(57)【要約】【課題】ロールオフを抑制して研磨品質の低下を抑制する。【解決手段】本発明の研磨布は、基材表面の毛羽層が倒伏した状態に処理されている。その製造方法では、基材を、樹脂溶液に含浸した後、加熱乾燥して研磨布を製造するが、加熱乾燥後に、基材の少なくとも表面側（研磨面となる側）を、例えば、平板状のプレス部材２，３を用いて加圧処理（工程Ｓ１０）する。この加圧処理は、加熱と同時に行うことが望ましい。加圧処理された表面は、そのまま、被研磨物に対する研磨面とされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織布研磨布用の基材表面の毛羽層が倒伏した状態に処理されている、ことを特徴とする研磨布。
【請求項２】
上記処理が、加圧処理である、ことを特徴とする請求項１に記載の研磨布。
【請求項３】
上記処理が、加圧と加熱の併用処理である、ことを特徴とする請求項１に記載の研磨布。
【請求項４】
不織布研磨布用の基材を樹脂溶液に含浸してから加熱乾燥し、その加熱乾燥後に前記基材表面の毛羽層を倒伏状態に加圧処理する、ことを特徴とする研磨布の製造方法。
【請求項５】
前記加圧処理と加熱処理とを併用することを特徴とする請求項４に記載の研磨布の製造方法。
【請求項６】
前記加熱を、前記樹脂溶液の樹脂の軟化温度よりも低い温度で行うことを特徴とする請求項５に記載の研磨布の製造方法。
【請求項７】
前記加圧処理を、平坦なプレス面を有するプレス部材で行うことを特徴とする請求項４ないし６のうちのいずれか１項に記載の研磨布の製造方法。
【請求項８】
前記加圧処理の後に研削を行わずに、前記加圧処理をした表面を、研磨対象物に対する研磨面とすることを特徴とする請求項４ないし７のうちのいずれか１項に記載の研磨布の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン、ガリウム砒素、インジウム燐、その他の半導体基板、半導体ウエハ、各種基板、ガラス、ＬＣＤ、ディスクなど、各種の研磨対象物の表面を研磨する際に用いる研磨布とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
研磨対象物の一つである半導体ウエハにおいて、その一般的な研磨工程では、研磨布を下定盤側に保持し研磨対象物である半導体ウエハを上定盤側に保持し研磨布と半導体ウエハとの両者間に研磨スラリーを供給しつつ当該両者を加圧した状態で相対摺動させることにより行われている（特許文献１参照）。
【０００３】
近年の半導体デバイスの一層の高集積化に伴ない、無欠陥の積層配線の構築および歩留まり向上のために、その基礎となる半導体ウエハの高平坦性の要求が益々増大してきている。このような要求の増大化に対しては半導体ウエハの研磨工程における半導体ウエハのロールオフの低減が重要な課題となってきている。
【０００４】
周知されるように、ロールオフは、研磨工程時において半導体ウエハが研磨布の粘弾性により当該研磨布表面に沈み込んだ状態で研磨されたときに半導体ウエハ周辺部がふちだれする現象のことである。不織布タイプの研磨布は、半導体ウエハの研磨に多用されてきており、このロールオフを抑制し、当該ロールオフに起因した研磨品質の低下を抑制することが必要となっている。
【特許文献１】特開２００２−７５９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ロールオフを抑制し当該ロールオフに起因した研磨品質の低下を抑制することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明を完成するために、本出願人は、ロールオフの抑制に関して鋭意研究していた。不織布タイプの研磨布においては、その表面に多数の微小な繊維が起き上がった状態（毛羽立ちした状態）で不規則にかつ比較的高密度に層状（毛羽層と称する）に存在している。