WO2023176315A1 - 研磨パッド、研磨パッドの製造方法及びウェハ研磨方法 - Google Patents

研磨パッド、研磨パッドの製造方法及びウェハ研磨方法 Download PDF

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綾真 伊藤
正俊 岸本
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株式会社ノリタケカンパニーリミテド
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    • B24B37/11—Lapping tools
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    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Definitions

  • the present invention relates to a polishing pad, a polishing pad manufacturing method, and a wafer polishing method.
  • a wafer polishing apparatus equipped with a surface plate and a carrier is known.
  • the surface plate has a fixed surface extending in a direction perpendicular to the axis, and is rotated around the axis.
  • the carrier holds a flat wafer rotatably relative to the surface plate.
  • a polishing pad is fixed to a fixed surface of a surface plate. Then, the surface plate and the carrier are rotated relative to each other while the polishing pad and the wafer are brought into contact with each other under a predetermined surface pressure in the presence of the polishing liquid.
  • the polishing liquid contains a chemical such as an alkali
  • the wafer is polished in a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process.
  • the polishing liquid contains abrasive particles. In this case, it is necessary to manage the polishing liquid, and it is also necessary to clean the wafer after polishing. Furthermore, since the polishing liquid is expensive, it is necessary to collect the polishing liquid after polishing, readjust it to a predetermined state, and then reuse it. Furthermore, when the polishing liquid and cleaning liquid after polishing are to be disposed of, complicated treatment must be carried out so that they do not harm the environment. Therefore, in this case, the manufacturing cost of semiconductor devices increases and the environmental burden is large.
  • polishing pads are made of a base resin and have a base material in which a plurality of pores are formed, and abrasive particles held in the base material or in the pores. If the polishing liquid is abrasive, a polishing liquid that does not contain abrasive particles can be used. In this case, management of the polishing liquid is unnecessary or easy, and the process of cleaning the wafer after polishing can be omitted or simplified. Furthermore, since the polishing liquid is inexpensive, it is not necessary to collect and reuse the polishing liquid after polishing. Further, when disposing of the polishing liquid after polishing, no significant treatment is required. Therefore, in this case, it is possible to reduce the manufacturing cost of the semiconductor device and to reduce the environmental load.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional situation, and it is easy to manage the polishing liquid, omit or simplify the process of cleaning the wafer after polishing, and the processing of the polishing liquid after polishing is easy.
  • the problem to be solved is to provide a polishing pad that is not troublesome and can achieve high surface quality and a high polishing rate of wafers after polishing.
  • Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing such a polishing pad. Furthermore, it is an object of the present invention to provide such a wafer polishing method.
  • the polishing pad of the present invention has a fixed surface extending in a direction perpendicular to the axis, and a surface plate that is rotated around the axis, and a flat wafer that is rotatably held relative to the surface plate.
  • a polishing pad fixed to the fixed surface and polishing the wafer under a predetermined surface pressure in the presence of a polishing liquid,
  • a base material made of a base resin and having a plurality of pores formed therein, and abrasive particles held within the base material or the pores, Any of the above-mentioned pores is defined as a specific pore, and in the specific pore, the shortest inner diameter and the longest inner diameter are defined, and the shortest axis, the longer axis, pi, and 1/4 are defined.
  • the average value of the multiplied pore-related area is 87.7 ⁇ m 2 or more
  • the abrasive particles are characterized in that they are silica particles with a specific surface area of
  • the polishing pad of the present invention is made of a base resin, and has a base material in which a plurality of pores are formed, and abrasive particles held in the base material or in the pores. Therefore, a polishing liquid that does not contain abrasive particles can be used. Therefore, it is easy to manage the polishing liquid, and the process of cleaning the wafer after polishing can be omitted or simplified. Furthermore, since the polishing liquid is inexpensive, it is not necessary to collect and reuse the polishing liquid after polishing. Further, when disposing of the polishing liquid after polishing, no significant treatment is required.
  • the inventors focused on the surface area of pores formed by the base material and the specific surface area of the abrasive particles. The inventors have completed the present invention by obtaining an optimal polishing pad by variously adjusting the surface area of the pores, the pore-related area, and the specific surface area of the polishing particles.
  • the inventor defines any pore as a specific pore, defines the shortest inner diameter of the specific pore, and the longest inner diameter of the specific pore.
  • the pore-related area was calculated by multiplying by According to the inventors' tests, if silica particles with an average pore-related area of 87.7 ⁇ m 2 or more and a specific surface area of 8.9 to 10.5 m 2 /g are used as abrasive particles, , high surface quality of the wafer after polishing and a high polishing rate can be achieved.
  • the polishing liquid can be easily managed, a separate cleaning process can be omitted or simplified, and processing of the polishing liquid after polishing is not troublesome. It is possible to achieve high surface quality and a high polishing rate for subsequent wafers. Therefore, the manufacturing cost of semiconductor devices can be lowered, and the environmental load can be reduced.
  • the method for manufacturing a polishing pad of the present invention includes a first step of preparing a paste containing a base resin, polishing particles, and a solvent; a second step of molding the paste into a sheet-like molded body; a third step of immersing the molded body in a substitution liquid and replacing the solvent in the molded body with the displacement liquid to obtain a substitution body; A step of removing the replacement liquid from the replacement body to obtain a polishing pad comprising a base material made of the base resin and having a plurality of pores formed therein, and abrasive particles held in the base material or in the pores.
