(57)【要約】【課題】外周ダレを十分抑制できる研磨布であるか否かの評価を容易に、かつ精度良く行うことができる研磨布の評価方法を提供する。【解決手段】該被処理基板の表面を鏡面研磨加工する研磨布の評価方法において、前記研磨布に所定圧力の加圧、除圧を繰り返し行い、前記研磨布に所定圧力を加えた直後の応力ＰＳ及び該所定圧力の除圧直前の応力ＰＥを測定し、Ｐ＝（ＰＳ−ＰＥ）／ＰＥで求められる値ＰがＰ≦０．２５の条件を満足する場合に、該研磨布が研磨に適した研磨布であると評価することを特徴としている。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
該被処理基板の表面を鏡面研磨加工する研磨布の評価方法において、
前記研磨布に所定圧力の加圧、除圧を繰り返し行い、
前記研磨布に所定圧力を加えた直後の応力ＰＳ及び該所定圧力の除圧直前の応力ＰＥを測定し、
Ｐ＝（ＰＳ−ＰＥ）／ＰＥ
で求められる値ＰがＰ≦０．２５の条件を満足する場合に、該研磨布が研磨に適した研磨布であると評価することを特徴とする研磨布の評価方法。
【請求項２】
前記所定圧力加圧後、再び圧力が加えられるまでの時間を、３００〜２０００ｍｓｅｃとして、繰り返し加圧、除圧された後、前記値Ｐが求められることを特徴とする請求項１に記載された研磨布の評価方法。
【請求項３】
前記所定圧力の加圧時間が３０〜９９９０ｍｓｅｃであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された研磨布の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨布の評価方法に関し、特に被処理基板と繰り返し圧接し、該被処理基板の表面を鏡面研磨加工する研磨布の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子デバイスに用いられる半導体ウエハ（以下ウエハと呼ぶ）の平坦度の要求は、チップ数増加やデバイス微細化等の対応の必要性から益々高くなってきている。
このウエハの平坦化はウエハを鏡面研磨することによってなされるが、その鏡面加工において平坦化（平坦度）を阻害する一つの要因として、いわゆる外周ダレという現象がある。
この外周ダレは、平坦度に最も影響を与える因子の一つであり、ウエハ中央部よりもウエハ周縁部にかかる研磨布の圧力（応力）が大きいために、ウエハ周縁部がより研磨される現象である。この外周ダレの原因は、前記したようにウエハ外周部の圧力（応力）の増大にあるため、その圧力増大を抑制する対策が採られている。
【０００３】
その一般的な対策として、硬質な研磨布、例えば、不織布またはウレタンパッド等の硬質な素材で形成された研磨布を用いることによって、ウエハ外周部における圧力増大を抑制し、外周ダレを低減している。
例えば、特許文献１には、粘弾性値が２０μｍ以下の硬質のポリシャを用いて研磨する方法が示されている。この粘弾性値とは、荷重を加えた時の変位と、荷重を除き回復したときの変位との差、即ち変位の回復量をいうと定義されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−６２０４０号公報（第１頁右欄第１４行乃至第２頁右下欄第１０行）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来にあっては硬質な研磨布、例えば、不織布またはウレタンパッド等の素材で形成された研磨布を用いることによって、ウエハ外周部における圧力増大を抑制し、外周ダレを低減しているが、外周ダレを十分に抑制しているとは言い難かった。
即ち、不織布またはウレタンパッド等の素材の中にも種々あり、どのような素材が研磨布として最適であるか、十分検討されていなかった。
【０００６】
