JP2002141315A - 酸化セリウム研磨剤用ｃｍｐパッド及び基板の研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 層間絶縁膜、ＢＰＳＧ膜、シャロートレンチ
分離用絶縁膜を平坦化するＣＭＰ技術において、ドレッ
シング処理を必要とせずパッドの表面状態を一定に保つ
ことにより、酸化珪素膜の効率的、高速に、かつプロセ
ス管理も容易に行うことができる酸化セリウム研磨剤用
ＣＭＰパッド及び基板の研磨方法を提供する。 【解決手段】 基板上に形成された研磨膜を酸化セリウ
ム研磨剤を用いて化学機械的に研磨するためのパッドに
おいて、パッド表面に同一形状の微小突起が配列されて
いる酸化セリウム研磨剤用ＣＭＰパッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子製造技
術に好適に使用される酸化セリウム研磨剤用ＣＭＰパッ
ド及び基板の研磨方法に関し、基板表面の平坦化工程、
特に、層間絶縁膜、ＢＰＳＧ（ボロン、リンをドープし
た二酸化珪素膜）膜の平坦化工程、シャロー・トレンチ
分離の形成工程等において好適に使用される酸化セリウ
ム研磨剤用ＣＭＰパッド及び基板の研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の超々大規模集積回路では、実装密
度を高める傾向にあり、種々の微細加工技術が研究、開
発されている。既に、デザインルールは、サブハーフミ
クロンのオーダーになっている。このような厳しい微細
化の要求を満足するために開発されている技術の一つに
ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）技術があ
る。この技術は、半導体装置の製造工程において、露光
を施す層を完全に平坦化し、露光技術の負担を軽減し、
歩留まりを安定させることができるため、例えば、層間
絶縁膜、ＢＰＳＧ膜の平坦化、シャロー・トレンチ分離
等を行う際に必須となる技術である。

【０００３】従来、半導体装置の製造工程において、プ
ラズマ−ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ、化学的蒸着法）、低圧−ＣＶＤ等の方
法で形成される酸化珪素絶縁膜等の無機絶縁膜層を平坦
化するための研磨方法としては、研磨膜を形成した基板
をＣＭＰパッドに押しあて加圧し、研磨剤を研磨膜とＣ
ＭＰパッドとの間に供給しながら、基板若しくはＣＭＰ
パッドを動かして行っている。

【０００４】この際研磨剤としてフュームドシリカ系
が、ＣＭＰパッドとしては発泡ウレタン系が一般的に用
いられている。さらに、上記発泡ウレタン系の研磨布を
用いて研磨する場合、ドレッシングと呼ばれる前処理を
定期的に行う必要がある。これは、ダイヤモンド砥石等
を用いてパッド表面を削ってあらす作業で、研磨によっ
て目詰まりを起こしたパッド表面を削り研磨前の表面状
態に戻すことを目的に行われる。しかしながら、このド
レッシング処理によりパッド表面に形成される凹凸は形
状、大きさともに不揃いで、結果として、研磨特性の不
安定さを招いている。また、ダイヤモンド砥石の劣化や
パッド自身の発泡密度ばらつきも、研磨特性に影響を与
える要因となる。

【０００５】層間膜を平坦化するＣＭＰ技術では、層間
膜の途中で研磨を終了する必要があり、研磨量の制御を
研磨時間で行うプロセス管理方法が一般的に行われてい
る。しかし、パターン段差形状の変化だけでなく、ＣＭ
Ｐパッドの状態等でも、研磨速度が顕著に変化してしま
うため、プロセス管理が難しいという問題があった。一
方、高研磨速度、低研磨傷の研磨剤として酸化セリウム
研磨剤が現在注目されている。この酸化セリウム研磨剤
と組み合わせて用いられる最適ＣＭＰパッドが望まれて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ＣＭＰプロセスにおい
て、ＣＭＰパッドの目詰まりやこれを解消するためのド
レッシング処理の工程に起因するパッド表面状態の不均
一さが、研磨特性の不安定さを招く原因の一つとなって
いる。本発明は、層間絶縁膜、ＢＰＳＧ膜、シャロー・
トレンチ分離用絶縁膜を平坦化するＣＭＰ技術におい
て、ドレッシング処理を必要とせずパッドの表面状態を
一定に保つことにより、酸化珪素膜の効率的、高速に、
かつプロセス管理も容易に行うことができる酸化セリウ
ム研磨剤用ＣＭＰパッド及び基板の研磨方法を提供する
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
された研磨膜を酸化セリウム研磨剤を用いて化学機械的
に研磨するためのパッドにおいて、パッド表面に同一形
状の微小突起が配列されていることを特徴とする酸化セ
リウム研磨剤用ＣＭＰパッドに関する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の酸化セリウム研磨剤用Ｃ
ＭＰパッドは、パッドが、少なくとも（Ａ）支持体層と
（Ｂ）表面に同一形状の微小突起を形成した層との２層
からなることが好ましい。