  • abrasive particles silica particles having a specific surface area of 8.9 to 10.5 m 2 /g are used, Any of the above-mentioned pores is defined as a specific pore, and in the specific pore, the shortest inner diameter and the longest inner diameter are defined, and the shortest axis, the longer axis, pi, and 1/4 are defined.
  • the ratio of the base material resin, the abrasive particles, and the solvent is adjusted in the first step so that the average value of the multiplied pore-related area is 87.7 ⁇ m 2 or more.
  • the polishing pad of the present invention can be manufactured by the manufacturing method of the present invention.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • a flat wafer and a flat polishing pad are brought into contact with each other under a predetermined surface pressure in the presence of a polishing liquid, and the wafer is rotated around an axis extending in the thickness direction of the wafer.
  • a wafer polishing method in which a wafer and the polishing pad are relatively rotated to polish the wafer,
  • the polishing pad is made of a base resin and has a base material in which a plurality of pores are formed, and abrasive particles held in the base material or the pores, Any of the above-mentioned pores is defined as a specific pore, and in the specific pore, the shortest inner diameter and the longest inner diameter are defined, and the shortest axis, the longer axis, pi, and 1/4 are defined.
  • the average value of the multiplied pore-related area is 87.7 ⁇ m 2 or more,
  • the abrasive particles are characterized in that they are silica particles with a specific surface area of 8.9 to 10.5 m 2 /g.
  • the wafer polishing method of the present invention uses the polishing pad of the present invention, it is possible to further reduce the manufacturing cost of semiconductor devices and to reduce the environmental burden.
  • the polishing pad of the present invention By using the polishing pad of the present invention, it is easy to manage the polishing liquid, a separate cleaning process can be omitted or simplified, processing of the polishing liquid after polishing is not troublesome, and the surface quality of the wafer after polishing is high. and a high polishing rate. According to the manufacturing method of the present invention, the polishing pad of the present invention can be manufactured. According to the wafer polishing method of the present invention, it is possible to further reduce the manufacturing cost of semiconductor devices and to reduce the environmental burden.
  • FIG. 1 is a schematic enlarged cross-sectional view of the polishing pads of Examples 1 to 3.
  • FIG. 2 is a schematic enlarged cross-sectional view of the polishing pads of Comparative Examples 1 and 2.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the average particle diameter and specific surface area of the silica particles used in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a wafer polishing apparatus used in the wafer polishing method.
  • the maximum value of the pore-related area is preferably 209.3 ⁇ m 2 or more, and the minimum value is preferably 29.3 ⁇ m 2 or more.
  • Base resins used to manufacture polishing pads include polyethersulfone (PES), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride, vinyl fluoride/hexafluoropropylene copolymer, and vinylidene fluoride/hexafluoride. It is possible to employ propylene copolymer, polyethylene, polymethyl methacrylate, etc. These may be used alone or in combination of two or more. The inventors have confirmed the effect when PES is used as the base material resin.
  • the solvent used to manufacture the polishing pad includes N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N-ethyl-2-pyrrolidone (NEP), dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, acetone, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, etc. be able to. These may be used alone or in combination of two or more. Various solvents are selected depending on the base material resin.
  • abrasive particles In addition to silica particles, alumina particles, ceria particles, diamond particles, etc. can be used as abrasive particles, but these particles have different specific gravity and have different characteristics with respect to the base resin, which may cause various unknown causes in polishing pads. may have. Therefore, when using abrasive particles other than silica particles, it is expected that the matching range of the pore-related area and the specific surface area of the abrasive particles will be different.
  • the paste used to manufacture polishing pads contains a base resin, abrasive particles, and a solvent, as well as alkali fine particles such as sodium carbonate, piperazine, potassium hydroxide, sodium hydroxide, calcium oxide, potassium carbonate, and magnesium oxide. May contain.
  • the paste may also contain a water repellent such as a fluorine-based water repellent, a silicon-based water repellent, a hydrocarbon-based water repellent, and a metal compound-based water repellent.
  • the paste may contain pigments such as inorganic pigments such as titanium dioxide, calcium carbonate, and carbon black, and organic pigments such as azo pigments and polycyclic pigments. These may be used alone or in combination of two or more.
  • an aqueous liquid such as tap water can be used.
  • the polishing liquid may be pure water, may be oil-based, or may contain acidic or alkaline chemicals.
  • base resin abrasive particles
  • solvent solvent
  • FIG. 3 shows the relationship between the average particle diameter and specific surface area of each silica particle used in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3. As shown in FIG. 3, there is a correlation between the specific surface area and average particle size of silica particles.
  • each paste obtained in the first step is molded into a sheet-like molded body using a molding device such as a T-die.
  • This molding method is not limited to this, as long as the thickness can be made uniform to a certain extent.
  • each molded body was immersed in tap water as a replacement liquid, and after a predetermined period of time, each was taken out from the tap water and dried to obtain each solidified body.
  • the surface of each solidified body was ground to a predetermined thickness to obtain a polishing pad 10 with a diameter of 30 cm.
