JP2023078014A - テンプレートアセンブリ、研磨ヘッド及びウェーハの研磨方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】片面研磨後のウェーハのエッジフラットネスの面内均一性を向上することが可能なテンプレートアセンブリを提供することを目的とする。【解決手段】ウェーハの片面研磨に用いるウェーハ支持用のテンプレートアセンブリであって、バックパッドと、該バックパッドの外周部に沿って固定されたガイドリング部とを具備し、前記バックパッドは、ウェーハを支持する面における径方向の形状プロファイルのＰＶ値が０．９ｍｍ以下、ウェーハを支持する面の表面粗さＲａが１．１μｍ以下のものであるテンプレートアセンブリ。【選択図】図１
Description
本発明は、テンプレートアセンブリ、研磨ヘッド及びウェーハの研磨方法に関する。
半導体ウェーハの研磨は、両面研磨（ＤＳＰ）加工後に片面研磨（ＣＭＰ）加工で二次研磨と仕上げ研磨を行うフローが一般的である。片面研磨装置を用いた研磨では、主にウェーハ支持用のテンプレートアセンブリを含む研磨ヘッドを用いる。このテンプレートアセンブリは、バックパッドとその外周部にあるガイドリング部を具備しており、バックパッドとガイドリング部で囲われた部分にウェーハが支持される。ウェーハ支持面はバックパッドであり、研磨時にはこの面を加圧することで、ウェーハを定盤に貼り付けられた研磨パッド（研磨布）へ摺接させて研磨を行っている。
特許文献１には、片面研磨装置において、ウェーハの自転率が２５度／ｍｉｎ以上、６０度／ｍｉｎ以下となるように前記ウェーハを研磨する方法により、ウェーハ外周部の周方向の平坦度ばらつき量を低減することが記載されている。
特許文献２には、両面研磨と片面研磨装置による多段研磨工程により研磨する方法により、最終段の片面研磨でスクラッチが発生しない研磨方法が記載されている。
特許文献３には、再生ウェーハにおいて、両面研磨後、片面研磨を行うことにより、５０μｍ以下の厚さ低減を実施する、０．１３μｍデバイスプロセス向け再生ウェーハを再生加工できる製造方法が記載されている。
特許文献４には、片面研磨装置のウェーハ保持具であって、保持パッドの厚さが０．２５～１．０ｍｍで保持部の深さが４０～１５０μｍであるものを用いた研磨方法が記載されている。
特許文献５には、基板を保持して研磨パッドに押し付ける基板保持装置用のリテーナリングであって、内側リングと外側リングとを備え、内側リングの径方向の厚さが０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下、リテーナリング下面の表面粗さＲａが１．６μｍ以下であるリテーナリングを用いた研磨方法が記載されている。
特許文献６には、片面研磨装置の保持リングであって、内側リングの内壁の表面粗さＲａが３０マイクロインチ未満まで研磨された保持リングを用いた研磨方法が記載されている。
研磨ウェーハのフラットネスを向上することは従来より行われているが、研磨ウェーハのフラットネス要求は益々高まっている。特に、ウェーハの周辺部のフラットネス（エッジフラットネス）の周方向の均一性をさらに向上することが求められている。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ＣＭＰなどの片面研磨後のウェーハにおけるエッジフラットネスの周方向の均一性を向上することが可能なウェーハの片面研磨に用いるウェーハ支持用のテンプレートアセンブリ及びこれを備えた研磨ヘッド並びに該研磨ヘッドを用いたウェーハの研磨方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、ウェーハの片面研磨に用いるウェーハ支持用のテンプレートアセンブリであって、バックパッドと、該バックパッドの外周部に沿って固定されたガイドリング部とを具備し、前記バックパッドは、ウェーハを支持する面における径方向の形状プロファイルのＰＶ値が０．９ｍｍ以下、ウェーハを支持する面の表面粗さＲａが１．１μｍ以下のものであるテンプレートアセンブリを提供する。
このようなテンプレートアセンブリによれば、片面研磨後のウェーハにおけるエッジフラットネスの周方向の均一性を改善し、フラットネスの面内均一性を向上することが可能なものとなる。
このとき、本発明に係る上記のテンプレートアセンブリと、前記ガイドリング部に対応する位置に配置されたリテーナリングとを具備したものである研磨ヘッドとすることができる。
