JP2008188743A - 研磨シート、研磨シートの製造方法、半導体ウエハの研磨方法、及び、散布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨シート、及びこの研磨シートを用いた半導体ウエハベベルの研磨方法を提供する。
【解決手段】
研磨シート２０は、シート状の基材２００の表面に、ラフ研磨用の粗粒研磨領域２０２と、仕上げ研磨用の微粒研磨領域２０４とを有する。粗粒研磨領域２０２における砥粒の平均粒子径は、微粒研磨領域２０４における平均粒子径よりも大きい。この研磨シート２０によれば、同一の研磨モジュールでラフ研磨及び仕上げ研磨を一度に行うことができ、研磨工程の所要時間の短縮、及び、消耗品の削減が期待できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、研磨シート、研磨シートの製造方法、半導体ウエハの研磨方法、及び、散布装置に関する。

半導体ウエハは、シリコン等を主体とするインゴットから半導体ウエハになるまでの過程で、種々の薬液、部材等に接触している。特に、ベベル部(ウエハの端部)は、支持治具と接触する機会が多いため、不純物が付着したり、微小傷が発生しやすい。半導体ウエハベベル付着物由来の不純物や、微小傷に原因するウエハ破損を予防する必要がある。半導体ウエハベベルは所定の装置で研磨する作業が行われている。

従来は、ウエハベベル部を研磨する場合に、必要とする粒度の研磨シートを用いて、研磨装置により研磨を行っているが、研磨に要する粒度の分だけ、研磨モジュール及び研磨シートが必要となる問題が発生していた。すなわち、研磨装置内に、ラフ研磨及び仕上げ研磨を目的とした研磨シートを接続した研磨モジュールをそれぞれ使用するため、２つのモジュールが必要とされていた。
また、研磨工程が２工程必要となることから、研磨速度の低下、並びに、水洗装置を含む設備費用及び研磨シートに関する消耗品の費用の増大、が問題となっていた。

研磨シートを製造する際、通常、目的の粒度を持つ砥粒を結合剤用樹脂と混練してペーストを作製し、塗工機にて基材上に塗布する製造方法が行われてきたが、砥粒により塗工装置を傷めてしまい、製造装置のメンテナンス性の悪さという問題も発生していた。

なお、特許文献１には、ベベル加工を行うベベル装置が記載されている。
また、特許文献２には、研磨テープを用いて、シリコンウエハのベベル部を研磨する基盤処理装置が記載されている。
また、特許文献３には、ベベルエッチングユニットを具備する半導体基板製造装置が記載されている。
また、特許文献４には、研磨シートが記載されている。

特開平５−１３３８８号公報 特開２００４−２４１４３４号公報 特開２００２−１９０４５５号公報 実開平７−４４６８５号公報

本発明は、研磨工程を効率化させる研磨シート、及び、半導体ウエハの研磨方法を提供する。

本発明にかかる研磨シートは、砥粒の粒度分布が異なる複数の研磨領域を有する。

好適には、前記複数の研磨領域は、シートの長手方向に対し平行に配置されてなる。

好適には、前記複数の研磨領域は、シートの長手方向に対し垂直に配置されてなる。

好適には、前記研磨領域の少なくとも一部に、溝が形成されてなる。

また、本発明にかかる研磨シートの製造方法は、砥粒と結合剤とを混合して、砥粒の粒度分布が異なる複数の混合ペーストを調製し、調製された複数の混合ペーストそれぞれを基材表面の異なる領域に塗布する。

また、本発明にかかる研磨シートの製造方法は、基材表面に結合剤を塗布し、結合剤が塗布された基材表面の複数の領域それぞれに、砥粒の粒度分布が異なる複数の研磨剤それぞれを散布する。

好適には、基材表面に配置された研磨剤に対して、結合剤が硬化する前に加圧し、砥粒を結合剤中に埋め込む。

また、本発明にかかる半導体ウエハの研磨方法は、請求項１〜４のいずれかに記載の研磨シートを、半導体ウエハのベベル部に当接させ、前記ベベル部に前記研磨シートを当接させた状態で、前記研磨シート又は前記半導体ウエハを動かす。

