JPH11277408A

JPH11277408A - 半導体ウエーハの鏡面研磨用研磨布、鏡面研磨方法ならびに鏡面研磨装置

Info

Publication number: JPH11277408A
Application number: JP25941198A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Masumura; 寿桝村; Makoto Kobayashi; 誠小林; Teruaki Fukami; 輝明深見; Tsutomu Takaku; 勉高久; Mamoru Okada; 守岡田
Original assignee: Mimasu Semiconductor Industry Co Ltd; Shin Etsu Handotai Co Ltd; Nagano Electronics Industrial Co Ltd; Naoetsu Electronics Co Ltd
Current assignee: Mimasu Semiconductor Industry Co Ltd; Shin Etsu Handotai Co Ltd; Nagano Electronics Industrial Co Ltd; Naoetsu Electronics Co Ltd
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 1999-10-12
Also published as: US6306021B1; US20020031990A1; MY129275A

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨時に発生する水平方向の力によって発生
する下層のゴム弾性体層のうねりが表層研磨布へ伝播す
ることを抑制し、かつウエーハ自体の反りやうねりに起
因する研磨代の不均一性を緩和する作用を有する鏡面研
磨用並びに仕上げ研磨用の鏡面研磨用研磨布と鏡面研磨
方法および鏡面研磨装置を提供する。【解決手段】研磨布を貼着した回転テーブルと研磨布
表面に研磨剤を供給する布段と半導体ウエーハを研磨布
表面に強制的に圧接させる手段を具備した研磨装布によ
り半導体ウエーハ表面を研磨する際に使用する研磨布に
おいて、多孔軟質布から成る表層とゴム弾性体から成る
下層との中間に、下層のゴム弾性体に接着布た硬質プラ
スチックシートを挿んで成る半導体ウエーハの鏡面研磨
用並びに仕上げ研磨用の鏡面研磨用研磨布、同研磨布を
使用して鏡面研磨する方法、同研磨布を装着した鏡面研
磨装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエーハの
鏡面研磨用研磨布およびこれを用いた鏡面研磨方法なら
びに鏡面研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイス工程において、半
導体ウエーハ上に素子を形成するために、酸化膜、金属
膜あるいはポリシリコン等の薄膜を層状に形成すること
が行われている。そして多層に配線して行くと層の表面
に凹凸が生じるため、その表面にさらに微細なパターン
を焼きつける際に、焦点（フォーカス）が合わないとい
う問題が生じる。この問題の解決策として、いわゆるＣ
ＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ）技術が提案さ
れている。ＣＭＰ技術では、膜厚分布を一定に保ち、膜
表面の微小な凹凸を除去するために、下層は半導体ウエ
ーハ自体の反りや大きなうねりによる研磨代の不均一性
を解消するためにゴム弾性体層とし、表層は半導体デバ
イス工程で生じた表面の凹凸を除去して平坦化するため
に硬質クロスとした二層構造の研磨布を提案している
（渡邊純二他、表面基準ポリシングにおけるパッド構
成、精密工学会春季学術講演会論文集183(1997) ）。

【０００３】また、半導体デバイス用鏡面研磨ウエーハ
を製造する場合も、所望の平坦度や面粗さを得る目的で
鏡面研磨が行われている。従来の研磨では、所望の平坦
度を得る目的で半導体ウエーハの片面を硬質な単層研磨
布を用いた粗研磨ならびに所定の面粗さを得る目的で軟
質な単層研磨布を用いた仕上げ研磨が行われていた。

【０００４】通常、鏡面研磨は１段または多段で行われ
ているが、最終の仕上げ研磨ではポリエステルフェルト
にポリウレタンを含浸させたシート等を用いた基材にポ
リウレタンを積層し、ポリウレタン内に発泡層を成長さ
せ、表面部位を除去して発泡層に毛羽状の開口部を設け
た研磨布（以下、スエードタイプの研磨布ということが
ある）が用いられており、このスエードタイプ研磨布を
用いて、半導体ウエーハ表面を数〜数百ｎｍ程度除去す
れば、数〜数十ｎｍの周期を有する面粗さ（以後、ヘイ
ズとよぶことがある）を充分に改善することができる。

【０００５】一方、近年半導体デバイスの高集積化に伴
い、従来の半導体鏡面ウエーハの研磨方法では、最先端
の半導体デバイス製造のために必要な平坦度の仕様を満
足することが難しくなってきている。そこで、両面研磨
や平面研削等の高平坦化加工を行って得られた平坦度を
最終の仕上げ研磨終了時まで維持する必要が生じてい
る。

【０００６】また、これまで仕上げ研磨が目的とする面
粗さの改善は、上記のように僅かな研磨代で達成できる
ため、仕上げ研磨による平坦度の悪化は無視できると考
えられていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】通常、均一な研磨代を
得る研磨方法として前記したＣＭＰ技術があるが、ＣＭ
Ｐ技術で用いられているような表層を硬質とした二層研
磨布を用いた場合は、その表面粗さが粗くなってしま
う。特に仕上げ研磨の場合は、仕上げ研磨の目的である
ヘイズレベルの改善が不可能になる。また、表層を従来
仕上げ研磨に用いられてスエードタイプ研磨布で構成し
た二層研磨布にすると、研磨時に発生する水平方向の力
の作用により、下層のゴム弾性体層にうねりが発生し、
そのうねりが表層研磨布へ伝播し、ウエーハを研磨した
時に研磨代の不均一性が発生するという問題が生じる。
特にこれはウエーハのエッジ付近で大きくなる傾向があ
り、表層が従来の二層研磨布に用いられてきた表層より
も軟質であるために下層のうねりに対する追随性が良過
ぎるためにウエーハ外周部の研磨代の均一性が悪化し、
仕上げ研磨前後で平坦度が変化することになる。

【０００８】また、発明者が仕上げ研磨による平坦度の
変化を調査した結果、例えば、研磨代が少ない仕上げ研
磨後でも、平坦度が大幅に悪化し得るという知見を得
た。従って、平坦度を変化させない仕上げ研磨方法つま
り均一な研磨代が得られる研磨方法が必要になってき
た。

