JP2020161662A

JP2020161662A - ウェハ研磨方法及びウェハ研磨装置

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Publication number: JP2020161662A
Application number: JP2019059970A
Authority: JP
Inventors: 将太北嶋; Shota Kitajima; 久徳黒部; Hisatoku Kurobe
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: JP7162559B2

Abstract

【課題】ウェハがオフ角を有するＳｉＣ単結晶である場合において、低いスクラッチ発生率でそのウェハを高平坦度かつ高平行度に研磨する。【解決手段】ウェハ研磨装置は、第１軸心Ｏ１と直交する方向に延びる研磨パッド５を有し、第１軸心Ｏ１周りに回転される定盤１と、第１軸心Ｏ１と平行な第２軸心Ｏ２と直交する方向に延びて研磨パッド５と対面する固定面３ａにウェハＷが固定され、ウェハＷと研磨パッド５とが所定の面圧の下で第２軸心Ｏ２周りに回転されるキャリヤ３とを備えている。ウェハＷは、円弧の中心である第１中心点Ａと、オリエンテーションフラット又はノッチからなる基準縁Ｂとを有するとともに、Ｓｉ原子が最表面にあるＳｉ面を結晶軸に対して傾斜させているＳｉＣ単結晶からなる。固定面３ａには、第１中心点Ａが第２軸心Ｏ２から離間し、基準縁Ｂが第２軸心Ｏ２から見て外側に向くようにウェハＷが固定される。【選択図】図４

Description

本発明はウェハ研磨方法及びウェハ研磨装置に関する。

特許文献１、２に従来のウェハ研磨方法が開示されている。これらのウェハ研磨方法は、定盤とキャリヤとを備えたウェハ研磨装置を用いてＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）法によりウェハを研磨する。定盤は、第１軸心と直交する方向に延びる研磨パッドを有し、第１軸心周りに回転される。キャリヤは、第１軸心と平行な第２軸心と直交する方向に延びて研磨パッドと対面する固定面を有する。キャリヤは、固定面にウェハが固定され、ウェハと研磨パッドとが所定の面圧の下で第２軸心周りに回転される。

シリコン等のウェハは、円弧の中心である第１中心点の他、結晶軸の方向を示すオリエンテーションフラット又はノッチからなる基準縁を有している。特許文献１のウェハ研磨方法では、キャリヤの固定面に対し、第１中心点と、基準縁の中心である第２中心点とを仮定した場合、第２軸心を第２中心点から遠ざけている。また、特許文献２のウェハ研磨方法では、一つのウェハ研磨装置で複数段の研磨工程を行なう場合、キャリヤの固定面に対し、各段毎にウェハの保持位置を回動させている。

これらのウェハ研磨方法によれば、オリエンテーションフラット又はノッチがあるウェハを高平坦度かつ高平行度に研磨可能である。

特公昭７−３８３８１号公報特許第３９７８７８０号公報

しかし、発明者らの試験結果によれば、上記従来のウェハ研磨方法では、ウェハがＳｉＣの単結晶であり、しかもそのＳｉ原子が最表面にあるＳｉ面を結晶軸に対して傾斜させているものである場合、つまりウェハがオフ角を有するＳｉＣ単結晶である場合には、固定面への固定位置によってスクラッチが生じ易い。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、ウェハがオフ角を有するＳｉＣ単結晶である場合において、低いスクラッチ発生率でそのウェハを高平坦度かつ高平行度に研磨することを解決すべき課題としている。

本発明のウェハ研磨方法は、ウェハ研磨装置を用いてＣＭＰ法によりウェハを研磨するウェハ研磨方法であって、
前記ウェハ研磨装置は、第１軸心と直交する方向に延びる研磨パッドを有し、前記第１軸心周りに回転される定盤と、前記第１軸心と平行な第２軸心と直交する方向に延びて前記研磨パッドと対面する固定面に前記ウェハが固定され、前記ウェハと前記研磨パッドとが所定の面圧の下で前記第２軸心周りに回転されるキャリヤとを備え、
前記ウェハは、円弧の中心である第１中心点と、オリエンテーションフラット又はノッチからなる基準縁とを有するとともに、Ｓｉ原子が最表面にあるＳｉ面を結晶軸に対して傾斜させているＳｉＣ単結晶からなり、
前記固定面には、前記第１中心点が前記第２軸心から離間し、前記基準縁が前記第２軸心から見て外側に向くように前記ウェハが固定されることを特徴とする。

