JP2000176825A - 半導体ウエハ用研磨パッドおよび研磨装置 - Google Patents

半導体ウエハ用研磨パッドおよび研磨装置

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JP2000176825A
JP2000176825A JP35822398A JP35822398A JP2000176825A JP 2000176825 A JP2000176825 A JP 2000176825A JP 35822398 A JP35822398 A JP 35822398A JP 35822398 A JP35822398 A JP 35822398A JP 2000176825 A JP2000176825 A JP 2000176825A
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JP
Japan
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polishing
surface layer
polished
pad
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JP35822398A
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Taketaka Wada
雄高 和田
Hirokuni Hiyama
浩國 檜山
Norio Kimura
憲雄 木村
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的柔かいCu層を含むような被研磨材を
研磨する場合でも、その表面のパーティクルによる傷を
防止し、かつ選択的な研磨による段差や、"dishing"と
呼ばれる凹凸の形成を防止することができるような研磨
パッドを提供する。 【解決手段】 研磨面を構成する表面層Lと、前記表
面層の裏面側に配置された第2層Lとを有する半導体
ウエハ用研磨パッドであって、前記表面層は前記第2層
より軟質である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、研磨装置に係り、
特に、半導体ウエハ等の被研磨材を平坦かつ鏡面状に研
磨する研磨装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体基板上に配線回路を形成す
るためには、例えば、基板面上にスパッタリング等を用
いてアルミニウム(Al)又はアルミニウム合金の成膜
を行った後、レジスト等のパターンマスクを用いたケミ
カルドライエッチングにより膜の不要部分を除去してい
た。しかしながら、半導体回路の集積度が高くなるにつ
れて配線が細くなり、電流密度が増加するために熱応力
や温度上昇を生じ、断線のおそれが生じるので、Cu又
はその合金のようなより導電性の高い材料を配線形成に
採用することが要求されている。
【0003】ところが、Cu又はその合金はドライエッ
チングが難しいので、全面を成膜してからパターン形成
する前記の方法の採用は困難である。そこで、予め所定
パターンの配線用の溝を形成しておき、その中にCu又
はその合金を充填するダマシン工程の採用が考えられて
いる。これにより溝を充填した後に、化学機械研磨(C
MP)により表面の余分な金属の除去と平坦化を行な
う。
【0004】化学機械研磨は、半導体製造工程において
例えば絶縁膜であるSiO膜を研磨するために用いら
れており、例えば、図3に示されるように、上面に研磨
パッド10を貼り付けたターンテーブル12と、半導体
ウエハWを保持しつつターンテーブル12に押しつける
トップリング14とを具備している。
【0005】このような構成の研磨装置において、トッ
プリング14の下面に半導体ウエハWを保持し、半導体
ウエハWを回転しているターンテーブル12の上面の研
磨布10にエアシリンダにより押圧する。そして、研磨
砥液ノズル16からは、SiO膜を研磨する場合には
コロイダルシリカを砥粒として含むアルカリ液のような
研磨砥液Qを流すことにより、研磨布10に研磨砥液Q
が保持され、半導体ウエハWの研磨される面(下面)と
研磨布10の間に研磨砥液Qが存在した状態で研磨が行
われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、Cuやその
合金はSiO膜などに比べると軟質であるため、CM
Pにおいて従来用いられていたIC1000(商品名)
のような比較的硬質な研磨パッドを用いると傷(スクラ
ッチ)が入りやすい。このような硬いパッドでは、スラ
リ粒子がパッド内に潜り込みにくいため、砥粒の粒子の
大きさがそのまま傷として反映されるためと推察され
る。
【0007】一方、より軟らかい研磨パッドとして、例
えばポリアクリロニトリルのような素材から作成された
不織布からなるものが有り、これを用いると傷がつきに
くい。しかしながら、Cu層を研磨するためにこれを用
いた場合、弾性変形しやすいために、半導体基板に埋め
込んで形成されたCuを選択的に研磨してしまう結果、
段差が形成されたり、いわゆるdishingと呼ばれる中央
が凹んだ研磨がなされ、配線回路形成工程に問題を生じ
る場合がある。
【0008】以上のような課題に鑑みて、この発明は、
比較的柔かいCu層を含むような被研磨材を研磨する場
合でも、その表面のパーティクルによる傷を防止し、か
つ選択的な研磨による段差や、"dishing"と呼ばれる凹
