JP2001205552A - Abrasive pad - Google Patents
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- JP2001205552A JP2001205552A JP2000016028A JP2000016028A JP2001205552A JP 2001205552 A JP2001205552 A JP 2001205552A JP 2000016028 A JP2000016028 A JP 2000016028A JP 2000016028 A JP2000016028 A JP 2000016028A JP 2001205552 A JP2001205552 A JP 2001205552A
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- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
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- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ表面の凹凸
をケミカルメカニカル研磨法で平坦化する際に使用され
る研磨パッド、研磨装置、半導体装置の製造方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing pad, a polishing apparatus, and a method for manufacturing a semiconductor device, which are used for flattening irregularities on a wafer surface by a chemical mechanical polishing method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体装置を製造する際には、ウエハ表
面に導電性膜を形成し、フォトリソ・エッチングするこ
とにより配線層を形成する工程や、配線層の上に層間絶
縁膜を形成する工程等が行われ、これらの工程によって
ウエハ表面に金属等の導電体や絶縁体からなる凹凸が生
じる。近年、半導体集積回路の高密度化を目的として配
線の微細化や多層配線化が進んでいるが、これに伴い、
ウエハ表面の凹凸を平坦化する技術が重要となってき
た。2. Description of the Related Art In manufacturing a semiconductor device, a step of forming a conductive film on a wafer surface and forming a wiring layer by photolithography and etching, and a step of forming an interlayer insulating film on the wiring layer And the like, and these steps cause unevenness made of a conductor or an insulator such as a metal on the wafer surface. In recent years, finer wiring and multi-layer wiring have been developed for the purpose of increasing the density of semiconductor integrated circuits.
The technology for flattening the irregularities on the wafer surface has become important.
【０００３】ウエハ表面の凹凸を平坦化する方法として
は、従来、ケミカルメカニカル研磨（Chemical Mechan
ical Polishing：以下ＣＭＰという）法が採用されて
いる。ＣＭＰ法は、ウエハ表面の被研磨面を研磨パッド
の研磨面に押し付けた状態で、砥粒が分散されたスラリ
ー状の研磨剤を用いて研磨する技術である。ＣＭＰ法で
使用する研磨装置は、例えば、図１に示すように、研磨
パッド１を支持する研磨定盤２と、被研磨材３を支持す
る支持台４と、研磨剤の供給機構を備えている。研磨パ
ッド１は、例えば、両面テープ（図示せず）で貼り付け
ることにより、研磨定盤２に装着される。研磨定盤２と
支持台４とは、それぞれに支持された研磨パッド１と被
研磨材３が対向するように配置され、それぞれに回転軸
２１、４１を備えている。また、支持台４側には、被研
磨材３を研磨パッド１に押し付けるための加圧機構が設
けてある。また、研磨パッドの研磨面をダイヤモンドを
電着したドレッサ等で削り取るドレッシング工程が研磨
前及び研磨中に行われる。[0003] As a method of flattening irregularities on a wafer surface, a conventional method of chemical mechanical polishing has been used.
ical Polishing (hereinafter referred to as CMP). The CMP method is a technique in which a surface of a wafer to be polished is pressed against a polishing surface of a polishing pad, and polishing is performed using a slurry-type abrasive in which abrasive grains are dispersed. The polishing apparatus used in the CMP method includes, for example, as shown in FIG. 1, a polishing platen 2 that supports a polishing pad 1, a support table 4 that supports a material 3 to be polished, and an abrasive supply mechanism. I have. The polishing pad 1 is attached to the polishing platen 2 by, for example, attaching it with a double-sided tape (not shown). The polishing platen 2 and the support table 4 are arranged so that the polishing pad 1 and the workpiece 3 respectively supported are opposed to each other, and are provided with rotating shafts 21 and 41, respectively. A pressure mechanism for pressing the workpiece 3 against the polishing pad 1 is provided on the support base 4 side. A dressing step of shaving the polishing surface of the polishing pad with a dresser or the like on which diamond is electrodeposited is performed before and during polishing.
【０００４】このようなＣＭＰプロセスで用いられる研
磨パッドとして、従来、発泡ポリウレタン製の研磨パッ
ドが用いられている。しかしながら、一般的にポリウレ
タンは耐水性、耐薬品性に優れた樹脂ではないため、発
泡ポリウレタン製の研磨パッドは、耐久性において十分
な物とは言えなかった。特に、アンモニア等アルカリ系
の研磨液の下では、長時間の使用により、研磨パッド表
面が変質し、スラリー中の研磨砥粒が表面に付着しやす
く、研磨レートの低下という耐久性上の課題があった。As a polishing pad used in such a CMP process, a polishing pad made of foamed polyurethane has conventionally been used. However, polyurethane is generally not a resin having excellent water resistance and chemical resistance, and therefore, a polishing pad made of foamed polyurethane cannot be said to be sufficient in durability. In particular, under the use of an alkaline polishing liquid such as ammonia, the polishing pad surface deteriorates due to long-term use, and the abrasive grains in the slurry tend to adhere to the surface. there were.
