JP2002166354A

JP2002166354A - 研磨パッド

Info

Publication number: JP2002166354A
Application number: JP2000369077A
Authority: JP
Inventors: Hisao Koike; 尚生小池; Toshio Imauchi; 敏夫今内
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2002-06-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＭＰ法で使用する研磨パッドにおいて、高
い平坦度とウエハ面内での高い均一性とが両立可能であ
って、使用時に剥離等の生じる恐れがなく耐久性に優れ
るものを提供する【解決手段】研磨パッドを貼り合わせ構造ではなく、
一枚のシートで構成し、その研磨面のshore-D硬度を３
０以上８０以下で、かつ裏面側のshore-D硬度が１０以
上で、研磨面側の硬度よりも５以上低い構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、半導体デバイスの製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスを製造する際には、ウエ
ハ表面に導電性膜を形成し、フォトリソグラフィー・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。

【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
ー状研磨剤溶液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５を支持
する支持台６と、スラリー状研磨剤溶液の供給機構１０
とを備えている。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６とは、それぞれに支持
された研磨パッド１と被研磨材５とが対向するように配
置され、それぞれに回転軸８、９を備えている。また、
支持台６側には、被研磨材５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ー等で削り取
るドレッシング工程が研磨前及び研磨中に行なわれる。

【０００４】ＣＭＰプロセスにおいて重要なことは、研
磨平坦性と研磨均一性を両立することである。というの
は、ウエハ表面の凸部のみを選択的に研磨するのが研磨
平坦性であるが、研磨パッドが軟質であると、ウエハ表
面の微細な凹凸に研磨パッド表面が追従して変形するた
め、凸部のみを選択的に研磨することができない。従っ
て、研磨パッドに研磨平坦性を求めるためには、ウエハ
表面の凹凸に追従しない硬質性が求められる。

【０００５】また、ウエハ全面を均一に研磨するのが研
磨均一性であるが、研磨パッドが硬質であると、ウエハ
そのものの反りに追従することができず、ウエハの中心
部分を選択的に研磨することになる。よって、研磨パッ
ドに研磨均一性を求めるためには、ウエハの反りに追従
する軟質性が求められる。このような相反する要求特性
を満足するために、特開平６−２１０２８号公報、特表
平５−５０５７６９号公報、あるいは特開平１０−１３
８１２３号公報などに、硬さの異なる二枚のポリウレタ
ン発泡シートを貼り合わせた構造の研磨パッドが開示さ
れている。この貼り合わせ構造の研磨パッドでは、研磨
面側に硬質のポリウレタン発泡シートを、裏面側に軟質
のポリウレタン発泡シートを配置し、硬質シートでウエ
ハの凸部を選択的に研磨し、軟質発泡シートでウエハの
反りに追従させながら、研磨平坦性と研磨均一性を両立
させている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな貼り合わせ構造の研磨パッドは、研磨時に貼り合わ
せ面から剥離が生じたり、スラリー状研磨剤溶液が貼り
合わせ面に浸透したりして、研磨性能が経時劣化する恐
れがある。特に貼り合わせ時に、貼り合わせ面に気泡等
が混入すると、このような事が起こりやすくなる。ま
た、特開平６−２１０２８号公報には、二枚の弾性（発
泡ポリウレタン）シートを接着剤によって連結すると、
研磨平坦性に課題が生じる恐れがあると記載されてい
る。

【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
着目してなされたものであり、ＣＭＰ法で使用する研磨
パッドにおいて、高い平坦度とウエハ面内での高い均一
性とが両立可能であって、使用時に剥離等の生じる恐れ
がなく耐久性に優れるものを提供する。また、同時に該
研磨パッドを用いた研磨装置、ならびに該研磨装置を用
いた半導体デバイスの製造方法を提供する事を目的とす
る。

【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）ケミカルメカニカル研磨用の研磨パッドにおい
て、前記研磨パッドは一枚の発泡シートで構成され、研
磨面側のshore-D硬度が３０以上８０以下で、かつ裏面
側のshore-D硬度が１０以上で、研磨面側のshore-D硬度
よりも５以上低いことを特徴とする研磨パッド。（２）（１）記載の研磨パッドにおいて、研磨面側の
shore-D硬度が５０以上８０以下で、かつ裏面側のshore
-D硬度が２０以上で、研磨面側のshore-D硬度よりも５
以上低いことを特徴とする金属膜研磨もしくはＳＴＩ研
磨の第１ステップ用の研磨パッド。（３）（１）記載の研磨パッドにおいて、研磨面側の
shore-D硬度が３０以上６０以下で、かつ裏面側のshore
-D硬度が１０以上で、研磨面側のshore-D硬度よりも５
以上低いことを特徴とする金属膜研磨もしくはＳＴＩ研
磨の第２ステップ用の研磨パッド。