また、本発明にかかる散布装置は、複数の散布口と、複数の前記散布口に対して、砥粒の粒度分布が異なる複数の研磨剤を供給する供給手段とを有する。

好適には、前記散布口の大きさを調整する調整手段をさらに有する。

本発明にかかる研磨シート、研磨シートの製造方法、及び、半導体ウエハの研磨方法によれば、研磨効率が向上し、同一の研磨モジュールでラフ研磨及び仕上げ研磨を一度に行うことができるため、研磨工程の所要時間の短縮、消耗品の削減が可能になる。

図１は、研磨シートを例示する図である。
図１に例示するように、研磨シート２０（又は研磨シート２２）は、基材上に、砥粒の粒度分布が異なる複数の研磨領域を有する。本例では、シート状の基材２００の表面に、ラフ研磨用の粗粒研磨領域２０２と、仕上げ研磨用の微粒研磨領域２０４とが設けられている。
なお、本明細書において、研磨剤とは砥粒の集合体を意味する。また、混合ペーストとは、研磨剤（すなわち、砥粒）と結合剤（後述）とを混合したペーストを意味する。また、研磨領域とは、砥粒の粒度分布が略均一な領域を意味する。

［砥粒］
砥粒は、複数の粒度分布を有する無機粉末を用いる。
砥粒の材質は、アルミナ、ダイヤモンド、立方晶ボロンナイトライド、炭化ホウ素、窒化珪素、シリコンカーバイド、ボロンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化鉄、酸化クロム、エメリー、ガーネット、スピネル、ケイソウ土、ドロマイト、又は浮石粉等である。これらの材質の中では、研削効率が高いダイヤモンド、エメリー、及びアルミナが好適に用いられる。

砥粒の粒径は、混合ペースト中の砥粒の割合、結合剤の種類、及び研磨装置等によって異なるが、平均粒径０．１〜３０μｍの範囲から選択することが好ましい。例えば、２種類の粒度分布を有する砥粒を用いる場合、微粒と粗粒の平均粒径の比率を２〜１０倍とすることが好ましい。微粒と粗粒の平均粒径の比率が上記範囲であれば、迅速に研磨可能であり、研磨痕が残りにくい。
すべての砥粒の材質が同一であってもよく、複数の材質を用いてもよい。

［結合剤］
結合剤とは、砥粒を基材上に固定させる材料である。結合剤としては、ポリエステル樹脂、塩ビ樹脂、酢ビ樹脂、塩ビ・酢ビ共重合樹脂、塩ピ・アクリル共重合樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ゴム、硝化綿、エポキシ樹脂、ブチラール樹脂等が挙げられる。アクリル樹脂を主体とするバインダーが結合剤として好適に用いられる。

結合剤は、砥粒を確実に固定するために光重合性化合物を添加して光架橋性結合材としてもよい。光重合性化合物としてウレタンアクリレートやエポキシアクリレート等のアクリレートオリゴマを用いることができる。

アクリル樹脂バインダーとして、ヒドロキシル基やアミノ基等の官能基を有するポリマーを用い、トリレンジイソシアネートやキシレンジイソシアネート等の多価イソシアネート化合物を架橋剤として用いてもよい。

また、結合剤には、メタノール、エタノール、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、及び水などの溶剤を適宜添加してもよい。また、結合剤には、エッチング液、分散剤、及び軟化剤等の各種添加剤を適宜添加することができる。

［混合ペースト］
砥粒と結合剤を混合して混合ペーストを調製する方法としては、例えば、結合剤と砥粒を撹枠混合し、ニーダー等で混練する方法が挙げられる。砥粒は、溶剤及び分散剤と混合し、必要に応じて超音波、イオナイザー、又は回転ロール加圧等で分散処理しておくことが好ましい。

混合ペースト中のバインダー及び砥粒の配合割合は、バインダー１００質量部に対して砥粒１０〜４０質量部とすることが好ましい。この範囲であれば、研磨シート表面に十分な砥粒を配置することが可能であり、印刷又は塗工が容易である。

