JPH0775828B2 - 研磨パッド用シ−ズニング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は，半導体用ウェーハ，光学レンズ，光学用ガラ
ス等の研磨に用いる研磨パッドのシーズニング装置に関
する。

（従来の技術） 半導体用ウェーハ等の表面は，通常，不織布に高分子物
質，合成樹脂等を含浸させミクロポーラス状に発泡させ
た研磨パッドにより研磨される。高精度な研磨仕上げを
要求される半導体用ウェーハ等では，複数の研磨パッド
による多段研磨も行われている。このような研磨作業に
おいては，研磨パッド表面の状態により，被研磨物の仕
上がり精度が左右される。多段研磨においても，最初に
使用する研磨パッドの表面状態により，被研磨物の仕上
がり精度がほぼ決まり，後工程における研磨によっても
被研磨面の仕上がり精度はそれほど向上しない。被研磨
物表面が高精度に研磨されていないために，被研磨物表
面に微笑な凹凸が存在すれば，その被研磨物表面に光を
当てると，円状，円弧状等の縞模様が現れる。半導体用
ウェーハ，光学レンズ，光学ガラス等は，これらを使用
した製品の進歩に伴い，これらの研磨仕上がり精度は一
層高く要求され，このような，光による縞模様等が発生
すると，研磨不良として使用し得ない。

半導体用ウェーハ等の被研磨物表面の研磨仕上がり精度
を向上させるためには，研磨パッドの表面を，あらかじ
めシーズニング，すなわち，平滑にしておくことが好ま
しいことを，本願発明者等は知見しており，研磨パッド
表面のシーズニングには，強化ガラス（パイレックスガ
ラス等），セラミックスや金属のプレート，さらには研
磨すべきウェーハ自身等が使用されている。しかし，こ
のようなものにより研磨パッド表面を平滑にするために
は,30分〜１時間のシーズニング時間が必要である。ま
た，これらのものは摩耗が激しいために，連続使用が困
難であり，再生加工するために，多大な手間と費用を要
するという不都合があり，このため，半導体用ウェーハ
等の研磨作業の効率低下を来すおそれがある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記従来の問題点を解決するものであり，その
目的は，短時間にて高精度に研磨パッド表面をシーズニ
ングし得る研磨パッド用のシーズニング装置を提供する
ことにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の研磨パッド用シーズニング装置は，シーズニン
グすべき研磨パッドに対して相対的に回転するキャリヤ
プレートと，平坦面を有する基体の該平坦面に，新モー
ス硬度が12以上の粒子を電着により固定してなり，前記
キャリヤプレートの回転中心から偏位した位置に装着さ
れる研磨パッド用のシーズニグ材と，該シーズニング材
の基体と前記キャリヤプレートの間に介装された，ミク
ロポーラス状に発泡された高分子体であるバッキング材
と，を具備してなり，そのことにより上記目的が達成さ
れる。

（実施例） 以下に本発明を実施例について説明する。

本発明の研磨パッド用シーズニング装置は，第１図に示
すように，上方に移動可能なキャリヤ10と，該キャリヤ
10とは対向配設され，下方への移動可能な定盤（図示せ
ず）とを具備する。該キャリヤ10の定盤10と対向する面
は平坦であり，キャリヤプレート11となっている。該キ
ャリヤ10およびキャリヤプレート11は，金属，合金，セ
ラミックス，ガラス，プラスチック等にて製造される。
キャリヤ10は，回転可能になっており，そのプレート11
は，平坦面で精密に仕上げられている。図示しない下側
の定盤は，該キャリヤ10の回転方向とは正逆いずれの方
向へも回転可能であり，該定盤上には研磨すべき研磨パ
ッドが載置される。

キャリヤ10のプレート11には，バッキング材20を介し
て，シーズニング材30が，例えば該プレート11上に三等
配に配設されている。

シーズニング材30は，平坦面を有する基体31の該平坦面
に，新モース硬度が12以上の粒子32を電着により固定し
たものである。

バッキング材20は，シーズニング材30をキャリヤ10のプ
レート11上に保持するために使用されるものであり，内
部に微細な空隙を有するように，ミクロポーラス状に発
泡された高分子体が用いられる。発泡体の構造は，中央
部に大きなポアが存在し，その壁面からミクロポアが無
数に出ているものでもよく，また，単にミクロポアが独
立して全体に無数に存在するものでもよい。