【０００５】このような耐久性を改良するものとして
は，特開平２−２３２１７３号公報に発泡ポリウレタン
にポリウレタンより高い硬度を有する３００μｍ以下の
充填材を含有させて、耐久性を向上させた発泡ポリウレ
タンの研磨パッドが開示されている。また，特公平４−
８１８６号公報には熱可塑性フッ素樹脂発泡体から成る
研磨パッドが開示されている。[0005] To improve the durability, Japanese Patent Application Laid-Open No. 232173/1990 discloses a foamed polyurethane having an improved durability by adding a filler having a hardness of 300 µm or less to the foamed polyurethane and having a higher hardness than the polyurethane. Are disclosed. In addition,
Japanese Patent No. 8186 discloses a polishing pad made of a thermoplastic fluororesin foam.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−２３２１７３号公報の発泡ポリウレタン製の研磨パ
ッドは、研磨中の研磨パッド表面の削り込み回数を減少
させて、耐久性を向上させた研磨パッドであり、ポリウ
レタンそのものの耐久性の向上ではないため、その耐久
性は十分なものではない。また同公報実施例にはポリウ
レタン樹脂発泡体に２５０μｍのエポキシ樹脂粉末を充
填した研磨パッドが開示されているが、このような大粒
径の充填材を用いると、研磨パッドに局所的な硬度のむ
らが生じ、研磨均一性を損なう恐れがある。However, the polishing pad made of foamed polyurethane disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 232173/1990 has an improved durability by reducing the number of times the polishing pad surface is cut during polishing. However, this is not an improvement in the durability of the polyurethane itself, so that the durability is not sufficient. Further, in the example of the publication, a polishing pad in which a polyurethane resin foam is filled with an epoxy resin powder of 250 μm is disclosed. However, when a filler having such a large particle size is used, unevenness in local hardness is caused in the polishing pad. May occur, and polishing uniformity may be impaired.
【０００７】特公平４−８１８６号公報に開示された耐
水性、耐薬品性に優れた熱可塑性フッ素樹脂発泡体から
なる研磨パッドは耐久性には優れるものであるが、研磨
性能における最近の高度な要求（凸部のみを選択的に研
磨する平坦性等）において、更に改良が望まれていた。
本発明は、耐久性に優れ、かつ均一性、平坦性という研
磨性能に優れた研磨パッド、及びそれを用いた研磨装
置、および半導体装置の製造方法を提供する事を目的と
する。The polishing pad made of a thermoplastic fluororesin foam excellent in water resistance and chemical resistance disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-8186 is excellent in durability, but has a recent high degree of polishing performance. Furthermore, further improvement has been demanded in response to a high demand (eg, flatness for selectively polishing only convex portions).
An object of the present invention is to provide a polishing pad which is excellent in durability and is excellent in polishing performance such as uniformity and flatness, a polishing apparatus using the same, and a method for manufacturing a semiconductor device.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願は以下の発明を提供する。 （１） 熱可塑性フッ素樹脂発泡体からなるケミカルメ
カニカル研磨用の研磨パッドにおいて、該研磨パッド中
に無機充填材を３重量％以上５０重量％以下含有し、且
つ該無機充填材の最大分散粒子径が５００ｎｍ以下で有
ることを特徴とするケミカルメカニカル研磨用の研磨パ
ッド （２） 該無機充填材の平均分散粒子径が３００ｎｍ以
下であることを特徴とする（１）記載の研磨パッド （３） 該無機充填材の炭素含有量が０．５重量％以上
１０重量％以下であることを特徴とする（１）または
（２）記載の研磨パッドIn order to solve the above-mentioned problems, the present application provides the following inventions. (1) A polishing pad made of a thermoplastic fluororesin foam for chemical mechanical polishing, wherein the polishing pad contains 3% by weight to 50% by weight of an inorganic filler, and a maximum dispersed particle diameter of the inorganic filler. (2) The polishing pad according to (1), wherein the inorganic filler has an average dispersed particle diameter of 300 nm or less. The polishing pad according to (1) or (2), wherein the carbon content of the inorganic filler is 0.5% by weight or more and 10% by weight or less.
【０００９】（４） 研磨面に溝が有ることを特徴とす
る（１）から（３）のいずれかに記載の研磨パッド （５） （１）から（４）のいずれかに記載の研磨パッ
ドが装着されていることを特徴とする研磨装置 （６） （１）から（４）のいずれかに記載の研磨パッ
ドを用いて，ウエハ表面の凹凸をケミカルメカニカル研
磨法で平坦化する工程を行うことを特徴とする半導体装
置の製造方法 以下、本発明を詳細に説明する。(4) The polishing pad according to any one of (1) to (3), wherein the polishing surface has a groove. (5) The polishing pad according to any one of (1) to (4). (6) A step of flattening unevenness on the wafer surface by a chemical mechanical polishing method using the polishing pad according to any one of (1) to (4). Hereinafter, the present invention will be described in detail.
