(57)【要約】【課題】被研磨面の研磨痕を抑制し、且つ、被研磨面全体に亘り研磨量を均一化することができる研磨布、並びに、該研磨布を用いたウェーハの片面研磨方法および片面研磨装置の提供。【解決手段】ウレタンを湿式発泡させた素材からなる研磨布であって、該研磨布表面に放射線状の溝が所定の間隔で100〜200本形成されていることを特徴とする溝入り研磨布。【選択図】図２
2010253580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウレタンを湿式発泡させた素材からなる研磨布であって、該研磨布表面に放射線状の溝が所定の間隔で100〜200本形成されていることを特徴とする、溝入り研磨布。
【請求項２】
前記研磨布の平面形状が円形であり、溝形成部に対する溝無し部の割合が25％以上となる円周部から外周部に向けて放射線状の溝を形成することを特徴とする、請求項１に記載の溝入り研磨布。
【請求項３】
前記溝の前記研磨布表面からの深さが0.2mm超であり、前記溝幅が0.5mm超であることを特徴とする、請求項１または２に記載の溝入り研磨布。
【請求項４】
前記研磨布が、ウェーハの研磨に用いられることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の溝入り研磨布。
【請求項５】
前記研磨布が、直径300mm以上である大型ウェーハに用いられることを特徴とする、請求項４に記載の溝入り研磨布。
【請求項６】
研磨ヘッドに保持されたウェーハを、回転定盤の表面に固定された研磨布に押圧し、研磨液を研磨布上に供給しながら該研磨ヘッドと該回転定盤を回転させることにより該ウェーハの被研磨面に研磨加工を施すウェーハの片面研磨方法において、前記研磨布として請求項４または５に記載の研磨布を用いて研磨量1.0μm以下の研磨加工を施すことを特徴とする、ウェーハの片面研磨方法。
【請求項７】
前記研磨布の前記溝形成部分に前記研磨液を供給し、前記溝形成部分に前記ウェーハの被研磨面を押圧することを特徴とする、請求項６に記載のウェーハの片面研磨方法。
【請求項８】
ウェーハを保持する研磨ヘッドと、表面に固定した研磨布を有する回転定盤とを具えるウェーハの片面研磨装置であって、前記研磨布として請求項４または５に記載の研磨布を用いることを特徴とする、ウェーハの片面研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨技術、特に半導体ウェーハの研磨技術に関し、被研磨面の研磨痕および被研磨面全体の研磨量のバラツキを抑制し、被研磨面の平坦度を改善する研磨布、ウェーハ研磨方法およびウェーハ研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハ等、高平坦度が要求されるウェーハの表面研磨には、CMP（メカノケミカル研磨）が採用されている。CMPは、被研磨材であるワークに対してエッチング作用を有する研磨液を用い、ワークをエッチングしながら研磨液に含まれる砥粒によってワークを機械的に研磨する研磨技術である。
【０００３】
CMPには通常、図１に示すような研磨装置が用いられる。図１の研磨装置１はウェーハ片面研磨装置の一例であり、ウェーハを保持するヘッド機構2と、研磨布3を有する回転定盤4とを具える。係る片面研磨装置１においては、ヘッド機構2はウェーハを保持しつつ回転定盤4の上面に設けられた研磨布3に対してウェーハの被研磨面を押圧し、ヘッド機構2と回転定盤４を共に回転することによりヘッド機構2と回転定盤4とを相対運動させ、研磨液供給手段5から研磨液6を供給しながらウェーハの被研磨面を研磨する。
【０００４】
上記の如き研磨装置を用いてCMPを行う場合、研磨後のウェーハの平坦度を確保する上では、研磨液をウェーハ被研磨面全体に亘り均一に供給する必要がある。そのため、研磨布に所定のパターンを有する溝を設け、研磨液を該溝に保持させることにより、上記要求に応じている。
【０００５】
一方、仕上げ研磨等の最終研磨工程では、溝を設けた研磨布を用いることは好ましくないものとされていた。最終研磨工程では、その後工程に表面加工を施す工程がないため、研磨痕を極力避ける必要があるところ、溝を設けた研磨布を用いて研磨を行うと、研磨痕を残し易いと考えられていたためである。そのため、最終研磨工程で用いられる鏡面研磨が可能な研磨布、例えば、ウレタンを湿式発泡させた軟質の研磨布（スウェード）では、溝無しの研磨布が一般的であった。
【０００６】