【０００９】（４）（１）記載の研磨パッドにおい
て、研磨面側のshore-D硬度が４０以上７０以下で、か
つ裏面側のshore-D硬度が２０以上で、研磨面側のshore
-D硬度よりも５以上低いことを特徴とする酸化膜研磨用
の研磨パッド。（５）熱可塑性フッ素樹脂を含有することを特徴とす
る（１）から（４）のいずれかに記載の研磨パッド。（６）（１）から（５）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。（７）（６）に記載の研磨装置を用いて、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
含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
研磨パッドは、一枚のシートから構成され、研磨パッド
研磨面側のshore-D硬度が３０以上８０以下、裏面側のs
hore-D硬度が１０以上で、研磨面側よりも５以上低いこ
とを特徴とする研磨パッドであり、ＣＭＰ法による研磨
に使用可能である。しかしながら、一口にＣＭＰ法と称
しても、金属膜や層間絶縁膜、またＳＴＩ（Shallow Tr
ench Isolation）やポリシリコンの研磨等、その被研磨
対象は様々である。さらに、金属膜研磨やＳＴＩ研磨で
は、第１ステップで研磨平坦性を重視した研磨を行な
い、第２ステップで研磨均一性を重視した研磨を行なう
という、いわゆる２ステップ研磨が行なわれることもあ
り、多種多様のＣＭＰ研磨工程が行われている。

【００１１】例えば、金属膜研磨は、ビアコンタクト形
成用のタングステンの研磨や、ダマシン法によるアルミ
や銅等の配線金属の研磨である。タングステンの研磨プ
ロセスは、層間絶縁膜にコンタクトホールを開け、その
上にタングステンをＣＶＤ法で堆積し、例えば図１の様
な研磨装置と、SiO₂、CeO₂、Al₂O₃、Mn₂O₃などの砥粒を
H₂O₂、Fe(NO₃)₂、KIO₃、K₃Fe(CN)₆、NaClO₃等の添加剤
と共に、超純水中に均一に分散させたスラリー状研磨剤
溶液、及び研磨パッドを用いて、ＣＭＰ研磨を行ない表
面を平坦化する。また、Ｃｕ配線形成工程では、層間絶
縁膜に溝やコンタクトホールをドライエッチングで開口
し、バリアメタルとして、TiNを薄くＣＶＤ法やＰＶＤ
法等で堆積し、全面にＣｕをＣＶＤ法やＰＶＤ法等でシ
ード層として堆積し、溝やコンタクトホールの中にメッ
キ法やＣＶＤ法等でＣｕを埋め込む。ここで、例えば図
１の様な研磨装置と、SiO₂、CeO₂、Al₂O₃、Mn₂O₃等の砥
粒をH₂O₂、Fe(NO₃)₂、KIO₃、K₃Fe(CN)₆、NaClO₃等の添
加剤と共に、超純水中に均一に分散させたスラリー状研
磨剤溶液、及び研磨パッド用いて、第１ステップのＣＭ
Ｐ研磨を行ない表面を平坦化する。さらに、図１の様な
研磨装置と、添加剤量を変えて金属への酸化作用を抑制
したスラリー状研磨剤溶液、及び研磨パッドを用いて２
ステップ目の研磨を行ない、ウエハ全面での均一性を向
上させる。被研磨対象がＡｌ（Ａｌ配線）の場合は、Ｃ
ｕの場合と同様に層間絶縁膜にコンタクトホールや溝を
形成した後、Ｔｉを堆積し、Ａｌをリフローにて埋め
る。ここで、図１の様な研磨装置と、SiO₂、CeO₂、Al₂O
₃、Mn₂O₃等の砥粒をH₂O₂、Fe(NO₃)₂、KIO₃、K₃Fe(C
N)₆、NaClO₃等の添加剤と共に、超純水中に均一に分散
させたスラリー状研磨剤溶液、及び研磨パッドを用い
て、第１ステップのＣＭＰ研磨を行ない表面を平坦化す
る。さらに、図１の様な研磨装置や、添加剤量を変えて
金属への酸化作用を抑制したスラリー状研磨溶液、及び
研磨パッドを用いて２ステップ目の研磨を行ない、ウエ
ハ全面での均一性を向上させる。また、金属膜用の研磨
では添加剤のみで、砥粒を含有しないスラリー状研磨剤
溶液を用いることもできる。

【００１２】ウエハ基板そのものに素子を埋め込み後
に、平坦化を行なう、いわゆるＳＴＩ工程は、基板のＳ
ｉにストッパ膜として、例えばシリコン窒化膜をパター
ニングし、Ｓｉをドライエッチングによりトレンチエッ
チングし、バイアスＣＶＤ法でSiO₂膜を堆積する。ここ
で、図１の様な研磨装置と、SiO₂、CeO₂、Al₂O₃、Mn₂O₃
などの砥粒をKOHやNH₄OH、アミン等の添加剤の入った超
純水中に均一に分散させたスラリー状研磨剤溶液、及び
研磨パッドを用いて、第１ステップのＣＭＰ研磨を行な
い表面を平坦化する。さらに、図１の様な研磨装置と、
添加剤量を変えてSiO₂への化学作用を抑制したスラリー
状研磨溶液、及び研磨パッドを用いて２ステップ目の研
磨を行ない、ウエハ全面での均一性を向上させる。スト
ッパ層で自動的に研磨が終了し、表面が平坦化される。

