せしめ、水洗乾燥後、該銀面層表面を研削して表面層（ナップ層）２を形成することにより得られるものである。

特に、微細で緻密な孔を得るために、上述の湿式凝固の速度を，従来よりも遅くしている。

なお、ウレタン樹脂を溶解させる水溶性有機溶媒としては、上述のジメチルホルムアミドの他、例えば、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジメチルアセトアミド等の従来の同様の溶媒を用いることができる。

また、ウレタン樹脂を溶解した有機溶媒には、従来と同様に、カーボンブラック等の充填剤や界面活性剤等の分散安定剤を添加してもよい。

カーボンブラック等の充填剤は、水溶性有機溶媒に溶解させるウレタン樹脂（固形分）に対して、５〜３０重量％配合するのが好ましい。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。

基材層として厚さ２００μｍのＰＥＴフィルムを用い、このＰＥＴフィルムに、ウレタン樹脂を塗工し、湿式凝固して涙滴状の孔を有する従来例の研磨布と、同じく厚さ２００μｍのＰＥＴフィルムに、同じウレタン樹脂を塗工し、上述のように湿式凝固の速度を遅らせて微細な孔を有する実施例１の研磨布とをそれぞれ製作した。なお、実施例１では、従来に比べて微細で緻密な孔を有する表面層、すなわち、樹脂密度の高い表面層となるために、塗工厚さを、従来例の１．１ｍｍに対して、１．５ｍｍとした。

更に、実施例１と同じように製作した研磨布の裏面側に、厚さ１．２ｍｍで、圧縮率が、７％，１４％，２４％のウレタン含浸不織布をそれぞれラミネート加工した３層構造（表面層、基材層、ウレタン含浸不織布）の研磨布をそれぞれ製作し、実施例２，３，４とした。

これら実施例１〜４および従来例の研磨布について、総厚み、圧縮率、表面粗さＲａ、ポア数をそれぞれ測定した。その結果を、表１に示す。なお、圧縮率および表面粗さの測定は、ＪＩＳ‐Ｌ１０９６およびＪＩＳ‐Ｂ０６０１に準拠してそれぞれ行った。また、孔（ポア）数および後述の孔（ポア）の平均径、標準偏差、最大径および最小径は、ＣＣＤによる表面写真を、ニ値化画像処理によって計測したものである。孔（ポア）の径は、ニ値化画像処理の画像解析ソフトによって、次式に従って円相当径に換算されて算出されたものである。

孔（ポア）の径＝円相当径＝２＊√（面積／π）

この表１に示すように、従来例の孔（ポア）の数が、単位面積（１ｍｍ^２）当たり２４０個であるのに対して、実施例１〜４では、約２０００個であり、微細で緻密な孔であることが分かる。

また、従来例の表面粗さＲａが、８．４μｍであるのに対して、実施例１〜４の表面粗Ｒａは、約３．０μｍであり、粗さが小さく滑らかになっていることが分かる。

また、上述の従来例および実施例１については、孔（ポア）の平均径、径の標準偏差、最大径および最小径を、上述のニ値化画像処理によって計測した。その結果を、表２に示す。なお、この表２おいては、実施例１の孔の最小径が、平均径に一致しているが、これは、実施例１の孔が、ニ値化画像処理における測定下限である１ピクセルに相当する大きさ以下のものが大部分を占めているためである。

この表２に示すように、従来例の孔の平均径が、４３．３μｍであるのに対して、実施例１の孔の平均径は、７．７μｍであって、従来例に比べて微細な孔であることが分かる。また、従来例の標準偏差が、１８．４であるのに対して、実施例１では、５．８であって、従来例に比べて、径のばらつきが小さいことが分かる。

これら従来例および実施例１〜４の研磨布について、下記の条件で研磨試験を行なった。

すなわち、研磨機は、Ｓtrasbaugh社製の２０’’の研磨機を用い、スラリー（研磨液）は、ロデール・ニッタ社製ＮＰ８０２０（希釈倍率ＮＰ８０２０：ＤＩ（純水）＝１：２０）を使用し、シリコンウェハを被研磨物として研磨した。

また、プラテンの回転数１１５ｒｐｍ、ヘッドの回転数１００ｒｐｍ、スラリー流量３００ｍｌ／ｍｉｎ、面圧１００ｇ／ｃｍ^２、研磨時間５ｍｉｎを１回とした。

また、慣らし研磨を終了して本研磨へ移行するための認定品質であるヘイズについても日立電子エンジニアリング社製ＬＳ６６００にて行なった。この装置では、ヘイズは、ウェハ上に照射した入射光に対する散乱光の百万分率（ｐｐｍ）で示される。