このような毛羽層は、研磨布の厚み方向での粘弾性特性や圧縮／回復の変位特性に影響を及ぼすものである。半導体ウエハが研磨布に対してロールオフした状態で研磨されている場合、研磨布表面の毛羽層は半導体ウエハから加圧される前は起立状態にあり、研磨布により加圧されている状態では倒伏状態にあり、加圧を解除されると、起立状態に回復する現象を発見した。このような現象により、半導体ウエハは、研磨布で研磨されるに際して、毛羽層が起立状態から倒伏状態に変化するために、ロールオフが増大し、このことが、半導体ウエハの研磨品質に大きく影響を及ぼしていることを見出すことができて、以下の本発明を完成することができるに至ったのである。
【０００７】
（１）本発明による研磨布は、不織布研磨布用の基材表面の毛羽層が倒伏した状態に処理されていることを特徴とするものである。
【０００８】
上記処理の好ましい態様の一つは加圧処理である。
【０００９】
上記処理の好ましい態様の一つは加圧と加熱の併用処理である。
【００１０】
本発明の研磨布によれば、毛羽層が倒伏状態に処理されているから、その起立状態と倒伏状態との高さの差の分、研磨対象物である例えば半導体ウエハの研磨布に対するロールオフを抑制することができ、研磨品質を向上することができるようになった。
【００１１】
本発明の好ましい実施態様は、毛羽層が倒伏状態となっていることに加えて、その倒伏状態が基材への加圧により処理されていることである。加圧により倒伏状態に処理されていることにより、毛羽層を含め、基材全体が圧縮変形されにくく硬質化するために、毛羽層の倒伏状態と相まって、より一層、ロールオフを抑制することが可能となり、半導体ウエハ表面の高平坦研磨に大きく寄与することができる。
【００１２】
毛羽層の倒伏状態化が加圧により行われていると、毛羽層の倒伏状態によるロールオフの抑制に、さらに、基材の圧縮化により、ロールオフが抑制されるようになっている。換言すれば、本発明では、単に、基材を加圧圧縮して硬質化したものではなく、毛羽層を倒伏状態とすることを基材を加圧して行ったものであるから、半導体ウエハを研磨するときに半導体ウエハが研磨布にロールオフされにくくなり、ロールオフによる研磨品質の低下が抑制され、結果として、研磨品質が向上するものとなる。
【００１３】
この場合、本発明のさらに好ましい実施形態として、毛羽層が加圧と加熱の併用により倒伏状態に処理される。
【００１４】
（２）本発明による研磨布の製造方法は、不織布研磨布用の基材を樹脂溶液に含浸してから加熱乾燥し、その加熱乾燥後に前記基材表面の毛羽層を倒伏状態に加圧処理することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の製造方法によれば、研磨布表面に樹脂溶融という物性変化を生じないので、表面側ポアが閉塞されずに済み、そのため、加圧処理後に研削処理を実施しなくて済み、加圧処理をした研磨布表面を、被研磨対象物に対する研磨面とすることができる構造を有するので、研磨布製造工程を簡略にすることができる。
【００１６】
本発明の好ましい実施態様として、加圧処理と加熱処理とを併用することである。
【００１７】
本発明の製造方法においては、加圧処理は１０〜８０ｋｇ／ｃｍ2の範囲で行うことが望ましい。１０ｋｇ／ｃｍ2未満の加圧では、倒伏状態の毛羽層が起立する率が高くなり、毛羽層を倒伏状態とする効果が低下する。一方、８０ｋｇ／ｃｍ2を超える加圧では、研磨布の厚み内のポアが潰される率が高くなって毛羽層の層厚みが大幅に減少し、弾力性を失う。
【００１８】
また、上記の製造方法における加圧処理は、加熱しながら行うことが好ましい。加熱を伴う加圧処理では、毛羽層は、熱の作用で倒伏状態に変形されて、起立状態となることを確実に防止することができる。このように加熱を伴う加圧処理が施された研磨布は、表面状態の改善がさらに進むので、一層ロールオフの低減と、ウエハ表面の平坦化に役立つ。