【０００９】そこで、本発明はこのような従来の問題点
に鑑みてなされたもので、研磨時に発生する水平方向の
力によって発生する下層のゴム弾性体層のうねりが表層
研磨布へ伝播することを抑制し、かつウエーハ自体の反
りやうねりに起因する研磨代の不均一性を緩和する作用
を有する鏡面研磨用研磨布と鏡面研磨方法および鏡面研
磨装置ならびに仕上げ研磨用の鏡面研磨用研磨布と鏡面
研磨方法および鏡面研磨装置を提供することを主たる目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の請求項１に記載した発明は、研磨布を貼着した
回転テーブルと研磨布表面に研磨剤を供給する手段と半
導体ウエーハを研磨布表面に強制的に圧接させる手段を
具備した研磨装置により半導体ウエーハ表面を研磨する
際に使用する研磨布において、多孔軟質体から成る表層
とゴム弾性体から成る下層との中間に、下層のゴム弾性
体に接着した硬質プラスチックシートを挿んで成ること
を特徴とする半導体ウエーハの鏡面研磨用研磨布であ
る。

【００１１】このように、研磨布の構成を、多孔軟質体
から成る表層、硬質プラスチックシートの中間層、ゴム
弾性体から成る下層の三層構造とすれば、研磨時に発生
する水平方向の力によって発生する下層のゴム弾性体層
のうねりが、中間層の硬質プラスチックシートの剛性に
よって表層へ伝播することが抑制され、かつウエーハ自
体の反りやうねりに起因する研磨代の不均一性も緩和さ
れて、所望の平坦度と表面粗さを有する半導体ウエーハ
を得ることが出来る。

【００１２】そしてこの場合、請求項２に記載したよう
に、硬質プラスチックシートの引張り強度が１ＭＰａ以
上であることが望ましく、その材質を、ポリエチレンテ
レフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド、ポリエチレンま
たはポリウレタンとするのが好ましく（請求項３）、そ
の厚さは、０．０２〜０．２ｍｍの範囲が良い（請求項
４）。

【００１３】このように、中間層の硬質プラスチックシ
ートの引張り強度が１ＭＰａ未満では剛性が足りないの
で１ＭＰａ以上の材質を選択することが望ましい。そし
て硬質プラスチックシートの材質を上記の中から選択す
れば、本発明で要求される物性値を満足することができ
る。また、硬質プラスチックシートの厚さが０．０２ｍ
ｍ未満では剛性が不足して下層で発生したうねりを吸収
出来ず共振するようになり、０．２ｍｍを超えると剛性
が強くなり過ぎて硬質プラスチックシート自体の反りや
うねりが研磨代の均一性に影響を及ぼすようになるの
で、０．０２〜０．２ｍｍの範囲が好ましい。

【００１４】本発明の請求項５に記載した発明は、多孔
軟質体から成る表層の硬度を、アスカーＣ硬度で８０以
下とし、ゴム弾性体から成る下層の硬度を、アスカーＣ
硬度で１５〜４０であることとした（請求項６）。この
ようにすると、三層構造とした研磨布の特性が充分発揮
され、所望の平坦度と表面粗さを持った鏡面ウエーハに
仕上げることができる。表層のアスカーＣ硬度が８０を
超えると表面粗さが粗くなり好ましくないので８０以下
とするのがよい。下層のアスカーＣ硬度が１５未満では
柔らか過ぎてうねりが大きくなってしまい、４０を超え
ると硬くなり過ぎて下層自体の反りやうねりが研磨代の
均一性に影響を及ぼすようになるので、１５〜４０の範
囲にするのが良い。

【００１５】次に、本発明の請求項７に記載した発明
は、研磨布を貼着した回転テーブルと研磨布表面に研磨
剤を供給する手段と半導体ウエーハを研磨布表面に強制
的に圧接させる手段を具備した研磨装置により半導体ウ
エーハ表面を仕上げ研磨する際に使用する多層研磨布に
おいて、スエードタイプ研磨布から成る表層とゴム弾性
体から成る下層との中間に、下層のゴム弾性体に接着し
た硬質プラスチックシートを挿んで成ることを特徴とす
る半導体ウエーハの鏡面研磨用研磨布である。

【００１６】このように、仕上げ研磨用の多層研磨布の
構成を、スエードタイプ研磨布から成る表層、硬質プラ
スチックシートの中間層、ゴム弾性体から成る下層の三
層構造とすれば、仕上げ研磨時に発生する水平方向の力
によって発生する下層のゴム弾性体層のうねりが、中間
層の硬質プラスチックシートの剛性によって表層へ伝播
することが抑制され、かつウエーハ自体の反りやうねり
に起因する研磨代の不均一性も緩和されて、所望の平坦
度とヘイズレベルが良好な面を有する半導体ウエーハを
得ることができる。

【００１７】そしてこの仕上げ研磨の場合、請求項８に
記載したように、硬質プラスチックシートの厚さは、
０．１〜０．４ｍｍの範囲が好ましい。仕上げ研磨にお
いて、硬質プラスチックシートの厚さをこのような範囲
とすると、適度な剛性を有するものとなるので、下層の
ゴム弾性体で発生したうねりを十分吸収して共振するこ
とはなく、また、硬質プラスチックシート自体の反りや
うねりが研磨代の均一性に影響を及ぼすこともなくな
る。

【００１８】また、この場合、請求項９に記載したよう
に、ゴム弾性体から成る下層の硬度を、アスカーＣ硬度
で２０〜６０とすることができる。仕上げ研磨におい
て、下層のゴム弾性体の硬度をこのような範囲にする
と、柔らか過ぎないのでうねりが大きくなることもな
く、また、硬くなり過ぎないので下層自体の反りやうね
りが研磨代の均一性に影響を及ぼすこともない。

