特開 2022-157064 研磨パッド及びウェハ研磨方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022157064

(43)【公開日】2022-10-14

(54)【発明の名称】研磨パッド及びウェハ研磨方法

(51)【国際特許分類】

   B24D 11/00 20060101AFI20221006BHJP

   B24B 37/24 20120101ALI20221006BHJP

   B24B 37/00 20120101ALI20221006BHJP

   B24B 37/005 20120101ALI20221006BHJP

   B24B 9/00 20060101ALI20221006BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20221006BHJP

【ＦＩ】

B24D11/00 E

B24B37/24 B

B24B37/24 A

B24B37/00 H

B24B37/005 A

B24B9/00 601H

H01L21/304 622F

H01L21/304 621E

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021061083

(22)【出願日】2021-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000004293

【氏名又は名称】株式会社ノリタケカンパニーリミテド

(71)【出願人】

【識別番号】594002288

【氏名又は名称】株式会社ＢＢＳ金明

(74)【代理人】

【識別番号】110001117

【氏名又は名称】弁理士法人ぱてな

(72)【発明者】

【氏名】後藤 崇将

(72)【発明者】

【氏名】岸本 正俊

(72)【発明者】

【氏名】服部 貴俊

(72)【発明者】

【氏名】昌子 沙里

【テーマコード（参考）】

3C049

3C063

3C158

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C049AA02

3C049AA07

3C049AA09

3C049AC04

3C049BA02

3C049BA05

3C049CB01

3C049CB03

3C063AA02

3C063AB05

3C063AB07

3C063BA02

3C063BB01

3C063BB02

3C063BB03

3C063BB18

3C063BC03

3C063BC09

3C063CC17

3C063EE10

3C158AA02

3C158AA07

3C158AA09

3C158AC04

3C158CB01

3C158CB03

3C158CB10

3C158DA17

3C158EA11

3C158EA28

3C158EB01

3C158EB09

3C158EB10

3C158EB20

3C158EB28

3C158ED10

5F057AA03

5F057AA21

5F057AA24

5F057BA12

5F057BB03

5F057BB09

5F057CA21

5F057DA03

5F057EA02

5F057EB03

5F057EB06

5F057EB07

5F057EB10

5F057EB13

5F057EB30

(57)【要約】

【課題】ウェハに押し当てる際の追随性に優れる研磨パッドを提供する。
【解決手段】本発明の研磨パッド１３は、ウェハ１５の外周縁部を研磨するためのものである。この研磨パッド１３は、研磨面を構成し、可塑剤を含む樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、母材内又は気孔内に保持された研磨粒子とを有する。研磨パッド１３は塑性変形可能である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウェハの外周縁部を研磨するための研磨パッドであって、
研磨面を構成し、可塑剤を含む樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、前記母材内又は前記気孔内に保持された研磨粒子とを有し、
塑性変形可能であることを特徴とする研磨パッド。

【請求項2】

前記樹脂は、前記可塑剤としてのオルトフタル酸又はテレフタル酸を含むポリエーテルサルホンであり、
塑性変形可能である請求項１記載の研磨パッド。

【請求項3】

デュロメータ硬度が３０～３４であり、
密度が０．５２～０．８１ｇ／ｃｍ³であり、
弾性率が７～１０ｋｇｆ／ｍｍ²であり、
２ｋＰａの荷重によって厚みが０．２３～０．３５ｍｍ減少する請求項１又は２記載の研磨パッド。