【０００９】表面の微小突起は、光硬化性樹脂層に型を
転写し、これを硬化して得られたものが好ましい。微小
突起の高さのばらつき（１σ）は１．５μｍ以下である
ことが好ましく、また、微小突起の平均高さとレーザー
散乱式粒度分布計で測定した研磨剤粒子のＤ９９％の粒
径との比が１以上１００以下であることが好ましい。酸
化セリウム研磨剤に含まれる酸化セリウム粒子の粒子径
は、レーザー散乱法（例えば測定装置、Malvern Instru
ments 社製 Mastersizer Microplus、光源Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザー、粒子の屈折率１．９２８５、吸収０で測定）で
測定することができる。また、微小突起の体積をａと
し、微小突起間で形成される空間の体積をｂとしたと
き、ａ／（ａ＋ｂ）の比率が０．１以上０．９以下であ
ることが好ましい。

【００１０】本発明はまた、研磨膜を有する基板、例え
ばＳｉＯ_２絶縁膜が形成された基板を前記のＣＭＰパッ
ドに押し当て、酸化セリウム研磨剤を研磨膜とＣＭＰパ
ッドとの間に供給しながら、基板若しくは研磨定盤を動
かして研磨することを特徴とする基板の研磨方法に関す
る。

【００１１】本発明は、層間絶縁膜、ＢＰＳＧ膜、シャ
ロー・トレンチ分離用絶縁膜を平坦化するＣＭＰ技術に
おいて、同一形状の微小突起が配列されている表面を有
する酸化セリウム研磨剤用ＣＭＰパッドを用いることに
より、酸化珪素膜等の研磨膜の研磨が、効率的、高速
に、かつプロセス管理も容易に行えることを見出したこ
とによりなされたものである。

【００１２】本発明の酸化セリウム研磨剤用ＣＭＰパッ
ドの作製方法としては、エンボスロール法や、金型成型
法、転写法等がある。エンボスロール法を用いる場合
は、押し出しエンボス機を用いて作製する。エンボス装
置の片方のロールに同一形状の微小くぼみを配列した加
工ロールを用い、軟化した樹脂を押し出しエンボス装置
でシート状に加工し、冷却ロールで冷却して、目的のＣ
ＭＰパッドを得る。この際エンボス装置のロール組み合
わせは、両ロールを金属製とするメタルマッチ方式を用
いるのが望ましい。従来、ロール組み合わせとして金属
ロールとゴムロールの組み合わせが一般的であるが、こ
の組み合わせを用いるとゴムロールの弾性変形により、
表面に形成する微小突起の寸法精度が低下する。また、
金属ロールにすることにより、ロール温度の微細調整が
可能となり、エンボス加工時の温度制御範囲の狭い結晶
性熱可塑性樹脂も使用できる。アフターエンボス加工
は、シートの再加熱工程で原反を均一に過熱し軟化させ
ることが難しく、寸法精度の要求される微細加工には不
向きである。エンボスロール法の特徴としては、ほとん
どの熱可塑性樹脂の使用が可能で、安価に量産できるこ
とが挙げられるが、後述する光硬化性樹脂の転写法に比
較し、微小突起の寸法精度に課題が残る。

【００１３】金型成型法では、一般的な射出成型を用い
て作製できる。加熱溶融した樹脂を加圧して射出ノズル
から冷却金型内に射出し、冷却後脱型する。この手法で
はほとんどの樹脂の使用が可能で寸法精度も良好である
が、バッチ式であるため量産化に向かない。

【００１４】寸法精度が良好で、生産性がよい手法とし
て光硬化性樹脂を用いて光硬化させながら型から転写す
る方法がある。以下この手法を用いた製造方法の一例を
示す。まず支持体層上に光硬化性樹脂薄膜層を形成す
る。この薄膜層は微小突起を形成する予定面である。そ
の薄膜層に対して表面に多数の同一形状の微小くぼみを
有する状態に加工処理された転写原型を押し当てて、薄
膜層を露光、硬化しながら薄膜層に転写原型の表面を転
写する。これらの工程により、表面に同一形状の微小突
起を配列した所望のＣＭＰパッドが得られる。

【００１５】本発明において、支持体層としては、化学
的、熱的に安定であり、シート又は板状に成形できるも
のを用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリ
プロピレン等のポリオレフィン、セルロースアセテート
等のセルロース誘導体、ポリアミド、ポリスチレン、ポ
リカーボネート、ポリイミド、ポリエステルが挙げられ
る。これらの中で特に好ましいのは熱安定性，寸法安定
性に優れた２軸延伸ポリエチレンテレフタレートであ
る。また、目的により研磨対象に合った支持体層の材質
や厚みを選択して弾性率をコントロールすることによ
り、研磨特性を調整することも可能である。例えば、被
研磨体の均一性を向上するためには弾性率の低い支持体
層（ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリアミド等）を
用いると効果がある。支持体層の好ましい厚さは５〜２
０００μｍである。

