JPH02250766A - 研磨クロスとその養生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体ウェハー　メモリーディスク、光学部
品等を平面研磨する研磨加工方法、及びそれに用いられ
る研磨クロスに関する。

（従来の技術） 従来、集積回路を形成するための基材として用いられる
半導体ウェハーの鏡面研磨に用いる研磨クロスとしては
、人工皮革として一般に良く知られているベロア調及び
スウエード調の繊維・樹脂複合材料、及びポリウレタン
樹脂含浸湿式凝固処理フェルト状繊維質シートが広く用
いられてきたしかし、これら研磨クロスを用いて実際の
研磨加工を行うに際して、新たに回転研磨機定盤に貼付
けられた研磨クロスは、加工圧力としてかけられる繰返
し圧縮力に対して、その圧縮率、圧縮弾性率ともに経時
的に変化し得る不安定領域にあり一般にシーズニングと
呼ばれる研磨クロスの立上げ段階での養生処置が必要で
、この処置にかなりの時間と労力を費やすのが実状であ
った。しかもより実際的には、このような処置を施した
研磨クロスを用いて本来の被加工物の表面研磨を行って
も、初期の数バッチ分については所望の平坦度や平滑性
がなかなか出にくく、新しいクロスに貼替えてすぐには
このような仕様不適合品が生じて、全体としての歩留ま
りを下げるという欠点があった。

これらの養生処置あるいは仕様不適合品の発生は、直接
的に研磨されたウェハーのコスト・アップを生じさせる
ばかりでなく、次世代、あるいは次々世代の超高平坦性
ウェハーの研磨には本質的に適合しないものとなってき
た。

（発明が解決しようとする課ａ） 現在最も一般的に用いられている半導体ウェハーの研磨
加工方法、すなわち研磨クロスを貼付けた回転研磨機定
盤に対向して、被加工物を圧接させ、主として５ｉＯ２
１粒子を遊離砥粒として含有する研磨液を供給しながら
被加工物を表面研磨加工する方法において、加工圧力は
被加工物に垂直等分布荷重として与えられている。この
ような被加工物と対向する研磨クロスは、研磨液を充分
に保持するという作用を要求され、人工皮革様の繊維・
樹脂複合材料が用いられているわけであるが、実際の研
磨加工工程中においては、研磨液として供給される、主
として５ｉ０２からなる微粒子の水分散体によりその空
孔が充填され、さらに加工圧力として加えられる圧縮荷
重が回転研磨機定盤の外径及び回転数により計算される
一定の周波数をもった繰返し圧縮力としてかけられるの
である。

従って、研磨クロス自体の物理的性質を選択し、それに
よって研磨ウェハーの平坦度を所望の精度に仕上げるに
は、前述した研磨クロスがＩ維・樹脂及び空孔に充填さ
れた研磨液からなる三元複合材料として挙動し、外力は
その研磨クロスに静的にかけられるのではなく、ある周
波数をもった動的繰返し圧縮力としてかけられるため、
主として研磨クロスの圧縮疲労挙動及び疲労過程での物
性に着目しなければならない。

さらにまた、従来シーズニングという名称で呼ばれてい
た研磨クロスの立上げ段階での養生処置は、従来公知の
研磨クロスに対してはある程度の効果をもっていたが、
逆に下記に示すような不具合点も持っている。

すなわち、現在最も一般的に用いられている研磨クロス
の養生処置としては、　（Ａ）研磨クロスを回転研磨機
定盤に貼付け、水または研Ｍ液を供給しながらダミーウ
ェハー　ガラス、セラミックスプレート等により、あら
かじめ研磨クロスに所定の押圧力をかける方法か、　（
Ｂ）あるいは同じく水または研磨液を供給しながら、ダ
イヤモンド、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の超硬微粒子を
樹脂で固めたベレットを加圧プレートに植込み、それに
よって研磨クロス表面を摺動摩耗させる方法のいずれか
の方法が適用されている。

しかし、従来公知の人工皮革様研磨クロスは、その用途
が元来研磨クロス専用に開発されたものではないという
性格上、繊維・樹脂複合化の段階で風合を柔軟にし、折
れシワ等を防止する目的から、繊維と樹脂のミクロにみ
た界面接着が起こらないように製造され、弾性回復力を
持たせる目的から比較的弾性変形領域の広い柔軟な樹脂
を用い、複合化させる繊維量にくらべ、同等あるいはそ
れ以下の量を繊維組織中に混在させて複合体となしてい
る。