【００１０】本発明の研磨パッドは、熱可塑性フッ素樹
脂発泡体の研磨パッド中に無機充填材を含有している。
無機充填材を含有することにより、耐水性、耐薬品性に
優れた熱可塑性フッ素樹脂発泡体の研磨パッドとしての
耐久性を有しながら、該研磨パッドをより硬質化させ、
研磨性能を向上させることができる。研磨パッドを硬質
化させることにより、ウエハ表面の凹凸にパッドが追従
することなく、凸部のみを選択的に研磨する事が可能と
なる。特に被研磨物が、ダマシン法による金属膜の研磨
のような場合、広幅配線研磨時に生ずるディッシングや
配線密集部のエロージョン抑制に効果がある。The polishing pad of the present invention contains an inorganic filler in a polishing pad made of a thermoplastic fluororesin foam.
By containing an inorganic filler, water resistance, while having the durability as a polishing pad of thermoplastic fluororesin foam excellent in chemical resistance, while hardening the polishing pad,
Polishing performance can be improved. By hardening the polishing pad, it is possible to selectively polish only the convex portion without the pad following the unevenness on the wafer surface. In particular, when the object to be polished is a metal film polished by a damascene method, it is effective in suppressing dishing and erosion in a dense portion of a wiring when polishing a wide wiring.
【００１１】この場合、重要なことは、無機充填材の量
が該研磨パッド硬質化の度合いをコントロールし、研磨
平坦性を向上させることである。また該充填材の微分散
の度合いが、該研磨パッド面内における硬度のバラツキ
を抑制し、研磨均一性を向上させることである。本発明
者らは上記二つの効果を両立させる事を目的として本発
明に至った。すなわち所望の硬度を得るためには、熱可
塑性フッ素樹脂中に無機充填材を３重量％以上５０重量
％以下の量を含有させることである。３重量％以下で
は、所望の硬質化が得られないし、５０重量％以上では
ウエハ面にスクラッチが発生する可能性がある。好まし
い充填材の含有量は５重量％以上３５重量％以下であ
り、より好ましくは１０重量％以上３５重量％以下、特
に好ましくは１５重量％以上３０重量％以下である。In this case, it is important that the amount of the inorganic filler controls the degree of hardening of the polishing pad and improves the polishing flatness. Further, the degree of the fine dispersion of the filler is to suppress the variation in hardness in the surface of the polishing pad and improve the polishing uniformity. The present inventors have achieved the present invention for the purpose of achieving the above two effects at the same time. That is, in order to obtain a desired hardness, it is necessary to include the inorganic filler in an amount of 3% by weight or more and 50% by weight or less in the thermoplastic fluororesin. If the content is less than 3% by weight, desired hardening cannot be obtained, and if the content is more than 50% by weight, scratches may occur on the wafer surface. The preferable content of the filler is 5% by weight or more and 35% by weight or less, more preferably 10% by weight or more and 35% by weight or less, particularly preferably 15% by weight or more and 30% by weight or less.
【００１２】また、一般に無機充填材は凝集しやすいた
め、前述の量の無機充填材を研磨パッド中に均一に存在
させるためには、最大分散粒子径を平均分散粒子径以
上、５００ｎｍ以下にすることが必要である。５００ｎ
ｍ以上では、研磨パッドの面内における硬度のバラツキ
が発生しやすいし、ウエハ面にスクラッチが発生する可
能性がある。好ましい最大分散粒子径は４００ｎｍ以下
であり、より好ましくは３００ｎｍ以下であり、特に好
ましくは２５０ｎｍ以下である。また、平均分散粒子径
も、研磨パッドの面内における硬度のバラツキを抑制す
るためには重要であり、好ましくは無機充填材一次粒子
の平均径以上３００ｎｍ以下、より好ましくは２５０ｎ
ｍ以下、特に好ましくは２００ｎｍ以下である。In general, since the inorganic filler is liable to agglomerate, the maximum dispersed particle diameter should be not less than the average dispersed particle diameter and not more than 500 nm in order for the above amount of the inorganic filler to be uniformly present in the polishing pad. It is necessary. 500n
If it is more than m, a variation in hardness within the surface of the polishing pad is likely to occur, and scratches may occur on the wafer surface. The preferred maximum dispersed particle diameter is 400 nm or less, more preferably 300 nm or less, and particularly preferably 250 nm or less. Further, the average dispersed particle diameter is also important for suppressing the variation in hardness in the plane of the polishing pad, and is preferably not less than the average diameter of the inorganic filler primary particles and not more than 300 nm, more preferably not more than 250 nm.
m, particularly preferably 200 nm or less.
【００１３】また、前述のような分散状態を得るために
は、用いる無機充填材の一次粒子の平均径が２００ｎｍ
以下の物を用いることが好ましい。より好ましくは１０
０ｎｍ以下、特に好ましくは５０ｎｍ以下であり、さら
に好ましくは３０ｎｍ以下である。一次粒子平均径の下
限は特に規制するものではないが、取り扱い性及び実質
的に製造可能な物として１ｎｍ以上であり、好ましくは
５ｎｍ以上であり、より好ましくは１０ｎｍ以上であ
る。In order to obtain the above-mentioned dispersion state, the average particle size of the primary particles of the inorganic filler used is 200 nm.