ウレタンを湿式発泡させた研磨布は、スポンジのように吸収性に優れた特性を有するため、ある程度の研磨液保持力を備える。しかしながら、昨今、半導体基板に形成されるラインパターンの微細化が進むとともに、ウェーハの平坦度に対する要求もますます厳しくなっており、従来の溝無し研磨布によるウェーハの高平坦化はもはや限界である。
【０００７】
なお、研磨布に溝を設ける技術に関し、特許文献１には、研磨布に格子状、スパイラル状または亀甲状の溝を形成し、且つ、研磨布本体に対する溝側面の角度を鈍角とすることにより、研磨量の安定性とナノトポグラフィーの改善を図る技術が提案されている。係る技術では、研磨布本体に対する溝側面の角度を鈍角とすることにより、ある程度の研磨痕抑制効果を発揮する。しかしながら、溝パターンが格子状、スパイラル状または亀甲状であるため、回転定盤を回転させて研磨を行うと、溝の回転軌跡ウェーハ被研磨面に研磨痕を残す。また、溝パターンが格子状、スパイラル状または亀甲状であるため、溝への研磨液の流れが均一化され難く、被研磨面全体の研磨量を均一化することが難しい。
【０００８】
また、特許文献２には、研磨布に溝または孔を設けることにより、被研磨物の被研磨面全体に亘り研磨液を均一に分散させる技術が提案されている。しかしながら、係る技術においては研磨痕について全く配慮されておらず、回転定盤を回転させて研磨を行うと、先述の技術と同様、溝または孔が被研磨面に研磨痕を残してしまう。また、ウェーハ被研磨面と研磨布が接する箇所への研磨液の供給が難しいため、研磨量の均一化が難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１６３１９２号公報
【特許文献２】特開２００３−２６０６５７号公報
【００１０】
上記のとおり、従来技術では、仕上げ研磨等の最終研磨工程において、ウェーハ被研磨面の研磨痕を抑制するとともに被研磨面全体に亘る研磨量を均一化し、高平坦度のウェーハを製造することは困難であった。また、ウェーハのサイズがφ300mm以上と大型化するにつれてウェーハの平坦化が困難性を増している状況下、研磨布の改善は必須である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記現状に鑑みて開発されたもので、ワーク被研磨面の研磨痕を抑制し且つ、被研磨面全体に亘り研磨量を均一化することができる研磨布、並びに、該研磨布を用いたウェーハの片面研磨方法および片面研磨装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下(a)〜(c)の知見を得た。
(a)    ウレタンを湿式発泡させた素材からなる研磨布を用いて研磨を行う場合において、被研磨材であるワークの被研磨面全体に亘り研磨液を供給するためには、研磨布に所定の溝を設けることが有効であること。
(b)    上記溝を放射線状の溝パターンとすることにより、溝有り研磨布で研磨する際に問題視されていた研磨痕が効果的に抑制されること。
(c)    上記放射線状の溝を適切な本数に設定すると、ワークの被研磨面全体に亘り均一に研磨液が供給されること。
【００１３】
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
（１）  ウレタンを湿式発泡させた素材からなる研磨布であって、該研磨布表面に放射線状の溝が所定の間隔で100〜200本形成されていることを特徴とする、溝入り研磨布。
【００１４】
（２）  前記研磨布の平面形状が円形であり、溝形成部に対する溝無し部の割合が25％以
上となる円周部から外周部に向けて放射線状の溝を形成することを特徴とする、前記（１）に記載の溝入り研磨布。
【００１５】
（３）  前記溝の前記研磨布表面からの深さが0.2mm超であり、前記溝幅が0.5mm超であることを特徴とする、前記（１）または（２）に記載の溝入り研磨布。
【００１６】
（４）  前記研磨布が、ウェーハの研磨に用いられることを特徴とする、前記（１）〜（３）の何れか１項に記載の溝入り研磨布。
【００１７】
（５）  前記研磨布が、直径300mm以上である大型ウェーハに用いられることを特徴とする、前記（４）に記載の溝入り研磨布。
【００１８】
（６）  研磨ヘッドに保持されたウェーハを、回転定盤の表面に固定された研磨布に押圧し、研磨液を研磨布上に供給しながら該研磨ヘッドと該回転定盤を回転させることにより該ウェーハの被研磨面に研磨加工を施すウェーハの片面研磨方法において、前記研磨布として前記（４）または（５）に記載の研磨布を用いて研磨量1.0μm以下の研磨加工を施すことを特徴とする、ウェーハの片面研磨方法。
