JP2020040198A - ウェーハ研磨装置用研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】間歇的な片摩耗を制御できるウェーハ研磨装置用研磨パッドを提供する。【解決手段】ウェーハ研磨装置用研磨パッド２００は、ウェーハＷと直接接触する上部面を有する第１ＮＡＰ層２１０、第１ＮＡＰ層の下部に配置されて第１ＮＡＰ層を支持する第２ＮＡＰ層２２０、及び第２ＮＡＰ層の下部に配置されて定盤に附着するペットフィルム層２３０を含む。第１および第２ＮＡＰ層の圧縮率と硬度が最適に選択されている。また、第１および第２ＮＡＰ層はポリウレタンを含むスエード材質である。【選択図】図５

Description

本発明は、ウェーハ研磨装置の研磨パッドに関し、より詳細には圧縮率が減少して硬度が上昇する研磨パッドに関する。

発明の背景になる技術

シリコンウェーハの製造工程は、単結晶インゴット（Ｉｎｇｏｔ）を製造するための単結晶成長（Ｇｒｏｗｉｎｇ）工程と、単結晶インゴットをスライシング（Ｓｌｉｃｉｎｇ）して薄い円板状のウェーハを得るスライシング（Ｓｌｉｃｉｎｇ）工程と、前記スライシング工程によって得られたウェーハの割れ、歪みを防止するためにその外周部を加工する外周グラインディング（Ｅｄｇｅ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ）工程と、ウェーハに残存する機械的加工による損傷（Ｄａｍａｇｅ）を除去するラッピング（Ｌａｐｐｉｎｇ）工程と、ウェーハを鏡面化する研磨（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程と、研磨されたウェーハに付着した研磨剤や異物を除去する洗浄（Ｃｌｅａｎｉｎｇ）工程とで構成される。

この中でウェーハ研磨工程は、１次研磨、２次研磨、３次研磨などの様々なステップを経て行われ、ウェーハ研磨装置を通じて行われ得る。

一般的に、ウェーハ研磨装置の研磨パッドは、研磨パッドの使用時間が増加することによって、研磨パッドの厚さが減少し、研磨へッドがウェーハに加える圧力は一定に維持されて、研磨パッドの使用前半部に比べて研磨パッドの厚さが薄い状態でウェーハを研磨するようになる。これに伴って、ウェーハのエッジ領域で研磨パッドと接しない露出領域が増加してエッジロールオフが増加するという問題点がある。

したがって、本発明は、ウェーハの研磨工程を行う間に研磨パッドの経時変化によるエッジロールオフの増加及び研磨中に発生する間歇的な片摩耗を制御できるウェーハ研磨装置用研磨パッド及びその製造方法を提供しようとする。

本発明は、ウェーハと直接接触する上部面を有する第１ＮＡＰ層、前記第１ＮＡＰ層の下部に配置されて前記第１ＮＡＰ層を支持する第２ＮＡＰ層及び前記第２ＮＡＰ層の下部に配置されて定盤に附着するペットフィルム（ＰＥＴ Ｆｉｌｍ）層を含むウェーハ研磨装置用研磨パッドを提供する。

実施例によって、前記第１ＮＡＰ層の圧縮率は１２％以下であり得る。

実施例によって、前記第１ＮＡＰ層の硬度は２２゜以上であり得る。

実施例によって、前記第２ＮＡＰ層の圧縮率は１０％ないし３０％であり得る。

実施例によって、前記第２ＮＡＰ層の弾性率は９５％以上であり得る。

実施例によって、前記第２ＮＡＰ層の硬度は１９゜ないし２６゜であり得る。

実施例によって、前記第１、２ＮＡＰ層の厚さはそれぞれ０．３０〜０．４０ｍｍであり得る。

実施例によって、前記ペットフィルム層の厚さは０．１０〜０．３０ｍｍであり得る。

実施例によって、前記第１、２ＮＡＰ層はポリウレタンを含むスエード材質であり得る。

実施例によって、前記第１ＮＡＰ層と第２ＮＡＰ層とを結合させる接着層をされに含むことができる。

前記本発明の様態は、本発明の望ましい実施例のうち一部に過ぎず、本発明の技術的特徴が反映された多様な実施例が当該技術分野の通常的な知識を有する者によって以下で上述する本発明の詳細な説明を基盤に導出されて理解され得る。