これにより、片面研磨後のウェーハにおけるエッジフラットネスの周方向の均一性を向上することが可能な研磨ヘッドとなる。
このとき、本発明に係る上記の研磨ヘッドを用いて、ウェーハを研磨パッドに対して押圧しながら研磨するウェーハの研磨方法とすることができる。
このようなウェーハの研磨方法によれば、片面研磨後のウェーハにおけるエッジフラットネスの周方向の均一性を改善し、フラットネスの面内均一性を向上することができる。
以上のように、本発明のテンプレートアセンブリによれば、片面研磨後のウェーハにおけるエッジフラットネスの周方向の均一性を改善し、フラットネスの面内均一性を向上することが可能なものとなる。
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
上述のように、片面研磨後のウェーハにおけるエッジフラットネスの周方向の均一性を改善し、フラットネスの面内均一性を向上することが求められていた。本発明者は、このような課題を解決すべく鋭意調査を行い、ＣＭＰなどの片面研磨後のウェーハのエッジフラットネスの周方向の均一性が低下（悪化）するのは、ウェーハの自転が十分に行われなくなっていることによるものであることを見出した。従来の研磨ヘッドに用いられるテンプレートにおいては、バックパッドの形状がうねりを持っており、ウェーハの自転を高くしようとしてもこのうねりがウェーハに荷重分布として転写されたまま研磨ヘッドとつれまわって研磨されることで、ウェーハのエッジフラットネスの周方向の均一性が低下（悪化）することを見出した。
そこで、本発明者は、ウェーハ支持用のテンプレートアセンブリの構造に着目して鋭意検討を重ねた結果、ウェーハの片面研磨に用いるウェーハ支持用のテンプレートアセンブリであって、バックパッドと、該バックパッドの外周部に沿って固定されたガイドリング部とを具備し、前記バックパッドは、ウェーハを支持する面における径方向の形状プロファイルのＰＶ値が０．９ｍｍ以下、ウェーハを支持する面の表面粗さＲａが１．１μｍ以下のものであるテンプレートアセンブリにより、エッジフラットネスの周方向の均一性を改善し、フラットネスの面内均一性を向上することが可能なものとなることを見出し、本発明を完成した。
以下、図面を参照して説明する。
［研磨ヘッド］
図１に、ウェーハの片面研磨に用いる研磨ヘッドの断面模式図を示す。図１に示すように、研磨ヘッド１００は、テンプレートアセンブリ３と、テンプレートアセンブリ３のガイドリング部２に対応する位置に配置されたリテーナリング４とを具備している。テンプレートアセンブリ３は、ガイドリング部２に対応する位置にリテーナリング４が位置するように、リテーナリング４上に貼り付けられている。それにより、バックパッド１の外周部が、リテーナリング４とガイドリング部２との間に挟まれている。さらに、図１の例に示す研磨ヘッド１００は、裏板７と、リテーナリング４のテンプレートアセンブリ３とは反対側に配置された上部フランジアセンブリ６等をさらに具備している。上部フランジアセンブリ６の外周部に沿って、リテーナリング４が固定されている。裏板７とバックパッド１とリテーナリング４とに囲まれた空間は、流体封入部であるバックパッド加圧部（流体封入部）５となっている。
図１に、ウェーハの片面研磨に用いる研磨ヘッドの断面模式図を示す。図１に示すように、研磨ヘッド１００は、テンプレートアセンブリ３と、テンプレートアセンブリ３のガイドリング部２に対応する位置に配置されたリテーナリング４とを具備している。テンプレートアセンブリ３は、ガイドリング部２に対応する位置にリテーナリング４が位置するように、リテーナリング４上に貼り付けられている。それにより、バックパッド１の外周部が、リテーナリング４とガイドリング部２との間に挟まれている。さらに、図１の例に示す研磨ヘッド１００は、裏板７と、リテーナリング４のテンプレートアセンブリ３とは反対側に配置された上部フランジアセンブリ６等をさらに具備している。上部フランジアセンブリ６の外周部に沿って、リテーナリング４が固定されている。裏板７とバックパッド１とリテーナリング４とに囲まれた空間は、流体封入部であるバックパッド加圧部（流体封入部）５となっている。
［テンプレートアセンブリ］
