JP2002075932A - 研磨パッドおよび研磨装置ならびに研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＣＭＰによる半導体基板の平坦化において、半
導体基板表面の凹凸の凸部を選択的に研磨することでグ
ローバル段差が速く解消でき、また、金属配線やＳＴＩ
における研磨においてもディッシングやシンニングなど
の凹み量が少なく、かつスクラッチ傷や残存ダストが少
ない高品位な半導体基板を得ることが可能な研磨パッド
および研磨装置および研磨方法を提供するものである。 【解決手段】基板を平坦化するための化学的機械研磨に
用いられる研磨パッドにおいて、親水性でかつ水不溶性
の高分子と複合構造を形成し、かつ以下に示す（Ａ）お
よび／または（Ｂ）の要件を満たす研磨層を含むことを
特徴とする研磨パッド。 （Ａ）曲げ弾性率が２ＧＰａ以上 （Ｂ）表面硬度がデュロメータＤ硬度で８０以上

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板やガラ
ス基板などの化学的機械研磨に用いられる研磨パッドお
よび研磨装置および研磨方法に関するものであり、さら
に詳しくは、半導体基板上に形成された層間絶縁膜の平
坦化、または溝中に埋設された金属配線の平坦化、また
は溝中に埋設された酸化膜を平坦化するための化学的機
械研磨に用いられる研磨パッドおよび研磨装置ならびに
研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの性能が向上するにつ
れ、微細なトランジスタおよびそれを接続する配線電極
が高密度でランダムに配置設計され、配線も多層化され
るようになった。多層配線の層間に形成される絶縁膜
（酸化膜）は、これら配線電極をカバーしているため、
層間絶縁膜表面にランダムで粗密のあるパターンで凹凸
を有している。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、層間絶縁
膜表面の凹凸のため、リソグラフィ工程における露光時
の焦点深度不足が発生する。そのため、層間絶縁膜表面
の凹凸を平坦化することが必要となり、化学的機械研磨
（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）による半導体基板の平坦化が半導
体デバイスの製造プロセスに採用されるようになった。

【０００３】ＣＭＰによる層間絶縁膜表面の平坦化技術
が深化するに従い、金属配線を形成するためのダマシン
プロセスや、素子分離のためのシャロートレンチアイソ
レーション（ＳＴＩ）における平坦化にもＣＭＰの技術
が適用されつつある。ダマシンプロセスでは、層間絶縁
膜に形成した配線溝中に埋設されたタングステン（Ｗ）
やアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などの金属配線の
余剰部分を研磨して、金属配線表面を平坦化することが
検討されている。また、ＳＴＩでは、ストッパー膜とし
て窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）膜をパターニングしたシリコ
ン（Ｓｉ）基板に形成した溝中に埋設された酸化膜の余
剰部分を研磨して、酸化膜表面を平坦化することも検討
されている。

【０００４】現在、半導体デバイスの製造プロセスにお
いて、半導体基板の平坦化に用いられている研磨パッド
は、特開平６−２１０２８号公報に開示されているよう
に実際の研磨にあずかる研磨層と半導体基板のうねりに
追随するためのクッション層を貼り合わせた二層パッド
が主流であり、特に米国ロデール社が製造している研磨
層（“IC-1000”）とクッション層（“Suba400”）を貼
り合わせた研磨パッドが広く一般的に用いられている。
この中の研磨層である“IC-1000”は、特表平８−５０
０６２２号公報に記載されているように、発泡構造を有
する硬質のポリウレタンからなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】現在、広く用いられて
いる発泡構造の硬質ポリウレタンからなる研磨層は、表
面硬度はデュロメータＤ硬度で６０程度であり、曲げ弾
性率も０．３ＧＰａ程度とポリウレタンの中では硬質の
部類に属するものであるが、樹脂全体からみるとその剛
性は比較的軟質な部類に入る研磨層であるといえる。そ
のため層間絶縁膜表面の粗密のある凹凸パターンにおい
て、凸部だけでなく比較的幅の広い凹部も研磨してしま
い、チップ内の段差（グローバル段差）が解消されにく
いという問題がある。そのため実用に際しては、十分な
平坦性を得る前に下地の金属配線が研磨によって露出す
るのを防ぐために層間絶縁膜を厚く形成する、さらには
幅の広い凹部にダミー配線を形成して凹部が研磨される
のを防ぐなどの施策が採られている。しかし、層間絶縁
膜を厚くするとそれだけ研磨に要する時間が長くなり、
その分研磨工程のコスト高を招き、また、ダミー配線の
形成は配線設計上の制約を設けることになるなどの課題
がある。さらに、ダマシンプロセスにおける金属配線の
研磨やＳＴＩにおける酸化膜の研磨では、溝の幅の広い
部分での過剰研磨による凹み（ディッシング）を発生さ
せる、さらには溝が密集した配線部分での過剰研磨によ
る凹み（シンニング）を発生させるなどの課題がある。