また、本発明のウェハ研磨装置は、第１軸心と直交する方向に延びる研磨パッドを有し、前記第１軸心周りに回転される定盤と、
前記第１軸心と平行な第２軸心と直交する方向に延びて前記研磨パッドと対面する固定面にウェハが固定され、前記第２軸心周りに回転されるキャリヤとを備え、
前記ウェハは、円弧の中心である第１中心点と、オリエンテーションフラット又はノッチからなる基準縁とを有するとともに、Ｓｉ原子が最表面にあるＳｉ面を結晶軸に対して傾斜させているＳｉＣ単結晶からなり、
前記固定面には、前記第１中心点が前記第２軸心から離間し、前記基準縁が前記第２軸心から見て外側に向くように前記ウェハが固定されることを特徴とする。

発明者らの試験結果によれば、固定面に固定するウェハの姿勢を上記のようにしてＣＭＰ法によりウェハを研磨すると、スクラッチ発生率が低くなる。ウェハの姿勢を上記のようにすれば、ＳｉＣ単結晶からなるウェハが有するオフ角に由来するステップテラスに対してダメージが少ない方向で研磨を行なうことができるため、ウェハの過度の研磨を少なくできるためであると考えている。

したがって、本発明のウェハ研磨方法及びウェハ研磨装置によれば、ウェハがオフ角を有するＳｉＣ単結晶である場合において、低いスクラッチ発生率でそのウェハを高平坦度かつ高平行度に研磨することができる。

また、本発明のウェハ研磨方法及びウェハ研磨装置によれば、ＳｉＣ単結晶からなるウェハのステップテラスに対して安定した研磨を行なうことができ、研磨能率の安定化によって安定した作業性を発揮することができる。

固定面において、第２軸心を座標中心とし、第１中心点と、基準縁の中心である第２中心点とを結ぶ第１仮想線を仮定する。また、第２軸心から第１中心点に向かって延びる第２仮想線を仮定する。そして、第２仮想線が座標中心に向かうｙ軸であり、ｙ軸が座標中心でｘ軸と直交するｘｙ座標を仮定した場合、第１仮想線は、第１象限及び第２象限に位置していることが好ましい。発明者らの試験結果によれば、この場合にスクラッチ発生率が低くなっている。

第１仮想線は、ｘｙ座標に仮定されるｙ＝ａｘ+ｂ（−１＜ａ＜１、ｂ＞０）上に位置していることが好ましい。発明者らの試験結果によれば、この場合にスクラッチ発生率がより低くなっている。

第１仮想線は、ｙ軸上に位置していることが最も好ましい。この場合にスクラッチ発生率が最も低くなっている。

固定面には、第２軸心周りに複数枚のウェハが固定されることが好ましい。この場合、一つの固定面で複数枚のウェハの研磨を同時に行なうことができるため、高い作業性を発揮することができる。また、ウェハ研磨装置が一つの定盤に対して複数のキャリヤを有する場合には、各キャリヤの固定面に複数枚のウェハを固定することがさらに好ましい。

ＣＭＰ法を行なう場合、研磨粒子を有さない不織布等の研磨パッドを採用しつつ、研磨パッドとウェハとの間に研磨粒子を含む研磨液を供給することができる。しかし、研磨パッドは、樹脂からなり、複数の気泡が形成された母材と、気泡内に保持された研磨粒子とを有する研磨砥粒遊離型のものであることが好ましい。また、研磨パッドとウェハとの間には、研磨粒子を含まない研磨液を供給することが好ましい。この場合、研磨粒子がウェハの表面を傷付け難く、ウェハがスラッチを生じ難い。

