JP2000301449A

JP2000301449A - ウエハ研磨用パッド

Info

Publication number: JP2000301449A
Application number: JP10880499A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yamada; 山田　　勉; Tomio Kubo; 富美夫久保
Original assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2000-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】【解決手段】ウエハ表面に研磨パッドを押圧
し、ウエハチャック機構のスピンドル軸と研磨パッドの
スピンドル軸を回転させることにより回転するウエハ面
に回転する研磨パッドを摺擦させてウエハを研磨するの
に用いられる研磨パッドにおいて、該研磨パッドのウエ
ハ面を摺擦する研磨布は、アルミナ７０〜８０重量％
と酸化珪素３０〜２０重量％の無機繊維を焼成して得
たムライト結晶が１２重量％以上含有するアルミナシリ
ケ−ト鉱物組成を示す繊維径３〜１０μｍ、繊維長
３〜２０ｃｍの繊維を嵩密度０．０７５〜０．１３ｇ
／ｃｍ³の不織布とした布であることを特徴とする、ウ
エハ研磨用パッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ研磨用パッ
ドに関する。特に、ウエハ研磨装置内におけるウエハス
ル−プット時間を短縮させるために特開平１０−３０３
１５２号公報に示されるような粗研磨用第１研磨パッ
ド、仕上研磨用第２研磨パッド等の複数の研磨パッドを
用いる研磨装置の粗研磨用第１研磨パッド、中仕上研磨
用パッドとして有用である。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ製造工程においてウエハを
研磨することは行われている。例えば、スライス処理さ
れたシリコンウエハをラップ処理後、エッチング処理
し、更にパッドでポリッシングしてウエハに鏡面を持た
せることが行われている。ウエハ研磨の際、研磨剤スラ
リ−が使用される。半導体ウエハの研磨パッドとして
は、ポリエステル不織布にポリウレタン樹脂を含浸さ
せ、硬化させたベロアタイプパッド、ポリエステル不織
布基材の上に熱可塑性樹脂を溶解したウレタンプレポリ
マ−溶液を塗布し、硬化させて人工皮革の表面層を形成
させたスエ−ドタイプパッド、発泡ポリウレタンの弾性
研磨層に硬練り不活性ニトリルゴム層を積層した複層構
造パッド（ＵＳＰ３５０４４５７号）が使用されてい
る。

【０００３】さらに、研磨速度を向上させるために、シ
リカ、酸化セリウム、アルミナ等の砥粒を１５〜５０重
量％含有させたウレタン発泡弾性体パッドを使用するこ
とも提案されている（特開平６−１１４７４２号、同８
−２９０３５６号）。従来のウエハの研磨においては、
研磨時に研磨剤スラリ−を０．０５〜１リットル／分の
割合で研磨パッドに供給しており、多量の研磨剤スラリ
−が消費されている。その有効使用率は、１５〜２０％
前後と言われ、近時、研磨剤スラリ−を回収して再利用
することが検討されている。

【０００４】しかしながら、研磨剤スラリ−再利用の場
合は、高い精密度加工が要求される半導体の製造におい
て、半導体製造メ−カ−は再生スラリ−の利用に信頼性
がいまいちであり、半導体製造メ−カ−に再生スラリ−
を利用させるには極めて高価なスラリ−再生装置を設置
する必要があり、はかどっていないのが実状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、研磨剤スラリ
−の使用量が少ない研磨パッド、または研磨剤スラリ−
を使用しないで、パッドの冷却のための純水使用でウエ
ハが研磨できる研磨パッドの登場が要求されている。こ
れら要求性能を満たす研磨パッドとして、前述の研磨速
度を向上させるために、シリカ、酸化セリウム、アルミ
ナ等の砥粒を１５〜５０重量％含有させたウレタン発泡
弾性体パッドの使用（特開平６−１１４７４２号、同８
−２９０３５６号）が有効と考えられるが、硬いシリカ
砥粒、α−アルミナ砥粒、γ−アルミナ砥粒の砥粒が使
用されているのでウエハの厚みの均一性に改善の余地が
残されている。

