JP5635957B2 - 被研磨物の研磨方法、及び研磨パッド - Google Patents

被研磨物の研磨方法、及び研磨パッド Download PDF

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Description

本発明は、被研磨物の表面を凸面または凹面に形成する被研磨物の研磨方法、及び研磨パッドに関する。
従来から、半導体ウェハなどの被研磨物の表面を平坦化するために化学機械研磨(chemical mechanical polishing:CMP)が行われている。CMPにおいては、被研磨物の表面の研磨量が面内において不均一となりやすく、均一に研磨して平坦性を向上するための技術が開示されている(例えば、特許文献1)。
特開2004−327567号公報
しかしながら、例えば、光学部品には、凹面または凸面を有するウェハが求められることがある。従来は、平坦性を向上する方向で開発が進められてきており、精度よい凹面または凸面を形成する技術はなかった。
本発明の課題は、被研磨物の表面を研磨することにより表面を精度よく凹面または凸面として形成するための被研磨物の研磨方法、及び研磨パッドを提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明によれば、以下の被研磨物の研磨方法、及び研磨パッドが提供される。
[1] 表面上に径方向の中心側の領域と外側の領域とで異なる溝状態が形成され、前記中心側または前記外側のいずれか一方の領域が溝が形成された第一研磨領域、他方の領域が前記第一研磨領域と異なる溝状態とされた第二研磨領域である研磨パッドに、前記第一研磨領域と前記第二研磨領域との境界をまたいだ状態で被研磨物を配し、前記研磨パッド及び前記被研磨物を回転させて前記被研磨物を研磨し、前記被研磨物の表面を凹面または凸面に形成する被研磨物の研磨方法。
[2] 前記研磨パッドの前記中心側の領域に前記第一研磨領域が形成され、前記被研磨物の表面を凹面に形成する前記[1]に記載の被研磨物の研磨方法。
[3] 前記研磨パッドの前記外側の領域に前記第一研磨領域が形成され、前記被研磨物の表面を凸面に形成する前記[1]に記載の被研磨物の研磨方法。
[4] 前記研磨パッドの前記第一研磨領域には、同心円状の前記溝が形成された前記[1]〜[3]のいずれかに記載の被研磨物の研磨方法。
面上に溝が形成された研磨パッドに、研磨前に表面が凹面または凸面ではない被研磨物を配し、前記研磨パッド及び前記被研磨物を異なる回転数で回転させることにより、前記被研磨物の面内において、研磨速度に分布をもたせて前記被研磨物を研磨し、前記被研磨物の表面を凹面または凸面に形成する被研磨物の研磨方法。
] 前記研磨パッドの回転数を前記被研磨物の回転数よりも大きくして、前記被研磨物の表面を凹面に形成する前記[5]に記載の被研磨物の研磨方法。
] 前記研磨パッドの回転数を前記被研磨物の回転数よりも小さくして、前記被研磨物の表面を凸面に形成する前記[5]に記載の被研磨物の研磨方法。
] 表面上に溝が形成された研磨パッドに被研磨物を配し、前記研磨パッドの径方向において、前記被研磨物の中心部よりも前記研磨パッドの中心側の領域と、前記被研磨物の中心部よりも前記研磨パッドの外側の領域とで、異なるスラリーを供給しつつ、または一方の領域のみにスラリーを供給しつつ、前記研磨パッド及び前記被研磨物を回転させて前記被研磨物を研磨し、前記被研磨物の表面を凹面または凸面に形成する被研磨物の研磨方法。
] 前記研磨パッドの中心側の領域と、前記被研磨物の中心部よりも前記研磨パッドの外側の領域とで、異なるpHのスラリーを供給しつつ前記被研磨物の表面を凹面または凸面に形成する前記[]に記載の被研磨物の研磨方法。
本発明の被研磨物の研磨方法によれば、被研磨物の表面を凹面または凸面とすることができる。研磨パッドの種類、回転数、スラリーによって研磨条件を決めることができるため、条件の最適化が容易である。
本発明の研磨パッドを使用して研磨することにより、被研磨物の表面を凹面または凸面とすることができる。
