JP2003142437A - ウェーハの研磨方法及びウェーハ研磨用研磨パッド - Google Patents
ウェーハの研磨方法及びウェーハ研磨用研磨パッドInfo
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Abstract
ハの研磨方法及びそのウェーハの研磨方法に好適に用い
られるウェーハ研磨用研磨パッドを提供する。 【解決手段】不織布に樹脂を含浸させた研磨パッドにウ
ェーハ主面を摺接させて、鏡面研磨するウェーハの研磨
方法において、前記研磨パッドの表面粗さと圧縮率の比
{表面粗さRa(μm)/圧縮率(%)}を3.8以上
にし研磨するようにした。
Description
及びそのウェーハの研磨方法に好適に用いられるウェー
ハ研磨用研磨パッドに関する。
リコンウェーハの製造方法は、一般にチョクラルスキー
(Czochralski;CZ)法や浮遊帯域溶融(Floating Zo
ne;FZ)法等を使用して単結晶インゴットを製造する
結晶成長工程、この単結晶インゴットをスライスし、少
なくとも一主面が鏡面状に加工されるウェーハ加工工程
を経る。更に詳しくその工程を示すと、ウェーハ加工工
程は、単結晶インゴットをスライスして薄円板状のウェ
ーハを得るスライス工程と、該スライス工程によって得
られたウェーハの割れ、欠けを防止するためにその外周
部を面取りする面取り工程と、このウェーハを平坦化す
るラッピング工程と、面取り及びラッピングされたウェ
ーハに残留する加工歪みを除去するエッチング工程と、
そのウェーハ表面を鏡面化する研磨(ポリッシング)工
程と、研磨されたウェーハを洗浄して、これに付着した
研磨剤や異物を除去する洗浄工程を有している。上記ウ
ェーハ加工工程は、主な工程を示したもので、他に熱処
理工程等の工程が加わったり、同じ工程を多段で行なっ
たり、工程順が入れ換えられたりする。
グ)工程ではいろいろな形態の研磨方式がある。例え
ば、シリコンウェーハの鏡面研磨方法は、ラッピング加
工のように両面を同時に鏡面化する両面研磨方式や1枚
ずつウェーハをプレートに真空吸着保持して研磨する枚
葉方式、ウェーハをワックス等の接着剤を使用しない
で、バッキングパッドとテンプレートで保持しつつ研磨
するワックスフリー研磨方式等様々な方式がある。現在
のところガラスやセラミック等のプレートに複数枚のウ
ェーハをワックスで貼り付けて片面を研磨するワックス
マウントバッチ式片面研磨装置を用いて研磨する方式が
主流である。この研磨装置ではウェーハが保持されたプ
レートを研磨パッドを貼った定盤上に置き、上部トップ
リングに荷重を掛けて、定盤及びトップリングを回転さ
せながら研磨を行なう。
は、一般的に不織布タイプの研磨パッドやスエードタイ
プの研磨パット等が用いられている。不織布タイプの研
磨パッドはポリエステルフェルト(組織はランダムな構
造)にポリウレタンを含浸させたもので多孔性があり、
かつ弾性も適度で、高い研磨速度と平坦性にすぐれ、ダ
レの少ない加工ができるようになっている。シリコン基
板の1次研磨用で広く使用されている。
ルフェルトにポリウレタンを含浸させた基材に、ポリウ
レタン内に発泡層を成長させ、表面部位を除去し発泡層
に開口部を設けたもの(この層をナップ層と呼ぶ)で、
特に仕上げ研磨用に使用されており、発泡層内に保持さ
れた研磨剤が、工作物と発泡層内面との間で作用するこ
とにより研磨が進行する。ケミカルメカニカルな研磨に
多用され、ダメージのない面が得られるが、時間をかけ
ると周辺ダレが発生しやすい。他にも、発泡ウレタンシ
ート等の研磨パッドがある。
織布タイプの研磨パッド等はポリエステルフェルトにポ
リウレタン等の樹脂を含浸させ硬化させ、その表面を超
硬砥粒の付いたロール状の砥石で研削(バフィングとい
う)して任意の特性の研磨パッドを作製している。樹脂
の材質や含浸量及び表面のバフィング加工条件によって
その研磨パッドの圧縮率等を制御している。現状では、
圧縮率については数%程度の研磨パッドが用いられてお
り、低圧縮率のものが外周ダレ制御に効果が見られるこ
とが知られている。
れたウェーハの品質を一定に保つことが重要である。そ
の為には、研磨パッドの安定性が重要であるが、特に研
磨パッド表面の面粗さや研磨パッドの圧縮率、圧縮弾性
率等が問題となる。