【０００６】本発明は、厚み均一性に優れるウエハを与
え、研磨速度が速い研磨用パッドの提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ウエハ表面に
研磨パッドを押圧し、ウエハチャック機構のスピンドル
軸と研磨パッドのスピンドル軸を回転させることにより
回転するウエハ面に回転する研磨パッドを摺擦させてウ
エハを研磨するのに用いられる研磨パッドにおいて、該
研磨パッドのウエハ面を摺擦する研磨布は、アルミナ
７０〜８０重量％と酸化珪素３０〜２０重量％の無機
繊維を焼成して得たムライト結晶が１２重量％以上含有
するアルミナシリケ−ト鉱物組成を示す繊維径３〜１
０μｍ、繊維長３〜２０ｃｍの繊維を嵩密度０．０
７５〜０．１３ｇ／ｃｍ³の不織布とした布であること
を特徴とする、ウエハ研磨用パッドを提供するものであ
る。

【０００８】柔らかいムライト鉱物組成で、嵩密度が高
い弾力性のある不織布ブランケットを研磨布として使用
することにより、ウエハとパッドのなじみが良好とな
り、均一な研磨が可能である。また、ムライト結晶鉱物
は通常砥粒として使用されているアルミナと酸化珪素と
が結晶化したアルミナシリケ−ト組成を有し、研磨剤機
能を示すので、純水の利用、または砥粒濃度の低いスラ
リ−を利用することができる。また、ムライト結晶の繊
維に占める含有率が１２重量％以上とすることにより研
磨パッドの強度を向上させる。

【０００９】本発明はまた、ウエハ表面に研磨パッドを
押圧し、ウエハチャック機構のスピンドル軸と研磨パッ
ドのスピンドル軸を回転させることにより回転するウエ
ハ面に回転する研磨パッドを摺擦させてウエハを研磨す
るのに用いられる研磨パッドにおいて、該研磨パッド
は、アルミナ７０〜９５重量％と酸化珪素３０〜５
重量％の無機繊維を焼成して得たムライト結晶またはδ
−アルミナを繊維中１２重量％以上含有する繊維径３
〜１０μｍ、繊維長３〜２０ｃｍの繊維を１５〜８０
重量％含有する樹脂シ−トであることを特徴とする、ウ
エハ研磨用パッドを提供するものである。

【００１０】柔らかいムライト鉱物組成の繊維の補強の
ため、樹脂バインダ−として樹脂を用い、これをシ−ト
状にした研磨布を用いることにより、ウエハと研磨パッ
ドとのなじみが良好となり、均一な研磨が可能であると
ともに、研磨パッドの寿命が向上する。

【００１１】本発明はさらに、上記研磨パッドとして、
ショア硬度５０〜７５の弾性ウレタン発泡体支持層と、
アルミナ７０〜９５重量％と酸化珪素３０〜５重量
％の無機繊維を焼成して得たムライト結晶またはδ−ア
ルミナを１２重量％以上含有する繊維径３〜１０μ
ｍ、繊維長３〜２０ｃｍの繊維を１５〜８０重量％含
有する発泡ウレタン樹脂シ−トよりなる表面層を有する
複層構造体を使用する。弾力性のある支持層（Ｂ）のク
ッション性によりパッドの表面層（Ａ）のウエハへのな
じみを更に良好とする。この弾性支持層は、空隙率が３
０〜７０％の樹脂発泡体であることが望ましい。パッド
が圧縮され、圧縮された空隙内の空気の反発力によりパ
ッドの硬質樹脂表面層のウエハへのなじみが良好とす
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、発明を詳細に説明する。本
発明の１の研磨パッドを構成するウエハ面を摺擦する研
磨布は、例えば、塩基性塩化アルミニウムを主成分（７
０〜８０重量％）とし、これにシリカ（酸化珪素）ゾル
と水溶性高分子、例えばポリビニルアルコ−ル、メチル
エチルセルロ−ス、ポリアクリル酸ナトリウムとを含有
させてなる粘稠な溶液を拘束で流れる空気流中に市させ
た紡糸ノズルから噴射して繊維径３〜１０μｍ、繊維
長３〜２０ｃｍの生繊維を形成させ、この生繊維を空
気流に対し垂直になるように配置した金網上の層状に集
積させ、この集積物にパルミチン酸グリセリド、ステア
リン酸グリセリド、ペンタエリスリト−ルステアリドな
どの減摩剤を集積物重量の１〜３重量％の量ミネラルオ
イル溶剤に希釈して含浸・塗布したのち、集積物を積み
重ねてカ−ド化し、これを３〜２０打／ｃｍ²のニ−ド
リングをして嵩密度０．０７５〜０．１３ｇ／ｃｍ³
の不織布とし、これを３００℃の温度に２時間かけて昇
温し、３００〜５００℃の間を焼く２℃／分で昇温し、
ついで５００℃〜最終温度（１１００〜１３００℃）に
５℃／分で昇温し、最終温度で約３０分かけて焼成して
得たムライト結晶を１２重量％以上含有またはδ−アル
ミナを含有するブランケット状の不織布である。

