JP2003059870A - Cmp pad and wafer-polishing method using the same - Google Patents

Cmp pad and wafer-polishing method using the same

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JP2003059870A
JP2003059870A JP2001243095A JP2001243095A JP2003059870A JP 2003059870 A JP2003059870 A JP 2003059870A JP 2001243095 A JP2001243095 A JP 2001243095A JP 2001243095 A JP2001243095 A JP 2001243095A JP 2003059870 A JP2003059870 A JP 2003059870A
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polishing
film
layer
pad
cmp pad
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JP2001243095A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaya Nishiyama
雅也 西山
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Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CMP pad by which a polished surface can be planarized efficiently and the uniformity of a wafer surface can be improved in CMP technology, by which an insulation film made of silicon oxide, etc., such as an interlayer insulating film, a BPSG film, a shallow trench isolating insulation film, a capacitor ferrodielectric film, a wiring metal layer, a metal alloy layer, etc., can be planarized and an embedded layer can be formed. SOLUTION: This CMP pad is used for chemically-mechanically polishing a polished film formed on a board and has a support layer and a thin film layer, whose hardness varies in the layer direction.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子製造技
術に使用される研磨法に関し、基板表面の研磨工程、特
にシャロー・トレンチ素子分離、キャパシタ、金属配線
等の溝への埋め込み層の形成工程、層間絶縁膜の平坦化
工程等において使用される基板の研磨法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing method used in a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a polishing process of a substrate surface, particularly a shallow trench device isolation process, a process of forming a buried layer in a groove such as a capacitor or metal wiring , A method of polishing a substrate used in a step of flattening an interlayer insulating film and the like.

【0002】[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技術である。半導体
素子の製造工程におけるCMP技術には、素子分離形
成、メモリのキャパシタ形成、プラグ及び埋め込み金属
配線形成等において溝に埋め込んだ成膜層の余分な成膜
部分を除去するためのリセスCMP技術、及び層間絶縁
膜成膜後の平坦化CMP技術がある。集積回路内の素子
分離形成技術において、デザインルール0.5μm以上
の世代ではLOCOS(シリコン局所酸化)が用いられ
てきたが、加工寸法の更なる微細化に伴い、素子分離幅
のより小さいシャロー・トレンチ分離技術が採用されつ
つある。シャロー・トレンチ分離では、基板上に埋め込
んだ余分な酸化珪素膜を除くためにCMPが必須な技術
となる。金属配線形成技術においても、デザインルール
0.25μm以上の世代では、層間絶縁膜上のAl配線
やプラグにはW等が用いられていたが、加工寸法の微細
化に伴い要求される電気特性を満たすためにCuやCu
Al合金が採用されつつある。CuやCuAl合金の配
線技術では、ダマシンやディアルダマシン等の埋め込み
配線技術が検討されており、基板上に埋め込んだ余分な
金属膜を除くためにCMPが必須な技術となる。メモリ
素子のキャパシタ形成においても、トレンチ構造や複雑
なスタック型構造を実現するためには、酸化窒化シリコ
ンやタンタル酸化膜及びその他の強誘電体のリセスCM
P技術が必須な技術となる。
2. Description of the Related Art In the current ultra-large scale integrated circuits, there is a tendency to increase the packaging density, and various fine processing techniques have been researched and developed. Already, the design rules are on the order of sub-half micron. CMP (Chemical Mechanical Polishing) technology is one of the technologies that have been developed to satisfy such strict requirements for miniaturization. This technology completely flattens the layer to be exposed in the semiconductor device manufacturing process, reducing the burden of exposure technology,
This is a technology that can stabilize the yield. The CMP technique in the manufacturing process of a semiconductor device includes a recess CMP technique for removing an excessive film formation portion of a film formation layer embedded in a groove in element isolation formation, memory capacitor formation, plug and embedded metal wiring formation, and the like. There is also a flattening CMP technique after forming an interlayer insulating film. LOCOS (Silicon Local Oxidation) has been used in the generation of design rule 0.5 μm or more in the element isolation formation technology in integrated circuits. Trench isolation technology is being adopted. In shallow trench isolation, CMP is an indispensable technique for removing the excess silicon oxide film embedded on the substrate. Also in the metal wiring forming technology, W and the like were used for the Al wiring and the plug on the interlayer insulating film in the generation with the design rule of 0.25 μm or more. Cu or Cu to fill
Al alloys are being adopted. In the Cu or CuAl alloy wiring technology, embedded wiring technology such as damascene or dial damascene has been studied, and CMP is an essential technology for removing an extra metal film embedded on a substrate. In order to realize a trench structure or a complicated stack type structure also in forming a capacitor of a memory device, a recess CM of silicon oxynitride, a tantalum oxide film or other ferroelectric substance is used.
P technology becomes an essential technology.

