(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘弾性を有し、表面に研磨対象物が押圧される研磨布において、研磨時の使用温度よりも高い温度及び研磨時の使用圧力と同じかそれ以上の流体圧の圧力下で厚さ方向に粘弾性的性質を変えるように圧縮してクリープ変形させたことを特徴とする研磨布。
【請求項２】
粘弾性を有し、定盤に貼付され表面に研磨対象物が押圧される研磨布を、前記定盤に貼付する前に、研磨時の使用温度よりも高い温度及び研磨時の使用圧力と同じかそれ以上の流体圧の圧力下で厚さ方向に粘弾性的性質を変えるようにクリープ変形させて圧縮することを特徴とする研磨布処理方法。
【請求項３】
前記研磨布は発泡構造部分を有するものであることを特徴とする請求項２記載の研磨布処理方法。
【請求項４】
前記研磨布を２枚の板体で挟持し、流体圧を少なくとも前記板体のうち一方の板体の外表面に作用させて前記研磨布を圧縮することを特徴とする請求項３記載の研磨布処理方法。
【請求項５】
前記２枚の板体のうち一方の板体の内表面に凹凸を形成し、研磨時に研磨対象物と接する側の研磨布表面に凹凸を転写することを特徴とする請求項４記載の研磨布処理方法。
【請求項６】
前記研磨布の圧縮手段を恒温層内に収容することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の研磨布処理方法。
【請求項７】
請求項１記載の研磨布を用いて前記研磨対象物を研磨することを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に半導体ウェーハ（以下、単に「ウェーハ」という。）の研磨に利用される研磨布、研磨布処理方法及び研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの高集積化の進展に伴い、その材料であるウェーハの平坦度の要求も厳しくなっている。このためウェーハの平坦度を決める研磨工程の加工精度を高める必要が生じている。
【０００３】
研磨工程ではフッ酸、酢酸及び硝酸の混合物である混酸、あるいは水酸化ナトリウムや水酸化カリウムの水溶液でエッチングされたウェーハ（エッチングウェーハ）が研磨対象とされるが、このエッチングウェーハは全体的な平坦度が悪くまた面粗さも大きいため、研磨工程で３段階の研磨加工が施されることが多い。そして、第１段階の研磨は、エッチングウェーハのうねりを除去し鏡面化するためのもので、その除去量、即ち研磨代が大きい。また、第３段階の研磨は、微小な面粗さを向上するためのもので、研磨代が小さい。中間の第２段階の研磨は、第１段階及び第３段階の研磨の中間的な役割を持つ。従って、各段階の研磨では、各段階の研磨の役割の差異に応じて、研磨布の種類、研磨剤の種類及び供給量、ウェーハと研磨布の相対速度、ウェーハと研磨布の接する圧力（研磨圧力）などの研磨条件を変えて研磨が行われている。
【０００４】
なお、ウェーハの平坦度、特に数ミリメートルの周期を持つうねりや数十ミクロンの周期を持つさざ波に対しては、諸々の研磨条件の内でも研磨布の影響が最も大きい。つまり、研磨代が最大である第１段階の研磨において研磨布の影響が最も大きい。
【０００５】
ところで、ウェーハは、例えば図４に示すような研磨機によって研磨される。すなわち、ウェーハ１は、研磨ヘッド２に取り付けられる保持板８の表面に固定され、エアシリンダ３により、定盤４に貼付された研磨布Ａに押圧され、ヘッド駆動モーター５により回転運動を与えられる。一方、定盤４も定盤駆動モーター６により回転運動を与えられる。従って、ウェーハ１と研磨布Ａとの間には相対運動が生じる。このようにウェーハ１と研磨布Ａとの間に相対運動を与えつつ、研磨剤７を研磨布Ａの表面に供給するとウェーハ１が研磨される。この場合の研磨剤としては、アルカリ性水溶液に分散されたコロイダルシリカが用いられ、ウェーハ１は、機械的作用と化学的作用が複合した、いわゆるメカノケミカル作用により研磨される。
【０００６】
このメカノケミカル作用においては、ウェーハ材料（例えばシリコン）の除去速度は、ウェーハ１が研磨布Ａを垂直に押す力、即ち研磨圧力に比例する。その結果、研磨圧力がウェーハ１内で不均一に分布しているものでは、材料の除去量がウェーハ１内で不均一となり、ウェーハ１が平坦に研磨されなくなる。従って、平坦なウェーハ１を得るためには、ウェーハ１内で研磨圧力の分布を均一にすることが重要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、研磨布Ａは粘弾性的性質を有し、クリープ変形を惹起する。即ち、研磨布Ａに一定荷重を継続して加えると、研磨布Ａは圧縮されて薄くなるが、その厚さの減少量、つまり変位量は荷重を加えた直後は急激にやがては緩慢に増大する。そして、荷重を取り除いても研磨布Ａの厚さは荷重を加える前の厚さに復することはなく、永久的に変位が残存してしまうことになる。このように、一定荷重のもとでは、研磨布Ａの変位量は荷重を加えている時間に大きく依存することになる。
