JP2000042901A - 研磨布およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】周辺部と中心部で研磨量の差が生じることがな
く、長寿命で研磨剤の効率的使用が可能な研磨布および
その製造方法を提供する。 【解決手段】規則的に配列された長気孔２を多数有する
発泡ウレタン部材３よりなる研磨布１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は化学的機械研磨等に
使用される研磨布およびその製造方法に係わり、特に研
磨効率がよく長寿命化を実現した研磨布およびその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超高平坦度、高純度化が要求される大口
径の３００ｍｍ半導体ウェーハの表面研磨には化学的機
械研磨（ＣＭＰ＝Chemical and Mechanical Polishin
g）またはメカノケミカルポリッシング（以下代表して
ＣＭＰという）が不可欠である。このＣＭＰは研磨液に
化学的に被研磨材をエッチングする能力を持たせ研磨を
行うと同時に、研磨液に含まれる粒子により機械的に被
研磨材を研磨する方法である。

【０００３】ＣＭＰのために従来一般に用いられる研磨
装置２０は図９に示すように冷却水ｃの水路２１を有す
る定盤２２と、この定盤２２に取り付けられたウレタン
製の研磨布２３を有し、一方研磨布２３には被研磨部材
である半導体ウェーハＷが押圧接触される。この半導体
ウェーハＷはワックス２４によりマウントプレート２５
に着脱自在に固定され、このマウントプレート２５は前
記定盤２２の方向に加圧され、かつ可変的に回転するヘ
ッド２６に取り付けられている。

【０００４】また、前記研磨布２３に研磨剤２７を常時
供給するための供給管２８が設けられている。上述のよ
うな研磨装置２０を用いたＣＭＰによる半導体ウェーハ
Ｗの研磨工程において、マウントプレート２５と定盤２
２が共に回転し、マウントプレート２５が降下し、半導
体ウェーハＷの表面を定盤２２上の研磨布２３に接触さ
せ加圧することにより行われる。この研磨工程において
は半導体ウェーハＷの表面状態を考慮し化学的研磨のエ
ッチング量と機械的研磨の加圧のバランスを最適化する
ことが重要であり、化学的研磨の研磨量は研磨液の種
類、ｐＨ、組成等の条件によって決定され、また機械的
研磨の研磨量は研磨剤に含まれる粒子の種類や濃度、研
磨布、圧力、回転速度、回転方向等の条件によって決定
される。

【０００５】しかし、このような条件の設定において、
研磨布２３の中央部２３ｃに研磨剤２７が溜まり易く、
同一の半導体ウェーハＷ内または半導体ウェーハＷ間で
研磨量にバラツキを生じる問題点があった。

【０００６】また、ウレタン製の研磨布２３は発泡構造
により研磨剤を保持して研磨を行っているが、研磨剤２
７の保持能力にも限界があり、研磨によって生じた反応
生成物の置換も容易でなく、結果として研磨量の不足、
研磨布の目詰まり発生による研磨布の寿命の短縮等の問
題があった。

【０００７】そこで、上述の問題点を解決するために、
特開平７−３２１０７６号公報には図１０に示すような
研磨布３０が開示され、この研磨布３０は、厚さ数ｍｍ
のウレタン基材３１の表面に厚さ１ｍｍ程度の扇状のウ
レタン製の研磨パッド３２を貼付し、各研磨パッド３２
間に多数研磨剤２７の流路用溝３３を放射状に形成して
いる。研磨剤２７は定盤２２の回転により生じる遠心力
によって定盤２２の中心部３０ｃより流路用溝３３を通
って周辺部３０ｐに流れるため、研磨布３０の中心部３
０ｃに研磨剤２７が多く溜まることなく、効率的に研磨
剤２７を周辺部３０ｐにも供給して、周辺部３０ｐと中
心部３０ｃでの研磨量の差が生じるという問題を解決し
ている。

【０００８】さらに、上述の特開平７−３２１０７６号
公報は研磨布２３の周辺部と中心部２３ｃでの研磨量の
差が生じるという問題を解決するため、図１１に示すよ
うに流路用溝３６を一定方向に湾曲した放射状を形成す
るようにウレタン基材３７の表面に研磨パッド３８を多
数貼付した研磨布３５を開示し、さらに図１０および図
１１の研磨布３０、３５において、ウレタン基材３１、
３７と研磨パッド３２，３８を一体に形成されたものが
開示されている。

