JP2000117619A

JP2000117619A - 研磨装置および研磨パッド

Info

Publication number: JP2000117619A
Application number: JP29047798A
Authority: JP
Inventors: Kunitaka Jiyou; 邦恭城; Tetsuo Oka; 哲雄岡
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2000-04-25
Anticipated expiration: 2018-10-13
Also published as: JP3924952B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体基板の上に形成された絶縁層または金
属配線の表面を研磨により平滑にする機械的な平坦化工
程で使用するための研磨装置または研磨パッドにおい
て、半導体基板全面が均一に平坦化される技術を提供す
ること。【解決手段】半導体基板を研磨ヘッドに固定し、研磨
定盤に体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ２以上でかつ圧縮
弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ２以上１４０ｋｇ／ｃｍ２以下
であるクッション層を介して固着したマイクロゴムＡ硬
度が７０度以上の研磨層を前記半導体基板に押し当て、
該半導体基板自体の反りあるいは凹凸を前記クッション
層に吸収させた状態で前記研磨ヘッド或いは研磨定盤或
いはその双方を回転させて前記半導体基板を研磨する事
を特徴とする研磨装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板の研磨
装置および研磨パッドに関するものであり、さらに、シ
リコンなど半導体基板上に形成される絶縁層の表面や金
属配線の表面を機械的に平坦化する研磨装置と研磨パッ
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体メモリに代表される大規模集積回
路（ＬＳＩ）は、年々集積化が進んでおり、それに伴い
大規模集積回路の製造技術も高密度化が進んでいる。さ
らに、この高密度化に伴い、半導体デバイス製造箇所の
積層数も増加している。その積層数の増加により、従来
は問題とならなかった積層にすることによって生ずる半
導体ウェハー主面の凹凸が問題となっている。その結
果、例えば日経マイクロデバイス１９９４年７月号５０
〜５７頁記載のように、積層することによって生じる凹
凸に起因する露光時の焦点深度不足を補う目的で、ある
いはスルーホール部の平坦化による配線密度を向上させ
る目的で、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ
ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術を
用いた半導体ウェハの平坦化が検討されている。

【０００３】一般にＣＭＰ装置は、被処理物である半導
体基板を保持する研磨ヘッド、被処理物の研磨処理をお
こなうための研磨パッド、前記研磨パッドを保持する研
磨定盤から構成されている。そして、半導体基板の研磨
処理は研磨剤と薬液からなるスラリを用いて、半導体基
板と研磨パッドを相対運動させることにより、半導体基
板表面の層の突出した部分が除去されて基板表面の層を
滑らかにするものである。この半導体基板の研磨加工時
の研磨速度は、例えば半導体基板の一主面に成膜された
酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜では、半導体基板と研磨パ
ッドの相対速度及び荷重にほぼ比例している。そのた
め、半導体基板の各部分を均一に研磨加工するために
は、半導体基板にかかる荷重を均一にする必要がある。

【０００４】しかし、研磨ヘッドに保持した半導体基板
の表面は、例えば半導体基板の元々の反り等の変形によ
り、全体的にはうねっていることが多い。そのため、半
導体基板の各部分に均一に荷重を与えるためには、研磨
パッドを前述したような半導体基板のうねりに倣って接
触させる観点では、柔らかい研磨パッドを用いることが
望ましい。しかし、柔らかい研磨パッドを用いて半導体
基板の一主面に形成された絶縁層等の凹凸の平坦化のた
めの研磨加工をおこなう場合、前記半導体基板のうねり
に対する追随性は向上させることができるが、半導体基
板表面の局所的な凹凸の平坦性は悪くなってしまう。例
えば、前記半導体基板表面の層の部分的な凹凸が研磨だ
れ、つまりは研磨面が丸くなって平坦にならないという
問題をまねいてしまう。これに対し、硬い研磨パッドを
用いて同様に半導体基板の研磨加工をおこなう場合は、
前述した柔らかい研磨パッドを用いた場合とは逆に半導
体基板表面の局所的な凹凸の平坦性を向上することがで
きるが、半導体基板の全体的なうねりに対する追随性の
観点では悪くなり、例えば、半導体基板表面の全体的な
うねりの各部分において、うねりの突出している部分の
凹凸は多く研磨されてしまい、うねりの引っ込んでいる
部分の凹凸はほとんど研磨されずに残ってしまうという
問題をまねいてしまう。この様な不均一な研磨加工はア
ルミ配線を露出させたり、研磨加工後の酸化シリコン絶
縁膜面の厚みが部分毎に違うために例えばスルーホール
径の不揃いや積層起因の凹凸を平坦にできず露光時の焦
点深度が不足する原因となる。