確かに、特許文献１に記載されているような粘弾性値を基準として、研磨布のとして適しているか評価することができるが、研磨布の変位と応力とは必ずしも対応しないという問題があった。即ち、研磨布の変位が同じであっても、研磨布に繰り返し荷重が加わった際、研磨布の応力は徐々に低くなり、被処理基板に与える圧力も小さくなる。
したがって、特許文献１に記載されているような粘弾性値を基準として研磨布を評価する方法は、被処理基板と繰り返し圧接し、該被処理基板の表面を鏡面研磨加工する研磨布の評価方法としては、実態とかけ離れてものであり、あまり好ましいものでなかった。そのため、より実際の研磨装置に沿った研磨布の評価方法が望まれていた。
【０００７】
本願発明者らは、研磨布の粘弾性特性がウエハに加わる圧力分布に大きな影響を与える点に鑑み、外周ダレと研磨布の粘弾性特性に所定の関係があり、粘弾性特性を把握することにより、外周ダレを十分に抑制できる研磨布を特定できると考え、鋭意研究した。
本願出願人らは、この外周ダレを十分に抑制できる研磨布を特定（評価）するために、その前提として実際の使用条件に近い条件下で研磨布の粘弾性特性（応力，変位）を測定することができる粘弾性測定装置が必要であると考え、既にかかる装置を特開２００２−３５７５２０号として提案した。
そして、かかる装置を用いて、研究の結果、粘弾性特性における、研磨布の加圧直後の応力と加圧終了直前の応力の差と、加圧終了直前の応力との比が所定の値以下の特性を有する研磨布が、外周ダレを十分に抑制できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、外周ダレを十分抑制できる研磨布であるか否かの評価を容易に、かつ精度良く行うことができる研磨布の評価方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた本発明にかかる研磨布の評価方法は、該被処理基板の表面を鏡面研磨加工する研磨布の評価方法において、前記研磨布に所定圧力の加圧、除圧を繰り返し行い、前記研磨布に所定圧力を加えた直後の応力ＰＳ及び該所定圧力の除圧直前の応力ＰＥを測定し、Ｐ＝（ＰＳ−ＰＥ）／ＰＥで求められる値ＰがＰ≦０．２５の条件を満足する場合に、該研磨布が研磨に適した研磨布であると評価することを特徴としている。
【００１０】
このような条件を満たす研磨布は、後述する実施例から明らかなように、外周ダレ量を十分抑制でき、被処理基板であるウエハ等の平坦度の精度を向上させることができる。
また、例えば研磨布の応力を測定できる粘弾性測定装置を用いて、研磨布に所定圧力を加えた直後の応力ＰＳ及び該所定圧力の除圧直前の応力ＰＥ求め、Ｐ＝（ＰＳ−ＰＥ）／ＰＥで求められる値Ｐ（圧力増大率）が、Ｐ≦０．２５であるかを検証することによって評価できるため、研磨布を容易に評価することができる。
特に、研磨布に所定圧力を加えた直後の応力ＰＳ及び該所定圧力の除圧直前の応力ＰＥを評価要素としているため、被処理基板と繰り返し圧接し、該被処理基板の表面を鏡面研磨加工する研磨布の評価方法として、より正確に、かつ実態に沿った評価を行うことができる。
【００１１】
ここで、前記所定圧力加圧後、再び圧力が加えられるまでの時間を、３００〜２０００ｍｓｅｃとして、繰り返し加圧、除圧された後、前記値Ｐ（圧力増大率）が求められることが望ましい。
このように、研磨布は被処理基板と繰り返し圧接するため、前記したように繰り返し加圧、除圧された後、前記値Ｐ（圧力増大率）を求めることがより実態に近く望ましい。
なお、前記所定圧力加圧後、再び圧力が加えられるまでの時間を、３００〜２０００ｍｓｅｃの時間とすることにより、前記値Ｐ（圧力増大率）を正確に求めることができる。３００ｍｓｅｃ未満の場合、値Ｐ（圧力増大率）は急激に増大するため、正確な値Ｐ（圧力増大率）を求めることができない。一方、２０００ｍｓｅｃを越える時間の場合、値Ｐは緩やかに増大するが、その傾向に変化なく、２０００ｍｓｅｃを越える時間を設定して測定することは測定上あまり好ましくない。