  • Each polishing pad 10 is not provided with a groove pattern.
  • the silica particles were too fine and easily aggregated, and a polishing pad 10 that could be used for the test could not be obtained.
  • FIG. 1 shows enlarged schematic cross-sectional views of the polishing pads of Examples 1 to 3
  • FIG. 2 shows enlarged schematic cross-sectional views of the polishing pads of Comparative Examples 1 and 2.
  • each polishing pad 10 is made of a base resin, and includes a base material 12 in which a plurality of pores 14 are formed, and silica particles 16 held in the base material 12 or in the pores 14. have. Each pore 14 and each silica particle 16 are partially exposed on the polishing surface 10a located on the surface of the polishing pad 10.
  • the polishing pads 10 of Examples 1 to 3 have moderately large pores 14 and moderately large silica particles 16, compared to the polishing pads 10 of Comparative Examples 1 and 2. very detailed.
  • any pore 14 is defined as a specific pore, and in the specific pore, the shortest diameter a is the shortest inner diameter, and the longest diameter b is the longest inner diameter.
  • the average value of the pore-related area is 87.7 ⁇ m 2 or more, the maximum value is 209.3 ⁇ m 2 or more, and the minimum The value is 29.3 ⁇ m 2 or more.
  • the average value of the pore-related area is 27.5 ⁇ m 2 or less, the maximum value is 75.3 ⁇ m 2 or less, and the minimum value is 7.5 ⁇ m 2 or less.
  • a wafer polishing apparatus (Engis EJW-380) with the wafer 1 as the object to be polished was prepared, and the wafer 1 was polished using the polishing pads 10 of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2.
  • the wafer polishing apparatus includes a plurality of carriers 5, a surface plate 7, a drive device 9, and a polishing liquid supply device 11. Although only a single carrier 5 is shown in FIG. 4, the wafer polishing apparatus has a plurality of carriers 5.
  • Each carrier 5 has a horizontal disk shape.
  • a second fixing surface 5a is recessed in the lower surface of each carrier 5, and the wafer 1 is fixed to the second fixing surface 5a.
  • a carrier rotating shaft 5b is vertically protruded from the upper surface of each carrier 5.
  • Each wafer 1 is a 4H-SiC single crystal with a diameter of 4 inches.
  • the surface to be polished 1a which is the Si surface of each wafer 1, faces downward.
  • the surface plate 7 has a horizontal disk shape that encloses all the carriers 5.
  • a surface plate rotating shaft 7a is vertically protruded from the lower surface of the surface plate 7.
  • the upper surface of the surface plate 7 is a first fixing surface 7b.
  • a disk-shaped polishing pad 10 is fixed to the first fixing surface 7b with an adhesive so as to face each wafer 1.
  • the center line O of the polishing pad 10 is aligned with the first axis O1.
  • the drive device 9 has a main drive device 9a, a sub drive device 9b, and a pressurizing device 9c.
  • the main drive device 9a rotates the surface plate rotating shaft 7a around the first axis O1 at a predetermined speed.
  • the sub-drive device 9b rotates each carrier rotating shaft 5b around the second axis O2 at a predetermined speed.
  • the pressure device 9c applies pressure to each carrier rotating shaft 5b and the sub-drive device 9b toward the surface plate 7 with a predetermined load.
  • the polishing liquid supply device 11 is provided above the surface plate 7.
  • the polishing liquid supply device 11 interposes the polishing liquid 11a between each wafer 1 and the polishing pad 41.
  • a polishing liquid 11a made of an aqueous potassium permanganate solution and containing no abrasive particles was used.
  • each wafer 1 was polished under the following conditions. Flow rate of polishing liquid 11a: 10 mL/min Load: 30 kPa Rotation speed of surface plate 7: 60 rpm Rotation speed of carrier 5: 60 rpm Processing time: 60 minutes
  • the polishing rate (nm/hour) and the surface roughness Sa (nm) of the wafer 1 after polishing were evaluated.
  • BW-D501 manufactured by Nikon was used to measure the surface roughness Sa. The results are shown in Table 3.
  • Table 3 shows that the polishing pads 10 of Examples 1 to 3 can polish the wafer 1 to the same surface roughness Sa at a higher polishing rate than the polishing pads 10 of Comparative Examples 1 and 2. This is because in the polishing pads 10 of Examples 1 to 3, the average value of the pore-related area is 87.7 ⁇ m 2 or more, and the specific surface area of the silica particles 16 is 8.9 to 10.5 m 2 /g. It is. It is presumed that the surface area of the pores 14 and the specific surface area of the silica particles 16 were appropriately matched, and the silica particles 16 were easily supplied to the polished surface 10a during polishing, resulting in a high polishing rate.
  • the silica particles 16 are relatively large, but the pore-related area is small, so it is thought that the silica particles 16 tend to clog the pores 14. For this reason, it is estimated that the silica particles 16 were not sufficiently supplied to the polishing surface 10a during polishing, and the polishing rate decreased. Furthermore, if the pore-related area is too large relative to the silica particles 16, it is considered that the silica particles 16 are likely to easily fall off from the polishing pad 10 when polishing is performed while supplying the polishing liquid 11a. In this case, it is estimated that the number of silica particles 16 acting on the polishing surface 10a tends to decrease, making it difficult to increase the polishing rate.