【０００５】この部分的な平坦性と全体的な追随性を向
上するという相反する要求を満たすための研磨パッドに
関する従来技術としては、特開平６−２１０２８号公報
に示される二層パッドが試みられた。特開平６−２１０
２８号公報に示される二層パッドは、体積弾性率が４ｐ
ｓｉ〜２０ｐｓｉの応力の範囲で２５０ｐｓｉ／ｐｓｉ
以下のクッション層に支持される半導体基板と直に接触
する研磨層がそれより大きい体積弾性率という構成であ
る。その目的は、クッション層に半導体基板の全体のう
ねりを吸収させる一方、研磨層はある程度の面積以上
（たとえば、ダイの間隔以上）の湾曲に耐えるようにす
ることである。残念ながら、その様な従来の二層パッド
は、依然として次の点で研磨性能を低下させている。ま
ず第一に、研磨層の体積弾性率がクッション層の体積弾
性率より大きいものでも、半導体基板表面の局所的な凹
凸の平坦性は悪くなることがあり、局所平坦性は研磨層
の体積弾性率と必ずしも相関があるわけではない。第二
に、クッション層の体積弾性率が４ｐｓｉ〜２０ｐｓｉ
の応力の範囲で２５０ｐｓｉ／ｐｓｉであるので、半導
体基板全面のうねり追随性は悪く、結果として半導体基
板全面での平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が十分
得られない。従って、上記の欠点を克服する様な改善
された研磨装置または研磨パッドが要求されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決しようと
する課題は、半導体基板の上に形成された絶縁層または
金属配線の表面を研磨により平滑にする機械的な平坦化
工程で使用するための研磨装置または研磨パッドにおい
て、半導体基板全面が均一に平坦化される技術を提供す
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】課題を解決するための手
段として、本発明は以下の構成からなる。

【０００８】第一の発明として、「半導体基板を研磨ヘ
ッドに固定し、研磨定盤に体積弾性率が６００ｋｇ／ｃ
ｍ２以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ²以上１４
０ｋｇ／ｃｍ２以下であるクッション層を介して固着し
たマイクロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層を前記半導
体基板に押し当て、該半導体基板自体の反りあるいは凹
凸を前記クッション層に吸収させた状態で前記研磨ヘッ
ド或いは研磨定盤或いはその双方を回転させて前記半導
体基板を研磨する事を特徴とする半導体基板の研磨方
法。」第二の発明として「研磨ヘッド、研磨ヘッドに対
峙して研磨パッド、研磨パッドを固定する研磨定盤、な
らびに研磨ヘッド、研磨定盤もしくはその双方を回転さ
せる手段を具備した研磨装置であって、研磨パッドが、
６００ｋｇ／ｃｍ²以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／
ｃｍ²以上１４０ｋｇ／ｃｍ²以下であるクッション層お
よびマイクロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層を含むこ
とを特徴とする研磨装置。」、第三の発明として「マイ
クロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層と体積弾性率が６
００ｋｇ／ｃｍ²以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃ
ｍ²以上１４０ｋｇ／ｃｍ²以下であるクッション層から
なる事を特徴とする研磨パッド。」である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態について
説明する。