【請求項4】

ウェハと研磨パッドと研磨液とを用意する第１工程と、
前記ウェハと前記研磨パッドとの間に前記研磨液を供給しつつ、前記ウェハを前記研磨パッドにより研磨する第２工程とを備え、
前記ウェハは、中心軸線と、前記中心軸線と直交する方向に延びる第１面と、前記第１面と逆に位置し、前記中心軸線と直交する方向に延びる第２面と、前記第１面の外周縁と前記第２面の外周縁とを接続する外周面と、前記第１面又は前記第２面と前記外周面とがなす外周縁部とを有し、
前記研磨パッドは、研磨面を構成し、可塑剤を含む樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、前記母材内又は前記気孔内に保持された研磨粒子とを有して塑性変形可能であるものであり、
前記研磨液は前記研磨粒子を含まず、
前記第２工程では、前記外周縁部に前記研磨面を所定押圧力で押圧し、かつ前記ウェハ及び前記研磨パッドの少なくとも一方を前記中心軸線周りで相対回転させることを特徴とするウェハ研磨方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は研磨パッド及びウェハ研磨方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１～４に従来の研磨パッドが開示されている。特許文献１～３の研磨パッドは、不織布にペーストを含侵し、ペースト中の溶剤を除去したものである。特許文献１のペーストは、ウレタンと、ジメチルホルムアミド等の溶剤と、ＳｉＯ₂等の研磨粒子と、炭酸ナトリウム等のアルカリ微粒子とからなる。特許文献２のペーストは、エーテル系ウレタンと、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド等の溶剤とからなる。特許文献３のペーストは、ウレタンと、溶剤と、撥水剤とからなる。乾燥等による溶剤の除去により、ウレタンは不織布に結合した状態で硬化している。特許文献４の研磨パッドは、バインダ樹脂、研磨粒子及び溶剤を混合したペーストを用いて製造したものである。

【0003】

特許文献１の研磨パッドは、円盤形状のウェハの外周縁部を研磨するために用いられる。すなわち、回転中心周りに回転可能な回転テーブルにウェハが保持される。この際、ウェハの中心が回転テーブルの回転中心に位置される。一方、研磨パッドの外周端面がウェハの外周縁部と当接するようにスピンドルの上端に研磨パッドを設ける。そして、ウェハの外周縁部と研磨パッドの外周端面との間に研磨液を供給するとともに所定の荷重を付加しつつ、回転テーブル及びスピンドルを回転させる。これにより、ウェハの外周縁部を研磨できる。このため、ウェハの外周縁部による半導体デバイスの欠陥の発生を抑制することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－４６８３８号公報

【特許文献2】特開２０１９－１１８９８１号公報

【特許文献3】特開２０２０－４９６３９号公報

【特許文献4】特許第５５１１２６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、発明者らの試験によれば、従来の研磨パッドは、円盤形状のウェハの外周縁部を研磨する場合、柔軟性と圧縮後の回復率とが低く、ウェハに押し当てる際の追随性が悪い。このため、研磨不良が生じるおそれがあった。また、研磨パッドが研磨砥粒を含まないことにより、遊離砥粒研磨として、研磨砥粒を含む研磨液を用いると、研磨後のウェハに付着した残留した研磨粒子であるパーティクルを洗浄する必要性から、洗浄性に問題がある。

【0006】

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、円盤形状のウェハの外周縁部を研磨する場合において、研磨不良が生じ難く、かつ研磨後のウェハの洗浄性に優れた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、円盤形状のウェハの外周縁部を高い効率で研磨でき、かつ研磨後のウェハの洗浄性に優れたウェハの研磨方法を提供することを解決すべき課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の研磨パッドは、ウェハの外周縁部を研磨するための研磨パッドであって、
研磨面を構成し、可塑剤を含む樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、前記母材内又は前記気孔内に保持された研磨粒子とを有し、
塑性変形又は弾性変形可能であることを特徴とする。

【0008】

発明者らの試験によれば、本発明の研磨パッドで円盤形状のウェハの外周縁部を研磨すれば、ウェハに押し当てる際の追随性に優れ、研磨不良が生じ難い。また、本発明の研磨パッドは、研磨面が無数の研磨粒子を含むため、研磨砥粒を含まない研磨液を用いることができ、研磨後のウェハに残留する研磨粒子であるパーティクルが少ないことから、研磨後のウェハの洗浄性に優れる。