【００１３】また、ＤＲＡＭ用のキャパシタ用のトレ
ンチ形成工程は、シリコン窒化膜をストッパ膜としてＳ
ｉ基板にパターニングした後、深いトレンチ溝を形成
し、ポリＳｉを全面に堆積する。ここで、図１の様な研
磨装置と、SiO₂、CeO₂、Al₂O₃、Mn₂O₃などの砥粒をKOH
やNH₄OH、アミン等の添加剤の入った超純水中に均一に
分散させたスラリー状研磨剤溶液、及び研磨パッドを用
いて、ＣＭＰ研磨を行なう。ストッパ層で研磨が終了
し、表面が平坦化される。

【００１４】また、SiO₂膜、熱酸化膜、ＢＰＳＧ膜（ホ
ウ素リンシリケートガラス）、ＦＳＧ（フルオロシリケ
ートガラス）等の層間絶縁膜層の研磨プロセスは、例え
ば、下地トランジスタ形成後に、層間絶縁膜をプラズマ
ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）で堆積形成し、
図１の様な研磨装置と、SiO₂、CeO₂、Al₂O₃、Mn₂O₃など
の砥粒をKOHやNH₄OH、アミン等の添加剤の入った超純水
中に均一に分散させたスラリー状研磨剤溶液、及び研磨
パッドを用いて、ＣＭＰ研磨を行ない表面を平坦化す
る。その後、Ａｌ配線を形成し、層間絶縁膜をバイアス
ＣＶＤ法により堆積する。この際、層間絶縁膜の肩がピ
ラミッド状に残るため、突起した絶縁膜を前述した様に
ＣＭＰ法により研磨し、平坦化した後、さらにこの上に
層間絶縁膜を堆積し、その上にＡｌ配線を形成する。以
下、この工程を繰り返して多層配線を形成する。

【００１５】このように、ＣＭＰ研磨工程が多種多様で
あるため、被研磨対象または研磨工程によって、該研磨
パッドの好ましい硬度範囲も異なってくる。より詳細に
は、被研磨対象が金属膜やＳＴＩの第１ステップ用の場
合には、該研磨パッドの好ましい硬度範囲は、研磨面側
のshore-D硬度が５０以上８０以下、裏面側のshore-D硬
度が２０以上で、研磨面側のshore-D硬度よりも５以上
低い硬度であり、より好ましくは研磨面側のshore-D硬
度が５５以上７５以下、裏面側のshore-D硬度が２５以
上で、研磨面側のshore-D硬度よりも１０以上低い硬度
である。さらに好ましくは、研磨面側のshore-D硬度が
５５以上７０以下、裏面側のshore-D硬度が２５以上４
５以下である。特に好ましくは研磨面側のshore-D硬度
が６０以上７０以下、裏面側のshore-D硬度が３０以上
４０以下である。研磨面側のshore-D硬度が８０よりも
高いと研磨均一性の低下やスクラッチを引き起こす恐れ
があるし、５０よりも低い場合は、例えばＣｕ配線の広
幅部でディッシングやＣｕ配線密集部でのエロージョン
が発生する恐れがある。また、裏面側のshore-D硬度が
研磨面側のshore-D硬度と比較して、その差が５よりも
小さいと、ウエハの反りに追従できずに研磨均一性が低
下する恐れがあるし、裏面側のshore-D硬度が２０より
も低い場合は、軟質すぎるため、かえって、研磨均一性
が低下する恐れがある。

【００１６】また、被研磨対象が金属膜やＳＴＩの第２
ステップ用の場合は、該研磨パッドの好ましい硬度範囲
は、研磨面側のshore-D硬度が３０以上６０以下、裏面
側のshore-D硬度が１０以上で、研磨面側の硬度よりも
５以上低い硬度であり、より好ましくは研磨面側のshor
e-D硬度が３５以上５５以下、裏面側のshore-D硬度が１
５以上で、研磨面側の硬度よりも１０以上低い硬度であ
る。さらに好ましくは、研磨面側のshore-D硬度が４０
以上５０以下、裏面側のshore-D硬度が２０以上３０以
下である。研磨面側のshore-D硬度が３０よりも低いと
ディッシングやエロージョンが発生する恐れがあるし、
６０を越えると第２ステップとしての所望の研磨均一性
が得られない恐れがある。また裏面側のshore-D硬度が
研磨面側のshore-D硬度と比較して、その差が５よりも
小さいと、ウエハの反りに追従できずに研磨均一性が低
下する恐れがあるし、裏面側のshore-D硬度が１５より
も低い場合は、軟質すぎるため、かえって、研磨均一性
が低下する恐れがある。