CMP装置を示す模式図である。 中心側の領域に第一研磨領域が形成された研磨パッドの一実施形態を示す模式図である。 外側の領域に第一研磨領域が形成された研磨パッドの一実施形態を示す模式図である。 外側の領域が、溝のある第二研磨領域である実施形態を示す模式図である。 中心側の領域が、溝のある第二研磨領域である実施形態を示す模式図である。 上段に研磨前の被研磨物、下段右側に凹面に研磨された被研磨物、及び下段左側に凸面に研磨された被研磨物を示す断面図である。 中心側の領域に第一研磨領域が形成され、第一研磨領域には、格子状の溝が形成された研磨パッドを示す模式図である。 中心側の領域に第一研磨領域が形成され、第一研磨領域には、穴形状の溝が形成された研磨パッドを示す模式図である。 中心側の領域に第一研磨領域が形成され、第一研磨領域には、スパイラルの溝が形成された研磨パッドの一実施形態を示す模式図である。 中心側の領域に第一研磨領域が形成され、第一研磨領域には、スパイラルの溝が形成された研磨パッドの他の実施形態を示す模式図である。 研磨パッド及び被研磨物を異なる回転数で回転させる研磨方法を説明するための模式図である。 被研磨物の中心部よりも研磨パッドの中心側の領域と、被研磨物の中心部よりも研磨パッドの外側の領域とで、異なるスラリーを供給して研磨する研磨方法を説明するための研磨パッドを示す模式図である。 被研磨物の中心部よりも研磨パッドの中心側の領域と、被研磨物の中心部よりも研磨パッドの外側の領域とで、異なるスラリーを供給して研磨する研磨方法を説明するための、スラリーの供給領域を示す模式図である。 SiO膜が形成されたSiウェハを示す模式図である。 本発明の研磨方法により研磨されて凹面とされたSiO膜を有するSiウェハを示す模式図である。 本発明の研磨方法により研磨されて凸面とされたSiO膜を有するSiウェハを示す模式図である。 実施例における膜厚の測定位置を説明するための模式図である。 中心側の領域に第一研磨領域が形成され、第一研磨領域には、同心円状の溝が形成された研磨パッドを用いて研磨した結果を示す図である。 研磨パッドを80rpm、被研磨物を40rpmで回転させて研磨した結果を示す図である。 研磨パッドを40rpm、被研磨物を80rpmで回転させて研磨した結果を示す図である。 中心側の領域と外側の領域で異なるスラリーを供給しつつ研磨した結果を示す図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
(実施形態1)
本発明の研磨方法は、半導体ウェハなどの被研磨物の表面を研磨する化学機械研磨(chemical mechanical polishing:CMP)において用いられる研磨方法であり、図1にCMP装置1の模式図を示す。CMP装置1は、定盤2、研磨ヘッド3、スラリー供給装置4を備える。定盤2には、研磨パッド10が取り付けられている。スラリー供給装置4からは、スラリーが研磨パッド10上に供給され、定盤2が回転するとともに、研磨ヘッド3が、研磨パッド10上に配置された被研磨物20を研磨パッド10に対して押しつけつつ定盤2と同方向に回転することにより、被研磨物20の表面を化学的及び機械的に研磨する。
本発明の研磨パッド10は、表面上に径方向の中心側の領域と外側の領域とで異なる溝状態が形成され、中心側または外側のいずれか一方の領域が溝15が形成された第一研磨領域11、他方の領域が第一研磨領域11と異なる溝状態とされた第二研磨領域12である。第二研磨領域12の第一研磨領域11と異なる溝状態とは、第一研磨領域11と異なる溝15が形成された場合、または、溝15が形成されていない場合を意味する(なお、第二研磨領域12が溝15が形成されていない場合であっても、この領域によって被研磨物20が全く研磨されないということはなく、多少は研磨される。)。第一研磨領域11は、第二研磨領域12よりも研磨が進行しやすい領域である。つまり、第一研磨領域11の方が第二研磨領域12よりも研磨量が多い。例えば、第一研磨領域11は、第二研磨領域12よりも研磨パッド10の半径方向の単位長さ当たりの溝数が多い領域である。