【００１９】そして、本発明の請求項１０に記載した発
明は、前記スエードタイプ研磨布から成る表層のナップ
層の厚さを４００〜８００μｍとすることができる。こ
のナップ層とは、発泡層を成長させ、表面部位を除去
し、発泡層に開口部を設けたスエードタイプ研磨布の表
層部分の事である。仕上げ研磨において、表層のナップ
層の厚さをこのような範囲にすれば、開口部の発泡径が
小さくなってヘイズレベルが向上すると共に、ウエーハ
と研磨布との摩擦抵抗が減少してゴム弾性体より成る下
層のうねりが小さくなり、硬質プラスチックシートによ
る表層へのうねりの伝播を抑制することができる。

【００２０】次いで、本発明の請求項１１に記載した発
明は、前記請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記
載の半導体ウエーハの鏡面研磨用研磨布を使用して半導
体ウエーハを鏡面研磨することを特徴とする半導体ウエ
ーハの鏡面研磨方法である。この方法によれば、研磨時
に発生する水平方向の力による下層のうねりが中間層で
吸収され消滅するので表層に伝播することは殆どなくな
り、その結果、研磨代の均一性が向上し、表面粗さが改
善される。

【００２１】そして、本発明の請求項１２に記載した発
明は、前記請求項７ないし請求項１０のいずれか１項に
記載の半導体ウエーハの鏡面研磨用研磨布を使用して半
導体ウエーハを仕上げ研磨することを特徴とする半導体
ウエーハの鏡面研磨方法である。この方法によれば、仕
上げ研磨において、研磨代の均一性を損なうことなく、
単層研磨布使用時と同等のヘイズレベルを得ることがで
きる。

【００２２】さらに、本発明の請求項１３に記載した発
明は、研磨布を貼着した回転テーブルと研磨布表面に研
磨剤を供給する手段と半導体ウエーハを研磨布表面に強
制的に圧接させる手段を具備した研磨装置において、該
回転テーブルが、その表面に前記請求項１ないし請求項
６のいずれか１項に記載した半導体ウエーハの鏡面研磨
用研磨布を貼着したものであることを特徴とする半導体
ウエーハの鏡面研磨装置である。

【００２３】このように、本発明の三層構造の研磨布を
回転テーブルに貼着した鏡面研磨装置とすれば、研磨時
に発生する水平方向の力によって発生する下層のゴム弾
性体層のうねりが、中間層の硬質プラスチックシートの
剛性によって表層へ伝播することが抑制され、かつウエ
ーハ自体の反りやうねりに起因する研磨代の不均一性も
緩和されて、所望の平坦度と表面粗さを有する半導体ウ
エーハを得ることが出来る装置となる。そして近年のデ
バイス工程における高集積化にも充分対応し得るので、
デバイスの生産性の向上と歩留りを著しく改善すること
ができる。

【００２４】そして、本発明の請求項１４に記載した発
明は、研磨布を貼着した回転テーブルと研磨布表面に研
磨剤を供給する手段と半導体ウエーハを研磨布表面に強
制的に圧接させる手段を具備した研磨装置において、該
回転テーブルが、その表面に前記請求項７ないし請求項
１０のいずれか１項に記載した鏡面研磨用研磨布を貼着
したものであることを特徴とする半導体ウエーハの鏡面
研磨装置である。

【００２５】このように、本発明の三層構造の仕上げ研
磨布を回転テーブルに貼着した鏡面研磨装置とすれば、
特に仕上げ研磨時に発生する水平方向の力によって発生
する下層のゴム弾性体層のうねりが、中間層の硬質プラ
スチックシートの剛性によって表層へ伝播することが抑
制され、かつウエーハ自体の反りやうねりに起因する研
磨代の不均一性も緩和されて、所望の平坦度とヘイズレ
ベルを有する半導体ウエーハを得ることが出来る装置と
なる。そして近年のデバイス工程における高集積化にも
充分対応し得るので、デバイスの生産性の向上と歩留り
を著しく改善することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。本
発明者らは、半導体ウエーハの鏡面研磨に際し、従来の
ＣＭＰ技術で使用されている二層構造の研磨布では、研
磨代の均一性がよくなく、表面粗さも満足し得る水準に
達しない場合があり、その原因を調査、究明した所、研
磨時に発生する水平方向の力によって下層のゴム弾性体
層にうねりが発生し、そのうねりが特にウエーハのエッ
ジ付近で大きくなり、それが表層研磨布へ伝播するため
であることが判った。

【００２７】そこで、研磨布の下層に発生するうねりの
防止対策として、研磨布の材質、構造を調査、検討した
結果、上記二層構造の研磨布の中間に硬質プラスチック
シートを挟み込むことで解決出来ることを見出し、諸条
件を見極めて本発明を完成させた。

【００２８】先ず、本発明の鏡面研磨用研磨布を使用す
る鏡面研磨装置を図面に基づいて説明する。ここで図１
は本発明の一例として片面研磨装置の構成概要を説明す
るための説明図である。本発明の片面研磨装置は、例え
ば半導体ウェーハの片面を研磨する装置として構成さ
れ、図１に示すように、研磨装置１０は、回転定盤１２
とウエーハホルダー１３と研磨剤供給装置１４から成っ
ている。回転定盤１２の上面には研磨布１６が貼付して
ある。回転定盤１２は回転軸１７により所定の回転速度
で回転される。

【００２９】そして、ウエーハホルダー１３は、真空吸
着等によりその下面にウエーハＷを保持し、回転シャフ
ト１８により回転されると同時に所定の荷重で研磨布１
６にウエーハＷを押しつける。研磨剤供給装置１４は所
定の流量で研磨剤１９を研磨布１６上に供給し、この研
磨剤１９がウエーハＷと研磨布１６の間に供給されるこ
とによりウエーハＷが研磨される。

【００３０】次に、本発明の三層構造の研磨布について
説明する。本研磨布は、例えば上記した片面研磨装置の
ように、少なくとも研磨布を貼着した回転テーブルと研
磨布表面に研磨剤を供給する手段と半導体ウエーハを研
磨布表面に強制的に圧接させる手段を具備した研磨装置
により半導体ウエーハ表面を研磨する際に使用する研磨
布であって、多孔軟質体から成る表層とゴム弾性体から
成る下層との中間に、下層のゴム弾性体に接着した硬質
プラスチックシートを挿んで構成されている。