【００１７】さらに、被研磨対象が層間絶縁膜層の場合
は、該研磨パッドの好ましい硬度範囲は、研磨面側のsh
ore-D硬度が４０以上７０以下、裏面側のshore-D硬度が
２０以上で、研磨面側のshore-D硬度よりも５以上低い
硬度であり、より好ましくは研磨面側のshore-D硬度が
４５以上６５以下、裏面側のshore-D硬度が２５以上
で、研磨面側のshore-D硬度よりも１０以上低い硬度で
あり、さらに好ましくは研磨面側のshore-D硬度が５０
以上６０以下、裏面側のshore-D硬度が３０以上４０以
下である。研磨面側のshore-D硬度が４０よりも低い
と、研磨平坦性が損なわれる恐れがあるし、７０を越え
ると研磨均一性の低下やスクラッチが発生する恐れがあ
る。また裏面側のshore-D硬度が研磨面側のshore-D硬度
と比較して、その差が５よりも小さいと、ウエハの反り
に追従できずに研磨均一性が低下する恐れがあるし、裏
面側のshore-D硬度が２０よりも低い場合は、軟質すぎ
るため、かえって、研磨均一性が低下する恐れがある。

【００１８】本発明者らは、発泡体の硬度と発泡構造の
関係において、鋭意探索した結果、硬度は、発泡倍率、
気泡壁の力学的強度、気泡構造（気泡径および気泡形
状）に影響されることを見いだし、本発明を完成させる
に至った。すなわち、発泡シート表面側（研磨パッド研
磨面側）の発泡構造と裏面側（研磨パッド裏面側）の発
泡構造を異なるものとすることで、研磨平坦性と研磨均
一性を両立する、研磨に適正な力学物性を一枚のシート
で成り立たせるものである。

【００１９】また、前述した発泡構造を有する発泡シー
トは、様々な発泡プロセスで製造することが可能であ
る。一般的に、発泡プロセスは含浸発泡プロセスと押し
出し発泡プロセスに分けられ、含浸発泡プロセスは、押
出シーティング、発泡剤含浸、発泡、というプロセスを
へて発泡シートが製造され、押し出し発泡プロセスで
は、押し出し機内で、溶融させた樹脂に発泡剤を溶解さ
せ、押し出し機系内で加圧下におかれている発泡剤含有
の溶融樹脂が、ダイから放出される際、圧力が急激に低
下することで瞬時に発泡させるプロセスである。また、
押し出し機から型内に発泡剤を含有した溶融樹脂を流入
させ、型内で発泡させる射出成形発泡プロセスがある。

【００２０】いずれのプロセスにおいても、無機粒子や
ゴム粒子等の気泡核材を用いることができるし、また、
含浸発泡プロセスでは発泡の前後に、押し出し発泡プロ
セスでは発泡シート成形後に架橋を行なうことが出来
る。本発明の研磨面側と裏面側とで硬度の異なる研磨パ
ッドの第一の実施態様は、発泡シートに表面と裏面とで
異なる発泡倍率を形成させることである。具体的な製造
方法として、含浸発泡プロセスでは、未発泡樹脂シート
への発泡剤の含浸濃度を、表面側は高く、裏面側は低く
し、発泡剤の濃度勾配をもたせる方法が挙げられる。よ
り詳細には、発泡剤が物理発泡剤である場合は、発泡す
る前に発泡剤含有樹脂シートを加熱ロールに接触させ、
研磨面のみ発泡剤を減少させる方法が挙げられる。

【００２１】また、別の実施方法としては、発泡時の加
熱温度を表面と裏面とで異なる温度で行なうことで、発
泡シートの表面と裏面とで異なる発泡倍率を形成すると
いう方法が挙げられる。さらに、別の実施方法として
は、発泡前のシートを表裏で異なる架橋密度を形成させ
た後、発泡させることで、発泡シートに表裏で異なる発
泡倍率を形成するという方法も挙げられる。架橋方法に
は架橋剤を用いる方法や電子線や紫外線、またはγ線等
を用いる放射線による架橋方法が挙げられる。電子線に
よる架橋では、Depth-Dose曲線にしたがって、シートの
厚み方向で照射線量が変化するため、所望の電子線照射
装置の加速電圧と樹脂密度によって、厚み方向で勾配を
形成するように所望の架橋密度を形成させることができ
る。例えば、片面のみ電子線を照射する、もしくは表面
と裏面とで照射線量を変えて照射する等である。また、
押し出し発泡や射出成形発泡では、発泡時に成形する温
度を表面と裏面とで変えることによって、発泡シートの
表面と裏面とで異なる発泡倍率を形成することができ
る。