It is preferable to use the following. More preferably 10
0 nm or less, particularly preferably 50 nm or less, and more preferably 30 nm or less. Although the lower limit of the average primary particle diameter is not particularly limited, it is 1 nm or more, preferably 5 nm or more, and more preferably 10 nm or more as a handleability and a substance that can be substantially manufactured.
【００１４】本発明で用いられる無機充填材の例として
は、本質的には熱可塑性フッ素樹脂よりも高硬度で有れ
ば良いが、被研磨物であるウエハへの影響を考慮して、
シリカ、アルミナ、酸化セリウム、二酸化マンガン等を
用いることができる。また、無機充填材と熱可塑性フッ
素樹脂との親和性を向上させ、該充填材がより微分散し
た状態を得るために炭素含有量０．５％以上１０％以下
の無機充填材を用いることができる。１０％以上では本
件の要求特性を満たさない可能性がある。好ましい炭素
含有量は０．５％以上７％以下、より好ましくは０．７
％以上５％以下、特に好ましくは０．８％以上３％以下
である。As an example of the inorganic filler used in the present invention, it is essential only that the inorganic filler has a hardness higher than that of the thermoplastic fluororesin, but in consideration of the effect on the wafer to be polished,
Silica, alumina, cerium oxide, manganese dioxide and the like can be used. In order to improve the affinity between the inorganic filler and the thermoplastic fluororesin, and to obtain a state in which the filler is finely dispersed, an inorganic filler having a carbon content of 0.5% or more and 10% or less may be used. it can. If it is 10% or more, the required characteristics of the present case may not be satisfied. The preferred carbon content is 0.5% or more and 7% or less, more preferably 0.7% or less.
% To 5%, particularly preferably 0.8% to 3%.
【００１５】前述のような、熱可塑性フッ素樹脂発泡体
から成る研磨パッド中の無機充填材の分散は、既知の機
械的な製造方法によって行うことができる。例えば、熱
可塑性フッ素樹脂と無機充填材をヘンシェルミキサー等
を用いてブレンドした後、二軸の押し出し機を用いてシ
ート成形し、発泡剤を含浸させた後、加熱発泡させ、研
磨パッドを製造する方法である。もちろん、多軸の押し
出し機で造粒した後に、二軸もしくは単軸の押し出し機
でシート成形しても良い。また、ブレンドする際に必要
に応じて可塑剤を用いても良い。The dispersion of the inorganic filler in the polishing pad made of the thermoplastic fluororesin foam as described above can be performed by a known mechanical manufacturing method. For example, after blending a thermoplastic fluororesin and an inorganic filler using a Henschel mixer or the like, forming a sheet using a biaxial extruder, impregnating with a foaming agent, heating and foaming, and manufacturing a polishing pad. Is the way. Of course, after granulation with a multi-screw extruder, sheet formation may be performed with a twin-screw or single-screw extruder. In addition, a plasticizer may be used as necessary when blending.
【００１６】本発明で用いられる熱可塑性フッ素樹脂は
例えば、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、フ
ッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、
フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、
エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、テトラフ
ルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、
テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチル−パーフ
ルオロビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレ
ン−パーフルオロエチル−パーフルオロビニルエーテル
共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロプロ
ピル−パーフルオロビニルエーテル共重合体等の１種ま
たは２種以上の混合物が挙げられる。また、前述の熱可
塑性フッ素樹脂の耐水性、および耐薬品性という特性を
損なわない範囲で、熱可塑性フッ素樹脂と少量のオレフ
ィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ナ
イロン樹脂、スチレン樹脂との１種または２種以上の混
合物を用いることができる。また、該熱可塑性フッ素樹
脂研磨パッドは所望の硬度を得るために、発泡前、発泡
後に架橋する事ができる。架橋の方法としては電子線等
の放射線架橋方法を用いることができるし、架橋剤を用
いて架橋させても良い。The thermoplastic fluororesin used in the present invention is, for example, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer,
Vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer,
Ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer,
One or two of a tetrafluoroethylene-perfluoromethyl-perfluorovinyl ether copolymer, a tetrafluoroethylene-perfluoroethyl-perfluorovinyl ether copolymer, a tetrafluoroethylene-perfluoropropyl-perfluorovinyl ether copolymer or the like Mixtures of more than one species. In addition, as long as the water resistance and chemical resistance characteristics of the thermoplastic fluororesin described above are not impaired, one kind of the thermoplastic fluororesin and a small amount of an olefin resin, an acrylic resin, a polycarbonate resin, a nylon resin, and a styrene resin is used. Alternatively, a mixture of two or more kinds can be used. The thermoplastic fluororesin polishing pad can be crosslinked before and after foaming to obtain a desired hardness. As a crosslinking method, a radiation crosslinking method such as an electron beam can be used, or crosslinking may be performed using a crosslinking agent.