該バッキング材20は，例えば水，ポリエチレングリコー
ルやポリプロピレングリコール等のグリコール類等の液
体や，グリセリン等の粘液性の貼着剤や粘着剤，接着剤
が滴下または含浸してキャリヤ10のプレート11と，シー
ズニング材30の基体31との間に介装し，シーズニング材
30をキャリヤ10のプレート11に強く押圧することによ
り，該バッキング材20が圧縮して，上記液体の助けでシ
ーズニング材30がキャリヤ10の表面11に密着されて支持
される。

このように，キャリヤ10のプレート11にバッキング材20
を介してシーズニング材30を取付けたシーズニング装置
は，下側の定盤に研磨パッドを取付けて，キャリヤプレ
ートと下側定盤との間に研磨液を介在させながら，両者
を所定の圧力にて押圧した状態で，相互に回転して使用
される。シーズニング材30が，第１図から第６図の各々
に示すように，キャリヤプレート11の回転中心から偏移
した位置に装着されるため，キャリヤプレート11と下側
定盤とが相互に回転する間に，同一のシーズニング材30
における研磨パッドから受ける接触抵抗が，キャリヤプ
レート11の回転中心からの離隔距離が異なるシーズニン
グ材部分で異なる。このとき，上述したように、シーズ
ニング材30が密着支持されているが故に、シーズニング
材30が部分的に異なる接触抵抗の力により自転しつつ，
研磨パッド表面をシーズニングし，その表面を円滑にす
る。このシーズニング作業時には，研磨液が研磨パッド
表面とシーズニング材との間に通流され，研磨屑をその
間から除去する。

バッキング材20の材料は，エステル系，エーテル系のウ
レタンポリマー，熱可塑性エラストマーでスチレン系
（例えば日本エラストマー社製ソルプレン−Ｔ），オレ
フィン系（住友化学社製住友TPE），エステル系（デュ
ポン社製ハイトレル），ウレタン系（日本エラストラン
社製エラストラン）等，合成ゴムでブタジエンゴム，ス
チレンブタジエンゴム,NBR,クロロプレンゴム，ウレタ
ンゴム，弗素ゴム，ブチルゴム等があげられ，バッキン
グ材20には，これらのシート，フィルムまたはこれらの
ミクロポーラスな発泡体が使われる。

特に，該バッキング材20としては，ウレタンの湿式凝固
法により得られる低発泡体，例えばDF−200,WB−20（米
国ロデール社製品）が好適に使われる。

バッキング材に強度が必要な時には，補強層としてプラ
スチック，金属等のフィルム，シート，プレート等で裏
打ちして使用すればよい。

バッキング材20は，第２図に示すように，キャリヤプレ
ート11と，また，シーズニング材30と，前記貼着剤や粘
着剤または接着剤41および42を介して密着もしくは接着
してもよい。バッキング材20とシーズニング材30は，予
め接着剤にて接着して，一体化させておくと能率はさら
に上がる。また，バッキング材がポーラス状であること
からキャリヤのプレート面に細孔を施し，中空にしたキ
ャリヤを減圧源につないで吸引力で密着させてもよい。
また必要に応じてキャリヤ平面に単数もしくは複数の凹
みを形成し，この凹みに上記吸引用細孔を設けたものを
利用することができる。

シーズニング材30における，平坦面を有する基体31とし
ては，リン青銅，鉄，真鍮，ステンレス等の金属や合
金，塩化ビニル,PMMA（ポリメタクリル酸メチル）等の
高分子化合物や合成樹脂あるいはエンジニアリングプラ
スチック，アルミナ，フォルステライト等のセラミック
ス，強化ガラスにニッケルや銅あるいはステンレス等を
メタルコートしたもの，さらにはこれらの複合材が用い
得る。いずれの場合にも，後述の粒子が電着し得るもの
であること，もしくは電着し得るように処理されている
ことが必要である。この処理としては，金属蒸着，スパ
ッタリング，イオンプレーティング，金属膜を形成し得
る塗料による被膜の形成等が挙げられる。