【０００６】以上のような課題を解決してより高精度な
平坦化を実現するために、より硬質な樹脂からなる研磨
層が検討されている。このような研磨層として塩化ビニ
ル（ＰＶＣ）樹脂板やポリメチルメタクリレート（ＰＭ
ＭＡ）樹脂板などのように表面硬度がデュロメータＤ硬
度で８０以上、曲げ弾性率も２ＧＰａ以上である硬質な
研磨層が検討されている。しかし、研磨層を硬質にすれ
ばするほど半導体基板にスクラッチ傷を多く発生させ
る、さらには半導体基板上にダストが多く残存するよう
になるなど、半導体基板表面の品位を著しく低下させる
という問題があった。

【０００７】そこで、我々はより硬質な樹脂からなる研
磨層において、スクラッチや残存ダストを抑制して半導
体基板表面の品位の向上を図ることを鋭意検討し、その
結果、親水性でかつ水不溶性の高分子との複合構造を形
成することで、スクラッチや残存ダストが大きく低減す
ることを見出し、本発明に至った。

【０００８】すなわち本発明は、親水性でかつ水不溶性
の高分子との複合構造を形成した研磨層を用いることに
より、上記した課題を解決し、ＣＭＰによる基板の平坦
化において、基板表面の凹凸の凸部を選択的に研磨する
ことでグローバル段差が速く解消でき、また、金属配線
やＳＴＩにおける研磨においてもディッシングやシンニ
ングなどの凹み量が少なく、かつスクラッチ傷や残存ダ
ストが少ない高品位な半導体基板を得ることが可能な研
磨パッドおよび研磨装置ならびに研磨方法を提供するも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は以下の構成からなる。すなわち、 （１）基板を平坦化するための化学的機械研磨に用いら
れる研磨パッドにおいて、親水性でかつ水不溶性の高分
子と複合構造を形成し、かつ以下に示す（Ａ）および／
または（Ｂ）の要件を満たす研磨層を含むことを特徴と
する研磨パッド。

【００１０】（Ａ）曲げ弾性率が２ＧＰａ以上 （Ｂ）表面硬度がデュロメータＤ硬度で８０以上 （２）前記基板が、基板上に層間絶縁膜が形成された半
導体基板であって、前記層間絶縁膜を研磨除去し、前記
層間絶縁膜の表面を平坦化するものであることを特徴と
する前記（１）記載の研磨パッド。

【００１１】（３）前記基板が、基板上に形成された配
線溝中に主成分がＣｕ、Ａｌ、Ｗのいずれかである金属
配線を埋設した半導体基板であって、前記金属配線の不
要部分を研磨除去し、前記金属配線の表面を平坦化する
ものであることを特徴とする前記（１）記載の研磨パッ
ド。

【００１２】（４）前記基板が、基板上に形成された溝
中に酸化膜を埋設した半導体基板であって、前記酸化膜
の不要部分を研磨除去し、前記酸化膜の表面を平坦化す
るものであることを特徴とする前記（１）記載の研磨パ
ッド。

【００１３】（５）前記研磨層が、空隙を有することを
特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の研磨
パッド。

【００１４】（６）研磨パッドが、前記請求項１に記載
の研磨層と、体積弾性率が６０ＭＰａ以上でかつ引っ張
り弾性率が０．１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であるクッ
ション層とが貼り合わされたものであることを特徴とす
る前記（１）〜（５）のいずれかに記載の研磨パッド。

【００１５】（７）前記研磨層の表面に溝または孔が形
成されていることを特徴とする前記（１）〜（４）請求
項１〜６のいずれかに記載の研磨パッド。

【００１６】（８）基板を固定する研磨ヘッドと、該研
磨ヘッドに対峙して配置された前記（１）〜（７）のい
ずれかに記載の研磨パッドと、該研磨パッドを固定する
研磨定盤と、前記研磨ヘッドおよび／または研磨定盤を
回転させる駆動装置とを具備することを特徴とする研磨
装置。

【００１７】（９）基板を研磨ヘッドに固定し、研磨定
盤に固定された前記（１）〜（７）のいずれかに記載の
研磨パッドを前記基板に押し当てた状態で、研磨ヘッド
および／または研磨定盤を回転させて基板を研磨するこ
とを特徴とする研磨方法。