【００１７】本発明で用いられる発泡剤として物理発泡
剤、および化学発泡剤どちらを用いてもかまわないが、
研磨パッドに残査が残りにくい点から、揮発性の物理発
泡剤を用いることが好ましい。例えば１，１，１，２−
テトラフルオロエタン等のフロン類や、プロパン、ブタ
ン、ペンタン等の炭化水素類、炭酸ガス、窒素等の無機
ガスを用いることができる。As the blowing agent used in the present invention, either a physical blowing agent or a chemical blowing agent may be used.
It is preferable to use a volatile physical foaming agent from the viewpoint that the residue hardly remains on the polishing pad. For example, 1,1,1,2-
Freons such as tetrafluoroethane, hydrocarbons such as propane, butane, and pentane; and inorganic gases such as carbon dioxide and nitrogen can be used.
【００１８】本発明の発泡体は発泡倍率１．５倍以上１
５倍以下が好ましい。１５倍以上となると無機充填材で
硬質化した効果が発揮されなくなるし、１．５倍以下で
有れば、研磨時に研磨表面に存在する開放気泡によるス
ラリーの保持性能が低下する。より好ましい発泡倍率の
範囲は、２倍以上１０倍以下、更に好ましくは２倍以上
５倍以下である。また、平均気泡径は２００μm以下が
好ましい。平均気泡径の下限は特に規制するものではな
いが、あまりに微小な気泡ではセル壁が薄くなるため、
充填材を樹脂中に十分に保持できなくなり、場合によっ
ては、独立気泡率が低下し、研磨時の荷重によって圧縮
回復特性が低下する恐れがあるため、通常は１μm以上
が好ましく、更に好ましくは５μm以上である。The foam of the present invention has an expansion ratio of 1.5 times or more and 1
5 times or less is preferable. When it is 15 times or more, the effect of hardening by the inorganic filler is not exhibited, and when it is 1.5 times or less, the holding performance of the slurry due to open bubbles existing on the polished surface during polishing decreases. A more preferable range of the expansion ratio is 2 times or more and 10 times or less, and further preferably 2 times or more and 5 times or less. Further, the average bubble diameter is preferably 200 μm or less. The lower limit of the average bubble diameter is not particularly limited, but if the cells are too small, the cell wall becomes thinner.
The filler cannot be sufficiently retained in the resin, and in some cases, the closed cell rate is reduced, and the compression recovery property may be reduced due to the load during polishing. Therefore, it is usually preferably 1 μm or more, more preferably 5 μm. That is all.
【００１９】本発明の研磨パッドには、パッド表面にス
ラリーを均一に保持させるため、また研磨屑を円滑に排
出するために、溝を設けることができる。溝形状は多数
の同心円や格子状、放射状また螺旋状等の溝形状を用い
ることができる。また溝作成方法は、旋盤やフライスに
よる切削方法等で研磨パッド表面に作成できる。本発明
では、例えば図１に示すような研磨装置に、無機充填材
を含有した熱可塑性フッ素樹脂発泡体研磨パッドを研磨
定盤２に、両面テープ（図示せず）等を用いて貼り付け
ることにより、研磨定盤２に装着できる。研磨定盤２と
支持台４とは、それぞれに支持された研磨パッド１と被
研磨材のウエハ３が対向するように配置され、それぞれ
が回転し、スラリー状の研磨剤が供給されながら、ウエ
ハ表面の凹凸を研磨することができる。また、研磨パッ
ドの研磨面をダイヤモンドを電着したドレッサ等で削り
取るドレッシング工程が研磨前及び研磨中に行われる。The polishing pad of the present invention can be provided with a groove in order to uniformly hold the slurry on the pad surface and to smoothly discharge polishing debris. As the groove shape, many concentric circles, lattice shapes, radial shapes, spiral shapes, and the like can be used. The groove can be formed on the polishing pad surface by a lathe or a milling method. In the present invention, for example, a thermoplastic fluororesin foam polishing pad containing an inorganic filler is attached to the polishing platen 2 using a double-sided tape (not shown) or the like, for example, in a polishing apparatus as shown in FIG. Thereby, it can be mounted on the polishing table 2. The polishing platen 2 and the support table 4 are arranged such that the polishing pad 1 and the wafer 3 to be polished are supported by the polishing table 2 and the support table 4, respectively. Surface irregularities can be polished. A dressing step of shaving the polishing surface of the polishing pad with a dresser or the like on which diamond is electrodeposited is performed before and during polishing.