【0003】従来、半導体装置の製造工程において、プ
ラズマ−CVD、低圧−CVD、スパッタ、電解メッキ
等の方法で形成される酸化珪素等絶縁膜、キャパシタ強
誘電体膜、配線用金属や金属合金等の平坦化及び埋め込
み層を形成するための研磨方法としては、研磨する膜を
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CMPパッドとの間に供給しながら、基板も
しくはCMPパッドを動かして行っている。この際、C
MP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。
Conventionally, in a manufacturing process of a semiconductor device, an insulating film such as silicon oxide formed by a method such as plasma-CVD, low-pressure-CVD, sputtering, electrolytic plating, a ferroelectric film of a capacitor, a wiring metal or a metal alloy, etc. As a polishing method for flattening and forming a buried layer, a substrate on which a film to be polished is formed is pressed against a CMP pad, and an abrasive is supplied between the polishing film and the CMP pad while the substrate or I am moving the CMP pad. At this time, C
A urethane foam type is generally used as the MP pad.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】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ことにより
パッドの表面状態を一定に保つ作業である。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。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等の
酸化珪素等絶縁膜及びキャパシタ強誘電体膜、配線用金
属や金属合金等の平坦化及び埋め込み層を形成するため
のCMP技術において、被研磨面の平坦化を効率的に行
い、かつウエハ面内の均一性を向上することができるC
MPパッドおよび研磨法を提供するものである。
When polishing with the above-mentioned urethane foam type polishing cloth, it is necessary to periodically perform a pretreatment called dressing. This is an operation for keeping the surface condition of the pad constant by shaving the surface of the pad with a diamond grindstone or the like. However, the unevenness formed on the pad surface by this dressing treatment is uneven in shape and size, resulting in instability of polishing characteristics. The present invention is for forming an insulating film such as an interlayer insulating film, a BPSG film, an insulating film for shallow trench isolation, etc., a capacitor ferroelectric film, and a planarizing and burying layer for a wiring metal or a metal alloy. In the CMP technique, it is possible to efficiently flatten the surface to be polished and improve the uniformity within the wafer surface.
An MP pad and a polishing method are provided.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
された研磨膜を化学機械的に研磨するためのパッドにお
いて、支持体層及び層方向に硬度が変化している薄膜層
を備えてなるCMP用パッドを提供するものである。ま
た本発明は、支持体層及び層方向に硬度が変化している
薄膜層を備えてなるCMP用パッドに所定の基板を押し
当て、研磨剤を研磨膜とCMPパッドとの間に供給しな
がら、半導体チップである基板の被研磨面と研磨パッド
を接触させながら相対運動させ、研磨表面にかかる負荷
の偏りを分散させながら基板表面を研磨することを特徴
とする、基板の研磨方法を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a pad for chemically and mechanically polishing a polishing film formed on a substrate, comprising a support layer and a thin film layer whose hardness changes in the layer direction. The present invention provides a pad for CMP. Further, according to the present invention, a predetermined substrate is pressed against a CMP pad comprising a support layer and a thin film layer whose hardness changes in the layer direction, and an abrasive is supplied between the polishing film and the CMP pad. Provided is a method for polishing a substrate, characterized in that the surface to be polished of a substrate, which is a semiconductor chip, and a polishing pad are moved relative to each other while being in contact with each other, and the surface of the substrate is polished while dispersing a load bias applied to the polishing surface. It is a thing.

