(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織布に樹脂を含浸させた研磨パッドにウェーハ主面を摺接させて、鏡面研磨するウェーハの研磨方法において、前記研磨パッドの表面粗さと圧縮率の比｛表面粗さＲａ（μｍ）／圧縮率（％）｝を３.８以上にし研磨することを特徴とするウェーハの研磨方法。
【請求項２】
前記研磨パッドの圧縮率を２％以上４．５％以下としたことを特徴とする請求項１記載のウェーハの研磨方法。
【請求項３】
前記研磨パッドの表面粗さを１５μｍ〜１９μｍとしたことを特徴とする請求項１又は２記載のウェーハの研磨方法。
【請求項４】
不織布に樹脂を含浸させたウェーハ研磨用研磨パッドにおいて、前記研磨パッドの表面粗さと圧縮率の比｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝を３.８以上にしたことを特徴とするウェーハ研磨用研磨パッド。
【請求項５】
前記研磨パッドの圧縮率を２％以上４．５％以下としたことを特徴とする請求項４記載のウェーハ研磨用研磨パッド。
【請求項６】
前記研磨パッドの表面粗さを１５μｍ〜１９μｍとしたことを特徴とする請求項４又は５記載のウェーハ研磨用研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウェーハの研磨方法及びそのウェーハの研磨方法に好適に用いられるウェーハ研磨用研磨パッドに関する。
【０００２】
【関連技術】
従来、半導体基板材料として用いられるシリコンウェーハの製造方法は、一般にチョクラルスキー（Czochralski；ＣＺ）法や浮遊帯域溶融（Floating Zone；ＦＺ）法等を使用して単結晶インゴットを製造する結晶成長工程、この単結晶インゴットをスライスし、少なくとも一主面が鏡面状に加工されるウェーハ加工工程を経る。更に詳しくその工程を示すと、ウェーハ加工工程は、単結晶インゴットをスライスして薄円板状のウェーハを得るスライス工程と、該スライス工程によって得られたウェーハの割れ、欠けを防止するためにその外周部を面取りする面取り工程と、このウェーハを平坦化するラッピング工程と、面取り及びラッピングされたウェーハに残留する加工歪みを除去するエッチング工程と、そのウェーハ表面を鏡面化する研磨（ポリッシング）工程と、研磨されたウェーハを洗浄して、これに付着した研磨剤や異物を除去する洗浄工程を有している。上記ウェーハ加工工程は、主な工程を示したもので、他に熱処理工程等の工程が加わったり、同じ工程を多段で行なったり、工程順が入れ換えられたりする。
【０００３】
これらの工程のうち、研磨（ポリッシング）工程ではいろいろな形態の研磨方式がある。例えば、シリコンウェーハの鏡面研磨方法は、ラッピング加工のように両面を同時に鏡面化する両面研磨方式や１枚ずつウェーハをプレートに真空吸着保持して研磨する枚葉方式、ウェーハをワックス等の接着剤を使用しないで、バッキングパッドとテンプレートで保持しつつ研磨するワックスフリー研磨方式等様々な方式がある。現在のところガラスやセラミック等のプレートに複数枚のウェーハをワックスで貼り付けて片面を研磨するワックスマウントバッチ式片面研磨装置を用いて研磨する方式が主流である。この研磨装置ではウェーハが保持されたプレートを研磨パッドを貼った定盤上に置き、上部トップリングに荷重を掛けて、定盤及びトップリングを回転させながら研磨を行なう。
【０００４】
これらの研磨方式で用いられる研磨パッドは、一般的に不織布タイプの研磨パッドやスエードタイプの研磨パット等が用いられている。不織布タイプの研磨パッドはポリエステルフェルト（組織はランダムな構造）にポリウレタンを含浸させたもので多孔性があり、かつ弾性も適度で、高い研磨速度と平坦性にすぐれ、ダレの少ない加工ができるようになっている。シリコン基板の１次研磨用で広く使用されている。
【０００５】