【００１３】該不織布の製造方法は、例えば特公平１−
３８９０１号、同６−６７７７９号、同６−６７７８０
号、特開平２−２１００５１号公報に記載されている。
また、市販品としては建築用断熱材、耐火用繊維、排気
ガス浄化用フィルタとして、アルミナ７２重量％と酸
化珪素２８重量％の繊維組成で、その中のムライト結
晶組成が１２または１８重量％含有されている繊維径
４μｍ、繊維長５〜１０ｃｍの繊維を嵩密度０．０８
０ｇ／ｃｍ³、０．０９６ｇ／ｃｍ³、または０．１２８
ｇ／ｃｍ³の不織布が三菱化学株式会社より「マフテッ
クブランケットＭ」または「マフテックブランケットＭ
Ｌ」の商品名で入手できる。

【００１４】この不織布の強度を向上させるため、不織
布を型内に入れ、不織布にウレタン樹脂溶液、エポキシ
樹脂溶液、発泡性ウレタン樹脂溶液を２０〜８５重量％
の量（不織布は８０〜１５重量％）真空ポンプを利用し
て型内を減圧しつつこれら樹脂溶液を含浸させ、硬化、
あるいは発泡、硬化させ、ついで、型より硬化物を取り
出し、硬化物の表面を研削して研磨パッドを形成しても
よい。該不織布または研磨パッドをアルミニウム取付板
に両面粘着テ−プで貼着してパッドを形成する。

【００１５】本発明の２のパッドは、ショア硬度５０〜
７５の弾性発泡体支持層（Ｂ）と、アルミナ７０〜９
５重量％と酸化珪素３０〜５重量％の無機繊維よりな
り、繊維中ムライト結晶またはδ−アルミナ構造を示す
繊維分が１２重量％以上である繊維径３〜１０μｍ、
繊維長３〜２０ｃｍの繊維を１５〜８０重量％含有す
る発泡樹脂シ−トよりなる表面層（Ａ）とを有する複層
構造のウエハ研磨用パッドである。

【００１６】発泡樹脂シ−トの原料であるウレタン樹脂
としては、ポリオ−ル等の活性水素含有化合物と鎖延長
剤とポリイソシアネ−ト化合物とを反応させて得られる
一般にウレタン発泡体形成材料が用いられる。

【００１７】ポリオ−ルとしては、エチレングリコ−
ル、テトラメチレングリコ−ル、トリメチロ−ルプロパ
ン、等の分子量が５０〜５００と小さい鎖延長剤の役割
のポリオ−ルと、ポリエチレンアジペ−ト、ポリオキシ
テトラメチレンアジペ−ト、ポリエチレングリコ−ル、
ポリプロピレングリコ−ル等の分子量が６００〜２００
０の高分子量のポリオ−ルとの混合物が好ましい。必要
により、酒石酸、リンゴ酸、マロン酸、クエン酸のよう
に水酸基とカルボン酸を有する有機酸を配合してもよ
い。

【００１８】活性水素含有化合物としては、前述のポリ
オ−ルの他に、ジアミノジフェニルメタンが利用でき
る。

【００１９】ポリイソシアネ−ト化合物としては、イソ
シアネ−ト基を２個以上有する化合物で、例えば、４，
４'−ジフェニルメタンジイソシアネ−ト、２，４−ト
リレンジイソシアネ−ト、これらポリイソシアネ−トと
ポリオ−ルとを反応させたウレタンプレポリマ−等が使
用される。活性水素含有化合物（ＯＨ基、ＮＨ₂基また
はＳＨ基含有有機化合物）とポリイソシアネ−ト化合物
の用いる割合は、活性水素１当量に対し、ＮＣＯ基が
１．０２〜１．２当量である。

【００２０】これら成分の他に溶剤のジメチルホルムア
ミド等の有機溶剤、水やフレオン等の発泡剤、シリコン
オイル等の気泡調整剤、エチレン・酢酸ビニル共重合
体、塩化ビニル・酢酸ビニル共重合体等の熱可塑性樹脂
が配合される。

