JPS6234689Y2

JPS6234689Y2 -

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Publication number: JPS6234689Y2
Application number: JP1981093042U
Authority: JP
Priority date: 1981-06-25
Filing date: 1981-06-25
Publication date: 1987-09-03
Also published as: JPS5723965U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は結晶基板とくに半導体シリコンウエハ
などの表面を高精度にかつ高品位の鏡面に仕上げ
るために用いるポリシヤに関する。

一般に半導体素子、LSI用シリコンウエハなど
の製造工程においては該結晶基板の表面を無じよ
う乱にかつ高精度な平面度の鏡面に仕上げるため
にポリシンク加工が行われる。このポリシンク加
工は、100〜200Å程度の微粒子例えばSiO₂粒子
をPH９〜12程度のアルカリ水溶液に懸濁したもの
を研摩剤として用い、回転する円板等に貼着した
ポリシンクシートと結晶基板面との間に前記研摩
剤を供給しながら研摩する。ここでポリシヤは結
晶基板面を研削する研摩剤を基板表面に均一に保
持しかつ適度な押圧力で摺擦するために用いる
が、従来は第１図ａ，ｂの断面構造に代表される
ような軟質のポリシヤを用いている。第１図ａの
ポリシヤはポリウレタン素材１の表面層２を不均
一ながらも発泡させて孔群を設けたものであり、
また第１図ｂのポリシヤは不均一な太さのポリエ
ステル不織布３の間に含浸率10〜50％でポリウレ
タン４を含浸させたものである。これらのポリシ
ヤは表層が軟質であるので傷のない無じよう乱鏡
面を得るという点では好都合であるものの高い平
面精度を得るには不適当である。というのはこれ
らのポリシヤは表層が軟質なうえに厚くしかも不
均一厚さであるため結晶基板の上面周縁部にポリ
シヤが被さり易くなり、このため基板表面の周辺
がダレると共にこのダレを除いても基板表面全体
が凸状になり平面度が劣るようになる。従前の例
では基板表面の周辺が３mm以上ダレ、また平面度
も約10μｍ／3″φが限度になつている。一方、平
面度のよい基板を得るには硬質な素材のポリシヤ
を用いればよいが、そうすると被研摩面は傷など
を伴うじよう乱面になり易いという問題がある。
このように結晶基板のポリシヤでは研摩面の無じ
よう乱化と高平面度の達成は相反する関係になつ
ているので従来のポリシヤでこの両条件を満足す
ることはできにくかつた。その上、近年の半導体
シリコンウエハのポリシングでは4″ないし5″に及
ぶ大型ウエハもポリシングされるようになつてお
り従前のポリシヤでは充分な平面度を得るのは
益々困難になつてくる。更に半導体の集積度が高
くなるにつれパターン寸法も小型化するがこれに
伴いウエハ表面にも一層厳しい無じよう乱化が求
められる。

本考案は被研摩面の無じよう乱化と高平面度の
達成という２つの条件を結晶基板面への“あた
り”をある程度硬くしてダレを防ぎ、一方基板全
体への押圧は柔らかくして基板表面での傷の発生
を避けるようにするためポリシヤを二層構造にし
た。

すなわち本考案に係るポリシヤはゴム硬度Ａス
ケール90からシヨア硬度Ｄスケール60の範囲の直
径30ないし60μｍのナイロン糸を織つてなる厚さ
60ないし120μｍのナイロン織布を被加工物の研
磨層とし、該研磨層の裏側に前記研磨層より厚み
が大きく且つ前記研磨層の硬度よりも少くとも20
以上低い硬度のゴム質の弾性体よりなるバツフア
層を前記研磨層と熱圧着により貼布して二層構造
としたことを特徴とするポリシングでは研摩剤が被研摩面上で均一に分
散した状態を維持することが必要となる。このた
めポリシヤ表面の基本構造としては研摩剤を保持
しうる孔ないし溝などの凹部を多数ほぼ均一に設
ける。従来のポリシヤのようにシート状の素材に
微細な孔群ないし溝を多数穿設すれば研磨剤保持
機能を得られるが、本考案ではわざわざ微細孔や
溝を設けるのではなく、均一な太さの糸で織つた
ことによつて必然的に生ずる凹部を利用する。

