JP5061694B2 - 研磨パッドの製造方法及び研磨パッド並びにウエーハの研磨方法 - Google Patents
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Description
平坦性の高いウエーハを得るためには研磨パッドの硬度が高い方が望ましい。しかし、硬度が高い研磨パッドはウエーハにキズを発生させる確率が高くなる。そのため、研磨パッドの硬度は適度に高いものを選択する必要がある。
一方、ポリウレタン系の研磨パッドの原料であるウレタンケーキには、ケーキ内に密度のバラツキがあり、これが研磨パッドの局所的な密度バラツキとなる。密度のバラツキは、硬度のムラとして研磨されたウエーハの平坦度に影響する。
ポリウレタン系の研磨パッドを用いた場合、比較的高い精度でウエーハを平坦化して研磨することができるが、近年要求されているような非常に高い平坦性レベルにおいては、その精度は未だ不十分であり、歩留まりも悪かった。
このように、プレス処理工程よりも後に、発泡ウレタンパッドの少なくとも定盤に貼り付ける面(裏面)をバフィング処理すれば、研磨パッドの裏面(定盤に貼り付ける面)の平坦性を改善することができる。この結果、定盤に貼り付けたときの研磨パッドの表面(研磨面)を、より確実に平坦化することができる。
このように、プレス処理工程よりも後に、発泡ウレタンパッドの周辺部を除去すれば、より確実に研磨パッドの密度分布を均一にすることができる。
このように、プレス処理工程よりも後に、発泡ウレタンパッドの定盤に貼り付ける面(裏面)を両面テープに接着し、発泡ウレタンパッドの両面テープに接着した面とは反対側の面(表面)をバフィング処理すれば、研磨パッドの表面(研磨面)を、より確実に平坦化することができる。
このような、前記の研磨パッドの製造方法によって製造された研磨パッドであれば、密度分布が従来よりも均一であるので、高い平坦性を有するウエーハを安定して得ることができる研磨パッドである。
また、本発明に係るウエーハの製造方法によれば、ウエーハを研磨して高い平坦性を安定して実現することができ、また、研磨工程における稼働効率を改善することができる。
前述のように、従来、研磨されたウエーハの平坦性が不十分であり、また不安定であるという問題があった。
そして、本発明者らは、このようにポリウレタン製の研磨パッドにおいて硬度のムラが生じる理由について鋭意検討を行った。
発泡ポリウレタンの塊である発泡ウレタンケーキから発泡ウレタンパッドをスライス(切り出し)して(工程1)、研磨パッドとする。
発泡ウレタンケーキからスライスした直後の研磨パッドは、図2(1)に示したように、ポリウレタン密度が密の領域(以下、単に「密の領域」と呼ぶことがある。)と、密度が疎の領域(以下、単に「疎の領域」と呼ぶことがある。)とが混在している。また、実際の発泡ポリウレタンには微小な発泡が生じている。
次に、必要に応じて例えば4000g/cm2程度の低圧でプレス処理を行い、研磨パッドと両面テープの間の比較的大きな空隙を除去する(工程3)。
次に、研磨パッドの両面テープと接着した側とは反対側(研磨パッド表面;研磨の際には研磨面となる)をバフィング処理し、粗れやうねりを除去する(工程4)。
このような一連の工程を経ることにより、図2(4)に示したように、研磨パッドの研磨面の粗れやうねりは除去され平坦化されるが、研磨パッドには最初から存在していた密の領域と疎の領域の分布が残る。
また、上述したような、従来の研磨パッドでは、研磨パッドライフ初期において、特にウエーハ平坦性が悪く、不安定であること、及び、研磨パッド使用時間が経過するに従って徐々にウエーハの平坦性が改善していき、安定化していくことなどは、ウエーハを研磨する間に研磨パッドが圧縮され、その密度分布が次第に均一化していくためであると考えることができる。
そして、これらのことから、予め、研磨パッドにおけるポリウレタンの密度分布がほぼ均一に密の領域になるように高圧力でプレス処理することによって、安定して平坦性の高いウエーハとすることができる研磨パッドを製造することができることに想到し、本発明を完成させた。
図1は本発明に係るポリウレタン製の研磨パッドの製造方法を模式的に示した概念図である。
発泡ウレタンケーキとしては、主成分がポリウレタンであれば、若干の添加物を含んでいてもよく、研磨パッド用として通常用いられる発泡ウレタンケーキであれば、本発明を適用することができる。
