(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】P2022157069
(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
H01L 21/304 20060101ALI20221006BHJP
【FI】
B24D11/00 D
B24B37/24 B
B24B37/24 E
B24B37/00 H
H01L21/304 622F
H01L21/304 622W
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021061091
(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
(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】北嶋 将太
(72)【発明者】
【氏名】岸本 正俊
【テーマコード(参考)】
3C063
3C158
5F057
【Fターム(参考)】
3C063AA02
3C063AB05
3C063AB07
3C063BA02
3C063BB01
3C063BB02
3C063BB03
3C063BB18
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5F057AA01
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5F057EB10
5F057EB13
5F057EB30
5F057FA37
(57)【要約】
【課題】被研磨物に研磨不良が生じ難く、かつ研磨後の被研磨物に付着したパーティクルによる洗浄性に優れた研磨パッドを提供する。
【解決手段】本発明の研磨パッドは、研磨粒子を含まない研磨液の存在下において、被研磨物を研磨する研磨面を構成し、バインダ樹脂と無数の研磨粒子と繊維とを含む研磨層を有する。バインダ樹脂は、ポリフッ化ビニリデン又はポリエーテルサルフォンであり、繊維は、ポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートの少なくとも一方からなる。
【選択図】
図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
研磨粒子を含まない研磨液の存在下において、被研磨物を研磨する研磨面を構成し、バインダ樹脂と無数の研磨粒子と繊維とを含む研磨層を有する研磨パッドであって、
前記バインダ樹脂は、ポリフッ化ビニリデン又はポリエーテルサルフォンであり、
前記繊維は、ポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートの少なくとも一方からなることを特徴とする研磨パッド。
【請求項2】
前記被研磨物は窒化物である請求項1記載の研磨パッド。
【請求項3】
前記研磨液は、pH1の強酸性又はpH14の強アルカリ性である請求項1又は2記載の研磨パッド
【請求項4】
前記研磨層は、前記繊維を構成する繊維ウェブと、前記繊維ウェブ内に内包された前記バインダ樹脂及び前記研磨粒子とを含む請求項1乃至3のいずれか1項記載の研磨パッド。
【請求項5】
被研磨物と研磨パッドと研磨液とを用意する第1工程と、
前記被研磨物と前記研磨パッドとの間に前記研磨液を供給しつつ、前記被研磨物を前記研磨パッドの研磨面により研磨する第2工程とを備え、
前記研磨パッドは、前記研磨面を構成し、バインダ樹脂と無数の研磨粒子と繊維とを含む研磨層を有し、
前記バインダ樹脂は、ポリフッ化ビニリデン又はポリエーテルサルフォンであり、
前記繊維は、ポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートの少なくとも一方からなり、
前記第2工程では、前記被研磨面に前記研磨面を所定押圧力で押圧し、かつ前記被研磨物及び前記研磨パッドの少なくとも一方を相対回転させることを特徴とする研磨方法。
【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固化している。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、研磨時の強度が十分でない。このため、研磨時に研磨パッドにクラックや破断を生じる場合があった。このため、例えば、GaNベアウェハ等の窒化物を被研磨物とした場合には、高研磨能率及び高面品位で研磨を行えず、研磨不良が生じるおそれがあった。また、研磨液が強酸性又は強アルカリ性である場合には、研磨パッドが劣化し易く、やはり研磨不良が生じるおそれがあった。
【0006】
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、研磨後の被研磨物に付着した残留した研磨粒子であるパーティクルによる洗浄性に問題がある。
【0007】
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、被研磨物を高い効率で研磨できるとともに、被研磨物に研磨不良が生じ難く、かつ研磨後の被研磨物に付着したパーティクルによる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、被研磨物を高い効率で研磨できるとともに、被研磨物に研磨不良が生じ難く、かつ研磨後の被研磨物に付着したパーティクルによる洗浄性に優れた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】