このような材質の基体は，粒子を固定し得る平坦面を有
しておればよく，プレート状，シート状，あるいはフィ
ルム状であってもよい。

この基体の面は平行度，平面精度が例えば５ミクロン前
後に仕上げる必要のある場合もある。また，別の高精度
に仕上げられた平坦面体を貼りつけて利用することがき
る。

基体に電着される粒子32は，新モース硬度が12以上であ
ればよく，ダイヤモンド等の天然宝石，人造宝石，結晶
アルミナ，炭化珪素，窒化珪素，立方晶窒化硼素（CB
N），炭化硼素等が挙げられる。

このような粒子は，あらかじめ塗料，スラリー，接着
剤，粘着剤，固着材等により基体31の平坦面に付着され
た後に，電着により固定される。粒子を平坦面に付着さ
せる塗料等は，後の電着の障害とならないことが必要で
ある。

粒子の粒子径は,1〜500μｍが好適であり，粒子径が大
きすぎると，シーズニングにより研磨パッドの表面が平
滑にならず，また粒子径が小さすぎても研磨パッド表面
を平滑にし得ない。

プレート状，シート状，フィルム状の基体は，三角形，
四角形，その他の多角形，円形，扇形等の様々な形状と
され，適当な大きさおよび形状に切断して，バッキング
材20を介してキャリヤプレート11に装着される。

基体31のシーズニング面には溝を形成しておくことがで
きる。

該溝部は，単一もしくは複数の帯状あるいは適当な面積
を有する形状とされる。その帯状としては，直線状，折
線状，曲線状，あるいはこれらを組み合わせた形状で，
溝部が複数の帯状である場合には，相互に交差してもよ
い。該溝部の形状としては，具体的には，渦巻状，同心
円状，格子状，放射線状，ジグザグ状，平行線状，扇形
状，曲線状，およびこれらの組合せ等であり，さらに
は，適当な面積を有する形状が単独もしくは帯状の溝と
組合わされてもよい。溝部の断面形状としては，四角形
状，半円状，半楕円状，三角形状等とされる。溝部の角
部は弧状であってもよく，また角張っていてもよい。溝
部の幅は１〜10mmが適当である。

本願発明の実施に当たってバッキング材の機能をさらに
向上させるために第３図〜第５図のように，ホルダー50
を併用することができる。ホルダー50は一種の枠であて
テンプレートとも呼称される。ホルダー50は柔軟なバッ
キング材20の補助として使用される。

ホルダー50は，プラスチック，メタル，セラミックス,F
RP,防水紙等で適当な厚さに作られた平板でこれに１個
または複数個の孔51を設けたものである。ホルダー50お
よびその孔51のサイズ，形はどのようなものであっても
よいが最大キャリアプレート11と等しい大きさとされ
る。

ホルダー50の孔51の深さはシーズニング材30を使用する
時の状態でシーズニング材30のシーズニング粒子の先端
がシーズニングに必要な長さだけホルダー50より出る寸
法でなければならない。

バッキング材20は孔51のあいたホルダー50に対し，第３
図に示すようにホルダー50の裏面全体に貼着してもよ
い。この場合バッキング材20の裏面には補強材60が貼着
されて，接着剤44によりキャリアプレート11に貼着され
る。補強材はフィルム，シート，プレートでポリエステ
ル，マイラー，ナイロン等のプラスチック類が好適に使
用できる。

バッキング材20は，ホルダー50の孔51内にのみ位置させ
てもよい（インサート方式）。この場合は，バッキング
材20とシーズニング材30とを予め一体化させておいても
よい。一体化させておくことにより，作業効率は著しく
向上する。

ホルダー50としては,1つのシーズニング材30を囲繞し得
る環状もしくは短筒状のものも使用し得，例えば，第５
図に示すように，キャリアプレート11に，このような３
つのホルダー50を三等配に配設してもよい。

