JP5210952B2 - 研磨パッド - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイスなどの製造工程において、シリコンウェハなどの被研磨物の研磨に用いられる研磨パッドに関する。

シリコンウェハなどの半導体ウェハの平坦化処理には、一般に、化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

かかるＣＭＰ法では、研磨パッドを定盤に保持し、シリコンウェハなどの被研磨物を研磨ヘッドに保持し、スラリを供給しながら、研磨パッドと被研磨物とを加圧した状態で相対的に摺動させることによって研磨が行われる。

特開２０００−３３４６５５号公報

半導体デバイスの高集積化に伴って、被研磨物の平坦化の要求は、益々厳しくなっており、このため、研磨パッドと被研磨物との間にスラリが均一に行き渡るように、研磨パッドの表面に溝を形成したり、研磨パッド表面の平均表面粗さＲａを改善するといったことが行われているが、十分でなく、特に、大型のウェハの研磨では、その全体に亘って高い平坦度を得るのは容易でない。

また、一般に研磨パッドでは、当該研磨パッドを研磨装置に取り付けて研磨装置を立ち上げた使用の初期段階においては、ダイヤモンド砥粒ディスクなどを用いたドレッシング処理により該研磨パッドの表面を荒らして目立て処理を行うことでその研磨性能の向上を図る、いわゆる、ブレークイン（立ち上げ）を行なう必要がある。半導体ウェハの生産性を高めるには、かかるブレークインに要する時間を短縮することが望まれる。

したがって、本発明は、被研磨物の平坦度を高めてその品質の向上を図ることを主たる目的とし、更に、ブレークイン時間を短縮することを目的とする。

本件発明者は、上記目的を達成するために、鋭意研究した結果、研磨パッドの表面のうねりの改善が、被研磨物の平坦度の向上に有効であることを見出し、本発明を完成した。

ここで、うねりとは、周期が２０ｍｍ〜２００ｍｍであって、振幅が１０μｍ〜２００μｍの凹凸をいう。
本発明の研磨パッドは、被研磨物の研磨に用いられる研磨パッドであって、前記被研磨物に圧接される研磨面を有し、前記研磨面のうねりが、周期５ｍｍ〜２００ｍｍであって、最大振幅４０μｍ以下であり、前記研磨面の平均表面粗さＲａが、１μｍ以上５μｍ以下である。

本発明によると、被研磨物に圧接される研磨面のうねりを、低減しているので、研磨面のうねりが、被研磨物に与える影響を低減して被研磨物の平坦度を向上させることができる。

また、本発明の好ましい実施態様では、被研磨物の研磨に用いられる研磨パッドであって、前記被研磨物に圧接される研磨面を有し、中性の溶液を用いて測定した前記研磨面のゼータ電位が、−５０ｍＶ以上０ｍＶ未満である。

この実施態様によると、研磨パッドの研磨面のマイナスのゼータ電位を、−５０ｍＶ以上０ｍＶ未満とし、従来例の研磨パッドの研磨面のゼータ電位に比べて、０に近い値としているので、スラリのマイナスの研磨粒子との反発が抑制されて、研磨パッドの研磨面とスラリとのなじみが良好となるので、ブレークイン時間の短縮を図り、生産性を高めることができる。

好ましい実施形態では、前記研磨面を有する研磨層の下層に、下地層を有する構成とし、この下地層によって適度なクッション性を付与してもよい。

本発明によれば、被研磨物に圧接される研磨面のうねりを、低減しているので、被研磨物の平坦度を向上させることができる。

研磨パッドの概略断面図である。 従来例１の研磨パッドと実施例１の研磨パッドの研磨面のうねりの測定結果を示す図である。 実施例１の研磨パッドを用いて研磨したシリコンウェハの形状を示す図である。 従来例１の研磨パッドを用いて研磨したシリコンウェハの形状を示す図である。 実施例１と従来例１の研磨回数による研磨レートの変化を示す図である。 実施例１の研磨パッドを用いた研磨における研磨時間と摩擦力との関係を示す図である。 従来例１の研磨パッドを用いた研磨における研磨時間と摩擦力との関係を示す図である。 実施例２−１、従来例２およびブレークイン後の従来例２の研磨パッドを用いた研磨レートの変化を示す図である。 他の実施形態の研磨パッドの概略断面図である。