【００１０】まず本発明の特徴である研磨パッドについ
て説明する。マイクロゴムＡ硬度とはマイクロゴム硬度
計で評価した値をさす。この装置は高分子計器（株）か
ら供給されている。マイクロゴム硬度計ＭＤ−１は、従
来の硬度計では測定が困難であった薄物・小物の試料の
硬さ測定を実現するもので、スプリング式ゴム硬度計
（デュロメータ）Ａ型の約１／５の縮小モデルとして、
設計・製作されているためその測定値は、スプリング式
ゴム硬度計Ａ型の硬度と一致した値が得られる。マイク
ロゴム硬度計ＭＤ−１は、押針寸法が直径０．１６ｍｍ
円柱形で高さが０．５ｍｍの大きさのものである。荷重
方式は、片持ばり形板バネで、ばね荷重は、０ポイント
で２．２４ｍＮ、１００ポイントで３３．８５ｍＮであ
る。針の降下速度は１０〜３０ｍｍ／ｓｅｃの範囲をス
テッピングモータで制御して測定する。通常の研磨パッ
ドは、研磨層または硬質層の厚みが５ｍｍを切るので、
スプリング式ゴム硬度計Ａ型では薄すぎる為に評価でき
ないので、該マイクロゴム硬度計ＭＤ−１で評価でき
る。

【００１１】本発明の研磨層は、マイクロゴムＡ硬度で
７０度以上、好ましくは８０度以上さらに好ましくは９
０度以上が必要である。マイクロゴムＡ硬度が７０度を
満たない場合は、半導体基板の局所的凹凸の平坦性が不
良となるので好ましくない。

【００１２】本発明の研磨層は、独立気泡を有している
ことが研磨剤の保持性を高め、研磨レートを高めるため
に好ましい。独立気泡径は、１０００μｍ以下であるこ
とが半導体基板の局所的凹凸の平坦性が良好であること
から好ましい。独立気泡径のさらに好ましい径は５００
μｍ以下、さらに好ましい径は３００μｍ以下である。

【００１３】本発明の研磨層は、発泡倍率１．０１〜３
倍の範囲にあることが好ましい。発泡倍率が１．０１に
満たない場合、独立気泡の数が少ないのでスラリ保持性
が低く好ましくない。発泡倍率が３倍を越える場合は、
局所的凹凸の平坦性が不良となるので好ましくない。発
泡倍率とは、得られた研磨パッドの比重と構成する高分
子の比重の比から求めることができる。例えば得られた
研磨パッドの比重が０．７であり、構成される高分子の
比重が１．０であれば発泡倍率は１．０／０．７＝１．
４３である。

【００１４】本発明の研磨層の好ましい素材は、ポリウ
レタンとビニル化合物から重合される重合体を３重量％
以上７０重量％以下含有するものである。このポリウレ
タンとは、ポリイソシアネートの重付加反応または重合
反応に基づき合成される高分子である。ポリイソシアネ
ートの対称として用いられる化合物は、含活性水素化合
物、すなわち、二つ以上のポリヒドロキシ、あるいはア
ミノ基含有化合物である。ポリイソシアネートとして、
トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシ
アネート、ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイ
ソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソ
ホロンジイソシアネートなど挙げることができるがこれ
に限定されるわけではない。ポリヒドロキシとしてポリ
オールが代表的であるが、ポリオールとしてポリエーテ
ルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコー
ル、エポキシ樹脂変性ポリオール、ポリエステルポリオ
ール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオー
ル、シリコーンポリオール等が挙げられる。