スエードタイプ研磨パットは、ポリエステルフェルトにポリウレタンを含浸させた基材に、ポリウレタン内に発泡層を成長させ、表面部位を除去し発泡層に開口部を設けたもの（この層をナップ層と呼ぶ）で、特に仕上げ研磨用に使用されており、発泡層内に保持された研磨剤が、工作物と発泡層内面との間で作用することにより研磨が進行する。ケミカルメカニカルな研磨に多用され、ダメージのない面が得られるが、時間をかけると周辺ダレが発生しやすい。他にも、発泡ウレタンシート等の研磨パッドがある。
【０００６】
研磨パッドの製造方法としては、例えば不織布タイプの研磨パッド等はポリエステルフェルトにポリウレタン等の樹脂を含浸させ硬化させ、その表面を超硬砥粒の付いたロール状の砥石で研削（バフィングという）して任意の特性の研磨パッドを作製している。樹脂の材質や含浸量及び表面のバフィング加工条件によってその研磨パッドの圧縮率等を制御している。現状では、圧縮率については数％程度の研磨パッドが用いられており、低圧縮率のものが外周ダレ制御に効果が見られることが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
研磨工程では、研磨されたウェーハの品質を一定に保つことが重要である。その為には、研磨パッドの安定性が重要であるが、特に研磨パッド表面の面粗さや研磨パッドの圧縮率、圧縮弾性率等が問題となる。
【０００８】
例えば、研磨パッドの圧縮率を小さくすると、研磨装置精度の影響（定盤の形状や定盤の面振れや加工時の振動等）を吸収できず平坦度（以下、フラットネスということがある。）が悪化する問題が発生している。逆に、圧縮率を大きくし過ぎると研磨パッドの沈み込量が大きくなり、外周ダレを引き起こす。
【０００９】
また、研磨パッドの表面粗さにおいては、表面が滑らかで含浸樹脂の存在比が多いと研磨パッドとウェーハ外周部との接触率が高くなり外周ダレが強くなる。逆にバフィングを粗くしてパッド表面の粗さを大きくすると圧縮率自体が大きくなり、やはり外周ダレがより強くなる。
【００１０】
本発明は、上記事情を鑑みなされたものであって、ウェーハの外周ダレを効果的に防止するウェーハの研磨方法及びそのウェーハの研磨方法に好適に用いられるウェーハ研磨用研磨パッドを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
表面粗さと圧縮率は関連のある品質で、表面粗さを粗くすると圧縮率は大きくなってしまう傾向がある。外周ダレをなくすにはなるべく表面粗さは大きくし、圧縮率は小さくしたいが、相反する品質でこれまでは一方の品質のみの制御となっていた。上記課題を解決するため、本発明者らが鋭意調査したところ、平坦度を維持するには、これらの特性の比を取ることで最適な研磨パッドの品質を規定できることを発見し、本発明を完成させた。
【００１２】
つまり、本発明のウェーハの研磨方法は、不織布に樹脂を含浸させた研磨パッドにウェーハ主面を摺接させて鏡面研磨する方法において、前記研磨パッドの表面粗さと圧縮率の比｛表面粗さＲａ（μｍ）／圧縮率（％）｝を３.８以上にし研磨することを特徴とする。
【００１３】
本発明のウェーハ研磨用研磨パッドは、不織布に樹脂を含浸させた研磨パッドにおいて、前記研磨パッドの表面粗さと圧縮率の比｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝を３．８以上にしたことを特徴とする。
【００１４】
上記した表面粗さと圧縮率の比が大きいほど平坦度が良くなる傾向にあるため、この比の上限は特に限定するものではないが、表面粗さや圧縮率を考慮すると１０以下が適当である。特に研磨布の製造のしやすさ等を考慮すると５〜６程度が好ましい。
【００１５】
特に、圧縮率は２％以上４．５％以下であることが好ましい。２％未満の圧縮率の場合、研磨装置定盤形状の影響や加工時の僅かな振動の影響が吸収できず、逆に外周ダレを発生させてしまう。また、圧縮率が４．５％を越えると研磨パッドの沈み込みにより逆に外周ダレが強くなってしまう。
【００１６】
また、表面粗さも１５μｍ〜１９μｍの範囲で制御すると好ましい。この範囲の研磨パッドであれば、高品質なウェーハが研磨できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一つの実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。図４は本発明の研磨方法に用いられる研磨装置の一例を示したものであり、枚葉式研磨ヘッドを具備したワークの研磨装置の構成概要を説明するための要部概略断面説明図である。