本発明のウェーハ研磨装置用研磨パッドは、ウェーハと接触するパッド表面層の硬度及び弾性率が増加して、研磨パッドの使用時間が増加してエッジ部分のはげる問題が発生しないので、研磨されるウェーハのエッジ領域の平坦度が低下することを防止することができる。

本発明で得られる効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及していないまた別の効果は、下記の記載から本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者にとって明確に理解されるであろう。

以下に添付される図面は、本発明に関する理解の一助とするためのものであって、詳細な説明と共に本発明に対する実施例を提供する。ただし、本発明の技術的特徴が特定図面に限定されるものではなく、各図面で開示する特徴は互いに組み合わされて新しい実施例に構成され得る。

本発明の研磨装置による第１研磨パッドを示した図である。 本発明の第１研磨パッドでパッド基板層の弾性率が増加する場合、第１研磨パッドの除去量プロファイルを示した図である。 本発明の第１研磨パッドでパッド基板層の圧縮率が減少し、硬度が上昇する場合、第１研磨パッドの除去量プロファイルを示した図である。 本発明の第１研磨パッドでパッド表面層の圧縮率が減少し、硬度が上昇する場合、第１研磨パッドの除去量プロファイルを示した図である。 本発明の第２研磨装置による第２研磨パッドを示した図である。 本発明の第２研磨パッドの使用時間の増加によるパッドの厚さの変化を示した図である。 本発明の研磨装置による第１、２研磨パッドのＥＳＦＱＤ ＭＥＡＮを比較した図である。 本発明の第２研磨パッドによる除去量プロファイルを示した図である。

以下、本発明を具体的に説明するため、実施例を挙げて説明し、発明に対する理解を助けるために添付図面を参照して詳細に説明しようとする。

しかし、本発明の一実施例に係る実施例は、様々な他の形態に変形され得、本発明の範囲が下で詳述する実施例に限定されるものと解釈されてはいけない。本発明の実施例は当業界で平均的な知識を有した者に対して本発明をより完全に説明するために提供されるものである。

また、以下で用いられる「第１」及び「第１」、「上部」及び「下部」などのような関係的用語は、その実体または要素などの間におけるどのような物理的または論理的関係または手順を必ず要求したり内包したりせず、ある一の実体または要素を他の実体または要素と区別するためにのみ利用され得る。

図１は、本発明の研磨装置による第１研磨パッドを示した図である。

研磨装置による第１研磨パッド１００は、ＮＡＰ層１１０及び不織布層１２０を含むことができる。

ＮＡＰ層１１０は、第１研磨パッド１００の上部層を成し、ウェーハと接触しつつ研磨を行うことができる。ＮＡＰ層１１０は、第１研磨パッド１００のパッド表面層と呼ばれ得る。前記ＮＡＰ層１１０は、ポリウレタンを含むスエード材質で構成され得る。このとき、ＮＡＰ層１１０は、既に設定された硬度以上のスエード（Ｓｕｅｄｅ ）材質を含むことができる。

不織布層１２０は、上述したＮＡＰ層１１０の下部に配置され得る。不織布層１２０は、第１研磨パッド１００のパッド基板層と呼ばれ得る。不織布層１２０は、ＮＡＰ層１１０と結合してＮＡＰ層１１０が安定的に機能できるようにＮＡＰ層１１０を支持することができる。