本発明のウェハ研磨方法及びウェハ研磨装置によれば、ウェハがオフ角を有するＳｉＣ単結晶である場合において、低いスクラッチ発生率でそのウェハを高平坦度かつ高平行度に研磨することができる。

図１は、試験に用いたウェハ研磨装置の要部側面図である。図２は、キャリヤにおける固定面の平面図である。図３は、キャリヤにおける固定面とウェハの姿勢とを説明する説明図である。図４は、キャリヤにおける固定面とウェハの姿勢とを説明する説明図である。図５は、キャリヤにおける固定面とウェハの姿勢とを説明する説明図である。

以下、本発明を試験によって説明する。試験に用いたウェハ研磨装置は、図１に示すように、定盤１と、キャリヤ３とを備えている。

定盤１の上面には研磨パッド５が設けられている。定盤１は、第１軸心Ｏ１方向に延びる第１回転軸７によって第１軸心Ｏ１周りで所定速度で回転されるようになっている。研磨パッド５は第１軸心Ｏ１と直交する方向に延びている。具体的には、第１軸心Ｏ１は垂直に延び、研磨パッド５は水平に延びている。研磨パッド５上にはノズル９が配置されている。ノズル９は研磨液を貯留する図示しないタンクと接続されている。

キャリヤ３は研磨パッド５と対面する固定面３ａを有している。キャリヤ３は、第２軸心Ｏ２方向に延びる第２回転軸１１によって第２軸心Ｏ２周りで所定速度で回転されるようになっている。第２軸心Ｏ２は第１軸心Ｏ１と平行である。固定面３ａは第２軸心Ｏ２と直交する方向に延びている。具体的には、第２軸心Ｏ２も垂直に延び、固定面３ａも水平に延びている。

固定面３ａには、図２に示すように、３枚のウェハＷが図示しない吸引手段によって固定されるようになっている。キャリヤ３は、図１に示すように、各ウェハＷと研磨パッド５とが所定の面圧になるように定盤１に向かって加圧されるようになっている。

研磨パッド５としては、ポリスルホン系樹脂製の母材と、母材の気泡内に保持されたシリカ製の研磨粒子とからなる研磨砥粒遊離型の研磨体を採用した。この研磨パッド５の研磨粒子は、平均粒径が０．００５〜３μｍであり、研磨体に対する体積割合が２０〜５０体積％、研磨体に対する質量割合が５１〜９０質量％である。具体的には、研磨パッド５は、（株）ノリタケカンパニーリミテド製の商品名「ＬＨＡ（Loosely Held Abrasive）パッド」である。

各ウェハＷはＳｉＣ単結晶からなる。各ウェハＷは、図３に示すように、円弧の中心である第１中心点Ａと、基準縁としてのオリエンテーションフラットＢとを有している。また、各ウェハＷは、Ｓｉ原子が最表面にあるＳｉ面を結晶軸に対して４°傾斜させている。つまり、各ウェハＷのオフ角は４°である。試験に用いたウェハＷの寸法は、直径が４（ｉｎｃｈ）、厚みが３００〜４００（μｍ）である。

固定面３ａにおいて、第２軸心Ｏ２を座標中心Ｏとし、第１中心点Ａと、オリエンテーションフラットＢの中心である第２中心点Ｂ０とを結ぶ第１仮想線Ｌ１を仮定する。第１中心点Ａは第２軸心Ｏから離間している。また、第２軸心Ｏ２から第１中心点Ａに向かって延びる第２仮想線Ｌ２を仮定する。そして、第２仮想線Ｌ２が座標中心Ｏに向かうｙ軸であり、ｙ軸が座標中心Ｏでｘ軸と直交するｘｙ座標を仮定する。