【００１８】

【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。

【００１９】本発明でいう基板とは、シリコンベアウエ
ハーやそこに素子や配線などが形成された半導体基板、
液晶ディスプレイなどの平面ディスプレイのガラス基板
やＴＦＴ基板、プラズマディスプレイの背面板など、Ｃ
ＭＰによる研磨が可能なものであれば特に限定するもの
ではないが、本発明の研磨パッドは半導体基板の研磨に
好適に用いられ、酸化膜や低誘電率材料からなる層間絶
縁膜、主成分がＣｕ、Ａｌ、Ｗなどの金属からなる配
線、素子分離のために形成された酸化膜の研磨に好適で
ある。

【００２０】本発明の研磨パッドは、研磨層単体で用い
ることも可能であるが、より好ましくは研磨層とクッシ
ョン層を貼り合わせた二層パッドからなるものである。

【００２１】ＣＭＰによる半導体基板の平坦化におい
て、基板表面の凹凸の凹部の研磨を抑制し凸部のみを選
択的に研磨するためには、研磨層の剛性が高いことが好
ましく、具体的には曲げ弾性率が２ＧＰａ以上であるこ
とが好ましいが、より高精度な平坦化を実現するために
は曲げ弾性率が５〜２０ＧＰａであることがより好まし
い。研磨層の曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７２０３に記載
の硬質プラスチックの曲げ試験方法により測定される。
さらに、研磨層の硬度はデュロメータＤ硬度で８０以上
であることが好ましいが、より高精度な平坦化を実現さ
せるためには８５〜９７であることがより好ましい。研
磨層のデュロメータＤ硬度は、ＪＩＳ Ｋ７２１５に記
載の硬質プラスチックのデュロメータ硬さ試験方法によ
り測定される。

【００２２】本発明の研磨層は、曲げ弾性率および／ま
たはデュロメータＤ硬度、すなわち、曲げ弾性率または
デュロメータＤ硬度、もしくは曲げ弾性率とデュロメー
タＤ硬度の双方が上記の範囲にあるものである。

【００２３】本発明では、ＣＭＰによる半導体基板の平
坦化において基板表面にスクラッチ傷や残存ダストを抑
制するために、研磨層を構成する樹脂（以下マトリクス
と称する）に親水性でかつ水不溶性の高分子を複合した
構造を形成した研磨層であることが好ましい。

【００２４】マトリクスとしては、ポリ塩化ビニル系樹
脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、
アクリロニトリル−スチレン共重合系樹脂、アクリロニ
トリル−ブタジエン−スチレン共重合系樹脂、アクリロ
ニトリル−ブタジエン−メチルメタクリレート共重合系
樹脂、ポリアミド系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリオレ
フィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系
樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリフェニレンエーテ
ル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリスル
ホン系樹脂、酢酸セルロース系樹脂などの熱可塑性樹
脂、またはフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹
脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂など
の熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも１つを主成分と
するマトリクスが好適に用いられ、さらにこれらの樹脂
の混合体（アロイ化を含む）、共重合、グラフト、変性
品などの改質技術も用いられる。本発明において研磨層
を構成する樹脂は、親水性でかつ水不溶性の高分子を複
合した場合に所望の曲げ弾性率および／または表面硬度
を基礎に適宜選択すればよい。

【００２５】親水性でかつ水不溶性の高分子としては、
例えばセルロース系、アクリル系、アミド系、デンプン
系の樹脂もしくはその樹脂を主成分とする架橋体や共重
合体を用いることができる。市販されているものにも各
種ポリアルキレングリコール、ポリアクリル酸、ポリビ
ニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアル
コール、ポリ酢酸ビニル等のような水溶性高分子や、水
不溶性のキトサン、ポリビニルアルコール、ポリビニル
ピロリドンやポリビニルピロリドン−ビニルイミダゾー
ル共重合体、高吸水性樹脂、パルプ、紙、イオン交換用
の各種荷電付与したセルロースエステルなどがあり、こ
れらを利用することができる。これら樹脂はマトリクス
とのなじみを改善するためにあらかじめ表面を改質する
ことも可能である。

【００２６】親水性でかつ水不溶性の高分子の形状は、
繊維状の不織布や織布や紙などの基材、繊維を短く切断
したカット糸や粒子状の粉末が取り扱いやすく好まし
い。

【００２７】親水性でかつ水不溶性の高分子は、研磨層
の重量当たり、１〜７０重量％の混合比率で混合するこ
とで、残存ダストやスクラッチの抑制効果が得られる
が、混合比率が少ないとその効果は小さく、逆に多いと
その効果は大きくなるが、研磨層の物性が悪化する場合
が多い。すなわちマトリクスが有する硬度や曲げ弾性率
が低下し、さらに曲げ強度が低下し脆性破壊しやすくな
る。このため好適には混合比率は５〜６０重量％であ
り、さらに好ましくは１０〜５０重量％が用いられる。

