【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は研磨パッド、研磨装置、およびそれを用いた研磨方法に関するものであり、さらには、シリコンなど半導体基板上に形成される絶縁層の表面や金属配線の表面を機械的に平坦化する工程に利用できる研磨パッド、研磨装置、およびそれを用いた研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体メモリに代表される大規模集積回路（ＬＳＩ）は、年々集積化が進んでおり、それに伴い大規模集積回路の製造技術も高密度化が進んでいる。さらに、この高密度化に伴い、半導体デバイス製造箇所の積層数も増加している。その積層数の増加により、従来は問題とならなかった積層により生じる半導体ウェーハ主面の凹凸が問題となっている。このため、積層により生じる凹凸に起因する露光時の焦点深度不足を補う目的で、あるいはスルーホール部の平坦化による配線密度を向上させる目的で、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術を用いた半導体ウェーハの平坦化が検討されている（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
一般にＣＭＰ装置は、被研磨物である半導体ウェーハを保持する研磨ヘッド、被研磨物の研磨処理をおこなうための研磨パッド、前記研磨パッドを保持する研磨定盤から構成されている。そして、半導体ウェーハの研磨処理は研磨剤と薬液からなる研磨スラリーを用いて、半導体ウェーハと研磨パッドを相対運動させることにより、半導体ウェーハ表面の層の突出した部分を除去し、ウェーハ表面の層を滑らかにするものである。
【０００４】
現在ＣＭＰで使用されている代表的な研磨パッドとしては、研磨層である硬質発泡ポリウレタン、両面粘着テープ、クッション層であるポリウレタン含浸不織布、両面粘着テープをこの順に貼り合わせた二層構造の研磨パッドが挙げられる。
【０００５】
このような研磨パッドを使用して研磨を連続して行っていくと、研磨層の表層において、研磨層の気泡部分が研磨屑や研磨スラリーによって目詰まりしたり、研磨スラリー等によって研磨層が劣化したりすることで、研磨特性が徐々に悪化していく。そのため、研磨中あるいは研磨と研磨の間に、ダイヤモンドの砥粒を電着して固定したホイールであるドレッサーにより、研磨層表層の劣化部分を除去して新しい表層を露出させるためのドレッシングが一般的に行われている。
【０００６】
しかしながら、研磨層の材質である硬質発泡ポリウレタンは耐摩耗性が非常に高く、ドレッシングを短時間に効率的に行うにはドレッシング圧力を高くする必要があるため、ドレッシング時にドレッサーからダイヤモンド砥粒の脱落が生じやすく、その結果研磨後の半導体表面にスクラッチが生じるという問題があった。
【０００７】
また、研磨層自体にドレッシング性を持たせてドレッサーによるドレッシング自体を無くすことにより、研磨パッドの長寿命化、研磨工程のスループット向上を果たす目的で、ポリウレタン組成物よりなり、テーバー摩耗試験による摩耗量が１５０ｍｇ〜３５０ｍｇである研磨布が提案されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、当該発明範囲の研磨布では、研磨層自体のドレッシング性が不十分であるためドレッサーによるドレッシング自体を無くすことはできず、また、ドレッシングを行った際にも、従来の研磨層と同様にドレッサーからダイヤモンド砥粒の脱落が生じるため、研磨後の半導体表面にスクラッチが生じるという問題があった。
【０００８】
すなわち、従来の研磨パッドにおいては、研磨層のドレッシング時の、ドレッサーからのダイヤモンド砥粒の脱落防止に主眼を置いたものがなかった。
【０００９】
【非特許文献１】
日経マイクロデバイス１９９４年７月号、５０〜５７頁
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２７７１０１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、シリコン基板の上に形成された絶縁層または金属配線の表面を機械的に平坦化するための研磨パッドにおいて、研磨特性を維持しながら、研磨層のドレッシング時にドレッサーからのダイヤモンド砥粒脱落が起こらない研磨パッド、さらには該研磨パッドを使用した研磨装置およびそれを用いた研磨方法を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決に本発明は以下の構成からなる。
【００１３】
（１）研磨層のテーバー摩耗試験による摩耗量が４００〜１０００ｍｇであることを特徴とする研磨パッド。
【００１４】
（２）研磨ヘッド、研磨ヘッドに対向する前記（１）に記載の研磨パッド、該研磨パッドを固定する研磨定盤、ならびに、研磨ヘッドおよび／または研磨定盤を回転させるための駆動装置を具備することを特徴とする研磨装置。
【００１５】
（３）被研磨物を研磨ヘッドに固定し、研磨定盤に固定した前記（１）に記載の研磨パッドを、該被研磨物と接触せしめた状態で、研磨ヘッドおよび／または研磨定盤を回転せしめて研磨を行うことを特徴とする研磨方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の研磨パッドは、研磨層のドレッシング時にドレッサーからのダイヤモンド砥粒脱落が起こらない研磨パッドを提供するために、研磨層のテーバー摩耗試験による摩耗量が４００〜１０００ｍｇであることが必須である。研磨層のテーバー摩耗試験による摩耗量が４００ｍｇ未満である場合は、研磨層のドレッシング時にドレッサーからのダイヤモンド砥粒の脱落が生じやすく、研磨後の半導体表面にスクラッチが生じやすい傾向があり、研磨層のテーバー摩耗試験による摩耗量が１０００ｍｇを越える場合は、ドレッシング時や研磨時の研磨層の機械的強度が低下し、研磨特性が悪化する傾向がある。研磨層のテーバー摩耗試験による摩耗量が５００ｍｇ〜９００ｍｇであることがより好ましい。なお、本発明におけるテーバー摩耗試験による摩耗量とは、ＪＩＳ Ｋ７３１２記載の方法に準じ、摩耗輪はＨ−１８、測定加重は５００ｇ、回転回数は連続４０００回で測定した値をいう。
【００１７】
本発明における研磨層の材質は特に限定されるものではない。具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリウレア、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリイミド、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ＡＢＳ樹脂、ベークライト、エポキシ樹脂／紙，エポキシ樹脂／繊維等の各種積層板、ＦＲＰ、天然ゴム、ネオプレンゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の各種ゴム等を使用することができる。
【００１８】
本発明の研磨層は、研磨レートを高く、ダスト，スクラッチを少なくできる点で発泡構造を有することが好ましい。研磨層への発泡構造の形成方法としては公知の方法が使用できる。例えば、単量体もしくは重合体中に各種発泡剤を配合し、後に加熱等により発泡させる方法、単量体もしくは重合体中に中空のマイクロビーズを分散して硬化させ、マイクロビーズ部分を独立気泡とする方法、溶融した重合体を機械的に撹拌して発泡させた後、冷却硬化させる方法、重合体を溶媒に溶解させた溶液をシート状に成膜した後、重合体に対する貧溶媒中に浸漬し溶媒のみを抽出する方法、単量体を発泡構造を有するシート状高分子中に含浸させた後、重合硬化させる方法等を挙げることができる。なお、本発明における研磨層の発泡構造は連続気泡、独立気泡のいずれであっても良いが、連続気泡の場合は研磨加工時に研磨剤が研磨層内部に浸透し、硬度，弾性率等の研磨層物性が経時的に変化することで研磨特性が悪化するおそれがあるため、独立気泡の方が好ましい。これらの中でも研磨層の発泡構造の形成や気泡径のコントロールが比較的簡便であり、また研磨層の作製も簡便な点で、単量体を発泡構造を有するシート状高分子中に含浸させた後、重合硬化させる方法が好ましい。
【００１９】
発泡構造を有するシート状高分子の材質は、単量体が含浸できるものであれば特に限定されるものではない。具体的にはポリウレタン、ポリウレア、軟質塩化ビニル、天然ゴム、ネオプレンゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の各種ゴム等を主成分とした樹脂シートや布、不織布、紙等が挙げられる。また、これらのシート状高分子には、製造される研磨パッドの特性改良を目的として、研磨剤、潤滑剤、帯電防止剤、酸化防止剤、安定剤等の各種添加剤が添加されていても良い。これらの中でも、気泡径が比較的容易にコントールできる点でポリウレタンを主成分とする素材が好ましい。ポリウレタンとは、ポリイソシアネートの重付加反応または重合反応に基づき合成される高分子である。ポリイソシアネートの対称として用いられる化合物は、含活性水素化合物、すなわち、二つ以上のポリヒドロキシ基、あるいはアミノ基含有化合物である。ポリイソシアネートとして、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなど挙げることができるがこれに限定されるものではない。ポリヒドロキシ基含有化合物としてはポリオールが代表的であり、ポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、エポキシ樹脂変性ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール、シリコーンポリオール等が挙げられる。硬度，気泡径および発泡倍率によって、ポリイソシアネートとポリオール、および触媒、
発泡剤、整泡剤の組み合わせや最適量を決めることが好ましい。
【００２０】
発泡構造を有するシート状高分子の平均気泡径は、使用する単量体およびシート状高分子の種類や、製造される研磨層の特性により定められるべきものであり、一概にはいえないが、例えばポリウレタンを使用する場合は５００μｍ以下であることが、製造される研磨層のグローバル平坦性や半導体基板の局所的凹凸の平坦性であるローカル平坦性といった平坦化特性が良好である点で好ましい。平均気泡径が３００μｍ以下、さらには１００μｍ以下であることがさらに好ましい。なお、平均気泡径とは研磨層断面を倍率２００倍でＳＥＭ観察し、次に記録されたＳＥＭ写真の気泡径を画像処理装置で測定し、その平均値を取ることにより測定した値をいう。
【００２１】
発泡構造を有するシート状高分子の密度は、使用する単量体およびシート状高分子の種類や、製造される研磨層の特性により定められるべきものであり、一概にはいえないが、例えばポリウレタンを使用する場合は０．５〜１．０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。０．５ｇ／ｃｍ３より低いと製造される研磨層の曲げ弾性率の低下によりグローバル平坦性が不良になる傾向があり、１．０ｇ／ｃｍ３より高いと製造される研磨層の曲げ弾性率の増大によりユニフォーミティが悪化したり、研磨後の半導体基板表面にスクラッチ，ダストが発生しやすい傾向があるため、あまり好ましくない。０．６〜０．９ｇ／ｃｍ３であることがさらに好ましい。なお、密度は日本工業規格（ＪＩＳ）Ｋ ７２２２記載の方法により測定した値をいう。
【００２２】
単量体は付加重合、重縮合、重付加、付加縮合、開環重合等の重合反応をするものであれば種類は特に限定されるものではない。具体的にはビニル化合物、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、ジカルボン酸等が挙げられる。これらの中でも、シート状高分子への含浸，重合が容易な点でビニル化合物が好ましい。具体的にはメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、メチル（α−エチル）アクリレート、エチル（α−エチル）アクリレート、プロピル（α−エチル）アクリレート、ブチル（α−エチル）アクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ｎ−ラウリルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシブチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジプロピル、マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジプロピル、Ｎ−イソプロピルマレイミド、Ｎ−シクロヘキシルマレイミド、Ｎ−フェニルマレイミド、Ｎ，Ｎ’−（４，４’−ジフェニルメタン）ビスマレイミド、ビス（３−エチル−５−メチル−４−マレイミドフェニル）メタン、アクリロニトリル、アクリルアミド、塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、アリルメタクリレート等が挙げられる。これらの中でも、アクリル酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、メチル（α−エチル）アクリレート、エチル（α−エチル）アクリレート、プロピル（α−エチル）アクリレート、ブチル（α−エチル）アクリレートがシート状高分子への含浸，重合が容易な点で好ましい。なお、これらの単量体は１種であっても２種以上を混合しても良い。また、これらの単量体には、製造される研磨層の特性改良を目的として、研磨剤、潤滑剤、帯電防止剤、酸化防止剤、安定剤等の各種添加剤が添加されていても良い。