第一研磨領域11の溝15の数、深さ、幅等は、被研磨物20の種類、研磨目的などによって適宜選択することができる。しかしながら、例えば、第一研磨領域11の溝15の幅は、0.2〜0.8mm、溝15のピッチ(溝15の中心間の距離)は、1〜2mm程度のものを利用することができる。また、第二研磨領域12は、溝15が形成されていなくてもよいが、溝15が形成されている場合は、例えば、溝15の幅は、0.2〜0.8mm、溝15のピッチは、2.5〜3.5mm程度のものを利用することができる。なお、被研磨物20を凸形状とする場合には、外側を第一研磨領域11、中心側を第二研磨領域12、被研磨物20を凹形状とする場合には、中心側を第一研磨領域11、外側を第二研磨領域12としたものを用いる。
図2Aに、研磨パッド10の一実施形態を示す(図2Aは、被研磨物20を載置している。)。研磨パッド10は、円板状に形成され、その表面には、複数の溝15が加工されており、定盤2に取り付けられて被研磨物20を研磨するものである。研磨パッド10は、例えば、発泡硬質ウレタン、スウェード等で形成されている。
図2Aは、径方向の中心側の領域に第一研磨領域11が形成され、第一研磨領域11には、同心円状の溝15が形成された研磨パッド10を示す。径方向の外側の領域は、第二研磨領域12であり、図2Aでは、溝15が形成されていない場合を示している。図2Aに示すように、中心側の領域に第一研磨領域11が形成された研磨パッド10を用いることにより、被研磨物20の表面を凹面(図3の右下)に形成することができる。
図2Bは、外側の領域に第一研磨領域11が形成され、第一研磨領域11には、同心円状の溝15が形成された研磨パッド10を示す(図2Bは、被研磨物20を載置している。)。中心側の領域は、第二研磨領域12である(図2Bは、第二研磨領域12に溝が形成されていない場合を示している)。図2Bに示すように、外側の領域に第一研磨領域11が形成された研磨パッド10を用いることにより、被研磨物20の表面を凸面(図3の左下)に形成することができる。
第二研磨領域12に溝15が形成された実施形態を図2C及び図2Dに示す。図2Cは、外側の領域の溝数が少なく、外側の領域が第二研磨領域12である。また、図2Dは、中心側の領域の溝数が少なく、中心側の領域が第二研磨領域12である。第二研磨領域12は、第一研磨領域11よりも研磨パッド10の半径方向の単位長さ当たりの溝数が少なくなっている。
本発明の被研磨物の研磨方法は、表面上に径方向の中心側の領域と外側の領域とで異なる溝状態が形成され、中心側または外側のいずれか一方の領域が溝15が形成された第一研磨領域11、他方の領域が第一研磨領域11と異なる溝状態とされた第二研磨領域12である研磨パッド10に、第一研磨領域11と第二研磨領域12との境界をまたいだ状態で被研磨物20を配し、研磨パッド10及び被研磨物20を回転させて被研磨物20を研磨する。そして、図3に示すように、被研磨物20の表面を凹面(図3の右下)または凸面(図3の左下)に形成する。本発明の被研磨物の研磨方法によれば、曲率半径がR200万mm〜R5000万mmの凹面または凸面のクラウニング形成を行うことができる。
本発明の被研磨物の研磨方法における被研磨物20は、例えば、Si、SiO、等の半導体ウェハや、LN、LT、GaN等の単結晶ウェハや、アルミナ、ジルコニア、圧電体等のセラミックスや、ベリリウム、銅等の合金を含めた金属などである。
図4A〜図4Dに、研磨パッド10の他の実施形態を示す。図4Aは、中心側の領域に第一研磨領域11が形成され、第一研磨領域11には、格子状の溝15が形成された研磨パッド10を示す。図4Bは、中心側の領域に第一研磨領域11が形成され、第一研磨領域11には、穴形状の溝が形成された研磨パッド10を示す。図4C及び図4Dは、中心側の領域に第一研磨領域11が形成され、第一研磨領域11には、研磨パッド10の中心からスパイラルの溝15が形成された研磨パッド10を示す。図4A〜図4Dに示すような中心側の領域に第一研磨領域11が形成された研磨パッド10を用いることにより、被研磨物20の表面を凹面(図3の右下)に形成することができる。