【００１８】
図４において、符号１０は研磨装置で、ウェーハＷ、例えばシリコン等の半導体ウェーハの片面を研磨する装置として構成される。研磨装置１０は、回転する定盤（回転テーブル）１２と研磨ヘッド１４及び研磨剤供給管１６を有している。この定盤１２は回転軸１８により所定の回転速度で回転され、その上面には研磨パッド２０が貼付してある。
【００１９】
そして、ウェーハＷは、真空吸着等により研磨ヘッド１４のウェーハ保持盤基体２２のウェーハ保持面２２ａに保持され、研磨ヘッド１４により回転されると同時に所定の荷重で定盤１２の研磨パッド２０に押しつけられる。
【００２０】
研磨剤Ｌの供給は研磨剤供給管１６から所定の流量で研磨パッド２０上に供給し、この研磨剤ＬがウェーハＷと研磨パッド２０の間に供給されることによりウェーハＷの表面が研磨される。
【００２１】
さらに、研磨ヘッド１４は、ウェーハ保持面２２ａと多数の吸着貫通孔ｈをもつウェーハ保持盤本体２２及び保持盤裏板２４とから構成され、吸着貫通孔ｈは保持盤裏板２４に設けた真空用溝２６を経てバキューム路２８から不図示の真空装置につながり、真空の発生によってウェーハ保持面２２ａにウェーハＷを吸着保持するようになっている。
【００２２】
更に外カバー３０と保持盤裏板２４及び環状弾性体３２とで囲まれる空間３４を形成し、該空間３４に加圧空気供給路３６が延設され、不図示の加圧空気供給装置につながっている。この加圧空気供給装置の圧力調整により、研磨圧力を調整可能にしている。
【００２３】
本発明のウェーハの研磨方法に用いられる研磨装置は図４に示した形態に限定するものではないことは勿論である。
【００２４】
本発明のウェーハの研磨方法は、例えば、図４に示したような研磨装置１０において、研磨パッド２０として本発明の特定の性能を有する研磨パッドを用いるものである。本発明方法で用いる研磨パッド、即ち、本発明の研磨パッドは、研磨前の段階で｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝が３．８以上であることが必須である。つまり、アズレシーブの状態（研磨布を製造した段階又は購入した段階））で研磨パッドの品質を、本発明における所定の条件を具備するように調整する。
【００２５】
ここで、研磨パッドの圧縮率はJIS L-1096に準拠した方法で測定する。具体的にはデジタルリニアゲージ（例えば、ミツトヨ製１ＤＢ−１１２Ｍ）を使用し、初荷重ＷＯを負荷後１分後の厚さＴ１を読み、同時に荷重をＷ１に増やし、１分後の厚さＴ２を読む。そして圧縮率（％）は、｛（Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ１｝×１００で算出する。初荷重Ｗ０は３００ｇ／ｃｍ2、荷重Ｗ１は１８００ｇ／ｃｍ2で評価する。
【００２６】
また、表面粗さは、研磨パッドの表面を触針式の粗さ測定器（例えば、東京精密製  Ｓｕｒｆｃｏｍ４８０Ａ）を用い、所定の測定条件（測定長１２．５ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｍｉｎ、カットオフ２．５ｍｍ、Ｒａ値）で測定する。
【００２７】
特に、本発明方法に用いる研磨パッド、即ち本発明の研磨パッドの圧縮率は２％以上４．５％以下であることが好ましい。したがって、表面粗さＲａ（μｍ）／圧縮率（％）＝３．８以上という本発明の特徴を示す関係式より、本発明の研磨パッドの表面粗さは好ましくは７．６μｍ以上であり、更に好ましくは、１５μｍ〜１９μｍの範囲で制御すると良い。例えば、表面粗さ１８μｍの研磨パッドでは圧縮率が２％〜４．７％、表面粗さが１５μｍの研磨パッドでは圧縮率が２％〜３．９％程度の研磨パッドにするのが好適である。
【００２８】