【００２８】本発明の研磨層は、実質的に空隙の有無に
よって平坦性や残存ダスト、スクラッチなどの特性が悪
化するということはないが、空隙を有するものの方が研
磨剤のスラリー溶液を保持しやすくなるので好適に用い
られる。具体的には、上記したマトリクスの発泡体や親
水性でかつ水不溶性の高分子の中空糸などを用いること
ができる。

【００２９】研磨層の形成方法としては、マトリクスと
親水性でかつ水不溶性の高分子を、あらかじめコンパウ
ンド化して熱圧縮成形することもできるし、溶融押出成
形することもできる。インジェクションプレスなどの手
法も可能である。また、マトリクスのモノマー分子を親
水性でかつ水不溶性の高分子に含浸重合することも可能
である。マトリクスが２液系のものはあらかじめ主剤ま
たは硬化剤に親水性で水不溶性の高分子を混合後に、硬
化剤または主剤を混合し脱泡操作の後に適当な金型に流
し込んで成形することも可能である。具体的には、マト
リクスと親水性で水不溶性の高分子との相溶性や個々の
耐熱性、重合特性、溶融粘度などの物性に依存するが、
その組み合わせを適宜選択すればよい 本発明の研磨層
の厚さは特に限定されるものではないが、好ましくは
０．２〜３０ｍｍであり、０．３〜１０ｍｍであること
がより好ましく、さらに好ましくは０．５〜３ｍｍであ
る。薄すぎると該研磨層の下地として好ましく使用され
るクッション層またはその下層に位置する研磨定盤の機
械的特性が、該研磨層そのものの機械的特性よりも研磨
特性に顕著に反映されるようになり、一方、厚すぎると
クッション層の機械的特性が反映されなくなり、半導体
基板のうねりに対する追随性が低下し基板全体での平坦
性が均一に行えなくなる。

【００３０】本発明の研磨層には、研磨剤の半導体基板
と接触する研磨面への供給とそこからの排出を促進する
などの目的で、表面に溝や孔が設けられていることが好
ましい。溝の形状としては、同心円、渦巻き、放射、碁
盤目など種々の形状が採用できる。溝の断面形状として
は四角、三角、半円などの形状のものが好ましく採用で
きる。溝の深さ、溝の幅、溝のピッチは特に限定される
ものではないが、深さは０．１ｍｍから該研磨層の厚さ
までの範囲で、幅は０．１〜２０ｍｍの範囲で、ピッチ
は２〜２００ｍｍの範囲が好ましい。孔は研磨層を貫通
していても良いし、貫通していなくても良い。孔の直
径、孔のピッチは特に限定されるものではないが、直径
は０．２〜２０ｍｍの範囲で、ピッチは２〜１００ｍｍ
の範囲が好ましい。

【００３１】本発明の研磨パッドに用いられるクッショ
ン層は、現在汎用的に使用されているポリウレタン含浸
不織布（例えば、ロデール社製 商品名 Ｓｕｂａ４０
０など）の他、ゴム、発泡弾性体、発泡プラスチックな
どを採用することができ、特に限定されるものではない
が、体積弾性率が６０ＭＰａ以上でかつ引張り弾性率が
０．１〜２０ＭＰａである特性を有するクッション層が
好ましい。引張り弾性率が小さい場合は、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
傾向がある。引張り弾性率が大きい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
傾向がある。さらに好ましい引張り弾性率の範囲は、
０．５〜１０ＭＰａである。

【００３２】ここで体積弾性率とは、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１
ｃｍ³ であり、これに等方的に印加圧力を０．０７ＭＰ
ａかけた時の体積変化が０．００００５ｃｍ³ であれ
ば、体積弾性率は１４００ＭＰａ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挙げられる。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挙げることができる。
引張り弾性率は、クッション層をダンベル形状にして引
っ張り応力を加え、引張り歪み（＝引っ張り長さ変化／
元の長さ）が０．０１〜０．０３までの範囲で引張り応
力を測定し、引張り弾性率＝（（引張り歪みが０．０３
時の引張り応力）−（引張り歪みが０．０１時の引張り
応力））／０．０２で定義されるものである。

【００３３】このような特性を有するクッション層を構
成する成分としてはゴムが挙げられ、具体的には天然ゴ
ム、ニトリルゴム、ネオプレン（登録商標）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挙げることができるが特にこれ
らに限定されるものではない。クッション層の好ましい
厚みは、０．１〜１００ｍｍの範囲である。厚みが小さ
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）が損なわれる傾向がある。逆に厚みが大きい
場合は、局所平坦性が損なわれる傾向がある。さらに好
ましい厚みの範囲は、０．２〜５ｍｍである。より好ま
しい範囲は０．５〜２ｍｍである。