【００２３】
本発明においては、研磨層がポリウレタン、およびビニル化合物から重合される重合体を含有することが、本発明の目的とするところである研磨特性を維持しながら、研磨層のドレッシング時にドレッサーからのダイヤモンド砥粒脱落が起こらない研磨パッドを得る上で好ましい。すなわち、従来の研磨層に使用されているポリウレタンは耐摩耗性が高いため、研磨層のドレッシング時にドレッサーからのダイヤモンド砥粒の脱落が発生しやすい。これを防止するためにはポリウレタンの耐摩耗性を低くすることが必要であるが、そうすると同時に研磨層の硬度が低下し、研磨特性が悪化する。そこで研磨層を、ポリウレタンにビニル化合物から重合される重合体を含浸させた後、重合硬化させたものとすることにより、テーバー摩耗試験による摩耗量が適度な範囲となり、研磨層のドレッサーによるドレッシング時にダイヤモンド砥粒の脱落が発生せず、かつビニル化合物から重合される重合体の特性により研磨層硬度が確保されるため、研磨特性も維持された研磨層、さらには研磨パッドを得ることができる。
【００２４】
本発明の研磨層に使用される単量体の重合開始剤，硬化剤としては特に限定されるものではなく、単量体の種類に応じて適宜使用することができる。例えば単量体にビニル化合物を使用した場合は、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、イソプロピルパーオキシジカーボネート等のラジカル開始剤を使用することができる。また、酸化還元系の重合開始剤、例えばパーオキサイドとアミン類の組み合わせを使用することもできる。また、これらの重合開始剤，硬化剤は、１種であっても２種以上を混合しても使用できる。
【００２５】
また、本発明においては、単量体が入った容器中で、発泡構造を有するシート状高分子に単量体を接触させ、内部に該単量体を含有させて重合・硬化させる方法が採用できる。なお、その際、含浸速度を速める目的で、加熱、加圧、減圧、攪拌、振盪、超音波振動等の処理を施すことも好ましい。
【００２６】
発泡構造を有するシート状高分子中への単量体の含浸量は、使用する単量体およびシート状高分子の種類や、製造される研磨層の特性により定められるべきものであり、一概にはいえないが、例えば単量体としてメチルメタクリレート、シート状高分子としてポリウレタンを使用した場合においては、重合硬化物中の単量体から重合される重合体とポリウレタンの含有比率が重量比で４０／６０〜７０／３０であることが好ましい。単量体混合物から得られる重合体の含有比率が重量比で４０に満たない場合は、硬度，曲げ弾性率の低下により平坦化特性が不良になる傾向があるため好ましくない。また、含有比率が７０を越える場合は、硬度，曲げ弾性率の増大によりユニフォーミティが悪化したり、ダスト、スクラッチが増加する傾向にあるため好ましくない。単量体から重合される重合体とポリウレタンの含有比率が重量比で４０／６０〜６５／３５であることがさらに好ましい。なお、重合硬化物中の単量体から得られる重合体およびポリウレタンの含有率は熱分解ガスクロマトグラフィ／質量分析手法により測定することができる。本手法で使用できる装置としては、熱分解装置としてダブルショットパイロライザー“ＰＹ−２０１０Ｄ”（フロンティア・ラボ社製）を、ガスクロマトグラフ・質量分析装置として、“ＴＲＩＯ−１”（ＶＧ社製）を挙げることができる。
【００２７】
重合硬化方法としては、単量体を含浸した発泡構造を有するシート状高分子をガスバリア性材料からなるモールド内に挿入し、加熱する方法が挙げられるが、この方法に限定されるものではない。
【００２８】
ガスバリア性の材料としては、無機ガラス、アルミニウム，銅，鉄，ＳＵＳ等の金属、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ），エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ），ポリアミド等のガスバリア性を有する樹脂，フィルム、多層押出成型やラミネート，コーティング等の方法により作製された、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ），エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ），ポリアミド等のガスバリア性を有する樹脂とポリオレフィン系樹脂の積層樹脂，フィルム等が挙げられる。この中でも耐熱性があり、製造される研磨パッドの表面性が良好な点で、無機ガラス，金属が好ましい。
【００２９】
単量体を含浸した発泡構造を有するシート状高分子をガスバリア性材料からなるモールド内へ挿入する方法は、特に限定されるものではない。具体的には、シート状高分子の周囲に軟質塩化ビニル，ネオプレンゴム，ブタジエンゴム，スチレンブタジエンゴム，エチレンプロピレンゴム等のガスバリア性を有する弾性体からなるガスケットを配し、そのガスケットを介して２枚のガスバリア性材料からなる板でシート状高分子を挟み込む方法、ガスバリア性材料からなる筐体中にシート状高分子を挿入し密閉する方法、ガスバリア性フィルムからなる袋中にシート状高分子を挿入し密閉する方法等が挙げられる。また、袋のように重合硬化中に破れる可能性がある場合においては、それをさらにガスバリア性を有する筐体中に入れることも好ましい。なお、ガスバリア性材料からなるモールド内に挿入せずに重合硬化した場合には、シート状高分子から単量体が揮発することにより、製造される研磨層の品質再現性が不十分になる傾向があり、この結果、研磨特性が不安定になる傾向があるため好ましくない。なお、ここでのガスバリア性材料とは、単量体を含浸した発泡構造を有するシート状高分子を挿入し密閉した際にシート状高分子から単量体が揮発しない材料をいう。
【００３０】
また、発泡構造を有するシート状高分子への単量体の含浸工程、単量体を含浸した発泡構造を有するシート状高分子の、ガスバリア性材料からなるモールド内への挿入工程の順序は特に限定されるものではない。具体的には、（１）単量体が入った槽中にシート状高分子を浸漬して単量体を含浸させた後、槽から取り出し、ガスバリア性材料からなるモールドへ挿入する方法。（２）シート状高分子をガスバリア性材料からなるモールドへ挿入した後、モールド内に単量体を注入，密閉し、単量体を含浸させる方法。を挙げることができる。中でも、（２）は単量体臭気の飛散がなく作業環境が良好な点で好ましい。
【００３１】
重合硬化のための加熱方法も特に限定されるものではない。具体的には熱風オーブン等の空気浴での加熱、水浴，油浴での加熱、ジャケット，ホットプレスによる加熱等が挙げられる。中でも熱媒体の熱容量が大きく、重合硬化時の重合発熱の速やかな放散が可能な点で、水浴，油浴，ジャケットでの加熱が好ましい。
【００３２】
加熱温度，時間は、単量体，重合開始剤の種類，量、樹脂板の厚み等により定められるべきものであるが、例えば単量体にメチルメタクリレート、重合開始剤にアゾビスイソブチロニトリル，シート状高分子にポリウレタンを使用した場合においては、７０℃，１０時間程度加熱後、１２０℃，３時間程度加熱することにより重合硬化することができる。
【００３３】
なお、加熱以外の重合硬化方法としては光，電子線，放射線照射による重合硬化を挙げることができる。なお、その際、単量体中には必要に応じて重合開始剤，増感剤等を配合することが好ましい。
【００３４】
重合硬化物は、例えば単量体にビニル化合物，シート状高分子にポリウレタンを使用した場合、ビニル化合物から得られる重合体とポリウレタンを一体化して含有することが、研磨層にした際、その全面において研磨特性が安定するため好ましい。ここで、ビニル化合物から得られる重合体とポリウレタンを一体化して含有するとは、ビニル化合物から得られる重合体の相とポリウレタンの相が分離された状態ではないという意味であるが、定量的に表現すると、研磨層の中で研磨機能を本質的に有する層の色々な箇所をスポットの大きさが５０μｍの顕微赤外分光装置で観察した赤外スペクトルが、ビニル化合物から得られる重合体の赤外吸収ピークとポリウレタンの赤外吸収ピークを有しており、色々な箇所の赤外スペクトルがほぼ同一であることである。ここで使用される顕微赤外分光装置としては、“ＩＲμｓ”（ＳＰＥＣＴＲＡ−ＴＥＣＨ社製）を挙げることができる。
【００３５】
重合硬化物を必要な厚みまで表，裏面を研削加工するか、必要な厚みにスライス加工することで研磨層を完成することができる。なお、研削加工にはＮＣルーター，ダイヤモンドディスク，ベルトサンダー等の装置等、スライス加工としてはバンドナイフ，かんな板等の装置等、特に限定されるものではなく公知の装置を使用することができる。
【００３６】
研磨層の厚みは０．１〜１０ｍｍであることが好ましい。０．１ｍｍより薄いと該研磨パッド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、１０ｍｍより厚い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ユニフォーミティが悪化する傾向がある。０．２〜５ｍｍ、さらには０．５〜２ｍｍであることがより好ましい。
【００３７】
研磨層の平均気泡径は、独立気泡の場合５００μｍ以下であることが、グローバル平坦性やローカル平坦性が良好である点で好ましい。平均気泡径が３００μｍ以下、さらには１００μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３８】
研磨層の密度は０．５〜１．０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。０．５ｇ／ｃｍ３より低いと曲げ弾性率の低下によりグローバル平坦性が不良になる傾向があり、１．０ｇ／ｃｍ３より高いと曲げ弾性率の増大によりユニフォーミティが悪化したり、研磨後の半導体基板表面にスクラッチ，ダストが発生しやすい傾向があるため、あまり好ましくない。０．６〜０．９ｇ／ｃｍ３であることがさらに好ましい。
【００３９】
本発明における研磨層の表面には、研磨スラリーの保持性，流動性の向上、研磨層表面からの研磨屑除去効率の向上等を目的として、溝，孔等の加工を施すことが好ましい。研磨層表面への溝，孔の形成方法は特に限定されるものではない。具体的には、研磨層表面をルーター等の装置を使用して切削加工することにより溝を形成する方法、研磨層表面に加熱された金型，熱線等を接触させ、接触部を溶解させることにより溝を形成する方法、溝の形成された金型等を使用し、初めから溝を形成した研磨層を成形する方法、ドリル，トムソン刃等で孔を形成する方法等が挙げられる。また、溝，孔の形状，径も特に限定されるものではない。具体的には、碁盤目状、ディンプル状、スパイラル状、同心円状等が挙げられる。
【００４０】
本発明における研磨パッドは、単層でも複数の層から構成されていても好ましく使用することができる。ただし、本発明における研磨パッドをＣＭＰによる半導体ウェハの平坦化に使用する場合は、ウェハのうねりへの追随性に優れる点から、研磨パッドは硬度の異なる少なくとも二つの層から構成されてなることが好ましい。さらに研磨パッドを構成する層の硬度は、最表面の硬度が、隣接する層の硬度よりも高いことが好ましい。この場合、最表面の硬度の高い層が研磨層、それに隣接する硬度の低い層がクッション層として機能する。すなわち、単層の場合は研磨層、両面粘着テープをこの順に貼り合わせたもの、二層の場合は研磨層、両面粘着テープ、クッション層、両面粘着テープをこの順に貼り合わせたものとなる。
【００４１】
最表面の層すなわち研磨層の硬度は、マイクロゴムＡ硬度で８０度以上であることが好ましい。マイクロゴムＡ硬度が８０度未満である場合は、平坦化特性が悪化する傾向があるため好ましくない。９０度以上であることがさらに好ましい。最表面の層に隣接する層すなわちクッション層の硬度は、研磨層の硬度より低いことが好ましく、良好なクッション性を得るためには１０度以上低いことがより好ましい。なお、本発明におけるマイクロゴムＡ硬度とは、高分子計器（株）製マイクロゴム硬度計ＭＤ−１で測定した値をいう。マイクロゴム硬度計ＭＤ−１は、従来の硬度計では測定が困難であった薄物，小物の試料の硬度測定を可能にしたものであり、スプリング式ゴム硬度計（デュロメータ）Ａ型の約１／５の縮小モデルとして設計，製作されているため、その測定値は、スプリング式ゴム硬度計Ａ型での測定値と同一のものとして考えることができる。なお、通常の研磨パッドは、研磨層または硬質層の厚みが５ｍｍ以下と薄すぎるため、スプリング式ゴム硬度計は評価できないが、該マイクロゴム硬度計ＭＤ−１では評価できる。
【００４２】