【０００９】この開示の研磨布３０、３５は、周辺部３
０ｐ、３５ｐと中心部３０ｃ、３５ｃでの研磨量の差が
生じるという問題の解決は可能であるが、研磨布３０、
３５の表面に流路用溝３３、３６が形成されるため、研
磨工程中に流路用溝３３、３６の周縁部から破損が生じ
ることがあり、また流路用溝３３、３６を通って研磨剤
２７が多量に研磨布３０、３６の周辺部３０ｐ、３６ｐ
に流れるので、研磨剤２７を大量に使用し不経済であっ
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
を考慮してなされたもので、周辺部と中心部で研磨量の
差が生じることがなく、長寿命で研磨剤の効率的使用が
可能な研磨布およびその製造方法を提供することを目的
としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に成された本発明は、規則的に配列された長気孔を多数
有する発泡ウレタン部材よりなることを特徴とする研磨
布であることを要旨としている。

【００１２】本願請求項２の発明では上記長気孔は放射
状に配列されたことを特徴とする請求項１に記載の研磨
布であることを要旨としている。

【００１３】本願請求項３の発明では上記長気孔は研磨
布の回転方向と反対方向に湾曲した放射状に配列された
ことを特徴とする請求項１に記載の研磨布であることを
要旨としている。

【００１４】本願請求項４の発明では上記発泡ウレタン
部材は複数枚積層されたことを特徴とする請求項１ない
し３のいずれか１項に記載の研磨布であることを要旨と
している。

【００１５】本願請求項５の発明では上記長気孔の方向
性をずらして発泡ウレタン部材は複数枚積層されたこと
を特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の
研磨布であることを要旨としている。

【００１６】本願請求項６の発明では上記長気孔が一方
方向に直線的に配列された発泡ウレタンは長気孔の方向
性をずらして積層されたこと特徴とする請求項１に記載
の研磨布であることを要旨としている。

【００１７】本願請求項７の発明は発泡ウレタンの発泡
型を用意する工程と、この発泡型に発泡ウレタン原料を
供給する工程と、前記発泡ウレタン原料の発泡時発泡ウ
レタン原料に遠心力をかける工程と、発泡が完了した発
泡ウレタン部材をスライスする工程とを有することを特
徴とする研磨布の製造方法であることを要旨としてい
る。

【００１８】本願請求項８の発明は発泡ウレタン原料を
発泡させてウレタンシートにする工程と、この発泡ウレ
タンシートの発泡時、発泡ウレタンシートを直線方向に
引張り応力を加える工程と、この発泡ウレタンシートを
硬化させる工程と、この硬化した発泡ウレタンシートを
研磨布の大きさの打ち抜く工程とを有することを特徴と
する研磨布の製造方法であることを要旨としている。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる研磨布およ
びその製造方法の第１の実施の形態について図面を参照
して説明する。

【００２０】図１および図２に示すように研磨布、例え
ば化学的機械研磨用研磨布１は、ディスク形状をなし例
えば厚さｔが５ｍｍで、硬質の発泡ウレタン部材３より
なり、規則的に配列例えば放射状に配列された平面視長
円形状の長気孔２を多数備えている。

【００２１】次に化学的機械研磨用研磨布１の製造方法
を図３に従い説明する。

【００２２】モータ駆動の回転軸４に設けられた円筒形
状で栓体５を有する割型の発泡型６に発泡ウレタン原液
Ｍを供給し、加熱発泡させる。発泡が開始すると同時に
モータ駆動により回転軸４を介して発泡型６を回転させ
て、発泡ウレタン原液Ｍに遠心力を働かせて、発泡ウレ
タン部材３に発生する長気孔２を長くかつ放射状に成長
させる。放冷後、発泡型５を分割して発泡ウレタン部材
３を取り出して、スライスし、研磨布１形状に成形して
研磨面に平行な方向性を持って放射状に配列された長気
孔２を多数有する研磨布１を得る。

【００２３】なお、研磨布１は厚さ１ｍｍ程度の発泡ウ
レタン部材（ウレタンパッド）を数ｍｍ程度のウレタン
基材に貼付して一体に形成してもよい。

【００２４】図９に示すような研磨装置２０に本発明に
係わる研磨布１を使用して、ＣＭＰによる半導体ウェー
ハＷの研磨について説明する。

【００２５】研磨装置２０の冷却水Ｗの水路２１を有す
る定盤２２に研磨布１を取付け、この研磨布１に半導体
ウェーハＷを押圧接触させる。この半導体ウェーハＷは
ワックス２４によりマウントプレート２５に着脱自在に
固定され、このマウントプレート２５は前記定盤２２の
方向に加圧され、かつ可変的に回転するヘッド２６に取
り付けられている。