【００１２】
ここで、前記所定圧力の加圧時間が３０〜９９９０ｍｓｅｃであることが好ましい。更に好ましくは８０〜５００ｍｓｅｃである。また前記加圧、除圧の繰り返しが所定時間（例えば５分間）なされた後、前記値Ｐ（圧力増大率）が求められることが好ましい。
例えば、上記設定においては、所定圧力の加圧時間を４００ｍｓｅｃとし、前記加圧、除圧の繰り返しが、５分間なされた後、前記値Ｐ（圧力増大率）を求められるのが、より実態に近く、より正確に研磨布の評価を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施形態】
以下、本発明にかかる研磨布及びこの研磨布を用いた鏡面研磨方法について説明する。
本発明者らは、図１に示す粘弾性測定装置１００を用いて、被処理基板である半導体ウエハの鏡面研磨に用いられる複数種の素材の研磨布について、その粘弾性特性（応力，変位）を測定した。そして測定した粘弾性特性から後述する圧力増大率Ｐを求め、外周ダレと粘弾性特性との相関関係を圧力増大率Ｐにより評価した。
【００１４】
先ず、図１に示す粘弾性測定装置１００の構成について説明する。
研磨布の試料２は、圧子３の下面と接した状態でステージ１上に載置される。すなわち、試料２は圧子３によってステージ１に対して圧接されることにより加圧される。圧子３の上方部にはロッド４が配置され、ロッド４の一端部に取り付けられたロードセル５が圧子３からの荷重データを検出するようにされている。
【００１５】
また、ロッド４は上下動可能に構成されており、その変位はロッド４上方部に配置された制御ジグ６により制御される。すなわち、この制御ジグ６の外周面（ロッド４が接する面）には変位が形成されており、制御ジグ６が左右に移動することにより圧子３に所望の変位プロファイルが与えられるように構成されている。
なお、制御ジグ６の移動は、制御ジグ６に取り付けられたエアシリンダ７のピストンが進退することによってなされるようにされている。そして、このピストンの進退はコンピュータ８からの制御信号により駆動源９が制御されることによってなされる。
【００１６】
更にまた、圧子３の隣には圧子３の変位量を計測するレーザ変位計１０が取り付けられている。
前記したレーザ変位計１０からの変位量データ、ロードセル５からの荷重データは、コンピュータ８に入力可能なデータ形式にインタフェイスを介して変換され、コンピュータ８に入力される。このコンピュータ８において、試料２における（加圧に対する）応力，変位量が演算され、その演算結果がプリンタ１１に出力されるように構成されている。
【００１７】
以上のように構成された粘弾性測定装置１００を用いて研磨布試料に対する粘弾性特性の測定を行なった。この測定における測定条件は以下の通りである。
測定は、種類が異なる４種の研磨布試料、具体的には独立発泡ウレタン型研磨布２種類（試料Ａ、Ｂ）、不織布型研磨布（試料Ｄ）、スウェード型研磨布（試料Ｃ）を対象に、すべて水に浸した状態（ウェット状態）で測定を行った。また、強制変位量は、各研磨布の圧力が一定になるように設定した。回復時間（非圧接時間）は、５０ｍｓｅｃ（ミリ秒），１５０ｍｓｅｃ，２５０ｍｓｅｃ，５５０ｍｓｅｃ，１０５０ｍｓｅｃ，２０００ｍｓｅｃの５通り、加圧時間は４００ｍｓｅｃ（ミリ秒）とし、５分間繰り返し加圧を行い、粘弾性特性を評価した。また、測定ポイントは研磨布の面内の３ポイントとした。
【００１８】
続いて図１乃至図３を用いて、研磨布試料に対する粘弾性特性の測定手順について説明する。図２は、各研磨布試料について夫々行う準備工程のフローであり、図３は各研磨布試料について回復時間設定毎に行う測定フローである。
【００１９】
はじめに、準備工程について説明する。この準備工程は、測定を行なう試料全てについて測定の前に必ず行う。その目的は、圧子３と試料Ａ〜Ｄとを十分に密着させることにより、ロードセル５によって正確な荷重データの測定をするためである。
