WO2003038882A1 - Procede et patin de polissage de plaquette - Google Patents

Description

明 細 書 ゥエーハの研磨方法及びゥエ ーハ研磨用研磨パッ ド 技術分野

本発明はゥエーハの研磨方法及びそのゥエーハの研磨方法に好適に用 いられるゥエーハ研磨用研磨パッ ドに関する。 背景技術

従来、 半導体基板材料と して用いられるシリ コンゥヱーハの製造方法 は、 一般にチヨ クラルスキー （Czochralski ； C Z ) 法や浮遊帯域溶融 ( Floating Zone ； F Z ) 法等を使用して単結晶インゴッ トを製造する 結晶成長工程、 この単結晶イ ンゴッ トをスライスし、 少なく とも一主面 が鏡面状に加工されるゥエーハ加工工程を経る。 更に詳しくその工程を 示すと、 ゥエーハ加工工程は、 単結晶インゴッ トをスライスして薄円板 状のゥエーハを得るスライス工程と、 該スライス工程によって得られた ゥエーハの割れ、 欠けを防止するためにその外周部を面取りする面取り 工程と、 このゥエーハを平坦化するラッピング工程と、 面取り及びラッ ビングされたゥエーハに残留する加工歪みを除去するエッチング工程と そのゥエーハ表面を鏡面化する研磨 （ポリ ツシング） 工程と、 研磨され たゥエーハを洗浄して、 これに付着した研磨剤や異物を除去する洗浄ェ 程を有している。 上記ゥヱーハ加工工程は、 主な工程を示したもので、 他に熱処理工程等の工程が加わったり、 同じ工程を多段で行なったり、 工程順が入れ換えられたりする。

これらの工程のうち、 研磨 （ポリ ツシング） 工程ではいろいろな形態 の研磨方式がある。 例えば、 シリ コンゥエーハの鏡面研磨方法は、 ラッ ビング加工のように両面を同時に鏡面化する両面研磨方式や 1枚ずっゥ エーハをプレートに真空吸着保持して研磨する枚葉方式、 ゥェ一ハをヮ ックス等の接着剤を使用しないで、 バッキングパッ ドとテンプレートで 保持しつつ研磨するヮックスフリ一研磨方式等様々な方式がある。 現在 のところガラスやセラミ ック等のプレー トに複数枚のゥヱーハをヮック スで貼り付けて片面を研磨するヮックスマゥン トバッチ式片面研磨装置 を用いて研磨する方式が主流である。 この研磨装置ではゥェ一ハが保持 されたプレートを研磨パッ ドを貼った定盤上に置き、 上部 トツプリ ング に荷重を掛けて、 定盤及びトツプリ ングを回転させながら研磨を行なう これらの研磨方式で用いられる研磨パッ ドは、 一般的に不織布タイプ の研磨パッ ドゃスエードタイプの研磨パッ ド等が用いられている。 不織 布タイプの研磨パッ ドはポリエステルフヱル ト （組織はランダムな構 造） にポリ ウレタンを含浸させたもので多孔性があり、 かつ弾性も適度 で、 高い研磨速度と平坦性にすぐれ、 ダレの少ない加工ができるように なっている。 シリ コンゥエーハの 1次研磨用で広く使用されている。 スエードタイプ研磨パッ トは、 ポリエステルフェルトにポリ ウレタン を含浸させた基材に、 ポリ ウレタン内に発泡層を成長させ、 表面部位を 除去し発泡層に開口部を設けたもの （この層をナップ層と呼ぶ） で、 特 に仕上げ研磨用に使用されており、 発泡層内に保持された研磨剤が、 ェ 作物と発泡層内面との間で作用することにより研磨が進行する。 ケミカ ルメカ-カルな研磨に多用され、 ダメージのない面が得られるが、 時間 をかけると周辺ダレが発生しやすい。 他にも、 発泡ウレタンシー ト等の 研磨パッ ドがある。

研磨パッ ドの製造方法と しては、 例えば不織布タイプの研磨パッ ド等 はポリエステルフェルトにポリ ウレタン等の樹脂を含浸させ硬化させ、 その表面を超硬砥粒の付いた口ール状の砥石で研削 （バフイングとい う） して任意の特性の研磨パッ ドを作製している。 樹脂の材質や含浸量 及び表面のパフィング加工条件によってその研磨パッ ドの圧縮率等を制 御している。 現状では、 圧縮率については数％程度の研磨パッ ドが用い られており、 低圧縮率のものが外周ダレ制御に効果が見られることが知 られている。