【００１９】
この場合、加熱は、基材に含浸される樹脂溶液の樹脂の軟化温度よりも低い温度、具体的には、１３０℃以下の温度で行うことが望ましい。樹脂の軟化温度以上の加熱温度では、研磨布の表面の樹脂が軟化、溶融してポアの開口を閉塞することになるので、この加熱の後には、ポアを開口するために、表面を研削する必要が生じる。
【００２０】
前記の加熱は、より好ましくは、３０℃〜１２０℃の範囲で行う。加熱処理の温度がこの範囲内であれば、表面状態の改善がより確実に達成できるばかりでなく、処理に要する時間が比較的短くて済む。
【００２１】
上記のように加熱を伴う加圧処理、または加熱を伴わない加圧処理は、平板プレスのように、平坦なプレス面を有するプレス部材で行うことが好ましい。平板プレスのようなプレス部材では、プレス面全体が各部均等の圧力で研磨布に圧接するので、一度に研磨布の広い面積を一定の加圧力で加圧することができ、毛羽層が倒伏した、所望通りの表面状態の研磨布を、容易に製造することができる。
【００２２】
基材に含浸される樹脂溶液は、ウレタン樹脂溶液であることが好ましい。ウレタン樹脂を用いることによって、研磨布には、ウエハに研磨傷を発生させない適度な硬度と弾性とを与えることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ロールオフを抑制して研磨対象物の研磨品質を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態に係る研磨布とその製造方法を詳細に説明する。図１は、研磨布の製造方法の工程図、図２は、製造方法内の加圧加熱工程図である。
【００２５】
図１に示すように、工程Ｓ１では、先ず、湿式のウレタン樹脂を、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などの溶媒に混合溶解させて、１次含浸溶液としてのウレタン樹脂溶液を作製する。工程Ｓ２では、フェルト等の不織布を用意し、これを上記ウレタン樹脂溶液に１次含浸する。
【００２６】
次に、凝固液中でウレタン樹脂を湿式凝固させ（工程Ｓ３）、洗浄して溶媒を除去した（工程Ｓ４）後、乾燥し（工程Ｓ５）、その後、表裏面を平面研削(バフ)する（工程Ｓ６）ことで、中間製品である多孔質の基材を得る。
【００２７】
１次含浸溶液となるウレタン樹脂としては、ポリエステル系あるいはポリエーテル系、ポリカーボネート系など、従来の研磨布に含まれるのと同様のウレタン樹脂を用いることができ、異なる種類のウレタン樹脂をブレンドしてもよい。
【００２８】
不織布としては、例えば、ポリアミド系、ポリエステル系等の不織布を用いることができる。
【００２９】
ウレタン樹脂を溶解させる溶媒としては、上述のジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）の他、例えば、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジメチルアセトアミド等の従来と同様の溶媒を用いることができる。
【００３０】
上記のように、中間製品である基材が得られると、次に、乾式のウレタン樹脂をメチルエチルケトン（ＭＥＫ）などの溶媒に混合溶解させ（工程Ｓ７）、さらに硬化剤を添加して２次含浸溶液としてのウレタン樹脂溶液を作製し、このウレタン樹脂溶液に、上述のようにして得られた中間製品である基材を２次含浸し（工程Ｓ８）、こののち、加熱乾燥させて溶媒を除去するとともに、ウレタン樹脂を硬化させる（工程Ｓ９）。
【００３１】
この場合、２次含浸溶液であるウレタン樹脂溶液としては、例えば、ポリエステル、あるいはポリエーテル系のＭＤＩ(メチレンジイソシアネート)あるいはＴＤＩ(トリレンジイソシアネート)末端を持つウレタンプレポリマー単体に、３，３’ジクロロ−４，４’ジアミノフェニルメタン等の有機アミン硬化剤を加えて、メチルエチルケトン等の溶剤に混合溶解させたものが挙げられる。