【0006】一般に、被研磨面の平坦化を効率的に行
い、かつウエハ面内の均一性を向上させることを目的
に、薄膜層の層方向に硬度を変化させる方法としては、
例えば薄膜層に光硬化性樹脂を用いる方法が挙げられ
る。紫外線もしくは電子線等の照射量を調整し、光の透
過量を層方向に変化させることにより、例えば表面は硬
く、表面から奥に行く程軟らかくなる様な薄膜層を形成
することができる。これにより、パッドの機能する部分
は一層であるにも関わらず、多層パッドに似た機能を発
現すると推定される。
Generally, as a method of changing the hardness in the layer direction of the thin film layer for the purpose of efficiently flattening the surface to be polished and improving the uniformity within the wafer surface,
For example, a method of using a photocurable resin for the thin film layer can be mentioned. By adjusting the irradiation amount of ultraviolet rays or electron beams and changing the light transmission amount in the layer direction, for example, it is possible to form a thin film layer in which the surface is hard and the depth becomes deeper from the surface. From this, it is presumed that the function of the pad is similar to that of the multi-layer pad even though the pad has only one functional portion.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】CMPパッドは、支持体層及び層
方向に硬度が変化している薄膜層を備えてなる。また、
薄膜層表面には微小突起を形成することができる。CM
Pパッドの作製方法としては、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挙げられる。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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A CMP pad comprises a support layer and a thin film layer having a hardness varying in the layer direction. Also,
Minute protrusions can be formed on the surface of the thin film layer. CM
As a method of manufacturing the P pad, a method of transferring from a mold while photocuring using a photocurable resin can be mentioned. An example of a manufacturing method using this method will be shown below. First, a photocurable resin thin film layer is formed on the support layer. This thin film layer is the surface on which the minute protrusions are to be formed. A transfer pattern processed to have a large number of microscopic depressions of the same shape is pressed against the thin film layer, and the surface of the transfer pattern is transferred to the thin film layer while exposing and curing the thin film layer. Through these steps, a desired CMP pad having the same shape of micro-projections arranged on the surface can be obtained.

【0008】支持体層としては、化学的、熱的に安定で
あり、シートまた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させる
ためには弾性率の低い支持体(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5〜2000μmである。薄膜層に
用いる材料は特に限定しないが、光硬化性樹脂がより好
ましい。
As the support layer, one that is chemically and thermally stable and can be formed into a sheet or plate can be used. Examples thereof include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, cellulose derivatives such as cellulose acetate, polyamide, polystyrene, polycarbonate, polyimide and polyester. Of these, biaxially stretched polyethylene terephthalate, which has excellent dimensional stability, is particularly preferable. It is also possible to adjust the polishing characteristics by controlling the elastic modulus by selecting the material and thickness of the support layer suitable for the object to be polished depending on the purpose. For example, in order to improve the uniformity of the object to be polished, it is effective to use a support having a low elastic modulus (polyethylene, polypropylene, polyamide, etc.). The preferable thickness of the support layer is 5 to 2000 μm. The material used for the thin film layer is not particularly limited, but a photocurable resin is more preferable.

【0009】光硬化性樹脂としては、例えば、光重合成
モノマ、ベースレジン及び光開始剤からなるものが挙げ
られ、必要に応じて、さらに紫外線透過抑制剤等を加え
ることができる。光重合成モノマとしては、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等を用いることがで
きる。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−プロパン、t−ブチルアントン
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量体等を用いることができる。これらの光開始剤は
単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。
The photocurable resin includes, for example, a photopolymerizable monomer, a base resin and a photoinitiator, and if necessary, an ultraviolet ray transmission inhibitor and the like can be added. As the photo-polymerizable monomer, monofunctional or polyfunctional ethylenically unsaturated monomers such as various acrylates, various acrylamides, and vinyl compounds can be used. As the base resin, polyester, epoxy, polyurethane acrylates or the like can be used. Examples of the photoinitiator include benzophenone, N,
N'-tetraethyl-4,4'-diaminobenzophenone, 4-methoxy-4'-dimethylaminobenzophenone, benzyl, 2,2-diethoxyacetophenone, benzoin, benzoin methyl ether, benzoin isobutyl ether, benzyl dimethyl ketal, α- Hydroxyisobutylphenone, thioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 1-hydroxyisobutylphenone, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl]
-2-morpholino-1-propane, t-butylanthraquinone, 1-chloroanthraquinone, 2-ethylanthraquinone, 1,4-naphthoquinone, 9,10-phenanthraquinone, 1,2-benzanthraquinone, 1,
4-dimethylanthraquinone, 2-phenylanthraquinone, 2-benzyl-2-N, N-dimethylamino-1
-(4-morpholinophenyl) -1-butanone, 2-
(O-Chlorophenyl) -4,5-diphenylimidazole dimer or the like can be used. These photoinitiators are used alone or in combination of two or more.