と、研磨装置精度の影響(定盤の形状や定盤の面振れや
加工時の振動等)を吸収できず平坦度(以下、フラット
ネスということがある。)が悪化する問題が発生してい
る。逆に、圧縮率を大きくし過ぎると研磨パッドの沈み
込量が大きくなり、外周ダレを引き起こす。
表面が滑らかで含浸樹脂の存在比が多いと研磨パッドと
ウェーハ外周部との接触率が高くなり外周ダレが強くな
る。逆にバフィングを粗くしてパッド表面の粗さを大き
くすると圧縮率自体が大きくなり、やはり外周ダレがよ
り強くなる。
あって、ウェーハの外周ダレを効果的に防止するウェー
ハの研磨方法及びそのウェーハの研磨方法に好適に用い
られるウェーハ研磨用研磨パッドを提供することを目的
とする。
のある品質で、表面粗さを粗くすると圧縮率は大きくな
ってしまう傾向がある。外周ダレをなくすにはなるべく
表面粗さは大きくし、圧縮率は小さくしたいが、相反す
る品質でこれまでは一方の品質のみの制御となってい
た。上記課題を解決するため、本発明者らが鋭意調査し
たところ、平坦度を維持するには、これらの特性の比を
取ることで最適な研磨パッドの品質を規定できることを
発見し、本発明を完成させた。
不織布に樹脂を含浸させた研磨パッドにウェーハ主面を
摺接させて鏡面研磨する方法において、前記研磨パッド
の表面粗さと圧縮率の比{表面粗さRa(μm)/圧縮
率(%)}を3.8以上にし研磨することを特徴とす
る。
織布に樹脂を含浸させた研磨パッドにおいて、前記研磨
パッドの表面粗さと圧縮率の比{表面粗さ(μm)/圧
縮率(%)}を3.8以上にしたことを特徴とする。
ど平坦度が良くなる傾向にあるため、この比の上限は特
に限定するものではないが、表面粗さや圧縮率を考慮す
ると10以下が適当である。特に研磨布の製造のしやす
さ等を考慮すると5〜6程度が好ましい。
ることが好ましい。2%未満の圧縮率の場合、研磨装置
定盤形状の影響や加工時の僅かな振動の影響が吸収でき
ず、逆に外周ダレを発生させてしまう。また、圧縮率が
4.5%を越えると研磨パッドの沈み込みにより逆に外
周ダレが強くなってしまう。
囲で制御すると好ましい。この範囲の研磨パッドであれ
ば、高品質なウェーハが研磨できる。
を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示
されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種
々の変形が可能なことはいうまでもない。図4は本発明
の研磨方法に用いられる研磨装置の一例を示したもので
あり、枚葉式研磨ヘッドを具備したワークの研磨装置の
構成概要を説明するための要部概略断面説明図である。
ェーハW、例えばシリコン等の半導体ウェーハの片面を
研磨する装置として構成される。研磨装置10は、回転
する定盤(回転テーブル)12と研磨ヘッド14及び研
磨剤供給管16を有している。この定盤12は回転軸1
8により所定の回転速度で回転され、その上面には研磨
パッド20が貼付してある。
研磨ヘッド14のウェーハ保持盤基体22のウェーハ保
持面22aに保持され、研磨ヘッド14により回転され
ると同時に所定の荷重で定盤12の研磨パッド20に押
しつけられる。
定の流量で研磨パッド20上に供給し、この研磨剤Lが
ウェーハWと研磨パッド20の間に供給されることによ
りウェーハWの表面が研磨される。
面22aと多数の吸着貫通孔hをもつウェーハ保持盤本
体22及び保持盤裏板24とから構成され、吸着貫通孔
hは保持盤裏板24に設けた真空用溝26を経てバキュ
ーム路28から不図示の真空装置につながり、真空の発
生によってウェーハ保持面22aにウェーハWを吸着保
持するようになっている。
状弾性体32とで囲まれる空間34を形成し、該空間3
4に加圧空気供給路36が延設され、不図示の加圧空気
供給装置につながっている。この加圧空気供給装置の圧
力調整により、研磨圧力を調整可能にしている。
研磨装置は図4に示した形態に限定するものではないこ
とは勿論である。
図4に示したような研磨装置10において、研磨パッド
20として本発明の特定の性能を有する研磨パッドを用
いるものである。本発明方法で用いる研磨パッド、即
ち、本発明の研磨パッドは、研磨前の段階で{表面粗さ
(μm)/圧縮率(%)}が3.8以上であることが必
須である。つまり、アズレシーブの状態(研磨布を製造