本発明の研磨パッドの製造方法は特に従来方法とは違わないが、本発明の研磨パッドでは特に圧縮率と表面粗さの関係に注意し製造する必要がある。本発明の研磨パッドに要求される条件を有する研磨パッドを製造するには、例えば、研磨パッドを製造する時の条件、例えば不織布タイプの研磨布でポリエステルフェルトにポリウレタンを含浸させたものであれば、ポリウレタンの含浸量を調整し、まず圧縮率を２％程度（２％よりやや小さく）にし、次に目の粗さが＃１００前後の砥石により研磨パッド表面をバフィングすることにより粗さを調整し本発明の条件を満たすようにすればよい。
【００２９】
また、本発明方法においては、ウェーハの研磨中も、研磨パッドの｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝を３．８以上とする必要がある。しかし、研磨条件、例えば研磨剤等の影響や使用時間等で研磨パッドの品質は研磨中でも変化していくことは避けられない。従って、現実の研磨作業においては、少なくとも研磨パッドを使用する開始段階でこの範囲に入るようにする。また、繰り返し研磨を行なった場合、徐々に研磨パッドの品質も変化していくが、その途中で研磨パッドのドレッシング等を行ない｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝を３．８以上となるように調整すればよい。
【００３０】
【実施例】
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【００３１】
（実験例１）
研磨パッドの｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝を変化させ、研磨後のウェーハフラットネスとの関係を調べた。フラットネスはＡＤＥ社のフラットネステスター９７００Ｅ＋を用い、エッジ除外２ｍｍで２５ｍｍセルのサイズでＳＦＱＲ（Site Front least sQuares〈site〉Range：サイト毎のウェーハ表面の高低差）を測定し、ウェーハ面内のセルのＭａｘ値（ＳＦＱＲｍａｘ）を評価した。
【００３２】
エッチング処理された８インチウェーハについて、図４に示した研磨装置と同様の研磨装置に｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝の異なる研磨パッドを張り付け、研磨圧力３００ｇ／ｃｍ2及び研磨時間１５分の研磨条件で、コロイダルシリカ含有の研磨剤（ｐＨ＝１０．５）を用い研磨した。
【００３３】
研磨後のフラットネス（ＳＦＱＲｍａｘ：エッジ除外２ｍｍの場合）の結果と研磨パッドの（｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝）の関係を図１に示す。図１に示すように、この比はフラットネスに大きく影響し、直線状の良い相関があることがわかった。つまり｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝で研磨パッドの品質を規定することが重要であることがわかる。
【００３４】
現状では、平坦度としてＳＦＱＲｍａｘ＝０．１３μｍ以下の品質が要求されており、この比で規定する場合、その比が３．８以上であれば、安定して高平坦度のウェーハが得られることがわかる。
【００３５】
なお、図２には、研磨パッドの表面粗さ（μｍ）とフラットネス（エッジ除外２ｍｍの場合）との関係、図３には研磨パッドの圧縮率とフラットネス（エッジ除外２ｍｍの場合）との関係を示す。これらの図からわかるように、個別に表面粗さ、圧縮率を制御してもフラットネスと相関は低く、好ましい研磨パッドを規定できないが、本発明のように｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝の比を取る事で、フラットネスの制御が容易な研磨パッドを規定できる。特に上記｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝の比が３．８以上であると今後要求されるフラットネスのウェーハを容易に製造でき好ましい。
【００３６】
（実施例１）
図４に示した研磨装置と同様の研磨装置に、圧縮率３．９％、表面粗さ１６．２μｍの研磨パッド（｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝＝４．１５）を用い８インチウェーハ１００枚を研磨した。研磨したウェーハの平坦度を周辺３ｍｍ除外及び周辺２ｍｍ除外の厳しい条件で測定した。