従来からの実験によつて結晶基板を良い平面度
にするには結晶基板が研摩中のポリシヤに沈み込
まないような弾性変形量の少ないもの、即ち、硬
くて薄いポリシヤほど効果があることが指摘でき
る。この場合、ポリシヤの材質を硬いものにする
と結晶基板にじよう乱を与えやすいため硬さに限
界があるので、その限界を把握するため単体で実
験的に各種硬さを変えて結晶基板の研摩を試みた
ところ、ゴム硬度Ａスケール90からシヨア硬度Ｄ
スケール60程度の比較的硬いものでも適当な条件
ならばじよう乱が発生しないことがわかつた。

これに対して、ゴム硬度がＡスケール90からシ
ヨア硬度60の範囲外の単体のナイロン板について
も、ポリシヤとしての有用性を検討した。ゴム硬
度がＡスケール90未満のナイロン板をポリシヤと
して研磨を試みたところ、無じよう乱性は確保で
きるが、平面度が劣る（とくにフチダレが大き
い）ことがわかつた。逆にシヨア硬度60をこえる
材質を同様に用いると、加工面精度は優れるが、
偶発的なスクラツチ（キズ）が発生し無じよう乱
性に難点があることがわかつた。

更に、ゴム硬度のＡスケール90からシヨア硬度
60の範囲であつても単体のナイロンポリシヤの厚
みを極めて小さくすると、裏側の金属平板表面の
微小凹凸や接着剤中のゴミ、若しくは、とくに硬
いときにはポリシヤ素材自身の厚さの不均一さな
どがとくに強調され平面度の高精度化と無じよう
乱化を妨げる支配要因となることもわかつた。

そこで、本考案では結晶基板と接触する比較的
硬いポリシヤ表面の下側に緩衝性を有するバツフ
ア層を設けることによつて、前記支配要因を除去
するようにした。

そこでまず、バツフア層と研摩層の硬さの相関
関係を見出すために、研摩層としてゴム硬度がＡ
スケール80以上の極薄のナイロンクロスと、バツ
フア層としてゴム硬度がＡスケール60以上の厚さ
約200μｍのポリウレタン板とを各々組合せて両
者を完全に熱圧着で貼り合せて二層構造のポリシ
ヤを予備試作し、その結果を検討して実際の3″φ
Siウエハのメカノケミカル研摩に適用してみた。
その結果をまとめると下記のようになつた。なお
各行の最右端に付した記号の定義は研磨の精度と
無じよう乱性において、◎印：研磨効果最良、〇
印：研磨効果良好、△印：研磨効果やや良好、×
印：研磨効果不良（従来と同様）。

(i) 研摩層：Ａスケール80、
バツフア層：Ａスケール60…◎ (ii) 研摩層：Ａスケール90、
バツフア層：Ａスケール60…◎ (iii) 研摩層：シヨア硬度80、
バツフア層：シヨア硬度60…〇 (iv) 〃：Ａスケール90、
〃：Ａスケール55…〇 (v) 〃：Ａスケール90、
〃：Ａスケール80…△ (vi) 〃：Ａスケール80、
〃：Ａスケール70…△ (vii) 〃：Ａスケール80、
〃：Ａスケール80…× (viii) 〃：Ａスケール80、
〃：Ａスケール90…× (ix) 〃：Ａスケール90、
〃：Ａスケール90…× すなわち、硬い研摩層とそれよりも軟質のバツ
フア層を貼り合わせたポリシヤを用いれば、高精
度・無じよう乱の両者を満足する研摩が可能とな
ることが明らかとなつた。

逆に研摩層がバツフア層と同じもしくはそれ以
下の硬度を有するものでは従来のポリシヤを用い
た場合と変らず、本考案の効果が得られないこと
も当然ながら判明した。

更に、ここで注目すべきことは、研摩層とバツ
フア層に用いる材料の硬度差が20以上のときに、
とくに本考案の効果が大きく、硬度差が10以下の
とき本考案の効果がそれ程大きくないことであ
る。

