(57)【要約】      （修正有）【課題】十分な研磨レートを得ることができる研磨方法を提供する。【解決手段】第一の面及び第二の面を有する被研磨物８のうちの前記第一の面と、研磨パッド４と、の間に、磁性粒子を連続した研磨層で被覆した研磨砥粒を含む研磨材６を供給し、前記被研磨物８に対して前記第二の面側から永久磁石１２により磁場を印加して、前記第一の面における磁束密度を４０ｍＴ以上２００ｍＴ未満とし、前記第一の面を前記研磨パッド４により研磨する研磨方法。【選択図】図３
2014087900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の面及び第二の面を有する被研磨物のうちの前記第一の面と、研磨パッドと、の間に、磁性粒子を連続した研磨層で被覆した研磨砥粒を含む研磨材を供給し、
前記被研磨物に対して前記第二の面側から磁場を印加して、前記第一の面における磁束密度を４０ｍＴ以上２００ｍＴ未満とし、
前記第一の面を前記研磨パッドにより研磨すること、
を特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記研磨層がシリカで構成されていること、を特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨方法に関し、より具体的には、例えば半導体ウェハーやガラス基板等の被研磨物を研磨するのに好適な研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性スラリーを研磨材として用いるＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）方法では、ターンテーブル及び／又はウェハーチャックヘッドに配置された複数の電磁石によって磁力分布を変更させることにより、ウェハー面内で均一に研磨レートを向上させることが重要とされている。
【０００３】
ここで、例えば特許文献１（特開平０８−１５５８３１号公報）においては、ウェハーチャックテーブルとターンテーブルとを平行に維持することにより半導体ウェハーを均一の厚みに研磨することを目的として、図１に示すような構造の研磨装置を用いる方法が提案されている。
【０００４】
即ち、上記特許文献１の研磨装置１００においては、ウェハーチャックテーブル１０４の内部に第１の磁気発生体１０８を、ターンテーブル１０７の内部に第１の磁気発生体１０８が発生する磁気に対して反発する磁気を発生する第２の磁気発生体１０９をそれぞれ設け、第１の磁気発生体１０８が発生する磁気と第２の磁気発生体１０９が発生する磁気とにより発生する斥力により、ウェハーチャックテーブル１０４の下面とターンテーブル１０７の上面との間の平行を維持し、半導体ウェハーを均一の膜厚に研磨するとされている（特許文献１、要約、図１等）。
【０００５】
また、特許文献２（特開２００１−２５２８６２号公報）においては、スラリーに含まれる粒子密度のウェハー面内分布を最適化して、ウェハー被研磨面の凹凸形状や材質の変動に対して、容易に最適粒子分布を設定でき、研磨レートのウェハー面内均一性を向上させることを意図した研磨方法及びその装置が開示されている。
【０００６】
即ち、上記特許文献２の研磨装置２００においては、回転板２０８に取り付けたウェハー２１０を回転する研磨パッド２０４に押しつけ、磁性粒子を含有するスラリー２０５を供給しながらウェハー２１０の表面を研摩する際に、回転板２０８と回転テーブル２０１に内蔵させた複数の電磁石２０２，２０９の磁気の極性及び磁気の強さを変化させて、スラリーに磁気を作用させ、ウェハー面内に分布している前記スラリー内の磁性粒子密度分布を均一にするとされている（上記特許文献２、要約、図２等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−１５５８３１号公報
【特許文献２】特開２００１−２５２８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１及び２に記載されている従来技術によっても、十分な研磨レートを得るという観点からは、未だ改善の余地があった。そこで、本発明の目的は、十分な研磨レートを得ることができる研磨方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は上記目的を達成すべく、研磨方法に用いる研磨装置及び研磨材について鋭意研究を重ねた結果、十分な研磨レートを確実に得るためには、研磨材として磁性粒子を連続した研磨層で被覆した研磨砥粒を用い、被研磨物に対して研磨面とは反対側の面から所定の磁束密度の磁場を印加することが極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。