【００２２】第二の実施態様は、発泡シートの表面側
（研磨パッドの研磨面側）の気泡壁強度を裏面側に対し
て、強くすることである。より詳細には、表面側の架橋
密度を高くすることで、気泡壁の強度を高くすることが
できる。従って、第一の実施態様が架橋によるプロセス
における場合は結果的に、第二の実施態様も同時に満足
することができる。また、発泡シート成形後に電子線等
による架橋を表面側のみに行なうことで、第二の実施態
様を満足することができる。

【００２３】第三の実施態様は、表面と裏面とで気泡構
造が異なる発泡シートを形成させ、研磨面側と裏面側で
硬度の異なる研磨パッドを生成する事である。このよう
な気泡構造の一つは発泡シート表面側の気泡径を裏面側
に比べて小さくすることであり、また別の一つは表面側
の気泡数を裏面側と比較して少なくすることである。さ
らに別の構造は、裏面側の気泡形状を厚み方向に長径を
有する楕円形にすることである。以下、より詳細に説明
すると、気泡径を表裏で異なるように形成する方法は、
発泡シート成形後に発泡シートの研磨面側を加熱もしく
は減圧下で加熱することによって、脱泡する事で所望の
形状を得ることができる。この場合、減圧の条件によっ
ては、気泡数を減少させることもできる。また、含浸発
泡プロセスにおいて、結晶が気泡核となる場合は、シー
ティング時の冷却速度を樹脂シートの表面と裏面とで変
えることによって、気泡核数を変え、表面と裏面とで異
なる気泡核数を有する発泡シートを形成することができ
る。また、水平方向の伸びを規定した状態で、発泡させ
ることによって厚み方向に配向した気泡構造が得られ
る。従って、第一の実施態様に示したような方法で裏面
側の発泡倍率を高くすることで、裏面側は厚み方向に楕
円形の気泡を有し、表面側は球もしくは正十二面体に近
い形状の気泡構造を得ることができる。気泡が厚み方向
に長径を有する楕円形になると、球形の気泡と比べて、
圧縮に対して、より弾性変形が可能となるため、裏面側
の気泡形状としては望ましい。

【００２４】従って、好ましい気泡構造は研磨面側の気
泡径は、０．１μｍ以上１００μｍ以下で、裏面側は１
０μｍ以上３００μｍ以下である。研磨面側が１００μ
ｍを越えると所望の硬度が得られにくいし、０．１μｍ
よりも小さいと、発泡倍率によっては気泡壁強度が低下
する恐れがある。また、裏面側の気泡径が１０μｍより
も小さいと所望の弾性変形が得られにくいし、３００μ
ｍよりも大きいと柔軟性が損なわれ、研磨均一性が低下
する恐れがある。より好ましい気泡径は研磨面側で０．
５μｍ以上５０μｍ以下、裏面側で１０μｍ以上２００
μｍ以下、さらに好ましくは研磨面側で１μｍ以上３０
μｍ以下、裏面側で２０μｍ以上１００μｍ以下であ
る。気泡が楕円形状であるときには、平均気泡径は長径
と短径の平均で表わす。また裏面側の気泡の扁平率は、
厚み方向の長径と水平方向の短径の比率を長径／短径で
表わしたとき１．５以上５以下が望ましい。１．５以下
では所望の効果が得られないし、５を越えると、柔軟性
が損なわれ、研磨均一性が低下する恐れがある。より望
ましい扁平率は１．５以上３以下、さらに望ましくは
１．５以上２以下である。

【００２５】以上、説明したような、本発明の実施態様
は単独で用いることもできるし、複数の手法を、同時に
用いることもできる。本発明で用いられる樹脂はフッ素
樹脂、オレフィン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネー
ト、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂を単独あるいは混合
物で用いることができる。熱可塑性フッ素樹脂は例え
ば、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等、ポリフッ化ビニル、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単独もし
くは混合物である。

【００２６】オレフィン樹脂は例えば、低密度ポリエチ
レン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、アイオノマー、ポリー４−メチル
ー１−ペンテン等である。アクリル樹脂はメタクリル酸
エステル、例えばメタクリル酸メチル、メタクリル酸エ
チルなどを主体とするものである。一般にアクリル樹脂
はその耐熱性や物性を改良するためにコモノマーとの共
重合体である事が多いが、４０重量％以下のコモノマー
はアクリル樹脂に含まれるものとする。このような、コ
モノマーの例としては、メタクリル酸エステル、例えば
メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等、アクリル
酸エステル、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチ
ル、アクリル酸ブチル等、やスチレン、α−メチルスチ
レン、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどがあ
る。また、アクリル樹脂は一般的に溶液重合方法と懸濁
重合方法の二通りの重合方法で製造されるが、異物が少
ないという点において、溶液重合方法で製造された樹脂
を用いることが好ましい。また、ゴム粒子の混入してい
るアクリル樹脂、例えばハイインパクトＰＭＭＡを用い
ることもできる。