なお、図4A〜図4Dは、中心側の領域に第一研磨領域11が形成された研磨パッド10であるが、図2Bに示すように、外側の領域に第一研磨領域11が形成されているようにすることもできる。このような外側の領域に第一研磨領域11が形成された研磨パッド10であれば、被研磨物20の表面を凸面(図3の左下)に形成することができる。
(実施形態2)
図5を用いて、本発明の実施形態2の被研磨物の研磨方法を説明する。本発明の実施形態2の被研磨物の研磨方法は、表面上に溝15が形成された研磨パッド10に被研磨物20を配し、研磨パッド10及び被研磨物20を異なる回転数で回転させることにより、被研磨物20の面内において、研磨速度に分布をもたせて被研磨物20を研磨する。これにより、被研磨物20の表面を凹面または凸面に形成することができる。
図5に示す研磨パッドは、表面の全面が第一研磨領域11とされ、第一研磨領域11には、格子状の溝15が形成されている。なお、実施形態2の被研磨物の研磨方法に用いる研磨パッド10は、表面の全面にも溝15が形成されていればよく、第一研磨領域11の溝の形状は限定されない。
定盤2(研磨パッド10)の回転速度は、5〜1000rpmであることが好ましく、10〜500rpmであることがより好ましく、10〜150rpmであることがさらに好ましい。
被研磨物20の回転速度は、5〜1000rpmであることが好ましく、10〜500rpmであることがより好ましく、10〜150rpmであることがさらに好ましい。
定盤2(研磨パッド10)の回転速度と被研磨物20の回転速度との差は、0〜500rpm(ただし、0rpmを除く)であることが好ましく、0〜450rpmであることがより好ましく、0〜100rpmであることがさらに好ましい。被研磨物20の被研磨面の曲率半径を大きくしたい場合(例えば、5000万mm)、回転速度の差を0に近づけることが好ましいが、0rpmは含まない。
研磨パッド10の回転数を被研磨物20の回転数より大きくして、被研磨物20を研磨することにより、表面を凹面に形成することができる。
また、研磨パッド10の回転数を被研磨物20の回転数よりも小さくして、被研磨物20を研磨することにより、表面を凸面に形成することができる。
(実施形態3)
本発明の被研磨物の研磨方法は、表面上に溝15が形成された研磨パッド10に被研磨物20を配し、研磨パッド10の径方向において、被研磨物20の中心部20cよりも研磨パッド10の中心側の領域と、被研磨物20の中心部20cよりも研磨パッド10の外側の領域とで、異なるスラリーを供給しつつ、研磨パッド10及び被研磨物20を回転させて被研磨物20を研磨する研磨方法である。これにより、被研磨物20の表面を凹面または凸面に形成することができる。
実施形態3においては、図6Aに示すような同心円状の溝15が形成された研磨パッド10を用いる。図6Bは、スラリーの供給領域を示す模式図である。被研磨物20の中心部20cよりも研磨パッド10の中心側の領域に、研磨するためのスラリーを供給し、被研磨物20の中心部20cよりも研磨パッド10の外側の領域に研磨を抑制するためのスラリーを供給することにより、被研磨物20に凹面を形成することができる。研磨するためのスラリーと研磨を抑制するためのスラリーは、pHの異なるスラリーである。抑制する領域の研磨速度は、研磨する領域の研磨速度に対して30〜100%減となる。なお、実施形態1〜3の全てにおいて、研磨パッド10の溝の形状は限定されないが、実施形態3においては、図6Aに示すような同心円状の溝がスラリーの供給される領域を制御しやすく、好ましい。
スラリーは、CMP装置1のスラリー供給装置4から、研磨パッド10の表面上に供給する。スラリーは、研磨材、酸、酸化剤、および水を含む。研磨材としてコロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニアおよびこれらの混合物等を利用することができる。また、酸化剤としては、過酸化物、硝酸塩等を利用することができる。さらに、スラリーには、pH調整剤を含んでもよい。pH調整剤は、スラリーのpHを所望の値に調整するために酸性物質又は塩基性物質を適宜使用する。