【0010】紫外線透過抑制剤としては、例えば、オー
レオリン(K[Co(NO])、コバルトグリ
ーン(CoO−ZnO)、セルリアンブルー2(Co,
Mg)O・SnO、コバルトブルー(Co,Mg)O
・コバルトバイオレット3CoO・P、酸化鉄
(K[FeIIFeIII(CN)])、酸化クロ
ム、クロム酸鉛、クロム酸バリウム等の無機顔料;フタ
ロシアニン、ジオキサジン、アントラキノン等の有機顔
料;等を用いることができる。
Examples of the UV transmission inhibitors include aureoline (K 3 [Co (NO 2 ) 6 ]), cobalt green (CoO-ZnO), and cerulean blue 2 (Co,
Mg) O.SnO 2 , cobalt blue (Co, Mg) O
Inorganic pigments such as cobalt violet 3CoO.P 2 O 5 , iron oxide (K [Fe II Fe III (CN) 6 ]), chromium oxide, lead chromate and barium chromate; organic pigments such as phthalocyanine, dioxazine and anthraquinone , Etc. can be used.

【0011】光硬化性樹脂の使用量は、感光性組成物中
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。
The amount of the photocurable resin used is preferably 0.01 to 25% by weight, and more preferably 1 to 20% by weight, based on the total solid content of the photosensitive composition. Further, if necessary, additives such as a sensitizer and an adhesion improver may be added.

【0012】光硬化性樹脂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
性樹脂層の厚みは1〜300μmとすることが好まし
い。
The coating method of the photo-curable resin layer on the support layer includes roll coater coating, spin coater coating, spray coating, dip coater coating, curtain flow coater coating, wire bar coater coating, gravure coater coating and air knife coater. Coating, die coater coating, etc. The thickness of the photocurable resin layer is preferably 1 to 300 μm.

【0013】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。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。
Examples of the exposure device include a carbon arc lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, a high pressure mercury lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, a fluorescent lamp and a tungsten lamp. The material of the transfer master is not limited to metal, resin, etc., but preferably an iron alloy such as stainless steel, which is excellent in dimensional stability and conductivity, and a laminate of copper, which has a processing margin, are used. The surface is made uniform by mechanical polishing, etching, cleaning, etc. The shape of the transfer master is not limited to a plate shape, a sheet shape, a roll shape, or the like, but a roll shape is more preferable because it enables processing while rotating.

【0014】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
メッキを施したりしても良い。また、光硬化性樹脂との
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。
As a method for producing a micro recess of a transfer pattern,
There are an etching method, an electroforming method, a method of pressing an engraver, and the like. Further, the surface hardness may be increased or protective plating may be applied for the purpose of preventing oxidation. Further, it is preferable to plate chromium, nickel or the like in order to enhance the releasability from the photocurable resin. It is necessary to design the degree of micro-indentation of the transfer master in consideration of the fact that it is usually deformed by curing the thin film layer.

【0015】光硬化後の微小突起の凸部上面の面積は1
00μm以上0.25mm以下であることが望まれ
る。0.25mmより大きいと研磨速度の低下を招
き、100μmより小さいと微小凹凸の作製が困難で
ある。
The area of the upper surface of the convex portion of the microprojection after photocuring is 1
It is desired that the thickness is 00 μm 2 or more and 0.25 mm 2 or less. If it is larger than 0.25 mm 2 , the polishing rate is lowered, and if it is smaller than 100 μm 2 , it is difficult to form fine irregularities.

【0016】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/平均高
さ)が10%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。
It is desired that the height of the micro-projections after photo-curing has little variation. If the variation in height (1σ / average height) exceeds 10%, minute projections that do not come into contact with the substrate are generated during polishing, and the stability of polishing characteristics is poor.

【0017】微小突起の平均高さは、1μm以上200
μm以下であることが好ましい。200μmより大きい
と研磨液が流れ過ぎて研磨速度が低下する。一方、1μ
mより小さい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。微小突起の形状としては、角錐、円
錐、角柱、等考えられるが特に限定しない。また、微小
突起の平均ピッチは、30μm以上1000μm以下で
あることが好ましい。30μmより小さいと、突起と突
起の間隔が狭すぎて研磨屑等により目詰まりを起こす。
また、1000μm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。
The average height of the fine protrusions is 1 μm or more and 200.
It is preferably μm or less. If it is larger than 200 μm, the polishing liquid will flow too much and the polishing rate will decrease. On the other hand, 1μ
The polishing surface smaller than m and the upper surface of the minute protrusion are attracted to each other, which hinders smooth polishing. The shape of the minute protrusion may be a pyramid, a cone, a prism, or the like, but is not particularly limited. The average pitch of the fine protrusions is preferably 30 μm or more and 1000 μm or less. If it is less than 30 μm, the intervals between the protrusions are too narrow, and clogging occurs due to polishing dust and the like.
On the other hand, if it is larger than 1000 μm, the number of minute projections in contact with the polishing surface is small and the polishing rate is lowered.