図２は、本発明の第１研磨パッドでパッド基板層の弾性率が増加する場合、第１研磨パッドの除去量プロファイルを示した図である。

第１研磨パッド１００において、弾性率を向上するための不織布層１２０の構成を下記表１のように有し得る。

表１を参照すると、比較例１は、不織布層１２０の弾性率の数値が８３％であり、比較例２は、不織布層１２０の弾性率の数値が８７％であり、比較例３は、不織布層１２０の弾性率の数値が９３％であり得る。図２を参照すると、比較例１ないし３による第１研磨パッド１００の除去量プロファイルにおいて、縦軸は研磨パッドによる除去量が増加する方向であり、横軸はウェーハの直径を示した図である。

比較例１による第１研磨パッド１００の使用時間に応じて、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部でエッジ領域の段差が１０ｎｍであり、第１研磨パッド１００の使用時間の後半部でエッジ領域の段差が３５ｎｍである。したがって、比較例１による第１研磨パッド１００の使用時間の前半部と後半部におけるエッジロールオフの程度は２５ｎｍであり得る。

比較例２による第１研磨パッド１００の使用時間に応じて、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部でエッジ領域の段差が９ｎｍであり、第１研磨パッド１００の使用時間の後半部でエッジ領域の段差が２９ｎｍである。したがって、比較例２による第１研磨パッド１００の使用時間の前半部と後半部におけるエッジロールオフの程度は２０ｎｍであり得る。

比較例３による第１研磨パッド１００の使用時間に応じて、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部でエッジ領域の段差が８ｎｍであり、第１研磨パッド１００の使用時間の後半部でエッジ領域の段差が２６ｎｍである。したがって、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部と後半部のエッジロールオフの程度は１８ｎｍであり得る。

第１研磨パッド１００による不織布層１２０の弾性率が増加する場合、第１研磨パッド１００の厚さの回復性が増加し、不織布層１２０の弾性率が大きいほど第１研磨パッド１００の使用時間の前半部に対して使用時間の後半部でエッジ領域における除去量変化が少なくなる効果がある。

したがって、第１研磨パッド１００で不織布層１２０の弾性率が増加する場合、ウェーハの直径方向に対する除去量を見ると、ウェーハの中央領域に比べてエッジ領域にいくほど除去量が小くなるようになって研磨パッドの使用時間の後半部でエッジロールオフが改善する効果を有し得る。

図３は、本発明の第１研磨パッドでパッド基板層の圧縮率が減少し、硬度が上昇する場合、第１研磨パッドの除去量プロファイルを示した図である。

比較例１、４、５による第１研磨パッド１００の除去量プロファイルにおいて、縦軸は第１研磨パッド１００による除去量が増加する方向であり、横軸はウェーハの直径を示した図である。

第１研磨パッド１００において、圧縮率を減少させ、硬度を上昇させるための不織布層１２０の構成は下記表２の通りであり得る。

表２を参照すると、比較例１は、不織布層１２０の圧縮率数値が１３％であり、不織布層１２０の硬度数値が４４゜である。比較例４は、不織布層１２０の圧縮率数値が１０％であり、不織布層１２０の硬度数値が４８゜である。比較例５は、不織布層１２０の圧縮率数値が６。５％であり、不織布層１２０の硬度数値が５３゜である。図３を参照すると、比較例１、４、５による第１研磨パッド１００の除去量プロファイルにおいて、縦軸は第１研磨パッド１００による除去量が増加する方向であり、横軸はウェーハの直径を示した図である。

比較例１による第１研磨パッド１００の使用時間に応じて、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部でエッジ領域の段差が１０ｎｍであり、第１研磨パッド１００の使用時間の後半部でエッジ領域の段差が３５ｎｍである。したがって、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部と後半部のエッジロールオフの程度は２５ｎｍであり得る。

比較例４による第１研磨パッド１００の使用時間の前半部でエッジ領域の段差が１０ｎｍであり、第１研磨パッド１００の使用時間の後半部でエッジ領域の段差が２７ｎｍである。したがって、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部と後半部のエッジロールオフの程度は１７ｎｍであり得る。

比較例５の第１除去プロファイル３１０を参照すると、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部でエッジ領域の段差が８ｎｍであり、第１研磨パッド１００の使用時間の後半部でエッジ領域の段差が２１ｎｍである。したがって、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部と後半部のエッジロールオフの程度は１３ｎｍであり得る。

