JP3652572B2 - 研磨布 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高平坦度を必要とする研磨加工技術に関し、詳しくは半導体ウエハ等の被研磨部材の研磨加工において、研磨対象物の平坦性を高め、かつ通気性を高めて研磨屑による目詰まりを防止し、研磨対象物に傷が発生することを低減すると共に長寿命化を図ることができる研磨布に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にウエハの研磨は、研磨布を下定盤側に保持し、研磨対象物であるウエハを上定盤側に保持して、研磨スラリーを供給しながら、ウエハと研磨布を加圧した状態で相対的に摺動させることによって行われる。
【０００３】
ところで、最近ではウエハ表面の高平坦度がさらに必要とされ、ウエハ表面の平坦性を向上させるため、比較的硬さの高い研磨布が使用されてきたが、研磨加工時の研磨布自体の劣化による早期寿命、および研磨対象物への傷等が発生している。
【０００４】
すなわち、シリコンウエハなどの研磨による平坦性は、硬さが高く、低圧縮率の研磨布を使用した時に向上が見られる。この理由は、使用する研磨布が硬さが高くなることによるモビリティーの減少に起因しており、研磨対象物の表面に存在する突起などに対してより高い平坦性を保持したまま研磨加工できることにある。
【０００５】
従来から、このような硬さの高い研磨布は高濃度な樹脂を用いることによって試されてきたが、樹脂の付着量が増加することに伴って、通気性の悪化、表面粗悪によるウエハ表面のスクラッチ（傷）などを引き起こし、現状ではあまり実用化されていない。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記欠点を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、研磨加工時に使用する研磨布自体の長寿命化を図り、研磨対象物へのスクラッチ等を減少させ、平坦性を向上させる研磨布を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の研磨布は、研磨布基体に樹脂を付着させて形成される研磨布であって、硬さがアスカーＣで８０〜９０、圧縮率が２．０〜４．０％、３０リットル／分の流量の空気を一枚の研磨布に通気させた時の背圧が２０〜６０mmＨ_２Ｏであり、そのことにより上記目的が達成される。
【０００８】
ここで、本明細書では通気性とは、３０リットル／分の流量の空気を一枚の研磨布に通 気させた時の背圧をいう。
【０００９】
一つの実施態様では、前記不織布が、目付２００ｇ／ｍ^２〜４００ｇ／ｍ^２のポリエステル不織布であり、前記樹脂の主成分がポリウレタンである。
【００１０】
本発明の作用は次の通りである。
【００１１】
本発明の研磨布では、従来の研磨布で使用していたポリウレタン樹脂（ショアーＤ硬さ７２）に比べ、硬さの高い樹脂、例えば、ポリウレタン樹脂（ショアーＤ硬さ８２）を用いる。また、従来の研磨布で使用していたポリエステル不織布（密度：１８０ｇ／ｍ^２）に比べ、高密度なポリエステル不織布（３２０ｇ／ｍ^２）を用いてもよい。
【００１２】
このような硬さの高い樹脂および高密度の不織布を用いることによって、硬さの高い樹脂密度をできるだけ低減し、従来よりも硬さが高く（アスカーＣ 硬さ８０〜９０）、低圧縮率（２．０〜４．０％）、かつ高通気性（３０リットル／分の流量の空気を一枚の研磨布に通気させた時の背圧２０〜６０mmＨ_２Ｏ）の研磨布が得られる。
【００１３】
このような特性を有する研磨布を用いて、シリコンウエハ表面を研磨加工する場合、研磨布の硬さが高いためにウエハ表面に馴染んでしまうことがなく、ウエハ表面の平坦性を高めることができ、また、研磨布自体が研磨の際に形が大きく崩れることもない。
【００１４】
また、本発明の研磨布は従来に比べて通気性が良いので、スラリーが良好に流通して研磨屑による目詰まりを生じることを減少できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
【００１６】
図１に示すように、本発明の研磨布に使用される研磨布基体１としては、高密度のものを使用するものであり、特に高密度の不織布が好ましく使用され、その不織布の目付は２００ｇ／ｍ^２〜４００ｇ／ｍ^２が好ましく、さらに好ましくは２５０〜３６０ｇ／ｍ^２であり、特に２８０〜３５０ｇ／ｍ^２が好ましい。使用する不織布の材質としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリビニルアルコール等がある。
【００１７】
研磨布基体１の密度が低すぎるものは（例えば、不織布である場合その目付が２００ｇ／ｍ^２未満である場合）、従来の研磨布のように、被研磨物の平坦性が良くないという欠点がある。
【００１８】