本発明におけるクッション層の材質は特に限定されるものではない。具体的には現在一般的に使用されているポリウレタン含浸不織布、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリウレア、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等の各種プラスチックの発泡体、ネオプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム等の各種ゴムおよびその発泡体等を使用することができる。また、クッション層が発泡体である場合、その気泡は連続気泡、独立気泡のどちらでも良い。気泡の形成方法としては特に限定されるものではない。具体的には、クッション層材質中に発泡剤を混合したのち加熱発泡させる方法、クッション層材質中に熱膨張性の微粒子を混合したのち加熱し微粒子を発泡させる方法、クッション層材質中に中空微粒子を混合したのち硬化する方法、クッション層材質中に気泡を機械的に混合した後硬化する方法、クッション層材質を良溶媒中に溶解した溶液を貧溶媒中に浸漬し、湿式凝固する方法等が挙げられる。
【００４３】
クッション層の好ましい厚みは、０．１〜１０ｍｍである。０．１ｍｍより小さい場合は、ユニフォーミティが悪化する傾向がある。また１０ｍｍより大きい場合は、グローバル平坦性，ローカル平坦性が損なわれる傾向がある。０．２〜５ｍｍ、さらには０．５〜２ｍｍであることが好ましい。
【００４４】
また、本発明においては、研磨特性の低下等の理由で研磨パッドを交換する必要が生じた場合に、研磨定盤にクッション層を固着した状態で、特性の低下した研磨層のみをクッション層から取り外した後、新しい研磨層を貼り付けることにより交換することも可能である。特にクッション層にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリウレア、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等の各種プラスチックの発泡体、ネオプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム等の各種ゴムおよびその発泡体等を使用した場合、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。
【００４５】
本発明における両面粘着テープは特に限定されるものではない。両面粘着テープの基材として、具体的には紙、不織布、布、ガラスクロス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド等の樹脂フィルム、ポリエチレン、ポリウレタン、アクリル等の発泡体、アルミ、銅等の金属箔を挙げることができる。また、両面粘着テープの粘着剤として、具体的にはゴム系、アクリル系、シリコーン系の各種粘着剤を挙げることができる。また、基材を使用せず、粘着剤のみを均一なフィルム状にしたものについても、両面粘着テープに含まれる。また、両面粘着テープの粘着面の粘着力は、表裏面で同じであっても、異なっていても良い。
【００４６】
本発明の研磨パッドの研磨対象は特に限定されるものではないが、半導体基板の研磨に好ましく使用することができる。さらに具体的には、半導体ウェーハ上に形成された絶縁層または金属配線の表面が研磨対象として好ましい。具体的には、絶縁層としては金属配線の層間絶縁膜や下層絶縁膜、素子分離に使用されるシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）等を、また金属配線としてはアルミ、タングステン、銅等を挙げることができ、構造的にはダマシン、デュアルダマシン、プラグ等がある。絶縁膜は現在酸化シリコンが主流であるが、遅延時間の問題で低誘電率絶縁膜の使用が検討されつつあり、本発明の研磨パッドにおいてはそのいずれとも研磨対象となり得る。また金属配線に銅を使用した場合には、窒化珪素等のバリアメタルも研磨対象となる。また、半導体基板以外に、磁気ヘッド、ハードディスク、液晶ディスプレイ用カラーフィルター、プラズマディスプレイ用背面板等の光学部材、セラミックス、サファイア等の研磨にも好ましく使用することができる。
【００４７】
次に、本発明の研磨パッドを使用した研磨装置および研磨方法について説明する。
【００４８】
研磨装置としては特に限定されるものではないが、半導体基板の研磨に使用する場合は、研磨ヘッド、本発明の研磨パッドを固定するための研磨定盤、ならびに研磨ヘッド、研磨定盤もしくはその双方を回転させる手段を具備していることが好ましい。
【００４９】
研磨方法としては、まず、本発明の研磨パッドを研磨装置の研磨定盤に研磨パッドが研磨ヘッドに対向するように固着させる。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様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。押し付け圧力は０．０１〜０．２ＭＰａであることが良好な研磨特性を得られるため好ましい。
【００５０】
本発明の研磨パッドを使用した半導体基板の研磨方法では、半導体基板の研磨を行う前に、ドレッサーを用いて研磨パッド表面を粗化することが、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”ＣＭＰ−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３００μｍの範囲で選ぶことができる。ドレッサーの押し付け圧力は０．００５ＭＰａ〜０．２ＭＰａの範囲で任意に選ばれる。また、１回または複数回の研磨を終了後、次の研磨の前にドレッサーを用いて研磨パッドをコンディショニングするバッチドレッシング、研磨と同時にドレッシングを行うインシチュドレッシングにいずれについても、研磨速度を安定させるために好ましく実施することができる。
【００５１】
本発明により、研磨特性を維持しながら、研磨層のドレッシング時にドレッサーからのダイヤモンド砥粒脱落が起こらない研磨パッド、さらには該研磨パッドを使用した研磨装置およびそれを用いた研磨方法を提供することができる。
【００５２】
【実施例】
以下、実施例によって、さらに本発明の詳細を説明する。なお、研磨パッドの各種評価は以下のようにして行った。
【００５３】
研磨層およびクッション層のマイクロゴムＡ硬度は、マイクロゴムＡ硬度計“ＭＤ−１”（高分子計器（株）製）により測定した。
【００５４】
研磨層の密度は、ＪＩＳ Ｋ ７２２２記載の方法により測定した。
【００５５】
研磨層の平均気泡径は、走査型電子顕微鏡“ＳＥＭ２４００”（日立製作所（株）製 ）を使用し、パッド断面を倍率２００倍で観察した写真を画像処理装置で解析することにより、写真中に存在するすべての気泡径を計測し、その平均値を平均気泡径とした。
【００５６】
研磨層のテーバー摩耗試験による摩耗量は、テーバー摩耗試験機”Ｎｏ．１０１”（（株）安田精機製作所製）を使用して、ＪＩＳ Ｋ７３１２記載の方法に準じ、摩耗輪はＨ−１８、測定加重は５００ｇ、回転回数は連続４０００回で測定した。
【００５７】
研磨評価は次のようにして行った。
【００５８】
１．テストウェーハ
（１）グローバル平坦性評価用テストウェーハ
酸化膜付き４インチシリコンウェーハ（酸化膜厚：２μｍ）に１０ｍｍ角のダイを設置する。フォトレジストを使用してマスク露光を行い、ＲＩＥによって１０ｍｍ角のダイの中に２０μｍ幅、高さ０．７μｍのラインを２３０μｍのスペースで左半分にラインアンドスペースで配置し、２３０μｍ幅、高さ０．７μｍのラインを２０μｍのスペースで右半分にラインアンドスペースで配置する。このようにして作製したグローバル平坦性評価用テストウェーハを使用した。
【００５９】
（２）スクラッチ，ユニフォーミティ評価用テストウェーハ
酸化膜付き４インチシリコンウェーハ（酸化膜厚：１μｍ）を使用した。
【００６０】
２．研磨方法
試験すべき研磨層の下に両面接着テープ“４４２ＪＳ”（住友スリーエム（株）製）を貼り付け、それをクッション層である不織布湿式ポリウレタンに貼り合わせ、さらにその下に両面接着テープ“４４２ＪＳ”（住友スリーエム（株）製）を貼り付け、二層の研磨パッドを作製した。次に研磨パッドを研磨機“ＬＭ−１５Ｅ”（ラップマスターＳＦＴ（株）製）の定盤上に貼り付けた。その後ダイヤモンドドレッサー“ＣＭＰ−Ｍ”（旭ダイヤモンド工業（株）製）（直径１４２ｍｍ）を用い、押し付け圧力０．０４ＭＰａ、研磨定盤回転数２５ｒｐｍ、ドレッサー回転数２５ｒｐｍで研磨定盤と同方向に回転させ、純水を１０ｍｌ／分で研磨パッド上に供給しながら５分間、研磨パッドのコンディショニングを行った。純水を１００ｍｌ／分で研磨パッド上に供給しながら研磨パッド上を２分間洗浄した後に、グローバル平坦性評価用テストウェーハを研磨ヘッドに取り付け、取扱説明書に記載された使用濃度の研磨スラリー“ＳＣ−１”（キャボット社製）を３５ｍｌ／分で研磨パッド上に供給しながら、研磨圧力０．０４ＭＰａ、研磨定盤回転数４５ｒｐｍ、研磨ヘッド回転数４５ｒｐｍで研磨定盤と同方向に回転させ、所定時間研磨を行った。ウェーハ表面を乾燥させないようにし、直ちに純水をかけながらポリビニルアルコールスポンジでウェーハ表面を洗浄し、乾燥圧縮空気を吹き付けて乾燥した。グローバル平坦性評価用テストウェーハのセンタ１０ｍｍダイ中の２０μｍラインと２３０μｍラインの酸化膜厚みを“ラムダエース”ＶＭ−２０００（大日本スクリーン製造（株）製）を使用して測定し、それぞれの厚みの差をグローバル平坦性として評価した。
【００６１】
また上記と同じコンディショニングを行い、表面の酸化膜の厚みを、あらかじめ“ラムダエース”ＶＭ−２０００（大日本スクリーン製造（株）製）を使用して決められた１９８点につき測定した、ユニフォーミティ評価用テストウェーハを研磨ヘッドに取り付け、取扱説明書に記載された使用濃度の研磨スラリー“ＳＣ−１”（キャボット社製）を３５ｍｌ／分で研磨パッド上に供給しながら、研磨圧力０．０４ＭＰａ、研磨定盤回転数４５ｒｐｍ、研磨ヘッド回転数４５ｒｐｍで研磨定盤と同方向に回転させ、所定時間研磨を行った。ウェーハ表面を乾燥させないようにし、直ちに純水をかけながらポリビニルアルコールスポンジでウェーハ表面を洗浄し、自然状態に放置して乾燥を行った後、マイクロスコープ”ＶＨ−６３００”（（株）キーエンス製）でスクラッチを検査した。線幅１０μｍ以上のスクラッチを、研磨層のドレッサーによるドレッシング時に脱落したダイヤモンド砥粒に起因するものとしてカウントした。次に研磨後の酸化膜の厚みを“ラムダエース”ＶＭ−２０００（大日本スクリーン製造（株）製）を使用して決められた１９８点につき測定して、下記（２）式により各々の点での研磨速度を算出し、下記（３）式によりユニフォーミティを算出した。
【００６２】
研磨速度＝（研磨前の酸化膜の厚み−研磨後の酸化膜の厚み）／研磨時間……（２）。
【００６３】
ユニフォーミティ（％）＝（最大研磨速度−最小研磨速度）／（最大研磨速度＋最小研磨速度）×１００……（３）。
【００６４】
実施例１
液温を４０℃に保った、ポリエーテルポリオール：”サンニックス ＦＡ−９０９”（三洋化成工業（株）製）１００重量部，鎖伸長剤：モノエチレングリコール８重量部，アミン触媒：”Ｄａｂｃｏ ３３ＬＶ”（エアープロダクツジャパン（株）製）１．９５重量部，アミン触媒：”Ｔｏｙｏｃａｔ ＥＴ”（東ソー（株）製）０．１４重量部，シリコーン整泡剤：”ＴＥＧＯＳＴＡＢ Ｂ８４６２”（Ｔｈ．Ｇｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ ＡＧ社製）１重量部，発泡剤：水０．５５重量部を混合してなるＡ液と、液温を４０℃に保ったイソシアネート：”サンフォーム ＮＣ−７０３”９６．２重量部からなるＢ液を、ＲＩＭ成型機により、吐出圧１６ＭＰａで衝突混合した後、４０℃に保った金型内に吐出量８００ｇ／ｓｅｃで吐出し、１０分間放置することで、厚み１０．０ｍｍの発泡ポリウレタンブロック（マイクロゴムＡ硬度：４７度，密度：０．７３ｇ／ｃｍ３、平均気泡径：３５μｍ）を作製した。その後、該発泡ポリウレタンブロックをスライサーで厚み２ｍｍにスライスした。
【００６５】
次に該発泡ポリウレタンシートを、アゾビスイソブチロニトリル０．１重量部を添加したメチルメタクリレートに４５分間浸漬した。次にメチルメタクリレートが含浸した該発泡ポリウレタンシートを、塩化ビニル製ガスケットを介して２枚のガラス板間に挟み込んで、７０℃で１０時間、１２０℃で３時間加熱することにより重合硬化させた。ガラス板間から離型した後、５０℃で真空乾燥を行った。このようにして得られた硬質発泡シートの両面を厚み１．２５ｍｍまで研削加工することにより研磨層を作製した。得られた研磨層のマイクロゴムＡ硬度は９２度、密度は０．７６ｇ／ｃｍ３、平均気泡径は４２μｍ、研磨層中のポリメチルメタクリレートの含有率は５５重量％であった。また、研磨層のテーバー摩耗試験による摩耗量は５９２ｍｇであった。
【００６６】
該研磨層を直径３８０ｍｍの円に切り取り、その表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施した。次に該研磨層に両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を貼り付け、それをクッション層である不織布湿式ポリウレタン（厚み１ｍｍ、マイクロゴムＡ硬度５３度）の上に貼り合わせ、さらにクッション層の下に両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を貼り付け、二層の研磨パッドを作製し、該二層研磨パッドを研磨機の定盤上に貼り付け、研磨評価を行った。