【００２６】前記研磨布１には供給管２８から研磨剤２
７が常時供給され、半導体ウェーハＷは研磨剤２７によ
る化学的研磨と研磨剤に含まれる粒子による機械的研磨
によりＣＭＰ研磨されるが、研磨布１には図４に示すよ
うに研磨剤２７の保持に寄与するに長気孔２が研磨面に
平行な方向性を持って放射状に水平方向に広がり多数配
列されているので、研磨剤の横方向（半径方向）の流れ
を促進し、従来のように研磨布に別個に流路用溝を形成
することなく、研磨剤の供給と反応生成物の置換が効率
よく行うことができて最適条件下で効率よく研磨を行う
ことができ、また研磨布の目詰まりを防止できる。

【００２７】さらに、別個に設けた流路用溝が不要であ
り、研磨工程中に流路用溝の周縁部から破損を生じて研
磨布の寿命を縮めることもなく、また流路用溝を通って
研磨剤が多量に研磨布の周辺部に流れることもなく研磨
剤の有効活用が可能で経済的である。

【００２８】次に第２の実施の形態について説明する。

【００２９】図５に示すようなに化学的機械研磨用研磨
布１０は、ディスク形状をなし例えば厚さが２ｍｍで、
放射状に配列された長気孔１１を多数有する硬質の発泡
ウレタン部材（ウレタンパッド）１２が複数枚例えば３
枚積層されて構成されている。

【００３０】３枚の発泡ウレタンパッド１２ａ、１２
ｂ、１２ｃの長気孔１１ａ、１１ｂ、１１ｃはそれぞれ
異なる位置に存在しているので、積層時長気孔１１ａ、
１１ｂ、１１ｃの配列方向を必ずしもずらす必要はない
が、各々ずらすことによりより研磨剤の有効活用が期待
できる。

【００３１】この化学的機械研磨用研磨布１０は発泡ウ
レタンパッド１２を積層することにより、各層の発泡ウ
レタンパッド１２の長気孔１１が連通し、研磨剤１３の
流れが半径方向のみならず深さ方向にも確保され、すな
わち平面的でなく立体的に確保されるので確保量が増大
し、単純な発泡ウレタン製の研磨布では限界のあった研
磨剤の置換効率を不織布張合せ形の研磨布並にし、かつ
不織布張合せ形の研磨布より安価な研磨布１が得られ
る。また、半導体ウェーハＷの高平坦度の実現化のため
の硬度を維持した研磨布の製造が可能である。

【００３２】さらに第３の実施の形態について説明す
る。

【００３３】図６に示すようなに化学的機械研磨用研磨
布１４は、デスク形状をなし例えば厚さが２ｍｍで、１
本の中心線と平行に配列された長気孔１５を多数有する
硬質の発泡ウレタン部材（ウレタンパッド）１６が複数
枚例えば３枚積層されて構成されている。この各層の発
泡ウレタンパッド１６ａ、１６ｂ、１６ｃの中心線は各
々１２０度の角度を有しており、各層の発泡ウレタンパ
ッド１６ａ、１６ｂ、１６ｃの長気孔１５ａ、１５ｂ、
１５ｃも各々１２０度の角度を有して配設されている。

【００３４】化学的機械研磨用研磨布１４の製造は、発
泡ウレタンシート１７の製造時、図７に示すようなに発
泡ウレタンシート１７の長手方向に引っ張り応力を加
え、冷却後ウレタンパッド１６の形状に合わせて打ち抜
く。このようにして製造されたウレタンパッド１６は一
枚では第１および第２の実施の形態の研磨剤の流れの促
進性に比べて、研磨剤の流れの促進性は劣るが、長気孔
の方向性をずらして、複数枚積層することで研磨剤の流
れの促進性を向上させることができると共に、研磨布を
安価に製造できる利点がある。

【００３５】また、第４の実施の形態について説明す
る。

【００３６】図８に示すように長気孔１８の方向性を化
学的機械研磨用研磨布１９の回転方向と反対方向に湾曲
した放射状に配列する。研磨剤の保持に寄与するに長気
孔１９が研磨面に平行な方向性を持って放射状に水平方
向に広がり多数配列されているので、研磨剤を遠心力の
方向性を利用してより効果的に横方向に流し、研磨剤の
供給と反応生成物の置換を効率よく行うことができて最
適条件下で効率よく研磨を行うことができ、また研磨布
の目詰まりを防止できる。

【００３７】

【発明の効果】本発明に係わる研磨布およびその製造方
法は、規則的に配列された長気孔を多数有する発泡ウレ
タン部材よりなる研磨布を用いることで、半導体ウェー
ハの周辺部と中心部で研磨量の差が生じることがなく、
長寿命で研磨剤の効率的使用が可能な研磨布およびその
製造方法を提供する。