このような研磨クロスに上記（Ａ）の養生処置を行った
場合、加えられた押圧力はクロス全厚さにわたって弾性
変形領域を越えて永久変形を起こさせるに至らず、むし
ろ非接着の＊維／樹脂間のスベリとして吸収され、新し
いクロスが元来持っている圧縮力に対するクロスの圧縮
率及び圧縮弾性率は、経時的変化を起こすという性質を
解消できない。

さらに積極的に永久変形を起こさせることを意図した場
合には、非常に過大な押圧力をかけるか、長時間の繰返
し圧縮力の印加により疲労を起こさせるか、という方法
が考えられるが、いずれも実際の作業には適さない。

一方、同様の研磨クロスに上記（Ｂ）の養生処置を適用
した場合、研磨クロスが本来持っていた厚さバラツキは
、摺動摩耗により見掛は上、研磨機定盤と加圧プレート
の平坦度、平行度にならって修正され得る。しかし、上
述した加工圧力として研磨クロスに加えられる圧縮力に
よりクロスの圧縮率及び圧縮弾性率が経時的変化を起こ
すという欠点は、なんら是正されない。

このように、研磨クロスの物理的性質、特に圧縮疲労挙
動と、その養生処置法は密接な関係をもち、この両者が
調和してはじめて実際の被加工物の平坦度が決定される
と考えられる。　　近年、大規模集積回路の発展にとも
なって、超高平坦性半導体ウェハーが強く要望される様
になってきたが、ウェハーの研磨加工の側からこの課題
を解決することを目的として、本発明は、研磨液による
湿潤状態下に於ける動的繰り返し圧縮に対して研磨クロ
スに望まれる挙動と、容易にその望ましい挙動に到達さ
せるための手段とを提示するものである。

（課題を解決するための手段） ナイロン、ポリエステル、アラミド繊維等のジメチルホ
ルムアミド、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン
等ポリウレタンを溶解する溶剤に対して耐性があり、か
つ研磨時に使用されるＰＨ１０−１１程度の研磨液に対
する耐アルカリ性をもつ繊維からなる不織布に、鎖状ポ
リウレタンのジメチルホルムアルデヒド溶液を含浸させ
、湿式凝固により三次元交絡ファイバー中に多孔質ポリ
ウレタンマトリックスを形成し、さらにその複合物を上
記鎖状ポリウレタンよりも高硬度の熱硬化性ポリウレタ
ン、ポリカーボネート、メラニン樹脂等の単体或はブレ
ンド物により補強して製造される半導体ウェハー研磨用
クロスにおいて、基材となる不織布に関し、現状の不織
布製造技術では研磨クロスとして使用される面積、例え
ば直径５２インチの範囲内に於ける密度の局所バラツキ
は最良の状態でも±３％程度は避けられない、さらに厚
みの局所バラツキを加えるとさらに大きくなる。

このようなバラツキをもつ不織布基材から出発して製造
された研磨クロスは最終のバッフィング仕上げによって
厚みは±１０〜３０ミクロン程度の比較的均一な精度に
制御することは可能であるが、その内部構造は出発物の
バラツキに由来し依然として局所的な不均一性を潜在的
に有している。このような潜在的不均一を研磨の前処理
安定化段階で短時間の内に顕在化させ、これを修正して
その後行われる実際の研磨加工を研磨クロスの本来の安
定域で行いうるようにすることが本発明の目的である。

上記目的を達成するためには、研磨クロス自体が、前処
理段階において水或は研磨液によって湿潤された状態で
被加工物を研磨加工する加工圧力に近い繰り返し圧縮を
受けて圧縮永久変形を生ずるとともに圧縮弾性率を増加
し、それ以降の同等の繰り返し圧縮荷重の印加に対して
は、それ以上急速かつ大幅な永久歪を生ぜず圧縮弾性率
が増加した状態で安定した域へ到達することによって、
被加工物ウェハーは縁ダレや面ダレの少ない高平坦度に
研磨される。さらに表面を摺動摩耗させることによって
この圧縮による安定化前処理により顕在化された内部構
造の局所不均一を除去することにより、研磨クロスは弾
性変形量が小さくかつ圧縮弾性率が増加安定した、すな
わち被加工物ウェハーに対する加工圧力に応じた研磨ク
ロスからの反力のバラツキを充分に小さく制御した状態
を発現し、さらに研磨加工が行われる期間中研磨クロス
は研磨作業自体によって、及び研磨加工のバッチ間に行
われる表面再生作業によって適当に摩耗する性質を有す
ることが要求される。

