JP7650179B2

JP7650179B2 - 研磨パッド及びウェハ研磨方法

Info

Publication number: JP7650179B2
Application number: JP2021061091A
Authority: JP
Inventors: 崇将後藤; 将太北嶋; 正俊岸本
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2025-03-24
Anticipated expiration: 2041-03-31
Also published as: JP2022157069A

Description

本発明は研磨パッド及びウェハ研磨方法に関する。

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。

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。

特開２０１９－４６８３８号公報特開２０１９－１１８９８１号公報特開２０２０－４９６３９号公報特許第５５１１２６６号公報

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。

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。

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ウェハ研磨方法を提供することを解決すべき課題としている。

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。

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。

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。

本発明のウェハ研磨方法は、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、前記被研磨物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。

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。

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、本発明のウェハ研磨方法は、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は、実施例１～１０の研磨パッドの模式断面図である。図６は、試験１の試験片を示す側面図である。図７は、試験１の結果を示すグラフである。図８は、試験２の結果を示すグラフである。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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）

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

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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のウェハ研磨方法は、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。

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。

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。

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。

本発明は半導体デバイスの製造装置に利用可能である。

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

Claims

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。
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記載の研磨パッド。
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、前記被研磨物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ウェハ研磨方法。
前記被研磨物は窒化物である請求項３記載のウェハ研磨方法。
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３又は４記載のウェハ研磨方法。