凸の形成を防止することができるような研磨パッドを提
供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、研磨面を構成する表面層と、前記表面層の裏面側に
配置された第2層とを有する半導体ウエハ用研磨パッド
であって、前記表面層は前記第2層より軟質であること
を特徴とする半導体ウエハ用研磨パッドである。これに
より、表面層の比較的軟らかい表面で研磨するために大
きな傷が付くのが防止され、それより硬い第2層が補強
層として存在するので表面層の過度の変形が抑制され、
比較的柔軟な被研磨材を研磨する場合でも"dishing"が
防止される。
【0010】請求項2に記載の発明は、研磨面を構成す
る表面層と、前記表面層の裏面側に配置された第2層と
を有し、前記表面層は弾性係数が5〜15kgf/cm
であり、厚さが100μm以下であることを特徴とす
る半導体ウエハ用研磨パッドである。
【0011】これにより、表面層の軟らかい表面におい
て砥粒がパッド内に潜り込み、パッド表面に突き出た粒
子の一部のみがウエハ面に接触するために、大きな傷が
付くのが防止される。表面層の裏面側に第2層が補強層
として存在するので、表面層の厚さが100μm以下で
あれば表面層の過度の変形が抑制され、比較的柔軟な被
研磨材を研磨する場合でも"dishing"が防止される。こ
の場合の第2層は請求項3の3層パッドの場合の第2層
よりも柔らかい方が好ましく、好適な弾性係数は50〜
150kgf/cmであり、厚さは1.3〜2.0m
m程度である。第2層の素材としては、独立発泡型ポリ
ウレタンが挙げられる。
【0012】請求項3に記載の発明は、研磨面を構成す
る表面層と、前記表面層の裏面側に配置された第2層
と、前記第2層の裏面側に配置された第3層とを有し、
前記表面層は弾性係数が5〜15kgf/cmであ
り、厚さが100μm以下であることを特徴とする半導
体ウエハ用研磨パッドである。
【0013】これにより、表面層の軟らかい表面におい
て砥粒がパッド内に潜り込み、パッド表面に突き出た粒
子の一部のみがウエハ面に接触するために、大きな傷が
付くのが防止される。表面層の裏面側に第2層が補強層
として存在するので、表面層の厚さが100μm以下で
あれば表面層の過度の変形が抑制され、比較的柔軟な被
研磨材を研磨する場合でも"dishing"と呼ばれる凹凸が
形成されることが防止される。さらに、第3層を形成す
ることにより、第2層の被研磨面に対する追随性を向上
させ、被研磨面の全体的な面内均一性を向上させること
ができる。
【0014】表面層に用いて好適な素材としては不織布
が挙げられる。不織布は、例えば合成繊維を不規則に配
列した状態で粘着剤や加熱加圧によって布状に仕上げた
もので、素材の選択によって、多孔性を維持しつつ通常
の研磨パッド素材よりも高い柔軟性を得ることができ、
また、研磨液に用いられる薬液に対する耐性を具備させ
ることもできる。
【0015】第2層としては、表面層の補強層として過
度の変形を抑制するために、弾性係数が150〜250
kgf/cmであり、厚さが1.3〜2.0mm程度
であることが望ましい。第2層に用いて好適な素材とし
ては、独立発泡型ポリウレタンが有る。これにより、弾
性等の機械的性質と、研磨液に用いられるpH2〜11
の範囲の薬液に対する耐性を具備させることができる。
また、第3層としては、弾性係数が10〜50kgf/
cmであり、厚さが1.3〜2.0mm程度であるこ
とが望ましい。
【0016】請求項4に記載の発明は、前記表面層及び
第2層は、pH2〜11の範囲の薬液に対する耐久性を
有する素材から構成されていることを特徴とする請求項
1ないし3のいずれかに記載の半導体ウエハ用研磨パッ
ドである。これにより、種々の研磨液に対して充分な研
磨性能と耐用寿命を得ることができる。
【0017】請求項5に記載の発明は、請求項1ないし
4のいずれかに記載の研磨パッドを貼付した研磨テーブ
ルと、被研磨材を把持し、前記研磨テーブルに押しつけ
る基板把持手段とを有することを特徴とする研磨装置で
ある。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は、この発明の第1の実施の
形態を示すもので、研磨面を構成する表面層Lと、表
面層Lの裏面側に配置された表面層Lより硬質の第
2層Lとを有しており、表面層Lの表面(図におい
て上側)を研磨面とし、第2層Lの裏面側(図におい
て下側)を研磨テーブルの取付面に貼付して用いる。
【0019】表面層Lは、弾性係数が5〜15kgf
/cm以下である不織布を素材として形成されてい
る。不織布の素材としては、例えば、2層の研磨パッド
(商品名:IC1000、ロデールニッタ社製)の下地
層(第2層)として用いられているSUBA400(商
品名、厚さ1.27mm)が有り(これの圧縮弾性係数
は、11.0kgf/cm程度であった)、これと同
等素材を厚さが100μm以下に加工して用いる。表面
層Lの素材としては、この他に、ロデールニッタ社の
SUBA600、SUBA800、及び米国MORRI
S社製のPAN−W(商品名)が挙げられる。
【0020】第2層Lは、弾性係数が210kgf/
cm程度、厚さが1.3〜2.0mmであるパッドが
用いられている。このような素材としては、例えば、I
C1000(商品名)の表面層のような剛性のある独立
発泡型ポリウレタンパッドを厚さ1.3〜2.0mmと
して用いる。この弾性係数は、210.2kgf/cm
であった。
【0021】このように構成された研磨パッド10にお
いて、砥粒を含む研磨液Qを用いて研磨を行なう場合、