［基材］
基材の厚み及び種類は、用途に応じて適宜選択される。基材としては、例えば、紙、布、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エチレンビニルアルコール、及びアイオノマー等が挙げられる。基材には、アルミナ繊維等、ガラス繊維、金属繊維等からなる布状物を用いてもよい。また、基材には、ガラスクロス、発泡フィルム、又は不織布等も使用可能である。さらに、四級アミン等の帯電防止剤や滑り剤を基材に添加してもよい。

［研磨シートの製造方法］
結合剤用樹脂層と基材を積層する方法は、例えば、グラビアコーター、コンマコーター、バーコーター、ナイフコーター、キスロールコーター等の各種コーターで基材上に塗布する方法や、凸版印刷機、凹版印刷機、平板印刷機、フレキソ印刷機、オフセット印刷機、スクリーン印刷機等の各種印刷機で印刷する方法がある。形成された結合用樹脂層の厚みは、５〜１００μｍであることが好ましい。
また、図２に例示するように、研磨中のドレンを排出する目的で、塗工面に幅２０〜５００μｍの溝２０６を複数設けてもよい。このような溝２０６を設けることにより、研磨領域２０２及び２０４における目詰まり抑制が期待できる。本例では、シートの短手方法に平行に設けられた溝２０６ａと、シートの長手方向に平行に設けられた溝２０６ｂとが例示されているが、シートの短手方向又は長手方向のみに溝を設けてもよいし、シートに対して斜め方向に溝を設けてもよい。

研磨シートの製造方法として、基材表面に結合剤を塗工した後に研磨剤散布装置の研磨剤散布口から複数の砥粒を別々に噴霧又は散布してもよい。一例を挙げると、溶剤で濡れた状態の結合剤を基材表面に塗布し、基材表面の半分をマスクしながら粗粒を圧縮ガスで高圧噴霧し、次の工程で粗粒噴霧部分をマスクし、微粒を圧縮ガスで高圧噴霧する方法が挙げられる。

図３は、研磨剤の散布装置３を例示する図である。
図３（Ａ）に例示するように、散布装置３は、チューブ状の中空筐体３００と、粗粒（研磨剤）を供給する粗粒供給路３０２と、微粒（研磨剤）を供給する微粒供給路３０４と、中空筐体３００の内部に設けられた仕切板３０６（調整手段）と、基材を巻き取るロール３１０ａ及び３１０ｂとを有する。
中空筐体３００の内部は、図３（Ｂ）に例示するように、仕切板３０６によって仕切られており、中空筐体３００の開口は、この仕切板３０６によって、粗粒を散布するための粗粒散布口３００ａと、微粒を散布するための微粒散布口３００ｂとに分割される。仕切板３０６は、駆動装置（不図示）によって紙面左右方向に移動可能である。つまり、仕切板３０６の位置を調整することにより、粗粒を散布する範囲と、微粒を散布する範囲とを変更できる。
また、散布装置３は、図３（Ｂ）に例示するように、中空筐体３００の下方に、シャッタ３０８を有する。シャッタ３０８は、駆動装置（不図示）によって紙面左右方向に移動可能であり、散布装置３は、このシャッタ３０８によって、粗粒散布口３００ａ及び微粒散布口３００ｂの開閉を行う。粗粒の研磨剤塗布面に微粒の研磨剤が混入しても影響が比較的小さいことから、散布装置３は、シャッタ３０８を制御して、まず粗粒散布口３００ａのみを開けて、粗粒供給路３０２から供給される粗粒を基材２００の表面に散布し、次に、粗粒散布口３００ａを閉じ、微粒散布口３００ｂを開けて、微粒供給路３０４から供給される微粒を機材２００の表面に散布する。なお、研磨剤の散布は、上記のように高圧噴霧によってもよいし、自然落下によってもよい。