【００２０】
準備工程においては先ず、研磨布試料を、水に浸した状態（ウェット状態）で粘弾性測定装置１にセットする（図２のステップＳ１）。
次いで慣らし作業を行なう（図２のステップＳ２）。この慣らし作業とは、圧子３で研磨布試料をステージ１に繰り返し圧接することによって加圧し、試料と圧子３を完全に密着させるために行なうものである。
そして最後に、放置することによって研磨布試料に掛かる負荷を解放し、前記圧接によって発生した研磨布試料における変位を初期状態に戻す（図２のステップＳ３）。
【００２１】
前記準備工程終了後、測定工程においては１つの研磨布試料につき、６つの回復時間設定毎に夫々５分間の測定を行なう。
例えば、圧子３をステージ１に４００ｍｓｅｃの間、圧接することによって研磨布試料を加圧する（図３のステップＳ１１）。
次いで研磨布試料に掛かる圧力を解放、除圧して、設定した回復時間の間、前記圧接によって発生した研磨布試料における変位を回復させる（図３のステップＳ１２）。
以上のステップＳ１１とステップＳ１２の作業を繰り返し５分間行ない（図３のステップＳ１３）、その間における研磨布試料の変位と応力の測定結果をプリンタ１１に出力する。
【００２２】
この測定で得られた変位と荷重との関係を図４に示す。その結果、全種類の研磨布試料、回復時間設定について、図４に示すようなグラフ形状が得られた。
即ち、研磨布試料の応力は、圧縮を受けた瞬間に高く、保持期間の間に低下していく様子が全ての試料Ａ〜Ｄについて認められた。
【００２３】
ここで、図４に示すように、研磨布の圧接直後、すなわち圧縮を受けた瞬間の応力をＰＳとし、圧接終了直前の瞬間の応力をＰＥとしたときに、
Ｐ＝（ＰＳ−ＰＥ）／ＰＥ
で求められる値Ｐを圧力増大率と定義した。
この図４から明らかなように、加圧、除圧を繰り返すと、除々に圧力増大率は低下する。
【００２４】
更に、前記圧力増大率Ｐと回復時間（非圧接時間）との関係を求め、その関係を図５に示す。
図５に示すように、同じ回復時間でも研磨布（試料）の種類によって圧力増大率Ｐが大きく異なり、独立発泡ウレタン型研磨布（試料Ａ，Ｂ）に比べ、スウェード型研磨布（試料Ｃ）および不織布型研磨布（試料Ｄ）の方が、圧力増大率Ｐが大きいことが認められた。また、回復時間（非圧接時間）が大きいほど、圧力増大率Ｐも緩やかに増大する傾向が認められた。
【００２５】
次に、前記の圧力増大率Ｐと外周ダレとの関係を明らかにするため、前記測定で用いた研磨布試料の素材の夫々について、実際に研磨装置を用いてウエハを研磨加工し、発生した外周ダレ量の評価を行った。
先ず、図６に基づいて、ウエハに対する研磨加工について説明する。図６は研磨装置の概略構成を示す図であって、この研磨装置２００にあっては、図中矢印方向に回転する定盤３３に研磨布３０が貼り合わされている。
【００２６】
前記ウエハ３１は研磨ヘッド３２に把持された状態で、研磨布３０に圧接されるように構成されている。また、この研磨ヘッド３２も図中矢印方向に回転するように構成され、これによってウエハ３１、研磨布３３が回転した状態で、図示しない研磨剤を供給しウエハ３１の表面が研磨される。
以上のような構成の研磨装置２００を用いて、ウエハに対する研磨加工を行ない、その後外周ダレ量を測定評価した。この測定実験における測定条件は以下の通りである。
【００２７】
測定は、前記圧力増大率Ｐの測定と同様に、種類が異なる４種の研磨布試料、具体的には独立発泡ウレタン型研磨布２種類（試料Ａ、Ｂ）、不織布型研磨布（試料Ｄ）、スェード型研磨布（試料Ｃ）を対象とした。また研磨されるウエハは直径２００ｍｍのベアウエハを用い、研磨圧力を２５０ｈＰａ、定盤の回転数３０ｒｐｍ、ヘッドの回転数８０ｒｐｍ、回復時間（非圧接時間）を２０００ｍｓｅｃとし、研磨除去量を約５μｍとした。なお、ウエハの保持方法は、バッキングシートを使用した水貼り方式とした。