【0018】研磨パッドと共に用いる研磨液は特に限定
しない。層間絶縁膜、BPSG膜、シャロー・トレンチ
分離用絶縁膜等の酸化珪素等絶縁膜研磨液は、固体砥粒
と分散剤と水からなる組成物を分散させることによって
得られる。使用される砥粒としては、酸化セリウム、酸
化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、炭化珪素
等の無機物粒子、ポリスチレン、ポリアクリル、ポリ塩
化ビニル等の有機物砥粒のいずれでもよいが、特に酸化
セリウム粒子が好ましい。また、砥粒の入っていない研
磨剤としては、例えば特開平11−135466に開示
されるものが挙げられる。分散剤としては、半導体研磨
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1
0ppm以下に押さ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。
The polishing liquid used with the polishing pad is not particularly limited. An insulating film polishing liquid such as silicon oxide for an interlayer insulating film, a BPSG film, a shallow trench isolation insulating film, etc. can be obtained by dispersing a composition comprising solid abrasive grains, a dispersant and water. The abrasive grains used may be any of cerium oxide, silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, inorganic particles such as silicon carbide, polystyrene, polyacryl, organic abrasive particles such as polyvinyl chloride, but especially cerium oxide particles. Is preferred. Further, examples of the abrasive containing no abrasive grains include those disclosed in JP-A-11-135466. Since the dispersant is used for semiconductor polishing, the content of alkali metals such as sodium ions and potassium ions, halogens, and sulfur is 1
It is preferably suppressed to 0 ppm or less, and for example, a polymer dispersant containing an ammonium acrylate salt as a copolymerization component is preferable.

【0019】被研磨膜は、半導体基板に形成された酸化
珪素膜や窒化珪素膜、Cu、CuAl合金等の金属膜、
及び強誘電体膜である。また、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、金属膜、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−の端面、シンチレ−タ等の光学
用単結晶、固体レ−ザ単結晶、青色レ−ザ用LEDサフ
ァイア基板、SiC、GaP、GaAS等の半導体単結
晶、磁気ディスク用ガラス基板、磁気ヘッド等にも適用
される。
The film to be polished is a silicon oxide film or a silicon nitride film formed on a semiconductor substrate, a metal film such as Cu or CuAl alloy,
And a ferroelectric film. Further, a silicon oxide film formed on a wiring board having a predetermined wiring, an inorganic insulating film such as glass or silicon nitride, a metal film, an optical glass such as a photomask / lens / prism, an inorganic conductive film such as ITO, a glass or the like. Optical integrated circuit composed of crystalline material, optical switching element,
Optical waveguides, end faces of optical fibers, optical single crystals such as scintillators, solid-state laser single crystals, LED sapphire substrates for blue lasers, semiconductor single crystals such as SiC, GaP, and GaAs, glass for magnetic disks It is also applied to substrates, magnetic heads, etc.