砥粒やあるいは研磨屑等がパーティクルとしてウエハW
の被研磨面に存在したとしても、これらのパーティクル
は表面層Lの比較的柔らかいパッド内にある程度潜り
込んでしまう。従って、パッド表面に突き出た粒子の一
部のみがウエハ面に接触するために、大きな傷が付くの
が防止される。表面層Lの厚さが100μm以下と薄
いので、比較的柔かいCu層を含むような被研磨材を研
磨する場合でも、選択的な研磨による段差や、"dishin
g"と呼ばれる凹凸が形成されることが防止される。
【0022】図2は、この発明の他の実施の形態を示す
もので、図1の実施の形態の研磨パッドの第2層L
裏面側に、弾性係数が10〜50kgf/cm以下、
厚さが1.3〜2.0mmであるような第3層Lを配
置している。第3層Lとしては、先に掲げたSUBA
400、SUBA600、SUBA800、PAN−W
(いずれも商品名)等、基本的に表面層Lと同一の素
材から形成することができる。
【0023】この実施の形態の構造は、IC1000を
表面層Lとし、SUBA400を第2層Lとした従
来の2層パッド(IC1000:1.3mm程度+SU
BA400:1mm程度)の表面に薄い表面層Lを重
ねた3層構造の研磨パッドと考えることができる。この
ような研磨パッド10においては、表面層(不織布)L
で、dishing を起こさずにCu膜を研磨し、第2層
(IC1000) Lでウエハ面内の局所的な平坦化
を、第3層L(SUBA400)でウエハWの全体的
な平坦化をそれぞれ実現することができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、比較的柔かいCu層を含むような被研磨材を研磨す
る場合でも、その表面のパーティクルによる傷を防止
し、かつ選択的な研磨による段差や、"dishing"と呼ば
れる凹凸の形成を防止することができる。従って、Cu
配線等を効率的に形成するダマシン工程の採用を現実化
し、半導体回路の高集積化の実現に寄与することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態の研磨パッドの構
造を示す断面図である。
【図2】この発明の第2の実施の形態の研磨パッドの構
造を示す断面図である。
【図3】研磨装置の一般的な構造を示す正面図である。
【符号の説明】
10 研磨パッド 12 ターンテーブル L 表面層 L 第2層 L 第3層 W 半導体ウエハ Q 砥液
フロントページの続き (72)発明者 木村 憲雄 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 Fターム(参考) 3C058 AA07 AA09 CB02 CB10 DA17

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 研磨面を構成する表面層と、前記表面層
    の裏面側に配置された第2層とを有する半導体ウエハ用
    研磨パッドであって、 前記表面層は前記第2層より軟質であることを特徴とす
    る半導体ウエハ用研磨パッド。
  2. 【請求項2】 研磨面を構成する表面層と、前記表面層
    の裏面側に配置された第2層とを有し、 前記表面層は弾性係数が5〜15kgf/cmであ
    り、厚さが100μm以下であることを特徴とする半導
    体ウエハ用研磨パッド。
  3. 【請求項3】 研磨面を構成する表面層と、前記表面層
    の裏面側に配置された第2層と、前記第2層の裏面側に
    配置された第3層とを有し、 前記表面層は弾性係数が5〜15kgf/cmであ
    り、厚さが100μm以下であることを特徴とする半導
    体ウエハ用研磨パッド。
  4. 【請求項4】 前記表面層及び第2層は、pH2〜11
    の範囲の薬液に対する耐久性を有する素材から構成され
    ていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに
    記載の半導体ウエハ用研磨パッド。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載の研
    磨パッドを貼付した研磨テーブルと、被研磨材を把持
    し、前記研磨テーブルに押しつける基板把持手段とを有
    することを特徴とする研磨装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002090050A1 (fr) * 2001-05-08 2002-11-14 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Procede et dispositif pour le polissage de plaquette
US8557376B2 (en) 2007-09-28 2013-10-15 Fujibo Holdings Inc. Polishing pad

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002090050A1 (fr) * 2001-05-08 2002-11-14 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Procede et dispositif pour le polissage de plaquette
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