【００１６】光硬化性樹脂薄膜層に用いる光硬化性樹脂
組成物は特に限定されず、通常、光重合性モノマー、ベ
ースレジン及び光重合開始剤を含有する光硬化性樹脂組
成物が用いられる。例として、光重合性モノマーとして
は、各種アクリレート、各種アクリルアミド、ビニル化
合物等の単官能性、多官能性のエチレン性不飽和モノマ
ーを用いることができる。ベースレジンとしては、ポリ
エステル、エポキシ、ポリウレタンの各アクリレート、
アクリル系共重合体等を用いることができる。光硬化性
樹脂組成物の光開始剤としては、例えばベンゾフェノ
ン、Ｎ，Ｎ−テトラエチル−４，４−ジアミノベンゾフ
ェノン、４−メトキシ−４−ジメチルアミノベンゾフェ
ノン、ベンジル、２，２−ジエトキシアセトフェノン、
ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイ
ソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、α−ヒ
ドロキシイソブチルフェノン、チオキサントン、２−ク
ロロチオキサントン、１−ヒドロキシイソブチルフェノ
ン、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］
−２−モルホリノ−１−プロパノン、ｔ−ブチルアント
ラキノン、１−クロロアントラキノン、２−エチルアン
トラキノン、１，４−ナフトキノン、９，１０−フェナ
ントラキノン、１，２−ベンゾアントラキノン、１，４
−ジメチルアントラキノン、２−フェニルアントラキノ
ン、２−ベンジル−２−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ−１−
（４−モルホリノフェニル）−１−ブタノン、２−（ｏ
−クロロフェニル）−４，５−ジフェニルイミダール２
量体等が挙げられる。これらの光開始剤は単独で又は２
種類以上を組合せて使用される。本成分の使用量は、感
光性樹脂組成物中の固形分総量の０．０１〜２５重量％
とすることが好ましく、１〜２０重量％であることがよ
り好ましい。さらに必要に応じて、増感剤、密着向上剤
等の添加剤を加えても良い。

【００１７】光硬化性樹脂薄膜層の支持体層上への塗布
方法としては、ロールコータ塗布、スピンコータ塗布、
スプレー塗布、ディップコータ塗布、カーテンフローコ
ータ塗布、ワイヤバーコータ塗布、グラビアコータ塗
布、エアナイフコータ塗布、ダイコータ塗布等がある。
光硬化性樹脂薄膜層の厚みは１〜３００μｍとすること
が好ましい。

【００１８】露光機としては、カーボンアーク灯、超高
圧水銀灯、高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライ
ドランプ、蛍光ランプ、タングステンランプ等が挙げら
れる。

【００１９】転写原型の材質は、金属、樹脂等、限定さ
れないが、好ましくは寸法安定性、導電性に優れるステ
ンレス等の鉄合金、さらに加工裕度のある銅が積層され
たものを用いる。表面は機械研磨、エッチング、洗浄す
る等して均一にして用いる。転写原型の形状は、板状、
シート状、ロール状等限定されないが、ロール状である
と回転しながら加工が可能となるのでより好ましい。

【００２０】転写原型の微小くぼみ製造方法としては、
エッチング法、電鋳法、彫刻子を押圧する方法等があ
る。さらに表面硬度を上げたり、酸化防止を目的に保護
メッキを行っても良い。また、薄膜層との離型性を上げ
るためクロム、ニッケル等のメッキを行うのが好まし
い。転写原型の微小くぼみの程度は、通常薄膜層を硬化
することで変形することを考慮し設計する必要がある。

【００２１】光硬化後の微小突起の高さはばらつきが少
ないことが望まれる。高さのばらつき（１σ）が１．５
μｍを越えると研磨において基板に接しない微小突起が
生じ研磨特性の安定性に欠ける傾向がある。また、薄膜
層の光硬化後の形状は、使用する酸化セリウム研磨剤中
の粒子径によって変えることが望ましい。微小突起の平
均高さと研磨剤粒子のレーザー散乱式粒度分布計で測定
したＤ９９％の粒径との比は、１以上１００以下である
ことが好ましい。１００より大きいと研磨液が流れ過ぎ
て研磨速度が低下する傾向がある。一方、１より小さい
と研磨面との間に粒子が入り込みにくく速度が低下する
傾向がある。

【００２２】微小突起の形状としては、角錐、円錐、角
注、円柱、半球状等考えられるが特に限定しない。ま
た、微小突起の平均ピッチとレーザー散乱式粒度分布計
で測定したＤ９９％の粒径との比は、３０以上３００以
下であることが好ましい。３０より小さいと、突起と突
起の間隔が狭すぎて粒子が目詰まりを起こす傾向があ
る。また、３００より大きいと研磨面と接する微小突起
数が少なく研磨速度が低下する傾向がある。さらに微小
突起の体積をａとし、微小突起間の空間の体積をｂとし
たとき、ａ／（ａ＋ｂ）の比率が０．１以上０．９以下
であることが好ましい。０．１未満であると研磨面に接
しているパッド面積が小さく、研磨速度が低下する傾向
がある。０．９を越えると、研磨面と微小突起上面とが
吸着し、スムーズな研磨を妨げる傾向がある。