【0020】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)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100k
Pa(1kg/cm2)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。研磨終
了後の半導体基板は、流水中で良く洗浄後、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。
There is no limitation on the polishing device, and it can be used in a disk-type polishing device and a linear-type polishing device. As an example, there is a general polishing apparatus having a holder for holding a semiconductor substrate and a surface plate on which a pad is attached (a motor or the like whose rotation speed is changeable is attached). Although the polishing conditions are not limited, the rotation speed of the surface plate is preferably a low rotation of 200 rpm or less so that the semiconductor substrate does not jump out, and the pressure applied to the semiconductor substrate is 100 k so that scratches do not occur after polishing.
Pa (1 kg / cm 2) or less is preferable. During polishing, slurry is continuously supplied to the CMP pad by a pump or the like. Although the supply amount is not limited, it is preferable that the surface of the polishing pad is always covered with the slurry. It is preferable that the semiconductor substrate after the polishing is thoroughly washed in running water, and then water droplets adhering to the semiconductor substrate are removed by using a spin dryer or the like and then dried.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 実施例1〜2並びに比較例1〜2 (転写原型の作製)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20μm半径100μmの円柱がピッチ25
0μm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130mm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。 (パッドの材料)支持層に厚さ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100μmの膜厚になるように塗布
した。光硬化性樹脂は、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) 8重量部、ビニルアセテート(モノ
マ) 8重量部、アクリル酸(モノマ) 0.3重量部、
ヘキサンジオールアクリレート(モノマ) 0.2重量
部、ヘキサンジオールアクリレート(モノマ) 0.2
重量部、ベンゾインイソブチルエーテル (開始剤)
2.5重量部である。これに紫外線透過阻害因子とし
て、顔料(メラミン)を3.0重量部加えたものを材料
1とし、加えないものを材料2とする。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 (Preparation of Transfer Master) A photosensitive film was laminated on a copper foil film having a thickness of 25 μm. The photosensitive film was exposed and developed using a negative mask in which circles having a radius of 100 μm were two-dimensionally arranged at a pitch of 250 μm. Further, after the copper is etched, the exposed photosensitive film is peeled off to form a cylinder having a depth of 20 μm and a radius of 100 μm at a pitch of 25.
A copper foil film two-dimensionally arranged at 0 μm was obtained. This copper foil film was wrapped around a cylindrical iron base material having a diameter of 130 mm, and then Cr plating was performed to produce a transfer pattern. (Material of pad) A polyethylene phthalate film having a thickness of 125 μm was used as a support layer, and a photocurable resin was applied onto this film by a coater so as to have a film thickness of 100 μm. The photocurable resin includes acrylic acid-butyl acrylate-vinyl acetate copolymer 5 parts by weight, butyl acetate (monomer) 8 parts by weight, vinyl acetate (monomer) 8 parts by weight, acrylic acid (monomer) 0.3 parts by weight,
Hexanediol acrylate (monomer) 0.2 parts by weight, hexanediol acrylate (monomer) 0.2
Parts by weight, benzoin isobutyl ether (initiator)
2.5 parts by weight. Material 1 is obtained by adding 3.0 parts by weight of a pigment (melamine) as an ultraviolet ray transmission inhibiting factor, and material 2 is not added.

【0022】(パッド1の作製)材料1を塗布したフィ
ルムに前記転写原型を押しあて、紫外線を300mJ/c
m2にて照射し光硬化性樹脂を硬化してから分離し、フィ
ルム状膜を得た。この膜に紫外線を500mJ/cm2にて
照射し、さらに後硬化を行った。このフィルム状CMP
ハ゜ット゛表面を光学顕微鏡およびSEMで観察したとこ
ろ、ピッチが250μm、突起の高さが20μm、上面
の半径が90μmすなわち面積が0.025mm2であ
る円柱に近い円錐台であった。 (パッド2の作製)材料2を塗布したフィルムに前記転
写型を押しあて、紫外線を300mJ/cm2にて照射し光
硬化性樹脂を硬化してから分離し、フィルム状膜を得
た。この膜には後硬化は行わない。このフィルム状CM
Pハ゜ット゛表面を光学顕微鏡およびSEMで観察したとこ
ろ、パッド1と同形状であった。 (パッド3の作製)材料2を塗布したフィルムに前記転
写型を押しあて、紫外線を1000mJ/cm2にて照射し
光硬化性樹脂を硬化してから分離し、フィルム状膜を得
た。この膜に紫外線を1000mJ/cm2にて照射し、さ
らに後硬化を行った。このフィルム状CMPハ゜ット゛表面
を光学顕微鏡およびSEMで観察したところ、パッド1と
同形状であった。 (パッド4の作製)市販の発泡ポリウレタンパッドを比
較例2として用意した。各CMPパッドの表面側の硬
度、裏面側の硬度を表2に示す。硬度の測定には、ゴム
硬度の測定に用いられるスワデイ方を用いた。裏面側の
測定時にはポリエチレンフタレート支持フィルムを剥が
してから、測定を行った。
(Preparation of Pad 1) The transfer pattern is pressed against the film coated with the material 1 and an ultraviolet ray of 300 mJ / c is applied.
After irradiation with m2 to cure the photocurable resin, it was separated to obtain a film-like film. This film was irradiated with ultraviolet rays at 500 mJ / cm 2 and further post-cured. This film CMP
The surface of the pad was observed with an optical microscope and SEM, and it was found to be a truncated cone close to a cylinder with a pitch of 250 μm, a height of protrusions of 20 μm, and a radius of the upper surface of 90 μm, that is, an area of 0.025 mm 2 . (Preparation of Pad 2) The transfer mold was pressed against the film coated with the material 2 and the photocurable resin was cured by irradiation with ultraviolet rays at 300 mJ / cm 2 and then separated to obtain a film-like film. The film is not post-cured. This film CM
When the surface of the P pad was observed with an optical microscope and SEM, it had the same shape as the pad 1. (Preparation of Pad 3) The transfer mold was pressed against the film coated with the material 2 and the photocurable resin was cured by irradiation with ultraviolet rays at 1000 mJ / cm 2 and then separated to obtain a film-like film. This film was irradiated with ultraviolet rays at 1000 mJ / cm 2 and further post-cured. When the surface of the film-like CMP pad was observed with an optical microscope and SEM, it had the same shape as the pad 1. (Production of Pad 4) A commercially available foamed polyurethane pad was prepared as Comparative Example 2. Table 2 shows the hardness of the front surface side and the hardness of the back surface side of each CMP pad. For the measurement of hardness, the Swade method used for measuring rubber hardness was used. When measuring the back surface side, the polyethylene phthalate support film was peeled off, and then the measurement was performed.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】(研磨液の作製) (酸化セリウムスラリーの作製)炭酸セリウム水和物2
kgを白金製容器に入れ、800℃の空気中で2時間焼
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。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い酸化セリウム粒子を得
た。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8977gを混合し、攪拌しながら超音波分散を1
0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。
(Preparation of polishing liquid) (Preparation of cerium oxide slurry) Cerium carbonate hydrate 2
About 1 kg of a yellowish white powder was obtained by putting kg in a platinum container and baking in air at 800 ° C. for 2 hours. When this powder was subjected to phase identification by X-ray diffraction, it was confirmed to be cerium oxide. 1 kg of cerium oxide powder was dry-ground using a jet mill to obtain cerium oxide particles. 1 kg of the above-prepared cerium oxide particles, 23 g of an aqueous solution of polyacrylic acid ammonium salt (40% by weight) and 8977 g of deionized water were mixed, and ultrasonic dispersion was carried out while stirring.
It was applied for 0 minutes. The resulting slurry is filtered through a 1 micron filter and further deionized water is added to add 5
A wt% slurry was obtained. The slurry pH was 8.3.