別の製造方法として、砥粒及び結合剤を含有する混合ペーストをグラビア法で印刷する方法が挙げられる。砥粒の粒度分布が異なる複数の研磨剤それぞれと結合剤とを混合して、複数の混合ペーストを調製し、これらの混合ペーストを所定のパターンに合わせて多色印刷することができる。

上記方法にて製造した研磨シートは、結合剤を硬化させて砥粒を基材表面に固定することが好ましい。また、結合剤を硬化させる前にラミネート機を使用して結合剤塗布面をローラーで加圧し、砥粒を結合剤中に埋め込むことが好ましい。結合剤の硬化方法としては、例えば、加熱重合法や光重合法による重合反応や、架橋反応により硬化させる方法が挙げられる。

このように製造された研磨シート２０は、図１（Ａ）に例示するように、研磨シートの長手方向に平行に、複数の研磨領域を有する。本例では、研磨シート２０の基材２００の表面に、ラフ研磨用の粗粒研磨領域２０２と、仕上げ研磨用の微粒研磨領域２０４とが形成されている。粗粒研磨領域２０２における砥粒の平均粒子径は、微粒研磨領域２０４における平均粒子径よりも大きい。
また、図１（Ｂ）に例示するように、研磨シート２２は、シートの長手方向に対し垂直に、複数の研磨領域を有してもよい。この場合には、粗粒研磨領域２０２と微粒研磨領域２０４とがシートの長手方向に交互に配置される。
なお、粗粒研磨領域２０２と微粒研磨領域２０４とがそれぞれ表裏両面に配置されてもよい。

［半導体ウエハベベルの研磨方法］
図４は、研磨装置４を模式的に例示する図である。
半導体ウエハのベベルを研磨する方法としては、例えば、シリコンウエハのベベルの研磨装置４による連続研磨法が挙げられる。研磨装置４は、研磨シート２０のロール４０２（及びロール４０４）が取り付けられており、シート支持部４０６により支持された研磨シート２０を、シリコンウエハのベベル部に押し当てながら、シリコンウエハを回転させて研磨することができる構成となっている。本例では、シリコンウエハがウエハ回転台４２の上に固定されており、このウエハ回転台４２がシリコンウエハを回転させる。

図１（Ａ）のように研磨領域がシートの長手方向に対し平行に配置されている場合、図５（Ａ）に例示するように、研磨シート２０の右側の粗粒研磨領域２０２をベベルに押し当てて研磨し、不純物を削り落とした後に、図５（Ｂ）に例示するように、微粒研磨領域２０４をベベルに押し当てて研磨する。研磨は、湿式又は乾式のいずれを用いてもよい。水又は油等を冷却液として用いて湿式法で研磨する場合は、研磨シート２０の長手方向に冷却液のドレン排出用の溝２０６ｂを設けるとよい。

図１（Ｂ）のように研磨領域がシートの長手方向に対し垂直に配置されている場合、図６（Ａ）に例示するように、研磨シート２２の粗粒部分でベベルを研磨し、図６（Ｂ）に例示するように、ロール４０２を回転させて、微粒研磨領域２０４がシリコンウエハに当接する位置までシートを送ってから、ベベルを研磨して仕上げる。研磨領域が研磨シートの長手方向に対し垂直に配置されている研磨シート２２を用いると、研磨シート２２をベベルに押し当てる駆動系ラインが１系列で済むため、研磨装置４を小型化することができるため好ましい。

［使用材料］
研磨シート２２（図１（Ｂ））の製造に以下の材料を用いた。
結合剤：共重合ポリエステル樹脂、東洋紡バイロンUR8300。
基材：厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレート製シート、市販品。
微粒：＃４０００相当の人造ダイヤモンド粉末粒径、レーザー散乱法によるＤ_５０値が３．０μｍ、市販品。
粗粒：＃１８０００相当の人造ダイヤモンド粉末粒径、レーザー散乱法によるＤ_５０値が０．５μｍ、市販品。
また混合ペーストを作製する場合、微粒、粗粒をそれぞれ市販のアクリル樹脂バインダーと混合して混練し、微粒ペースト及び粗粒ペーストとした。