以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の研磨パッドの断面図である。

この実施形態の研磨パッド１は、ポリウレタンなどの発泡性樹脂を発泡硬化させて得られるものである。研磨パッドは、発泡構造に限らず、無発砲構造であってもよく、また、不織布パッドなどであってもよい。

この実施形態では、シリコンウェハなどの被研磨物の平坦度を向上させるために、被研磨物に圧接される研磨面１ａの全面をバフ加工し、研磨面１ａのうねりを低減している。

このバフ加工によって、研磨面１ａにおける周期５ｍｍ〜２００ｍｍのうねりの最大振幅を４０μｍ以下に低減している。この最大振幅は、可及的に小さいものであるのが好ましい。

研磨面のうねりを低減するための加工は、バフ加工に限らず、ミリング加工やプレス加工であってもよい。

以下、具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
この実施例および従来例では、ニッタ・ハース株式会社製の、シリコン研磨に好適な発泡径が比較的大きな発泡ウレタンパッドであるＭＨタイプの研磨パッドを使用した。

図２は、研磨面に、♯２４０の番手のサンドペーパーを用いたバフ加工を施した実施例１の研磨パッドと、バフ加工を施していない従来例１の研磨パッドとの研磨面のうねりの測定結果を示す図である。
同図において、横軸は研磨パッドの研磨面上の位置に対応し、ラインＬ１は実施例１を、ラインＬ２は従来例１をそれぞれ示している。この研磨面のうねりの測定は、日立造船株式会社製の測定器ＨＳＳ−１７００を用いて行なった。

研磨面をバフ加工していない従来例１の研磨パッドでは、ラインＬ２に示すように、立ち上がりが急峻であって、研磨面のうねりが多く、その最大振幅も４０μｍを超えるのに対して、実施例１の研磨パッドでは、ラインＬ１に示すように、立ち上がりも緩やかであって、研磨面のうねりも少なく、その最大振幅も４０μｍ以下に低減されていることが分かる。

この実施例１の研磨パッドと従来例１の研磨パッドとを用いて、３００ｍｍのシリコンウェハの両面研磨を、次の条件で行ないシリコンウェハの平坦性および研磨レートを評価した。

上定盤回転数２０ｒｐｍ、下定盤回転数１５ｒｐｍ、加圧力１００ｇ／ｃｍ²とし、２５℃のシリカスラリを用い、スラリ流量２．５Ｌ／ｍｉｎとした。

研磨後のシリコンウェハのＧＢＩＲ（Global Back Ideal Range）、ＳＦＱＲ（Site Front Least Squares Range）、ロールオフおよび研磨レートを表１に示す。この表１には、５枚のシリコンウェハについて行った研磨試験の平均値を示している。

この表１に示すように、実施例１の研磨パッドを用いて研磨したシリコンウェハは、従来例１の研磨パッドを用いて研磨したシリコンウェハに比べて、ＧＢＩＲ、ＳＦＱＲで示される平坦性がいずれも改善されており、更に、ロールオフおよび研磨レートも改善されている。

また、実施例１の研磨パッドを用いて研磨したシリコンウェハの形状および従来例１の研磨パッドを用いて研磨したシリコンウェハの形状をそれぞれ図３および図４に示す。

なお、シリコンウェハの測定には、黒田精工株式会社製のレーザ式の測定装置であるナノメトロ２００ＴＴを用いた。

図４に示すように、従来例１の研磨パッドを用いて研磨したシリコンウェハでは、中央部分が周辺部分に比べて研磨されているのに対して、実施例１の研磨パッドを用いて研磨したシリコンウェハでは、図３に示すように、全面が均一に研磨されていることが分かる。