【００２３】本発明のＣＭＰパッドと使用される酸化セ
リウム研磨剤の作製方法は、焼成、粉砕、分散等を用い
た物理的製法である。一般に酸化セリウムは、炭酸塩、
硝酸塩、硫酸塩、しゅう酸塩のセリウム化合物を酸化す
ることによって得られる。ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法等で形成
される酸化珪素膜の研磨に使用する酸化セリウム研磨剤
は、一次粒子径が大きく、かつ結晶ひずみが少ないほ
ど、すなわち結晶性が良いほど高速研磨が可能である
が、研磨傷が入りやすい傾向がある。そこで、本発明で
用いる酸化セリウム粒子は、その製造方法を限定するも
のではないが、粒界を有するものが好ましく、また酸化
セリウム結晶子径は５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であるこ
とが好ましい。また、半導体チップ研磨に使用すること
から、アルカリ金属及びハロゲン類の含有率は酸化セリ
ウム粒子中１０ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。

【００２４】本発明で用いる酸化セリウム粉末を作製す
る方法として焼成又は過酸化水素等による酸化法が使用
できる。焼成温度は３５０℃以上９００℃以下が好まし
い。

【００２５】上記の方法により製造された酸化セリウム
粒子は凝集しているため、機械的に粉砕することが好ま
しい。粉砕方法として、ジェットミル等による乾式粉砕
や遊星ビーズミル等による湿式粉砕方法が好ましい。ジ
ェットミルは例えば化学工業論文集第６巻第５号（１９
８０）５２７〜５３２頁に説明されている。

【００２６】本発明に使用するＣＭＰ研磨剤は、例え
ば、上記の特徴を有する酸化セリウム粒子と分散剤と水
からなる組成物を分散させ、さらに添加剤を添加するこ
とによって得られる。ここで、酸化セリウム粒子の濃度
に制限はないが、分散液の取り扱いやすさから０.５重
量％以上２０重量％以下の範囲が好ましい。また、分散
剤として、半導体チップ研磨に使用することから、ナト
リウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属及びハ
ロゲン、イオウの含有率は１０ｐｐｍ以下に抑えること
が好ましく、例えば、共重合成分としてアクリル酸アン
モニウム塩を含む高分子分散剤が好ましい。また、共重
合成分としてアクリル酸アンモニウム塩を含む高分子分
散剤と水溶性陰イオン性分散剤、水溶性非イオン性分散
剤、水溶性陽イオン性分散剤、水溶性両性分散剤から選
ばれた少なくとも１種類を含む２種類以上の分散剤を使
用してもよい。水溶性陰イオン性分散剤としては、例え
ば、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸
アンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫
酸トリエタノールアミン、特殊ポリカルボン酸型高分子
分散剤等が挙げられ、水溶性非イオン性分散剤として
は、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシ
エチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリ
ルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポ
リオキシエチレン高級アルコールエーテル、ポリオキシ
エチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレ
ンノニルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアル
キルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、ポリオキシ
エチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレ
ンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソ
ルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビ
タントリステアレート、ポリオキシエチレンソルビタン
モノオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリオ
レエート、テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビ
ット、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエ
チレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリ
コールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオ
レエート、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオ
キシエチレン硬化ヒマシ油、アルキルアルカノールアミ
ド等が挙げられ、水溶性陽イオン性分散剤としては、例
えば、ポリビニルピロリドン、ココナットアミンアセテ
ート、ステアリルアミンアセテート等が挙げられ、水溶
性両性分散剤としては、例えば、ラウリルベタイン、ス
テアリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイ
ド、２−アルキル−Ｎ−カルボキシメチル-Ｎ-ヒドロキ
シエチルイミダゾリニウムベタイン等が挙げられる。こ
れらの分散剤添加量は、スラリー中の粒子の分散性及び
沈降防止、さらに研磨傷と分散剤添加量との関係から酸
化セリウム粒子１００重量部に対して、０．０１重量部
以上、２．０重量部以下の範囲が好ましい。分散剤の分
子量は、１００〜５０，０００が好ましく、１，０００
〜１０，０００がより好ましい。分散剤の分子量が１０
０未満の場合は、酸化珪素膜あるいは窒化珪素膜を研磨
するときに、十分な研磨速度が得られない傾向にあり、
分散剤の分子量が５０，０００を越えた場合は、粘度が
高くなり、ＣＭＰ研磨剤の保存安定性が低下する傾向に
ある。

【００２７】これらの酸化セリウム粒子を水中に分散さ
せる方法としては、通常の撹拌機による分散処理の他に
ホモジナイザー、超音波分散機、湿式ボールミルなどを
用いることができる。

【００２８】こうして作製されたＣＭＰ研磨剤中の酸化
セリウム粒子の平均粒径は、０．０１μｍ〜１．０μｍ
であることが好ましい。酸化セリウム粒子の平均粒径が
０．０１μｍ未満であると研磨速度が低くなりすぎ、
１．０μｍを越えると研磨する膜に傷がつきやすくなる
傾向にある。