【００２１】前記繊維の発泡性ウレタン樹脂溶液への配
合は、ポリオ−ル等の活性水素含有化合物に、気泡調整
剤、触媒、繊維を配合し、ついで攪拌下にポリイソアイ
アネ−トをジメチルホルムアミド等の溶剤で溶解した液
を加え、均一に混合する。研磨パッドの製造はこの混合
液を型内に注入し、常温〜４０℃で１５〜６０分間放置
して発泡、硬化させ、ついで硬化物の表面をグラインダ
−で研磨あるいはスライサ−で切削して表面に気泡が露
呈した発泡体を得ることにより行なう。

【００２２】また、三菱化学のマフテックブランケット
不織布に、前記混合液を塗布、含浸させ、ついで発泡・
硬化させ、ついで硬化物の表面をグラインダ−で研磨あ
るいはスライサ−で切削して表面に気泡が露呈した繊維
含有発泡体を得ることにより研磨パッドの製造を行う。

【００２３】これら不織布または繊維含有発泡体シ−ト
は、裏面に空隙率が３０〜７０％、ショア硬度５０〜７
５のウレタン樹脂発泡体支持層が貼着された複層構造体
とするのが好ましい。不織布または繊維含有発泡体シ−
トの厚みは、１．５〜６ｍｍ、弾性支持層の厚みは１〜
３ｍｍが好ましい。

【００２４】発泡体の空隙率（発泡倍率）、ショア硬度
は用いる原料の種類、組成比により調整する。ウエハと
摺擦するパッドの樹脂発泡表面層のショア硬度は、８５
〜１００、支持体層の弾性発泡体のそれは５０〜７５が
好ましい。支持層のショア硬度と空隙率を前述の範囲と
することによりウエハとパッドの硬質な樹脂表面層との
当接圧力を均等化する。ウエハの研磨は、特開平１０−
３０３１５２号公報や特開平７−２６６２１９号公報に
開示されるパッド揺動またはウエハ揺動タイプの研磨装
置を用いて行なうのが好ましい。

【００２５】研磨パッドのウエハへの当接圧力は、０．
０１〜０．５ｋｇ／ｃｍ²で、ウエハを保持するチャッ
クの回転数は３０〜１００ｒｐｍ、パッドの回転数は４
０〜１００ｒｐｍである。研磨パッドはバキュ−ムチャ
ック機構に吸着されているウエハ上を０．１〜３ｃｍ／
秒で往復させるのが好ましい。

【００２６】ウエハ研磨中は、研磨剤スラリ−、または
純水を研磨パッドまたはウエハ表面に供給して行う。研
磨剤スラリ−としては、酸化セリウム、アルミナ、ベ−
マイト、過酸化マンガン、シリカ、窒化珪素、過酸化セ
リウムマンガネ−ト等の粒径が０．０１〜０．１μｍの
微細な砥粒を１〜１５重量％含有する酸性またはアルカ
リ性水分散液が用いられる。必要によりスラリ−には、
硝酸、酢酸、燐酸、アンモニウム水、テトラメチルアン
モニウムヒドロキシド、マレイン酸水素テトラメチルア
ンモニウム等のｐＨ調整剤が配合される。

【００２７】

【実施例】実施例１研削された径が２００ｍｍ、厚みが２６０μｍのシリコ
ン基板のシリコン酸化膜を、０．０２〜０．０５μｍの
コロイダルシリカ粒子を８重量％含有するｐＨ７．２の
研磨剤スラリ−を研磨パッドの中央に０．１リットル／
分の割合で供給しつつ、ウエハと研磨パッドを各々５０
ｒｐｍの回転数で回転させて、かつ当接圧力０．４ｋｇ
／ｃｍ²で厚み４μｍ分を粗研磨した。粗研磨終了後、
パッドを上昇させ、研磨剤スラリ−の供給を止め、純水
でウエハの洗浄を行った。

【００２８】上記研磨パッドとして、次のものを用いて
研磨速度、平面平坦性（ＴＴＶ）を測定した。三菱化学のマフテックブランケットＭＬＳ（商品名：
厚み４ｍｍ、嵩密度０．０８ｇ／ｃｍ³）発泡性ウレタン樹脂溶液として、ジエチレングリコ−
ル、リンゴ酸、ポリオキシテトラメチレンアジペ−ト、
分子量１０００のポリエチレングリコ−ル、４，４'−
ジフェニルメタンジイソシアネ−トと２，４−トリレン
ジイソシアネ−トの混合物、ジメチルホルムアミド（Ｄ
ＭＦ）、シリコンオイル、トリエチレンジアミンおよび
水からなる混合原料を用い、これを三菱化学のマフテッ
クブランケットＭ（商品名：嵩密度０．１２８ｇ／ｃ
ｍ³）を収納する型内に注入し、発泡、硬化させ、つい
で硬化物の表面を砥石で研削して発泡セルとムライト繊
維が表面に現れるまで加工して得られた厚み４ｍｍ、
発泡体部分のショア硬度９６、パッド中の繊維含有量が
２５重量％のパッド。