先ず、上述の従来例と実施例１の研磨布を用いて研磨試験を行った結果を、図５に示す。この図５では、横軸は、５分毎の研磨時間を累積した研磨時間（ｍｉｎ）を、縦軸は、ヘイズ(Ｈａｚｅ：ｐｐｍ)を示している。この図５では、従来例および実施例１について、それぞれ３つのサンプル１〜３について研磨試験を行った結果を示しており、慣らし研磨を終了して本研磨へ移行するためのヘイズの判定値を、０．０４ｐｐｍとしている。

この図５に示すように、従来例の研磨布では、慣らし研磨を終了して本研磨へ移行するための立ち上げ処理時間が、６０ｍｉｎ〜９０ｍｉｎと大きくばらついているのに対して、実施例１では、４０ｍｉｎ〜５０ｍｉｎと従来例よりも短く、しかも、ばらつきが小さく安定していることが分かる。

このように、表面層に微細で緻密な孔を有する実施例１では、表面層に涙滴状の孔を有する従来例に比べて、立ち上げ処理時間を短縮できるとともに、ばらつきを低減できる。

この理由は、次のように考えることができる。すなわち、図１（ａ）と図３（ａ）、あるいは、図２（ａ）と図４（ａ）とを比較すると分かるように、本発明に従う研磨布の表面層２の孔は、従来の表面層２’の涙滴状の孔に比べて、微細で緻密な略球状の孔となっており、従来の表面層に比べて、孔の開口している部分の面積よりも開口していない壁となる部分の面積が多い表面となっており、このように、表面（研磨面）には、開口していない壁となる部分の面積が多いために、慣らし研磨が促進されて慣らし研磨に要する時間を短縮することができる。

また、表面層２’に涙滴状の孔を有する従来例では、孔の形状が涙滴状であるために、バフ加工の取りしろによっては、開口径が、１０μｍ程度から１００μｍ程度までの範囲でばらつき、それに付随するバリの発生も大きいのに対して、本発明に従う研磨布では、微細で緻密な１０μｍ〜２０μｍ程度の略球状の孔となっているので、バフ加工で生じる孔の開口径のばらつきやそれに付随するバリの発生も低減されることになり、これによって、慣らし研磨に要する時間のばらつきも低減できることになる。

次に、上述の実施例１〜４について、上述と同様に研磨試験を行った。その結果を、図６に示す。

この図６に示すように、実施例１の研磨布の裏面側に、圧縮率が、７％，１４％，２４％のウレタン含浸不織布を下地層としてそれぞれラミネート加工した実施例２〜４は、実施例１に比べて、柔軟な下地層があるために、変形によるウェハ軌跡への追従性が向上し、立ち上げ処理時間を一層短縮できることが分かる。

この下地層の柔軟性を向上させても、実施例３，４に示されるように、立ち上げ処理時間を不要とするまでには、至らないことも分かる。

本発明は、半導体ウェハや光学部品レンズなどの研磨布として有用である。

本発明の一つの実施の形態に係る研磨布の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による倍率５０倍の写真である。図１の研磨布の同じく倍率１００倍の写真である。従来例の研磨布の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による倍率５０倍の写真である。図３の研磨布の同じく倍率１００倍の写真である。本発明に係る実施例１の研磨布と従来例の研磨布による研磨結果を示す図である。本発明に係る実施例１〜４の研磨布による研磨結果を示す図である。

符号の説明

１，１’ 基材層
２，２’ 表面層

Claims

基材層と多孔質の表面層とを備える研磨布であって、
前記表面層は、平均径が、１μｍ以上３０μｍ以下の孔を有することを特徴とする研磨布。
単位面積当たりの前記孔の個数が、１０００個／ｍｍ^２以上１００００個／ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項１に記載の研磨布。
前記孔が、略球状であることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨布。
前記表面層は、前記基材層に、ウレタン樹脂溶液を塗布して湿式凝固して形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨布。
前記基材層は、ウレタン樹脂を含浸させた不織布または樹脂フィルムからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨布。
ウレタン樹脂を含浸させた不織布からなる前記基材層は、圧縮率が、５％以上３０％以下であることを特徴とする請求項５に記載の研磨布。
前記基材層が、樹脂フィルムからなり、前記基材層の裏面側に、ウレタン樹脂を含浸させた不織布からなる下地層を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の研磨布。