これらの目的に適合する研磨クロスの状態を以下に、よ
り具体的に示す。

嵩密度が０．　１０〜０．　１５　ｇ／ｃｍ３と比較的
低い不織布に、線状のポリウレタンを湿式凝固により付
与して形成された多孔質繊維・樹脂複合体に、４．４′
−ジフェニルメタンジイソシアネート、３．３′−ジメ
チル４．４′−ジフェニレンジイソシアネート、４．４
′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、及びト
ランス１．４−ジクロヘキサンジイソシアネート等の群
から選ばれる１種または２種の芳香族、あるいは脂環族
の多官能性イソシアネートとポリ（エチレンアジペート
）、ポリ（ヘキサメチレンカーボネート）、ポリ−ε−
カプロラクトン、及びポリテトラメチレングリコール等
の群から選ばれる多官能性ポリオールの反応により得ら
れるウレタンプレポリマーと、３．３９ジクロロ−４，
４′ジアミノジフエニルメタン等のジアミン、及びアジ
ピン酸等の架橋触媒からなる組成物を含浸、付与した後
、加熱硬化させる方法において、架橋密度を上げ、でき
るだけ硬くて抗伏し易い補強を行うために、使用するプ
レポリマーの反応をＮＣ０１０Ｈ＝１゜３５〜１．６０
の比で起こさせ、さらに架橋剤として使用するジアミン
とプレポリマー中のフリーＮＧＯの比をＮＧＯ／ＮＨ２
〜１．０５〜１．　３５として使用した。このようにし
て出来上がった研磨クロスの物理的性質は、従来の人工
皮革様研磨クロスに比べ、硬くて永久変形を起こしやす
くざらに摺動摩耗により摩滅しやすいものであった。

二のようなりロスによって実際に研磨の前処置を行った
際の前処置後の研磨クロス物性と、それを用いてシリコ
ンウェハーを研磨した時の研磨ウェハーの平坦性を下記
の実施例で説明する。

（実施例１） 湿式凝固法により得られたウレタン対樹脂の重量比０．
　９対ｌ、嵩密度０．２６ｇ／ｃｍ３の複合基材を表、
裏面パフィング処理し、このシート物に４．４′−ジシ
クロヘキシルメタンジイソシアネートとポリ−ε−カプ
ロラクトンをあらかじめ反応生成させたウレタンプレポ
リマー１００部と、３．３′ジクａロー４．４′ジアミ
ノジフエニルメタン２６．９部、架橋触媒としてアジピ
ン酸０、　１部、ＭＥＫ５７６．０部を添加混合した二
次含浸液を含浸させ、１２０℃の熱風で２０分間乾燥、
溶剤を完全に乾燥除去することにより、高硬度複合基材
を得た。この複合基材を更に表、裏面パフ処理し、厚さ
１．２７ｍｍの研磨クロスを得た。またこの研磨クロス
の空孔は、繊維樹脂複合基材と研磨液充填相の体積分率
が４０％対６０％であった。

この研磨クロスをストラスボー６ＣＡタイプの研磨機の
定盤に貼合わせ、＃４００砥粒で表面を粗らしたガラス
プレートを使い、圧力１００ｇ／Ｃｆｆ１２　　研Ｊｌ
砥液Ｎａ１ｃｏ　　２３５０　２０倍稀釈液０．　５１
／分通流させつつ、研磨クロスの回転１１５ｒｐｍに倣
って回転させながら、３０分間シーズニングと呼ぶ養生
処置を行った。その結果、シーズニング前、圧縮率７．
０％、圧縮弾性回復率７２％だったものが、シーズニン
グ後、圧縮率５％、圧縮弾性回復率９０％に変化してい
た。

この研磨クロスを使って、シリコンウェハーの研磨評価
を行った。加工圧３００ｇ／ｃｍ２　研磨砥液Ｎａ１ｃ
ｏ　　２３５０　２０倍稀釈液を０．　５１／分通流さ
せながら、２０分間研磨を行った。

このシリコンウェハーを洗浄乾燥後、平坦性の評価を行
ったところ、ＬＴＶ　（Ｌｏｃａｌ　　Ｔｈ１ｃｋｎｅ
ｓｓ　　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）値０．８μｍの高平坦性
のウェハーを得ることができた。