被研磨物20の中心部20cよりも研磨パッド10の中心側の領域は、pHは、0〜12.0であることが好ましく、3.0〜10.0であることがより好ましく、4.0〜10.0であることがさらに好ましい。被研磨物20の中心部20cよりも研磨パッド10の外側の領域は、pHは、10.0〜14.0であることが好ましく、12.0〜14.0であることがより好ましく、13.0〜14.0であることがさらに好ましい。なお、中心側の領域のpHと外側の領域のpHを上記と逆にすると、面の凹凸も逆に形成される。また、例えば、被研磨物20が単結晶ウェハのLN(LiNbO)の場合、コロイダルシリカによる通常の研磨速度を1とした場合、酸性(pH3〜5)では研磨速度が200%(2倍)になり、強アルカリ(pH13以上)では研磨速度はほぼゼロ(0%)になる。
研磨パッド10の中心側の領域と、外側の領域とで異なるスラリーを用いる代わりに、研磨パッド10の径方向において、被研磨物20の中心部20cよりも研磨パッド10の中心側の領域、被研磨物20の中心部20cよりも研磨パッド10の外側の領域の一方の領域のみにスラリーを供給しつつ、研磨してもよい。これにより、被研磨物20の表面を凹面または凸面に形成することができる。
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
CMP装置1(図1参照)に、中心側の領域に第一研磨領域11が形成され、第一研磨領域11には、同心円状の溝15が形成された研磨パッド10(図2A)を取り付けて、被研磨物20を研磨した。スラリーは、研磨材としてコロイダルシリカを含むものを用いた。研磨パッド10は、直径300mmで、溝15が形成された第一研磨領域11が中心側の直径150mmの領域、その外側の直径150〜300mmの領域は溝15が形成されていない第二研磨領域12であるものを用いた。第一研磨領域11の溝15の幅は、0.5mm、溝15のピッチは、1.5mmであった。研磨パッド10は、発泡硬質ウレタンで形成されたものを用いた。被研磨物20としては、図7Aに示すように、厚み10000ÅのSiO膜20aが形成された直径100mmのSiウェハ20bを用いた。被研磨物20は、図2Aに示すように、第一研磨領域11と第二研磨領域12との境界に配置し研磨した。そして図8に示す各位置において、研磨後のウェハのSiO膜20aの厚みを膜厚計で調べた。図9に結果を示す。図9の横軸の測定位置の−40〜40mmの範囲の9点が、図8の測定位置1〜9に対応する。図9に示すように、中心側の領域に第一研磨領域11が形成された研磨パッド10を用いることにより、図7Bに示すように、被研磨物20の表面を凹面とすることができた。図9では、曲率半径は、R3600万mmであった。
(実施例2)
表面の全面に格子状の溝15が形成された直径300mmの研磨パッド10を用いて、研磨パッド10と被研磨物20を異なる回転数で回転させて、被研磨物20を研磨した(図5参照)。研磨パッド10の第一研磨領域11の溝15の幅は、0.5mm、溝15のピッチは、1.5mmであった。研磨パッド10は、発泡硬質ウレタンで形成されたものを用いた。被研磨物20としては、厚み10000ÅのSiO膜20aが形成された直径100mmのSiウェハ20bを用いた。研磨パッド10を80rpm、被研磨物20を40rpmで同方向に回転させた。図10に結果を示す。図10の横軸の測定位置の−40〜40mmの範囲の9点が、図8の測定位置1〜9に対応する。図10に示すように、中心領域のSiOの厚みが薄くなり、図7Bに示すように、凹面を形成することができた。図10では、曲率半径は、R1300万mmであった。
(実施例3)
実施例2と同様の研磨パッド10を用いて、研磨パッド10と被研磨物20を異なる回転数で回転させて、被研磨物20を研磨した(図5参照)。被研磨物20も実施例2と同じ、厚み10000ÅのSiO膜20aが形成された直径100mmのSiウェハ20bを用いた。研磨パッド10を40rpm、被研磨物20を80rpmで同方向に回転させた。図11に結果を示す。図11に示すように、中心領域のSiOの厚みが厚くなり、図7Cに示すように、凸面を形成することができた。図11では、曲率半径は、R890万mmであった。