【００２９】本発明のＣＭＰ研磨剤が使用される無機絶
縁膜の作製方法として、低圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法等が挙げられる。低圧ＣＶＤ法による酸化珪素膜形成
は、Ｓｉ源としてモノシラン：ＳｉＨ_４、酸素源として
酸素：Ｏ_２を用いる。このＳｉＨ_４−Ｏ_２系酸化反応を
４００℃以下の低温で行わせることにより得られる。場
合によっては、ＣＶＤ後１０００℃又はそれ以下の温度
で熱処理される。高温リフローによる表面平坦化を図る
ためにリン：Ｐをドープするときには、ＳｉＨ _４−Ｏ_２
−ＰＨ_３系反応ガスを用いることが好ましい。プラズマ
ＣＶＤ法は、通常の熱平衡下では高温を必要とする化学
反応が低温でできる利点を有する。プラズマ発生法に
は、容量結合型と誘導結合型の２つが挙げられる。反応
ガスとしては、Ｓｉ源としてＳｉＨ_４、酸素源としてＮ
_２Ｏを用いたＳｉＨ_４−Ｎ_２Ｏ系ガスとテトラエトキシ
シラン（ＴＥＯＳ）をＳｉ源に用いたＴＥＯＳ−Ｏ_２系
ガス（ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法）が挙げられる。基
板温度は２５０℃〜４００℃、反応圧力は６７〜４００
Ｐａの範囲が好ましい。このように、本発明の酸化珪素
膜にはリン、ホウ素等の元素がドープされていても良
い。同様に、低圧ＣＶＤ法による窒化珪素膜形成は、Ｓ
ｉ源としてジクロルシラン：ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、窒素源と
してアンモニア：ＮＨ_３を用いる。このＳｉＨ_２Ｃｌ_２
−ＮＨ_３系酸化反応を９００℃の高温で行わせることに
より得られる。プラズマＣＶＤ法は、反応ガスとして
は、Ｓｉ源としてＳｉＨ_４、窒素源としてＮＨ_３を用い
たＳｉＨ_４−ＮＨ_３系ガスが挙げられる。基板温度は３
００℃〜４００℃が好ましい。

【００３０】基板として、半導体基板すなわち回路素子
と配線パターンが形成された段階の半導体基板、回路素
子が形成された段階の半導体基板等の半導体基板上に酸
化珪素膜層あるいは窒化珪素膜層等の研磨膜を有する基
板が使用できる。このような半導体基板上に形成された
酸化珪素膜層あるいは窒化珪素膜層等の研磨膜を上記Ｃ
ＭＰ研磨剤で研磨することによって、酸化珪素膜層表面
の凹凸を解消し、半導体基板全面にわたって平滑な面と
することができる。また、シャロー・トレンチ分離にも
使用できる。

【００３１】研磨する装置に制限はなく、円盤型研磨装
置、リニア型研磨装置で用いることができる。一例とし
ては半導体基板を保持するホルダーと研磨布（パッド）
を貼り付けた（回転数が変更可能なモータ等を取り付け
てある）研磨定盤を有する一般的な研磨装置がある。研
磨条件に制限はないが、定盤の回転速度は半導体基板が
飛び出さないように２００ｒｐｍ以下の低回転が好まし
く、半導体基板にかける圧力は研磨後に傷が発生しない
ように１００ｋＰａ以下が好ましい。研磨している間、
ＣＭＰパッドにはスラリーをポンプ等で連続的に供給す
る。この供給量に制限はないが、研磨パッドの表面が常
にスラリーで覆われていることが好ましい。

【００３２】研磨終了後の半導体基板は、流水中でよく
洗浄後、スピンドライヤ等を用いて半導体基板上に付着
した水滴を払い落としてから乾燥させることが好まし
い。このようにして平坦化されたシャーロー・トレンチ
を形成したあと、酸化珪素絶縁膜層の上に、アルミニウ
ム配線を形成し、その配線間及び配線上に再度上記方法
により酸化珪素絶縁膜を形成後、上記ＣＭＰ研磨剤、パ
ッドを用いて研磨することによって、絶縁膜表面の凹凸
を解消し、半導体基板全面にわたって平滑な面とする。
この工程を所定数繰り返すことにより、所望の層数の半
導体を製造する。

【００３３】本発明のＣＭＰパッドは、半導体基板に形
成された酸化珪素膜だけでなく、所定の配線を有する配
線板に形成された酸化珪素膜、ガラス、窒化珪素等の無
機絶縁膜、ポリシリコン、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、
Ｗ、Ｔａ、ＴａＮ等を主として含有する膜、フォトマス
ク・レンズ・プリズムなどの光学ガラス、ＩＴＯ等の無
機導電膜、ガラス及び結晶質材料で構成される光集積回
路・光スイッチング素子・光導波路、光ファイバーの端
面、シンチレータ等の光学用単結晶、固体レーザ単結
晶、青色レーザＬＥＤ用サファイヤ基板、ＳｉＣ、Ｇａ
Ｐ、ＧａＡＳ等の半導体単結晶、磁気ディスク用ガラス
基板、磁気ヘッド等を研磨することができる。