【００１５】本発明でのビニル化合物とは、炭素炭素二
重結合のビニル基を有する化合物である。具体的にはメ
チルメタクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−ブチ
ルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、２−エ
チルヘキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレー
ト、ｎ−ラウリルメタクリレート、２−ヒドロキシエチ
ルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレ
ート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロ
キシプロピルアクリレート、２−ヒドロキシブチルメタ
クリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジ
エチルアミノエチルメタクリレート、メタクリル酸、グ
リシジルメタクリレート、エチレングリコールジメタク
リレート、フマル酸、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエ
チル、フマル酸ジプロピル、マレイン酸、マレイン酸ジ
メチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジプロピル、
アクリロニトリル、アクリルアミド、塩化ビニル、スチ
レン、α−メチルスチレン等が挙げられる。本発明での
ビニル化合物から重合される重合体とは、上記ビニル化
合物を重合して得られる重合体であり、具体的にはポリ
メチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポ
リ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリイソブチルメタ
クリレート、ポリ（２−エチルヘキシルメタクリレー
ト）、ポリイソデシルメタクリレート、ポリ（ｎ−ラウ
リルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメ
タクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルメタク
リレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレー
ト）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルアクリレート）、
ポリ（２−ヒドロキシブチルメタクリレート）、ポリジ
メチルアミノエチルメタクリレート、ポリジエチルアミ
ノエチルメタクリレート、ポリメタクリル酸、ポリグリ
シジルメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタ
クリレート、ポリフマル酸、ポリフマル酸ジメチル、ポ
リフマル酸ジエチル、ポリフマル酸ジプロピル、ポリマ
レイン酸、ポリマレイン酸ジメチル、ポリマレイン酸ジ
エチル、ポリマレイン酸ジプロピル、ポリアクリロニト
リル、ポリアクリルアミド、ポリ塩化ビニル、ポリスチ
レン、ポリ（α−メチルスチレン）等が挙げられる。本
発明でのビニル化合物から重合される重合体のブレンド
比率が３重量％以上７０重量％以下であることが好まし
い。ブレンド比率が３重量％を満たない場合は、ポリウ
レタンのスラリの吸着特性が改善されないので好ましく
ない。ブレンド比率が７０重量％を越える場合は、ポリ
ウレタンの有している弾力性が損なわれるので好ましく
ない。

【００１６】本発明の研磨層の作成方法として、好まし
い方法は、あらかじめ１０００μｍ以下の独立気泡を有
し、かつ発泡倍率が１．０１〜３倍の範囲にある発泡ポ
リウレタンシートにビニル化合物を膨潤させた後、発泡
ポリウレタンシート内でビニル化合物を重合させる方法
が、独立気泡を有した構造でポリウレタンとビニル化合
物から重合される重合体のブレンドがミクロ的に均一に
おきるので、得られた研磨パッドで局所的な凹凸の平坦
性が良好にできるという理由で好ましい。本発明での発
泡ポリウレタンシートは硬度と気泡径と発泡倍率によっ
て、ポリイソシアネートとポリオールおよび触媒、整泡
剤、発泡剤の組み合わせや最適量を決める必要がある。

【００１７】ビニル化合物を発泡ポリウレタンシートに
膨潤させた後、発泡ポリウレタンシート内でビニル化合
物を重合させる方法として、光分解性ラジカル開始剤と
共にビニル化合物を膨潤させた後、光を露光して重合さ
せる方法や、熱分解性ラジカル開始剤と共にビニル化合
物を膨潤させた後、熱を加えて重合させる方法や、ビニ
ル化合物を膨潤させた後、電子線や放射線を放射して重
合させる方法が挙げられる。