【0008】
本発明の研磨パッドは、研磨粒子を含まない研磨液の存在下において、被研磨物を研磨する研磨面を構成し、バインダ樹脂と無数の研磨粒子と繊維とを含む研磨層を有する研磨パッドであって、
前記バインダ樹脂は、ポリフッ化ビニリデン又はポリエーテルサルフォンであり、
前記繊維は、ポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートの少なくとも一方からなることを特徴とする。
【0009】
本発明の研磨パッドは、研磨層が繊維を含んでいるため、研磨時に高い強度を発揮する。特に、発明者らの試験によれば、バインダ樹脂がポリフッ化ビニリデン又はポリエーテルサルフォンからなり、繊維がポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートの少なくとも一方からなるため、例え被研磨物が窒化物であっても、高研磨能率及び高面品位で研磨を行うことが可能である。また、例え研磨液が強酸性又は強アルカリ性であっても、研磨パッドが劣化し難い。
【0010】
また、本発明の研磨パッドは、研磨面を構成する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、研磨後の被研磨物に付着したパーティクルによる洗浄性に優れる。
【0011】
本発明の研磨方法は、被研磨物と研磨パッドと研磨液とを用意する第1工程と、
前記被研磨物と前記研磨パッドとの間に前記研磨液を供給しつつ、前記被研磨物を前記研磨パッドの研磨面により研磨する第2工程とを備え、
前記研磨パッドは、前記研磨面を構成し、バインダ樹脂と無数の研磨粒子と繊維とを含む研磨層を有し、
前記バインダ樹脂は、ポリフッ化ビニリデン又はポリエーテルサルフォンであり、
前記繊維は、ポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートの少なくとも一方からなり、
前記第2工程では、前記被研磨面に前記研磨面を所定押圧力で押圧し、かつ前記被研磨物及び前記研磨パッドの少なくとも一方を相対回転させることを特徴とする。
【0012】
被研磨物はSiやSiC等の珪素系であってもよいが、発明者らは被研磨物が窒化物である場合に本発明の作用効果を確認した。また、研磨液はpH1超~14未満であってもよいが、発明者らは研磨液がpH1の強酸性又はpH14の強アルカリ性である場合に本発明の作用効果を確認した。
【発明の効果】
【0013】
本発明の研磨パッドは、被研磨物を高い効率で研磨できるとともに、被研磨物に研磨不良が生じ難く、かつ研磨後の被研磨物に付着したパーティクルによる洗浄性に優れる。また、本発明の研磨方法は、被研磨物を高い効率で研磨できるとともに、被研磨物に研磨不良が生じ難く、かつ研磨後の被研磨物に付着したパーティクルによる洗浄性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【
図1】
図1は、実施例1~10の研磨パッドの製造方法を示す模式断面図である。
【
図2】
図2は、実施例1~10の研磨パッドの製造方法を示す模式断面図である。
【
図3】
図3は、実施例1~10の研磨パッドの製造方法を示す模式断面図である。
【
図4】
図4は、実施例1~10の研磨パッドの製造方法を示す模式断面図である。
【
図5】
図5は、実施例1~10の研磨パッドの模式断面図である。
【
図6】
図6は、試験1の試験片を示す側面図である。
【
図9】
図9は、実施例2の研磨パッドに係り、図(A)はその表面の30倍のSEM写真、図(B)はその断面の30倍のSEM写真である。
【
図10】
図10は、実施例2の研磨パッドに係り、図(A)はその表面の2000倍のSEM写真、図(B)はその断面の2000倍のSEM写真である。
【
図11】
図11は、実施例2の研磨パッドに係り、図(A)はその表面の5000倍のSEM写真、図(B)はその断面の5000倍のSEM写真である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の研磨パッドは、バインダ樹脂と無数の研磨粒子と繊維とを含む研磨層を有している。この研磨層が研磨面を構成する。
【0016】
バインダ樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)又は又はポリエーテルサルフォン(PES)を採用する。繊維としては、ポリプロピレン(PP)及びポリエチレンテレフタレート(PET)の少なくとも一方を採用する。繊維の繊維長や太さなどの形状は選択することも可能である。また、繊維は、予め成形された繊維ウェブに基づいてもよく、予め成形されていないものであってもよい。繊維ウェブとは、縦方向に繊維を配列したり、繊維の配列をクロスさせたり、繊維をランダムに配列したりして繊維を重ねたものである。不織布は繊維ウェブの繊維同士を結合させたものである。
【0017】