【００３４】

【実施例】実施例１ （ＣＭＰパッドの作製）直径１３０ｍｍの円筒形の鉄製
基材を回転させながら、銅メッキを行って、鉄に銅を５
００μｍ積層した転写原型基材を得た。これを研磨し表
面が鏡面となるように加工した。ロールを移動させなが
ら、彫刻子を押圧することによって、微小くぼみを形成
した。さらにＣｒめっきを施し転写原型を作製した。支
持体層に厚さ１２５μｍのポリエチレンフタレートフィ
ルムを用い、このフィルム上に光硬化性樹脂をコーター
で２０μｍの膜厚になるように塗布した。次に前記転写
原型を押しあて、紫外線照射し光硬化性樹脂組成物を硬
化して転写原型から分離し、微小突起が光硬化性樹脂薄
膜層の表面に形成されたフィルム状ＣＭＰパッドを得
た。微小突起形状を光学及びＳＥＭ観察をしたところ、
形状は四角錘で、頂点のピッチが２００μｍ、微少突起
の平均高さは５μｍ（研磨剤粒子Ｄ９９％粒径との比
５）であった。また、高さのばらつき（１σ）は０．３
μｍであった。 微小突起高さのばらつき測定方法 パッドの５ｃｍ角の範囲で、ランダムに１０箇所を選択
し、ＣｏｎｆｏｃａｌＳｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅを用いて微小突起の高さを測定
し、１σの値を計算した。また、微小突起の体積をａと
し、微小突起間の空間の体積をｂとしたとき、ａ／（ａ
＋ｂ）の比率は０．３３であった。なお、光硬化性樹脂
組成物は、アクリル酸−ブチルアクリレート−ビニルア
セテート共重合体 ５重量部、ブチルアセテート（モノ
マー） ８重量部、ビニルアセテート（モノマー） ８重
量部、アクリル酸（モノマー） ０．３重量部、ヘキサ
ンジオールアクリレート（モノマー） ０．２重量部、
ヘキサンジオールアクリレート（モノマー） ０．２重
量部、ベンゾインイソブチルエーテル（光重合開始剤）
２．５重量部からなるものを用いた。

【００３５】（酸化セリウム粒子の作製）炭酸セリウム
水和物２ｋｇを白金製容器に入れ、８００℃で２時間空
気中で焼成することにより黄白色の粉末を約１ｋｇ得
た。この粉末をＸ線回折法で相同定を行ったところ酸化
セリウムであることを確認した。焼成粉末粒子径は３０
〜１００μｍであった。焼成粉末粒子表面を走査型電子
顕微鏡で観察したところ、酸化セリウムの粒界が観察さ
れた。粒界に囲まれた酸化セリウム一次粒子径を測定し
たところ、体積分布の中央値が１９０ｎｍ、最大値が５
００ｎｍであった。酸化セリウム粉末１ｋｇをジェット
ミルを用いて乾式粉砕を行った。粉砕粒子について走査
型電子顕微鏡で観察したところ、一次粒子径と同等サイ
ズの小さな粒子の他に、１〜３μｍの大きな粉砕残り粒
子と０．５〜１μｍの粉砕残り粒子が混在していた。

【００３６】（酸化セリウムスラリーの作製）上記作製
の酸化セリウム粒子１ｋｇとポリアクリル酸アンモニウ
ム塩水溶液（４０重量％）２３ｇと脱イオン水８９７７
ｇを混合し、攪拌しながら超音波分散を１０分間施し
た。得られたスラリーを１ミクロンフィルターでろ過を
し、さらに脱イオン水を加えることにより５重量％スラ
リーを得た。スラリーｐＨは８．３であった。スラリー
粒子をレーザ回折式粒度分布計で測定するために、適当
な濃度に希釈して測定した結果、粒子径のＤ９９％が９
９０ｎｍであった。

【００３７】（絶縁膜層の研磨）上記作製したＣＭＰパ
ッドを１．２ｍｍ厚みの発泡ポリウレタンを間に挟んで
φ３８０ｍｍの定盤上に貼り付けた。研磨前のドレッシ
ング処理は行わなかった。φ１２７ｍｍＳｉ基板上にＴ
ＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で酸化珪素膜を２０００ｍｍ
の厚さで形成したブランケットウエハを作製する。保持
する基板取り付け用の吸着パッドを貼り付けたホルダー
に上記ウエハをセットし、上記ＣＭＰパッド上に絶縁膜
面を下にしてホルダーを載せ、さらに加工荷重を３０ｋ
Ｐａに設定した。ＣＭＰパッド上に上記の酸化セリウム
研磨剤（固形分：１重量％）を１５０ｃｃ／ｍｉｎの速
度で滴下しながら、定盤及びウエハを３８ｒｐｍで２分
間回転させ、絶縁膜を研磨した。研磨後のウエハを純水
で良く洗浄後、乾燥した。光干渉式膜厚測定装置を用い
て、研磨前後の膜厚差を測定し、研磨速度を計算した。
研磨速度は、５００ｎｍ／ｍｉｎであった。また、光学
顕微鏡を用いて絶縁膜表面を観察したところ、明確な傷
は見られなかった。