［研磨シートの作製］
ＰＥＴ樹脂基材（２０ｍｍ幅×１００μｍ厚）に、グラビアロールを用いて１０μｍの厚みで結合剤用バインダーを塗布した。その直後に微粒用と粗粒用の２台の粉体散布装置により、微粒と粗粒を結合剤上に塗工長１ｍ毎に交互に散布し、結合剤用樹脂を遠赤外線炉で加熱硬化させ、巻き取って研磨シートとした。
これにより、シートの長手方向に１ｍ刻みで微粒研磨領域及び粗粒研磨領域が交互に切り替わる研磨シート２２を得た。

［評価方法］
上記のように作製された研磨シート２２を使用してシリコンウエハのベベル研磨を実施した。研磨装置４は、装置本体内にウエハの研磨を行う研磨モジュール４０が２台搭載されたものを使用した。

従来、２台の研磨モジュール４０は、ラフ研磨と仕上げ研磨とを別に行い２ステップの研磨工程を実施するために搭載されているが、本実施例では、上記の研磨シート２２を使用することにより、それぞれのモジュールに於いてウエハを交換することなくラフ研磨及び仕上げ研磨を実施することが可能となった。

２台の研磨モジュール４０で並行して研磨が可能となったので、研磨モジュール４０のパラレル運転が可能となり、稼働率が２倍に向上した。

以上説明したように、本実施形態の研磨シートは、研磨効率が高く、同一の研磨モジュールでラフ研磨及び仕上げ研磨を一度に行うことができる。そのため、研磨工程の所要時間の短縮、消耗品の削減が可能になる。特に、半導体ウエハベベルの研磨に好適に用いられる。

研磨シートを例示する図である。 研磨シート（図１）に設けられた溝２０６を例示する図である。 散布装置３を模式的に例示する図である。 研磨装置４を模式的に例示する図である。 研磨シート２０（図１（Ａ））を用いた研磨方法を模式的に説明する図である。 研磨シート２２（図１（Ｂ））を用いた研磨方法を模式的に説明する図である。

符号の説明

２０，２２・・・研磨シート
２００・・・基材
２０２・・・粗粒研磨領域
２０４・・・微粒研磨領域
２０６・・・溝
４・・・研磨装置
４０・・・研磨モジュール

Claims (10)

1. 砥粒の粒度分布が異なる複数の研磨領域を有する研磨シート。
2. 前記複数の研磨領域は、シートの長手方向に対し平行に配置されてなる
   請求項１に記載の研磨シート。
3. 前記複数の研磨領域は、シートの長手方向に対し垂直に配置されてなる
   請求項１に記載の研磨シート。
4. 前記研磨領域の少なくとも一部に、溝が形成されてなる
   請求項１〜３のいずれかに記載の研磨シート。
5. 砥粒と結合剤とを混合して、砥粒の粒度分布が異なる複数の混合ペーストを調製し、
   調製された複数の混合ペーストそれぞれを基材表面の異なる領域に塗布する
   研磨シートの製造方法。
6. 基材表面に結合剤を塗布し、
   結合剤が塗布された基材表面の複数の領域それぞれに、砥粒の粒度分布が異なる複数の研磨剤それぞれを散布する
   研磨シートの製造方法。
7. 基材表面に配置された研磨剤に対して、結合剤が硬化する前に加圧し、砥粒を結合剤中に埋め込む
   請求項５又は６に記載の研磨シートの製造方法。
8. 請求項１〜４のいずれかに記載の研磨シートを、半導体ウエハのベベル部に当接させ、
   前記ベベル部に前記研磨シートを当接させた状態で、前記研磨シート又は前記半導体ウエハを動かす
   半導体ウエハの研磨方法。
9. 複数の散布口と、
   複数の前記散布口に対して、砥粒の粒度分布が異なる複数の研磨剤を供給する供給手段と
   を有する散布装置。
10. 前記散布口の大きさを調整する調整手段
    をさらに有する請求項９に記載の散布装置。

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