  • the polishing pads 10 of Examples 1 to 3 are made of a base resin and have a base material 12 in which a plurality of pores 14 are formed, and silica particles 16 held in the base material 12 or the pores 14. Therefore, the polishing liquid 11a containing no abrasive particles can be used. Therefore, the polishing liquid 11a can be easily managed, and the process of cleaning the wafer 1 after polishing can be omitted or simplified. Further, since the polishing liquid 11a is inexpensive, it is not necessary to collect and reuse the polishing liquid 11a after polishing. Furthermore, even when discarding the polishing liquid 11a after polishing, no significant treatment is required.
  • the polishing liquid 11a can be easily managed, a separate cleaning process can be omitted or simplified, and the polishing liquid 11a can be treated after polishing. This is not troublesome, and high surface quality of the wafer 1 after polishing and a high polishing rate can be achieved. Therefore, the manufacturing cost of semiconductor devices can be lowered, and the environmental load can be reduced.
  • the polishing pads 10 of Examples 1 to 3 can be manufactured. Furthermore, according to the wafer polishing methods of Examples 1 to 3, it is possible to further reduce the manufacturing cost of semiconductor devices and to reduce the environmental burden.
  • the base material resin was PES and the solvent was NMP .
  • the base material was By adjusting the proportions of the resin, silica particles 16, and solvent, it is possible to change the base material resin to PVDF or the solvent to NMP.
  • the present invention can be used in semiconductor manufacturing equipment.
  • Axis center 7b Fixed surface 7... Surface plate 5... Carrier 1... Wafer 10... Polishing pad 11a... Polishing liquid 12... Base material 14... Pore 16... Polishing particles

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Abstract

研磨液の管理が容易であり、研磨後のウェハの洗浄工程を省略又は簡素化でき、かつ研磨後の研磨液の処理が面倒でないとともに、研磨後のウェハの高面品位と高い研磨レートとを実現可能な研磨パッドを提供する。本発明の研磨パッド１０は、母材樹脂からなり、複数の気孔１４が形成された母材１２と、母材１２又は気孔１４内に保持された研磨粒子１６とを有している。任意の気孔を特定気孔とし、特定気孔において、最も短い内径である短径と、最も長い内径である長径とを定義し、短径と長径と円周率と１／４とを乗じた気孔関連面積は平均値が８７．７μｍ2以上である。研磨粒子１６は、比表面積が８．９～１０．５ｍ2／ｇのシリカ粒子である。

Description

研磨パッド、研磨パッドの製造方法及びウェハ研磨方法
　本発明は、研磨パッドと、研磨パッドの製造方法と、ウェハ研磨方法とに関する。
　定盤とキャリヤとを備えたウェハ研磨装置が知られている。定盤は、軸心と直交する方向に延びる固定面を有し、軸心周りに回転される。キャリヤは、定盤に対して平板状のウェハを相対回転可能に保持する。