【００６７】
研磨後のウェーハ表面にはスクラッチが観察されなかった。また、グローバル平坦性評価用テストウェーハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差が０．２μｍになった研磨時間は４分であった。ユニフォーミティは９．０％であった。
【００６８】
実施例２
実施例１で作成した発泡ポリウレタンシートを、アゾビスイソブチロニトリル０．１重量部を添加したメチルメタクリレートに３０分間浸漬した。次にメチルメタクリレートが含浸した該発泡ポリウレタンシートを、塩化ビニル製ガスケットを介して２枚のガラス板間に挟み込んで、７０℃で１０時間、１２０℃で３時間加熱することにより重合硬化させた。ガラス板間から離型した後、５０℃で真空乾燥を行った。このようにして得られた硬質発泡シートの両面を厚み１．２５ｍｍまで研削加工することにより研磨層を作製した。得られた研磨層のマイクロゴムＡ硬度は８８度、密度は０．７５ｇ／ｃｍ３、平均気泡径は３９μｍ、研磨層中のポリメチルメタクリレートの含有率は５０重量％であった。また、研磨層のテーバー摩耗試験による摩耗量は８３６ｍｇであった。
【００６９】
該研磨層を直径３８０ｍｍの円に切り取り、その表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施した。次に該研磨層に両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を貼り付け、それをクッション層である不織布湿式ポリウレタン（厚み１ｍｍ、マイクロゴムＡ硬度５３度）の上に貼り合わせ、さらにクッション層の下に両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を貼り付け、二層の研磨パッドを作製し、該二層研磨パッドを研磨機の定盤上に貼り付け、研磨評価を行った。
【００７０】
研磨後のウェーハ表面にはスクラッチが観察されなかった。また、グローバル平坦性評価用テストウェーハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差が０．２μｍになった研磨時間は４分であった。ユニフォーミティは８．７％であった。
【００７１】
比較例１
ポリエーテル系ウレタンポリマ“アジプレン”Ｌ−３２５（ユニローヤル社製）７８重量部と、４，４’−メチレン−ビス（２−クロロアニリン）２０重量部と、中空高分子微小球体“エクスパンセル”５５１ＤＥ（ケマノーベル社製）１．８重量部をＲＩＭ成型機で混合して金型に吐出して高分子成形体を作製した。この高分子成形体をスライサーで厚み１．２５ｍｍにスライスして、硬質発泡ポリウレタンのシートを作製し研磨層とした。得られた研磨層のマイクロゴムＡ硬度は９８度，密度は０．８１，平均気泡径は３３μｍであった。また、研磨層のテーバー摩耗試験による摩耗量は２５２ｍｇであった。該研磨層を直径３８０ｍｍの円に切り取り、その表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施した。次に該研磨層に両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を貼り付け、それをクッション層である不織布湿式ポリウレタン（厚み１ｍｍ、マイクロゴムＡ硬度５３度）の上に貼り合わせ、さらにクッション層の下に両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を貼り付け、二層の研磨パッドを作製し、該二層研磨パッドを研磨機の定盤上に貼り付け、研磨評価を行った。
【００７２】
研磨後のウェーハ表面には５本のスクラッチが観察された。グローバル段差評価用テストウェーハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差が０．２μｍになった研磨時間は４分であった。ユニフォーミティは９．９％であった。
【００７３】
比較例２
実施例１で作成した発泡ポリウレタンシートを、アゾビスイソブチロニトリル０．１重量部を添加したメチルメタクリレートに１５分間浸漬した。次にメチルメタクリレートが含浸した該発泡ポリウレタンシートを、塩化ビニル製ガスケットを介して２枚のガラス板間に挟み込んで、７０℃で１０時間、１２０℃で３時間加熱することにより重合硬化させた。ガラス板間から離型した後、５０℃で真空乾燥を行った。このようにして得られた硬質発泡シートの両面を厚み１．２５ｍｍまで研削加工することにより研磨層を作製した。得られた研磨層のマイクロゴムＡ硬度は８０度、密度は０．７５ｇ／ｃｍ３、平均気泡径は３６μｍ、研磨層中のポリメチルメタクリレートの含有率は３８重量％であった。また、研磨層のテーバー摩耗試験による摩耗量は１１０４ｍｇであった。
【００７４】
該研磨層を直径３８０ｍｍの円に切り取り、その表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施した。次に該研磨層に両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を貼り付け、それをクッション層である不織布湿式ポリウレタン（厚み１ｍｍ、マイクロゴムＡ硬度５３度）の上に貼り合わせ、さらにクッション層の下に両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を貼り付け、二層の研磨パッドを作製し、該二層研磨パッドを研磨機の定盤上に貼り付け、研磨評価を行った。
【００７５】
研磨後のウェーハ表面にはスクラッチが観察されなかった。また、研磨を１０分行ったが、グローバル平坦性評価用テストウェーハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差が０．２μｍに至らなかった。ユニフォーミティは１０．７％であった。
【００７６】
【発明の効果】
本発明により、研磨特性を維持しながら、研磨層のドレッシング時にドレッサーからのダイヤモンド砥粒脱落が起こらない研磨パッド、さらには該研磨パッドを使用した研磨装置およびそれを用いた研磨方法を提供することができる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a polishing pad, a polishing apparatus, and a polishing method using the same, and further includes a step of mechanically planarizing a surface of an insulating layer formed on a semiconductor substrate such as silicon or a surface of a metal wiring. The present invention relates to a polishing pad, a polishing apparatus, and a polishing method using the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Large-scale integrated circuits (LSIs) represented by semiconductor memories have been increasingly integrated year by year, and accordingly, the technology for manufacturing large-scale integrated circuits has been increasing in density. Further, with the increase in density, the number of stacked semiconductor device manufacturing locations has also increased. Due to the increase in the number of stacked layers, unevenness of the main surface of the semiconductor wafer caused by stacking, which has not been a problem in the past, has become a problem. Therefore, for the purpose of compensating for the lack of depth of focus at the time of exposure due to the unevenness caused by the lamination, or to improve the wiring density by flattening the through-hole portion, a chemical mechanical polishing (CMP) technique is used. Flattening of used semiconductor wafers has been studied (for example, Non-Patent Document 1).
[0003]
In general, a CMP apparatus includes a polishing head for holding a semiconductor wafer as an object to be polished, a polishing pad for performing a polishing process on the object to be polished, and a polishing platen for holding the polishing pad. Then, the polishing process of the semiconductor wafer uses a polishing slurry composed of an abrasive and a chemical solution to relatively move the semiconductor wafer and the polishing pad, thereby removing a protruding portion of the layer on the semiconductor wafer surface and removing the layer on the wafer surface. It is to make it smooth.
[0004]
A typical polishing pad currently used in CMP is a polishing pad having a two-layer structure in which a hard foamed polyurethane as a polishing layer, a double-sided adhesive tape, a polyurethane-impregnated nonwoven fabric as a cushion layer, and a double-sided adhesive tape are laminated in this order. Is mentioned.
[0005]
When polishing is continuously performed using such a polishing pad, air bubbles in the polishing layer are clogged with polishing debris or polishing slurry on the surface layer of the polishing layer, or the polishing layer is deteriorated by polishing slurry or the like. Or the like, the polishing characteristics gradually deteriorate. For this reason, dressing for removing the deteriorated portion of the surface layer of the polishing layer and exposing a new surface layer by a dresser, which is a wheel in which diamond abrasive grains are electrodeposited and fixed during polishing or between polishing, is generally used. Has been done.
[0006]
However, the hard foamed polyurethane, which is the material of the polishing layer, has a very high abrasion resistance, and it is necessary to increase the dressing pressure in order to perform dressing efficiently in a short time. Is liable to occur, and as a result, there is a problem that scratches occur on the semiconductor surface after polishing.