ウェーハ支持用のテンプレートアセンブリ３は、バックパッド１と、バックパッド１の外周部に沿って固定されたガイドリング部２とを具備している。本発明に係るバックパッドは、ウェーハを支持する面における径方向の形状プロファイルのＰＶ（Ｐｅａｋ－ｔｏ－Ｖａｌｌｅｙ）値が０．９ｍｍ以下、ウェーハを支持する面の表面粗さＲａが１．１μｍ以下のものである。このようなバックパッドであれば、ウェーハとの接触抵抗が大きくなるため、ウェーハの自転を効果的に促進することが可能となる。その結果、エッジフラットネスの周方向の均一性を高めることが可能となる。
ウェーハ支持用のテンプレートアセンブリ３は、バックパッド１と、バックパッド１の外周部に沿って固定されたガイドリング部２とを具備している。本発明に係るバックパッドは、ウェーハを支持する面における径方向の形状プロファイルのＰＶ（Ｐｅａｋ－ｔｏ－Ｖａｌｌｅｙ）値が０．９ｍｍ以下、ウェーハを支持する面の表面粗さＲａが１．１μｍ以下のものである。このようなバックパッドであれば、ウェーハとの接触抵抗が大きくなるため、ウェーハの自転を効果的に促進することが可能となる。その結果、エッジフラットネスの周方向の均一性を高めることが可能となる。
バックパッドとしては、例えば、発泡ポリウレタン製のシートや不織布シート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムなどの基材層の上に発泡ウレタンなどの層が形成されたものが用いられる。上記のような本発明に係る形状のバックパッドの作製方法について、粗さＲａは、基材に発泡ウレタンを形成後、表面の粗さを調節するバフ砥石表面のダイヤモンド砥粒の番手を変えることで、粗さの異なるバックパッドを作製できる。また、形状プロファイルのＰＶ値は、基材となるＰＥＴ材や、不織布シートなどの機材を変更することで、形状プロファイルのＰＶ値が異なるバックパッドを作製できる。このようなバックパッドの作製条件を変更することで、様々な形状のバックパッドを得ることができる。
バックパッドの形状の測定は、公知の測定装置を用いて行うことができる。バックパッドのウェーハを支持する面における径方向の形状プロファイルのＰＶ値は、図２の矢印に示すような径方向についての形状プロファイルの測定を三次元形状測定機により行い、算出することができる。バックパッドの表面粗さＲａは、接触式の粗さ測定機を用いて測定することができる。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明について具体的に説明するが、これは本発明を限定するものではない。
（テンプレートアセンブリ）
様々な形状を有するバックパッドを備えたテンプレートアセンブリを準備した。比較例１は、従来使用していたテンプレートアセンブリ（従来品）である。比較例２はＰＶ値が本発明の条件を満たさないもの、比較例３は表面粗さＲａが本発明の条件を満たさないものである。
様々な形状を有するバックパッドを備えたテンプレートアセンブリを準備した。比較例１は、従来使用していたテンプレートアセンブリ（従来品）である。比較例２はＰＶ値が本発明の条件を満たさないもの、比較例３は表面粗さＲａが本発明の条件を満たさないものである。
テンプレートアセンブリのバックパッドの形状測定には、レーザープローブを用いた三次元形状測定機を用いた。セラミックのリテーナリングにテンプレートアセンブリを貼り付け、ヘッドアセンブリとして組み上げたものを台座に載せ、テンプレート側を上向きにして測定した。東京精密製レーザープローブ式三次元形状測定機ＸＹＺＡＸ－ＳＶＡによって、図２に示すようにウェーハを支持する面における径方向の測定を全面走査して行うことで、表面を基準としたときの径方向の形状プロファイルのＰＶ（Ｐｅａｋ－ｔｏ－Ｖａｌｌｅｙ）値を求めた。図３に、実施例１，２、比較例１～３で使用したバックパッドの、ウェーハを支持する面における径方向の形状プロファイルのＰＶ値を示す。
バックパッドの粗さ測定には、ミツトヨ製接触式粗さ測定機ＳＵＲＦＴＥＳＴ ＳＪ－４１０を用いた。測定長４００μｍ、フィルタはガウシアンフィルタ（カットオフ波長８０μｍ、λｓフィルタ２．５μｍ）とした。図４に、実施例１，２、比較例１～３で使用したバックパッドの、ウェーハを支持する面の表面粗さＲａを示す。
（研磨加工）
評価には、両面研磨を行いＳＣ１洗浄を行った直径３００ｍｍのシリコンウェーハを用いた。用いたウェーハの厚さは７７５μｍである。研磨枚数は各実施例、比較例につき２５枚とした。研磨加工は、セラミック定盤にウレタン含浸不織布製の研磨パッドを貼付け、シリカ系砥粒を含むＫＯＨベースのアルカリ性水溶液（ｐＨ１１）の研磨スラリーを研磨パッド上に供給しながら、研磨ヘッドと定盤を４０ｒｐｍで回転させてウェーハを摺接させることで行った。研磨取り代は３００ｎｍとした。
