WO2023095503A1 - 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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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P52/00—Grinding, lapping or polishing of wafers, substrates or parts of devices

Definitions

  • the present invention relates to a template assembly, a polishing head, and a wafer polishing method.
  • the general flow of semiconductor wafer polishing is double-side polishing (DSP) followed by single-side polishing (CMP) for secondary polishing and final polishing.
  • Polishing using a single-sided polisher primarily employs a polishing head that includes a template assembly for supporting the wafer.
  • This template assembly has a back pad and a guide ring on its outer periphery, and the wafer is supported in the area surrounded by the back pad and guide ring.
  • the wafer supporting surface is a back pad, which is pressurized during polishing to bring the wafer into sliding contact with a polishing pad (polishing cloth) attached to a surface plate.
  • Patent Document 1 a single-side polishing apparatus is used to polish the wafer so that the rotation rate of the wafer is 25 degrees/min or more and 60 degrees/min or less, and the amount of flatness variation in the circumferential direction of the outer peripheral portion of the wafer is measured. is described to reduce
  • Patent Document 2 describes a polishing method in which scratches do not occur in the final step of single-sided polishing by a method of polishing in a multi-stage polishing process using double-sided polishing and a single-sided polishing apparatus.
  • Patent Document 3 describes a manufacturing method capable of reclaiming a reclaimed wafer for a 0.13 ⁇ m device process, in which the reclaimed wafer is polished on both sides and then polished on one side to reduce the thickness by 50 ⁇ m or less. .
  • Patent Document 4 describes a polishing method using a wafer holder for a single-sided polishing apparatus, in which the holding pad has a thickness of 0.25 to 1.0 mm and the holding portion has a depth of 40 to 150 ⁇ m. It is
  • Patent Document 5 discloses a retainer ring for a substrate holding device that holds a substrate and presses it against a polishing pad, comprising an inner ring and an outer ring, the inner ring having a radial thickness of 0.05 mm or more and 5 mm or less. , a polishing method using a retainer ring in which the surface roughness Ra of the lower surface of the retainer ring is 1.6 ⁇ m or less.
  • Patent Document 6 describes a polishing method using a retaining ring of a single-sided polishing apparatus, in which the inner wall of the inner ring is polished to a surface roughness Ra of less than 30 microinches.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and provides a wafer support for single-sided polishing of a wafer capable of improving the uniformity in the circumferential direction of the edge flatness of the wafer after single-sided polishing such as CMP. It is an object of the present invention to provide a template assembly, a polishing head equipped with the same, and a wafer polishing method using the polishing head.
  • the present invention has been made to achieve the above objects, and provides a template assembly for supporting a wafer used for single-sided polishing of a wafer, comprising a back pad and a guide fixed along the outer periphery of the back pad.
  • the back pad has a radial shape profile PV value of 0.9 mm or less on the surface that supports the wafer, and a surface roughness Ra of the surface that supports the wafer is 1.1 ⁇ m or less.
  • the polishing head can be provided with the template assembly according to the present invention and a retainer ring arranged at a position corresponding to the guide ring portion.
  • the polishing head can improve the uniformity in the circumferential direction of the edge flatness of the wafer after single-sided polishing.
  • the above polishing head according to the present invention can be used to polish the wafer while pressing it against the polishing pad.
  • the template assembly of the present invention it is possible to improve the uniformity of the edge flatness in the circumferential direction and the uniformity of the in-plane flatness of the wafer after single-sided polishing. .
  • the cross-sectional schematic diagram of a polishing head is shown.
  • the shape profile (PV value) measurement direction of the back pad is shown.
  • the PV values of the back pads used in Examples and Comparative Examples are shown.
  • the surface roughness Ra of the back pads used in Examples and Comparative Examples is shown. 4 shows flatness evaluation results of Examples and Comparative Examples.
  • the shape of the back pad has undulations, and even if an attempt is made to increase the rotation of the wafer, this undulation is transferred to the wafer as a load distribution, and the polishing head and the polishing head continue to polish the undulations. As a result, the uniformity of the edge flatness of the wafer in the circumferential direction is reduced (deteriorated).
  • a wafer-supporting template assembly used for single-sided polishing of a wafer comprises a back pad and the back pad. and a guide ring portion fixed along the outer peripheral portion, and the back pad has a surface roughness of the surface supporting the wafer and a PV value of the shape profile in the radial direction of the surface supporting the wafer of 0.9 mm or less. It has been found that a template assembly having an Ra of 1.1 ⁇ m or less can improve the uniformity of edge flatness in the circumferential direction and improve the uniformity of flatness in the plane. completed.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a polishing head used for single-sided polishing of a wafer.
  • the polishing head 100 includes a template assembly 3 and a retainer ring 4 arranged at a position corresponding to the guide ring portion 2 of the template assembly 3 .
  • the template assembly 3 is attached onto the retainer ring 4 so that the retainer ring 4 is positioned at a position corresponding to the guide ring portion 2 .