　このウェハ研磨装置によりＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ等の平板状のウェハを研磨する場合、定盤の固定面に研磨パッドが固定される。そして、研磨液の存在下で研磨パッドとウェハとを所定の面圧の下で当接しながら、定盤とキャリヤとを相対回転させる。研磨液がアルカリ等の薬剤を含む場合には、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）工程でウェハが研磨される。
　研磨パッドが一般的な不織布や硬質ウレタン等、研磨粒子を有さない場合には、研磨液が研磨粒子を含んでいる。この場合、研磨液の管理が必要であるとともに、研磨後のウェハに対して洗浄を行なうことが必要になる。また、研磨液が高価なものとなるため、研磨後の研磨液を回収し、所定の状態に再調整した後で再利用する必要もある。さらに、研磨後の研磨液や洗浄液を廃棄する場合には、それらが環境を犯さないように複雑な処理を行なわなければならない。このため、この場合には、半導体デバイスの製造コストの高騰化を生じるとともに、環境負荷が大きい。
　一方、研磨パッドが特許文献１～３に開示されているように、母材樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、母材又は気孔内に保持された研磨粒子とを有しているものである場合には、研磨粒子を含まない研磨液を採用できる。この場合、研磨液の管理が不要又は容易であるとともに、研磨後のウェハの洗浄工程を省略又は簡素化できる。また、研磨液が安価なものとなるため、研磨後の研磨液を必ずしも回収して再利用する必要がない。さらに、研磨後の研磨液を廃棄する場合にも、さほどの処理が必要ではない。このため、この場合には、半導体デバイスの製造コストの低廉化を実現できるとともに、環境負荷を軽減することができる。
特許第４２６６５７９号公報 特許第５５１１２６６号公報 特許第６６３６６３４号公報
　しかし、ウェハの研磨工程では、研磨後のウェハの高面品位と高い研磨レートとが望まれる。
　本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、研磨液の管理が容易であり、研磨後のウェハの洗浄工程を省略又は簡素化でき、かつ研磨後の研磨液の処理が面倒でないとともに、研磨後のウェハの高面品位と高い研磨レートとを実現可能な研磨パッドを提供することを解決すべき課題としている。また、本発明はそのような研磨パッドの製造方法を提供することを解決すべき課題としている。さらに、本発明はそのようなウェハ研磨方法を提供することを解決すべき課題としている。
　本発明の研磨パッドは、軸心と直交する方向に延びる固定面を有し、前記軸心周りに回転される定盤と、前記定盤に対して平板状のウェハを相対回転可能に保持するキャリヤとを備えたウェハ研磨装置に用いられ、
　前記固定面に固定され、前記ウェハを研磨液の存在下、所定の面圧の下で研磨する研磨パッドにおいて、
　母材樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、前記母材又は前記気孔内に保持された研磨粒子とを有し、
　任意の前記気孔を特定気孔とし、前記特定気孔において、最も短い内径である短径と、最も長い内径である長径とを定義し、前記短径と前記長径と円周率と１／４とを乗じた気孔関連面積は平均値が８７．７μｍ2以上であり、
　前記研磨粒子は、比表面積が８．９～１０．５ｍ2／ｇのシリカ粒子であること特徴とする。
　本発明の研磨パッドは、母材樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、母材又は気孔内に保持された研磨粒子とを有している。このため、研磨粒子を含まない研磨液を採用できる。このため、研磨液の管理が容易であるとともに、研磨後のウェハの洗浄工程を省略又は簡素化できる。また、研磨液が安価なものとなるため、研磨後の研磨液を必ずしも回収して再利用する必要がない。さらに、研磨後の研磨液を廃棄する場合にも、さほどの処理が必要ではない。
　研磨後のウェハの高面品位を得るためには、細かい研磨粒子を用いることが一般的である。一方、細かい研磨粒子を用いれば高い研磨レートが得られず、粗い研磨粒子を用いなければ高い研磨レートを実現できないと考えられる。発明者らは、このような一般的には相反する課題を解決するため、母材が形成する気孔の表面積と、研磨粒子の比表面積とに着目した。そして、発明者らは、気孔の表面積と関連する気孔関連面積と、研磨粒子の比表面積とを種々調整することにより最適な研磨パッドを得て、本発明を完成するに至った。
　すなわち、発明者は、任意の気孔を特定気孔とし、特定気孔において、最も短い内径である短径と、最も長い内径である長径とを定義し、短径と長径と円周率と１／４とを乗じた気孔関連面積を算出した。そして、発明者らの試験によれば、気孔関連面積の平均値が８７．７μｍ2以上であり、研磨粒子として、比表面積が８．９～１０．５ｍ2／ｇのシリカ粒子を採用すれば、研磨後のウェハの高面品位と高い研磨レートとを実現できる。
　したがって、上記ウェハ研磨装置に本発明の研磨パッドを用いれば、研磨液の管理が容易であり、別個の洗浄工程を省略又は簡素化でき、かつ研磨後の研磨液の処理が面倒でないとともに、研磨後のウェハの高面品位と高い研磨レートとを実現できる。このため、半導体デバイスの製造コストをより低廉化できるとともに、環境負荷を軽減することができる。
　本発明の研磨パッドの製造方法は、母材樹脂と、研磨粒子と、溶剤とを含むペーストを用意する第１工程と、
　前記ペーストをシート状の成形体に成形する第２工程と、
　前記成形体を置換液中に浸漬し、前記成形体中の前記溶剤を前記置換液で置換して置換体を得る第３工程と、
　前記置換体から前記置換液を除去し、前記母材樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、前記母材又は前記気孔内に保持された研磨粒子とを有する研磨パッドを得る第４工程とを備え、