図４（Ｂ）に示すように、ｘｙ座標において、第１仮想線Ｌ１がｙ軸となす角θ（°）をオリエーテーションフラットＢの位置とする。以下の条件の下、θを−１８０、−９０、−４５、０、４５、９０又は１８０とした試験１〜７を行なった。試験品数は各角度で１つである。

定盤の回転数：３５（ｒｐｍ）
研磨パッドの大きさ：直径９１０（ｍｍ）
キャリヤの回転数：３５（ｒｐｍ）
加工面圧：３００（ｇｆ／ｃｍ²）
研磨液：ＫＭｎＯ４系研磨液（濃度０．２５ｍｏｌ、ｐＨ＝３）
研磨液の供給タイミング：７００ｍｌ／分
研磨時間：２時間

オリエーテーションフラットＢの位置毎のスクラッチの本数（本）、表面粗さＳａ（ｎｍ）（ＩＳＯ２５１７８）及び研磨能率指数を求めた。結果を表１に示す。ここで、スクラッチの有無は、ハイブリッド・レーザーマイクロスコープ（OPTELCS HYBRID Lasertec社製）により確認した。また、研磨能率指数は、θ＝−１８０（°）の試験１において、ウェハＷを高平坦度かつ高平行度にした時間との比を現している。

表１に示されるように、オリエーテーションフラットＢの位置θが−９０〜９０°であれば、スクラッチの本数が少ない。ウェハＷのこれらの姿勢では、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ｘｙ座標において、第１仮想線Ｌ１は、第１象限及び第２象限に位置している。これは、これらの姿勢では、オリエーテーションフラットＢが第２軸心Ｏ２から見て外側に向くようにしているため、オフ角に由来するステップテラスに対してダメージが少ない方向でウェハＷに研磨を行なうことができるからであると考えられる。

特に、オリエーテーションフラットＢの位置θが−４５〜４５°であれば、スクラッチを生じていない。ウェハＷのこれらの姿勢は、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ｘｙ座標において、第１仮想線Ｌ１がｙ＝ａｘ+ｂ（−１＜ａ＜１、ｂ＞０）上に位置している。

より特に、オリエーテーションフラットＢの位置θが０°であれば、スクラッチは生じず、表面粗さも最も低い。ウェハＷのこの姿勢は、図３に示すように、ｘｙ座標において、第１仮想線Ｌ１がｙ軸上に位置している。

したがって、試験２〜６のウェハ研磨方法によれば、ウェハＷがオフ角を有するＳｉＣ単結晶である場合において、低いスクラッチ発生率でそのウェハＷを高平坦度かつ高平行度に研磨することができることがわかる。

また、試験２〜６のウェハ研磨方法によれば、ＳｉＣ単結晶からなるウェハＷのステップテラスに対して安定した研磨を行なうことができ、研磨能率の安定化によって安定した作業性を発揮することができることもわかる。

以上において、本発明を試験によって即して説明したが、本発明は上記試験に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、上記試験では、ＳｉＣ単結晶からなるウェハＷのオフ角が４°であるが、ウェハＷはオフ角が８°であってもよく、４°未満であってもよい。また、上記試験では、オリエンテーションフラットＢを基準縁としてウェハの研磨を行なったが、ノッチを基準縁として、よりサイズの大きいウェハＷの研磨を行なうことも可能である。

また、上記試験では、固定面３ａに３枚のウェハＷを固定し、これらを同時に研磨しているため、高い作業性を発揮したが、固定面３ａに１枚のウェハＷを固定する場合には、第１中心点Ａを第２軸心Ｏから離間させつつ、本発明の他の手段を採用することによって、本発明の作用効果を奏することができる。

さらに、上記試験では、研磨パッド５の母材をポリスルホン系樹脂、研磨粒子をシリカ製としたが、母材や研磨粒子はこれに限られない。例えば、研磨パッド５の母材としては、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂の他、ポリフッ化ビニル、フッ化ビニル・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素系合成樹脂や、ポリエチレン樹脂、ポリメタクリル酸メチル等を採用することが可能である。また、研磨パッド５の研磨砥粒としては、ダイヤモンド、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）、Ｂ₄Ｃ（炭化ホウ素）、炭化ケイ素、セリア、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マンガン酸化物、炭酸バリウム、酸化クロム、酸化鉄等を採用することが可能である。