【0009】

樹脂は、可塑剤としてのオルトフタル酸又はテレフタル酸を含むポリエーテルサルホンであることが好ましい。そして、研磨パッドは塑性変形可能であることが好ましい。発明者らはこの組み合わせにおいて本発明の効果を確認した。

【0010】

本発明の研磨パッドは、デュロメータ硬度が３０～３４であり、密度が０．５２～０．８１ｇ／ｃｍ³であり、弾性率が７～１０ｋｇｆ／ｍｍ²であり、２ｋＰａの荷重によって厚みが０．２３～０．３５ｍｍ減少することが好ましい。発明者らの試験によれば、この場合、円盤形状のウェハの外周縁部を研磨して研磨不良が生じ難い。

【0011】

本発明のウェハ研磨方法は、ウェハと研磨パッドと研磨液とを用意する第１工程と、
前記ウェハと前記研磨パッドとの間に前記研磨液を供給しつつ、前記ウェハを前記研磨パッドにより研磨する第２工程とを備え、
前記ウェハは、中心軸線と、前記中心軸線と直交する方向に延びる第１面と、前記第１面と逆に位置し、前記中心軸線と直交する方向に延びる第２面と、前記第１面の外周縁と前記第２面の外周縁とを接続する外周面と、前記第１面又は前記第２面と前記外周面とがなす外周縁部とを有し、
前記研磨パッドは、研磨面を構成し、可塑剤を含む樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、前記母材内又は前記気孔内に保持された研磨粒子とを有して塑性変形又は弾性変形可能であるものであり、
前記研磨液は前記研磨粒子を含まず、
前記第２工程では、前記外周縁部に前記研磨面を所定押圧力で押圧し、かつ前記ウェハ及び前記研磨パッドの少なくとも一方を前記中心軸線周りで相対回転させることを特徴とする。

【0012】

発明者らの試験によれば、本発明のウェハ研磨方法では、ウェハに押し当てる際の研磨パッドの追随性が優れるため、研磨不良が生じ難い。また、本発明のウェハ研磨方法では、研磨パッドの研磨層が無数の研磨粒子を含むため、研磨砥粒を含まない研磨液を用いることができ、研磨後のウェハに残留する研磨粒子であるパーティクルが少ないことから、研磨後のウェハの洗浄性に優れる。

【発明の効果】

【0013】

本発明の研磨パッドは、円盤形状のウェハの外周縁部を研磨する場合において、研磨不良が生じ難く、かつ研磨後のウェハの洗浄性に優れる。また、本発明のウェハ研磨方法は、円盤形状のウェハの外周縁部を高い効率で研磨でき、かつ研磨後のウェハの洗浄性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、試験方法を示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の研磨パッドは、研磨面を構成し、可塑剤を含む樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、母材内又は気孔内に保持された研磨粒子とを有している。また、本発明の研磨パッドは、塑性変形又は弾性変形可能である。塑性変形又は弾性変形の程度、厚みは研磨対象、研磨部位、研磨条件等によって適宜選択される。

【0016】

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。

【0017】

可塑剤としては、オルトフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸ビス、フタル酸ジウンデシル、フタル酸系ポリエステ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。可塑剤は、樹脂に応じて種々選択される。

【0018】

研磨粒子としては、シリカ、セリア、アルミナ、ダイヤモンド、ジルコニア、チタニア、マンガン酸化物、炭酸バリウム、酸化クロム、炭化ホウ素、酸化鉄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。

【0019】

母材を構成するペーストは、樹脂、可塑剤、無数の研磨粒子の他、溶剤を含む。溶剤としては、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、バインダ樹脂に応じて種々選択される。