【００３４】本発明の研磨パッドは研磨定盤に固定して
使用される。その際に研磨定盤からクッション層が研磨
時にずれないように固定し、かつクッション層から研磨
層がずれないように固定することが重要である。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
されるものではない。

【００３５】研磨層とクッション層を貼り合わせる両面
接着テープまたは接着層として好ましいものは、住友３
Ｍ（株）の両面接着テープ４６３、４６５および９２０
４等、日東電工（株）の両面接着テープＮｏ．５９１等
の基材なしアクリル系接着剤転写テープ、住友３Ｍ
（株）のＹ−４９１３等の発泡シートを基材とした両面
接着テープや住友３Ｍ（株）の４４７ＤＬ等の軟質塩化
ビニルを基材とした両面接着テープを具体的に挙げるこ
とができる。

【００３６】本発明では、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、
研磨層だけを交換することはコスト面で好ましいことで
ある。

【００３７】以下、本発明の研磨パッドを使用した半導
体基板のＣＭＰによる研磨方法について説明する。

【００３８】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の研磨剤を用いて
半導体基板上での層間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。まず、基板を固定する研磨ヘ
ッドと、研磨パッドを固定するための研磨定盤と、さら
に研磨ヘッドおよび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を準備する。そして本発明
の研磨パッドを研磨装置の研磨定盤に研磨層が研磨ヘッ
ドに対峙するように固定させる。半導体基板は研磨ヘッ
ドに真空チャックなどの方法により固定される。研磨定
盤を回転させ、研磨定盤の回転方向と同方向で研磨ヘッ
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ような
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通常行われる。押し付
け圧として０．０１〜０．２ＭＰａが良好な平坦性を得
られるので好ましい。

【００３９】また本発明の研磨層は、あらかじめ半導体
基板の研磨を行う前に、ドレッサーを用いてその表面を
粗化する作業、いわゆるドレッシングを行うのが良好な
研磨特性を得るために好ましく実施される。ドレッサー
とはダイヤモンドの砥粒を電着して固定したホイールで
あり、例えば、旭ダイヤモンド工業（株）のドレッサー
モデル名 ＣＭＰ−Ｍ、またはＣＭＰ−Ｎ、またはＣ
ＭＰ−Ｌなどを具体例として挙げることができる。ダイ
ヤモンド砥粒の粒径は１０μｍから４００μｍの範囲で
選ぶことができる。ドレッサーの押し付け圧は０．００
５ＭＰａから０．２ＭＰａの範囲で任意に選ばれる。さ
らに１回または複数回の研磨を終了後にもドレッサーを
用いて研磨パッドをドレッシングすることが、研磨速度
を安定させるために好ましく実施される。ドレッシング
の後の研磨層表面の粗さは、中心線平均粗さＲａが２〜
２０μｍであることが好ましく、さらにはＲａが３〜７
μｍであることがより好ましい。また、十点平均粗さＲ
ｚが１０〜３００μｍであることが好ましく、さらには
Ｒｚが２０〜１００μｍであることがより好ましい。研
磨前に研磨層表面をドレッシングすることで、研磨剤で
ある砥粒スラリーを介して半導体基板と研磨層の潤滑状
態を良好に維持し、高い研磨速度を安定して得ることが
できる。中心線平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚはＪＩ
Ｓ Ｂ０６５１記載の触針式表面粗さ測定器を用いて測
定される。

【００４０】

【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。

【００４１】ここで、研磨層の曲げ弾性率、デュロメー
タＤ硬度、表面粗さは以下の方法で測定した。

【００４２】（曲げ弾性率）ＯＲＩＥＮＴＥＣ社製材料
試験機（テンシロン ＲＴＭ−１００）を用いて、ＪＩ
Ｓ Ｋ７２０３に記載の硬質プラスチックの曲げ試験方
法に従い測定した。測定は５回行い、その平均値を求め
た。

【００４３】（デュロメータＤ硬度）高分子計器（株）
製デュロメータＤ硬度計を用いて、ＪＩＳ Ｋ７２１５
に記載の硬質プラスチックのデュロメータ硬さ試験方法
に従い測定した。測定は研磨層を２枚重ねて厚みを２ｍ
ｍ以上とし、研磨層の中の１０点について測定し、その
平均値を求めた。