【０００８】
図５には、１枚のウェーハ１を研磨する毎葉式研磨機において、定盤４の中心からの位置と、研磨布Ａに加わる研磨荷重の存在時間との関係を示している。同図によると、研磨布Ａの位置により、研磨荷重の存在時間が不均一となっているのが分かる。なお、この研磨荷重の存在時間の不均一性の問題は、毎葉式研磨機において定盤の中心からのウェーハ位置が変動する場合、１枚の保持板に多数のウェーハを配置したバッチ式研磨機においても生じる。
そして、研磨布Ａの位置により研磨荷重の存在時間が不均一であると、研磨布Ａの変位量は上述の如く荷重時間に依存するので、定盤４に貼付された研磨布Ａの変位量が均一とはならない。実際に使用した研磨布の厚さ測定をしたところ、最も荷重が加わる箇所と全く荷重が加わらない箇所との間には約５０μｍの変位量の差が観察された。
【０００９】
そこで、従来、ウェーハの平坦度、特にうねり、さざ波に対する悪影響を除去することを目的とし、研磨布の粘弾性的性質のうち、特に使用開始直後に急激に進行するクリープ変形の影響を回避するため、ウェーハの研磨と近似した方法での処理が研磨布に施すことが行われている。
【００１０】
この処理にあたっては、ウェーハの研磨、即ち生産に用いる研磨機が使用される。また、処理する時期としては、新しい研磨布を定盤に貼り付けた直後である。また、ウェーハの代わりに用いる工具としては、表面に溝を形成したセラミック製の円板や、実際のウェーハの研磨に用いられる保持板表面に石英製またはシリコン製の円板を貼り付けたものが使用される。
【００１１】
しかしながら、研磨布の処理に、ウェーハの生産に用いる研磨機を使用するとすれば、研磨布の処理を行っている間、ウェーハの生産を中止しなければならないという問題がある。また、研磨布の処理には、研磨布の温度や研磨布に加わる荷重などを適切に選択する必要があるが、研磨機においては研磨時間以外の運転条件を適切に選択できないという問題がある。さらには、研磨布処理のための工具を常時に用意しておかなければならないという問題がある。
【００１２】
本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、クリープ変形が少なく、かつ平坦度が高く、かつ面粗さも小さく、しかも研磨作業を中断する必要がない研磨布、研磨布処理方法を提供することを目的とする。また、本発明は、平坦度の高いウェーハを得ることができる研磨方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の研磨布は、粘弾性を有し、表面に研磨対象物が押圧される研磨布において、研磨時の使用温度よりも高い温度及び研磨時の使用圧力と同じかそれ以上の流体圧の圧力下で厚さ方向に粘弾性的性質を変えるように圧縮してクリープ変形させたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の研磨布処理方法は、粘弾性を有し、定盤に貼付され表面に研磨対象物が押圧される研磨布を、前記定盤に貼付する前に、研磨時の使用温度よりも高い温度及び研磨時の使用圧力と同じかそれ以上の流体圧の圧力下で厚さ方向に粘弾性的性質を変えるようにクリープ変形させて圧縮することを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の研磨布処理方法は、請求項２記載の研磨布処理方法において、前記研磨布は発砲構造部分を有するものであることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の研磨布処理方法は、前記研磨布を２枚の板体で挟持し、流体圧を少なくとも前記板体のうち一方の板体の外表面に作用させて前記研磨布を圧縮することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の研磨布処理方法は、前記２枚の板体のうち一方の板体の内表面に凹凸を形成し、研磨時に研磨対象物と接する側の研磨布表面に凹凸を転写することを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の研磨布処理方法は、前記研磨布の圧縮手段を恒温層内に収容することを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の研磨方法は、請求項１記載の研磨布を用いて前記研磨対象物を研磨することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