【００１９】
（７）  前記研磨布の前記溝形成部分に前記研磨液を供給し、前記溝形成部分に前記ウェーハの被研磨面を押圧することを特徴とする、前記（６）に記載のウェーハの片面研磨方法。
【００２０】
（８）  ウェーハを保持する研磨ヘッドと、表面に固定した研磨布を有する回転定盤とを具えるウェーハの片面研磨装置であって、前記研磨布として前記（４）または（５）に記載の研磨布を用いることを特徴とする、ウェーハの片面研磨装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、ワーク被研磨面の研磨痕を抑制し、被研磨面全体に亘り研磨液を均一に供給することができるため、ワークの被研磨面全体に亘り研磨量が均一な鏡面が得られる。そのため、本発明は、研磨痕を極力避ける必要がある仕上げ研磨等を行う上で極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ウェーハ片面研磨装置の概略図である。
【図２】本発明例の研磨布の平面図である。
【図３】研磨布に溝を設けた場合の溝寸法を説明するための図である。
【図４】本発明の代表的な研磨布の表面の断面図である。
【図５】ウェーハ片面研磨装置の平面概略図である。
【図６】円形状研磨布に形成された放射線状の溝の本数と、被研磨面内における研磨量のバラツキおよび平均研磨量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の研磨布は、ウレタンを湿式発泡させた素材からなる研磨布であって、該研磨布表面に放射線状の溝が所定の間隔で100〜200本形成されていることを特徴とする。
本発明の研磨布は、ウレタンを湿式発泡させた素材（スウェード）からなり、主に仕上げ研磨等の最終研磨工程に使用される研磨布である。係る素材を有する研磨布は、研磨液をスポンジのように吸収するため、ウェーハの被研磨面全体に亘り研磨液を供給する上で有効である。なお、本発明において、ウレタンを湿式発泡させた素材からなる研磨布としては、公知のものを使用することができる。
【００２４】
しかしながら、ウェーハの更なる高平坦化、或いは、直径300mm以上の大型ウェーハに研磨を施す上では、上記素材からなる研磨布であっても、溝を有しない場合、ウェーハの被研磨面全体に亘り研磨液を供給するには不十分であった。そこで、本発明においては、研磨布に溝を形成する。
【００２５】
研磨布に形成される溝は、図１に示すように研磨布の一箇所（場合によっては数箇所）から供給される研磨液を、研磨布の中心部側から外周部側に亘り均等に供給する機能、並びに、研磨布に研磨液を保持させる機能を有するものである。したがって、研磨布に上記溝を形成することにより、ワークの被研磨面全体の研磨量を均一化することができる。
【００２６】
ここで重要となるのは、研磨布に形成される溝のパターンである。研磨布に形成する溝のパターンが適切でない場合には、ワークの被研磨面全体の研磨量を均一化することができたとしても、ワークの被研磨面に研磨痕を残す。そこで、本発明においては、研磨布に形成する溝を放射線状に形成する。溝パターンを放射線状にすることにより、例えば図１に示すような研磨装置でワークを研磨する際、ワークの被研磨面に生じる研磨痕が飛躍的に低減されるためである。なお、本発明において「放射線状の溝」とは、研磨布中心位置から研磨布の外周縁に向かって放射線状に（好ましくは直線状に）引いた線分の一部または全長に亘って形成される溝を意味する。
【００２７】
研磨布に形成される溝の本数は100〜200本とする。溝の本数が100本未満であると、例えば図１に示すような研磨装置でワーク（例えばウェーハ）を研磨する際、研磨布の外周部側に供給される研磨液が不十分となり、ワークの被研磨面全体の研磨量を均一化することができない。一方、溝の本数が200本を超えると、特に溝が集中する研磨布中心部において、研磨布がワークの被研磨面と接触する面積が小さくなり、研磨の加工効率が低下する。なお、本発明でいう溝の本数とは、具体的には研磨布外周部で数えた溝の本数を意味する。
【００２８】
研磨布に形成される複数の溝に関し、溝同士の間隔については特に問わない。ただし、研磨量の均一化の観点によれば、複数の溝を等間隔に形成することが好ましく、特に研磨布サイズが220〜2000mmである場合には、隣同士の溝の配置角度を研磨布の中心位置を頂点として3.6°以下とすることが好ましい。なお、溝の断面形状については特に限定されず種々の形状の溝を形成し得るが、特にU形状もしくはV形状とすることが、研磨痕を抑制する点において好ましい。