評価には、両面研磨を行いＳＣ１洗浄を行った直径３００ｍｍのシリコンウェーハを用いた。用いたウェーハの厚さは７７５μｍである。研磨枚数は各実施例、比較例につき２５枚とした。研磨加工は、セラミック定盤にウレタン含浸不織布製の研磨パッドを貼付け、シリカ系砥粒を含むＫＯＨベースのアルカリ性水溶液（ｐＨ１１）の研磨スラリーを研磨パッド上に供給しながら、研磨ヘッドと定盤を４０ｒｐｍで回転させてウェーハを摺接させることで行った。研磨取り代は３００ｎｍとした。
（フラットネス評価）
研磨したウェーハのフラットネスの測定を行った。フラットネスは、ＫＬＡ社製ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ２＋にて測定を行い、研磨前後でのＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅの差分（外周除外範囲：Ｅ．Ｅ．＝２ｍｍ）を各ウェーハについて求め、各条件２５枚加工したうちの平均値を計算した。評価結果を表１、図５に示す。なお、表１には、バックパッドの、ウェーハを支持する面における径方向の形状プロファイルのＰＶ値、バックパッドの、ウェーハを支持する面の表面粗さＲａ、バックパッド表面の粗さの調節に用いたバフ番手、バックパッドの基材についても記載した。
研磨したウェーハのフラットネスの測定を行った。フラットネスは、ＫＬＡ社製ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ２＋にて測定を行い、研磨前後でのＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅの差分（外周除外範囲：Ｅ．Ｅ．＝２ｍｍ）を各ウェーハについて求め、各条件２５枚加工したうちの平均値を計算した。評価結果を表１、図５に示す。なお、表１には、バックパッドの、ウェーハを支持する面における径方向の形状プロファイルのＰＶ値、バックパッドの、ウェーハを支持する面の表面粗さＲａ、バックパッド表面の粗さの調節に用いたバフ番手、バックパッドの基材についても記載した。
表１、図５に示すように、本発明の条件を満たすバックパッドを使用した実施例１，２と、本発明の条件を満たさないバックパッドを使用した比較例１～３とでは、ＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅの差分が大きく異なることがわかった。本発明の実施例によれば、研磨前後でのウェーハのＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅの変化が、各比較例よりも小さく良好な結果を得ることができた。これは、研磨ヘッドの回転によるウェーハ自転の促進と、バックパッドの形状の転写抑制の効果によるものと考えられる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…バックパッド、 ２…ガイドリング部、 ３…テンプレートアセンブリ、
４…リテーナリング、 ５…バックパッド加圧部（流体封入部）、
６…上部フランジアセンブリ、 ７…裏板、 １００…研磨ヘッド。
４…リテーナリング、 ５…バックパッド加圧部（流体封入部）、
６…上部フランジアセンブリ、 ７…裏板、 １００…研磨ヘッド。
Claims (3)
- ウェーハの片面研磨に用いるウェーハ支持用のテンプレートアセンブリであって、
バックパッドと、該バックパッドの外周部に沿って固定されたガイドリング部とを具備し、
前記バックパッドは、ウェーハを支持する面における径方向の形状プロファイルのＰＶ値が０．９ｍｍ以下、ウェーハを支持する面の表面粗さＲａが１．１μｍ以下のものであることを特徴とするテンプレートアセンブリ。 - 請求項１に記載のテンプレートアセンブリと、
前記ガイドリング部に対応する位置に配置されたリテーナリングと
を具備したものであることを特徴とする研磨ヘッド。 - 請求項２に記載の研磨ヘッドを用いて、ウェーハを研磨パッドに対して押圧しながら研磨することを特徴とするウェーハの研磨方法。
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