【００４４】（表面粗さ）Ｋｏｓａｋａ Ｌａｂｏｒａ
ｔｏｒｙ Ｉｎｃ．製表面粗さ計（Ｓｕｒｆｃｏｒｄｅ
ｒ ＳＥ−３３００）を用いて測定した。測定条件はＪ
ＩＳ Ｂ０６０１記載の表面粗さに従い、カットオフ値
λｃ０．８ｍｍ、測定長さＬ８ｍｍ、スピード０．１ｍ
ｍ／ｓを採用した。測定はドレッシングされた研磨層の
中の１０点について中心線平均粗さＲａおよび十点平均
粗さＲｚを測定し、それぞれ平均値を求めた。また、半
導体基板のＣＭＰ研磨評価は以下の方法で行い、研磨速
度、スクラッチ数、残存ダスト数、グローバル平坦性を
測定した。

【００４５】（ベタ酸化膜のＣＭＰ）Ｌａｐｍａｓｔｅ
ｒ社製１５ＬＥ型研磨機（研磨定盤直径φ３８ｃｍ）を
用いて、４インチの厚み１μｍの熱酸化膜付シリコンウ
エハーを研磨した。研磨剤スラリーはキャボット社製
“CAB-O-SPERSE SC-1”を超純水で３倍に希釈して用い
た。ウエハーはロデール社製パッキングフィルム（T/P1
20-41CF22SJ）に貼付け、研磨ヘッドに固定した。研磨
パッドは、両面接着テープ（住友３Ｍ（株）製タイプ４
４２Ｊ）で研磨定盤に貼付け固定した。研磨層は旭ダイ
ヤモンド（株）製のドレッサー（モデルＣＭＰ−Ｍ）を
用いて表面をドレッシングしてから研磨評価に用いた。
ドレッシング条件は圧力４００ｇ／ｃｍ² 、研磨ヘッド
および研磨定盤の回転数３０ｒｐｍ、超純水供給量１０
ｍｌ／分、ドレッシング時間５分である。ドレッシング
後、研磨層表面を超純水流水下、ナイロンブラシで洗浄
して研磨に供した。研磨条件は圧力４００ｇ／ｃｍ² 、
研磨ヘッドおよび研磨定盤の回転数５０ｒｐｍ、研磨剤
スラリーの供給量１００ｍｌ／分、研磨時間５分で行っ
た。

【００４６】研磨後のウエハーを超純水流水下、ポリビ
ニルアルコール布で洗浄し、圧空でウエハー表面の水を
除去した。研磨速度は大日本スクリーン（株）製膜厚計
（ラムダエースＶＭ−２０００）にてウエハー面内１９
６点（５ｍｍピッチの格子状、エッジから１０ｍｍは未
測定）の研磨前後の酸化膜厚を測定し、その差の平均値
から研磨速度を求めた。研磨後のウエハー表面のスクラ
ッチ数は、自動Ｘ−Ｙステージを具備したキーエンス社
製デジタルマイクロスコープ（ＶＨ６３００）でカウン
トし、また、残存ダスト数はトプコン社製のゴミ検査装
置によりカウントした。なお、スクラッチ数が１０個／
ウエハー以下、残存ダスト数が２５０個／ウエハー以下
の場合を半導体基板が高品位であるとした。

【００４７】（凹凸パターン付き酸化膜のＣＭＰ）図１
に示すような２５種類の被覆率を持つ１０ｍｍ角のチッ
プがピッチ幅１５ｍｍで格子状に並んだ４インチ酸化膜
付シリコンウエハーを用いて、上記と同様の手順で研磨
を行った。被覆率が９２％（凸幅２３０μｍ、凹幅２０
μｍ）の凸部と被覆率が８％（凸幅２０μｍ、凹幅２３
０μｍ）の凹部との段差をグローバル段差（初期段差は
約０．４５μｍ）として測定し、研磨時間が４分以内で
グローバル段差が０．３μｍ以下まで減少した場合を平
坦性が良好であるとした。また、研磨時間が４分以内で
グローバル段差が０．２μｍ以下まで減少した場合は平
坦性が特に良好であり、ディッシングやシンニングによ
る凹み量も極めて少ないことが示唆される。

【００４８】実施例１ エポキシ当量が５００であるテトラブロモビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂（東都化成社製 ＹＤＢ−５００）
を固形分として９４重量部、エポキシ当量が２２０であ
るクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（東都化成社製
ＹＤＣＮ−２２０）を固形分として１３重量部、硬化
剤としてジシアンジアミドを２．８重量部、硬化促進剤
として２−エチル−４−メチルイミダゾールを０．１重
量部、溶剤としてＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを２５
重量部からなるワニスを、ワットマン社製１７ｃｈｒ濾
紙に含浸し、１８０℃で加熱乾燥して、乾燥後の樹脂含
量が５５重量％のプリプレグを得た。５０ｃｍ角の大き
さに切断したプリプレグを２枚重ねて金属板に挟み、温
度１７０℃、圧力４ＭＰａ、時間２０分の条件でプレス
し、厚み１．７ｍｍの積層板を作製した。この積層板を
厚み１．２ｍｍに研削し、直径３８ｃｍの円形に切断し
た後、表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝をピッチ幅
１５ｍｍの格子状に形成して研磨層を作製した。次に、
クッション層としてロデール社製“Ｓｕｂａ４００”と
前記研磨層を住友３Ｍ（株）の両面接着テープ４４２Ｊ
（ポリエステルフィルムを基材とした両面接着テープ）
で貼り合わせして研磨パッドを作製した。