【００２７】これらの樹脂の中でも、熱可塑性フッ素樹
脂は、耐薬品性、耐水性に優れるので、研磨パッドとし
ての耐久性を有するため好ましく、また、熱可塑性フッ
素樹脂の中でも水素原子を有する樹脂は電子線による架
橋特性を示すため、より好ましい樹脂の種類の一つであ
る。また、ポリフッ化ビニリデンならびにフッ化ビニリ
デン共重合体とアクリル樹脂は相溶性を示し、その混合
物は、耐薬品性、耐水性に優れるフッ素樹脂の特性とア
クリル樹脂の硬質性を兼ね備える、好ましい樹脂の種類
の一つである。

【００２８】本発明では、前述した樹脂の特性に合わせ
た加工方法によって、表裏の発泡構造が異なる発泡シー
トを製造することができる。例えば、樹脂が水素を含む
フッ素樹脂の場合は、電子線照射によって、表裏で異な
る架橋密度を形成し、その後に発泡剤を含浸し発泡させ
る含浸発泡方法が好ましく、具体的な照射線量は、表面
側の照射線量を１５Ｍｒａｄ以上２５Ｍｒａｄ以下、裏
面側の照射線量を０Ｍｒａｄ以上１０Ｍｒａｄ以下が好
ましい。表面側の照射線量が２５Ｍｒａｄを越えると、
樹脂の分解が起こるし、１５Ｍｒａｄより少ない線量で
は所望の架橋密度を得ることができない恐れがある。ま
た、裏面側の照射線量が１０Ｍｒａｄを越えると、所望
の効果を得ることができない恐れがある。

【００２９】また、ポリフッ化ビニリデンならびにフッ
化ビニリデン共重合体とアクリル樹脂の混合物の場合、
混合比率によっては、前述したような電子線架橋による
方法よりは、発泡シート成形後に表面側を減圧下で加熱
成形する手法が好ましい。具体的には混合樹脂のＴｇ
（ガラス転移温度）もしくは融点の１０℃以上１５０℃
以下の温度で、発泡シート表面を減圧下で加熱し、所望
の発泡構造を作成することができる。

【００３０】本発明で用いられる発泡剤としては物理発
泡剤、または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
無機ガスや水を用いることができる。また、化学発泡剤
と物理発泡剤とを併用しても構わないし、含浸発泡プロ
セスや押し出し発泡プロセスのどちらにでも適用するこ
とができる。

【００３１】本発明では、気泡径を調整する気泡核材と
して、また硬度調整の充填材として、１重量％以上３０
重量％以下の無機粒子を添加しても良い。無機粒子の添
加量が１重量％未満であれば、前述の様な所望の効果が
得られにくいし、３０重量％より多いと後述するような
二次凝集が起こりやすい。より好ましい添加量は１重量
％以上２０重量％以下であり、さらに好ましくは３重量
％以上１０重量％以下である。特に好ましくは３重量％
以上８重量％以下である。

【００３２】無機粒子の添加で重要なことは、樹脂中に
存在する無機粒子の粒径である。一般に無機粒子は二次
凝集を起こしやすく、結果的に大粒径の無機粒子が存在
し、研磨時にウエハ表面にスクラッチが発生しやすい。
また、均一に硬度を調整する目的からも微分散の状態を
得るのが好ましい。したがって、研磨パッド中に分散し
た状態の二次粒子径が５００ｎｍ以下になるようにする
ことが好ましい。より好ましい二次粒子径は３００ｎｍ
以下であり、特に好ましくは２５０ｎｍ以下である。ま
た、前述のような分散状態を得るためには、用いる無機
粒子の一次粒子径が２００ｎｍ以下のものを用いること
が好ましい。より好ましい一次粒子径は１００ｎｍ以下
であり、さらに好ましくは５０ｎｍ以下であり、特に好
ましくは３０ｎｍ以下である。一次粒子径の下限は特に
規定しないが、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。

【００３３】本発明で用いられる無機粒子の例として
は、被研磨物であるウエハへの影響と無機粒子の要求特
性とを考慮して、シリカ、アルミナ、酸化セリウム、二
酸化マンガン、酸化チタン、ジルコニア、チッ化ホウ
素、カーボン、タルク等から適宜選択することができ
る。また、無機粒子と熱可塑性フッ素樹脂やアクリル樹
脂との親和性を考慮し、該無機粒子がより微分散した状
態を得るために、炭素含有量が０．５％以上１０％以下
となるように表面処理された無機粒子を用いることがで
きる。この含有量が１０％を超えると本件の要求特性を
満たさない可能性がある。より好ましい炭素含有量は
０．５％以上７％以下、さらに好ましくは０．７％以上
５％以下、特に好ましくは０．８％以上３％以下であ
る。