そして、各研磨布試料Ａ〜Ｄについてウエハ研磨加工を行ない、その後の外周ダレ量をレーザ変位計により測定し、研磨布試料毎の外周ダレ量を比較評価した。
【００２８】
この測定から得られた結果として、ウエハ中心からの距離とウエハのセンタ厚からの変位との関係を図７に示す。なお、図７において、外周ダレ量をＴＡ〜ＴＤ、外周ダレ幅をＨＡ〜ＨＤで示す。
図７に示すように、スウェード型研磨布（試料Ｃ）および不織布型研磨布（試料Ｄ）の外周ダレ量ＴＣ，ＴＤが、独立発泡ウレタン型研磨布（試料Ａ，Ｂ）の外周ダレ量ＴＡ，ＴＢより多いことが認められた。
特に、スウェード型研磨布（試料Ｃ）の外周ダレ量ＴＣは、約１μｍ、外周ダレ幅ＨＣは約３５ｍｍであり、他の研磨布に比べて顕著に外周ダレ量が多く、スウェード型研磨布（試料Ｃ）に関しては研磨布として実用的ではないことを確認した。
【００２９】
また、図５に示す結果から、スウェード型研磨布（試料Ｃ）の圧力増大率Ｐは、回復時間２０００ｍｓ時点で約０．３７であり、他の研磨布は０．２５以下であることが認められる。なお、図５に示すように、回復時間（非圧接時間）が大きいほど前記Ｐの値は増加するが、３００ｍｓｅｃ以上になると緩やかに増加するか、あるいは殆ど増加しない。したがって、回復時間（非圧接時間）を３００ｍｓｅｃ以上、２０００ｍｓｅｃ以下として、前記値ＰがＰ≦０．２５の条件を満足するか判断するのが、測定効率上好ましい。
【００３０】
以上説明したように、研磨布の種類によって粘弾性特性が大きく異なり、回復時間が３００〜２０００ｍｓｅｃ以下のときの圧力増大率Ｐが０．２５以下の素材を使用することによって、外周ダレ量を低減できることを確認した。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなとおり、外周ダレを十分抑制できる研磨布であるか否かの評価を容易に、かつ精度良く行うことができる研磨布の評価方法を得ることできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、研磨布の粘弾性特性を測定する粘弾性測定装置の概略構成図である。
【図２】図２は、各研磨布試料について夫々行なう準備工程のフローである。
【図３】図３は、各研磨布試料について夫々行なう回復時間設定毎の測定フローである。
【図４】図４は、変位と荷重との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、圧力増大率Ｐと回復時間との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、研磨装置の概略構成図である。
【図７】図７に、ウエハ中心からの距離とウエハのセンタ厚からの変位との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１        ステージ
２        試料
３        圧子
４        ロッド
５        ロードセル
６        制御ジグ
７        エアシリンダ
８        コンピュータ
９        駆動源
１０        レーザ変位計
１１        プリンタ
３０        研磨布
３１        ウエハ
３２        研磨ヘッド
３３        定盤
【図１】
2004273734.tif 000003
【図２】
2004273734.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004273734.tif 000006
【図５】
2004273734.tif 000007
【図６】
2004273734.tif 000008
【図７】
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