このようなホルダー50を用いることなく，例えば第６図
に示すように，キャリアプレート11に単数もしくは複数
の凹溝11aを形成し，この凹溝11a内にバッキング材20お
よびシーズニング材30を挿入して，該シーズニング材30
をバッキング材20を介してキャリヤ10に貼着してもよ
い。シーズニング材30とバッキング材20は一体であって
もよい。バッキング材20とキャリヤ10との間には，必要
に応じて補強材が介装される。バッキング材20は接着剤
を用いてキャリヤ10と貼着させてもよい。

さらに第７図に示すように，キャリヤ10を中空に形成
し，キャリアプレート11に，キャリヤ10内と外部とを連
通する透孔12を形成して，該透孔12の下方にバッキング
材20を介してシーズニング材30を位置せしめ，キャリヤ
10内を減圧することにより，シーズニング材30をバッキ
ング材20を介して吸引する機能としてもよい。この場
合，ホルダー50を用いてもよい。ホルダー50は１つのシ
ーズニング材30を囲繞するものでも，複数のシーズニン
グ材を囲繞するものでもよい。また，バッキング材20の
裏面に補強材60を配設してもよい。さらに，第８図に示
すように，キャリアプレート11に凹溝11aを形成し，該
凹溝11内に，バッキング材20とシーズニング材30を配設
し，該凹溝11a内を減圧することにより，シーズニング
材30をキャリヤ10に保持するようにしてもよい。

実施例１ 第３図に示すように，直径220mm,厚さ2mmのガラス繊維
強化エポキシプレートに，径100ミリの穴（リセス）加
工を行い３個あけホルダーとした。この裏側に，湿式凝
固法により製造した0.35マイクロフォームウレタンシー
ト（バッキング材）次いで２軸延伸ポリエステルフィル
ム（補強剤）を積層接着し，さらにその裏側に両面貼着
シートを積層しホルダー（またはテンプレートアセンブ
リー）とした。次にこれの剥離紙をはがし，直径225mm
のキャリアプレートに装着した。ホルダーの穴内にシー
ズニング材の平坦面を水貼りで装着した。

シーズニング材は，厚さ3mm,直径98mmのステンレス製の
基体に，新モース硬度が15,平均粒径が60μｍのダイヤ
モンド粒子を密度が60000個/cm²で固定させたものを使
用した。

このような状態で，下定盤に研磨パッドを載置し，該研
磨パッドを100r.p.m.で回転させながら，シーズニング
材30を該研磨パッドに,150g/cm²の圧力にて押圧し，さ
らにはシーズニング材20と研磨パッドとの間に純粋を通
流させつつ,1分間シーズニングした。シーズニング後，
研磨パッドの表面は，厚みバラツキが６μｍであり，平
滑性に優れていた。この研磨パッドを用いて，シリコン
ウェーハを，半導体ウェーハ研磨機にて研磨した。得ら
れた角ウェーハを洗浄乾燥後，その平面精度を測定した
ところTTV（Total Thickness Variation）値で2.4μｍ
と良好であり，表面品位も良好であった。

実施例２ 直径230mm,厚さ1.5mmのベークライト平板に直径100mmの
穴を３個あけ，この裏に全面にポリエステルフィルムを
接着積層し，フィルム面をキャリアプレートに接着剤で
装着した。

これらの穴（リセス）には，厚さ0.6mmの湿域凝固法に
よるマイクロフォームウレタンシート（バッキング材）
にポリエステルフィルムを予め積層し，外径99mmの円形
にカットして，穴の中に水を滴下しフィルム面を先頭に
して穴に入れ押圧し密着させ，さらにシーズニング材と
して厚さ1.5mmの塩化ビニルシートに新モース硬度13,平
均粒径20μｍの炭化珪素を密度25万個/cm²で幅4mm,深さ
0.25mmの放射状に電着したものをバッキング材に水で密
着させた。

このような状態で，下定盤に研磨パッドを載置し，該研
磨パッドを180r.p.m.で回転させ，該研磨パッドにシー
ズニング材を200g/cm²の圧力にて押圧しつつ，コロイダ
ルシリカ希釈液をシーズニング材と研磨パッドとの間に
流通させながら10秒間シーズニングした。