【００３４】また、気泡径の調整を目的に、気泡核材と
して粒径１μｍ以下のゴム粒子を用いることができる。
例えばアクリルゴム粒子やスチレンーブタジエンゴム粒
子などである。ゴム粒子の粒径が１μｍより大きけれ
ば、所望の効果が得られない恐れがある。粒径の下限は
特に規定するものではないが、分散性や入手の容易性か
ら考慮して０．０５μｍ以上のものが好ましい。より好
ましい粒径の範囲は０．１μｍ以上０．５μｍ以下であ
る。

【００３５】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。この溝は、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、表面と裏面とで異な
る硬度を有する発泡シートからなる研磨パッド１を、表
面側を研磨面側となるように、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６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５とが対向するよう
に配置され、それぞれが回転し、スラリー状研磨剤溶液
を供給しながら、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１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。

【００３６】繰り返すが、本発明は、研磨面側が高硬度
で、裏面側が低硬度の一枚のシートからなる研磨パッド
であるため、研磨平坦性と研磨均一性とを両立すること
ができ、かつ研磨中に剥離や、研磨性能の経時劣化の恐
れがない研磨パッド、及び該研磨パッドを用いた研磨装
置並びに該研磨装置を用いた半導体デバイスの製造方法
を提供するものである。

【００３７】

【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）研磨面側の硬度の測定方法研磨パッドの裏面側から厚み方向の中心までの、研磨パ
ッド厚みの半分をベルトサンダーを用いて削り、研磨面
側のシートを厚み３ｍｍ以上４ｍｍ以下になるように複
数枚重ね、ＪＩＳＫ７２１５に準拠してＤ型デュロメ
ータによる硬度測定方法によって求めた。（２）裏面側の硬度の測定方法研磨パッドの研磨面側から厚み方向の中心までの、研磨
パッド厚みの半分をベルトサンダーを用いて削り、裏面
側のシートを厚み３ｍｍ以上４ｍｍ以下になるように複
数枚重ね、ＪＩＳＫ７２１５に準拠してＤ型デュロメ
ータによる硬度測定方法によって求めた。

【００３８】（３）ガラス転移温度、融点の測定方法ＡＳＴＭ−Ｄ３４１８に準拠してＤＳＣを用いて、昇温
速度５℃／ｍｉｎの条件下で測定した。（４）研磨パッド中の無機粒子の二次粒子径測定方法研磨パッドの厚み方向断面における、研磨面から０．５
ｍｍまでの深さの任意の領域を、走査型電子顕微鏡にて
無機粒子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×１μ
ｍとなるように観察し、この領域に存在する粒子を全て
観察し、その中の大きい方から粒子１０個の平均値を二
次粒子径とした。（５）無機粒子の一次粒子径透過型電子顕微鏡で無機粒子の一次粒子１００個を観察
し、数平均粒子径を一次粒子径とした。

【００３９】（６）発泡倍率次式により算出した。発泡倍率＝樹脂密度（ｇ／ｃｍ³）／発泡シート密度
（ｇ／ｃｍ³）（７）平均気泡径サンプルの研磨面をスライスし、電子顕微鏡で観察し
た。得られた写真に１ｃｍのグリッド線を引き、ＡＳＴ
Ｍ−Ｄ３５７６に準拠してグリッド線上に存在する気泡
の数を数え、次式を用いて、平均気泡径を求めた。平均気泡径＝グリッド線長さ（μｍ）／気泡の個数
（個）／０．６１６（８）無機粒子の炭素含有量所定量の無機粒子を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とから、炭素含有
量を測定した。

【００４０】

【実施例１】ポリフッ化ビニリデン（アトフィナ社製１
０００ＨＤ）とシリカ（日本アエロジル株式会社製アエ
ロジル（登録商標）Ｒ９７２、一次粒子径１６ｎｍ、炭
素含有量１％）を、重量比９５／５の比率でヘンシェル
ミキサーを用いて混合し、二軸押し出し機を用いて、加
熱押し出し成形によって、１．３ｍｍ厚みの押出シート
を成形する。該押出シートを加速電圧５００ｋＶの電子
線照射設備を用いて、表面に２０Ｍｒａｄ、裏面に５Ｍ
ｒａｄ照射して架橋する。該架橋済みシートを圧力容器
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３．５倍で、表面側の平均気泡径は１０μｍであ
り、裏面側の気泡は厚み方向に長径を有する楕円形をし
ており、厚み方向の長径と水平方向の短径との比は２で
あり、平均気泡径は７０μｍである。発泡シートを＃２
４０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２．０ｍｍ）を切削加工によっ
て溝付研磨パッドを作成する。該研磨パッドの研磨面側
のＤ硬度は５０、裏面側のＤ硬度は２９である。無機粒
子の二次粒子径は３００ｎｍである。