【0025】(基板の研磨)上記作製したパッド1〜2
(実施例1〜2)およびパッド3(比較例1)を1.2
mm厚みの発砲ポリウレタンを間に挟んでφ380mm
の定盤上に貼り付けた。また、準備した発泡ポリウレタ
ンパッド(比較例2)を同様に貼り付け、こちらのみ、
実験前に100番手のダイヤモンド粒子によるドレス用
砥石で研磨して、表面にRa5μm前後の凹凸を与え
た。
(Polishing of Substrate) Pads 1-2 prepared above
(Examples 1 and 2) and Pad 3 (Comparative Example 1) are 1.2
φ380mm with a polyurethane foam of mm thickness sandwiched between
I stuck it on the surface plate of. Also, the prepared polyurethane foam pad (Comparative Example 2) was attached in the same manner.
Before the experiment, polishing was performed with a dressing grindstone made of 100-diameter diamond particles to give unevenness of Ra of about 5 μm on the surface.

【0026】研磨実験1 φ127mmSi基板上にTEOS−プラズマCVD法
で酸化珪素膜を2000nm形成したブランケットウェ
ハを作製した。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CM
Pパッド上に膜面を下にしてホルダーを載せ、さらに加
工荷重を30kPa(300gf/cm)に設定し
た。CMPパッド上に上記の研磨液を200cc/mi
n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、基板上の膜を研磨した。研磨後のウ
エハを純水で良く洗浄後、乾燥した。酸化珪素膜は光干
渉式膜厚測定装置を用いて、研磨前後の膜厚差を49点
測定し、均一性(3σ/平均値×100)を%で算出し
た。
Polishing Experiment 1 A blanket wafer was prepared by forming a 2000 nm thick silicon oxide film on a φ127 mm Si substrate by the TEOS-plasma CVD method. The above wafer is set in a holder to which a suction pad for substrate mounting is attached, and the above CM
The holder was placed on the P pad with the film surface down, and the processing load was set to 30 kPa (300 gf / cm 2 ). 200 cc / mi of the above polishing liquid on the CMP pad
While dropping at a speed of n, the platen and the wafer are rotated at 38 rpm.
It was rotated for 2 minutes to polish the film on the substrate. The polished wafer was thoroughly washed with pure water and then dried. For the silicon oxide film, a film thickness difference before and after polishing was measured at 49 points using an optical interference type film thickness measuring device, and uniformity (3σ / average value × 100) was calculated in%.