【００１８】本発明でのクッション層は体積弾性率が６
００ｋｇ／ｃｍ²以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃ
ｍ²以上１４０ｋｇ／ｃｍ²以下であることが必要であ
る。体積弾性率とは、あらかじめ体積を測定した被測定
物に等方的な印加圧力を加えて、その体積変化を測定す
る。体積弾性率＝印加圧力／（体積変化／元の体積）と
いう定義である。例えば、元の体積が１ｃｍ³であり、
これに等方的に印加圧力を０．７ｋｇ／ｃｍ²かけた時
の体積変化が０．００００５ｃｍ³であれば、体積弾性
率は１４０００ｋｇ／ｃｍ²である。体積弾性率の測定
方法の一つとして、例えば被測定物をあらかじめ体積を
測定しておき、その後容器にいれた水中に被測定物を浸
漬して、この容器を圧力容器に入れて印加圧力を加えて
中の容器の水の高さの推移から被測定物の体積変化と印
加圧力を測定する方法が上げられる。浸漬する液体は、
被測定物を膨潤させたり破壊するものは避けることが好
ましく、液体であれば特に限定されないが、例えば水や
水銀やシリコンオイルなどをあげることができる。圧縮
弾性率は、クッション層に厚み方向へ印加圧力を加え、
厚み歪み（＝厚み変化／元の厚み）が０．１５の時の印
加圧力を測定し、圧縮弾性率＝印加圧力／０．１５で定
義されるものである。測定装置として、インストロン社
製万能材料試験機Ｍｏｄｅｌ１１８５などが上げられ
る。測定条件としては、試験速度は０．１ｍｍ／分で試
験片形状は２５ｍｍ×２５ｍｍでクロスヘッド移動量法
である。

【００１９】クッション層の体積弾性率は６００ｋｇ／
ｃｍ²以上が必要である。６００ｋｇ／ｃｍ²に満たない
場合は、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォー
ミティ）が損なわれるので好ましくない。さらに、クッ
ション層の圧縮弾性率は１０ｋｇ／ｃｍ²以上１４０ｋ
ｇ／ｃｍ²以下であることも必要である。圧縮弾性率が
１０ｋｇ／ｃｍ２に満たない場合は、半導体基板全面の
平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので
好ましくない。圧縮弾性率が１４０ｋｇ／ｃｍ２を越え
る場合も半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォー
ミティ）が損なわれるので好ましくない。この様なクッ
ション層としては、天然ゴム、ブナＮゴム、ネオプレン
ゴム、ポリブタジエンゴム、ポリウレタンゴム、シリコ
ンゴムなどの無発泡のエラストマを上げることができる
が特にこれらに限定されるわけではない。クッション層
の好ましい厚みは、０．５〜１００ｍｍの範囲である。
０．５ｍｍに満たない場合は、半導体基板全面の平坦性
の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好まし
くない。１００ｍｍを越える場合は、局所平坦性が損な
われるので好ましくない。

【００２０】本発明においては、上記研磨パッドを使用
して、半導体基板を研磨ヘッドに固定し、研磨定盤に体
積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ²以上でかつ圧縮弾性率が
１０ｋｇ／ｃｍ²以上１４０ｋｇ／ｃｍ²以下であるクッ
ション層を介して固着したマイクロゴムＡ硬度が７０度
以上の研磨層を前記半導体基板に押し当て、該半導体基
板自体の反りあるいは凹凸を前記クッション層に吸収さ
せた状態で前記研磨ヘッド或いは研磨定盤或いはその双
方を回転させて前記半導体基板を研磨することができ
る。また、その研磨装置としては、研磨ヘッド、研磨ヘ
ッドに対峙して上記研磨パッド、研磨パッドを固定する
研磨定盤、ならびに研磨ヘッド、研磨定盤もしくはその
双方を回転させる手段を具備した研磨装置が使用でき
る。

【００２１】本発明で研磨定盤にクッション層を介して
研磨層を固着するとは、研磨定盤から、クッション層が
研磨時にずれないで固定されており、かつクッション層
から研磨層がずれないで固定されていることをいう。研
磨定盤とクッション層の固定方法としては、両面接着テ
ープで固定する方法や接着剤で固定する方法や研磨定盤
から吸引してクッション層を固定する方法などが考えら
れるが特に限定されるものではない。クッション層と研
磨層を固定する方法としては、両面接着テープで固定す
る方法や接着剤で固定する方法などが考えられるが特に
限定されるわけではない。