【００３１】このように、研磨布の構成を、多孔軟質体
から成る表層、硬質プラスチックシートの中間層、ゴム
弾性体から成る下層の三層構造とすれば、研磨時に発生
する水平方向の力によって発生する下層のゴム弾性体層
のうねりが、中間層の硬質プラスチックシートの剛性に
よって表層へ伝播することが抑制され、かつウエーハ自
体の反りやうねりに起因する研磨代の不均一性も緩和さ
れて、所望の平坦度と表面粗さを有する半導体ウエーハ
を作製することができる。

【００３２】図２は本発明の三層構造研磨布の作用効果
を従来の二層構造研磨布と比較して表した説明図であ
る。（ａ）は本発明に係る三層構造研磨布２０の場合
で、中間層の硬質プラスチックシート２２の剛性によっ
て下層２３のゴム弾性体層のうねりを抑え、表層２１へ
の下層２３のうねりの伝播を抑制していることを表して
いる。（ｂ）は従来の二層構造研磨布２５の場合で、中
間層がなく、表層２１と下層２３の二層で構成されてお
り、ウエーハＷの突っ込み方向に対して下層２３にうね
りが発生し、そのうねりが直接表層２１へ伝播し、特に
ウエーハＷの外周で大きいことを表している。

【００３３】そしてこの優れた作用を発揮する本発明に
係る硬質プラスチックシートの材質としては、ＰＥＴ、
ポリイミド、ポリエチレンまたはポリウレタン等の比較
的硬質の部類に属するプラスチックを選択するのが望ま
しい。その厚さは、０．０２〜０．２ｍｍの範囲が良
く、０．０２ｍｍ未満では剛性が不足して下層で発生し
たうねりを吸収出来ず共振するようになり、０．２ｍｍ
を超えると剛性が強くなり過ぎて硬質プラスチックシー
ト自体の反りやうねりが研磨代の均一性に影響を及ぼす
ようになるので好ましくない。また、シートの引張り強
度が１ＭＰａ未満では剛性が足りないので１ＭＰａ以上
の材質を選択することが望ましい。

【００３４】三層研磨布を構成する多孔軟質体から成る
表層としては、通常、半導体ウエーハの鏡面研磨に使用
されている、不織布にウレタン樹脂を含浸させたベロア
型、発泡ポリウレタン層のスエード型人工皮革等が挙げ
られ、表面の硬度以外は特に限定するものではない。こ
の表層の硬度については、アスカーＣ硬度で８０以下と
するのが良く、８０を超えると表面粗さが粗くなるので
好ましくない。

【００３５】そして、三層研磨布を構成するゴム弾性体
から成る下層としては、発泡シリコーンゴム、発泡ウレ
タンゴム等、スポンジ状のゴム弾性体がよく、アスカー
Ｃ硬度で１５〜４０のものが望ましい。下層のアスカー
Ｃ硬度が１５未満では柔らか過ぎてうねりが大きくなっ
てしまい、４０を超えると硬くなり過ぎて下層自体の反
りやうねりが研磨代の均一性に影響を及ぼすようになる
ので、１５〜４０の範囲にするのが良い。

【００３６】以上説明したように、各層の材質、物性を
特定した材料で三層に構成すれば、鏡面研磨布としての
特性が充分発揮され、所望の平坦度と表面粗さを持った
鏡面ウエーハを得ることができる。

【００３７】次に鏡面研磨布の中でも最終仕上げ研磨に
適した仕上げ研磨用三層研磨布について説明する。これ
は上記鏡面研磨用三層研磨布の中でも、少ない研磨代で
平坦度の均一性を改善し、高いヘイズレベルを維持する
ことが可能とするものである。基本的な構成は上記鏡
面研磨用三層研磨布と殆ど変わらないが、以下、仕上げ
研磨に特有の改良点を述べる。

【００３８】仕上げ研磨に適用する表層としては、ポリ
エステルフェルトにポリウレタンを含浸させたシート等
を用いた基材にポリウレタンを積層し、ポリウレタン内
に発泡層を成長させ、表面部位を除去して発泡層に開口
部を設けた、いわゆるスエードタイプの研磨布を用い
た。

【００３９】このスエードタイプ表層の表面硬度は、ア
スカーＣ硬度で８０以下とするのが良く、こうすると長
周期の表面粗さが短周期のヘイズレベルよりも良くな
り、平坦度が大きく変化することもなくなる。また、開
口部となるナップ層の厚さは、４００〜８００μｍとす
るのが好ましい。このような範囲とすれば、発泡径が小
さくなってヘイズレベルが向上し、また、ウエーハと研
磨布との摩擦抵抗が減少してゴム弾性体よりなる下層の
うねりが小さくなり、硬質プラスチックシートによる表
層へのうねりの伝播を抑制することができる。

【００４０】中間層の硬質プラスチックシートの作用効
果は上記鏡面研磨用三層研磨布の場合と全く同じであ
り、この優れた作用を発揮する本発明に係る硬質プラス
チックシートの材質としては、ＰＥＴ、ポリイミド、ポ
リエチレンまたはポリウレタン等の比較的硬質の部類に
属するプラスチックを選択するのが望ましい。

【００４１】その厚さは、０．１〜０．４ｍｍとするの
がよい。仕上げ研磨では、硬質プラスチックシートの厚
さをこの範囲とすると、適度な剛性を有するものと成る
ので、下層のゴム弾性体で発生したうねりを十分吸収し
て共振することもなく、また、硬質プラスチックシート
自体の反りやうねりが仕上げ研磨の研磨代の均一性に影
響を及ぼすこともなくなる。また、シートの引張り強度
は、充分な剛性を確保するため１ＭＰａ以上の材質を選
択することが望ましい。