発泡ウレタンケーキからスライスした直後の発泡ウレタンパッドには、従来と同様にポリウレタン密度が密の領域と、密度が疎の領域が混在している。
まず、工程bの高圧プレス処理の後、発泡ウレタンパッドの少なくとも定盤に貼り付ける側の面(パッド裏面)にバフィング処理を行う(工程c)。
通常、研磨パッドを研磨装置の定盤に固定するために、予め研磨パッドに両面テープを接着するが、研磨パッドの裏面、すなわち両面テープを接着する側の面が粗れやうねりを有しており、このこともウエーハの平坦性に影響する。このため、上記のような裏面バフィング処理を行って研磨パッド裏面の平坦性を改善しておくことが望ましい。
なお、このバフィング処理は通常研磨パッドに対して行われるバフィング処理方法を用いればよく、特に限定はされない。例えば、微小な刃のついたローラーを回転させながらパッドの表面を走査して表面を削ることによってこのバフィング処理を行う。また、この裏面バフィング処理におけるバフィング量も特に限定されず、例えば、0.01mm以上0.1mm以下程度とすることができる。
両面テープは、通常、発泡ウレタンパッドに接着される側とは反対側に剥離紙が接着されており、定盤に研磨パッドを貼り付けるときにはこの剥離紙を剥がして貼り付ける。
発泡ウレタンパッドを両面テープに接着した後、必要に応じて、例えば4000g/cm2程度の低圧でプレス処理を行ってもよい。このようにすれば、発泡ウレタンパッドと両面テープの間の空隙をより確実に除去することができる。
次に、発泡ウレタンパッドの両面テープと接着した側とは反対側(パッド表面;研磨の際には研磨面となる)をバフィング処理し、粗れやうねりを除去する(工程e)。このようにすることにより、より研磨面の平坦性を高めることができ、ウエーハの平坦性を高くして研磨することができる。また、この表面バフィング処理におけるバフィング量も特に限定されず、例えば、0.01mm以上0.1mm以下程度とすることができる。
本発明に係る研磨パッドを用いるウエーハの研磨では、片面研磨装置、両面研磨装置のいずれでも用いることができ、それぞれ公知の装置を用いることができる。
例えば、両面研磨装置としては、サンギアとインターナルギアを有し、下定盤と上定盤との間でウエーハが公転及び自転するタイプ(特開平10−249717号公報等参照)でも、このような公転及び自転をしないタイプ(特開平10−202511号公報等参照)でもよい。
また、シリコン単結晶ウエーハ等の半導体ウエーハの他、ガラス基板等種々のウエーハの研磨について用いることができる。
両面研磨装置11は、上下に相対向して設けられた下定盤13と上定盤14を備えており、各定盤13、14の対向面側には、それぞれ本発明に係る研磨パッド12が両面テープ等により貼付されている。ウエーハWはキャリア15の保持孔に保持され、上定盤14と下定盤13の間に挟まれる。上定盤14及び下定盤13が不図示の駆動源によって回転される。このときウエーハWはキャリア15の保持孔で保持されており、上下の研磨パッド12により両面を同時に研磨される。研磨時には、研磨スラリー供給手段16から研磨スラリーが供給される。
片面研磨装置21は、本発明に係る研磨パッド12が両面テープ等により貼付された定盤23と、ウエーハWを保持する研磨ヘッド25と、研磨スラリー供給手段26を具備している。定盤23と研磨ヘッド25が不図示の駆動源によって回転され、ウエーハWが研磨パッド12に摺接され、ウエーハWの被研磨面が研磨される。研磨時には、研磨スラリー供給手段26から研磨スラリーが供給される。
(実験例1〜6)
図1に示したような本発明に係る研磨パッドの製造方法に従い、以下のように研磨パッドを製造した。
まず、密度が0.5g/cm3であり、弾性係数(圧縮係数)が10000〜13000psi(69000〜89000kPa)である発泡ウレタンケーキから、厚さおよそ0.8mmの発泡ウレタンパッドを6枚切り出した(工程a)。
次に、4000g/cm2(2枚)(実験例1、2)、15000g/cm2(実験例3)、19000g/cm2(実験例4)、23000g/cm2(2枚)(実験例5、6)のそれぞれの圧力でプレス処理を行った(工程b)。
次に、それぞれの発泡ウレタンパッドを厚さ0.1mmの両面テープに接着した(工程d)。
次に、それぞれの発泡ウレタンパッドを0.03mm程度のバフィング量で表面バフィング処理を行った(工程e)。
研磨したウエーハの種類は直径300mmのシリコン単結晶ウエーハであり、P型(比抵抗1Ωcm以上)のものを用いた。