【００３８】実施例２ 実施例１の転写原型の作製の際、彫刻子の押圧力をラン
ダムに変えて、ばらつきのある微小くぼみを有する転写
原型を作製した。その後実施例１と同様の手法で得たＣ
ＭＰパッドの微小突起形状を光学及びＳＥＭ観察をした
ところ、形状は四角錘で、頂点の平均ピッチが２１０μ
ｍ、突起の平均高さは５．１μｍ（研磨剤粒子Ｄ９９％
粒径との比５．１）であった。また、高さのばらつき
（１σ）は１．４μｍであった。さらにこのフィルム状
ＣＭＰパッドを用いて実施例１と同様の絶縁膜層研磨を
連続して２０枚行った。研磨間のドレッシングは行わな
かった。研磨速度と基板枚数の関係を図１に示す。平均
研磨速度は４８０ｎｍ／ｍｉｎ、研磨速度のばらつき
（１σ／平均研磨速度×１００）は６％であった。ま
た、光学顕微鏡を用いて絶縁膜表面を観察したところ、
明確な傷は見られなかった。

【００３９】実施例３ 実施例１の転写原型の作製の際、彫刻子の押圧力をラン
ダムに変えて、ばらつきのある微小くぼみを有する転写
原型を作製した。その後実施例１と同様の手法で得たＣ
ＭＰパッドの微小突起形状を光学及びＳＥＭ観察をした
ところ、形状は四角錘で、頂点の平均ピッチが２００μ
ｍ、突起の平均高さは５μｍ（研磨剤粒子Ｄ９９％粒径
との比５）であった。また、高さのばらつき（１σ）は
１．７μｍであった。さらにこのフィルム状ＣＭＰパッ
ドを用いて実施例１と同様の絶縁膜層研磨を連続して２
０枚行った。研磨間のドレッシングは行わなかった。研
磨速度と基板枚数の関係を図２に示す。平均研磨速度は
４４０ｎｍ／ｍｉｎ、研磨速度のばらつき（１σ／平均
研磨速度×１００）は９％であった。また、光学顕微鏡
を用いて絶縁膜表面を観察したところ、明確な傷は見ら
れなかった。

【００４０】実施例４ 厚み２５μｍの銅箔フィルム上に感光性フィルムをラミ
ネートした。半径１００μｍの円形がピッチ２５０μｍ
で２次元に配列したネガマスクを用いて感光性フィルム
を露光後、現像した。さらに、銅をエッチング処理した
後、露光後の感光性フィルムを剥離して、深さ２２μｍ
半径１００μｍの円柱がピッチ２５０μｍで２次元に配
列した銅箔フィルムを得た。この銅箔フィルムを直径１
３０ｍｍの円筒形の鉄製基材に巻きつけた後Ｃｒめっき
を行い転写原型を作製した。この転写原型を用いて実施
例１と同様にして、微小突起が光硬化性樹脂薄膜層の表
面に形成されたフィルム状ＣＭＰパッドを得た。微小突
起形状を光学及びＤＥＭ観察をしたところ、ピッチが２
５０μｍ、突起の平均高さは２０μｍ（研磨剤粒子Ｄ９
９％粒径との比２０）、底面の半径が１００μｍである
円柱であった。また、円柱の高さのばらつき（１σ）は
０．８μｍであった。さらにこのフィルム状ＣＭＰパッ
ドを用いて実施例１と同様の絶縁膜層研磨を連続して２
０枚行った。研磨間のドレッシングは行わなかった。研
磨速度と基板枚数の関係を図３に示す。平均研磨速度は
４００ｎｍ／ｍｉｎ、研磨速度のばらつき（１σ／平均
研磨速度×１００）は３％であった。また、光学顕微鏡
を用いて絶縁膜表面を観察したところ、明確な傷は見ら
れなかった。

【００４１】実施例５ 実施例４と同様の手法でピッチ２５０μｍ，突起の高さ
０．８μｍ（研磨剤粒子Ｄ９９％粒径との比０．８）、
底面の半径が１００μｍの円柱状の突起を有するフィル
ム状ＣＭＰパッドを得た。また、円柱の高さのばらつき
（１σ）は０．１μｍであった。さらに、このフィルム
状ＣＭＰパッドを用いて実施例１と同様に絶縁膜層の研
磨を行った結果、研磨速度は５０ｎｍ／ｍｉｎと低い値
であった。

【００４２】実施例６ 実施例４と同様の手法でピッチ２５０μｍ，突起の高さ
１．２μｍ（研磨剤粒子Ｄ９９％粒径との比１．２）、
底面の半径が１００μｍの円柱状の突起を有するフィル
ム状ＣＭＰパッドを得た。また、円柱の高さのばらつき
（１σ）は０．１μｍであった。さらに、このフィルム
状ＣＭＰパッドを用いて実施例１と同様に絶縁膜層の研
磨を行った結果、研磨速度は４５０ｎｍ／ｍｉｎであっ
た。また、光学顕微鏡を用いて絶縁膜表面を観察したと
ころ、明確な傷は見られなかった。