【0027】研磨実験2 φ127mmSi基板上に高さ1000nmのAl配線
を配線/スペースを100μm/100μmピッチで作製
し、この上にTEOS−プラズマCVD法で酸化珪素膜
を1000nm形成し、1000nmの凹凸をもったサ
ンプル(研磨対象)を作製した。研磨実験1と同様の条
件(研磨時間を除く。)にて、TEGウエハの凸部と凹
部間の段差1000nmを、研磨していき、凸部のアル
ミが露出する前の最終的な段差をDektak3030
(SLOAN社製)触針式段差計を用いて測定し、測定
値の最大値から最小値を引いたものを平坦性として算出
した。研磨実験1および2による実施例、比較例の研磨
特性評価結果を表2に示す。
Polishing Experiment 2 Al wiring having a height of 1000 nm was formed on a φ127 mm Si substrate at a wiring / space of 100 μm / 100 μm pitch, and a silicon oxide film was formed to a thickness of 1000 nm by TEOS-plasma CVD method to form an unevenness of 1000 nm. A sample (to be polished) was prepared. Under the same conditions as polishing experiment 1 (excluding polishing time), a step difference of 1000 nm between the convex portion and the concave portion of the TEG wafer is polished, and the final step difference before the aluminum of the convex portion is exposed is Dektak3030.
Measurement was performed using a stylus type step meter (manufactured by SLOAN), and the flatness was calculated by subtracting the minimum value from the maximum value of the measured values. Table 2 shows the evaluation results of the polishing characteristics of Examples and Comparative Examples according to Polishing Experiments 1 and 2.

【0028】[0028]

【表2】 [Table 2]

【0029】[0029]

【発明の効果】以上のように本発明のCMPパッドは、
半導体基板製作工程における絶縁膜の研磨、および金属
等の埋め込み膜の余分な成膜層の除去において、高い研
磨速度を維持し、精度よく平坦化を行い、なおかつウエ
ハ全体の均一性を発現することを可能とするものであ
る。
As described above, the CMP pad of the present invention is
Maintaining a high polishing rate and accurately planarizing the polishing of the insulating film and removal of the extra layer of the buried film such as metal in the semiconductor substrate manufacturing process, and at the same time, expressing the uniformity of the entire wafer. Is possible.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に形成された研磨膜を化学機械的に
研磨するためのパッドにおいて、支持体層及び層方向に
硬度が変化している薄膜層を備えてなるCMP用パッ
ド。
1. A pad for chemically mechanically polishing a polishing film formed on a substrate, which comprises a support layer and a thin film layer whose hardness changes in the layer direction.
【請求項2】上記薄膜層が光硬化性樹脂である請求項1
記載のCMP用パッド。
2. The thin film layer is a photocurable resin.
The described CMP pad.
【請求項3】上記薄膜層にさらに紫外線透過抑制剤を含
有させた請求項1又は2に記載のCMP用パッド。
3. The CMP pad according to claim 1, wherein the thin film layer further contains an ultraviolet ray transmission inhibitor.
【請求項4】上記薄膜層表面に微小突起を形成した請求
項1〜3のいずれかに記載のCMP用パッド。
4. The CMP pad according to claim 1, wherein minute projections are formed on the surface of the thin film layer.
【請求項5】微小突起が、光硬化性樹脂を型から転写す
ることにより形成される請求項4記載のCMPパッド。
5. The CMP pad according to claim 4, wherein the minute protrusions are formed by transferring a photocurable resin from a mold.
【請求項6】パッドの形状がウェブ状である請求項1〜
5記載のCMPパッド。
6. The pad according to claim 1, which has a web shape.
The CMP pad according to 5.
【請求項7】支持体層及び層方向に硬度が変化している
薄膜層を備えてなるCMP用パッドに所定の基板を押し
当て、研磨剤を研磨膜とCMPパッドとの間に供給しな
がら、半導体チップである基板の被研磨面と研磨パッド
を接触させながら相対運動させ、研磨表面にかかる負荷
の偏りを分散させながら基板表面を研磨することを特徴
とする、基板の研磨方法。
7. A predetermined substrate is pressed against a CMP pad comprising a support layer and a thin film layer whose hardness changes in the layer direction, and an abrasive is supplied between the polishing film and the CMP pad. A method of polishing a substrate, characterized in that the surface to be polished of a substrate, which is a semiconductor chip, and a polishing pad are brought into relative motion while being brought into contact with each other, and the surface of the substrate is polished while a load bias applied to the polishing surface is dispersed.
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