【００２０】繰り返すが、本発明は、耐水性、耐薬品性
に優れた熱可塑性フッ素樹脂発泡体を研磨パッドに用い
ることで、アンモニア等アルカリ系の研磨液の下におい
ても（むろん、通常のスラリーでも）耐久性に優れるた
め、長時間の使用が可能であり、無機充填材の効果によ
って、研磨平坦性、均一性に優れる研磨パッド及び、該
研磨パッドを用いた研磨装置並びに半導体装置の製造方
法を提供するものである。To reiterate, the present invention uses a thermoplastic fluororesin foam having excellent water resistance and chemical resistance for a polishing pad, so that it can be used even under an alkaline polishing liquid such as ammonia (of course, a conventional slurry). However, since the polishing pad is excellent in durability, it can be used for a long time, and the polishing pad has excellent polishing flatness and uniformity due to the effect of the inorganic filler, a polishing apparatus using the polishing pad, and a method for manufacturing a semiconductor device. Is provided.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明について実施例を挙
げて説明する。 （１）分散粒子径を測定するためのサンプリングの方法 研磨パッドの厚み方向断面における、研磨面から０．３
ｍｍまでの深さの任意の領域を、走査型電子顕微鏡にて
無機充填材の粒子径が確認できる様な倍率（約１万倍か
ら５万倍）で、ソリッドの領域がトータルで１μｍ×１
μｍとなるように観察する。 （２）最大分散粒子径の測定方法 １μｍ×１μｍの領域に存在する粒子を全て観察し、大
きい方から順に１０個の粒子を選んで、その粒子径の平
均値を最大分散粒子径とする。 （３）平均分散粒子径の測定方法 １μｍ×１μｍの領域に存在する粒子を全て観察し、数
平均粒子径を平均分散粒子径とする。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to embodiments. (1) Sampling Method for Measuring Dispersed Particle Size In the cross section in the thickness direction of the polishing pad, 0.3 from the polishing surface.
An arbitrary region having a depth of up to 1 mm was obtained at a magnification (approximately 10,000 to 50,000 times) at which the particle size of the inorganic filler could be confirmed with a scanning electron microscope.
Observe to be μm. (2) Measurement method of maximum dispersed particle diameter All particles existing in the area of 1 μm × 1 μm are observed, ten particles are selected in descending order, and the average value of the particle diameter is defined as the maximum dispersed particle diameter. (3) Measurement method of average dispersed particle diameter All particles existing in the area of 1 μm × 1 μm are observed, and the number average particle diameter is defined as the average dispersed particle diameter.
【００２２】（４）一次分粒子の平均径 透過型電子顕微鏡で無機充填材の粒子１００個を観察
し、数平均粒子径を一次分散粒子径とする。 （５）発泡倍率 次式により算出する。(4) Average Particle Size of Primary Particles 100 particles of the inorganic filler are observed with a transmission electron microscope, and the number average particle size is defined as the primary dispersion particle size. (5) Expansion ratio Calculated by the following formula.
【００２３】発泡倍率＝樹脂密度（ｇ／ｃｍ3）／発泡
シート密度（ｇ／ｃｍ3） （６）平均気泡径 ＡＳＴＭ−Ｄ３５７６に準拠してサンプルの研磨面をス
ライスし、電子顕微鏡で観察し、１ｃｍのグリッド線を
引き、グリッド線上に存在する気泡の数を数え次式を用
いて、平均気泡径を求める。 平均気泡径＝グリッド線長さ（μｍ）／気泡の個数
（個）／０．６１６Expansion ratio = resin density (g / cm 3 ) / foam sheet density (g / cm 3 ) (6) Average cell diameter The polished surface of the sample is sliced in accordance with ASTM-D3576, and observed with an electron microscope. A 1 cm grid line is drawn, the number of bubbles existing on the grid line is counted, and the average bubble diameter is determined using the following equation. Average bubble diameter = grid line length (μm) / number of bubbles (pieces) /0.616
【００２４】（７）硬度の測定方法 ＪＩＳ Ｋ７２１５に準拠してＤ型デュロメータを用い
て，硬度を測定する。 （８）炭素含有量 所定量の無機充填材を１０００℃で２時間加熱し、生成
した二酸化炭素の量と初期のサンプル量から、炭素含有
量を測定する。(7) Hardness Measurement Method Hardness is measured using a D-type durometer according to JIS K7215. (8) Carbon Content A predetermined amount of the inorganic filler is heated at 1000 ° C. for 2 hours, and the carbon content is measured from the amount of generated carbon dioxide and the initial sample amount.