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。
【0018】
本発明の研磨パッドは以下の製造方法によって製造可能である。この製造方法は、バインダ樹脂、前記バインダ樹脂を溶解する溶剤及び無数の研磨粒子を含有するペーストと、繊維ウェブとを準備する準備工程と、
前記繊維ウェブに前記ペーストを含侵させ、含浸体を形成する含浸工程と、
前記含浸体から前記溶剤を除去して前記バインダ樹脂を固化する固化工程とを備えている。
【0019】
この製造方法で得られる研磨パッドの研磨層は、繊維を構成する繊維ウェブと、繊維ウェブ内に内包されたバインダ樹脂及び研磨粒子とを含む。この場合、繊維が繊維ウェブとして予め成形されているため、研磨パッドの生産性が高い。
【0020】
ペーストは、バインダ樹脂、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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
(実施例・比較例)
以下、本発明を具体化した実施例1~10と、比較例1、2とを説明する。
【0024】
表1に示すように、繊維ウェブの繊維及び目付(g/m2)、バインダ樹脂及び研磨粒子の組み合わせを変え、以下の製造方法によって実施例1~10の研磨パッドを製造した。
【0025】
なお、実施例1、2、6、7の繊維ウェブは、繊維径40μm及び30μmであり、3.0mm厚である。実施例3、8の繊維ウェブは、繊維径27μm、3.0mm厚である。実施例4、9の繊維ウェブは、繊維径26μm、1.5mm厚である。実施例5、10の繊維ウェブは、繊維径25μm、3.0mm厚である。
【0026】
【0027】
準備工程として、以下のバインダ樹脂、溶剤及び研磨粒子を準備した。
(バインダ樹脂)
PVDF(ポリフッ化ビニリデン)
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)
【0028】
バインダ樹脂:11質量%、研磨粒子:34質量%及び溶剤:56質量%を混合し、ペーストとした。
【0029】
含浸工程として、
図1に示すように、基台1上にペーストをシート状に成形して第1シート状成形体3を形成する。そして、第1シート状成形体3の上に繊維ウェブ5を載置する。これにより、
図2に示すように、第1シート状成形体3のペーストが繊維ウェブ5の下部に含浸する。このため、ペーストのみからなる第1層71と、ペースト及び繊維ウェブ5からなる第2層72と、繊維ウェブ5のみからなる第3層73とが形成される。
【0030】
また、繊維ウェブ5の上にペーストをシート状に成形して第2シート状成形体3を形成する。これにより、
図3に示すように、第2シート状成形体3のペーストが繊維ウェブ5の上部に含浸する。このため、ペーストのみからなる第1層71と、ペースト及び繊維ウェブ5からなる第2層72と、繊維ウェブ5のみからなる第3層73と、ペースト及び繊維ウェブ5からなる第4層74と、ペーストのみからなる第5層75とからなる積層体9を形成する。
【0031】
さらに、積層体9を積層方向に真空加圧する。これにより、第1層71及び第5層75は繊維ウェブ5内に取り込まれ、含浸体としての加圧積層体11となる。つまり、加圧成形体11は、
図4に示すように、ペースト及び繊維ウェブ5からなる第2層72と、ペースト及び繊維ウェブ5からなる第4層74とからなる。
【0032】
次いで、固化工程として、加圧積層体11を乾燥させることにより、加圧積層体11から溶剤を除去する。こうして、バインダ樹脂を固化する。こうして、
図5に示す研磨パッド13が得られる。この研磨パッド13は、ペーストが繊維ウェブ5の下部で固化した下研磨層92と、ペーストが繊維ウェブ5の上部で固化した上研磨層94とからなる。つまり、下研磨層92及び上研磨層94は、繊維を構成する繊維ウェブ5と、繊維ウェブ5内に内包されたバインダ樹脂及び研磨粒子とを含む。この場合、繊維が繊維ウェブ5として予め成形されているため、研磨パッド13の生産性が高い。下研磨層92又は上研磨層94の表面を研削して研磨面を形成する。
【0033】
こうして得られた実施例1~10の研磨パッドの研磨面のデュロメータ硬度、密度(g/cm3)、弾性率(kgf/mm2)及び耐折性を表2に示す。
【0034】
弾性率は万能試験機(インストロン5569)を用いて計測した。耐折性は、直径6mmのアルミ製の棒状のパイプに各研磨パッドを巻き付け、パイプを徐々に90°まで屈曲させた際に研磨パッドにクラックや破断が生じるか否かで評価した。クラックも破断を生じなかった場合には〇、クラック又は破断が生じた場合には×とした。
【0035】
【0036】
比較例1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。
【0037】
比較例2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。
【0038】
比較例1、2の研磨パッドの研磨面のデュロメータ硬度、密度、弾性率及び耐折性も表2に示す。
【0039】
(試験1)
実施例1~10及び比較例1、2の研磨パッドから
図6に示す試験片15を切り出した。各試験片15の図示の寸法a~dは以下のとおりである。