【0020】

また、ペーストは、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。

【0021】

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。

【0022】

（実施例・比較例）
以下、本発明を具体化した実施例１～４と、比較例１～８とを説明する。

【0023】

表１に示すように、可塑剤を種々変え、以下の製造方法によって実施例１～４及び比較例１～４の研磨パッド１３を製造した。

【0024】

【表1】

【0025】

第１工程として、以下の樹脂、溶剤及び研磨粒子を準備した。
（バインダ樹脂）
ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）
（溶剤）
Ｎ－メチル－２－ピロリドン
（研磨粒子）
シリカ（ＳｉＯ₂）（平均粒径：０．２μｍ）

【0026】

樹脂：１２質量％、研磨粒子：３９質量％、溶剤：４４質量％及び可塑剤：５質量％を混合し、ペーストとした。

【0027】

第２工程として、基台上にペーストをシート状に成形してシート状成形体を形成する。そして、このシート状成形体を基台とともに水中に浸漬し、溶剤を水と置換したシート体を得る。そして、シート体を基台とともに水中から取り出し、シート体を基台から離し、乾燥させる。シート体は、溶剤以外の部分は母材となり、溶剤が水と置換して乾燥した部分は気孔となっている。この後、シート体の表面を研磨して研磨面を平滑にし、研磨パッド１３とする。この研磨パッド１３は、可塑剤を含む樹脂からなり、複数の気孔が形成された母材と、母材内又は気孔内に保持された研磨粒子とを有する。

【0028】

こうして得られた実施例１～４及び比較例１～４の研磨パッド１３の研磨面のデュロメータ硬度、密度（ｇ／ｃｍ³）、弾性率（ｋｇｆ／ｍｍ²）、圧縮変位（ｍｍ）及び変形挙動も表１に示す。圧縮変位は、２ｋＰａの荷重によって減少する厚みである。

【0029】

実施例１～４の研磨パッド１３は変形挙動が塑性変形であり、比較例１～４の研磨パッド１３は変形挙動が弾性変形である。

【0030】

比較例５の研磨パッドは、遊離砥粒研磨に使用される軟質系パッドである。この研磨パッドは、不織布（ポリエステル繊維１００％、繊維径１４μｍ、３．０ｍｍ厚）にポリウレタンを含浸させたものであり、研磨砥粒は含んでいない。

【0031】

比較例６の研磨パッドは、遊離砥粒研磨に使用される硬質系パッドである。この研磨パッドは、不織布（ポリエステル繊維１００％、繊維径１４μｍ、３．０ｍｍ厚）にポリウレタンを含浸させたものであり、研磨砥粒は含んでいない。

【0032】

比較例７の研磨パッドは、バインダ樹脂（ＰＶＤＦ）：１１質量％、研磨粒子：３４質量％及び溶剤：５６質量％を混合したペーストを用いて特許第５５１１２６６号公報記載の製造方法によって製造したものである。

【0033】

比較例８の研磨パッドは、バインダ樹脂（ＰＥＳ）：１１質量％、研磨粒子：３４質量％及び溶剤：５６質量％を混合したペーストを用いて特許第５５１１２６６号公報記載の製造方法によって製造したものである。

【0034】

比較例５～８の研磨パッドの研磨面のデュロメータ硬度、密度、弾性率、圧縮変位及び変形挙動も表１に示す。

【0035】

（試験）
図１に示す研磨装置を用意した。研磨装置は、ＢＢＳ金明製「FINE SURFACE E-200」であり、ウェハ１５を回転中心Ｏ周りに回転可能な図示しないドラムと、ブラケット１７とを備えている。ブラケット１７は、実施例１～４又は比較例１～８の研磨パッド１３、１９を保持し、研磨パッド１３、１９の研磨面をウェハ１５の表面に対して変位可能な角度θ、所定押圧力で押圧できるようになっている。