以上のように、研磨面のうねりを低減した実施例１の研磨パッドによれば、シリコンウェハの平坦度を向上させることができるとともに、ロールオフおよび研磨レートを向上させることができる。

図５は、実施例１の研磨パッドと従来例１の研磨パッドの研磨回数による研磨レートの変化を示す図である。

実施例１の研磨パッドでは、初回から安定して高い研磨レートを示すのに対して、従来例１の研磨パッドでは、２回目以降から安定した研磨レートとなっている。

この図５から分かるように、実施例１の研磨パッドでは、従来例１の研磨パッドに比べて、研磨レートを上げて安定化するまでの立ち上げ時間、いわゆる、ブレークイン時間を短くできるとともに、研磨レートを向上させることができる。

また、図６および図７は、実施例１の研磨パッドと従来例１の研磨パッドとの研磨時間に対する摩擦力の変化を示す図である。

一定の研磨レートを得るためには、摩擦力が一定である必要があるが、実施例１の研磨パッドでは、一定の摩擦力が得られるまでの時間が、６０秒であるのに対して、従来例１の研磨パッドでは、１５０秒であり、実施例１の研磨パッドでは、従来例１の研磨パッドに比べて、研磨の立ち上がり時間が短いことが分かる。

表２は、実施例１および従来例１の研磨パッドの研磨面の平均表面粗さＲａを、Ｌａｚｅｒｔｅｃ株式会社製のリアルタイム走査型レーザー顕微鏡１ＬＭ２１Ｄを用いて測定した結果を示すものである。この表２では、４５μｍ×４５μｍの領域で測定された５点の測定結果およびその平均値を示している。

この表２に示すように、研磨面にバフ加工を施した実施例１は、従来例１に比べて、研磨面の平均表面粗さＲａが大きくなっており、上述のように、研磨レートを上げて安定化させるまでのブレークイン時間を、従来例１に比べて短縮できることが分かる。

（実施例２）
上述の実施例１および従来例１では、ＭＨタイプの研磨パッドを用いたけれども、この実施例および従来例では、ニッタ・ハース株式会社製の発泡径が比較的小さな発泡ウレタンパッドであるＩＣタイプの研磨パッドを使用した。

この実施例２では、ＩＣタイプの研磨パッドの研磨面に♯１００の番手のサンドペーパーを用いたバフ加工を施した実施例２−１と、研磨面に、♯１００よりも細かい♯２４０の番手のサンドペーパーを用いたバフ加工を施した実施例２−２とを作製し、バフ加工を施していない従来例２と比較した。

上述の実施例と同様に、日立造船株式会社製の測定器ＨＳＳ−１７００を用いて行なった研磨面のうねりの測定結果では、実施例２−１，実施例２−２の研磨パッドでは、従来例２の研磨パッドに比べて、研磨面のうねりが少なく、その最大振幅も４０μｍ以下に低減されていることが確認された。

次に、実施例２−１，２−２および従来例２の研磨パッドの研磨面の平均表面粗さＲａを、Ｌａｚｅｒｔｅｃ株式会社製のリアルタイム走査型レーザー顕微鏡１ＬＭ２１Ｄを用いて測定した。

その結果を、表３に示す。この表３では、１８μｍ×１８μｍの領域で測定された５点の測定結果およびその平均値を示している。

この表３に示すように、研磨面にバフ加工を施した実施例２−１，２−２は、従来例２に比べて、研磨面の平均表面粗さＲａが大きくなっており、研磨レートを上げて安定化させるまでのブレークイン時間を、従来例２に比べて短縮できることが期待できる。

この研磨面の平均表面粗さＲａは、ブレークイン時間の短縮を図るために、１μｍ以上であり、その範囲は、1μｍ〜５μｍである。平均表面粗さが、５μｍを越えると、スクラッチなどが生じ、好ましくない。