　前記研磨粒子として、比表面積が８．９～１０．５ｍ2／ｇのシリカ粒子を用い、
　任意の前記気孔を特定気孔とし、前記特定気孔において、最も短い内径である短径と、最も長い内径である長径とを定義し、前記短径と前記長径と円周率と１／４とを乗じた気孔関連面積は平均値が８７．７μｍ2以上であるように、前記第１工程で前記母材樹脂と前記研磨粒子と前記溶剤との割合を調整することを特徴とする。
　本発明の製造方法により、本発明の研磨パッドを製造することができる。発明者らは、溶剤をＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）とし、置換液を水として、本発明の製造方法で本発明の研磨パッドを製造できることを確認した。
　本発明のウェハ研磨方法は、平板状のウェハと平板状の研磨パッドとを研磨液の存在下、所定の面圧の下で当接しつつ、前記ウェハの厚さ方向に延びる軸心周りに前記ウェハと前記研磨パッドとを相対回転し、前記ウェハを研磨するウェハ研磨方法において、
　前記研磨パッドは、母材樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、前記母材又は前記気孔内に保持された研磨粒子とを有し、
　任意の前記気孔を特定気孔とし、前記特定気孔において、最も短い内径である短径と、最も長い内径である長径とを定義し、前記短径と前記長径と円周率と１／４とを乗じた気孔関連面積は平均値が８７．７μｍ2以上であり、
　前記研磨粒子は、比表面積が８．９～１０．５ｍ2／ｇのシリカ粒子であること特徴とする。
　本発明のウェハ研磨方法は、本発明の研磨パッドを用いていることから、半導体デバイスの製造コストをより低廉化できるとともに、環境負荷を軽減することができる。
　本発明の研磨パッドを用いれば、研磨液の管理が容易であり、別個の洗浄工程を省略又は簡素化でき、かつ研磨後の研磨液の処理が面倒でないとともに、研磨後のウェハの高面品位と高い研磨レートとを実現できる。本発明の製造方法によれば、本発明の研磨パッドを製造できる。本発明のウェハ研磨方法によれば、半導体デバイスの製造コストをより低廉化できるとともに、環境負荷を軽減することができる。
図１は、実施例１～３の研磨パッドの模式拡大断面図である。 図２は、比較例１、２の研磨パッドの模式拡大断面図である。 図３は、実施例１～３及び比較例１、２で用いたシリカ粒子の平均粒径と比表面積との関係を示すグラフである。 図４は、ウェハ研磨方法で用いたウェハ研磨装置の模式断面図である。
　発明者らの試験によれば、気孔関連面積は、最大値が２０９．３μｍ2以上であり、最小値が２９．３μｍ2以上であることが好ましい。
　研磨パッドを製造するために用いる母材樹脂としては、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル、フッ化ビニル・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリエチレン、ポリメタクリル酸メチル等を採用することが可能である。これらは１種でもよく、２種以上が混合されていてもよい。発明者らは、母材樹脂をＰＥＳとした場合に効果を確認している。
　研磨パッドを製造するために用いる溶剤としては、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ－エチル－２－ピロリドン（ＮＥＰ）、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン、酢酸エチル、メチルエチルケトン等を採用することができる。これらは１種でもよく、２種以上が混合されていてもよい。溶剤は、母材樹脂に応じて種々選択される。
　研磨粒子としては、シリカ粒子の他、アルミナ粒子、セリア粒子、ダイヤモンド粒子等が用いられ得るが、これらはそれぞれ比重が異なり、母材樹脂に対する特性も異なる等、研磨パッドにおける種々の不明な原因を有し得る。このため、シリカ粒子以外の研磨粒子を用いる場合には、気孔関連面積及び研磨粒子の比表面積のマッチング範囲は異なることが予想される。
　研磨パッドを製造するために用いるペーストは、母材樹脂と研磨粒子と溶剤とを含む他、炭酸ナトリウム、ピペラジン、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、酸化カルシウム、炭酸カリウム、酸化マグネシウム等のアルカリ微粒子を含んでいてもよい。また、ペーストは、フッ素系撥水剤、シリコン系撥水剤、炭化水素系撥水剤及び金属化合物系撥水剤等の撥水剤を含んでもよい。さらに、ペーストは、二酸化チタン、炭酸カルシウム、カーボンブラック等の無機顔料、アゾ顔料、多環顔料等の有機顔料等の顔料を含んでもよい。これらは１種でもよく、２種以上が混合されていてもよい。
　研磨パッドの製造方法において、溶剤と置換される置換液としては、油性の溶剤を採用した場合には、水道水等の水性の液体を採用することができる。
　研磨液を用いる場合、研磨液は純水であってもよく、油性であってもよく、酸性又はアルカリ性の薬品を含むものであってもよい。
（実施例・比較例）
　以下、本発明を具体化した実施例１～３と、比較例１～３とを説明する。
　まず、第１工程として、以下の母材樹脂と、研磨粒子と、溶剤とを準備した。
（母材樹脂）
　ＰＥＳ
（研磨粒子）
　シリカ（ＳｉＯ2）粒子
（溶剤）
　ＮＭＰ