研磨工程では、 研磨されたゥェ一ハの品質を一定に保つことが重要で ある。 その為には、 研磨パッ ドの安定性が重要であるが、 特に研磨パッ ド表面の面粗さや研磨パッ ドの圧縮率、 圧縮弹性率等が問題となる。 例えば、 研磨パッ ドの圧縮率を小さ くすると、 研磨装置精度の影響 (定盤の形状ゃ定盤の面振れや加工時の振動等） を吸収できず平坦度 (以下、 フラッ トネスという ことがある。 ） が悪化する問題が発生して いる。 逆に、 圧縮率を大きく し過ぎると研磨パッ ドの沈み込量が大きく なり、 外周ダレを引き起こす。

また、 研磨パッ ドの表面粗さにおいては、 表面が滑らかで含浸樹脂の 存在比が多いと研磨パッ ドと ゥエーハ外周部との接触率が高く なり外周 ダレが強くなる。 逆にバフィングを粗く してパッ ド表面の粗さを大きく すると圧縮率自体が大きく なり、 やはり外周ダレがより強くなる。 発明の開示

本発明は、 上記事情を鑑みなされたものであって、 ゥエーハの外周ダ レを効果的に防止するゥエーハの研磨方法及びそのゥエーハの研磨方法 に好適に用いられるゥユ ーハ研磨用研磨パッ ドを提供することを目的と する。

表面粗さと圧縮率は関連のある品質で、 表面粗さを粗くすると圧縮率 は大きくなつてしまう傾向がある。 外周ダレをなくすにはなるべく表面 粗さは大きく し、 圧縮率は小さく したいが、 相反する品質でこれまでは 一方の品質のみの制御となっていた。 上記課題を解決するため、 本発明 者らが鋭意調査したところ、 平坦度を維持するには、 これらの特性の比 を取ることで最適な研磨パッ ドの品質を規定できることを発見し、 本発 明を完成させた。

つま り、 本発明のゥエーハの研磨方法は、 不織布に樹脂を含浸させた 研磨パッ ドにゥエーハ主面を摺接させて鏡面研磨する方法において、 前 記研磨パッ ドの表面粗さと圧縮率の比 {表面粗さ R a ( / m ) //圧縮率 ( % ) } を 3 . 8以上にし研磨することを特徴とする。

本発明のゥエーハ研磨用研磨パッ ドは、 不織布に樹脂を含浸させた研 磨パッ ドにおいて、 前記研磨パッ ドの表面粗さと圧縮率の比 {表面粗さ ( μ m ) /圧縮率 （％) } を 3 . 8以上にしたことを特徴とする。

上記した表面粗さと圧縮率の比が大きいほど平坦度が良くなる傾向に あるため、 この比の上限は特に限定するものではないが、 表面粗さや圧 縮率を考慮すると 1 0以下が適当である。 特に研磨布の製造のしゃすさ 等を考慮すると 5〜 6程度が好ましい。

特に、 圧縮率は 2 %以上 4 . 5 %以下であることが好ましい。 2 %未 満の圧縮率の場合、 研磨装置定盤形状の影響や加工時の僅かな振動の影 響が吸収できず、 逆に外周ダレを発生させてしま う。 また、 圧縮率が 4 . 5 %を越えると研磨パッ ドの沈み込みにより逆に外周ダレが強く なって しまう。

また、 表面粗さも 1 5 μ π！〜 1 9 の範囲で制御すると好ましい。 この範囲の研磨パッ ドであれば、 高品質なゥエーハが研磨できる。 図面の簡単な説明

図 1は、 実験例 1 における研磨パッ ドの {表面粗さ （μ πι ) Ζ圧縮率 ( % ) } とフラッ トネス （エッジ除外 2 m mの場合） との関係を示した 図である。

図 2は、 実験例 1 における研磨パッ ドの表面粗さ （μ ιη ) とフラッ ト ネス （エッジ除外 2 m mの場合） との関係を示した図である。

図 3は、 実験例 1における研磨パッ ドの圧縮率 （％) とフラッ トネス (エッジ除外 2 m mの場合） との関係を示した図である。

図 4は、 本発明方法に用いられる研磨装置の一例を示す要部概略断面 説明図である。 発明を実施するための最良の形態

以下に本発明の一つの実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、 図示例は例示的に示されるもので、 本発明の技術思想から逸脱しない限 り種々の変形が可能なことはいうまでもない。 図 4は本発明の研磨方法 に用いられる研磨装置の一例を示したものであり、 枚葉式研磨へッ ドを 具備したワークの研磨装置の構成概要を説明するための要部概略断面説 明図である。