【００４３】実施例７ 実施例４と同様の手法でピッチ２５０μｍ，突起の高さ
８０μｍ（研磨剤粒子Ｄ９９％粒径との比８０）、底面
の半径が１００μｍの円柱状の突起を有するフィルム状
ＣＭＰパッドを得た。また、円柱の高さのばらつき（１
σ）は１．０μｍであった。さらに、このフィルム状Ｃ
ＭＰパッドを用いて実施例１と同様に絶縁膜層の研磨を
行った結果、研磨速度は３２０ｎｍ／ｍｉｎであった。
また、光学顕微鏡を用いて絶縁膜表面を観察したとこ
ろ、明確な傷は見られなかった。

【００４４】実施例８ 実施例４と同様の手法でピッチ２５０μｍ，突起の高さ
１２０μｍ（研磨剤粒子Ｄ９９％粒径との比１２０）、
底面の半径が１００μｍの円柱状の突起を有するフィル
ム状ＣＭＰパッドを得た。また、円柱の高さのばらつき
（１σ）は１．３μｍであった。さらに、このフィルム
状ＣＭＰパッドを用いて実施例１と同様に絶縁膜層の研
磨を行った結果、研磨速度は２２０ｎｍ／ｍｉｎであっ
た。また、光学顕微鏡を用いて絶縁膜表面を観察したと
ころ、明確な傷は見られなかった。

【００４５】比較例１ ＣＭＰパッドとして市販のポリウレタンパッドを使用し
て、研磨する基板間に＃７０番手のダイヤモンド砥石を
用いてドレッシング処理を行った。ドレッシング条件
は、圧力９０ｇ／ｃｍ^２、回転３８ｒｐｍ、時間１分間
である。上記以外は実施例３と同様に研磨した。研磨速
度と研磨した基板枚数の関係を図４に示す。平均研磨速
度は２７２ｎｍ／ｍｉｎ、研磨速度のばらつき（１σ／
平均研磨速度×１００）は１５％であった。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明のＣＭＰパッドはド
レッシング処理を必要とせず、研磨速度ばらつきが小さ
く且つ高研磨速度であり、基板研磨工程数の低減、基板
表面平坦化の効率向上、プロセス管理の容易化、研磨基
板の高信頼度化に効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】研磨基板２０枚研磨時の研磨速度ばらつき（本
発明のＣＭＰパッド：実施例２）を示すグラフ。

【図２】研磨基板２０枚研磨時の研磨速度ばらつき（本
発明のＣＭＰパッド：実施例３）を示すグラフ。

【図３】研磨基板２０枚研磨時の研磨速度ばらつき（本
発明のＣＭＰパッド：実施例４）を示すグラフ。

【図４】研磨基板２０枚研磨時の研磨速度ばらつき（市
販のＣＭＰパッド：比較例１）を示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 雅也 茨城県日立市東町四丁目13番１号 日立化 成工業株式会社総合研究所内 (72)発明者 田谷 昌人 茨城県日立市東町四丁目13番１号 日立化 成工業株式会社山崎事業所内 (72)発明者 佐藤 誠 茨城県日立市東町四丁目13番１号 日立化 成工業株式会社山崎事業所内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 CB03 CB10 DA02 DA12 DA17

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された研磨膜を酸化セリウ
   ム研磨剤を用いて化学機械的に研磨するためのパッドに
   おいて、パッド表面に同一形状の微小突起が配列されて
   いることを特徴とする酸化セリウム研磨剤用ＣＭＰパッ
   ド。
2. 【請求項２】 パッドが、少なくとも（ａ）支持体層と
   （ｂ）表面に同一形状の微小突起を形成した層との２層
   からなる請求項１記載の酸化セリウム研磨剤用ＣＭＰパ
   ッド。
3. 【請求項３】 表面の微小突起が、光硬化性樹脂層に型
   を転写し、これを硬化して得られたものである請求項１
   又は２記載の酸化セリウム研磨剤用ＣＭＰパッド。
4. 【請求項４】 微小突起の高さのばらつき（１σ）が
   １．５μｍ以下である請求項１〜３いずれか記載の酸化
   セリウム研磨剤用ＣＭＰパッド。
5. 【請求項５】 微小突起の平均高さとレーザー散乱式粒
   度分布計で測定した研磨剤粒子のＤ９９％の粒径との比
   が１以上１００以下である請求項１〜４いずれか記載の
   酸化セリウム研磨剤用ＣＭＰパッド。
6. 【請求項６】 微小突起の体積をａとし、微小突起間の
   空間の体積をｂとしたとき、ａ／（ａ＋ｂ）の比率が
   ０．１以上０．９以下である請求項１〜５いずれか記載
   の酸化セリウム研磨剤用ＣＭＰパッド。
7. 【請求項７】 研磨膜を有する基板を請求項１〜６いず
   れか記載のＣＭＰパッドに押し当て、酸化セリウム研磨
   剤を研磨膜とＣＭＰパッドとの間に供給しながら、基板
   若しくは研磨定盤を動かして研磨することを特徴とする
   基板の研磨方法。
8. 【請求項８】 基板が、ＳｉＯ_２絶縁膜が形成された基
   板である請求項７記載の基板の研磨方法。
9. 【請求項９】 酸化セリウム研磨剤が粒界を有する酸化
   セリウム粒子である請求項７又は８記載の基板の研摩方
   法。