前記したように、研磨布は粘弾性体であり、荷重を加えた直後急激にその後は緩慢に変形が進行する。そして、この変形速度は温度が高い程かつ荷重が大きい程大きい。また、高い温度、大きい荷重を加えて処理した研磨布の粘弾性的性質と、それらを加えないで処理した研磨布の粘弾性的性質とには差がある。即ち、前者の方が後者に比べて同じ荷重に対する変形量が小さい。
【００２２】
本発明は、この現象を利用するもので、ウェーハ研磨時に研磨布が置かれる温度及び圧力よりも高い温度及び圧力の環境下に研磨布を長時間放置し、その粘弾性的性質を変えるようにしたものである。換言すれば、本発明は、荷重を加えた直後に急激に進行する変形を出し切らせるようにしたものである。
なお、本発明において、研磨布が置かれる温度は比較的自由に選択できるが、変形が速やかに進行し、その温度は、研磨布の化学的性質が劣化しない範囲とすることが好ましい。また、本発明において、圧力と時間は、研磨布の基本構造が破壊しない範囲、即ち不織布の連続発泡体又は独立発泡体構造を有するものでは、その発泡体が潰れてなくならない範囲とすることが好ましい。
【００２３】
また、処理の対象となる研磨布について説明すれば、第１段階の研磨及び第２段階の研磨で使用される研磨布としては、ポリエステル不織布にポリウレタンを含浸させたもので、連続発泡体構造、即ち繊維間の空間が連続しているもの（ベアロタイプという。）、第３段階の研磨で使用される研磨布（仕上研磨用研磨布）としては、ポリエステル不織布表面にポリウレタンの独立発泡層を積層したもの（スエードタイプという。）などが使用される。
【００２４】
さらに、研磨布処理装置としては、圧縮手段として流体圧を使用することが好ましい。研磨布に均一な圧力を作用させるためである。また、圧縮板は薄く撓み易いものの方が研磨布をムラなく圧縮できる。この圧縮板を介して研磨布を重ね合わせれば、同時に複数の研磨布を処理することができる。
【００２５】
【実施例】
研磨布は、ポリエステル不織布にポリウレタンを含浸させて連続した発泡構造体とした後、所定の厚さにスライスした上で、その表面を研削により平滑にした厚さ１２７０μｍのもの（ロデール社からＳＵＢＡ−６００として市販されている。）を使用した。この研磨布は、シリコンウェーハの研磨で１次研磨に用いられている。
【００２６】
研磨布処理装置としては、図１に示したものを使用した。この研磨布処理装置１０においては、機枠１１内に２枚の厚さ０．３ｍｍのステンレス製の薄板よりなる圧縮板１２，１３を配設し、それらの圧縮板１２，１３の周縁間に柔軟なシール材１４を配設して、空間１５を画成している。圧縮板１２には、空間１５に連通する開口部１６が形成され、この開口部１６は、ホース１７によって油回転式真空ポンプ１８に接続されている。そして、前記空間１５内には研磨布Ａが配置される。また、空間１５には、研磨布Ａの周囲に、この研磨布Ａよりも若干薄いスペーサー２０が配置される。なお、この研磨布処理装置１０では、圧縮手段を構成する機枠１１や圧縮板１２，１３などが、恒温槽２１内に収容されている。
【００２７】
この研磨布処理装置１を用いての研磨布の処理は次の手順で行った。即ち、研磨布Ａを研磨布処理装置１０の空間１５に配置した後、この圧縮手段を、予め１２０℃に加熱した恒温槽２１に入れ、油回転式真空ポンプ１８を運転した。この研磨布処理装置１０における圧縮手段は熱容量が小さく、かつ、空間体積も小さいので、数分後に１２０℃、−１０００ｇ／ｃｍ２  に達した。この状態で４時間放置した。従って、研磨布Ａは、その表裏両面が圧縮板１２，１３と接した状態で１２０℃で１０００ｇ／ｃｍ２  の荷重を４時間受けることになる。また、前記と同様な処理を、研磨布Ａの一方の表面が接する圧縮板の表面に、高さ０．５ｍｍ、幅１ｍｍの突出部を１５ｍｍピッチで付したもので行った。この突出部を形成するのは、研磨布Ａの表面に溝を形成し、その溝によって、研磨中にスラリーを満遍なく行き渡らせ、また、研磨中のスラリーの排出を容易に行わせるためである。
【００２８】
また、本発明の研磨布Ａの粘弾性へ及ぼす効果は以下の手順で評価した。
（１）研磨布Ａの当初の厚さを測定した。
（２）研磨布処理装置１０により研磨布Ａを処理した後、その厚さを測定した。
（３）研磨布Ａに模擬負荷を長時間継続して加えた。これは、研磨機の定盤に貼り付けられた研磨布Ａが、ウェーハを研磨する際に受ける負荷に相当するもので、具体的には、１０００ｇ／ｃｍ２  の静荷重を１５時間連続して加えた。そして、模擬負荷を取り除いた直後に研磨布Ａの厚さを測定した。