　第１工程として、３０体積部の母材樹脂と、４８体積部の溶剤と、２２体積部の研磨粒子とを混合し、実施例１～３及び比較例１～３のペーストを得た。この際、表１に示すように、実施例１～３及び比較例１～３において、比表面積（ｍ2／ｇ）及び平均粒径（μｍ）が異なるシリカ粒子を用いた。シリカ粒子の平均粒径の測定にはＭａｌｖｅｒｎ社製Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅを用いた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１～３及び比較例１～３で用いた各シリカ粒子の平均粒径と比表面積との関係を図３に示す。図３に示されるように、シリカ粒子は、比表面積と平均粒径とに相関が認められる。
　第２工程として、上記第１工程で得られた各ペーストを用い、Ｔダイ等の成形装置を用いてシート状の成形体に成形する。この成形方法についてはある程度厚みを揃えることができればこれに限られない。
　第３工程として、各成形体を置換液としての水道水に浸漬させ、所定時間経過後に水道水からそれぞれを取り出し、乾燥させ、各固化体を得た。各固化体の表面を所定の厚みまで研削し、直径３０ｃｍの研磨パッド１０を得た。各研磨パッド１０には溝パターンを設けていない。なお、比較例３では、シリカ粒子が細かすぎて凝集し易く、試験に供し得る研磨パッド１０が得られなかった。
　実施例１～３の研磨パッドの模式拡大断面図を図１に示し、比較例１、２の研磨パッドの模式拡大断面図を図２に示す。
　図１及び図２に示すように、各研磨パッド１０は、母材樹脂からなり、複数の気孔１４が形成された母材１２と、母材１２又は気孔１４内に保持されたシリカ粒子１６とを有している。各気孔１４及び各シリカ粒子１６は研磨パッド１０の表面に位置する研磨面１０ａに一部が剥き出しになっている。図１と図２とを比較してわかるように、実施例１～３の研磨パッド１０は、比較例１、２の研磨パッド１０と比較し、気孔１４が適度に大きく、シリカ粒子１６が適度に細かい。
　研磨パッド１０の研磨面１０ａにおける５０００倍でのＳＥＭ写真において、任意の気孔１４を特定気孔とし、特定気孔において、最も短い内径である短径ａと、最も長い内径である長径ｂとを定義し、短径ａと長径ｂと円周率πと１／４とを乗じた気孔関連面積（μｍ2）を測定した。
　実施例１～３及び比較例１、２の研磨パッド１０の研磨面１０ａにおいて、２０個の特定気孔を特定し、各気孔関連面積を測定した。各研磨パッド１０の研磨面１０ａにおける気孔関連面積の最大値、最小値及び平均値を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、実施例１～３の研磨パッド１０の研磨面１０ａでは、気孔関連面積は、平均値が８７．７μｍ2以上であり、最大値が２０９．３μｍ2以上であり、最小値が２９．３μｍ2以上である。一方、比較例１、２の研磨パッド１０では、気孔関連面積は、平均値が２７．５μｍ2以下であり、最大値が７５．３μｍ2以下であり、最小値が７．５μｍ2以下である。
　図４に示すように、ウェハ１を被研磨体とするウェハ研磨装置（Engis EJW-380）を用意し、実施例１～３及び比較例１、２の研磨パッド１０によってウェハ１の研磨を行った。ウェハ研磨装置は、複数のキャリヤ５と、定盤７と、駆動装置９と、研磨液供給装置１１とを備えている。図４には単一のキャリヤ５だけを図示しているが、ウェハ研磨装置は複数のキャリヤ５を有している。各キャリヤ５は水平な円板状をなしている。各キャリヤ５の下面には第２固定面５ａが凹設されており、第２固定面５ａにはウェハ１が固定されるようになっている。各キャリヤ５の上面にはキャリヤ回転軸５ｂが垂直に突設されている。各ウェハ１は、直径４ｉｎｃｈの４Ｈ-ＳｉＣ単結晶である。各ウェハ１のＳｉ面である被研磨面１ａは下方を向いている。
　定盤７は、全てのキャリヤ５を内包する水平な円板状をなしている。定盤７の下面には定盤回転軸７ａが垂直に突設されている。定盤７の上面は第１固定面７ｂとされている。第１固定面７ｂには、各ウェハ１と対面するように円板状の研磨パッド１０が接着剤によって固定されている。研磨パッド１０の中心線Ｏは第１軸心Ｏ１と一致されている。
　駆動装置９は、主駆動装置９ａと、副駆動装置９ｂと、加圧装置９ｃとを有している。主駆動装置９ａは定盤回転軸７ａを第１軸心Ｏ１周りで所定速度で回転駆動する。副駆動装置９ｂは各キャリヤ回転軸５ｂを第２軸心Ｏ２周りで所定速度で回転駆動する。加圧装置９ｃは各キャリヤ回転軸５ｂ及び副駆動装置９ｂを定盤７に向けて所定荷重で加圧する。
　研磨液供給装置１１は定盤７の上方に設けられている。研磨液供給装置１１は各ウェハ１と研磨パッド４１との間に研磨液１１ａを介在させる。実施例１～３及び比較例１、２の研磨方法においては、過マンガン酸カリウム水溶液からなり、研磨粒子を含まない研磨液１１ａを用いた。
　このウェハ研磨装置において、以下の条件で各ウェハ１を研磨した。
　研磨液１１ａの流量：１０ｍＬ／分
　荷重：３０ｋＰａ
　定盤７の回転数：６０ｒｐｍ
　キャリア５の回転数：６０ｒｐｍ
　加工時間：６０分
　研磨レート（ｎｍ／時）と、研磨後のウェハ１の面粗度Ｓａ（ｎｍ）とを評価した。面粗度Ｓａの測定にはＮｉｋｏｎ社製ＢＷ－Ｄ５０１を用いた。結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３より、実施例１～３の研磨パッド１０は、比較例１、２の研磨パッド１０と比較し、高い研磨レートでウェハ１を同程度の面粗度Ｓａまで研磨できることがわかる。この理由は、実施例１～３の研磨パッド１０では、気孔関連面積の平均値が８７．７μｍ2以上であり、シリカ粒子１６の比表面積が８．９～１０．５ｍ2／ｇであるからである。気孔１４の表面積と、シリカ粒子１６の比表面積とが適切にマッチングし、研磨時にシリカ粒子１６が研磨面１０ａに十分供給され易く、高い研磨レートを発揮したと推定される。