研磨基体１としては、不織布以外に、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂あるいはビニル樹脂等より選ばれる重合体の発泡体等を使用することもできる。
【００１９】
研磨布基体１に付着される樹脂２（熱可塑性エラストマーを含む）としては、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等があり、特に樹脂の主成分がポリウレタン樹脂であるものが好ましく使用できる。
【００２０】
例えば、以下のようにして、研磨布基体１に樹脂２を付着させることができる。
【００２１】
（１）一次含浸
研磨布基体を一次含浸用樹脂組成物の中に含浸し、この基体を、所定温度の水中に浸漬した後、所定温度の湯中に一定時間浸漬する。この浸漬中に、樹脂組成物に含まれる溶剤は水の浸透によって置換することにより脱溶剤され、樹脂組成物を低発泡し、弾性ある発泡体層が基体上に形成される。次に、水中からこのものを取り出し、所定温度および所定時間熱風乾燥し、表裏面をバフして多数の空孔を有する多孔質体が得られる。
【００２２】
上記樹脂組成物としては、例えば、ウレタン重合体と、ジメチルホルムアミドとを含有し、もしくは、ウレタン重合体と、塩化ビニル重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル−ビニルアルコール三元共重合体等のビニル重合体と、ジメチルホルムアミドとを含有する。これらの樹脂組成物を用いて湿式凝固法により多孔質体を形成することができる。
【００２３】
上記ウレタン重合体としては、ポリエーテル系ウレタン樹脂、ポリエステル系ウレタン樹脂、ポリエステルエーテル系ウレタン樹脂、ポリカーボネート系ウレタン樹脂のいずれも使用することができる。各ウレタン樹脂の製造に使用されるポリオール成分としては、例えば、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコール、ポリエチレンアジペート、ポリプロピレンアジペートレ、ポリオキシテトラメチレンアジペート等が挙げられる。また、イソシアネート成分としては、例えば、４、４'−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート等が挙げられる。
【００２４】
鎖伸張剤としては、例えば、エチレングリコール、１、４−ブタンジオール、プロピレングリコール等が挙げられる。
【００２５】
上記ウレタン重合体は、例えば、ポリオール成分としてポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコール、イソシアネート成分として４、４'−ジフェニルメタンジイソシアネート、鎖伸張剤として１、４−ブタンジオール、重合停止剤としてエタノール、ジエチルアミン、溶媒としてジメチルホルムアミドを用いて重合したウレタン重合体のジメチルホルムアミド溶液が使用される。
【００２６】
上記樹脂組成物には、カーボンブラック等の充填剤、界面活性剤等の分散安定剤、湿式凝固助剤が添加されてもよい。
（２）二次含浸
上記で得られた発泡体を次に、ウレタンプレポリマーと硬化剤とを含有する樹脂組成物、あるいはエポキシ樹脂組成物等、フェノール樹脂組成物等、メラミン樹脂組成物等、不飽和ポリエステル樹脂組成物等に含浸し、硬化させて本発明の硬さの高い研磨布が得られる。該樹脂組成物としては、上記したものから適宜選択して使用することができる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。なお、以下で「部」は重量部を意味する。
【００２８】
本実施例で用いた試験方法を以下に示す。
１）硬さ（ＳＲＩＳ日本ゴム協会標準規格０１０１に準拠した。）
種類…スプリング硬さ試験機
測定方法…測定する研磨布と同種のものを１２mm以上になるように重ねその上に研磨布を置き、加圧面を接触させた時の、硬さの値（Ａｓｋｅｒ−Ｃ）を読む。
２）圧縮率（ＪＩＳ Ｌ−１０９６に準拠した。）
測定荷重：第一荷重、Ｗ_０＝３００ｇ／ｃｍ^２（１分間）、第二荷重、Ｗ_１＝１８００ｇ／ｃｍ^２（１分間）
測定方法：初荷重Ｗ_０を付加して１分後の厚さＴ_１を測定する。さらにＷ_１を付加し１分後の厚さＴ２を測定する。
計算式：圧縮率（％）＝（（Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ１）×１００
３）通気性（通気抵抗値測定）
エアー流量：３０リットル／分
測定方法：３０リットル／分の流量のエアーを研磨布（一枚）に通気させた時の背圧を測定する。
４）Ｓｈｏｒｅ−Ｄ(ＪＩＳ Ｋ−６２５３)加硫ゴムの硬さ試験方法に準拠した。）
硬さ計の名称である。
種類：タイプＤデユロメーター
測定方法：測定するウレタンシートを５mm以上の厚さにして、加圧面を接触させ、１秒以内の硬さの値（ショウアーＤ）を読む。
５）除去速度（Ｒｅｍｏｖａｌ Ｒａｔｅ）
シリコンウエハを用いた研磨実験を行い、研磨前後による１分間当たりのウエハ中心部の厚み変化量を静電容量式厚み測定器を用いて測定しその結果を図３Ａに示した。