【００２５】[0025]
【実施例１】ポリフッ化ビニリデン（融点１６８℃、Ｍ
ＦＲ２．９（２３０℃、１２．５ｋｇ））とアエロジル
１３０（日本アエロジル株式会社製、一次粒子の平均径
１６ｎｍ）を、重量比９０／１０の比率でヘンシェルミ
キサーで混合し、二軸押し出し機を用いて、加熱押し出
し成形によって、１．２ｍｍ厚みのシートを成形する。
該シートを５００ＫＶの電子線照射機を用いて、１５Ｍ
ｒａｄで電子線を照射して、架橋させる。該架橋済シー
トを圧力容器に入れ、発泡剤としてテトラフルオロエタ
ンを圧入し、７０℃で３０時間保持する。該発泡剤含浸
済シートを、遠赤外線ヒーターを備えた温度２００℃の
加熱炉中に保持して、該シートを発泡させる。該発泡シ
ートの発泡倍率は３倍で、平均気泡径は４５μｍであ
る。該発泡シートを＃２４０のベルトサンダーで、両面
バフ研磨し、所望の大きさに切り出し、両面テープを貼
り、研磨パッドとする。該研磨パッドに同心円形状の溝
（溝幅０．２ｍｍ、溝深さ０．４ｍｍ、溝ピッチ２．０
ｍｍ）を切削加工によって溝付研磨パッドを作成する。
該研磨パッドのＤ硬度は４４、無機充填材の最大粒子径
は３００ｎｍであり、分散平均粒子径は２２０ｎｍであ
る。Example 1 Polyvinylidene fluoride (melting point 168 ° C., M
FR2.9 (230 ° C., 12.5 kg)) and Aerosil 130 (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., average diameter of primary particles: 16 nm) were mixed at a weight ratio of 90/10 with a Henschel mixer, and a twin-screw extruder was used. Then, a sheet having a thickness of 1.2 mm is formed by heat extrusion molding.
The sheet was subjected to 15M using a 500KV electron beam irradiator.
Irradiation with rad is performed to crosslink. The crosslinked sheet is placed in a pressure vessel, and tetrafluoroethane is injected as a foaming agent and kept at 70 ° C. for 30 hours. The sheet impregnated with the foaming agent is held in a heating furnace equipped with a far-infrared heater at a temperature of 200 ° C. to foam the sheet. The expansion ratio of the foam sheet is 3 times, and the average cell diameter is 45 μm. The foamed sheet is buffed on both sides with a # 240 belt sander, cut out to a desired size, and a double-sided tape is applied to form a polishing pad. Concentric grooves (groove width 0.2 mm, groove depth 0.4 mm, groove pitch 2.0)
mm) to form a grooved polishing pad by cutting.
The D hardness of the polishing pad is 44, the maximum particle size of the inorganic filler is 300 nm, and the dispersion average particle size is 220 nm.
【００２６】この研磨パッドを研磨装置（岡本工作機械
製作所製のＧＲＩＮＤ−Ｘ ＳＰＰ６００Ｓ）の研磨定
盤に貼り付け、＃２４０のダイヤモンド電着リングを用
い３分間ドレッシングを行う。次に研磨装置の支持台
に、最表面にＣｕ薄膜が１５０ｎｍ形成されているウエ
ハを取り付け、Ｃｕ研磨用のスラリー状研磨剤（ｃａｂ
ｏｔ社製ＥＰ−Ｃ４１１０）を用いて，定盤５８ｒｐｍ
／支持台６２ｒｐｍ、荷重２０．７ｋＰａ（３ｐｓｉ）
で研磨を行うと、均一性、耐久性，平坦性いずれも良好
である。This polishing pad is attached to a polishing platen of a polishing apparatus (GRIND-X SPP600S manufactured by Okamoto Machine Tool Works, Ltd.), and dressing is performed for 3 minutes using a # 240 diamond electrodeposition ring. Next, a wafer having a 150 nm thick Cu thin film formed on the outermost surface thereof was mounted on a support of a polishing apparatus, and a slurry-like abrasive (cab) for polishing Cu was used.
ot Co., Ltd. EP-C4110) using a platen of 58 rpm
/ Support 62 rpm, load 20.7 kPa (3 psi)
When polishing is carried out, uniformity, durability and flatness are all good.
【００２７】[0027]
【実施例２】ポリフッ化ビニリデン（融点１６８℃、Ｍ
ＦＲ２．９（２３０℃、１２．５ｋｇ））とアエロジル
Ｒ９７２（日本アエロジル株式会社製、一次粒子の平均
径１６ｎｍ、炭素含有量１％）を、重量比８５／１５の
比率でヘンシェルミキサーで混合し、二軸押し出し機を
用いて、加熱押し出し成形によって、１．２ｍｍ厚みの
シートを成形する。実施例１と同様の方法で発泡させ、
発泡シートの発泡倍率は３．３倍で、平均気泡径は３５
μｍである。実施例１と同様に溝付研磨パッドを作成す
る。Ｄ硬度は４８で、無機充填材の最大分散粒子径は２
００ｎｍであり、平均分散粒子径は１４０ｎｍである。
実施例１と同様の方法で研磨試験を行うと、均一性、耐
久性，平坦性いずれも極めて良好である。Example 2 Polyvinylidene fluoride (melting point 168 ° C., M
FR2.9 (230 ° C., 12.5 kg)) and Aerosil R972 (Nippon Aerosil Co., Ltd., average primary particle diameter 16 nm, carbon content 1%) were mixed in a Henschel mixer at a weight ratio of 85/15. Then, a sheet having a thickness of 1.2 mm is formed by heat extrusion using a biaxial extruder. Foamed in the same manner as in Example 1,
The expansion ratio of the foam sheet is 3.3 times, and the average cell diameter is 35.