　一方、比較例１、２の研磨パッド１０では、シリカ粒子１６が比較的大きいのに対し、気孔関連面積が小さいことから、気孔１４内でシリカ粒子１６が詰まり易いと考えられる。このため、研磨時にシリカ粒子１６が研磨面１０ａに十分供給され難く、研磨レートが低下したと推定される。また、シリカ粒子１６に対して気孔関連面積が大きすぎる場合は、研磨液１１ａを供給しながら研磨をする際にシリカ粒子１６がすぐに研磨パッド１０から脱落し易いと考えられる。この場合、研磨面１０ａに作用するシリカ粒子１６が少なくなり易く、研磨レートが高くなり難いと推定される。
　また、実施例１～３の研磨パッド１０は、母材樹脂からなり、複数の気孔１４が形成された母材１２と、母材１２又は気孔１４内に保持されたシリカ粒子１６とを有しているため、研磨粒子を含まない研磨液１１ａを採用できている。このため、研磨液１１ａの管理が容易であるとともに、研磨後のウェハ１の洗浄工程を省略又は簡素化できる。また、研磨液１１ａが安価なものとなるため、研磨後の研磨液１１ａを必ずしも回収して再利用する必要がない。さらに、研磨後の研磨液１１ａを廃棄する場合にも、さほどの処理が必要ではない。
　したがって、上記ウェハ研磨装置に実施例１～３の研磨パッド１０を用いれば、研磨液１１ａの管理が容易であり、別個の洗浄工程を省略又は簡素化でき、かつ研磨後の研磨液１１ａの処理が面倒でないとともに、研磨後のウェハ１の高面品位と高い研磨レートとを実現できる。このため、半導体デバイスの製造コストをより低廉化できるとともに、環境負荷を軽減することができる。
　また、実施例１～３の製造方法によれば、実施例１～３の研磨パッド１０を製造できる。さらに、実施例１～３のウェハ研磨方法によれば、半導体デバイスの製造コストをより低廉化できるとともに、環境負荷を軽減することができる。
　以上において、本発明を実施例１～３に即して説明したが、本発明は上記実施例１～３に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
　例えば、実施例１～３の研磨パッド１０は、母材樹脂をＰＥＳとし、溶剤をＮＭＰとしたが、気孔関連面積の平均値が８７．７μｍ2以上となるように、第１工程で母材樹脂とシリカ粒子１６と溶剤との割合を調整すれば、母材樹脂をＰＶＤＦとしたり、溶剤をＮＭＰとしたりする変更は可能である。
　本発明は半導体製造装置に利用可能である。
　Ｏ１…軸心
　７ｂ…固定面
　７…定盤
　５…キャリヤ
　１…ウェハ
　１０…研磨パッド
　１１ａ…研磨液
　１２…母材
　１４…気孔
　１６…研磨粒子

Claims (5)

  1. 　軸心と直交する方向に延びる固定面を有し、前記軸心周りに回転される定盤と、前記定盤に対して平板状のウェハを相対回転可能に保持するキャリヤとを備えたウェハ研磨装置に用いられ、
    　前記固定面に固定され、前記ウェハを研磨液の存在下、所定の面圧の下で研磨する研磨パッドにおいて、
    　母材樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、前記母材又は前記気孔内に保持された研磨粒子とを有し、
    　任意の前記気孔を特定気孔とし、前記特定気孔において、最も短い内径である短径と、最も長い内径である長径とを定義し、前記短径と前記長径と円周率と１／４とを乗じた気孔関連面積は平均値が８７．７μｍ2以上であり、
    　前記研磨粒子は、比表面積が８．９～１０．５ｍ2／ｇのシリカ粒子であること特徴とする研磨パッド。
  2. 　前記気孔関連面積は、最大値が２０９．３μｍ2以上であり、最小値が２９．３μｍ2以上である請求項１記載の研磨パッド。
  3. 　前記母材樹脂はポリエーテルサルフォンである請求項１又は２記載の研磨パッド。
  4. 　母材樹脂と、研磨粒子と、溶剤とを含むペーストを用意する第１工程と、
    　前記ペーストをシート状の成形体に成形する第２工程と、
    　前記成形体を置換液中に浸漬し、前記成形体中の前記溶剤を前記置換液で置換して置換体を得る第３工程と、
    　前記置換体から前記置換液を除去し、前記母材樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、前記母材又は前記気孔内に保持された研磨粒子とを有する研磨パッドを得る第４工程とを備え、
    　前記研磨粒子として、比表面積が８．９～１０．５ｍ2／ｇのシリカ粒子を用い、
    　任意の前記気孔を特定気孔とし、前記特定気孔において、最も短い内径である短径と、最も長い内径である長径とを定義し、前記短径と前記長径と円周率と１／４とを乗じた気孔関連面積は平均値が８７．７μｍ2以上であるように、前記第１工程で前記母材樹脂と前記研磨粒子と前記溶剤との割合を調整することを特徴とする研磨パッドの製造方法。
  5. 　平板状のウェハと平板状の研磨パッドとを研磨液の存在下、所定の面圧の下で当接しつつ、前記ウェハの厚さ方向に延びる軸心周りに前記ウェハと前記研磨パッドとを相対回転し、前記ウェハを研磨するウェハ研磨方法において、
    　前記研磨パッドは、母材樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、前記母材又は前記気孔内に保持された研磨粒子とを有し、
    　任意の前記気孔を特定気孔とし、前記特定気孔において、最も短い内径である短径と、最も長い内径である長径とを定義し、前記短径と前記長径と円周率と１／４とを乗じた気孔関連面積は平均値が８７．７μｍ2以上であり、
    　前記研磨粒子は、比表面積が８．９～１０．５ｍ2／ｇのシリカ粒子であること特徴とするウェハ研磨方法。
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