【００１０】
即ち、本発明は、
第一の面及び第二の面を有する被研磨物のうちの前記第一の面と、研磨パッドと、の間に、磁性粒子を連続した研磨層で被覆した研磨砥粒を含む研磨材を供給し、
前記被研磨物に対して前記第二の面側から磁場を印加して、前記第一の面における磁束密度を４０ｍＴ以上２００ｍＴ未満とし、
前記第一の面を前記研磨パッドにより研磨すること、
を特徴とする研磨方法を提供する。
【００１１】
上記の本発明の研磨方法において用いられる、磁性粒子を連続した研磨層で被覆した研磨砥粒の形状は特に限定されず、例えば、球状、楕円状、針状、柱状、数珠状、棒状、板状、塊状、繊維状、紡錘状等の各種形状を有していてもよく、表面に凹凸を有していてもよい。また、表面に凹凸を有している形状も含む。
【００１２】
磁性粒子を被覆する研磨層は、本発明の効果を損なわない範囲で従来公知の種々の硬質材料を用いることができるが、シリカ（二酸化珪素）で構成されていることが好ましい。
【００１３】
また、上記の本発明の研磨方法においては、被研磨物に対して第二の面（裏面）側から磁場を印加し、第一の面（表面、研磨面）における磁束密度を４０ｍＴ以上２００ｍＴ未満とする。第一の面における磁束密度は、ガウスメーター（例えば、カネテック（株）製のテスラメーターＴＭ−７０１等）によって測定することができる。
【００１４】
このような構成を有する研磨方法によれば、被研磨物の第一の面（表面、研磨面）に磁性砥粒を確実に固着させることができ、磁性砥粒の消費量を抑えることができる。また、研磨パッドを当該第一の面に摺動させることにより、高い研磨レートを得ることができる。これにより、研磨時間を短縮し、被研磨物への荷重を軽減させることもでき、バッチ処理できる被研磨物の数を増加させることができる。加えて、磁性粒子を連続した研磨層で被覆することで、高効率な研磨を達成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、十分な研磨レートを得ることができる研磨方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】特許文献１における研磨装置の概略側面図である。
【図２】特許文献２における研磨装置の概略側面図である。
【図３】本発明の研磨方法を実施するために用いる研磨装置の一実施形態の基本構成を示す概略側面図である。
【図４】本発明に用いる磁性粒子を連続した研磨層で被覆した研磨砥粒の概略断面図である。
【図５】実施例１で用いた酸化鉄粒子のＳＥＭ写真である。
【図６】実施例１で用いたシリカコート磁性粒子のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の研磨方法の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。
【００１８】
図３は、本発明の研磨方法を実施するために用いる研磨装置の一実施形態の基本構成を示す概略側面図である。図３に示すように、この研磨装置１においては、回転テーブル（研摩定盤）２上に研摩パッド４が配置されており、研磨パッド４上へ磁性スラリー６が供給される。
【００１９】
回転テーブル２の上方には、第一の面及び第二の面を有する平板状の被研磨物であるウェハー（又はソーダガラス基板等）８を、第二の面（裏面）側から固定し回転するヘッド（取付けプレート）１０が設けられており、ウェハー８に対して第二の面から荷重をかけてウェハー８の第一の面（表面、被研磨面）を研磨パッド４に押しつける。
【００２０】
更に、ヘッド１０の上方には、被研磨物であるウェハー８に磁場を印加して、ウェハー８の第一の面（表面、被研磨面）における磁束密度を所定の範囲にコントロールすべく、永久磁石１２が複数個配置されている。これにより、ウェハー８の第一の面に固着する磁性砥粒の分布を、その第一の面内において略均一にコントロールすることができる。
【００２１】
即ち、本実施形態の研磨方法は、第一の面及び第二の面を有する被研磨物であるウェハー８の第一の面と、研磨パッド４と、の間に、図４に示される磁性粒子を連続した研磨層で被覆した研磨砥粒２０を含む研磨材である磁性スラリー６を供給し、ウェハー８に対して第二の面側から磁場を印加して、第一の面における磁束密度を４０ｍＴ以上２００ｍＴ未満とし、第一の面を研磨パッド４により研磨するものである。