【００２９】
なお、本発明の溝入り研磨布は、例えば、グラインドにより研磨布に研磨溝を形成する方法や、金型等で研磨布に熱加圧等を施してプレス溝を形成する方法等、種々の方法により製造可能である。
【００３０】
研磨布の平面形状を円形とする場合、溝形成部に対する溝無し部の割合が25％以上となる円周部から外周部に向けて放射線状の溝を形成することが好ましい。放射線状の溝を研磨布の中心部から外周部までの全長に亘り形成すると、中心部において溝が集中する。すなわち、中心部では複数の溝同士が重なり、ワークの被研磨面を研磨するための研磨布表面が無くなってしまう場合がある。また、溝同士が重ならない場合であっても、溝同士が極端に接近する場合には研磨布の強度が不十分となり、研磨時或いはドレッシング時において研磨布表面に破断等が生じることも想定される。そこで、本発明においては、溝形成部に対する溝無し部の割合が25％以上となる円周部から外周部に向けて放射線状の溝を形成すること、すなわち、該円周部よりも中心側に溝を形成しないことが、上記問題を回避する上で好ましい。
【００３１】
平面形状を円形とした場合における本発明の研磨布の一例を図２に示す。図２の研磨布３には、複数の溝30が所定の円周部から外周部に向けて放射線状に形成されており、該円周部の内側は溝無し領域となっている。該円周部の直径Dは溝30の本数と溝幅に依存する。例えば、溝幅1.0mmの溝を100本形成する場合、上記円周部の直径D(mm)は、1.0(mm)×100(本)×1.25≦πD を満足する値、すなわち、39.8mm以上となる。
【００３２】
溝の深さは、研磨布表面（溝が形成されていない部分）から0.2mm以上であることが好ましい。図１に示すような研磨装置を用いてワークを研磨する場合、研磨布はワークを保持するヘッド機構からの荷重を受け、研磨布は沈み込む。すなわち、研磨布に形成される溝が浅すぎると、研磨布表面（溝が形成されていない部分）と溝底部との高さが同程度となり、溝無し研磨布による研磨と実質的に変わらなくなる傾向がある。ここで、研磨条件並びに研磨布の種類にも依存するが、研磨布の沈み込みは通常0.2mm程度である。そのため、溝の深さを研磨布表面（溝が形成されていない部分）から0.2mm超とすれば、溝の機能をより確実に発揮し得る。溝の深さの上限値は特に限定されないが、1mm以下とすることが、研磨布の硬度を保つ点および研磨布の変形を抑制する点で好ましい。  
【００３３】
本発明の研磨布は、図３に示すような断面構造を有する。本発明の研磨布は、不織布等のベース32にウレタンを含浸させて湿式発泡することにより得られ、発泡部31がベース32上に形成される。本発明においては、深さ：d、幅：wの溝30が上記発泡部31に形成される。なお、本発明において「溝の研磨布用面からの深さ」とは、図３に示すように、研磨布表面（溝30が形成されていない部分）から、溝30の最も深い部分までの距離dであって、研磨布表面に対して垂直方向の距離を意味する。
【００３４】
溝幅wは、0.5mm超であることが好ましい。図４は、本発明の研磨布表面部の断面拡大図であり、ウレタンを湿式発泡させた素材からなる本発明の研磨布は、表面にナップ（毛羽）311を有する。上記ナップ311を有する研磨布を用い、図１に示す研磨装置によってワークを研磨する場合、ヘッド機構2および回転定盤4の回転に伴い上記ナップ311が倒れる。ここで、ナップ311の長さに対して溝幅wが狭すぎる場合、上記ナップ311が倒れることにより溝が塞がれ、研磨液の供給に支障をきたす可能性がある。そのため、上記ナップ311の長さが通常0.5mm程度であることを踏まえ、溝幅wを0.5mm超とすることが、溝の機能を有効に発揮させる上で好ましい。また、溝幅wの上限値は特に限定されないが、3mm以下とすることが、研磨液の流れを制御する点、およびウェーハへの研磨痕を抑制する点で好ましい。
【００３５】
上記構成を有する本発明の研磨布によると、ワーク被研磨面の研磨痕を抑制し、且つ、被研磨面全体に亘り研磨液を均一に供給することができるため、ワークの被研磨面全体に亘り研磨量が均一な鏡面が得られる。そのため、本発明の研磨布は、半導体ウェーハ等、高平坦度が要求されるウェーハの研磨に好適に使用される。また、ウェーハサイズがφ300mm以上の大径ウェーハ、例えば、φ300mm、φ450mmであるウェーハを研磨する場合であっても、本発明の研磨布は上記効果を十分に発揮する。
【００３６】