したがって、第１研磨パッド１００による不織布層１２０の圧縮率を減少させ、硬度を上昇する場合、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部に対する使用時間の後半部の除去プロファイルの変化が少なくなる効果がある。

しかし、比較例５の第２除去プロファイル３２０を参照すると、不織布層１２０の圧縮率減少及び／または硬度上昇によって間歇的にウェーハの一側面の除去量と反対領域の除去量の差が大きくなって片摩耗が発生し得る。すなわち、不織布層１２０の圧縮率減少及び硬度上昇時にスラー里供給に悪影響を及ぼして第１研磨パッド１００に片摩耗が発生する問題点が発生し得る。

したがって、第１研磨パッド１００で不織布層１２０の圧縮率が減少し、硬度が上昇する場合、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部に対して使用時間の後半部でウェーハのエッジ領域における除去量の変化が少なくなるが、ウェーハの均一な研磨のためにはエッジ領域における片摩耗が発生して、エッジロールオフの改善効果が減少するようになる。

図４は、本発明の第１研磨パッドでパッド表面層の圧縮率が減少し、硬度が上昇する場合、第１研磨パッドの除去量プロファイルを示した図である。

第１研磨パッド１００において、ＮＡＰ層１１０の圧縮率を減少させ、硬度を上昇させるための構成を下記表３のように有し得る。

表３を参照すると、比較例１は、ＮＡＰ層１１０の圧縮率数値が３１．５％であり、ＮＡＰ層１１０の硬度数値が１４゜である。比較例６は、ＮＡＰ層１１０の圧縮率数値が２６．５％であり、ＮＡＰ層１１０の硬度数値が１８゜である。比較例７は、ＮＡＰ層１１０の圧縮率数値が１２％であり、ＮＡＰ層１１０の硬度数値が２２゜である。図４を参照すると、比較例１、６、７に示された第１研磨パッド１００の除去量プロファイルにおいて、縦軸は研磨パッドによる除去量が増加する方向であり、横軸はウェーハの直径を示した図である。

比較例１による第１研磨パッド１００の使用時間の前半部でエッジ領域の段差が１０ｎｍであり、第１研磨パッド１００の使用時間の後半部でエッジ領域の段差が３５ｎｍである。したがって、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部と後半部のエッジロールオフの程度は２５ｎｍであり得る。

比較例６による第１研磨パッド１００の使用時間の前半部でエッジ領域の段差が６ｎｍであり、第１研磨パッド１００の使用時間の後半部でエッジ領域の段差が１９ｎｍである。したがって、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部と後半部のエッジロールオフの程度は７ｎｍであり得る。

比較例７による第１研磨パッド１００の使用時間の前半部でエッジ領域の段差が５ｎｍであり、第１研磨パッド１００の使用時間の後半部でエッジ領域の段差が１７ｎｍである。したがって、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部と後半部のエッジロールオフの程度は１２ｎｍであり得る。

したがって、第１研磨パッド１００によるＮＡＰ１１０層の圧縮率が減少し、硬度が上昇する場合、第１研磨パッド１００の使用時間の前半部に対して使用時間の後半部でウェーハのエッジ領域における除去量の変化が少なくなって、摩耗度の改善によるエッジロールオフ及び経時変化が改善できる効果がある。

図５は、本発明の第２研磨装置による第２研磨パッドを示した図である。

図５を参照すると、研磨装置による第２研磨パッド２００は、二重のＮＡＰ層に形成され得る。

第２研磨パッド２００は、パッド表面層として第１ＮＡＰ層２１０が配置され、パッド基板層として第２ＮＡＰ層２２０が配置され得る。

第１ＮＡＰ層２１０は、第２研磨パッド２００の上部層を形成し、ウェーハと接触しつつ研磨を行うことができる。第１ＮＡＰ層２１０は、エッジロールオフ減少及び摩耗度改善に卓越な性能を有するように既に設定された硬度以上のスエード（Ｓｕｅｄｅ）材質を含むことができる。このとき、第１ＮＡＰ層２１０の厚さは０．３０〜０．４０ｍｍであり得る。