以上の実験事実より、本考案の具体的な材料選
定の基準として、研磨層を比較的薄く形成し、バ
ツフア層は研摩層よりも低硬度の材料とするこ
と、研摩層の硬度をゴム硬度Ａスケール90からシ
ヨア硬度60の範囲として、バツフア層の硬度と研
摩層の硬度差を少くとも20以上にすること、とし
た。

以下図面にもとづいて本考案に係るポリシヤの
実施例を説明する。

第２図ａ，ｂは本考案の第１実施例を示し、複
数の直径約30μｍのナイロン繊維を束にして織つ
たナイロンクロス（ゴム硬度Ａスケール90）を素
材にした研磨層１１とその裏面にゴム質（ゴム硬
度Ａスケール60）のバツフア層１２を熱圧着によ
つて完全に貼り合わせてなるナイロンラバークロ
スをステンレスの金属板１３（300mmφ×20mm
ｔ）に厚さ60μｍの両面接着テープ２１で貼りつ
け合わせポリシヤを構成した。この場合ナイロン
ラバークロス全体の厚みは240μｍ、前記研磨層
１１とバツフア層の厚さの比は約１：３である。
このナイロンラバークロスは耐水性のため前記両
面接着テープ２１によつて容易に金属板１３に貼
付できる。

前記ポリシヤを用いて3′φのSiウエハを下記条
件で研磨し、従来のポリシヤ（以下Åポリシヤと
いう。）との比較結果を第３図ないし第４図に示
す。

研磨条件は(1)研磨剤：100〜200ÅSiO₂（5wt
％）をPH12のアルカリ性溶液に懸濁させたコロイ
ド状シリカ。(2)加工圧力：130ｇ／cm²。(3)ポリシ
ヤ回転数：60rpm。(4)研磨前のウエハの状態：
GC#6000によるラツプ加工面。

第３図は前記の本考案の第１実施例と第１図
ａ，ｂに示した一般に使用されているＡポリシヤ
とを用いて同一条件で研摩した効果を比較したも
ので、研摩時間とSiウエハ60mmφ内の平面度並び
に研摩量の関係を示す。60mmφ内平面度は、Ａポ
リシヤでは12〜13μｍで飽和しているのに対して
本考案のポリシヤでは0.5μｍ以内で飽和してい
る。研摩量も本考案のポリシヤはＡポリシヤの約
２倍である。

第４図は、研摩量約10μｍのときのウエハの断
面形状を示すものであり、Ａポリシヤの場合（同
図ｂ）はウエハ端面が大きくダレているのに対し
て本考案に係るポリシヤ（同図ａ）ではそれがほ
とんどなく優れた研摩効果を示している。

一方本考案のポリシヤによるSiウエハの被研摩
面の無じよう乱度を評価するために、研摩したSi
ウエハを1100℃、wetO₂雰囲気で２時間熱酸化し
た後、SiO₂膜を除去してWright液でエツチング
する所謂OS−Checkをしたところ、OSF
（Oxidationinduced Stacking Faults）は全く検
出されず、研摩面の無じよう乱性が確認された。

なお参考のため両面接着テープを0.3mmの厚さ
のものにかえて前記実施例と同様の条件下で研摩
したところ、ウエハ端面のダレは全くなかつた
が、両面接着テープ自身もバツフア層となり、バ
ツフア層が厚くなつたためウエハの平面精度は１
μｍであつた。

つぎに第５図により本考案の第２実施例を説明
する。本実施例では研磨層１１に直径60μｍのナ
イロン繊維を織つたナイロンクロス（ゴム硬度Ａ
スケール80）を用い、この研磨層１１の裏面に厚
さ0.3mmのポリウレタン（硬度Ａスケール60）を
バツフア層１２を形成させたポリシヤで第１実施
例と同様に、研磨層１１とバツフア層１２とは熱
圧着によつて完全に貼り合わせてある。１３は金
属平板、１４は研磨剤保持用の空孔である。