【００３２】
次に、２次含浸して加熱乾燥した基材の表面状態を改善するために、この実施の形態では、加圧および加熱の処理を行う（工程１０）。この加圧および加熱の処理は、図２に示すように、２次含浸して加熱乾燥した基材１を一対の平板状のプレス部材２，３で挟んで行う。各プレス部材２，３は、それぞれヒータ４，５を内蔵しており、これらのヒータ４，５の発熱により、挟まれた基材１を加熱することができる。
【００３３】
この工程Ｓ１０での加圧加熱処理は、例えば、５０ｋｇ／ｃｍ2の加圧力、１００℃の温度で、約５分間行うが、これら条件は適宜変更可能である。
【００３４】
この工程Ｓ１０での表面状態の改善とは、研磨布の表面を、ポアの開口が閉塞されずに、毛羽層を倒伏状態にすることで、このことを考慮すると、工程Ｓ１０の加圧加熱処理において、加圧は、１０〜８０ｋｇ／ｃｍ2の範囲で行うのが望ましい。また、加熱は、常温より高く、かつ、基材に含浸される樹脂溶液の樹脂の軟化温度よりも低い温度、具体的には、１５℃〜１３０℃の範囲の温度で行うのが望ましく、より望ましくは、３０℃〜１２０℃の範囲で行う。
【００３５】
加圧加熱の時間は、加圧力の大きさや加熱温度の高低、基材等の材質に応じて変わるが、表面状態を安定させるには、１分以上とすることが望ましい。
【００３６】
上記の加圧および加熱の工程Ｓ１０を経て、所定の厚みの最終製品である研磨布が得られる。本実施形態では、工程Ｓ１０が最終工程であって、該工程Ｓ１０で加圧加熱処理された表面がそのまま、半導体ウエハに対する研磨面となる。
【００３７】
次に、上記製造方法により得られた研磨布の性状、特性を表１と、図３ないし図７の各図とにより説明する。
【００３８】
表１は、研磨布の物性を示すものである。同一の材料で構成された研磨布であって、上述のように加圧および加熱の処理を行ったものと、上記の加圧加熱処理を行っていないものとについて、表面粗さ等の物性を比較して示している。なお、加圧および加熱の処理の条件は、５０ｋｇ／ｃｍ2の加圧、１００℃の加熱である。
【００３９】
【表１】
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表１では、処理を施していないものを基準として、その表面粗さ（Ｒａ）、圧縮率、硬度、厚みのいずれをも１．００としている。このうち、圧縮率の測定は、日本工業規格ＪＩＳのＬ−１０９６に準拠し、荷重Ｗ０は３００ｇ／ｃｍ2、Ｗ１は１８００ｇ／ｃｍ2である。硬度の規格はＡｓｋｅｒ−Ｃである。
【００４０】
測定結果によれば、加圧加熱処理が未処理である研磨布に対して、処理済みの研磨布の表面粗さは、約２０％低くなっており、圧縮率は、約１０％低く、厚みは若干減少している。
【００４１】
これは、加圧および加熱の処理により、研磨布表面の毛羽層が倒伏状態とされ、毛羽層を構成する微小繊維からなる、圧縮変形しやすい層が極めて薄くなったため、と考えられ、その様子を示すと、図３、図４および図５の通りである。
【００４２】
図３は、研磨布の表面の顕微鏡写真で、（Ａ）は、加圧加熱処理を施していない研磨布の表面を、（Ｂ）は、加圧加熱処理を施した研磨布の表面を、それぞれ倍率５０で示している。図４は、研磨布の断面の顕微鏡写真で、（Ａ）は、処理を施していない研磨布の断面を、（Ｂ）は、処理を施した研磨布の断面を、それぞれ倍率５０で示している。図５は、研磨布の断面を模式的に示す図で、（Ａ）は、処理を施していない研磨布の断面を、（Ｂ）は、処理を施した研磨布の断面を、それぞれ示している。
【００４３】