【００２２】本発明での研磨装置では、研磨後に研磨層
が研磨レートが得られない等の理由で交換する必要が生
じた場合には、研磨定盤にクッション層を固着した状態
で研磨層をクッション層から取り外して交換することも
可能である。クッション層は研磨層に比べて耐久性があ
るので、コスト面から研磨層だけを交換することは好ま
しい。

【００２３】本発明研磨パッドを使用した半導体基板の
研磨方法について具体的に以下説明する。本発明の研磨
パッドを用いて、研磨剤としてシリカ系ポリッシュ剤、
酸化アルミニウム系ポリッシュ剤、酸化セリウム系ポリ
ッシュ剤等を用いて半導体基板上での絶縁膜の凹凸や金
属配線の凹凸を平坦化することができる。本発明の研磨
パッドを研磨機の研磨定盤に固着させる。半導体基板は
研磨ヘッドに真空チャック方式により固定される。研磨
定盤を回転させ、同方向で研磨ヘッドを回転させて、研
磨パッドに押しつける。この時に、研磨パッドと半導体
基板の間に研磨剤が入り込む様な位置から研磨剤を供給
する。押し付け圧は、研磨ヘッドに加える力を制御する
ことによりおこなう。押し付け圧として０．１〜２ｋｇ
／ｃｍ²が局所的平坦性を得られるので好ましい。

【００２４】本発明の研磨装置および研磨パッドは、半
導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）を
達成することが可能である。

【００２５】

【実施例】以下、実施例にそってさらに本発明の詳細を
説明する。本実施例において各特性は以下の方法で測定
した。

【００２６】マイクロゴムＡ硬度：高分子計器（株）
（所在地：京都市上京区下立売室町西入）のマイクロゴ
ム硬度計ＭＤ−１で測定。マイクロゴム硬度計ＭＤ−１の構成は下記のとおりであ
る。１．センサ部（１）荷重方式：片持ばり形板バネ（２）ばね荷重：０ポイント２．２４ｇｆ１００ポイント３３．８５ｇｆ（３）ばね荷重誤差：±０．３２ｇｆ（４）押針寸法：直径：０．１６ｍｍ円柱形高さ０．５ｍｍ（５）変位検出方式：歪ゲージ式（６）加圧脚寸法：外径４ｍｍ内径１．５ｍｍ２．センサ駆動部（１）駆動方式：ステッピングモータによる上下駆動エアダンパによる降下速度制御（２）上下動ストローク：１２ｍｍ（３）降下速度：１０〜３０ｍｍ／ｓｅｃ（４）高さ調整範囲：０〜６７ｍｍ（試料テーブルとセンサ加圧面の距離）３．試料台（１）試料台寸法：直径８０ｍｍ（２）微動機構：ＸＹテーブルおよびマイクロメータヘッドによる微動ストロークＸ軸、Ｙ軸とも１５ｍｍ（３）レベル調整器：レベル調整用本体脚および丸型水準器