本発明の研磨布は、図１に例示したような公知のウェーハ片面研磨装置、すなわち、ウェーハを保持するヘッド機構2と、研磨布3を有する回転定盤4とを具えた研磨装置1に適用することができる。また、本発明の研磨布は、ウレタンを湿式発泡させた素材からなるため、研磨量が1.0μm以下であるようなウェーハの仕上げ研磨、SOI研磨、LPD除去研磨等のCMPに好適に使用される。
【００３７】
本発明に従う研磨装置は、主にヘッド機構（研磨ヘッド）2と回転定盤4によって構成される。ヘッド機構2はウェーハを保持しつつ回転定盤4の上面に設けられた研磨布3の溝形成部に対してウェーハの被研磨面を押圧し、ヘッド機構2と回転定盤4を共に回転することによりヘッド機構2と回転定盤4とを相対運動させ、研磨液供給手段5から研磨液6を供給しながらウェーハの被研磨面を研磨する。なお、研磨液6としては、例えばコロイダルシリカ等を砥粒として含むアルカリ系研磨液等が用いられる。
【００３８】
研磨液6を供給する場所は特に限定されないが、図５に示すように、研磨布の溝形成部に供給すると、ウェーハ被研磨面全体に研磨液が均一に供給され易いため、研磨量の均一化を図る上では好ましい。また、研磨布の溝形成部であり、且つ、ヘッド機構2の中心部の回転軌道近傍に研磨液6を供給することがより好ましい。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明例および比較例により本発明の効果を説明するが、本発明例はあくまで本発明を説明する例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。
φ300mmの(100)シリコンウェーハ（P型，1-20Ωcm）について、湿式発泡ウレタン素材の円形研磨布（φ770mm）であって、φ80mmの円周部から外周部に向けて種々の本数の放射線状溝が形成された研磨布および溝無し研磨布を用い、図1に示す片面研磨装置により仕上げ研磨を行った。上記放射線状溝の本数、並びに、研磨条件は以下のとおりである。
＜放射線溝の本数＞
本発明例：100本，144本，200本
比較例  ：0本，40本，80本
＜研磨条件＞
回転定盤およびヘッド機構の回転数：20rpm
ウェーハ全面圧力：17kPa
研磨取代：0.1μm（目標値）
研磨時間：210sec.
研磨液：アルカリ研磨液（コロイダルシリカ含有）
上記において、回転定盤とヘッド機構の回転方向は同方向である。また、ウェーハ被研磨面を研磨布の溝形成部分に押圧し、ヘッド機構2の中心部の回転軌道部に研磨液を供給しながら研磨を行った。
【００４０】
（評価）
研磨後の各シリコンウェーハについて、研磨量並びに被研磨面内における研磨量のバラツキを計測した。計測結果を図６に示す。なお、研磨量の測定には、ナノメトリックス(株)製「ナノスペック8300」を用いた。また、ウェーハ厚みを研磨前後で各々121箇所測定し、研磨前後の厚み差分の平均値を研磨量とした。更に、上記厚み差分の最大値と最小値との差を研磨量のバラツキとした。
【００４１】
図６に示すとおり、本発明例１〜３および比較例１〜３では研磨量が同等（約1030Å）であるにも拘らず、被研磨面内における研磨量のバラツキについては大きな差異が認められ、比較例１〜３に対して本発明例１〜３では研磨量のバラツキが極めて良好な結果となっている。溝無し研磨布を用いた比較例１では、上記バラツキが125Åであった。また、研磨布に形成された溝の本数がそれぞれ40本および80本であり、本発明の範囲に満たない比較例２および３では、溝無し研磨布を用いた比較例１に対して上記バラツキが多少改善されているものの、その値は102Å,107Åであり、依然として大きなバラツキを示している。一方、本発明例である実施例１〜３では、上記バラツキが何れも51Å以下であり、比較例２および３に対しても上記バラツキが半分以下となっている。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
被研磨面の研磨痕を抑制し、且つ、被研磨面全体に亘り研磨量を均一化することができる研磨布、並びに、該研磨布を用いたウェーハの片面研磨方法および片面研磨装置を提供する。
【符号の説明】
【００４３】
1 … 研磨装置
2 … ヘッド機構
3 … 研磨布
4 … 回転定盤
5 … 研磨液供給手段
6 … 研磨液
7 … ヘッド昇降軸
8 … ヘッド昇降軸受け
【図１】
2010253580.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010253580.tif 000007
【図６】
2010253580.tif 000008