第２ＮＡＰ層２２０は、上述した第１ＮＡＰ層２１０の下部に配置され得る。第２ＮＡＰ層２２０は、第１ＮＡＰ層２１０と結合して、第１ＮＡＰ層２１０が安定的に機能できるように第１ＮＡＰ層２１０を支持することができる。また、第２ＮＡＰ層２２０は、厚さ減少及び回復に卓越な性能を有するように既に設定された弾性率以上のスエード（Ｓｕｅｄｅ）材質を含むことができる。このとき、第２ＮＡＰ層２２０の厚さは０．３０〜０．４０ｍｍであり得る。

第２研磨パッド２００は、前記第２ＮＡＰ層２２０の下部に配置されて定盤に附着するペットフィルム層（ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）Ｆｉｌｍ）２３０を含むことができる。

ペットフィルム層２３０は、パッドのワープ（Ｗａｒｐ）特性制御と定盤付着時の気泡の浸透を阻むことができる。ペットフィルム層２３０の場合、圧縮量が０に近いためペットフィルム層２３０の厚さを既に設定された厚さに製作して研磨負荷による過熱及び片摩耗が発生することを抑制することができる。このとき、ペットフィルム層２３０の厚さは０．１０〜０．３０ｍｍであり得る。

接着層２４０は、第１ＮＡＰ層２１０と第２ＮＡＰ層２２０との間に位置し、第１ＮＡＰ層２１０と第２ＮＡＰ層２２０とを結合させることができる。例えば、接着層２４０は、第１ＮＡＰ層２１０の下部面と第２ＮＡＰ層２２０の上部面とを付着させる接着剤または接着テープであり得る。

第２研磨パッド２００において、硬度及び弾性率を上昇させるための第１ＮＡＰ層２１０及び第２ＮＡＰ層２２０の構成は、下記表４のような特性を有し得る。

表４を参照すると、第２研磨パッド２００の第１ＮＡＰ層２１０は、圧縮率数値が１２％以下であり、第１ＮＡＰ層２１０の硬度数値は２２゜以上であり得る。第２研磨パッド２００の第２ＮＡＰ層２２０は、圧縮率数値が１〜３０％以下であり、第２ＮＡＰ層２２０の弾性率は、９５％以上であり、第２ＮＡＰ層２２０の硬度数値は、１９〜２６゜であり得る。

図６は、本発明の第２研磨パッドの使用時間増加によるパッド厚さの変化を示した図である。

図６を参照すると、第２研磨パッド２００の厚さを示したグラフの縦軸は研磨パッドの厚さが増加する方向であり、横軸はパッド使用時間が増加する方向である。

第２研磨パッド２００の使用時間増加に応じて前半部、中半部、後半部の研磨パッド全体の厚さをそれぞれ図示した。第２研磨パッド２００の厚さを比べると、第２研磨パッド２００の使用時間が増加することによって、第１ＮＡＰ層２１０及び第２ＮＡＰ層２２０の厚さが減少するようになり、ペットフィルム層２３０の厚さは一定に維持される傾向を見せる。

図７は、本発明の研磨装置による第１、２研磨パッドのＥＳＦＱＤ ＭＥＡＮを比較した図である。

図７に示されたグラフの縦軸は、ＥＳＦＱＤ（Ｅｄｇｅ ｓｅｃｔｏｒ Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔｓｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｑ（Ｓｉｔｅ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ ｐｌａｎｅ）Ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ））が増加する方向であり、横軸は研磨パッドの使用時間が増加する方向である。

ＥＳＦＱＤは、Ｅｄｇｅ ｓｅｃｔｏｒ Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔｓｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｑ（Ｓｉｔｅ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ ｐｌａｎｅ）Ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎの略字であって、＋値または−値を有し得る。