【００３８】また、長気孔は放射状に配列されているの
で、より効果的に研磨剤の横方向の流れを促進し、研磨
剤の供給と反応生成物の置換が効率よく行うことができ
て最適条件下で効率よく研磨を行うことができ、また研
磨布の目詰まりを防止できる。

【００３９】さらに、長気孔は研磨布の回転方向と反対
方向に湾曲した放射状に配列されているので、研磨剤を
遠心力の方向性を利用してより効果的に横方向に流し、
研磨剤の供給と反応生成物の置換を効率よく行うことが
できて最適条件下で効率よく研磨を行うことができ、ま
た研磨布の目詰まりを防止できる。

【００４０】また、研磨布は長気孔が一方方向に直線的
に配列された複数枚の発泡ウレタン部材を長気孔の方向
をずらして積層して形成したので、研磨剤に流れの促進
性を向上させることができると共に、研磨布を安価に製
造できる利点がある。

【００４１】さらに、発泡ウレタン部材は複数枚積層さ
れたので、研磨剤は研磨布に平面的でなく立体的に確保
されるので確保量が増大し、単純な発泡ウレタン製の研
磨布では限界のあった研磨剤の置換効率を不織布張合せ
形の研磨布並し、かつ不織布張合せ形の研磨布より安価
な研磨布が得られる。

【００４２】また、半導体ウェーハの高平坦度の実現可
能のための硬度を維持した研磨布の作製が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる研磨布の第１の実施の形態を示
す平面図。

【図２】図１の本発明に係わる研磨布の第１の実施の形
態の断面図。

【図３】図１の本発明に係わる研磨布の第１の実施の形
態の製造方法を示す説明図。

【図４】図１の本発明に係わる研磨布の第１の実施の形
態の使用時の状態を示す説明図。

【図５】本発明に係わる研磨布の第２の実施の形態の使
用時の状態を示す説明図。

【図６】本発明に係わる研磨布の第３の実施の形態の一
部を切欠した平面図。

【図７】図６の本発明に係わる研磨布の第３の実施の形
態の製造方法を示す説明図。

【図８】本発明に係わる研磨布の第４の実施の形態の断
面図。

【図９】一般に用いられている研磨装置の説明図。

【図１０】従来の研磨布の一部を切欠した平面図。

【図１１】従来の他の研磨布の一部を切欠した平面図。

【符号の説明】

１ 研磨布（化学的機械研磨用研磨布） ２ 長気孔 ３ ウレタン部材 ４ 回転軸 ５ 栓体 ６ 発泡型 １０ 研磨布（化学的機械研磨用研磨布） １１ 長気孔 １２ 発泡ウレタン部材（ウレタンパッド） １３ 研磨剤 １４ 研磨布（化学的機械研磨用研磨布） １５ 長気孔 １６ 発泡ウレタン部材（ウレタンパッド） １７ 発泡ウレタンシート １８ 長気孔 １９ 研磨布（化学的機械研磨用研磨布）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 規則的に配列された長気孔を多数有する
   発泡ウレタン部材よりなることを特徴とする研磨布。
2. 【請求項２】 上記長気孔は放射状に配列されたことを
   特徴とする請求項１に記載の研磨布。
3. 【請求項３】 上記長気孔は研磨布の回転方向と反対方
   向に湾曲した放射状に配列されたことを特徴とする請求
   項１に記載の研磨布。
4. 【請求項４】 上記発泡ウレタン部材は複数枚積層され
   たことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に
   記載の研磨布。
5. 【請求項５】 上記長気孔の方向性をずらして発泡ウレ
   タン部材は複数枚積層されたことを特徴とする請求項１
   ないし４のいずれか１項に記載の研磨布。
6. 【請求項６】 上記長気孔が一方方向に直線的に配列さ
   れた発泡ウレタンは長気孔の方向性をずらして積層され
   たこと特徴とする請求項１に記載の研磨布。
7. 【請求項７】 発泡ウレタンの発泡型を用意する工程
   と、この発泡型に発泡ウレタン原料を供給する工程と、
   前記発泡ウレタン原料の発泡時発泡ウレタン原料に遠心
   力をかける工程と、発泡が完了した発泡ウレタン部材を
   スライスする工程とを有することを特徴とする研磨布の
   製造方法。
8. 【請求項８】 発泡ウレタン原料を発泡させてウレタン
   シートにする工程と、この発泡ウレタンシートの発泡
   時、発泡ウレタンシートを直線方向に引張り応力を加え
   る工程と、この発泡ウレタンシートを硬化させる工程
   と、この硬化した発泡ウレタンシートを研磨布の大きさ
   の打ち抜く工程とを有することを特徴とする研磨布の製
   造方法。