【００４２】そして、三層研磨布を構成するゴム弾性体
から成る下層としては、発泡シリコーンゴム、発泡ウレ
タンゴム等、スポンジ状のゴム弾性体がよく、アスカー
Ｃ硬度で２０〜６０のものが望ましい。下層のアスカー
Ｃ硬度をこの範囲にすると、柔らか過ぎないのでうねり
が大きくなることもなく、また、硬くなり過ぎないので
下層自体の反りやうねりが研磨代の均一性に影響を及ぼ
すこともなくなる。

【００４３】以上説明したように、各層の材質、物性を
特定した材料で三層に構成すれば、仕上げ研磨布として
の特性が充分発揮され、所望の平坦度とヘイズレベルを
持った鏡面ウエーハに仕上げることができる。このよう
に、仕上げ研磨において若干研磨布の物性を変更した方
がよいのは、仕上げ研磨では取り代が少ないと共に、研
磨圧力や研磨材の粗さ等研磨条件が異なるためであると
思われる。

【００４４】

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。こ
こで、表層および下層の硬度を表す、アスカーＣ硬度を
説明しておく。これは、ＪＩＳＫ６３０１に準拠し
たスプリング式硬さ試験機Ｃ形を用いて測定する方法
で、試験片表面に試験機の加圧面を接触させた時、加圧
面の中心の穴からバネ圧力で突き出ている押針がゴム面
によって押し戻される距離を硬さとして表している。Ｃ
形では５０００ｇの荷重で垂直に圧する。

【００４５】（実施例１）（１）三層構造研磨布：表層／ＳＵＢＡ４００（ロデー
ル・ニッタ（株）製商品名、不織布にウレタン樹脂を含
浸させたベロア型研磨布、アスカーＣ硬度＝７６）。下
層／ＳＥ−２００（サンポリマー（株）製商品名、発泡
シリコーンゴムシート［アスカーＣ硬度＝１６］）。中
間層／ＰＥＴシート（厚さ５０μｍ）。（２）研磨剤：コロイダルシリカ（粒径／数ｎｍ、シリ
カ濃度／２．５重量％、ｐＨ／１０．５）。（３）研磨条件：片面研磨、荷重／３００ｇ／ｃｍ² 、
研磨相対速度／５０ｍ／ｍｉｎ、研磨時間／１３分。（４）被研磨試料：シリコン単結晶ウエーハ（厚さ／７
３５μｍ）。

【００４６】上記（１）〜（４）の条件で、鏡面研磨を
実施し、研磨前と研磨後のウエーハ全面の厚さ分布を静
電容量式厚さ計にて測定し、ウエーハ面内の最大研磨代
と最小研磨代との差分（最大研磨代バラツキ）を平均研
磨代で割った研磨代の均一性を測定した。その結果、平
均研磨代１１μｍで、２．６％の研磨代均一性が得られ
た。また、研磨ウエーハの表面粗さ（マイクロラフネ
ス）を、光学干渉式表面粗さ計で測定したところ、Ｒｒ
ｍｓ（平均二乗粗さ）で０．２５ｎｍが得られた。ちな
みに、Ｒｒｍｓの目標値は０．３５ｎｍである。

【００４７】（実施例２）（１）三層構造研磨布：表層／ＳＵＢＡ４００（前出、
アスカーＣ硬度＝７６）。下層／ＳＥ−２００（前出、
アスカーＣ硬度＝２０、２５、４３の三水準）。中間層
／ＰＥＴシート（厚さ５０μｍ）。（２）研磨剤：コロイダルシリカ（前出）。（３）研磨条件：片面研磨、荷重／３００ｇ／ｃｍ² 、
研磨相対速度／５０ｍ／ｍｉｎ、研磨代／１０μｍ。（４）被研磨試料：シリコン単結晶ウエーハ（厚さ／７
３５μｍ）。

【００４８】上記（１）〜（４）の条件で、鏡面研磨を
実施し、研磨代の均一性を測定して次の結果を得た。下層のアスカーＣ硬度研磨代均一性（％）２０２．３２５１．８４３８．２（実施例１…… １６２．６）以上の結果、下層ゴム弾性体層のＣ硬度が１５〜４０の
範囲で、研磨代均一性が５％以下を達成することができ
ることが判る。

【００４９】（実施例３）（１）三層構造研磨布：表層／ＳＵＢＡ４００（前出、
アスカーＣ硬度＝７６）。下層／ＳＥ−２００（前出、
アスカーＣ硬度＝１６）。中間層／ポリイミドシート
（厚さ：０．０１２５、０．０５、０．１、０．３ｍｍ
の４水準）。（２）研磨剤：コロイダルシリカ（前出）。（３）研磨条件：片面研磨、荷重／３００ｇ／ｃｍ² 、
研磨相対速度／５０ｍ／ｍｉｎ、研磨代／１０μｍ。

【００５０】（４）被研磨試料：シリコン単結晶ウエー
ハ（厚さ／７３５μｍ）。上記（１）〜（４）の条件
で、鏡面研磨を実施し、研磨代の均一性を測定して次の
結果を得た。中間層の厚さ研磨代均一性（％）０．０１２５５．８０．０５２．４０．１３．６０．３７．６以上の結果、中間層の硬質プラスチックシートの厚さが
薄過ぎると中間層の効果がなくなって研磨代均一性は悪
くなり、厚くなり過ぎると下層のゴム弾性体層の効果が
なくなって研磨代均一性は悪化する傾向にある。従っ
て、中間層の厚さとしては、０．０２〜０．２ｍｍの範
囲が研磨代均一性が良好な値を示している。

【００５１】（実施例４）（１）三層構造研磨布：表層／ＳＵＢＡ４００（前出、アスカーＣ硬度＝７６）。下層／ＳＥ−２００（前出、アスカーＣ硬度＝１６）。中間層／下記４種類、ポリウレタンＢ（厚さ０．１ｍｍ、引張り強度２．５ＭＰａ）ポリウレタンＡ（厚さ０．１ｍｍ、引張り強度０．５ＭＰａ、低重合度品）ポリイミド（厚さ：０．１ｍｍ、引張り強度８２ＭＰａ）ＰＥＴ（厚さ：０．１ｍｍ、引張り強度１３５ＭＰａ）（２）研磨剤：コロイダルシリカ（前出）。（３）研磨条件：片面研磨、荷重／３００ｇ／ｃｍ² 、
研磨相対速度／５０ｍ／ｍｉｎ、研磨代／１０μｍ。（４）被研磨試料：シリコン単結晶ウエーハ（厚さ／７
３５μｍ）。