図７を参照すると、第１グラフ７１０は、第１研磨パッド１００によるＥＳＦＱ ＭＥＡＮの変化であり、第２グラフ７２０は、第２研磨パッド２００によるＥＳＦＱＤ ＭＥＡＮの変化である。

第１研磨パッド１００によるＥＳＦＱＤ ＭＥＡＮ値は、パッド使用時間が増加することによって減少し、第２研磨パッド２００によるＥＳＦＱＤ ＭＥＡＮ値もパッド使用時間が増加することによって減少する傾向を見せる。

このとき、研磨パッド使用時間の増加によって第２研磨パッド２００によるＥＳＦＱＤ ＭＥＡＮ値が第１研磨パッド１００によるＥＳＦＱＤ ＭＥＡＮ値より減少率が小さいので、第２研磨パッド２００のエッジ領域で平坦度が改善したことを示すことができる。

図８は、本発明の第２研磨パッドによる除去量プロファイルを示した図である。

図８を参照すると、第２研磨パッド２００は第２研磨パッド２００の使用時間の前半部でエッジ領域の段差が５ｎｍであり、第２研磨パッド２００の使用時間の後半部でエッジ領域の段差が１２ｎｍである。したがって、第２研磨パッド２００の使用時間の前半部と後半部のエッジロールオフの程度は７ｎｍであり得る。

したがって、第２研磨パッド２００は、第１研磨パッド１００に比べて研磨パッドの使用時間の前半部に対して使用時間の後半部で除去プロパイルの変化が少なくなって、摩耗度の改善によるエッジロールオフ及び経時変化を改善する効果があり得る。

以上、実施例に説明された特徴、構造、効果などは本発明の少なくとも一つの実施例含まれ、必ずしも一つの実施例にのみ限定されるものではない。さらに、各実施例において例示された特徴、構造、効果などは実施例が属する分野における通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組合せるか、または変形して実施可能である。したがって、このような組合せと変形に関係した内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

１００、２００：研磨パッド １１０：ＮＡＰ層
１２０：不織布層 ２１０：第１ＮＡＰ層
２２０：第２ＮＡＰ層 ２３０：ペットフィルム層
２４０：接着層

Claims (10)

1. ウェーハと直接接触する上部面を有する第１ＮＡＰ層;
   前記第１ＮＡＰ層の下部に配置されて前記第１ＮＡＰ層を支持する第２ＮＡＰ層; 及
   前記第２ＮＡＰ層の下部に配置されて定盤に附着するペットフィルム（ＰＥＴ Ｆｉｌｍ）層を含むウェーハ研磨装置用研磨パッド。
2. 前記第１ＮＡＰ層の圧縮率は、１２％以下である、請求項１に記載のウェーハ研磨装置用研磨パッド。
3. 前記第１ＮＡＰ層の硬度は、２２゜以上である、請求項１に記載のウェーハ研磨装置用研磨パッド。
4. 前記第２ＮＡＰ層の圧縮率は、１０％ないし３０％である、請求項１に記載のウェーハ研磨装置用研磨パッド。
5. 前記第２ＮＡＰ層の弾性率は、９５％以上である、請求項１に記載のウェーハ研磨装置用研磨パッド。
6. 前記第２ＮＡＰ層の硬度は、１９゜ないし２６゜である 、請求項１に記載のウェーハ研磨装置用研磨パッド。
7. 前記第１、２ＮＡＰ層の厚さは、それぞれ０．３０〜０．４０ｍｍである、請求項１に記載のウェーハ研磨装置用研磨パッド。
8. 前記ペットフィルム層の厚さは、０．１０〜０．３０ｍｍである、請求項１に記載のウェーハ研磨装置用研磨パッド。
9. 前記第１、２ＮＡＰ層は、ポリウレタンを含むスエード（Ｓｕｅｄｅ）材質である、請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のウェーハ研磨装置用研磨パッド。
10. 前記第１ＮＡＰ層と第２ＮＡＰ層を結合させる接着層をされに含む、請求項１に記載のウェーハ研磨装置用研磨パッド。

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