６）ＳＢＩＲ≧０．１８μｍの領域
シリコンウエハを用いた研磨実験を行った後、ＡＤＥ（ウエハ平坦度測定装置）を用い、シリコンウエハ裏面を吸着固定により矯正した状態で基準面を裏面とし、各サイトごとに測定したときの最大厚みと最小厚みの差を測定することにより、ＳＢＩＲ≧０．１８μｍとなるウエハ外周部からの距離を測定しその結果を図３Ｂに示した。
７）Ｓｃｒａｔｃｈ個数
シリコンウエハを用いた研磨実験を行い、表面欠陥測定器を用いてシリコンウエハ１枚当たりのスクラッチ個数を測定した結果を図３Ｃに示した。
（実施例１）
ポリエステル系高密度不織布（目付３２０ｇ／ｍ^２）に湿式のポリウレタン樹脂を含浸させ、凝固、乾燥、表面加工を施した。次に、硬さの高いタイプのウレタンプレポリマー、硬化剤、触媒、溶剤（メチルエチルケトン）を混合した溶液を調製し、この溶液に上記樹脂が付着した不織布を再度含浸させ、乾燥、表面加工を施して硬さの高い研磨布を得た。
【００２９】
得られた研磨布について、物性を測定し、その結果を図２と図３に示した。
【００３０】
硬さは８３、圧縮率は３．４％、通気抵抗値は３８mmＨ_２Ｏ、除去速度は０．７３、外層からの距離は２．０ｍｍ、相対値は０．８であった。
【００３１】
これを研磨機定盤に取り付け、シリコウエハを研磨したところ、平坦性が向上し、寿命が従来に比べて４０％延びた。
（比較例１）
従来の研磨布で使用していた不織布（目付１８０ｇ／ｍ^２）を用い、さらに従来の硬さ（ショアーＤ硬さ７２）のポリウレタン樹脂を用いたこと以外は実施例１と同様にして研磨布を得た。
【００３２】
この研磨布について実施例１と同様に物性を測定した。その結果を図２と図３に示した。
【００３３】
硬さは７８、圧縮率は４．６％、通気抵抗値は４４mmＨ_２Ｏ、除去速度は０．７２、外層からの距離は３．０ｍｍ、相対値は０．８であった。
（比較例２）
従来の研磨布で使用していた不織布（目付１８０ｇ／ｍ^２）を用い、さらに従来の硬さ（ショアーＤ硬さ７２）で、かつ高濃度のポリウレタン樹脂含浸液を用いたこと以外は実施例１と同様にして研磨布を得た。
【００３４】
この研磨布について実施例１と同様に物性を測定した。その結果を図２と図３に示した。
【００３５】
硬さは８１、圧縮率は４．０％、通気抵抗値は５０mmＨ_２Ｏ、除去速度は０．７４、外層からの距離は２．５ｍｍ、相対値は１．０であった。
（比較例３）
高密度不織布（目付３２０ｇ／ｍ^２）を用い、さらに従来の硬さ（ショアーＤ硬さ７２）のポリウレタン樹脂を用いたこと以外は実施例１と同様にして研磨布を得た。
【００３６】
この研磨布について実施例１と同様に物性を測定した。その結果を図２と図３に示した。
【００３７】
硬さは８０、圧縮率は４．１％、通気抵抗値は６０mmＨ_２Ｏ、除去速度は０．７３、外層からの距離は２．５ｍｍ、相対値は０．８であった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、硬さの高い研磨布を使用することにより、平坦性が向上し、寿命も従来と比べ４０％も延びる。また、通気性が優れているので長寿命化を図ることができ、目詰まり発生がないので、研磨屑等による粒子が対象物に傷を与えて傷が発生するのを防止することができ、従って、薄型基板、特にＳｉ、ＧａＡｓ、ガラス、ハードディスク材、ＬＣＤ基板等の研磨布として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の研磨布の一実施例の断面図である。
【図２Ａ】 研磨布の静的物性（硬さ）を示すグラフである。
【図２Ｂ】 研磨布の静的物性（圧縮率）を示すグラフである。
【図２Ｃ】 研磨布の静的物性（通気抵抗値）を示すグラフである。
【図３Ａ】 研磨布の物性（Removal Rate）を示すグラフである。
【図３Ｂ】 研磨布の物性（ＳＢＩＲ≧０．１８μｍの領域）を示すグラフである。
【図３Ｃ】 研磨布の物性（Scratch個数）を示すグラフである。
【符号の説明】
１…研磨布基体
２…樹脂

Claims (3)

1. 研磨布基体に樹脂を付着させて形成される研磨布であって、
   硬さがアスカーＣで８０〜９０、圧縮率が２．０〜４．０％、３０リットル／分の流量の空気を一枚の研磨布に通気させた時の背圧が２０〜６０mmＨ_２Ｏである研磨布。
2. 前記研磨布基体が、目付２００ｇ／ｍ^２〜４００ｇ／ｍ^２のポリエステル不織布であり、前記樹脂の主成分がポリウレタンである請求項１に記載の研磨布。
3. 前記研磨布基体において、その付着樹脂がポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂および不飽和ポリエステル樹脂からなる群から選択される少なくとも一種であり、かつその樹脂の硬さがショアーＤで７５〜９５である請求項１又は２に記載の研磨布。

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