【００５２】上記（１）〜（４）の条件で、鏡面研磨を
実施し、研磨代の均一性を測定して次の結果を得た。中間層の材質・厚さ・引張り強度研磨代均一性（％）ポリウレタンＡ・０．１ｍｍ・０．５ＭＰａ６．５ポリウレタンＢ・０．１ｍｍ・２．５ＭＰａ４．５ポリイミド・０．１ｍｍ・８２ＭＰａ３．６ＰＥＴ・０．１ｍｍ・１３５ＭＰａ３．２以上の結果を考慮すると、中間層の硬質プラスチックシ
ートの引張り強度が１ＭＰａ以上あれば研磨代均一性は
５％以下となり良好である。

【００５３】（実施例５）（１）三層構造研磨布：表層／ＳＵＢＡ４００（アスカ
ーＣ硬度＝７６）、ＳＵＢＡ６００（アスカーＣ硬度＝
８５）。下層／ＳＥ−２００（前出、アスカーＣ硬度＝
１６）。中間層／ＰＥＴシート（厚さ５０μｍ）。（２）研磨剤、（３）研磨条件および（４）被研磨試料
は実施例１と同じ条件とした。その結果、平均研磨代９．２μｍで、研磨代の均一性を
測定して次の結果を得た。表層のアスカーＣ硬度研磨代均一性（％）７６２．６８５５．５以上の結果、表層のアスカーＣ硬度を８０以下にすれば
研磨代均一性は５％以下で良好である。

【００５４】（比較例１）（１）単層構造研磨布：ＳＵＢＡ４００（前出、アスカ
ーＣ硬度＝７６）のみとした。（２）研磨剤、（３）研磨条件および（４）被研磨試料
は実施例１と同じ条件とした。その結果、平均研磨代
５．２μｍで、研磨代均一性は３２．２％であった。

【００５５】（比較例２）（１）二層構造研磨布：実施例１の三層構造研磨布から
中間層である硬質プラスチックシートを除いた表層と下
層から成る二層構造研磨布とした。（２）研磨剤、（３）研磨条件および（４）被研磨試料
は実施例１と同じ条件とした。その結果、平均研磨代１
１μｍで、研磨代均一性は６．５％であった。

【００５６】以上の比較例からも明らかなように、多孔
軟質体から成る表層のみの単層研磨布や本発明の三層構
造研磨布から中間層の硬質プラスチックシートを除いた
二層構造研磨布で研磨すると、研磨代均一性は著しく悪
化する。

【００５７】（実施例６）（１）三層構造研磨布：表層／ＣＩＥＧＡＬ７３５５
（第一レース（株）製商品名、スエードタイプ研磨布、
アスカーＣ硬度＝７３）。下層／ＨＮ−４００（タイガ
ースポリマー（株）製商品名、発泡ニトリルゴムシート
［アスカーＣ硬度＝４３］）。中間層／ＰＥＴシート
（厚さ３００μｍ）。（２）研磨剤：コロイダルシリカ（粒径／数ｎｍ、シリ
カ濃度／０．５重量％、ｐＨ／９．５）。（３）研磨条件：片面研磨、荷重／２００ｇ／ｃｍ² 、
研磨相対速度／５０ｍ／ｍｉｎ、研磨時間／６分。（４）被研磨試料：シリコン単結晶ウエーハ（厚さ／７
３５μｍ）。

【００５８】上記（１）〜（４）の条件で、鏡面研磨を
実施し、研磨前と研磨後の平坦度の指標であるＧＢＩＲ
（ＧｒｏｂａｌＢａｃｋ−ｓｉｄｅＩｄｅａｌＲ
ａｎｇｅ）を比較した。ここで、ＧＢＩＲはウエーハ面
内の厚さのバラツキを示す指標であり、ＳＥＭＩ（Semi
conductor Equipment and Materials Institute ）規格
Ｍ１等で標準化されている。測定は、静電容量式厚さ計
を用いて行った。測定誤差はプラスマイナス０．０５μ
ｍ程度である。その結果、平均研磨代０．６μｍで、Ｇ
ＢＩＲの変化量は０．０３μｍであった。また研磨ウエ
ーハのヘイズレベルを光散乱式の粗さ計で測定したとこ
ろ、３７ｂｉｔが得られた。ちなみに、目標値は４０ｂ
ｉｔであり、ｂｉｔ値が小さい程ヘイズレベルが良好で
あることを示す。

【００５９】（実施例７）（１）三層構造研磨布：表層／ＣＩＥＧＡＬ７３５５
（前出、アスカーＣ硬度＝７３）。下層／ＨＮ−４００
（前出、アスカーＣ硬度＝１５、２５、６５の三水
準）。中間層／ＰＥＴシート（厚さ３００μｍ）。（２）研磨剤：コロイダルシリカ（前出）。（３）研磨条件：片面研磨、荷重／２００ｇ／ｃｍ² 、
研磨相対速度／５０ｍ／ｍｉｎ、研磨時間／６分間、研
磨代／０．６μｍ。（４）被研磨試料：シリコン単結晶ウエーハ（厚さ／７
３５μｍ）。

【００６０】上記（１）〜（４）の条件で、仕上げ研磨
を実施し、ＧＢＩＲの変化量を測定して次の結果を得
た。下層のアスカーＣ硬度ＧＢＩＲ変化量（μｍ）１５０．１３２５０．０２６５０．１６（実施例６……４３０．０３）以上の結果、下層ゴム弾性体層のＣ硬度が２０〜６０の
範囲で、ＧＢＩＲの変化量を測定誤差範囲内に抑えるこ
とができる。