【００２２】
磁性粒子を連続した研磨層で被覆した研磨砥粒２０は磁性粒子３０と研磨層３２とを有し、磁性粒子３０の表面は研磨層３２によって連続的に被覆されている。磁性粒子３０は表面に露出しておらず、研磨中における研磨層３２の剥落を抑制することができる。磁性粒子３０への研磨層３２の被覆手法としては、例えば、ゾルゲル法やＣＶＤ法等を用いることができる。
【００２３】
磁性粒子３０としては、本発明の効果を損なわない範囲で従来公知の種々の材料の磁性粒子を用いることができ、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、マグネタイト、センダストなど強磁性を有する金属及びそれらの合金や酸化物等を挙げることができ、これらをそれぞれ単独で又は任意に組合せて用いることができる。
【００２４】
また、被覆層３２としても、本発明の効果を損なわない範囲で従来公知の種々の硬質材料を用いることができ、例えば、ダイヤモンド、酸化セリウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化マンガン、酸化鉄、酸化亜鉛及び炭化珪素等を挙げることができ、これらをそれぞれ単独で又は任意に組合せて用いることができるが、シリカを用いることが好ましい。シリカはガラス精密研磨に好適に使用できることに加え、ガラス研磨用途以外にも適用範囲が広い。酸化セリウムもガラス精密研磨に用いることができるが、その他の用途には適用が困難である。加えて、酸化セリウムはレアアースを含んでおり、シリカと比較してコストが高いという問題がある。
【００２５】
そして、磁性粒子を連続した研磨層で被覆した研磨砥粒２０の形状は特に限定されず、例えば、球状、楕円状、針状、柱状、数珠状、棒状、板状、塊状、繊維状、紡錘状等の各種形状を有していてもよく、表面に凹凸を有していてもよい。また、表面に凹凸を有している形状も含む。
【００２６】
また、磁性粒子を連続した研磨層で被覆した研磨砥粒２０の粒径は、本発明の効果を損なわない範囲であれば従来の範囲をとり得るが、例えば０．３〜２００μｍ（メジアン径）であるのが好ましい。このメジアン径は、具体的には、レーザー回折法で測定されるものである。具体的には、レーザー回折式粒度分布計（日機装（株）製のＭｉｃｒｏｔｒａｃ  ＭＴ３３００ＥＸ  ＩＩ）を用い、主に水を分散溶媒とし、または粒子分散に適したその他分散溶媒を用いた湿式測定により、粒子屈折率、分散溶媒屈折率、球状か非球状かの選択、粒子が透過性か否かの選択を適切に設定することで算出される。
【００２７】
また、本実施形態の研磨方法において用いられる研磨材は、上記のように、磁性粒子を連続した研磨層で被覆した研磨砥粒２０を含む磁性スラリー６の形態を有するものである。磁性スラリー６からなる研磨材は、磁性粒子を連続した研磨層で被覆した研磨砥粒と、水等の分散媒と、を含む流体である。場合によっては、アルカリや酸等の化学液も添加される。
【００２８】
図３に示す研磨装置１においては、回転テーブル２及びヘッド１０いずれもが回転可能であり、ヘッド１０はＦｒｅｅ回転で定盤と連れ周りさせてもよく、強制的に駆動をかけ回転数を調整してもよい。
【００２９】
本実施形態の研磨方法においては、ウェハー８に対して第二の面（裏面）側から磁場を印加し、第一の面（表面、研磨面）における磁束密度を４０ｍＴ以上２００ｍＴ未満とする。磁束密度が４０ｍＴ未満であると、磁性砥粒を引き付ける力が弱く、磁場の効果が十分に得られないというデメリットがあり、磁束密度が２００ｍＴ以上であると、磁場により引き付けられる磁性砥粒が過剰になり、パッドの働きで被研磨物表面の砥粒を摺動させ研磨する機構が十分に働かないというデメリットがある。
【００３０】
研磨パッド４としては、本発明の効果を損なわない範囲で従来公知の種々の材料で構成された研磨パッドを用いることができ、被研磨物であるウェハー８の第一の面（表面、被研磨面）と摺動可能であり、ウェハー８と研磨パッド４との間に磁性砥粒を介在させながら摺動させることにより、上記第一の面を研磨できるものであればよい。
【００３１】
かかる研磨パッド４としては、例えば織布及び不織布の研磨パッドが挙げられる。更に好適な研磨パッドは、種々の密度、硬度、厚さ、圧縮性、圧縮時の反発能力及び圧縮弾性率を有する任意の好適なポリマーを含むことができる。好適なポリマーとしては、例えばポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ナイロン、フルオロカーボン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン及びポリプロピレン等が挙げられ、これらをそれぞれ単独で又は任意に組合せて用いることができる。