した段階又は購入した段階))で研磨パッドの品質を、
本発明における所定の条件を具備するように調整する。
に準拠した方法で測定する。具体的にはデジタルリニア
ゲージ(例えば、ミツトヨ製1DB−112M)を使用
し、初荷重WOを負荷後1分後の厚さT1を読み、同時
に荷重をW1に増やし、1分後の厚さT2を読む。そし
て圧縮率(%)は、{(T1−T2)/T1}×100
で算出する。初荷重W0は300g/cm2、荷重W1
は1800g/cm2で評価する。
針式の粗さ測定器(例えば、東京精密製 Surfco
m480A)を用い、所定の測定条件(測定長12.5
mm、測定速度0.3mm/min、カットオフ2.5
mm、Ra値)で測定する。
ち本発明の研磨パッドの圧縮率は2%以上4.5%以下
であることが好ましい。したがって、表面粗さRa(μ
m)/圧縮率(%)=3.8以上という本発明の特徴を
示す関係式より、本発明の研磨パッドの表面粗さは好ま
しくは7.6μm以上であり、更に好ましくは、15μ
m〜19μmの範囲で制御すると良い。例えば、表面粗
さ18μmの研磨パッドでは圧縮率が2%〜4.7%、
表面粗さが15μmの研磨パッドでは圧縮率が2%〜
3.9%程度の研磨パッドにするのが好適である。
方法とは違わないが、本発明の研磨パッドでは特に圧縮
率と表面粗さの関係に注意し製造する必要がある。本発
明の研磨パッドに要求される条件を有する研磨パッドを
製造するには、例えば、研磨パッドを製造する時の条
件、例えば不織布タイプの研磨布でポリエステルフェル
トにポリウレタンを含浸させたものであれば、ポリウレ
タンの含浸量を調整し、まず圧縮率を2%程度(2%よ
りやや小さく)にし、次に目の粗さが#100前後の砥
石により研磨パッド表面をバフィングすることにより粗
さを調整し本発明の条件を満たすようにすればよい。
研磨中も、研磨パッドの{表面粗さ(μm)/圧縮率
(%)}を3.8以上とする必要がある。しかし、研磨
条件、例えば研磨剤等の影響や使用時間等で研磨パッド
の品質は研磨中でも変化していくことは避けられない。
従って、現実の研磨作業においては、少なくとも研磨パ
ッドを使用する開始段階でこの範囲に入るようにする。
また、繰り返し研磨を行なった場合、徐々に研磨パッド
の品質も変化していくが、その途中で研磨パッドのドレ
ッシング等を行ない{表面粗さ(μm)/圧縮率
(%)}を3.8以上となるように調整すればよい。
に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもの
で限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもな
い。
m)/圧縮率(%)}を変化させ、研磨後のウェーハフ
ラットネスとの関係を調べた。フラットネスはADE社
のフラットネステスター9700E+を用い、エッジ除
外2mmで25mmセルのサイズでSFQR(Site Fro
nt least sQuares〈site〉Range:サイト毎のウェーハ
表面の高低差)を測定し、ウェーハ面内のセルのMax
値(SFQRmax)を評価した。
ついて、図4に示した研磨装置と同様の研磨装置に{表
面粗さ(μm)/圧縮率(%)}の異なる研磨パッドを
張り付け、研磨圧力300g/cm2及び研磨時間15
分の研磨条件で、コロイダルシリカ含有の研磨剤(pH
=10.5)を用い研磨した。
エッジ除外2mmの場合)の結果と研磨パッドの({表
面粗さ(μm)/圧縮率(%)})の関係を図1に示
す。図1に示すように、この比はフラットネスに大きく
影響し、直線状の良い相関があることがわかった。つま
り{表面粗さ(μm)/圧縮率(%)}で研磨パッドの
品質を規定することが重要であることがわかる。
0.13μm以下の品質が要求されており、この比で規
定する場合、その比が3.8以上であれば、安定して高
平坦度のウェーハが得られることがわかる。
(μm)とフラットネス(エッジ除外2mmの場合)と
の関係、図3には研磨パッドの圧縮率とフラットネス
(エッジ除外2mmの場合)との関係を示す。これらの
図からわかるように、個別に表面粗さ、圧縮率を制御し
てもフラットネスと相関は低く、好ましい研磨パッドを
規定できないが、本発明のように{表面粗さ(μm)/
圧縮率(%)}の比を取る事で、フラットネスの制御が