a=15(mm)
b=20(mm)
c=60(mm)
d=10(mm)
厚み=2.5(mm)
【0040】
下記の条件で各試験片の引張強度(最大降伏荷重÷破断面積)(MPa)を測定した。
試験機:万能試験機(インストロン5569)
試験条件:引張速度=5mm/分
【0041】
何らの処理をしない各試験片15について測定した引張強度を第1引張強度とした。また、過マンガン酸カリウム水溶液(0.25mol/L、pH7)に過酸化水素をpH1になるまで添加した強酸研磨液を用意し、強酸研磨液に60時間浸漬した後の各試験片15について測定した引張強度を第2引張強度とした。さらに、過マンガン酸カリウム水溶液(0.25mol/L、pH7)に水酸化カリウムをpH14になるまで添加した強アルカリ研磨液を用意し、強アルカリ研磨液に60時間浸漬した後の各試験片15について測定した引張強度を第3引張強度とした。
【0042】
また、第2引張強度×100/第1引張強度と、第3引張強度×100/第1引張強度とも求めた。これらの結果を表3に示す。また、実施例2及び比較例1、2の試験片における第1引張強度及び第2引張強度を
図7に示す。
【0043】
【0044】
表3及び
図7より、比較例1、2の試験片15は、研磨液が強酸性又は強アルカリ性である場合には、劣化し易いことがわかる。このため、比較例1、2の研磨パッドでは、研磨不良が生じるおそれがある。
【0045】
これに対し、実施例1~10の試験片は、例え研磨液が強酸性又は強アルカリ性であっても、劣化し難いことがわかる。このため、実施例1~10の研磨パッドでは、研磨不良が生じ難い。実施例1~10の研磨パッドは、研磨層が繊維を含んでいるため、研磨時に高い強度を発揮するからである。特に、実施例1~10の研磨パッドは、バインダ樹脂がポリフッ化ビニリデン又はポリエーテルサルフォンからなり、繊維がポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートの少なくとも一方からなるためである。
【0046】
(試験2)
ウェハ研磨装置(Engis EJW-380)と、実施例2及び比較例1、3の研磨パッド(直径30cm)と、GaNベアウェハ(2inch)とを用意した。比較例1の研磨パッドは試験1で用いたものと同様のものである。比較例3の研磨パッドは、市販の不織布パッド(ニッタ・ハース製:SUBA600)である。
【0047】
以下の条件でGaNベアウェハを研磨した。
研磨液の流量:10mL/分
荷重:85kPa
定盤の回転数:60rpm
キャリアの回転数:60rpm
加工時間:60分
研磨液:実施例2及び比較例1においては、過マンガン酸カリウム系水溶液を用いた。比較例3においては、コロイダルシリカスラリーを用いた。
【0048】
GaNベアウェハと各研磨パッドとの間に研磨液を供給しつつ、定盤とキャリヤとを回転させることにより、GaNベアウェハを各研磨パッドの研磨面により研磨した。結果を
図8に示す。
【0049】
図8より明らかなように、実施例2の研磨パッドは、例え被研磨物がGaNベアウェハであっても、比較例1、3の研磨パッドと比較し、高研磨能率及び高面品位で研磨を行うことが可能である。
図9~11に示すように、実施例2の研磨パッドは、ポリフッ化ビニリデンの母材中にポリプロピレンからなる繊維を含んでいるため、研磨時に高い強度を発揮するからである。この作用効果は、試験1で示したように、実施例2の研磨パッドが高い耐薬品性を有することから、研磨液が強酸性又は強アルカリ性であっても発揮される。
【0050】
また、実施例2の研磨パッドは、研磨面を構成する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GaNベアウェハに付着したパーティクルによる洗浄性に優れる。
【0051】
したがって、実施例2の研磨パッドは、GaNベアウェハを高い効率で研磨できるとともに、GaNベアウェハに研磨不良が生じ難く、かつ研磨後のGaNベアウェハに付着したパーティクルによる洗浄性に優れる。また、実施例2の研磨方法は、GaNベアウェハを高い効率で研磨できるとともに、GaNベアウェハに研磨不良が生じ難く、かつ研磨後のGaNベアウェハに付着したパーティクルによる洗浄性に優れる。
【0052】
以上において、本発明を実施例1~10に即して説明したが、本発明は上記実施例1~10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。
【0053】
例えば、実施例2ではGaNベアウェハを研磨したが、本発明の研磨パッド及びウェハ研磨方法は、SiやSiCからなるウェハやSi3N4等の他の窒化物を研磨する場合にも適用可能である。
【0054】
また、本発明の研磨パッド及びウェハ研磨方法は、本発明の研磨パッドの高い引張強度により、ウェハの外周縁部等、被研磨物の平滑でない部分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】
【0055】
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】
【0056】
5…繊維ウェブ
92、94…研磨層(92…下研磨層、94…上研磨層)
13…研磨パッド