【００６１】（実施例８）（１）三層構造仕上げ研磨布：表層／ＣＩＥＧＡＬ７
３５５（前出、アスカーＣ硬度＝７３）。下層／ＨＮ−
４００（前出、アスカーＣ硬度＝４３）。中間層／ＰＥ
Ｔシート（厚さ０．０５、０．１、０．３、０．５ｍｍ
の四水準）。（２）研磨剤：コロイダルシリカ（前出）。（３）研磨条件：片面研磨、荷重／２００ｇ／ｃｍ² 、
研磨相対速度／５０ｍ／ｍｉｎ、研磨時間／６分間、研
磨代／０．６μｍ。（４）被研磨試料：シリコン単結晶ウエーハ（厚さ／７
３５μｍ）。

【００６２】上記（１）〜（４）の条件で、仕上げ研磨
を実施し、ＧＢＩＲの変化量を測定して次の結果を得
た。中間層の厚さ（ｍｍ）ＧＢＩＲ変化量（μｍ）０．０５０．１４０．１０．０４０．３０．０３０．５０．１０以上の結果、中間層硬質プラスチックシートの厚さとし
ては、０．１〜０．４ｍｍの範囲で、ＧＢＩＲの変化量
を測定誤差範囲内に抑えることができる。

【００６３】（実施例９）（１）三層構造仕上げ研磨
布：表層／ＣＩＥＧＡＬ７３５５（前出、アスカーＣ
硬度＝７３）。下層／ＨＮ−４００（前出、アスカーＣ
硬度＝４３）。中間層／下記４種類、ポリウレタンＡ（厚さ０．３ｍｍ、引張り強度０．５ＭＰａ）ポリウレタンＢ（厚さ０．３ｍｍ、引張り強度３．０ＭＰａ）ポリイミド（厚さ：０．３ｍｍ、引張り強度９０ＭＰａ）ＰＥＴ（厚さ：０．３ｍｍ、引張り強度１６０ＭＰａ）（２）研磨剤：コロイダルシリカ（前出）。（３）研磨条件：片面研磨、荷重／２００ｇ／ｃｍ² 、
研磨相対速度／５０ｍ／ｍｉｎ、研磨時間／６分、研磨
代／０．６μｍ。（４）被研磨試料：シリコン単結晶ウエーハ（厚さ／７
３５μｍ）。

【００６４】上記（１）〜（４）の条件で、仕上げ研磨
を実施し、ＧＢＩＲの変化量を測定して次の結果を得
た。中間層の材質・厚さ・引張り強度ＧＢＩＲの変化量（μｍ）ポリウレタンＡ・０．３ｍｍ・０．５ＭＰａ０．１５ポリウレタンＢ・０．３ｍｍ・３．０ＭＰａ０．０４ポリイミド・０．３ｍｍ・９０ＭＰａ０．０３ＰＥＴ・０．３ｍｍ・１６０ＭＰａ０．０３以上の結果を考慮すると、中間層の硬質プラスチックシ
ートの引張り強度が１ＭＰａ以上あればＧＢＩＲの変化
量は測定誤差範囲内に抑えられる。

【００６５】（実施例１０）（１）三層構造仕上げ研磨布：表層／フェルト層へのウ
レタン含浸方法を変化させることにより２種類のアスカ
ーＣ硬度のスエードタイプ研磨布を作製した（アスカー
Ｃ硬度／７３、８５）。下層／ＨＮ−４００（前出、ア
スカーＣ硬度＝４３）。中間層／ＰＥＴシート（厚さ３
００μｍ）。（２）研磨剤、（３）研磨条件および（４）被研磨試料
は実施例７と同じ条件とした。

【００６６】上記（１）〜（４）の条件で、仕上げ研磨
を実施し、ＧＢＩＲの変化量を測定して次の結果を得
た。表層のアスカーＣ硬度ＧＢＩＲ変化量（μｍ）７３０．０３８５０．１２以上の結果、表層のアスカーＣ硬度を８０以下にすれば
ＧＢＩＲの変化量は測定誤差範囲内に抑えられる。

【００６７】（実施例１１）（１）三層構造仕上げ研磨布：表層／ナップ層の厚さを
変えた４種類の研磨布（アスカーＣ硬度＝７３、ナップ
層の厚さ／３５０、５００、７００、９００μｍ）。下
層／ＨＮ−４００（前出、アスカーＣ硬度＝４３）。中
間層／ＰＥＴシート（厚さ３００μｍ）。（２）研磨剤、（３）研磨条件および（４）被研磨試料
は実施例７と同じ条件とした。

【００６８】上記（１）〜（４）の条件で、仕上げ研磨
を実施し、ＧＢＩＲの変化量、ヘイズレベルを測定して
次の結果を得た。ナップ層の厚さヘイズレベル（Ｂｉｔ）ＧＢＩＲ変化量（μｍ）３５０４８０．０２５００３８０．０３７００３８０．０２９００３６０．１２以上の結果、表層のナップ層の厚さを４００〜８００μ
ｍとすれば、ヘイズレベルを悪化させることなく、ＧＢ
ＩＲの変化量は測定誤差範囲内に抑えられる。

【００６９】（比較例３）（１）単層構造仕上げ研磨布：ＣＩＥＧＡＬ（前出、ア
スカーＣ硬度＝７３）のみとした。（２）研磨剤、
（３）研磨条件および（４）被研磨試料は実施例１と同
じ条件とした。その結果、平均研磨代０．６μｍで、以
下の結果を得た。研磨布の構造ヘイズレベル（Ｂｉｔ）ＧＢＩＲ変化量（μｍ）単層仕上げ研磨布３８０．５１（三層構造仕上げ研磨布３８０．０３）

【００７０】（比較例４）（１）二層構造仕上げ研磨布：実施例６の三層構造研磨
布から中間層である硬質プラスチックシートを除いた表
層と下層から成る二層構造研磨布とした。（２）研磨
剤、（３）研磨条件および（４）被研磨試料は実施例６
と同じ条件とした。その結果、平均研磨代０．６μｍ
で、以下の結果を得た。研磨布の構造ヘイズレベル（Ｂｉｔ）ＧＢＩＲ変化量（μｍ）二層仕上げ研磨布３８０．１８（三層構造仕上げ研磨布３８０．０３）