【００３７】
研磨の結果、すべてのウェーハでＳＦＱＲｍａｘ＝０．１２μｍ以下の平坦度が得られた。２ｍｍ除外で評価してもＳＦＱＲｍａｘ＝０．１２μｍ以下のフラットネスであり、外周部まで平坦なウェーハが安定して研磨されている事がわかる。
【００３８】
（実施例２）
図４に示した研磨装置と同様の研磨装置に、圧縮率４．６％、表面粗さ１７．８μｍの研磨パッド（｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝＝３．８７）を用い８インチウェーハ１００枚を研磨した。研磨したウェーハの平坦度を周辺３ｍｍ除外及び周辺２ｍｍ除外の厳しい条件で平坦度を測定した。
【００３９】
研磨の結果、すべてのウェーハでＳＦＱＲｍａｘ＝０．１３μｍ以下の平坦度が得られた。２ｍｍ除外でも評価してもＳＦＱＲｍａｘ＝０．１３μｍ以下のフラットネスであり、外周部まで平坦なウェーハが安定して研磨されている事がわかる。
【００４０】
（実施例３）
図４に示した研磨装置と同様の研磨装置に、圧縮率３．２％、表面粗さ１７．５μｍの研磨パッド（｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝＝５．４７）を用い８インチウェーハ１００枚を研磨した。研磨したウェーハの平坦度を周辺３ｍｍ除外及び周辺２ｍｍ除外の厳しい条件で平坦度を測定した。
【００４１】
研磨の結果、すべてのウェーハでＳＦＱＲｍａｘ＝０．１０μｍ以下の平坦度が得られた。２ｍｍ除外で評価してもＳＦＱＲｍａｘ＝０．１０μｍ以下のフラットネスであり、外周部まで平坦なウェーハが安定して研磨されている事がわかる。
【００４２】
（比較例１）
図４に示した研磨装置と同様の研磨装置に、圧縮率４．６％、表面粗さ１４．５μｍの研磨パッド（｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝＝３．１７）を用い８インチウェーハ１００枚を研磨した。研磨したウェーハの平坦度を周辺３ｍｍ除外及び周辺２ｍｍ除外の厳しい条件で平坦度を測定した。
【００４３】
研磨の結果、すべてのウェーハで３ｍｍ除外のＳＦＱＲｍａｘ＝０．１４μｍ程度であり、０．１３μｍ以下の平坦度は得られなかった。２ｍｍ除外で評価した場合は、０．１６μｍ程度で３ｍｍ除外より悪い値が得られ、外周がダレてしまっている事がわかる。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明の研磨パッドを用いた研磨方法によれば、ウェーハの研磨にあたり、外周ダレ、特にエッジ部３ｍｍよりも外周のダレを制御することが可能となり、２ｍｍ除外でＳＦＱＲｍａｘ＝０．１３μｍ以下のフラットネスの達成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実験例１における研磨パッドの｛表面粗さ（μｍ）／圧縮率（％）｝とフラットネス（エッジ除外２ｍｍの場合）との関係を示した図である。
【図２】  実験例１における研磨パッドの表面粗さ（μｍ）とフラットネス（エッジ除外２ｍｍの場合）との関係を示した図である。
【図３】  実験例１における研磨パッドの圧縮率（％）とフラットネス（エッジ除外２ｍｍの場合）との関係を示した図である
【図４】  本発明方法に用いられる研磨装置の一例を示す要部概略断面説明図である。
【符号の説明】
１０：研磨装置、１２：定盤、１４：研磨ヘッド、１６：研磨剤供給管、１８：回転軸、２０：研磨パッド、２２：ウェーハ保持盤基体、２２ａ：ウェーハ保持面、２４：保持盤裏板、２６：真空用溝、２８：バキューム路、３０：外カバー、３２：環状弾性体、３４：空間、３６：加圧空気供給管、Ｌ：研磨剤、Ｗ：ウェーハ。
【図１】
0003664676.tif 000002
【図２】
0003664676.tif 000003
【図３】
0003664676.tif 000004
【図４】
0003664676.tif 000005