容易な研磨パッドを規定できる。特に上記{表面粗さ
(μm)/圧縮率(%)}の比が3.8以上であると今
後要求されるフラットネスのウェーハを容易に製造でき
好ましい。
の研磨装置に、圧縮率3.9%、表面粗さ16.2μm
の研磨パッド({表面粗さ(μm)/圧縮率(%)}=
4.15)を用い8インチウェーハ100枚を研磨し
た。研磨したウェーハの平坦度を周辺3mm除外及び周
辺2mm除外の厳しい条件で測定した。
max=0.12μm以下の平坦度が得られた。2mm
除外で評価してもSFQRmax=0.12μm以下の
フラットネスであり、外周部まで平坦なウェーハが安定
して研磨されている事がわかる。
の研磨装置に、圧縮率4.6%、表面粗さ17.8μm
の研磨パッド({表面粗さ(μm)/圧縮率(%)}=
3.87)を用い8インチウェーハ100枚を研磨し
た。研磨したウェーハの平坦度を周辺3mm除外及び周
辺2mm除外の厳しい条件で平坦度を測定した。
max=0.13μm以下の平坦度が得られた。2mm
除外でも評価してもSFQRmax=0.13μm以下
のフラットネスであり、外周部まで平坦なウェーハが安
定して研磨されている事がわかる。
の研磨装置に、圧縮率3.2%、表面粗さ17.5μm
の研磨パッド({表面粗さ(μm)/圧縮率(%)}=
5.47)を用い8インチウェーハ100枚を研磨し
た。研磨したウェーハの平坦度を周辺3mm除外及び周
辺2mm除外の厳しい条件で平坦度を測定した。
max=0.10μm以下の平坦度が得られた。2mm
除外で評価してもSFQRmax=0.10μm以下の
フラットネスであり、外周部まで平坦なウェーハが安定
して研磨されている事がわかる。
の研磨装置に、圧縮率4.6%、表面粗さ14.5μm
の研磨パッド({表面粗さ(μm)/圧縮率(%)}=
3.17)を用い8インチウェーハ100枚を研磨し
た。研磨したウェーハの平坦度を周辺3mm除外及び周
辺2mm除外の厳しい条件で平坦度を測定した。
外のSFQRmax=0.14μm程度であり、0.1
3μm以下の平坦度は得られなかった。2mm除外で評
価した場合は、0.16μm程度で3mm除外より悪い
値が得られ、外周がダレてしまっている事がわかる。
を用いた研磨方法によれば、ウェーハの研磨にあたり、
外周ダレ、特にエッジ部3mmよりも外周のダレを制御
することが可能となり、2mm除外でSFQRmax=
0.13μm以下のフラットネスの達成が可能となる。
(μm)/圧縮率(%)}とフラットネス(エッジ除外
2mmの場合)との関係を示した図である。
m)とフラットネス(エッジ除外2mmの場合)との関
係を示した図である。
とフラットネス(エッジ除外2mmの場合)との関係を
示した図である
す要部概略断面説明図である。
6:研磨剤供給管、18:回転軸、20:研磨パッド、
22:ウェーハ保持盤基体、22a:ウェーハ保持面、
24:保持盤裏板、26:真空用溝、28:バキューム
路、30:外カバー、32:環状弾性体、34:空間、
36:加圧空気供給管、L:研磨剤、W:ウェーハ。
Claims (6)
- 【請求項1】 不織布に樹脂を含浸させた研磨パッドに
ウェーハ主面を摺接させて、鏡面研磨するウェーハの研
磨方法において、前記研磨パッドの表面粗さと圧縮率の
比{表面粗さRa(μm)/圧縮率(%)}を3.8以
上にし研磨することを特徴とするウェーハの研磨方法。 - 【請求項2】 前記研磨パッドの圧縮率を2%以上4.
5%以下としたことを特徴とするウェーハの研磨方法。 - 【請求項3】 前記研磨パッドの表面粗さを15μm〜
19μmとしたことを特徴とする請求項1又は2記載の
ウェーハの研磨方法。 - 【請求項4】 不織布に樹脂を含浸させたウェーハ研磨
用研磨パッドにおいて、前記研磨パッドの表面粗さと圧
縮率の比{表面粗さ(μm)/圧縮率(%)}を3.8
以上にしたことを特徴とするウェーハ研磨用研磨パッ
ド。 - 【請求項5】 前記研磨パッドの圧縮率を2%以上4.
5%以下としたことを特徴とする請求項4記載のウェー
ハ研磨用研磨パッド。 - 【請求項6】 前記研磨パッドの表面粗さを15μm〜
19μmとしたことを特徴とする請求項4又は5記載の
ウェーハ研磨用研磨パッド。
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