  • the outer peripheral portion of the back pad 1 is sandwiched between the retainer ring 4 and the guide ring portion 2 .
  • a retainer ring 4 is secured along the outer periphery of the upper flange assembly 6 .
  • a space surrounded by the back plate 7, the back pad 1, and the retainer ring 4 serves as a back pad pressurizing portion (fluid sealing portion) 5, which is a fluid sealing portion.
  • a wafer-supporting template assembly 3 comprises a back pad 1 and a guide ring portion 2 fixed along the outer periphery of the back pad 1 .
  • the PV (Peak-to-Valley) value of the shape profile in the radial direction on the surface supporting the wafer is 0.9 mm or less, and the surface roughness Ra of the surface supporting the wafer is 1.1 ⁇ m or less. belongs to.
  • the contact resistance with the wafer increases, so the rotation of the wafer can be effectively promoted. As a result, it is possible to improve the uniformity of the edge flatness in the circumferential direction.
  • the lower limit of the PV value of the shape profile in the radial direction on the wafer supporting surface is 0.0 mm or more, and the lower limit of the surface roughness Ra of the wafer supporting surface is 0.0 ⁇ m. That's it.
  • the back pad for example, a layer of urethane foam is formed on a base layer such as a polyurethane foam sheet, non-woven fabric sheet, or PET (polyethylene terephthalate) film.
  • a base layer such as a polyurethane foam sheet, non-woven fabric sheet, or PET (polyethylene terephthalate) film.
  • the roughness Ra is obtained by changing the number of diamond abrasive grains on the surface of the buffing wheel that adjusts the surface roughness after forming urethane foam on the base material. can produce back pads with different roughness.
  • the PV value of the shape profile can be changed by changing the PET material used as the base material, the material such as the nonwoven fabric sheet, etc., so that back pads with different PV values of the shape profile can be produced.
  • Various shapes of back pads can be obtained by changing the manufacturing conditions of such a back pad.
  • the shape of the back pad can be measured using a known measuring device.
  • the PV value of the shape profile in the radial direction on the wafer supporting surface of the back pad can be calculated by measuring the shape profile in the radial direction as indicated by the arrow in FIG. 2 with a three-dimensional shape measuring machine.
  • the surface roughness Ra of the back pad can be measured using a contact roughness measuring machine.
  • Template assembly Template assemblies were prepared with backpads having various shapes.
  • Comparative Example 1 is a conventionally used template assembly (conventional product).
  • the PV value of Comparative Example 2 does not satisfy the conditions of the present invention, and the surface roughness Ra of Comparative Example 3 does not satisfy the conditions of the present invention.
  • a three-dimensional shape measuring machine using a laser probe was used to measure the shape of the back pad of the template assembly.
  • the template assembly was attached to a ceramic retainer ring, the head assembly assembled was placed on a pedestal, and the measurement was performed with the template side facing upward.
  • the radial direction measurement of the surface supporting the wafer is performed by scanning the entire surface with a laser probe type three-dimensional shape measuring machine XYZAX-SVA manufactured by Tokyo Seimitsu.
  • a PV (Peak-to-Valley) value of the shape profile was obtained.
  • FIG. 3 shows the PV values of the radial shape profiles of the wafer-supporting surfaces of the back pads used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1-3.
  • FIG. 4 shows the surface roughness Ra of the wafer-supporting surface of the back pads used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1-3.
  • polishing For the evaluation, a silicon wafer with a diameter of 300 mm, which was subjected to double-sided polishing and SC1 cleaning, was used. The thickness of the wafer used is 775 ⁇ m. The number of polished wafers was 25 for each example and comparative example.
  • a polishing pad made of urethane-impregnated non-woven fabric is attached to a ceramic surface plate, and while polishing slurry of a KOH-based alkaline aqueous solution (pH 11) containing silica-based abrasive grains is supplied onto the polishing pad, the polishing head and the surface plate are moved. This was done by rotating the wafer at 40 rpm and bringing the wafer into sliding contact. The polishing allowance was set to 300 nm.
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the above-described embodiment is an example, and any device having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect is the present invention. included in the technical scope of

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

本発明は、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である。これにより、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が提供される。

Description

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
　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。
特開２０２１－０９１０８１号公報 特開２０１０－１３１６８３号公報 特開２００１－３５８１０７号公報 特開２０１６－０４３４４６号公報 特開２０１６－１５５１８８号公報 特開２０１６－１７８３０４号公報
　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。
研磨ヘッドの断面模式図を示す。 バックパッドの形状プロファイル（ＰＶ値）測定方向を示す。 実施例及び比較例で用いたバックパッドのＰＶ値を示す。 実施例及び比較例で用いたバックパッドの表面粗さＲａを示す。 実施例及び比較例のフラットネス評価結果を示す。
　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。
　［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。なお、本発明に係るバックパッドの、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値の下限値は０．０ｍｍ以上、ウェーハを支持する面の表面粗さＲａの下限値は０．０μｍ以上である。
　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。
　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。
　（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　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。

Claims (3)

  1. 　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、
    　前記ウェーハ支持用のテンプレートアセンブリは、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。
  2. 　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。
  3. 　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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