【００４１】この研磨パッドを研磨装置（岡本工作機械
製作所製のＧＲＩＮＤ−ＸＳＰＰ６００Ｓ）の研磨定
盤に貼り付け、＃１４０のダイヤモンド電着リングを用
い５分間ドレッシングを行なう。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−Ｃ５００１）を用いて定盤５８ｒｐｍ／
支持台６２ｒｐｍ、荷重２０．７ＫＰａ（３ｐｓｉ）で
Ｃｕ研磨の第１ステップを行なうと、研磨均一性、研磨
平坦性ともに良好であり、研磨パッドの溝深さが０．２
ｍｍになるまで研磨する時、研磨均一性、研磨平坦性の
経時劣化は認められない。。

【００４２】

【実施例２】ポリフッ化ビニリデン（アトフィナ社製１
０００ＨＤ）とアクリル樹脂（旭化成工業株式会社製デ
ルペット（登録商標）８０Ｎ）とシリカ（日本アエロジ
ル株式会社製アエロジル（登録商標）Ｒ９７２、一次粒
子径１６ｎｍ、炭素含有量１％）を、重量比４７．５／
４７．５／５（樹脂組成比：ポリフッ化ビニリデン／ア
クリル樹脂＝５０／５０）の比率でヘンシェルミキサー
を用いて混合し、二軸押し出し機を用いて、加熱押し出
し成形によって、１．３ｍｍ厚みのシートを成形する。
該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、５０℃で２０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１７
０℃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３．５倍で、平均気泡径は１０
μｍである。該発泡シートの研磨面側だけを減圧下で１
２０℃で加熱する。該架橋済該発泡シートを＃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２．０ｍｍ）を切削加工によって溝付
研磨パッドを作成する。該研磨パッドのガラス転移温度
は５５℃、Ｄ硬度は研磨面側で５５、裏面側は３３で、
無機粒子の二次粒子径は３００ｎｍである。

【００４３】この研磨パッドを研磨装置（岡本工作機械
製作所製のＧＲＩＮＤ−ＸＳＰＰ６００Ｓ）の研磨定
盤に貼り付け、＃１４０のダイヤモンド電着リングを用
い５分間ドレッシングを行なう。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−Ｃ５００１）を用いて定盤５８ｒｐｍ／
支持台６２ｒｐｍ、荷重２０．７ＫＰａ（３ｐｓｉ）で
Ｃｕ研磨の第１ステップを行なうと、研磨均一性、研磨
平坦性ともに良好であり、研磨パッドの溝深さが０．２
ｍｍになるまで研磨する時、研磨均一性、研磨平坦性の
経時劣化は認められない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の研磨パッ
ドは、高い平坦度とウエハ面内での高い均一性が両立可
能であって、かつ使用時に剥離等の生じる恐れがないた
め耐久性にも優れる。本発明の研磨装置によれば、研磨
パッドに剥離等が生じる恐れがない状態で、高い平坦度
とウエハ面内での高い均一性とが両立されたＣＭＰ法で
の研磨を行なうことができる。本発明の半導体デバイス
の製造方法によれば、平坦化工程が良好に行なわれると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＭＰ法で使用する研磨装置の一例を示す概略
構成図。

【符号の説明】

１；研磨パッド２；定盤５；被研磨材６；支持台８；回転軸９；回転軸１０；研磨液供給管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケミカルメカニカル研磨用の研磨パッド
において、前記研磨パッドは一枚の発泡シートで構成さ
れ、研磨面側のshore-D硬度が３０以上８０以下で、か
つ裏面側のshore-D硬度が１０以上で、研磨面側のshore
-D硬度よりも５以上低いことを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】請求項１に記載の研磨パッドにおいて、
研磨面側のshore-D硬度が５０以上８０以下で、かつ裏
面側のshore-D硬度が２０以上で、研磨面側のshore-D硬
度よりも５以上低いことを特徴とする金属膜研磨もしく
はＳＴＩ研磨の第１ステップ用の研磨パッド。
【請求項３】請求項１に記載の研磨パッドにおいて、
研磨面側のshore-D硬度が３０以上６０以下で、かつ裏
面側のshore-D硬度が１０以上で、研磨面側のshore-D硬
度よりも５以上低いことを特徴とする金属膜研磨もしく
はＳＴＩ研磨の第２ステップ用の研磨パッド。
【請求項４】請求項１に記載の研磨パッドにおいて、
研磨面側のshore-D硬度が４０以上７０以下で、かつ裏
面側のshore-D硬度が２０以上で、研磨面側のshore-D硬
度よりも５以上低いことを特徴とする酸化膜研磨用の研
磨パッド。
【請求項５】熱可塑性フッ素樹脂を含有することを特
徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の研磨パ
ッド。
【請求項６】請求項１から５のいずれか１項に記載の
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。
【請求項７】請求項６に記載の研磨装置を用いて、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
る工程を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方
法。