次に、実施例２−１，２−２および従来例２の研磨パッドおよびブレークインを行なった後の従来例２の研磨パッドの研磨面のゼータ電位を、大塚電子株式会社製のゼータ電位・粒径測定システムＥＬＳ−Ｚ２を使用し、レーザードップラー法（動的・電気泳動光散乱法）により、中性の１０ｍＭのＮａｃｌ溶媒を用いてそれぞれ測定した。

その結果を、表４に示す。

この表４に示すように、実施例２−１，２−２の研磨パッドの研磨面のゼータ電位の平均値は、−９．１８ｍＶ，−１２．３８ｍＶであるのに対して、従来例２の研磨パッドの研磨面のゼータ電位の平均値は、−１３３．１６ｍＶであり、従来例２に比べて、０ｍＶに近い値となっている。

このように、実施例２−１，２−２では、研磨面のマイナスのゼータ電位が、従来例２の研磨面のゼータ電位に比べて、０に近い値となっているので、スラリのマイナスの研磨粒子との反発が抑制されて、研磨パッドの研磨面とスラリとのなじみが良好となるので、ブレークイン時間の短縮を図ることが期待できる。

実施例２−１，２−２では、従来例２の研磨パッドを、ブレークインしたときの研磨面のゼータ電位の平均値である−３２．８９ｍＶよりも０に近い値となっており、実施例２−１，２−２では、従来例のようなブレークインを行う必要がないことを示している。

ブレークイン時間の短縮を図るためには、研磨パッドの研磨面のゼータ電位は、−５０ｍＶ以上０ｍＶ未満であるのが好ましい。
次に、実施例２−１、従来例２およびブレークイン後の従来例２の研磨パッドを用いて、８ｉｎｃｈのＴＥＯＳ膜付のシリコンウェハの研磨を、次の条件で行ない研磨レートを評価した。

上定盤回転数６０ｒｐｍ、下定盤回転数４１ｒｐｍ、加圧力４８ｋＰａとし、ニッタ・ハース株式会社製のスラリＩＬＤ３２２５を用い、スラリ流量１００ｍｌ／ｍｉｎとし、６０秒間研磨した。この６０秒間の研磨を、３０秒間のドレッシング処理を挟んで、繰り返し行った。

図８は、その結果を示す図である。

▲で示される実施例２−１の研磨パッドは、●で示される従来例２の研磨パッドに比べて、研磨レートが高く、早く安定している。また、実施例２−１の研磨パッドは、□で示されるブレークイン後の従来例２と同様の研磨レートおよび安定性を示している。

すなわち、実施例２−１は、ブレークインを行うことなく、ブレークイン後の従来例２と同様の特性を示しており、実施例２−１の研磨パッドでは、従来例２のようなブレークインが不要であることが分かる。

また、実施例２−１，２−２および従来例２の研磨パッドを用いて研磨したシリコンウェハの平坦性を、実施例１と同様に評価した。その結果、ブレークイン無しの実施例２−１，２−２の研磨パッドを用いて研磨したシリコンウェハは、ブレークイン後の従来例２の研磨パッドを用いて研磨したシリコンウェハと同等以上の平坦性を示すＧＢＩＲ、ＳＦＱＲの値が得られた。

上述の実施形態では、研磨パッドは、一層構造であったけれども、図９に示すように、下層に、例えば、ウレタンを含浸した不織布や軟質フォームからなる下地層２を設けた多層構造としてもよい。

本発明は、シリコンウェハなどの半導体ウェハの研磨に有用である。

１ 研磨パッド １ａ 研磨面

Claims (2)

1. 被研磨物の研磨に用いられる研磨パッドであって、
   前記被研磨物に圧接される研磨面を有し、前記研磨面のうねりが、周期５ｍｍ〜２００ｍｍであって、最大振幅４０μｍ以下であり、
   前記研磨面の平均表面粗さＲａが、１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする研磨パッド。
2. 前記研磨面を有する研磨層の下層に、下地層を有する請求項１に記載の研磨パッド。

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