[0007]
In addition, the polishing layer itself has a dressing property to eliminate the dressing itself by the dresser, thereby extending the life of the polishing pad and improving the throughput of the polishing process. A polishing cloth having a particle size of 150 mg to 350 mg has been proposed (for example, Patent Document 1). However, in the polishing cloth of the present invention, the dressing itself by the dresser cannot be eliminated because the dressing property of the polishing layer itself is insufficient, and when the dressing is performed, the same as the conventional polishing layer. Since the diamond abrasive grains fall off from the dresser, there is a problem that scratches occur on the semiconductor surface after polishing.
[0008]
That is, no conventional polishing pad has focused on preventing diamond abrasive grains from falling off the dresser during dressing of the polishing layer.
[0009]
[Non-patent document 1]
Nikkei Micro Device, July 1994, pp. 50-57.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2001-277101 A
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a polishing pad for mechanically flattening the surface of an insulating layer or a metal wiring formed on a silicon substrate. An object of the present invention is to provide a polishing pad in which abrasive grains do not drop off, a polishing apparatus using the polishing pad, and a polishing method using the polishing pad.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
[0013]
(1) A polishing pad, wherein the polishing layer has a wear amount of 400 to 1000 mg as measured by a Taber abrasion test.
[0014]
(2) A polishing head, the polishing pad according to the above (1) facing the polishing head, a polishing platen for fixing the polishing pad, and a driving device for rotating the polishing head and / or the polishing platen. A polishing apparatus characterized by performing.
[0015]
(3) The object to be polished is fixed to the polishing head, and the polishing pad according to (1) fixed to the polishing platen is brought into contact with the object to be polished. A polishing method characterized in that polishing is performed by rotating.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In order to provide a polishing pad in which diamond abrasive grains do not fall off from the dresser during dressing of the polishing layer, it is essential that the polishing pad of the present invention has a wear amount of 400 to 1000 mg by a Taber abrasion test of the polishing layer. . When the abrasion amount of the polishing layer according to the Taber abrasion test is less than 400 mg, the diamond abrasive grains are likely to fall off from the dresser during dressing of the polishing layer, and the semiconductor surface after polishing tends to be scratched. If the abrasion amount in the Taber abrasion test exceeds 1,000 mg, the mechanical strength of the polishing layer during dressing or polishing tends to decrease, and the polishing characteristics tend to deteriorate. More preferably, the abrasion amount of the polishing layer in a Taber abrasion test is 500 mg to 900 mg. The amount of abrasion by the Taber abrasion test in the present invention refers to a value measured in accordance with the method described in JIS K7312, with the wear wheel being H-18, the measurement load being 500 g, and the number of rotations being 4,000 continuous times.
[0017]
The material of the polishing layer in the present invention is not particularly limited. Specifically, polyethylene, polypropylene, polyester, polyurethane, polyurea, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyamide, polyacetal, polyimide, epoxy resin, unsaturated polyester resin, melamine resin, phenol resin, Various laminates such as ABS resin, bakelite, epoxy resin / paper, epoxy resin / fiber, FRP, natural rubber, neoprene rubber, chloroprene rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, ethylene propylene rubber, silicone rubber, fluorine Various rubbers such as rubber can be used.
[0018]
The polishing layer of the present invention preferably has a foamed structure in that the polishing rate is high and dust and scratches can be reduced. Known methods can be used as a method for forming the foamed structure on the polishing layer. For example, a method in which various foaming agents are blended in a monomer or a polymer and then foamed by heating or the like, or the hollow microbeads are dispersed and cured in the monomer or the polymer, and the microbeads are closed cells. After the method, the molten polymer is mechanically stirred and foamed, then cooled and cured, and the solution obtained by dissolving the polymer in a solvent is formed into a sheet into a film. Examples of the method include a method of immersion to extract only the solvent, a method of impregnating a monomer into a sheet-like polymer having a foamed structure, and then polymerizing and curing. In the present invention, the foamed structure of the polishing layer may be either open cells or closed cells. In the case of open cells, the abrasive penetrates into the polishing layer during polishing, and the polishing such as hardness and elastic modulus is performed. Since the polishing properties may be deteriorated due to the change in physical properties of the layer over time, closed cells are preferred. Among these, the formation of the foam structure of the polishing layer and the control of the bubble diameter were relatively simple, and the preparation of the polishing layer was also simple, in that the monomer was impregnated into a sheet-like polymer having a foam structure. Thereafter, a method of polymerizing and curing is preferable.