（実施例２） 実施例１と同様の方法で製造した研磨クロスを、ストラ
スボー６ＣＡタイプの研磨機の定盤に貼合わせ、＃４０
０砥粒で表面を粗らしたガラスプレートを使い、圧力１
００ｇ／ｃｆｆ１２　研磨砥液Ｎａ１ｃｏ　　２３５０
　２０倍稀釈ｔ＆０．５１／分通流させつつ、研磨クロ
スの回転１１５ｒｐｍに倣って回転させながら、３０分
間シーズニングと呼ぶ養生処置を行った。その結果、シ
ーズニング前、圧縮率７．０％、圧縮弾性回復率７２％
だったものが、シーズニング後、圧縮率５％、圧縮弾性
回復率９０％に変化していた。さらに、この研磨クロス
を＃４００メツシュのダイヤモンドを表面に電着により
固定した直径φ２３０ｍｍのステンレスプレートにより
先のガラスプレートによる養生処置と同じ条件で第二の
処置を行い、研磨クロスが定盤に貼付けられた状態でそ
の厚さムラが、第二処置前のＲｍ　ａ　ｘ　＝　２７μ
ｍが、第二処置後のＲｍ　ａ　ｘ　＝　８μｍと改善さ
れた。この研磨クロスを使って、シリコンウェハーの研
磨評価を行った。加工圧３００ｇ／ａｍ２　研磨砥液Ｎ
ａ１ｃ。

２３５０　２０倍稀釈液を０．５１１／分通流させなが
ら、２０分間研磨を行った。このシリコンウェハーを洗
浄乾燥後、平坦性の評価を行ったところ、　ＬＴＶ（Ｌ
ｏｃａｌ　　　Ｔｈ１ｃｋｎｅｓｓＶａｒｉａｔｉｏｎ
）値０．５μｍの高平坦性のウェハーを得ることができ
た。

（比較例１） 実施例１で得られた圧縮率７．０％、圧縮弾性回復率７
２％の研磨クロスを、ストラスボー６ＣＡタイプの研Ｍ
機の定盤に貼合わせ、シーズニングを行わずにシリコン
ウェハーの研磨評価を行った。加工圧３００ｇ／ｃｍ２
　研磨砥液Ｎａ１ｃ。

２３５０　２０倍稀釈液を０．　５ｆＬ／分通流させな
がら、２０分間研磨を行った。このシリコンウェハーを
洗浄乾燥後、平坦性の測定を行ったところ、ＬＴＶ値３
μｍ平坦性が非常に悪くなった。

（発明の効果） 本発明の方法に沿って圧縮弾性率が高められ、しかも経
時的な変動を抑制された研磨クロスを用いて半導体ウェ
ハー研磨することにより、ＬＴＶ値が０．　５〜０．６
μｍという超高平坦性ウェハーが得られ、しかも新しい
研磨クロスを使用しはじめる初期の段階から長時間にわ
たって同等の平坦性をもつウェハーを生産できるように
なるため、全体としての研磨加工工程における研磨クロ
スの工程能力が上がり、ウェハー歩留まりも向上される
ことが明らかになった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、研磨クロスを貼付けた回転研磨機定盤に対向して、
   被加工物を圧接させ、主としてＳｉＯ＿２微粒子を遊離
   砥粒として含有する研磨液を供給しながら被加工物を研
   磨加工する方法において、使用される研磨クロスに回転
   研磨機定盤上で水あるいは研磨液を供給しながらくり返
   し圧縮力をかけて、研磨クロスの圧縮弾性率をあげ、そ
   の後の該圧縮弾性率の変化が起こらない安定領域に到達
   させた後、本来の被加工物の表面研磨加工を開始する、
   高精度表面研磨方法。 ２、研磨クロスに前項記載の圧縮弾性率をあげ、安定領
   域に到達させる処置を施した後、さらにひきつづいて、
   ダイヤモンド、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の硬質固定砥
   粒をもつ板状材により、該研磨クロス表面を回転研磨機
   定盤、及び被加工物装着用加圧プレートの平坦度、及び
   平行度に適合させるように共摺摩耗させ、しかる後本来
   の被加工物の表面研磨加工を開始する、特許請求の範囲
   第一項記載の高精度表面研磨方法。 ３、特許請求の範囲第一項記載の研磨クロスが多孔質繊
   維樹脂シート状複合材料であり、しかも実際の研磨加工
   に使用されるに際しては、その空孔が研磨液により充填
   されて、該繊維樹脂複合体相と研磨液充填相の体積分率
   が各々２０％対８０％から４５％対５５％の範囲にある
   もの。 ４、特許請求の範囲第一項に記載の研磨クロスが、回転
   研磨機定盤上において１００〜１，００００ｇ／ｃｍ＾
   ２のくり返し圧縮力を３０〜１８０分間うけて、その圧
   縮弾性率が９０〜９８％の範囲になり、その後変化しな
   いもの。