【００７１】以上の比較例からも明らかなように、スエ
ードタイプ仕上げ研磨布から成る表層のみの単層研磨布
や本発明の三層構造研磨布から中間層の硬質プラスチッ
クシートを除いた二層構造仕上げ研磨布で仕上げ研磨す
ると、研磨代均一性は著しく悪化する。

【００７２】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００７３】例えば、本発明の実施の形態では、片面研
磨について説明しているが、両面研磨にも適応できるこ
とは言うまでもない。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鏡面研磨加工時に、水平方向の力による研磨布の下層の
ゴム弾性体層のうねりが表層研磨布へ伝播することを抑
制し、かつウエーハ自体の反りやうねりに起因する研磨
代の不均一性を改善し、優れた平坦度と面粗さの改善さ
れた鏡面が得られるので、デバイス工程における高集積
化にも充分対応させることができ、デバイス工程の生産
性と歩留りの向上を図ることが可能となる。特に最終仕
上げ研磨加工時に、少ない研磨代でヘイズレベルを維持
すると共に平坦度の均一性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鏡面研磨用研磨布を装着した片面研磨
装置の概略説明図である。

【図２】本発明の三層構造研磨布と従来の二層構造研磨
布の作用効果を比較した説明図である。（ａ）三層構造
研磨布、（ｂ）二層構造研磨布。

【符号の説明】

１０…片面研磨装置、１２…回転定盤、１３…ウエーハ
ホルダー、１４…研磨剤供給装置、１６…研磨布、１７
…回転軸、１８…回転シャフト、１９…研磨剤、２０…
三層構造研磨布、２１…表層、２２…硬質プラスチック
シート、２３…下層、２５…二層構造研磨布。Ｗ…ウェ
ーハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390004581 三益半導体工業株式会社群馬県群馬郡群馬町足門762番地 (72)発明者桝村寿福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地信越半導体株式会社半導体白河研究所内 (72)発明者小林誠福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地信越半導体株式会社半導体白河研究所内 (72)発明者深見輝明福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地信越半導体株式会社半導体白河研究所内 (72)発明者高久勉福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地信越半導体株式会社半導体白河研究所内 (72)発明者岡田守長野県更埴市大字屋代1393番地長野電子工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨布を貼着した回転テーブルと研磨布
表面に研磨剤を供給する手段と半導体ウエーハを研磨布
表面に強制的に圧接させる手段を具備した研磨装置によ
り半導体ウエーハ表面を研磨する際に使用する研磨布に
おいて、多孔軟質体から成る表層とゴム弾性体から成る
下層との中間に、下層のゴム弾性体に接着した硬質プラ
スチックシートを挿んで成ることを特徴とする半導体ウ
エーハの鏡面研磨用研磨布。
【請求項２】前記硬質プラスチックシートの引張り強
度が、１ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に
記載の半導体ウエーハの鏡面研磨用研磨布。
【請求項３】前記硬質プラスチックシートの材質が、
ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレ
ンまたはポリウレタンであることを特徴とする請求項１
または請求項２に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨用研
磨布。
【請求項４】前記硬質プラスチックシートの厚さが、
０．０２〜０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１
〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体ウエーハの鏡
面研磨用研磨布。
【請求項５】前記多孔軟質体から成る表層の硬度が、
アスカーＣ硬度で８０以下であることを特徴とする請求
項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体ウエーハ
の鏡面研磨用研磨布。
【請求項６】前記ゴム弾性体から成る下層の硬度が、
アスカーＣ硬度で１５〜４０であることを特徴とする請
求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体ウエー
ハの鏡面研磨用研磨布。
【請求項７】研磨布を貼着した回転テーブルと研磨布
表面に研磨剤を供給する手段と半導体ウエーハを研磨布
表面に強制的に圧接させる手段を具備した研磨装置によ
り半導体ウエーハ表面を仕上げ研磨する際に使用する多
層研磨布において、スエードタイプ研磨布から成る表層
とゴム弾性体から成る下層との中間に、下層のゴム弾性
体に接着した硬質プラスチックシートを挿んで成ること
を特徴とする半導体ウエーハの鏡面研磨用研磨布。
【請求項８】前記硬質プラスチックシートの厚さが、
０．１〜０．４ｍｍであることを特徴とする請求項７に
記載の半導体ウエーハの鏡面研磨用研磨布。
【請求項９】前記ゴム弾性体から成る下層の硬度が、
アスカーＣ硬度で２０〜６０であることを特徴とする請
求項７または請求項８に記載の半導体ウエーハの鏡面研
磨用研磨布。
【請求項１０】前記スエードタイプ研磨布から成る表
層のナップ層の厚さが４００〜８００μｍであることを
特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の
半導体ウエーハの鏡面研磨用研磨布。
【請求項１１】前記請求項１ないし請求項６のいずれ
か１項に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨用研磨布を使
用して半導体ウエーハを鏡面研磨することを特徴とする
半導体ウエーハの鏡面研磨方法。
【請求項１２】前記請求項７ないし請求項１０のいず
れか１項に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨用研磨布を
使用して半導体ウエーハを仕上げ研磨することを特徴と
する半導体ウエーハの鏡面研磨方法。
【請求項１３】研磨布を貼着した回転テーブルと研磨
布表面に研磨剤を供給する手段と半導体ウエーハを研磨
布表面に強制的に圧接させる手段を具備した研磨装置に
おいて、該回転テーブルが、その表面に前記請求項１な
いし請求項６のいずれか１項に記載した鏡面研磨用研磨
布を貼着したものであることを特徴とする半導体ウエー
ハの鏡面研磨装置。
【請求項１４】研磨布を貼着した回転テーブルと研磨
布表面に研磨剤を供給する手段と半導体ウエーハを研磨
布表面に強制的に圧接させる手段を具備した研磨装置に
おいて、該回転テーブルが、その表面に前記請求項７な
いし請求項１０のいずれか１項に記載した鏡面研磨用研
磨布を貼着したものであることを特徴とする半導体ウエ
ーハの鏡面研磨装置。