[0019]
The material of the sheet-like polymer having a foamed structure is not particularly limited as long as it can be impregnated with a monomer. Specifically, various rubbers such as polyurethane, polyurea, soft vinyl chloride, natural rubber, neoprene rubber, chloroprene rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, ethylene propylene rubber, silicone rubber, and fluoro rubber are used as main components. Resin sheet, cloth, non-woven fabric, paper and the like. Further, these sheet-like polymers may contain various additives such as abrasives, lubricants, antistatic agents, antioxidants, and stabilizers for the purpose of improving the characteristics of the polishing pad to be manufactured. good. Among these, a material containing polyurethane as a main component is preferable because the bubble diameter can be controlled relatively easily. Polyurethane is a polymer synthesized based on a polyisocyanate polyaddition reaction or polymerization reaction. The compound used as the symmetry of the polyisocyanate is an active hydrogen compound, that is, a compound containing two or more polyhydroxy groups or amino groups. Examples of the polyisocyanate include, but are not limited to, tolylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, naphthalene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, and isophorone diisocyanate. A typical example of the polyhydroxy group-containing compound is a polyol, such as polyether polyol, polytetramethylene ether glycol, epoxy resin-modified polyol, polyester polyol, acrylic polyol, polybutadiene polyol, and silicone polyol. Depending on hardness, cell diameter and expansion ratio, polyisocyanate and polyol, catalyst,
It is preferable to determine the combination and the optimum amount of the foaming agent and the foam stabilizer.
[0020]
The average cell diameter of the sheet-like polymer having a foamed structure is to be determined according to the type of the monomer and the sheet-like polymer to be used and the characteristics of the polishing layer to be produced. For example, in the case of using polyurethane, the thickness is preferably 500 μm or less in terms of good flattening characteristics such as global flatness of a polishing layer to be manufactured and local flatness which is flatness of local unevenness of a semiconductor substrate. The average bubble diameter is preferably 300 μm or less, more preferably 100 μm or less. The average cell diameter is a value measured by observing the cross section of the polishing layer with a SEM at a magnification of 200 times, then measuring the cell diameter of a recorded SEM photograph with an image processing apparatus, and taking the average value.
[0021]
The density of the sheet-like polymer having a foamed structure should be determined according to the type of the monomer and the sheet-like polymer to be used, and the characteristics of the polishing layer to be produced. 0.5 to 1.0 g / cm when using 3 It is preferable that 0.5g / cm 3 If it is lower, the global flatness tends to be poor due to a decrease in the bending elastic modulus of the manufactured polishing layer, and 1.0 g / cm 3 If the height is higher, the uniformity is deteriorated due to an increase in the bending elastic modulus of the manufactured polishing layer, and scratches and dust tend to be easily generated on the polished semiconductor substrate surface. 0.6-0.9g / cm 3 Is more preferable. The density refers to a value measured by a method described in Japanese Industrial Standard (JIS) K7222.
[0022]
The type of the monomer is not particularly limited as long as it undergoes a polymerization reaction such as addition polymerization, polycondensation, polyaddition, addition condensation, and ring-opening polymerization. Specific examples include a vinyl compound, an epoxy compound, an isocyanate compound, and a dicarboxylic acid. Among these, vinyl compounds are preferred because they are easy to impregnate and polymerize the sheet-like polymer. Specifically, methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, n-butyl acrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl acrylate, isobutyl methacrylate, methyl (α-ethyl) acrylate, ethyl (α- Ethyl) acrylate, propyl (α-ethyl) acrylate, butyl (α-ethyl) acrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, isodecyl methacrylate, n-lauryl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 2-hydroxybutyl Methacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate, glycidyl methacrylate G, isobornyl methacrylate, acrylic acid, methacrylic acid, fumaric acid, dimethyl fumarate, diethyl fumarate, dipropyl fumarate, maleic acid, dimethyl maleate, diethyl maleate, dipropyl maleate, N-isopropylmaleimide, N- Cyclohexylmaleimide, N-phenylmaleimide, N, N '-(4,4'-diphenylmethane) bismaleimide, bis (3-ethyl-5-methyl-4-maleimidophenyl) methane, acrylonitrile, acrylamide, vinyl chloride, vinylidene chloride , Styrene, α-methylstyrene, divinylbenzene, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, Ali Methacrylate, and the like. Among them, acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, n-butyl acrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl acrylate, isobutyl methacrylate, methyl (α-ethyl) Acrylate, ethyl (α-ethyl) acrylate, propyl (α-ethyl) acrylate, and butyl (α-ethyl) acrylate are preferred in that they can easily impregnate and polymerize the sheet polymer. These monomers may be used alone or in combination of two or more. In addition, various additives such as an abrasive, a lubricant, an antistatic agent, an antioxidant, and a stabilizer may be added to these monomers for the purpose of improving the properties of the manufactured polishing layer. .
[0023]
In the present invention, the polishing layer contains a polymer which is polymerized from a polyurethane and a vinyl compound, while maintaining the polishing characteristics, which is the object of the present invention, while polishing the diamond layer from the dresser at the time of dressing the polishing layer. This is preferable for obtaining a polishing pad that does not cause the particles to fall off. That is, since the polyurethane used in the conventional polishing layer has high abrasion resistance, the diamond abrasive grains are likely to fall off from the dresser during dressing of the polishing layer. In order to prevent this, it is necessary to lower the abrasion resistance of the polyurethane, but at the same time, the hardness of the polishing layer is reduced and the polishing characteristics are deteriorated. Therefore, the polishing layer is made by impregnating the polyurethane with a polymer polymerized from a vinyl compound and then polymerized and cured, so that the abrasion amount in the Taber abrasion test is in an appropriate range, and when the polishing layer is dressed with a dresser. Since the diamond abrasive grains do not fall off and the hardness of the polishing layer is ensured by the characteristics of the polymer polymerized from the vinyl compound, a polishing layer and a polishing pad that maintain the polishing characteristics can be obtained.
[0024]
The polymerization initiator and curing agent of the monomer used in the polishing layer of the present invention are not particularly limited, and can be appropriately used according to the type of the monomer. For example, when a vinyl compound is used as a monomer, azobisisobutyronitrile, azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), azobiscyclohexanecarbonitrile, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, isopropyl peroxydicarbonate Such radical initiators can be used. Further, a redox polymerization initiator, for example, a combination of a peroxide and an amine can also be used. These polymerization initiators and curing agents may be used alone or in combination of two or more.
[0025]
Further, in the present invention, a method is employed in which a monomer is brought into contact with a sheet-like polymer having a foamed structure in a container containing the monomer, and the monomer is contained and polymerized and cured. it can. At this time, it is also preferable to perform treatments such as heating, pressurizing, depressurizing, stirring, shaking, and ultrasonic vibration in order to increase the impregnation speed.
[0026]
The amount of the monomer impregnated into the sheet-like polymer having a foamed structure is to be determined according to the type of the monomer and the sheet-like polymer to be used and the characteristics of the polishing layer to be produced. Although it cannot be said, for example, when methyl methacrylate is used as the monomer and polyurethane is used as the sheet-like polymer, the content ratio of the polymer and the polyurethane polymerized from the monomer in the polymerized cured product is 40% by weight. / 60 to 70/30. If the content ratio of the polymer obtained from the monomer mixture is less than 40 by weight, the flattening characteristics tend to be poor due to the decrease in hardness and flexural modulus, which is not preferable. On the other hand, if the content ratio exceeds 70, the uniformity is deteriorated due to an increase in hardness and flexural modulus, and dust and scratches tend to increase. More preferably, the content ratio of the polymer to be polymerized from the monomer and the polyurethane is 40/60 to 65/35 by weight. In addition, the content of the polymer and polyurethane obtained from the monomer in the polymerized and cured product can be measured by pyrolysis gas chromatography / mass spectrometry. As a device that can be used in this method, a double-shot pyrolyzer “PY-2010D” (manufactured by Frontier Laboratories) is used as a pyrolysis device, and “TRIO-1” (manufactured by VG) is used as a gas chromatograph / mass spectrometer. Can be mentioned.
[0027]
Examples of the polymerization curing method include a method in which a sheet-like polymer having a foamed structure impregnated with a monomer is inserted into a mold made of a gas barrier material and heated, but is not limited to this method.
[0028]
Examples of the gas barrier material include inorganic glass, metals such as aluminum, copper, iron, and SUS; resins having gas barrier properties such as polyvinyl alcohol (PVA), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), and polyamide; films; Laminated resins, films, etc. of a resin having gas barrier properties such as polyvinyl alcohol (PVA), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), polyamide, etc. and a polyolefin resin produced by methods such as extrusion molding, lamination, and coating. No. Among them, inorganic glass and metal are preferred because they have heat resistance and the surface properties of the polishing pad to be produced are good.
[0029]
The method for inserting the sheet-like polymer having a foamed structure impregnated with a monomer into a mold made of a gas barrier material is not particularly limited. Specifically, a gasket made of an elastic material having a gas barrier property such as soft vinyl chloride, neoprene rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, and ethylene propylene rubber is arranged around the sheet polymer, and the gasket is placed through the gasket. A method in which a sheet-like polymer is sandwiched between two sheets of a gas-barrier material, a method in which the sheet-like polymer is inserted into a housing made of a gas-barrier material and hermetically sealed, and a method in which the sheet-like polymer is placed in a bag made of a gas-barrier film A method of inserting and sealing is used. Further, when there is a possibility that the film may be broken during polymerization curing, such as a bag, it is also preferable to put it in a housing having a gas barrier property. When polymerized and cured without being inserted into a mold made of a gas barrier material, the monomer volatilizes from the sheet-like polymer, and the quality reproducibility of the manufactured polishing layer tends to be insufficient. As a result, the polishing characteristics tend to be unstable, which is not preferable. Here, the gas barrier material refers to a material in which the monomer is not volatilized from the sheet polymer when the sheet polymer having a foamed structure impregnated with the monomer is inserted and sealed.
[0030]
Further, the order of the step of impregnating the monomer into the sheet-like polymer having a foamed structure and the step of inserting the sheet-like polymer having the foamed structure impregnated with the monomer into the mold made of the gas barrier material are particularly It is not limited. Specifically, (1) a method in which a sheet-like polymer is immersed in a tank containing a monomer to impregnate the monomer, and then taken out of the tank and inserted into a mold made of a gas barrier material. (2) A method in which a sheet-like polymer is inserted into a mold made of a gas barrier material, and then the monomer is injected into the mold, sealed, and impregnated with the monomer. Can be mentioned. Above all, (2) is preferable in that there is no scattering of monomer odor and the working environment is good.