【００３２】
なかでも、研磨パッド４としては、磁場により被研磨物表面に固着した磁性砥粒を効果的にかきとり摺動させるという観点から、不織布で構成されている研磨パッドを用いるのが好ましい。また、不織布を構成する材料としては、適度な硬度、空隙、親水性により、スクラッチ発生の抑制、砥粒の保持、研磨液の浸透、削りクズの排出など必要な性能を具備し、市場の品種の豊富さや入手の容易さという観点から、ポリエステル繊維の不織布にウレタン樹脂を含浸させたものであるのが好ましい。
【００３３】
永久磁石１２としては、例えばネオジム磁石、サマコバ磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石等が挙げられ、磁束密度が高く強い磁場が得られるという観点から、ネオジム磁石を用いるのが好ましい。
【００３４】
永久磁石１２の個数や形状については、被研磨物であるウェハー８の第一の面（表面、被研磨面）における磁束密度が上記範囲内となり、かつ磁性砥粒が略均一に固着するように、適宜選択すればよい。
【００３５】
次に、本実施形態における研磨方法についてより具体的に説明する。回転テーブル２を回転軸２ａにより一定の速度で回転させる。回転テーブル２上に設置された研磨パッド４の上面に磁性粒子を連続した研磨層で被覆した研磨砥粒を含む磁性スラリー６を適下し、研磨パッド４上に磁性スラリー６が略均一に広がらせる。
【００３６】
一方、ウェハー８を予め裏返しにして（即ち、被研磨面を下側にして）、ヘッド１０に固定させる。ヘッド１０を回転軸（図示せず。）により一定の速度で回転させながら、研磨パッド４にウェハー８の第一の面が対向して接触するように、ヘッド１０の上方から荷重をかけて加圧し、ヘッド１０でウェハー８の第一の面を研磨パッド４に押さえて研磨する。
【００３７】
この研磨中は、回転テーブル２とヘッド１０に設置された永久磁石１２により、ウェハー８の第一の面（表面、被研磨面）近傍で磁界を分布させ、これにより磁性スラリー６内の磁性砥粒の略均一な密度分布が形成される。図３においては、永久磁石１２は２個設置されているが、ウェハー８の材質や第一の面の凹凸によって研磨レートの分布が決まるため、ウェハー８の種類（材質や形状等）に合わせて、永久磁石１２の個数や上記磁束密度を選択しておく。
【００３８】
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、かかる設計変更も本発明に含まれる。例えば、上記実施形態においては、永久磁石を用いた場合について説明したが、電磁石を用いてもよい。また、上記実施形態においては、磁性粒子３０の表面が研磨層３２によって連続的に被覆されている場合（即ち、磁性粒子３０が完全に被覆されている場合）について説明したが、磁性粒子の表面の一部が研磨層によって被覆されている場合も本発明に含まれる。即ち、研磨層が非連続的に磁性粒子を被覆している場合も本発明に含まれる。
以下において、実施例及び比較例を用いて本発明をより具体的に説明する。
【実施例】
【００３９】
≪実施例１≫
粒径約２００ｎｍの酸化鉄粒子に膜厚約４０ｎｍのシリカ被覆を施し、シリカコート磁性粒子を作製した。当該酸化鉄粒子及びシリカコート磁性粒子のＳＥＭ写真を図５及び図６にそれぞれ示した。当該ＳＥＭ観察にはＨＩＴＡＣＨＩ製の走査型電子顕微鏡（Ｓ−４８００）を用いた。シリカ被覆にはゾルゲル法を用い、酸化鉄粒子の表面積と目的とするシリカ膜厚との関係から、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、アンモニア水２５％、酸化鉄粒子の仕込み量を決定した。具体的には、ＴＥＯＳを０．７ｍｏｌ／ＥｔＯＨ、アンモニア水を２ｍｏｌ／ＥｔＯＨ、イオン交換水を９ｍｏｌ／ＥｔＯＨとした。
【００４０】
次に、シリカ被覆の手順について説明する。上記酸化鉄をエタノール中に超音波処理によって分散させ、当該溶液にアンモニア水２５％（２ｍｏｌ／ＥｔＯＨ）を添加した。次に、当該溶液にＴＥＯＳ（０．７ｍｏｌ／ＥｔＯＨ）を添加し、３５０ｒｐｍで撹拌しながら２時間の超音波処理を施した。その後、ＭｅＯＨを添加して反応を停止させ、イオン交換水とＭｅＯＨでｐＨ７前後になるまで、デカンテーションと洗浄を繰り返した。最終的に、当該溶液を１２０℃で２０時間乾燥させ、シリカコート磁性粒子を得た。