（４）この研磨布Ａを室温、無荷重の状態で７．５時間放置し、研磨布Ａの厚さを測定した。
なお、研磨布Ａの厚さは、０、２００、４００、６００、８００、１０００ｇ／ｃｍ２  の静荷重を加えた３０秒後の厚さをダイヤルゲージを用いて測定した。
【００２９】
その結果は、図３（ｂ）に示した通りである。静荷重１０００ｇ／ｃｍ２  の場合を検討すると、手順（２）の処理により研磨布Ａは当初１２７０μｍのものが８０μｍ圧縮（厚さの減少量）され、手順（３）の処理によりさらに８μｍ圧縮されたが、手順（４）の処理により厚さは５μｍ回復し、両者の差である３μｍのクリープ変形が残存した。
【００３０】
一方、前記手順（２）の処理を省いた場合は、図３（ａ）に示すように、手順（３）の処理によって２８μｍ圧縮され、手順（４）の処理により厚さは８μｍ回復し、両者の差である２０μｍのクリープ変形が残存した。
【００３１】
従って、本発明の手順（２）を施せば、クリープ変形量は未処理の場合に比べて大幅に小さく、その効果は明白である。また、処理前後の研磨布Ａの表面及び断面を電子顕微鏡で観察した結果、外観では平面の平滑度が向上していることが分かった。さらに、面粗さ（中心線平均粗さ）でもＲａが１４μｍから１０μｍに向上していた。また、表面に突出部を設けた圧縮板を採用すると、研磨布Ａの表面に溝を形成することができた。
【００３２】
図２は、前記実施形態で使用した研磨布処理装置１０とは別の研磨布処理装置３０を示している。この研磨布処理装置３０では、板状の装置本体３１の内面に凹部を形成し、該凹部を覆うようにゴムシート３２を貼設した、そこに加圧室３３を画成している。また、この装置本体３１の周縁にはスペーサー３４を介して下側圧縮板３５が配設され、それらによって空間３６が画成されている。また、加圧室３３はホース３７によってポンプ３８に接続されている。そして、空間３６内には、下側圧縮板３５上に研磨布Ａが配置され、該研磨布Ａの上に上側圧縮板３９を載置される。なお、研磨布Ａの周囲には、該研磨布Ａの厚さよりも薄いスペーサー４０が配置される。
【００３３】
この研磨布処理装置３０における圧縮手段は、恒温槽４１内に収容され、一定の温度条件下でポンプ３８が運転される。すると、加圧室３３に流体が供給され、ゴムシート３２が下方へ膨出する。これにより、上側圧縮板３９が下方へ移動され、該上側圧縮板３９と下側圧縮板３５との間で研磨布Ａが圧縮される。
【００３４】
なお、前記実施形態では、研磨布Ａに１２０℃で１０００ｇ／ｃｍ２  の荷重を４時間作用させたが、加熱温度８０〜１００℃で５００〜２０００ｇ／ｃｍ２  の荷重１〜１０時間作用させた場合でも同様の効果が得られた。この場合の面粗さ（中心線平均粗さ）でもＲａが１４μｍから５〜１０μｍに向上しているのが確認された。
【００３５】
また、前記２つの実施形態は、いずれも１枚の研磨布を処理する場合を示したが、圧縮板の数を増やすことにより、容易に複数の研磨布を処理することができることは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
前記したように、本発明によれば、クリープ変形が少なく、平滑度が高く、かつ面粗さも小さい研磨布が得られる。従って、平坦なウェーハを得ることができる。また、処理は研磨機とは別の装置で行うので、ウェーハの生産を中断することがなく、作業の合理化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研磨布処理処理装置の概念図である。
【図２】本発明の研磨布処理装置の他例の概念図である。
【図３】本発明の研磨布処理方法を実施した結果を示した図表である。
【図４】ウェーハの研磨工程で使用されている研磨機の概念図である。
【図５】研磨布の各部分における研磨負荷の存在時間を示した図である。
【符号の説明】
１０，３０  研磨布処理装置
１１        機枠
１２，１３  圧縮板
１４        シール材
１５，３６  空間
１６        通路
１７，３７  ホース
１８，３８  真空ポンプ
２０，３４，４０  スペーサー
２１        恒温槽
３１        装置本体
３２        ゴムシート
３３        加圧室
３５        下側圧縮板
３８        ポンプ
３９        上側圧縮板
Ａ          研磨布
【図１】
0003618541.tif 000002
【図２】
0003618541.tif 000003
【図３】
0003618541.tif 000004
【図４】
0003618541.tif 000005
【図５】
0003618541.tif 000006