[0031]
The heating method for polymerization curing is not particularly limited. Specifically, heating in an air bath such as a hot air oven, heating in a water bath or oil bath, heating by a jacket or a hot press, and the like can be mentioned. Among these, heating in a water bath, an oil bath, or a jacket is preferable because the heat capacity of the heat medium is large and the heat generated by polymerization during polymerization curing can be quickly dissipated.
[0032]
The heating temperature and time should be determined according to the type and amount of the monomer and the polymerization initiator, the thickness of the resin plate, and the like. For example, methyl methacrylate is used for the monomer, and azobisisobutyronitrile is used for the polymerization initiator. In the case where polyurethane is used as the sheet polymer, the polymer can be cured by heating at 70 ° C. for about 10 hours and then at 120 ° C. for about 3 hours.
[0033]
In addition, as a polymerization curing method other than heating, polymerization curing by light, electron beam, or radiation irradiation can be exemplified. In this case, it is preferable that a polymerization initiator, a sensitizer, and the like are added to the monomer as needed.
[0034]
For example, in the case where a vinyl compound is used as a monomer and polyurethane is used as a sheet-like polymer, it is necessary that the polymerized and cured product contains the polymer obtained from the vinyl compound and polyurethane in an integrated manner when the polishing layer is formed. Is preferable because the polishing characteristics are stable. As used herein, the term "integrally containing the polymer obtained from the vinyl compound and the polyurethane" means that the phase of the polymer obtained from the vinyl compound and the phase of the polyurethane are not separated from each other. Then, the infrared spectrum obtained by observing various portions of the layer having essentially the polishing function in the polishing layer with a micro-infrared spectroscope having a spot size of 50 μm shows the infrared spectrum of the polymer obtained from the vinyl compound. It has an absorption peak and an infrared absorption peak of polyurethane, and the infrared spectra at various places are almost the same. As the micro-infrared spectrometer used here, “IR μs” (manufactured by SPECTRA-TECH) can be mentioned.
[0035]
The polishing layer can be completed by grinding the front and back surfaces of the cured polymer to a required thickness, or by slicing to the required thickness. A known device such as an NC router, a diamond disk, a belt sander or the like can be used for the grinding process, and a band knife, planer or the like can be used for the slicing process without any particular limitation.
[0036]
The thickness of the polishing layer is preferably from 0.1 to 10 mm. When the thickness is less than 0.1 mm, the mechanical properties of the polishing platen located on the cushion layer or the lower layer preferably used as a base of the polishing pad are more remarkably reflected on the polishing properties than on the mechanical properties of the polishing layer itself. On the other hand, if the thickness is more than 10 mm, the mechanical properties of the cushion layer are not reflected, and the followability of the semiconductor substrate against the undulation tends to decrease, and the uniformity tends to deteriorate. It is more preferably 0.2 to 5 mm, more preferably 0.5 to 2 mm.
[0037]
The average cell diameter of the polishing layer is preferably 500 μm or less in the case of closed cells in that good global flatness and local flatness are obtained. The average bubble diameter is preferably 300 μm or less, more preferably 100 μm or less.
[0038]
The density of the polishing layer is 0.5 to 1.0 g / cm. 3 It is preferable that 0.5g / cm 3 If it is lower, the global flatness tends to be poor due to a decrease in flexural modulus, and 1.0 g / cm 3 If it is higher, uniformity is deteriorated due to an increase in flexural modulus, and scratches and dust tend to be easily generated on the polished semiconductor substrate surface. 0.6-0.9g / cm 3 Is more preferable.
[0039]
The surface of the polishing layer in the present invention is preferably subjected to processing of grooves, holes and the like for the purpose of improving the retention and fluidity of the polishing slurry, the efficiency of removing the polishing debris from the polishing layer surface, and the like. The method of forming grooves and holes on the surface of the polishing layer is not particularly limited. Specifically, a method of forming a groove by cutting the surface of the polishing layer using a device such as a router, and bringing a heated mold, a heat wire, etc. into contact with the surface of the polishing layer to melt the contact portion. A method of forming a polishing layer having grooves formed from the beginning by using a mold having grooves formed therein, a method of forming holes with a drill, a Thomson blade, or the like. Further, the shapes and diameters of the grooves and holes are not particularly limited. Specifically, a grid shape, a dimple shape, a spiral shape, a concentric shape, and the like can be given.
[0040]
The polishing pad of the present invention can be preferably used whether it is composed of a single layer or a plurality of layers. However, when the polishing pad of the present invention is used for planarization of a semiconductor wafer by CMP, the polishing pad may be composed of at least two layers having different hardnesses in that the polishing pad is excellent in following the undulation of the wafer. preferable. Further, the hardness of the layer constituting the polishing pad is preferably such that the hardness of the outermost surface is higher than the hardness of the adjacent layer. In this case, the layer with the highest hardness on the outermost surface functions as the polishing layer, and the layer with the lower hardness adjacent thereto functions as the cushion layer. That is, in the case of a single layer, a polishing layer and a double-sided adhesive tape are laminated in this order, and in the case of a two-layer, a polishing layer, a double-sided adhesive tape, a cushion layer, and a double-sided adhesive tape are laminated in this order.
[0041]
The hardness of the outermost layer, that is, the polishing layer, is preferably 80 degrees or more in micro rubber A hardness. If the micro rubber A hardness is less than 80 degrees, the flattening characteristics tend to deteriorate, which is not preferable. More preferably, it is 90 degrees or more. The hardness of the layer adjacent to the outermost layer, that is, the cushion layer is preferably lower than the hardness of the polishing layer, and more preferably 10 degrees or more in order to obtain good cushioning properties. The micro rubber A hardness in the present invention refers to a value measured by a micro rubber hardness meter MD-1 manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd. The micro rubber hardness tester MD-1 makes it possible to measure the hardness of thin and small samples which were difficult to measure with a conventional hardness tester. Since it is designed and manufactured as a reduced model of No. 5, the measured value can be considered to be the same as the measured value of the spring type rubber hardness meter A type. Note that a normal polishing pad cannot be evaluated with a spring-type rubber hardness meter because the thickness of a polishing layer or a hard layer is too thin, 5 mm or less, but can be evaluated with the micro rubber hardness meter MD-1.
[0042]
The material of the cushion layer in the present invention is not particularly limited. Specifically, polyurethane-impregnated nonwoven fabrics commonly used at present, polyethylene, polypropylene, polyester, polyurethane, polyurea, polystyrene, foams of various plastics such as polyvinyl chloride, neoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile Various rubbers such as butadiene rubber, ethylene propylene rubber, silicone rubber, urethane rubber, and fluorine rubber, and foams thereof can be used. When the cushion layer is a foam, the cells may be either open cells or closed cells. The method for forming bubbles is not particularly limited. Specifically, a method of mixing a foaming agent in a cushion layer material and then heating and foaming, a method of mixing thermally expandable fine particles in the cushion layer material and then heating to expand the fine particles, and a method of forming hollow fine particles in the cushion layer material The method of mixing and curing after mixing, the method of mechanically mixing air bubbles in the material of the cushion layer, the method of curing, the method of immersing the solution in which the material of the cushion layer is dissolved in a good solvent in the poor solvent, and the method of wet coagulation, etc. No.
[0043]
The preferred thickness of the cushion layer is 0.1 to 10 mm. If it is smaller than 0.1 mm, the uniformity tends to deteriorate. If it is larger than 10 mm, global flatness and local flatness tend to be impaired. It is preferably from 0.2 to 5 mm, more preferably from 0.5 to 2 mm.
[0044]
Further, in the present invention, when it is necessary to replace the polishing pad for reasons such as a decrease in polishing characteristics, in a state where the cushion layer is fixed to the polishing platen, only the polishing layer with reduced characteristics is removed from the cushion layer. After removal, it is also possible to replace by attaching a new polishing layer. Especially for the cushion layer, foams of various plastics such as polyethylene, polypropylene, polyester, polyurethane, polyurea, polystyrene, polyvinyl chloride, neoprene rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, ethylene propylene rubber, silicone rubber, fluorine rubber When various rubbers and foams thereof are used, since the cushion layer is more durable than the polishing layer, it is preferable in terms of cost to replace only the polishing layer.
[0045]
The double-sided pressure-sensitive adhesive tape in the present invention is not particularly limited. As the base material of the double-sided adhesive tape, specifically, paper, nonwoven fabric, cloth, glass cloth, resin films such as polyethylene, polypropylene, polyester, vinyl chloride, polytetrafluoroethylene, polyimide, and foams such as polyethylene, polyurethane, and acrylic , Aluminum, copper and the like. Specific examples of the pressure-sensitive adhesive for the double-sided pressure-sensitive adhesive tape include rubber-based, acrylic-based, and silicone-based pressure-sensitive adhesives. Further, a double-sided pressure-sensitive adhesive tape also includes a film in which only a pressure-sensitive adhesive is formed into a uniform film without using a base material. The adhesive strength of the adhesive surface of the double-sided adhesive tape may be the same on the front and back surfaces or may be different.
[0046]
The polishing target of the polishing pad of the present invention is not particularly limited, but can be preferably used for polishing a semiconductor substrate. More specifically, the surface of an insulating layer or a metal wiring formed on a semiconductor wafer is preferable as a polishing target. Specifically, the insulating layer includes an interlayer insulating film or a lower insulating film of metal wiring, a shallow trench isolation (STI) used for element isolation, and the metal wiring includes aluminum, tungsten, copper, or the like. And structurally, there are damascene, dual damascene, plug and the like. Currently, silicon oxide is mainly used as the insulating film, but use of a low dielectric constant insulating film is being studied due to the problem of delay time, and any of them can be polished in the polishing pad of the present invention. When copper is used for the metal wiring, a barrier metal such as silicon nitride is also polished. In addition to the semiconductor substrate, it can be preferably used for polishing magnetic members, optical members such as a hard disk, a color filter for a liquid crystal display, a back plate for a plasma display, and ceramics and sapphire.