【００４９】実施例２ アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）８０
重量％と架橋ポリビニルピロリドン粉末（ＢＡＳＦ社製
ルビクロスＭ）２０重量％とを溶融押出混練してペレッ
トを得た。このペレットをインジェクションプレス成形
装置（小松製）にて、厚み１．２ｍｍ、直径３８ｃｍの
樹脂板を成形した。この樹脂板の表面に幅２ｍｍ、深さ
０．５ｍｍの溝をピッチ幅１５ｍｍの格子状に形成して
研磨層を作製した。次に、実施例１と同じクッション層
を住友３Ｍ（株）の両面接着テープ４４２Ｊ（ポリエス
テルフィルムを基材とした両面接着テープ）で貼り合わ
せして研磨パッドを作製した。

【００５０】実施例３ ポリメチルメタクリレート樹脂（住友化学（株）製スミ
ペックスＭＨ）８０重量％とジエチルアミノエチルセル
ロース粉末（ワットマン社製）２０重量％とを溶融押出
混練してペレットを得た。このペレットをインジェクシ
ョンプレス成形装置IP-1050（（株）小松製作所）に
て、厚み１．２ｍｍ、直径３８ｃｍの樹脂板を成形し
た。この樹脂板の表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝
をピッチ幅１５ｍｍの格子状に形成して研磨層を作製し
た。次に、実施例１と同じクッション層を住友３Ｍ
（株）の両面接着テープ４４２Ｊ（ポリエステルフィル
ムを基材とした両面接着テープ）で貼り合わせして研磨
パッドを作製した。

【００５１】比較例１ 実施例１と同じワニスを、ポリエチレンテレフタレート
製不織布（東レ製アクスター、目付２８０ｇ／ｍ² ）に
含浸し、１８０℃で加熱乾燥後、５０ｃｍ角の大きさに
切断して金属板に挟み、温度１７０℃、圧力４ＭＰａ、
時間２０分の条件でプレスして、厚み１．２ｍｍ、樹脂
含量が５５重量％の積層板を作製した。この積層板を直
径３８ｃｍの円形に切断した後、表面に幅２ｍｍ、深さ
０．５ｍｍの溝をピッチ幅１５ｍｍの格子状に形成して
研磨層を作製した。次に、クッション層としてロデール
社製“Ｓｕｂａ４００”と前記研磨層を住友３Ｍ（株）
の両面接着テープ４４２Ｊ（ポリエステルフィルムを基
材とした両面接着テープ）で貼り合わせして研磨パッド
を作製した。

【００５２】比較例２ アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（東
レ製、ブタジエン含量２１％）のペレットをインジェク
ションプレス成形装置IP-1050（（株）小松製作所）に
て、厚み１．２ｍｍ、直径３８ｃｍの樹脂板を成形し
た。この樹脂板の表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝
をピッチ幅１５ｍｍの格子状に形成して研磨層を作製し
た。次に、実施例１と同じクッション層を住友３Ｍ
（株）の両面接着テープ４４２Ｊ（ポリエステルフィル
ムを基材とした両面接着テープ）で貼り合わせして研磨
パッドを作製した。

【００５３】比較例３ 実施例３において、ポリメチルメタクリレート樹脂だけ
でインジェクションプレスにより樹脂板を成形した以外
は同様の方法で研磨パッドを作製した。

【００５４】比較例４ イソシアネート基含量が２３％の主剤（日本ポリウレタ
ン（株）製 Ｃ４４２１）５１重量％とＯＨ価が３２０
（ＫＯＨｍｇ／ｇ）の硬化剤（日本ポリウレタン（株）
製 Ｎ４２７６）４９重量％を脱泡しながら混練し、そ
の後金型内で硬化させ、厚み１．２ｍｍのポリウレタン
シートを作製した。このシートに実施例１と同じ溝加工
を施して直径３８ｃｍの研磨層を作製した。次に、実施
例２と同じクッション層を住友３Ｍ（株）の両面接着テ
ープ４４２Ｊ（ポリエステルフィルムを基材とした両面
接着テープ）で貼り合わせして研磨パッドを作製した。 （物性およびＣＭＰ研磨評価）実施例１〜３および比較
例１〜４の研磨層について、曲げ弾性率、デュロメータ
Ｄ硬度、ドレッシング後の中心線平均粗さＲａと十点平
均粗さＲｚを測定した。その結果を表１に示す。次に、
実施例１〜３および比較例１〜４の研磨パッドについ
て、ベタ酸化膜のＣＭＰ研磨評価を実施し、研磨速度、
スクラッチ傷数、残存ダスト数を測定した。その結果を
表１に示す。さらに、凹凸パターン付き酸化膜のＣＭＰ
研磨評価を実施し、研磨時間に対するグローバル段差を
測定した。その結果を図２、表１に示す。