【００２７】実施例１厚み５ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ
硬度＝５０度、発泡倍率：１．５倍、独立気泡平均径：
１１０μｍ）をアゾビスイソブチルニトリル０．１重量
部を添加したメチルメタアクリレートに２４時間浸漬す
る。メチルメタアクリレートが膨潤した発泡ポリウレタ
ンシートをガラス板に挟み込んで７０℃で２４時間加熱
する。加熱後ガラス板から取り外して、５０℃で真空乾
燥をおこなう。得られた研磨層のマイクロゴムＡ硬度は
９８度、発泡倍率：１．６倍、独立気泡平均径：１５０
μｍ、ポリメチルメタアクリレート／ポリウレタン含有
比率＝３０／７０重量％であった。３ｍｍのブナＮゴム
（体積弾性率＝１４００ｋｇ／ｃｍ²、圧縮弾性率＝３
０ｋｇ／ｃｍ²）のクッション層を該研磨層と貼り合わ
せて研磨パッドを作成した。６インチシリコンウェハ上
に０．２５μｍ幅、高さ１．２μｍのＡｌ配線を０．５
ｍｍの間隔で形成し、さらにその上にテトラエトキシシ
ランをＣＶＤで絶縁膜を３μｍの厚さになるように形成
した半導体基板を作成した。この研磨前の半導体基板上
の絶縁膜表面の凹凸の段差は、ウェハ中央部で１１００
０オングストローム、周辺部分４カ所で１１０００、１
１５００、１１２００、１１４００オングストロームで
あった。本半導体基板を研磨機の研磨ヘッドに取り付け
て３７ｒｐｍで回転させ、上記研磨パッドを研磨機のプ
ラテンに固着させ３６ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と
同じ方向に回転させ、シリカ系ポリッシュ剤を２２５ｍ
ｌ／分で供給しながら研磨圧力０．５ｋｇ／ｃｍ２で７
分間研磨を実施した。研磨後の半導体基板上の絶縁膜表
面の凹凸の段差は、ウェハ中央部で１００オングストロ
ーム、周辺部分４カ所で２００、３００、２５０、４０
０オングストロームであった。この様に６インチの半導
体基板全面の平坦性の均一性が得られている。

【００２８】実施例２厚み５ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ
硬度＝５０度、発泡倍率：１．５倍、独立気泡平均径：
３００μｍ）をアゾビスイソブチルニトリル０．１重量
部を添加したスチレンに２４時間浸漬する。スチレンが
膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込ん
で７０℃で２４時間加熱する。加熱後ガラス板から取り
外して、５０℃で真空乾燥をおこなう。得られた研磨層
のマイクロゴムＡ硬度は９８度、発泡倍率：１．６倍、
独立気泡平均径：３３０μｍ、ポリスチレン／ポリウレ
タン含有比率＝４５／５５重量％であった。５ｍｍのポ
リウレタンゴム（体積弾性率＝１０００ｋｇ／ｃｍ２、
圧縮弾性率＝１５ｋｇ／ｃｍ２）をクッション層として
用意し、研磨層とクッション層を貼り合わせて研磨パッ
ドを作成した。６インチシリコンウェハ上に０．２５μ
ｍ幅、高さ１．２μｍのＡｌ配線を０．５ｍｍの間隔で
形成し、さらにその上にテトラエトキシシランをＣＶＤ
で絶縁膜を３μｍの厚さになるように形成した。この絶
縁膜表面の凹凸の段差は、ウェハ中央部で１１０００オ
ングストローム、周辺部分４カ所で１１０００、１１５
００、１１２００、１１４００オングストロームであっ
た。本基板を研磨機の研磨ヘッドに取り付けて３７ｒｐ
ｍで回転させ、上記研磨パッドを研磨機のプラテンに固
着させ３６ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に
回転させ、シリカ系ポリッシュ剤を２２５ｍｌ／分で供
給しながら研磨圧力０．５ｋｇ／ｃｍ２で６分間研磨を
実施した。研磨後の絶縁膜の表面凹凸の段差は、ウェハ
中央部で７００オングストローム、周辺部分４カ所で６
００、８００、７００、７００オングストロームであっ
た。この様に６インチの半導体基板全面の平坦性の均一
性が得られている。