シーズニングされた研磨パッドは厚みのバラツキが10μ
ｍであり，平滑性に優れていた。この研磨パッドを用い
て，シリコンウェーハを，半導体ウェーハ研磨機にて研
磨した。得られた，ウェーハを洗浄乾燥後，その平面精
度を測定したところ,TTV値が2.8μｍと良好であり，表
面品位も良好であった。

実施例３ 厚さ2mmのポリエステル製の外径125mmの円形板に直径11
0mmの穴（リセス）をあけてリング状ホルダーを３個作
りキャリアプレートに接着剤で適当な間隔をあけて装着
した。

シーズニング材は厚さ5mmの円形状ステンレスプレー
ト，直径108mmのものに新モース硬度12,平均粒径10μm,
密度100万個/cm²で結晶アルミナ，巾1mm,深さ3mmの格子
状の溝がつくようにして電着固定したものを選び，シー
ズニング材の裏面の平坦面に厚さ0.6mmのバッキング材
を予め接着したものを３個作った。これを３個のホルダ
ーそれぞれの中にグリセリンを介して押圧し密着せしめ
た。

実施例２と同様に，研磨パッド回転60r.p.m,キャリアプ
レート回転50r.p.m,シーズニング材押圧150g/cm²,コロ
イダル希釈液で15秒間シーズニングした。結果，ウェー
ハ研磨後のウェーハの平面精度はTTV値2.5μｍで表面品
位は良好であった。

実施例４ キャリアプレート面に直径100mm,深さ2mmの凹みを３ケ
所設け，これらのそれぞれの凹みの底部平坦面に吸引細
孔を設けて，キャリヤ内部から減圧吸引できるキャリヤ
を作り，減圧減に接続した。

シーズニング材にポリメチルメタクリレート3mm厚板に
ダイヤモンドを平均粒径15μm,密度一万個/cm²で電着し
たものを使用し，その裏面の平坦面に実施例２のミクロ
フォームウレタシートを予め接着積層した径98mmのもの
を，キャリアプレートの凹みに入れ，水柱30mmで吸引密
着した。

実施例１と同様にシーズニング材を行い，表面品位良好
でTTV値3.0μｍの平面精度の結果を得た。

（発明の効果） 本発明のシーズニング装置は，このように，シーズニン
グ材を，バッキング材を介してキャリヤプレートに装着
する構成であるため，シーズニング材のキャリヤプレー
トからの取替えが容易に行なえる。キャリヤプレートが
研磨パッドに対して，相対的に回転する際に，シーズニ
ング材は，バッキング材に対して回転することになり，
シーズニング効率が向上する。更に，これらの取替え容
易化やシーズニング効率の向上に加えて、シーズニング
材が新モース硬度が12以上の粒子を電着により固定され
たものであるので、短時間にて研磨パッド表面をシーズ
ニングできる。また，シーズニング時には，バッキング
材が緩衝材として機能するため，圧力調節等が容易に行
なえる。シーズニング材の先端の面出しが多少異なって
もこれらの機能によって，手間なく精度よく研磨でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図はそれぞれ本発明の一例を示すシーズニ
ング装置の要部断面図である。 10……キャリヤ,11……キャリヤプレート,20……バッキ
ング材,30……シーズニング材,50,60……ホルダー。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シーズニングすべき研磨パッドに対して相
   対的に回転するキャリヤプレートと， 平坦面を有する基体の該平坦面に，新モース硬度が12以
   上の粒子を電着により固定してなり，前期キャリヤプレ
   ートの回転中心から偏位した位置に装着される研磨パッ
   ド用のシーズニング材と， 該シーズニング材の基体と前記キャリヤプレートとの間
   に介装された，ミクロポーラス状に発泡された高分子体
   であるパッキング材と， を具備する研磨パッド用シーズニング装置。
2. 【請求項２】前記バッキング材が，シーズニング材と予
   め積層一体化されてなる特許請求の範囲第１項に記載の
   研磨パッド用シーズニング装置。