研磨装置としては不二越機械工業製両面研磨機を用いた。これは、下定盤の上にガラスエポキシ製のキャリアを置き、その保持孔の部分にウエーハを5枚仕込み、その上から上定盤を置き、研磨スラリーを流しながら研磨を行うものである。下定盤と上定盤は反対方向に回転し、キャリアも揺動回転をする。
研磨時間は1バッチ当たり30〜60分程度、研磨圧力は16〜20kPa程度とした。それぞれの研磨パッドの使用時間が9000〜10000分程度までウエーハを取り替えながら研磨を行った。
測定装置としては、黒田精工製フラットネス測定装置Nanometroを用いた。これは、2つのレーザーセンサーの間にウエーハを配置し、レーザーセンサーを走査してウエーハの厚さを測定、そのデータを計算によりROAを求めるものである。ウエーハ裏面を平面に矯正した状態で、ウエーハ表面の傾きを補正し、ウエーハ外周から3mmの位置と1mmの位置の表面高さの差を算出した。
実験例3、4、5はプレス圧力がそれぞれ15000g/cm2、19000g/cm2、23000g/cm2の場合のROAの結果である。15000g/cm2の場合、研磨パッド使用開始当初のウエーハのROAが0.23μmであり、実験例1と比較して十分に低かった。また、ROAが0.20μm以下となるには研磨パッドの使用時間1000分でよく、1000分を超えてからは十分なウエーハ平坦性が得られた。またROAの減衰が少なくなるのは約1500分であり、実験例1と比較して早く安定化した。
実験例4、5から、プレス圧力が高いほど研磨パッドの使用開始当初のウエーハのROAが低く、また、安定してからのROAの絶対値が低いことがわかる。すなわち、より高いウエーハ平坦性が得られる。
このグラフから、高圧プレス処理に加えて、裏面バフィング処理を行うことによって、より効果的にウエーハ平坦性、およびその安定性の改善が見られたことがわかる。
このグラフより、プレス圧力が4000g/cm2のように低い場合でも、裏面バフィング処理によりウエーハ平坦性の改善効果が見られる。しかし、パッド使用開始当初のウエーハのROAは依然高く、ROAの減衰が少なくなるのは3000分を超えた辺りからであり、安定化してからのROAの絶対値は実験例1と同等であった。裏面バフィング処理のみでは効果は不十分であることがわかる。
14…上定盤、 15…キャリア、 16…研磨スラリー供給手段、
21…片面研磨装置、 23…定盤、 25…研磨ヘッド、
26…研磨スラリー供給手段、
W…ウエーハ。
Claims (6)
- 発泡ウレタンパッドからなり、定盤に貼り付けてウエーハの研磨に用いる研磨パッドの製造方法において、少なくとも、
発泡ウレタンケーキをスライスして発泡ウレタンパッドとする工程と、
該発泡ウレタンパッドを15000g/cm2以上の圧力でプレス処理する工程と
を有することを特徴とする研磨パッドの製造方法。 - 前記プレス処理工程よりも後に、前記発泡ウレタンパッドの少なくとも前記定盤に貼り付ける面をバフィング処理する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の研磨パッドの製造方法。
- 前記プレス処理工程よりも後に、前記発泡ウレタンパッドの周辺部を除去する工程を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の研磨パッドの製造方法。
- 前記プレス処理工程よりも後に、前記発泡ウレタンパッドの前記定盤に貼り付ける面を両面テープに接着する工程と、前記発泡ウレタンパッドの前記両面テープに接着した面とは反対側の面をバフィング処理する工程とを有することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の研磨パッドの製造方法。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の研磨パッドの製造方法によって製造されたことを特徴とする研磨パッド。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の研磨パッドの製造方法によって製造された研磨パッドを前記定盤に貼り付け、該研磨パッドが貼付された定盤を用いて前記研磨パッドの表面と前記ウエーハとの間に研磨スラリーを介在させて前記ウエーハの研磨を行うことを特徴とするウエーハの研磨方法。
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