本ポリシヤを第１実施例と同一の研磨条件で、
直径3″のSiウエハの研磨に適用したところ、平面
度は0.5μｍ以下、端面ダレは殆んどなく、上記
第１実施例と同様な効果が得られた。また、研磨
したSiウエハをOS−Checkしたところ、OSFは
全く検出されなかつた。

以上説明した実施例から、前述の予備試作検討
で定めたように研摩層をバツフア層よりも硬いゴ
ム硬度Ａスケール90からシヨア硬度Ｄスケール60
の範囲のナイロンクロスとし、またバツフア層と
研摩層の硬度差が少くとも20となるように材質を
選定し、研摩層とバツフア層を熱圧着で完全に貼
り合せて二層構造とした本考案のポリシヤの研摩
効果が確認された。

以上本考案の要旨を各実施例とともに説明した
が、本考案のポリシヤは前記のような二層構造に
なつているため、結晶基板の無じよう乱を保証し
つつ、研摩層１１の表面に若干の凹凸、うねりが
あつてもそれが下のバツフア層１２の緩衝作用に
よつて補償され、被研摩面の平面度を良い精度に
することができる。なお研摩層１１の材質はナイ
ロン繊維がすぐれているが、本考案の趣旨からポ
リウレタン、ポリプロピレン、塩化ビニール等の
高分子材料を用いることも可能であろう。これら
の材質は研摩する結晶基板の種類によつて選択す
ればよい。その硬さ、厚さ等も同様である。ま
た、バツフア層１２の硬さ、厚さも研摩しようと
する結晶基板のグレードによつて決定されるもの
であるが、バツフア層１２は研磨層１１のように
直接被研磨物と接触するものではないから、硬度
の条件に適すればその材質は前記各実施例に示し
たものに限定されることはない。二層化した研摩
層１１とバツフア層１２を金属板１３に貼りつけ
るにはできるだけ均一厚さの薄い両面接着テープ
を適用するのが簡便である。

なお、上記実施例では１枚のウエハを研摩した
が、多数枚同時研摩機を用いて多数のウエハを同
時に研摩すれば、各ウエハの平面精度が前記実施
例における平面精度よりも向上することはもちろ
んである。

以上説明したように、本考案に係るポリシヤ
は、研摩する結晶基板と接触する表層が硬くて
も、その下層に軟質なバツフア層があるので、研
摩する結晶基板に見合う硬さ、厚さを適当に選定
することによつてSiウエハをはじめとする結晶基
板を良い平面度で且つ無じよう乱鏡面に研摩する
利点があるとともに、従来のポリシヤにくらべ洗
浄性、耐摩耗性、生産性にすぐれる利点を有して
いる。もちろん本考案ポリシヤは、結晶基板の両
面同時研摩にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは従来のポリシヤの断面図、第２
図ａ，ｂは本考案に係るポリシヤの第１実施例の
断面説明図である。第３図は第２図に示す本考案
のポリシヤと従来のＡポリシヤを用いてSiウエハ
を研磨した場合の両ポリシヤの研磨特性を比較し
て示したものである。第４図ａ，ｂは本考案のポ
リシヤと従来のＡポリシヤによるSiウエハ研磨面
断面形状を示す概略断面図である。第５図は本考
案ポリシヤの第２実施例を示す概略断面図であ
る。図面中、１……ポリウレタン素材、２……発泡
させた孔群を具える表面層、３……ポリエステル
不織布、４……含浸させたポリウレタン、１１…
…研摩層、１２……バツフア層、１３……金属
板、１４……研摩剤保持のための溝・孔群、２１
……両面接着テープである。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

ゴム硬度Ａスケール90からシヨア硬度Ｄスケー
ル60の範囲の直径30ないし60μｍのナイロン糸を
織つてなる厚さ60ないし120μｍのナイロン織布
を被加工物の研磨層とし、該研磨層の裏側に前記
研磨層より厚みが大きく且つ前記研磨層の硬度よ
りも少くとも20以上低い硬度のゴム質の弾性体よ
りなるバツフア層を前記研磨層と熱圧着により貼
布して二層構造としたことを特徴とするポリシ
ヤ。