また、本発明では、研磨粒子を有さない不織布等の研磨パッドを採用しつつ、研磨パッドとウェハとの間に研磨粒子を含む研磨液を供給することもできる。

本発明は半導体製造方法、半導体製造装置等に利用可能である。

Ｗ…ウェハ
Ｏ１…第１軸心
５…研磨パッド
１…定盤
Ｏ２…第２軸心
３ａ…固定面
３…キャリヤ
Ａ…第１中心点
Ｂ…オリエンテーションフラット、基準縁
０…座標中心
Ｂ０…第２中心点
Ｌ１…第１仮想線
Ｌ２…第２仮想線

Claims

ウェハ研磨装置を用いてＣＭＰ法によりウェハを研磨するウェハ研磨方法であって、
前記ウェハ研磨装置は、第１軸心と直交する方向に延びる研磨パッドを有し、前記第１軸心周りに回転される定盤と、前記第１軸心と平行な第２軸心と直交する方向に延びて前記研磨パッドと対面する固定面に前記ウェハが固定され、前記ウェハと前記研磨パッドとが所定の面圧の下で前記第２軸心周りに回転されるキャリヤとを備え、
前記ウェハは、円弧の中心である第１中心点と、オリエンテーションフラット又はノッチからなる基準縁とを有するとともに、Ｓｉ原子が最表面にあるＳｉ面を結晶軸に対して傾斜させているＳｉＣ単結晶からなり、
前記固定面には、前記第１中心点が前記第２軸心から離間し、前記基準縁が前記第２軸心から見て外側に向くように前記ウェハが固定されることを特徴とするウェハ研磨方法。
前記固定面において、前記第２軸心を座標中心とし、前記第１中心点と、前記基準縁の中心である第２中心点とを結ぶ第１仮想線を仮定し、
前記第２軸心から前記第１中心点に向かって延びる第２仮想線を仮定し、
前記第２仮想線が前記座標中心に向かうｙ軸であり、前記ｙ軸が前記座標中心でｘ軸と直交するｘｙ座標を仮定した場合、
前記第１仮想線は、第１象限及び第２象限に位置している請求項１記載のウェハ研磨方法。
前記第１仮想線は、前記ｘｙ座標に仮定されるｙ＝ａｘ+ｂ（−１＜ａ＜１、ｂ＞０）上に位置している請求項２記載のウェハ研磨方法。
前記第１仮想線は、前記ｙ軸上に位置している請求項３記載のウェハ研磨方法。
前記固定面には、前記第２軸心周りに複数枚の前記ウェハが固定される請求項１乃至４のいずれか１項記載のウェハ研磨方法。
前記研磨パッドは、樹脂からなり、複数の気泡が形成された母材と、前記気泡内に保持された研磨粒子とを有する研磨砥粒遊離型のものであり、
前記研磨パッドと前記ウェハとの間には、前記研磨粒子を含まない研磨液を供給する請求項１乃至５のいずれか１項記載のウェハ研磨方法。
第１軸心と直交する方向に延びる研磨パッドを有し、前記第１軸心周りに回転される定盤と、
前記第１軸心と平行な第２軸心と直交する方向に延びて前記研磨パッドと対面する固定面にウェハが固定され、前記第２軸心周りに回転されるキャリヤとを備え、
前記ウェハは、円弧の中心である第１中心点と、オリエンテーションフラット又はノッチからなる基準縁とを有するとともに、Ｓｉ原子が最表面にあるＳｉ面を結晶軸に対して傾斜させているＳｉＣ単結晶からなり、
前記固定面には、前記第１中心点が前記第２軸心から離間し、前記基準縁が前記第２軸心から見て外側に向くように前記ウェハが固定されることを特徴とするウェハ研磨装置。