【0036】

（試験１）
試験１では、Ｓｉからなるウェハ１５の外周縁部を以下の条件で研磨した。
ウェハ１５の回転数：１０．０（ｒｐｍ）
ドラム回転数：２５０ｒｐｍ（遠心力で押し付け）
上下スピード：３．００ｍｍ／秒
角度θ：０～１８０°
研磨液：実施例１～４及び比較例７、８では、シリカ（ＳｉＯ₂）（平均粒径：０．２μｍ）が濃度０％のピペラジン水溶液を用いた。比較例５、６では、シリカ（ＳｉＯ₂）（平均粒径：０．０５μｍ）を１００００ｐｐｍ以下で含む研磨スラリーを用いた。

【0037】

研磨後の形状では、曲率半径が１５００（ｍｍ）未満であれば〇、曲率半径が１５００（ｍｍ）以上、２０００（ｍｍ）未満であれば△、曲率半径が２０００（ｍｍ）以上であれば×として評価した。表面粗さでは、面粗度Ｓａが８（Å）未満であれば〇、面粗度Ｓａが８（Å）以上、１０（Å）未満未満であれば△、面粗度Ｓａが１０（Å）以上であれば×として評価した。研磨レートでは、研磨量Ｘが２（ｍｇ／分）以上であれば〇、研磨量Ｘが１．５（ｍｇ／分）以上、２（ｍｇ／分）未満であれば△、研磨量Ｘが１．５（ｍｇ／分）未満であれば×として評価した。パーティクルでは、電子顕微鏡の観察判定により、５μｍ×５μｍの面内において、パーティクル数が５個以内であれば〇、５個以上１０個以内であれば△、１０個以上であれば×として評価した。研磨液では、研磨粒子の濃度が０ｐｐｍで研磨可能であれば〇、研磨粒子の濃度が１ｐｐｍ以上、５０００ｐｐｍ未満でなければ研磨できなかった場合は△、研磨粒子の濃度が５０００ｐｐｍ以上、１００００ｐｐｍ以下でなければ研磨できなかった場合は×として評価した。総合では、研磨後の形状、表面粗さ、研磨レート、パーティクル及び研磨液の全てが〇の場合を◎とし、いずれか一つが△の場合を〇とし、いずれか一つ又は二つが×の場合を△とした。結果を表２に示す。表２から、実施例１が総合で◎を得ており、実施例２～４が総合で〇を得ていることがわかる。

【0038】

【表2】

【0039】

表２より、樹脂は、可塑剤としてのオルトフタル酸又はテレフタル酸を含むポリエーテルサルホンであり、塑性変形又は弾性変形可能が好ましいことがわかる。

【0040】

また、デュロメータ硬度が３０～３４であり、密度が０．５２～０．８１ｇ／ｃｍ³であり、弾性率が７～１０ｋｇｆ／ｍｍ²であり、圧縮変位が０．２３～０．３５ｍｍであれば、Ｓｉ又はＳｉＣからなるウェハ１５の外周縁部を研磨して研磨不良が生じ難いことがわかる。

【0041】

また、実施例１～４の研磨パッドは、研磨面が無数の研磨粒子を含むため、研磨砥粒を含まない研磨液を用いることができ、研磨後のウェハに残留する研磨粒子であるパーティクルが少ないことから、研磨後のウェハの洗浄性に優れる。

【0042】

したがって、実施例１～４の研磨パッドは、円盤形状のウェハ１５の外周縁部を研磨する場合において、研磨不良が生じ難く、かつ研磨後のウェハ１５の洗浄性に優れる。また、実施例１～４のウェハ研磨方法は、円盤形状のウェハ１５の外周縁部を高い効率で研磨でき、かつ研磨後のウェハ１５の洗浄性に優れる。

【0043】

以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例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。

【0044】

例えば、実施例ではＳｉからなるウェハ１５の外周縁部を研磨したが、本発明の研磨パッド及びウェハ研磨方法はＳｉＣからなるウェハ１５の外周縁部を研磨する場合にも適用可能である。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明は半導体デバイスの製造装置に利用可能である。

【符号の説明】

【0046】

１３…研磨パッド

【図1】