【００２９】空隙率４５％、ショア硬度６５、厚み２
ｍｍのウレタン発泡樹脂支持層（Ｂ）の表面に、発泡性
ウレタン樹脂溶液として、ジエチレングリコ−ル、リン
ゴ酸、ポリオキシテトラメチレンアジペ−ト、分子量１
０００のポリエチレングリコ−ル、４，４'−ジフェニ
ルメタンジイソシアネ−トと２，４−トリレンジイソシ
アネ−トの混合物、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、
シリコンオイル、トリエチレンジアミンおよび水からな
る混合原料を用い、これを三菱化学のマフテックブラン
ケットＭ（商品名：嵩密度０．１２８ｇ／ｃｍ³）を
収納する型内に注入し、発泡、硬化させ、ついで硬化物
の表面を砥石で研削して発泡セルとムライト繊維が表面
に現れるまで加工して得られた厚み２ｍｍ、発泡体部
分のショア硬度９６、パッド中の繊維含有量が２５重
量％のパッド（Ａ）を貼着した複合パッド。

【００３０】市販のショア硬度９８の硬質ウレタン
発泡シ−トパッド（比較用）。市販のショア硬度７５の硬質ウレタン発泡シ−トパ
ッド（比較用）。

【００３１】結果を次に記載する。研磨パッド番号研磨速度（μｍ／分）３．８３．５３．５２．７２．５ＴＴＶ（μｍ）１．００．８０．６０．８０．６

【００３２】実施例２実施例１において、研磨剤スラリ−の代わりに純水を用
いるほかは同様にしてウエハの粗研磨を行った。

【００３３】結果を、次ぎに示す。研磨パッド番号研磨速度（μｍ／分）３．４３．３３．２２．１１．９ＴＴＶ（μｍ）１．２０．８０．５０．７０．６

【００３４】

【発明の効果】本発明の研磨パッドは、研磨速度が速
く、平坦性の優れるウエハを与える。また、研磨剤スラ
リ−を用いずにウエハ研磨を行うことができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハ表面に研磨パッドを押圧し、ウエ
ハチャック機構のスピンドル軸と研磨パッドのスピンド
ル軸を回転させることにより回転するウエハ面に回転す
る研磨パッドを摺擦させてウエハを研磨するのに用いら
れる研磨パッドにおいて、該研磨パッドのウエハ面を摺擦する研磨布は、アルミナ
７０〜８０重量％と酸化珪素３０〜２０重量％の無
機繊維を焼成して得たムライト結晶が１２重量％以上含
有するアルミナシリケ−ト鉱物組成を示す繊維径３〜
１０μｍ、繊維長３〜２０ｃｍの繊維を嵩密度０．
０７５〜０．１３ｇ／ｃｍ³の不織布とした布であるこ
とを特徴とする、ウエハ研磨用パッド。
【請求項２】ウエハ表面に研磨パッドを押圧し、ウエ
ハチャック機構のスピンドル軸と研磨パッドのスピンド
ル軸を回転させることにより回転するウエハ面に回転す
る研磨パッドを摺擦させてウエハを研磨するのに用いら
れる研磨パッドにおいて、該研磨パッドは、アルミナ７０〜９５重量％と酸化珪
素３０〜５重量％の無機繊維を焼成して得たムライト
結晶またはδ−アルミナを１２重量％以上含有する繊維
径３〜１０μｍ、繊維長３〜２０ｃｍの繊維を１５
〜８０重量％含有する樹脂シ−トであることを特徴とす
る、ウエハ研磨用パッド。
【請求項３】パッドは、ショア硬度５０〜７５の弾性
ウレタン発泡体支持層と、アルミナ７０〜９５重量％
と酸化珪素３０〜５重量％の無機繊維を焼成して得た
ムライト結晶またはδ−アルミナを繊維中１２重量％以
上含有する繊維径３〜１０μｍ、繊維長３〜２０ｃ
ｍの繊維を１５〜８０重量％含有する発泡ウレタン樹脂
シ−トよりなる表面層を有する複層構造体である、請求
項２に記載のウエハ研磨用パッド。