図 4において、 符号 1 0は研磨装置で、 ゥ工ーハW、 例えばシリ コン 等の半導体ゥユーハの片面を研磨する装置と して構成される。 研磨装置 1 0は、 回転する定盤 （回転テーブル） 1 2 と研磨へッ ド 1 4及び研磨 剤供給管 1 6を有している。 この定盤 1 2は回転軸 1 8により所定の回 転速度で回転され、 その上面には研磨パッ ド 2 0が貼付してある。

そして、 ゥヱーハ Wは、 真空吸着等により研磨へッ ド 1 4のゥエーハ 保持盤基体 2 2のゥエーハ保持面 2 2 aに保持され、 研磨へッ ド 1 4に より回転されると同時に所定の荷重で定盤 1 2の研磨パッ ド 2 0に押し つけられる。

研磨剤 Lの供給は研磨剤供給管 1 6から所定の流量で研磨パッ ド 2 0 上に供給し、 この研磨剤 Lがゥエーハ Wと研磨パッ ド 2 0の間に供給さ れることにより ゥエーハ Wの表面が研磨される。

さらに、 研磨へッ ド 1 4は、 ゥエーハ保持面 2 2 a と多数の吸着貫通 孔 hをもつゥェ一ハ保持盤本体 2 2及び保持盤裏板 2 4 とから構成され、 吸着貫通孔 hは保持盤裏板 2 4に設けた真空用溝 2 6を経てバキューム 路 2 8から不図示の真空装置につながり、 真空の発生によってゥエーハ 保持面 2 2 aにゥエーハ Wを吸着保持するよ うになつている。

更に外力バー 3 0 と保持盤裏板 2 4及び環状弾性体 3 2 とで囲まれる 空間 3 4を形成し、 該空間 3 4に加圧空気供給路 3 6が延設され、 不図 示の加圧空気供給装置につながつている。 この加圧空気供給装置の圧力 調整により、 研磨圧力を調整可能にしている。

本発明のゥエーハの研磨方法に用いられる研磨装置は図 4に示した形 態に限定するものではないことは勿論である。

本発明のゥエーハの研磨方法は、 例えば、 図 4に示したような研磨装 置 1 0において、 研磨パッ ド 2 0 と して本発明の特定の性能を有する研 磨パッ ドを用いるものである。 本発明方法で用いる研磨パッ ド、 即ち、 本発明の研磨パッ ドは、 研磨前の段階で {表面粗さ （ // m) 圧縮率 (%) } が 3. 8以上であることが必須である。 つまり、 ァズレシーブ の状態 （研磨布を製造した段階又は購入した段階） ） で研磨パッ ドの品 質を、 本発明における所定の条件を具備するよ うに調整する。

ここで、 研磨パッ ドの圧縮率は JIS L-1096 に準拠した方法で測定す る。 具体的にはデジタルリニアゲージ （例えば、 ミツ トヨ製 1 D B— 1 1 2 M) を使用し、 初荷重 WOを負荷後 1分後の厚さ T 1 を読み、 同時 に荷重を W 1 に増やし、 1分後の厚さ T 2を読む。 そして圧縮率 （％) は、 { (T l — T 2 ) ZT 1 } X I 0 0で算出する。 初荷重 W0は 3 0 0 g / c m²、 荷重 W 1は 1 8 0 0 g Z c m²で評価する。

また、 表面粗さは、 研磨パッ ドの表面を触針式の粗さ測定器 （例えば. 東京精密製 S u r f c ο _m 4 8 0 A) を用い、 所定の測定条件 （測定 長 1 2 . 5 mm、 測定速度 0 . 3 mm/m i n、 カッ トオフ 2 . 5 mm, R a値） で測定する。

特に、 本発明方法に用いる研磨パッ ド、 即ち本発明の研磨パッ ドの圧 縮率は 2 %以上 4 . 5 %以下であることが好ましい。 したがって、 表面 粗さ R a ( μ m) /圧縮率 （％) = 3 . 8以上という本発明の特徴を示 す関係式よ り、 本発明の研磨パッ ドの表面粗さは好ましく は 7 . 6 μ τη 以上であり、 更に好ましくは、 1 5 μ m〜 1 9 μ mの範囲で制御すると 良い。 例えば、 表面粗さ 1 8 μ mの研磨パッ ドでは圧縮率が 2 %〜 4 . 7 %、 表面粗さが 1 5 μ mの研磨パッ ドでは圧縮率が 2 %〜 3 . 9 %程 度の研磨パッ ドにするのが好適である。