(実施例4)
表面の全面に同心円状の溝15が形成された直径300mmの研磨パッド10を用いて、被研磨物20を研磨した(図6A及び図6B参照)。研磨パッド10の第一研磨領域11の溝15の幅は、0.5mm、溝15のピッチは、1.5mmであった。研磨パッド10は、発泡硬質ウレタンで形成されたものを用いた。被研磨物20としては、厚み10000ÅのSiO膜20aが形成された直径100mmのSiウェハ20bを用いた。研磨パッド10の径方向において、被研磨物20の中心部20cよりも研磨パッド10の中心側の領域と、被研磨物20の中心部20cよりも研磨パッドの外側の領域とで、異なるスラリーを供給しつつ、研磨した。スラリーは、砥粒としてコロイダルシリカを含み、中心側の領域に供給したスラリーは、pH9〜10、外側の領域に供給したスラリーは、pH13であった。図12に結果を示す。図12に示すように、中心領域のSiOの厚みが薄くなり、図7Bに示すように、凹面を形成することができた。
本発明の被研磨物の研磨方法によれば、半導体ウェハ等の被研磨物の表面を凹面または凸面として形成することができる。
1:CMP装置、2:定盤、3:研磨ヘッド、4:スラリー供給装置、10:研磨パッド、11:第一研磨領域、12:第二研磨領域、15:溝、20:被研磨物、20a:SiO膜、20b:Siウェハ、20c:中心部。

Claims (9)

  1. 表面上に径方向の中心側の領域と外側の領域とで異なる溝状態が形成され、前記中心側または前記外側のいずれか一方の領域が溝が形成された第一研磨領域、他方の領域が前記第一研磨領域と異なる溝状態とされた第二研磨領域である研磨パッドに、前記第一研磨領域と前記第二研磨領域との境界をまたいだ状態で被研磨物を配し、前記研磨パッド及び前記被研磨物を回転させて前記被研磨物を研磨し、前記被研磨物の表面を凹面または凸面に形成する被研磨物の研磨方法。
  2. 前記研磨パッドの前記中心側の領域に前記第一研磨領域が形成され、前記被研磨物の表面を凹面に形成する請求項1に記載の被研磨物の研磨方法。
  3. 前記研磨パッドの前記外側の領域に前記第一研磨領域が形成され、前記被研磨物の表面を凸面に形成する請求項1に記載の被研磨物の研磨方法。
  4. 前記研磨パッドの前記第一研磨領域には、同心円状の前記溝が形成された請求項1〜3のいずれか1項に記載の被研磨物の研磨方法。
  5. 面上に溝が形成された研磨パッドに、研磨前に表面が凹面または凸面ではない被研磨物を配し、前記研磨パッド及び前記被研磨物を異なる回転数で回転させることにより、前記被研磨物の面内において、研磨速度に分布をもたせて前記被研磨物を研磨し、前記被研磨物の表面を凹面または凸面に形成する被研磨物の研磨方法。
  6. 前記研磨パッドの回転数を前記被研磨物の回転数よりも大きくして、前記被研磨物の表面を凹面に形成する請求項5に記載の被研磨物の研磨方法。
  7. 前記研磨パッドの回転数を前記被研磨物の回転数よりも小さくして、前記被研磨物の表面を凸面に形成する請求項5に記載の被研磨物の研磨方法。
  8. 表面上に溝が形成された研磨パッドに被研磨物を配し、前記研磨パッドの径方向において、前記被研磨物の中心部よりも前記研磨パッドの中心側の領域と、前記被研磨物の中心部よりも前記研磨パッドの外側の領域とで、異なるスラリーを供給しつつ、または一方の領域のみにスラリーを供給しつつ、前記研磨パッド及び前記被研磨物を回転させて前記被研磨物を研磨し、前記被研磨物の表面を凹面または凸面に形成する被研磨物の研磨方法。
  9. 前記研磨パッドの中心側の領域と、前記被研磨物の中心部よりも前記研磨パッドの外側の領域とで、異なるpHのスラリーを供給しつつ前記被研磨物の表面を凹面または凸面に形成する請求項に記載の被研磨物の研磨方法。
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