【００４１】
次に、上記シリカコート磁性粒子と、分散媒である水と、を混合し、シリカコート磁性粒子を９質量％含む水分散体からなる磁性スラリーを２００ｇ調製した。当該磁性スラリーに含まれるシリカコート磁性粒子の比表面積及び総表面積を表１に示した。なお、比表面積はＭＯＵＮＴＥＣＨ製の全自動比表面積測定機（Ｍａｃｓｏｒｂ ＨＭ  ｍｏｄｅｌ−１２０１）を用いて測定し、当該測定値から総表面積を得た。
【００４２】
次に、図３に示す構造を有する研磨装置（Ｌｏｇｉｔｅｃｈ社製のＰＭ−５）において、研磨パッドとしてニッタ・ハース（株）製の不織布パッドＳＵＢＡ６００を用い、永久磁石としてネオジム磁石（３０ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍ、表面磁束密度３３０ｍＴ）を、ガラス基板１枚に対し１個、被研磨物であるソーダライムガラス基板（直径：６．２５ｃｍ，比重：２．４）の第一の面（被研磨面）と反対側の第二の面から３ｍｍの距離に配置した。ソーダライムガラス基板の第一の面（被研磨面）における磁束密度は、１７４ｍＴであった。また、研磨条件は、回転テーブルの回転数を３０ｒｐｍ、ヘッドはフリー回転、研磨圧力２８０ｇｆ／ｃｍ2、１５分間とした。また、磁性スラリーの供給速度は１０ｃｃ／ｍｉｎとした。
【００４３】
［評価］
上記のようにして研磨したソーダガラス基板について、研磨レートを、被研磨物の重量減少を測定し、基板の密度及び基板面積から換算して求めた。結果を表２に示した。
【００４４】
≪比較例１≫
平均粒径８０ｎｍのコロイダルシリカと、分散媒である水と、を混合し、シリカ粒子を５質量％含む水分散体からなるスラリーを２００ｇ調製した。当該スラリーに含まれるコロイダルシリカの比表面積及び総表面積を表１に示す。なお、比表面積はＭＯＵＮＴＥＣＨ製の全自動比表面積測定機（Ｍａｃｓｏｒｂ  ＨＭ  ｍｏｄｅｌ−１２０１）を用いて測定し、当該測定値から総表面積を得た。
【００４５】
磁性スラリーの代わりに上記スラリーを用い、研磨の際に磁場を印加しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、ソーダガラス基板を研磨し、研磨レート及び表面粗度を求めた。結果を表２に示す。なお、コロイダルシリカを用いる場合、磁場印加の有無が研磨レート及び表面粗度に影響を与えないことを予備実験にて確認している。
【００４６】
≪比較例２≫
平均粒径８０ｎｍのコロイダルシリカと、分散媒である水と、を混合し、シリカ粒子を４０質量％含む水分散体からなるスラリーを２００ｇ調製した。当該スラリーに含まれるコロイダルシリカの比表面積及び総表面積を表１に示す。なお、比表面積はＭＯＵＮＴＥＣＨ製の全自動比表面積測定機（Ｍａｃｓｏｒｂ  ＨＭ  ｍｏｄｅｌ−１２０１）を用いて測定し、当該測定値から総表面積を得た。
【００４７】
磁性スラリーの代わりに上記スラリーを用い、研磨の際に磁場を印加しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、ソーダガラス基板を研磨し、研磨レート及び表面粗度を求めた。結果を表２に示す。なお、コロイダルシリカを用いる場合、磁場印加の有無が研磨レート及び表面粗度に影響を与えないことを予備実験にて確認している。
【００４８】
【表１】
2014087900.tif 000003
【００４９】
表１に示す結果から、実施例１の磁性スラリーに含まれるシリカコート磁性粒子と、比較例１のスラリーに含まれるコロイダルシリカと、は同等の総表面積を有しており、比較例２のスラリーに含まれるコロイダルシリカは実施例１の磁性スラリーに含まれるシリカコート磁性粒子の８倍の総表面積を有している。
【００５０】
【表２】
2014087900.tif 000004
【００５１】
表２に示す結果から、本発明の研磨方法（実施例１）によれば、コロイダイルシリカを用いた場合（比較例１及び比較例２）よりも優れた研磨レートが得られることがわかる。実施例１における研磨レートは、８倍の砥粒総表面積を有するスラリーを用いた比較例２よりも大きな値を示している。
【図１】
2014087900.tif 000005
【図２】
2014087900.tif 000006
【図３】
2014087900.tif 000007
【図４】
2014087900.tif 000008
【図５】
2014087900.tif 000009
【図６】
2014087900.tif 000010