【００５５】表１および図２の結果において、実施例１
と比較例１との比較、実施例２と比較例２との比較、実
施例３と比較例３との比較にみられるように、親水性で
かつ水不溶性でない高分子を複合した研磨層あるいは親
水性でかつ水不溶性の高分子を複合しない研磨層は残存
ダスト数やスクラッチ数が非常に多く、また比較例４に
みられるように曲げ弾性率が２ＧＰａ以下あるいはデュ
ロメータＤ硬度が８０以下の研磨層はグローバル平坦性
が劣ることがわかる。すなわち、研磨層の曲げ弾性率が
２ＧＰａ以上および／またはデュロメータＤ硬度が８０
以上で、かつ親水性で水不溶性の高分子と複合構造を形
成することで、グローバル段差が速く解消でき、平坦化
特性に優れること、さらに、スクラッチ数や残存ダスト
数が大きく減少し、高品位な基板表面を得ることが可能
になることがわかる。

【００５６】

【表１】

【００５７】

【発明の効果】本発明の研磨パッドおよび研磨装置およ
び研磨方法により、半導体基板表面の凹凸の凸部を選択
的に研磨することでグローバル段差が速く解消でき、ま
た、金属配線やＳＴＩにおける研磨においてもディッシ
ングやシンニングなどの凹み量が少なく、かつスクラッ
チ傷や残存ダストが少ない高品位な半導体基板を得るこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】研磨評価に供した４インチウェハ上に作製した
チップ内の配線パターンである。

【図２】実施例における、研磨時間に対するグローバル
段差の測定結果を示すグラフである。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板を平坦化するための化学的機械研磨に
   用いられる研磨パッドにおいて、親水性でかつ水不溶性
   の高分子と複合構造を形成し、かつ以下に示す（Ａ）お
   よび／または（Ｂ）の要件を満たす研磨層を含むことを
   特徴とする研磨パッド。 （Ａ）曲げ弾性率が２ＧＰａ以上 （Ｂ）表面硬度がデュロメータＤ硬度で８０以上
2. 【請求項２】前記基板が、基板上に層間絶縁膜が形成さ
   れた半導体基板であって、前記層間絶縁膜を研磨除去
   し、前記層間絶縁膜の表面を平坦化するものであること
   を特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
3. 【請求項３】前記基板が、基板上に形成された配線溝中
   に主成分がＣｕ、Ａｌ、Ｗのいずれかである金属配線を
   埋設した半導体基板であって、前記金属配線の不要部分
   を研磨除去し、前記金属配線の表面を平坦化するもので
   あることを特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
4. 【請求項４】前記基板が、基板上に形成された溝中に酸
   化膜を埋設した半導体基板であって、前記酸化膜の不要
   部分を研磨除去し、前記酸化膜の表面を平坦化するもの
   であることを特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
5. 【請求項５】前記研磨層が、空隙を有することを特徴と
   する請求項１〜４のいずれかに記載の研磨パッド。
6. 【請求項６】研磨パッドが、前記請求項１に記載の研磨
   層と、体積弾性率が６０ＭＰａ以上でかつ引っ張り弾性
   率が０．１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であるクッション
   層とが貼り合わされたものであることを特徴とする請求
   項１〜５のいずれかに記載の研磨パッド。
7. 【請求項７】前記研磨層の表面に溝または孔が形成され
   ていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
   の研磨パッド。
8. 【請求項８】基板を固定する研磨ヘッドと、該研磨ヘッ
   ドに対峙して配置された請求項１〜７のいずれかに記載
   の研磨パッドと、該研磨パッドを固定する研磨定盤と、
   前記研磨ヘッドおよび／または研磨定盤を回転させる駆
   動装置とを具備することを特徴とする研磨装置。
9. 【請求項９】基板を研磨ヘッドに固定し、研磨定盤に固
   定された請求項１〜７のいずれかに記載の研磨パッドを
   前記基板に押し当てた状態で、研磨ヘッドおよび／また
   は研磨定盤を回転させて基板を研磨することを特徴とす
   る研磨方法。