本発明の研磨パッ ドの製造方法は特に従来方法とは違わないが、 本発 明の研磨パッ ドでは特に圧縮率と表面粗さの関係に注意し製造する必要 がある。 本発明の研磨パッ ドに要求される条件を有する研磨パッ ドを製 造するには、 例えば、 研磨パッ ドを製造する時の条件、 例えば不織布タ イブの研磨布でポリエステルフェルトにポリ ウレタンを含浸させたもの であれば、 ポリ ウ レタンの含浸量を調整し、 まず圧縮率を 2 %程度 ( 2 %よりやや小さく） にし、 次に目の粗さが # 1 0 0前後の砥石によ り研磨パッ ド表面をバフィングすることにより粗さを調整し本発明の条 件を満たすようにすればよい。

また、 本発明方法においては、 ゥヱーハの研磨中も、 研磨パッ ドの {表面粗さ （μ πι) /圧縮率 （％) } を 3 . 8以上とする必要がある。 しかし、 研磨条件、 例えば研磨剤等の影響や使用時間等で研磨パッ ドの 品質は研磨中でも変化していく ことは避けられない。 従って、 現実の研 磨作業においては、 少なく とも研磨パッ ドを使用する開始段階でこの範 囲に入るよ うにする。 また、 繰り返し研磨を行なった場合、 徐々に研磨 パッ ドの品質も変化していく 力 ^s、 その途中で研磨パッ ドの ドレッシング 等を行ない {表面粗さ （ m) /圧縮率 （％) } を 3 . 8以上となるよ うに調整すればよい。

実施例

以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、 これらの 実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことは レヽうまでもなレ、。

(実験例 1 )

研磨パッ ドの {表面粗さ （μ πι) /圧縮率 （％) } を変化させ、 研磨 後のゥエーハフラッ トネスとの関係を調べた。 フラッ トネスは A D Ε社 のフラ ッ トネステスター 9 7 0 O E +を用レヽ、 エツジ除外 2 m mで 2 5 m mセノレのサイ ズで S F Q R ( Site Front least sQuares < site) Range ： サイ ト毎のゥエーハ表面の高低差） を測定し、 ゥエーハ面内の セノレの M a x値 ( S F Q R m a x ) を評価した。

エッチング処理された 8インチシリ コンゥェーハについて、 図 4に示 した研磨装置と同様の研磨装置に {表面粗さ （/ m) Z圧縮率 （％) } の異なる研磨パッ ドを張り付け、 研磨圧力 3 0 0 g Z c m²及び研磨時 間 1 5分の研磨条件で、 コロイダルシリカ含有の研磨剤 （ p H = 1 0 . 5 ) を用い研磨した。

研磨後のフラッ トネス （ S F Q R m a x : エツジ除外 2 mmの場合） の結果と研磨パッ ドの （ {表面粗さ （ u m) 圧縮率 （％) } ) の関係 を図 1 に示す。 図 1に示すよ うに、 この比はフラッ トネスに大きく影響 し、 直線状の良い相関があることがわかった。 つま り {表面粗さ ( μ m) ノ圧縮率 （％) } で研磨パッ ドの品質を規定することが重要である ことがわかる。

現状では、 平坦度と して S F Q R m a x = 0 . 1 3 μ πι以下の品質が 要求されており、 この比で規定する場合、 その比が 3. 8以上であれば、 安定して高平坦度のゥエ ーハが得られることがわかる。

なお、 図 2には、 研磨パッ ドの表面粗さ （// m) とフラ ッ トネス （ェ ッジ除外 2 mmの場合） との関係、 図 3には研磨パッ ドの圧縮率とフラ ッ トネス （エッジ除外 2 mmの場合） との関係を示す。 これらの図から わかるように、 個別に表面粗さ、 圧縮率を制御してもフラッ トネスと相 関は低く、 好ましい研磨パッ ドを規定できないが、 本発明のよ うに （表 面粗さ （ m) 圧縮率 （％) } の比を取る事で、 フラ ッ トネスの制御 が容易な研磨パッ ドを規定できる。 特に上記 {表面粗さ （/x m) /圧縮 率 （％) } の比が 3. 8以上であると今後要求されるフラッ トネスのゥ エーハを容易に製造でき好ましい。

(実施例 1 )

図 4に示した研磨装置と同様の研磨装置に、 圧縮率 3. 9 %、 表面粗 さ 1 6. 2 μ mの研磨パッ ド （ {表面粗さ （ m) /圧縮率 （％) } = 4. 1 5 ) を用レヽ 8インチシリ コンゥエーハ 1 0 0枚を研磨した。 研磨 したゥヱーハの平坦度を周辺 3 mm除外及び周辺 2 mm除外の厳しい条 件で測定した。