図３および図４の各（Ａ）の写真において、研磨布の表面には多数の微小繊維が突出しているが、これらの毛羽層は、（Ｂ）の写真においては、研磨布表面に沿って倒伏状態とされて、表面は、凹凸が少ない状態となっているのが分かる。また、研磨布の表面側では、加圧加熱処理が未処理でも処理済みでも同じように、多数のポアが開口しており、処理済みでも表面側のポアの状態には、ほとんど変化がないのが分かる。これらの様子を、分かりやすく模式的に示したのが図５である。図５において、符号１は、２次含浸して加熱乾燥した基材を示し、１１は毛羽層を構成する微小な繊維、１２はポアを、それぞれ示している。
【００４４】
次に、図６は、研磨布の圧縮荷重に対する変位量を示す線図で、縦軸に荷重（Ｎ）をとり、横軸に変位量（ｍｍ）をとっている。加圧加熱処理を施していない研磨布と、加圧加熱処理を施した研磨布とのそれぞれについて、厚み方向に２０μｍの変位を与えるのに要する荷重を測定して、その結果を図６に示している。
【００４５】
図６に示す測定結果からは、厚み方向に同じ量の変位を与えるのに、処理を施したものは、処理を施さないものより、約１０％大きい荷重を必要とし、圧縮変形のしにくさ、硬度が増しているのが分かる。
【００４６】
図７は、研磨布を用いて研磨したウエハの表面粗さ等の表面状態を示す図である。この図では、加圧加熱処理を施していない研磨布を用いた場合を規準として、加圧加熱処理を施した研磨布を用いた場合のウエハの表面粗さ（Ｒａ）と、ウエハ外周部分のＳＦＱＲ（Ｓｉｔｅ  Ｆｒｏｎｔ  Ｌｅａｓｔ  ｓＱｕａｒｅｓ  Ｒａｎｇｅ）とを、それぞれ相対値で示している。ＳＦＱＲは、ここでは、ウエハのロールオフの程度を示す数値として採用している。
【００４７】
図７に示す測定結果からは、加圧加熱処理を施した研磨布を用いると、同処理をしていない研磨布を用いた場合に比べ、ウエハの表面粗さが約２０％低減されるとともに、ウエハ外周の平坦度（ＳＦＱＲ）が約４０％改善されており、ＳＦＱＲの改善で、ロールオフが減少していることが分かる。
【００４８】
これは、研磨布表面の毛羽が寝かされて、毛羽層が極めて薄くなっているため、ウエハ外周での研磨量が減少し、ロールオフが減少したためと考えられる。また、研磨布の厚みが減少し、圧縮変形のしにくさ、硬質度が増すことで、研磨レートが上がり、その結果、表面粗さが小さくなったものと考えられる。
【００４９】
(他の実施の形態)
上述の実施の形態では、平板状のプレス部材を用いて加圧加熱処理を行ったけれども、一対の加熱可能のロールにより、加圧、加熱するようにしてもよい。また、上述の実施の形態では、基材の表裏両面を加熱したが、研磨面となる表面側のみを加熱してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係る研磨布の製造方法の工程図。
【図２】上記製造方法の一工程で行う加圧加熱処理の説明図。
【図３】研磨布の表面の顕微鏡写真で、（Ａ）は、加圧加熱処理を施していない研磨布の表面を、（Ｂ）は、加圧加熱処理を施した研磨布の表面を、それぞれ示している。
【図４】研磨布の断面の顕微鏡写真で、（Ａ）は、加圧加熱処理を施していない研磨布の断面を、（Ｂ）は、加圧加熱処理を施した研磨布の断面を、それぞれ示している。
【図５】研磨布の断面を模式的に示す図で、（Ａ）は、加圧加熱処理を施していない研磨布の断面を、（Ｂ）は、加圧加熱処理を施した研磨布の断面形状を、それぞれ示している。
【図６】研磨布の圧縮荷重に対する変位量を示す線図。
【図７】研磨布を用いて研磨したウエハの表面粗さ等の表面状態を示す図。
【符号の説明】
【００５１】
Ｓ１０    加圧加熱工程
１        基材（２次含浸済み）
２，３    プレス部材
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図３】
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【図４】
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