【００２９】比較例１厚み１．２ｍｍの発泡ポリウレタン研磨層（マイクロゴ
ムＡ硬度＝９２度、発泡倍率：１．５倍、独立気泡平均
径：４０μｍ）を作成した。クッション層として不織布
のポリウレタン溶液を含浸して後湿式製膜して得られた
湿式発泡ポリウレタン（体積弾性率＝３０ｋｇ／ｃ
ｍ²、圧縮弾性率＝６ｋｇ／ｃｍ²）を用意した。該研磨
層とクッション層を貼り合わせして研磨パッドを作成し
た。６インチシリコンウェハ上に０．２５μｍ幅、高さ
１．２μｍのＡｌ配線を０．５ｍｍの間隔で形成し、さ
らにその上にテトラエトキシシランをＣＶＤで絶縁膜を
３μｍの厚さになるように形成した。この絶縁膜表面の
凹凸の段差は、ウェハ中央部で１１０００オングストロ
ーム、周辺部分４カ所で１１０００、１１５００、１１
２００、１１４００オングストロームであった。本基板
を研磨機の研磨ヘッドに取り付けて３７ｒｐｍで回転さ
せ、上記研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ３６
ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、
シリカ系ポリッシュ剤を２２５ｍｌ／分で供給しながら
研磨圧力０．５ｋｇ／ｃｍ２で７分間研磨を実施した。
研磨後の絶縁膜の表面凹凸の段差は、ウェハ中央部で１
２００オングストローム、周辺部分４カ所で２００、５
００、１２００、１４００オングストロームであり、半
導体基板全面での平坦性の均一性（ユニフォーミティ）
が不十分であった。

【００３０】

【発明の効果】この発明の研磨装置および研磨パッドに
より、半導体基板全面の局所的凹凸の平坦性の均一性
（ユニフォーミティ）が達成することが可能となった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板を研磨ヘッドに固定し、研磨
定盤に体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ²以上でかつ圧縮
弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ²以上１４０ｋｇ／ｃｍ²以下で
あるクッション層を介して固着したマイクロゴムＡ硬度
が７０度以上の研磨層を前記半導体基板に押し当て、該
半導体基板自体の反りあるいは凹凸を前記クッション層
に吸収させた状態で前記研磨ヘッド或いは研磨定盤或い
はその双方を回転させて前記半導体基板を研磨する事を
特徴とする半導体基板の研磨方法。
【請求項２】クッション層の厚みが０．１以上１００
ｍｍ以下である請求項１記載の研磨方法。
【請求項３】研磨層がポリウレタンとビニル化合物か
ら重合される重合体を３重量％以上７０重量％以下含有
し、１０００μｍ以下の独立気泡を有し、かつ発泡倍率
が１．０５倍以上３倍以下の範囲にある請求項１または
請求項２記載の研磨方法。
【請求項４】研磨ヘッド、研磨ヘッドに対峙して研磨
パッド、研磨パッドを固定する研磨定盤、ならびに研磨
ヘッド、研磨定盤もしくはその双方を回転させる手段を
具備した研磨装置であって、研磨パッドが、６００ｋｇ
／ｃｍ²以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ²以上１
４０ｋｇ／ｃｍ²以下であるクッション層およびマイク
ロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層を含むことを特徴と
する研磨装置。
【請求項５】研磨ヘッドが半導体基板を固定する手段
を有するものである請求項４記載の研磨装置。
【請求項６】クッション層の厚みが０．１以上１００
ｍｍ以下である請求項４または５記載の研磨装置。
【請求項７】研磨層がポリウレタンとビニル化合物か
ら重合される重合体を３重量％以上７０重量％以下含有
し、１０００μｍ以下の独立気泡を有し、かつ発泡倍率
が１．０５倍以上３．０倍以下の範囲にある事を特徴と
する請求項４〜６いずれかの研磨装置。
【請求項８】マイクロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨
層と体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ²以上でかつ圧縮弾
性率が１０ｋｇ／ｃｍ２以上１４０ｋｇ／ｃｍ²以下で
あるクッション層からなる事を特徴とする研磨パッド。
【請求項９】研磨層がポリウレタンとビニル化合物か
ら重合される重合体を３重量％以上７０重量％以下含有
し、１０００μｍ以下の独立気泡を有し、かつ発泡倍率
が１．０５倍以上３倍以下の範囲にある事を特徴とする
請求項８記載の研磨パッド。