研磨の結果、 すべてのゥエーハで S F Q Rm a x = 0. 1 2 μ ηι以下 の平坦度が得られた。 2 mm除外で評価しても S F Q R m a X = 0. 1 2 m以下のフラッ トネスであり、 外周部まで平坦なゥエーハが安定し て研磨されている事がわかる。

(実施例 2 )

図 4に示した研磨装置と同様の研磨装置に、 圧縮率 4. 6 %、 表面粗 さ 1 7. 8 μ. mの研磨パッ ド （ {表面粗さ （ μ m) Z圧縮率 （％) } = 3. 8 7) を用レヽ 8インチシリ コンゥェ一ハ 1 0 0枚を研磨した。 研磨 したゥエーハの平坦度を周辺 3 mm除外及び周辺 2 mm除外の厳しい条 0 件で平坦度を測定した。

研磨の結果、 すべてのゥエ ーハで S F Q R m a X = 0. 1 3 μ πι以下 の平坦度が得られた。 2 mm除外で評価しても S F Q Rm a X = 0. 1 3 ； u m以下のフラッ トネスであり、 外周部まで平坦なゥエーハが安定し て研磨されている事がわかる。

(実施例 3 )

図 4に示した研磨装置と同様の研磨装置に、 圧縮率 3. 2 %、 表面粗 さ 1 7. 5 μ mの研磨パッ ド （ {表面粗さ （ m) 圧縮率 （％) } = 5. 4 7) を用い 8イ ンチシリ コンゥエーノ、 1 0 0枚を研磨した。 研磨 したゥエーハの平坦度を周辺 3 mm除外及び周辺 2 mm除外の厳しい条 件で平坦度を測定した。

研磨の結果、 すべてのゥエーハで S F Q R m a X = 0. Ι Ο μ πι以下 の平坦度が得られた。 2 mm除外で評価しても S F Q R m a X = 0. 1 0 μ m以下のフラッ トネスであり、 外周部まで平坦なゥヱーハが安定し て研磨されている事がわかる。

(比較例 1 )

図 4に示した研磨装置と同様の研磨装置に、 圧縮率 4. 6 %、 表面粗 さ 1 4. 5 μ mの研磨パッ ド （ {表面粗さ m) ノ圧縮率 （％) } = 3. 1 7) を用レ、 8インチシリ コンゥエーハ 1 0 0枚を研磨した。 研磨 したゥエーハの平坦度を周辺 3 mm除外及び周辺 2 mm除外の厳しい条 件で平坦度を測定した。

研磨の結果、 すべてのゥエーハで 3 mm除外の S F QRm a x = 0. 1 4 z m程度であり、 0. 1 3 μ m以下の平坦度は得られなかった。 2 mm除外で評価した場合は、 0. 1 6 μ m程度で 3 mm除外よ り悪い値 が得られ、 外周がダレてしまっている事がわかる。 産業上の利用可能性

以上述べたごとく、 本発明の研磨パッ ドを用いた研磨方法によれば、 ゥヱーハの研磨にあたり、 外周ダレ、 特にエッジ部 3 mmより も外周の ダレを制御することが可能となり、 2 mm除外で S F QRm a x = 0. 1 3 μ m以下のフラッ トネスの達成が可能となる。

Claims

2 請 求 の 範 囲

1. 不織布に榭脂を含浸させた研磨パッ ドにゥエーハ主面を摺接させて- 鏡面研磨するゥ ーハの研磨方法において、 前記研磨パッ ドの表面粗さ と圧縮率の比 {表面粗さ R a ( μ m) ノ圧縮率 （％) } を 3. 8以上に し研磨することを特徴とするゥユーハの研磨方法。

2. 前記研磨パッ ドの圧縮率を 2 %以上 4. 5 %以下と したことを特徴 とする請求項 1記載のゥエーハの研磨方法。

3. 前記研磨パッ ドの表面粗さを 1 5 π！〜 1 9 μ mと したことを特徴 とする請求項 1又は 2記載のゥエーハの研磨方法。

4. 不織布に樹脂を含浸させたゥエーハ研磨用研磨パッ ドにおいて、 前 記研磨パッ ドの表面粗さ と圧縮率の比 {表面粗さ （ μ πι) /圧縮率

(%) } を 3. 8以上にしたことを特徴とするゥエーハ研磨用研磨パッ ド、。

5. 前記研磨パッ ドの圧縮率を 2 %以上 4. 5 %以下と したことを特徴 とする請求項 4記載のゥユーハ研磨用研磨パッ ド。

6. 前記研磨パッ ドの表面粗さを 1 5 μ π！〜 1 9 i mと したことを特徴 とする請求項 4又は 5記載のゥエーハ研磨用研磨パッ ド。