μm. A grooved polishing pad is prepared in the same manner as in the first embodiment. The D hardness is 48, and the maximum dispersed particle size of the inorganic filler is 2
00 nm, and the average dispersed particle diameter is 140 nm.
When a polishing test is performed in the same manner as in Example 1, all of the uniformity, durability, and flatness are extremely good.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の研磨パッ
ドは高い耐久性を有するため、同一の研磨パッドで長時
間の安定的な使用が可能であり、且つ、研磨面内におけ
る硬度のバラツキが少ないため、ＣＭＰ研磨において、
優れた研磨性能（均一性、平坦性等）を発揮する事がで
きる。本発明の研磨装置によれば、同一の研磨パッドで
長時間の安定的な研磨が可能で、ウエハ表面の均一性、
平坦性に優れたＣＭＰ研磨を行うことができる。本発明
の半導体装置の製造方法によれば、研磨パッドの長時間
の安定的な使用が可能であり、ウエハ表面の均一性、平
坦性に優れたＣＭＰ研磨が行われるという効果がある。As described above, since the polishing pad of the present invention has high durability, the same polishing pad can be used stably for a long period of time, and the hardness of the polishing surface varies. Is small in CMP polishing.
Excellent polishing performance (uniformity, flatness, etc.) can be exhibited. According to the polishing apparatus of the present invention, stable polishing can be performed for a long time with the same polishing pad, uniformity of the wafer surface,
CMP polishing excellent in flatness can be performed. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the manufacturing method of the semiconductor device of this invention, a polishing pad can be used stably for a long time, and there exists an effect that the CMP polishing excellent in the uniformity and flatness of a wafer surface is performed.
【図１】一般的な研磨装置の概略断面図。FIG. 1 is a schematic sectional view of a general polishing apparatus.
１ 研磨パッド ２ 研磨定盤 ３ 被研磨材 ４ 支持台 ２１ 研磨定盤回転軸 ４１ 支持台回転軸 １１ スラリー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polishing pad 2 Polishing plate 3 Material to be polished 4 Support stand 21 Polishing plate rotating shaft 41 Support rotating shaft 11 Slurry
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｌ 27/12 Ｃ０８Ｌ 27/12 Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｆ Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 CB01 CB10 DA02 DA12 DA17 3C063 AA03 AB05 AB07 BA40 BB01 BB03 BB07 BG01 BG30 EE10 FF08 FF23 FF30 4F071 AA26 AB01 AB26 AD06 AE01 AE17 DA20 4F074 AA33 AB03 AB05 AC32 AG01 BA53 CA29 CC04Y CC06X DA02 DA03 DA56 4J002 BD141 DJ016 EB067 FD016 FD327 GQ00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C08L 27/12 C08L 27/12 H01L 21/304 622 H01L 21/304 622F F-term (Reference) 3C058 AA07 AA09 CB01 CB10 DA02 DA12 DA17 3C063 AA03 AB05 AB07 BA40 BB01 BB03 BB07 BG01 BG30 EE10 FF08 FF23 FF30 4F071 AA26 AB01 AB26 AD06 AE01 AE17 DA20 4F074 AA33 AB03 AB05 AC32 AG01 BA53 CA29 CC04Y CC06X DA002 DA02
Claims (6)
カルメカニカル研磨用の研磨パッドにおいて、該研磨パ
ッド中に無機充填材を３重量％以上５０重量％以下含有
し、且つ該無機充填材の最大分散粒子径が５００ｎｍ以
下で有ることを特徴とするケミカルメカニカル研磨用の
研磨パッド。1. A polishing pad for chemical mechanical polishing comprising a thermoplastic fluororesin foam, wherein the polishing pad contains an inorganic filler in an amount of 3% by weight or more and 50% by weight or less and a maximum dispersion of the inorganic filler. A polishing pad for chemical mechanical polishing, wherein the polishing pad has a particle diameter of 500 nm or less.
ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の研磨パ
ッド。2. An inorganic filler having an average dispersed particle diameter of 300.
2. The polishing pad according to claim 1, wherein the thickness is not more than nm.
％以上、１０重量％以下であることを特徴とする請求項
１または２記載の研磨パッド。3. The polishing pad according to claim 1, wherein the carbon content of the inorganic filler is 0.5% by weight or more and 10% by weight or less.
項１から３のいずれかに記載の研磨パッド。4. The polishing pad according to claim 1, wherein the polishing surface has a groove.
パッドが装着されていることを特徴とする研磨装置。5. A polishing apparatus comprising the polishing pad according to claim 1.
パッドを用いてウエハ表面の凹凸をケミカルメカニカル
研磨法で平坦化する工程を行うことを特徴とする半導体
装置の製造方法。6. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of using the polishing pad according to claim 1 to flatten unevenness on a wafer surface by a chemical mechanical polishing method.
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| JP (1) | JP2001205552A (en) |
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-
2000
- 2000-01-25 JP JP2000016028A patent/JP2001205552A/en not_active Withdrawn
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