[0047]
Next, a polishing apparatus and a polishing method using the polishing pad of the present invention will be described.
[0048]
The polishing apparatus is not particularly limited, but when used for polishing a semiconductor substrate, a polishing head, a polishing platen for fixing the polishing pad of the present invention, and a polishing head, a polishing platen or both. Is preferably provided.
[0049]
In the polishing method, first, the polishing pad of the present invention is fixed to a polishing platen of a polishing apparatus such that the polishing pad faces the polishing head. The semiconductor substrate is fixed to the polishing head by a method such as a vacuum chuck. The polishing table is rotated, and the polishing head is rotated in the same direction as the rotation of the polishing table, and pressed against the polishing pad. At this time, the polishing agent is supplied from a position where the polishing agent enters between the polishing pad and the semiconductor substrate. The pressing pressure is usually performed by controlling the force applied to the polishing head. The pressing pressure is preferably 0.01 to 0.2 MPa because good polishing characteristics can be obtained.
[0050]
In the method for polishing a semiconductor substrate using the polishing pad of the present invention, before polishing the semiconductor substrate, it is preferable to roughen the polishing pad surface using a dresser in order to obtain good polishing characteristics. . The dresser is a wheel to which diamond abrasive grains are electrodeposited and fixed. For example, a dresser model name “CMP-M” or “CMP-N” or “CMP-L” of Asahi Diamond Industrial Co., Ltd. Specific examples can be given. The particle size of the diamond abrasive can be selected in the range of 10 μm to 300 μm. The pressing pressure of the dresser is arbitrarily selected in the range of 0.005 MPa to 0.2 MPa. In addition, after finishing one or more times of polishing, the polishing rate is stabilized for batch dressing for conditioning the polishing pad using a dresser before the next polishing, and in-situ dressing for performing dressing simultaneously with polishing. It can be preferably implemented.
[0051]
According to the present invention, there is provided a polishing pad in which diamond abrasive grains do not fall off from a dresser during dressing of a polishing layer while maintaining polishing characteristics, a polishing apparatus using the polishing pad, and a polishing method using the polishing pad. Can be.
[0052]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. In addition, various evaluations of the polishing pad were performed as follows.
[0053]
The micro rubber A hardness of the polishing layer and the cushion layer was measured by a micro rubber A hardness meter “MD-1” (manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd.).
[0054]
The density of the polishing layer was measured by the method described in JIS K7222.
[0055]
The average bubble diameter of the polishing layer was determined by using a scanning electron microscope “SEM2400” (manufactured by Hitachi, Ltd.) and analyzing the photograph of the pad cross section at a magnification of 200 × with an image processing apparatus. The diameter of all existing bubbles was measured, and the average value was defined as the average bubble diameter.
[0056]
The amount of abrasion of the abrasive layer by Taber abrasion test was measured using a Taber abrasion tester “No. The weight was measured at 500 g, and the number of rotations was measured continuously at 4000 times.
[0057]
Polishing evaluation was performed as follows.
[0058]
1. Test wafer
(1) Test wafer for global flatness evaluation
A 10 mm square die is placed on a 4-inch silicon wafer with an oxide film (oxide film thickness: 2 μm). Mask exposure is performed using a photoresist, and a line having a width of 20 μm and a height of 0.7 μm is arranged in a 10-mm square die by RIE in a 230 μm space on the left half in a line-and-space manner. A 0.7 μm line is arranged in a line and space on the right half in a space of 20 μm. The test wafer for global flatness evaluation thus manufactured was used.
[0059]
(2) Scratch, uniformity test wafer
A 4-inch silicon wafer with an oxide film (oxide film thickness: 1 μm) was used.
[0060]
2. Polishing method
A double-sided adhesive tape “442JS” (manufactured by Sumitomo 3M Ltd.) is attached under the polishing layer to be tested, and the double-sided adhesive tape “442JS” (manufactured by Sumitomo 3M Ltd.) is attached to the nonwoven fabric wet polyurethane which is a cushion layer. (Manufactured by Sumitomo 3M Ltd.) to form a two-layer polishing pad. Next, the polishing pad was stuck on a surface plate of a polishing machine “LM-15E” (manufactured by Wrap Master SFT Co., Ltd.). Then, using a diamond dresser “CMP-M” (manufactured by Asahi Diamond Industry Co., Ltd.) (diameter 142 mm), rotating in the same direction as the polishing platen at a pressing pressure of 0.04 MPa, a polishing platen rotation speed of 25 rpm, and a dresser rotation speed of 25 rpm. Then, the polishing pad was conditioned for 5 minutes while supplying pure water onto the polishing pad at 10 ml / min. After cleaning the polishing pad for 2 minutes while supplying pure water onto the polishing pad at 100 ml / min, a test wafer for global flatness evaluation was attached to the polishing head, and a polishing slurry having a working concentration described in the instruction manual was used. While supplying SC-1 ″ (manufactured by Cabot Corporation) onto the polishing pad at 35 ml / min, the polishing plate was rotated in the same direction as the polishing platen at a polishing pressure of 0.04 MPa, a polishing platen rotation speed of 45 rpm, and a polishing head rotation speed of 45 rpm. Polishing was performed for a predetermined time. The surface of the wafer was not dried, and the surface of the wafer was washed with a polyvinyl alcohol sponge while applying pure water immediately, and dried by blowing dry compressed air. The oxide film thickness of the 20 μm line and 230 μm line in the center 10 mm die of the test wafer for global flatness evaluation was measured using “Lambda Ace” VM-2000 (manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd.), and the respective thicknesses were measured. Was evaluated as global flatness.
[0061]
The same conditioning as described above was performed, and the thickness of the oxide film on the surface was measured at 198 points determined in advance using "Lambda Ace" VM-2000 (manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd.). A test wafer was attached to a polishing head, and a polishing pressure of 0.04 MPa was applied while supplying a polishing slurry “SC-1” (manufactured by Cabot) having a working concentration described in an instruction manual at a rate of 35 ml / min onto a polishing pad. The polishing platen was rotated in the same direction as the polishing platen at a rotation speed of the polishing platen of 45 rpm and a polishing head rotation speed of 45 rpm to perform polishing for a predetermined time. After preventing the wafer surface from drying, immediately wash the wafer surface with a polyvinyl alcohol sponge while applying pure water, leave the wafer in a natural state and dry it, and then use a microscope “VH-6300” (manufactured by Keyence Corporation). Was inspected for scratches. Scratches having a line width of 10 μm or more were counted as being caused by diamond abrasive grains that had fallen off during dressing of the polishing layer with a dresser. Next, the thickness of the polished oxide film was measured at 198 points determined by using “Lambda Ace” VM-2000 (manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd.), and each point was determined by the following equation (2). And the uniformity was calculated by the following equation (3).
[0062]
Polishing rate = (thickness of oxide film before polishing-thickness of oxide film after polishing) / polishing time (2).
[0063]
Uniformity (%) = (maximum polishing rate−minimum polishing rate) / (maximum polishing rate + minimum polishing rate) × 100 (3).
[0064]
Example 1
Polyether polyol: "Sunnics FA-909" (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.), 100 parts by weight, chain extender: monoethylene glycol, 8 parts by weight, amine catalyst: "Dabco 33LV", keeping the liquid temperature at 40 ° C. 1.95 parts by weight (manufactured by Air Products Japan K.K.), 0.14 parts by weight of amine catalyst: "Toyocat ET" (manufactured by Tosoh K.K.), silicone foam stabilizer: "TEGOSTAB B8462" (Th. Goldschmidt AG) A) 1 part by weight, foaming agent: 0.55 part by weight of water and liquid A, and isocyanate kept at 40 ° C .: 96.2 parts by weight of “Sunform NC-703” B After the liquid was subjected to collision mixing by a RIM molding machine at a discharge pressure of 16 MPa, the liquid was discharged into a mold maintained at 40 ° C. at a discharge rate of 800 g / sec, and then discharged for 10 minutes. By location, foamed polyurethane block thickness 10.0 mm (micro rubber A hardness: 47 degrees, a density: 0.73 g / cm 3 , Average bubble diameter: 35 μm). Thereafter, the foamed polyurethane block was sliced to a thickness of 2 mm with a slicer.
[0065]
Next, the foamed polyurethane sheet was immersed in methyl methacrylate to which 0.1 parts by weight of azobisisobutyronitrile was added for 45 minutes. Next, the foamed polyurethane sheet impregnated with methyl methacrylate was sandwiched between two glass plates via a vinyl chloride gasket, and polymerized and cured by heating at 70 ° C. for 10 hours and at 120 ° C. for 3 hours. After releasing from between the glass plates, vacuum drying was performed at 50 ° C. A polishing layer was prepared by grinding both surfaces of the hard foam sheet thus obtained to a thickness of 1.25 mm. The obtained polishing layer has a micro rubber A hardness of 92 degrees and a density of 0.76 g / cm. 3 The average cell diameter was 42 μm, and the content of polymethyl methacrylate in the polishing layer was 55% by weight. The abrasion amount of the polishing layer measured by a Taber abrasion test was 592 mg.
[0066]
The polishing layer was cut into a circle having a diameter of 380 mm, and its surface was subjected to a grid-like groove processing having a width of 2 mm, a depth of 0.5 mm, and a pitch width of 15 mm. Next, a double-sided adhesive tape "442JS" (manufactured by Sumitomo 3M Ltd.) was attached to the polishing layer, and the resultant was attached to a nonwoven fabric wet polyurethane (thickness 1 mm, micro rubber A hardness 53 degrees) serving as a cushion layer, Further, a double-sided adhesive tape "442JS" (manufactured by Sumitomo 3M Limited) is pasted under the cushion layer to produce a two-layer polishing pad, and the two-layer polishing pad is pasted on a surface plate of a polishing machine, and polished. An evaluation was performed.
[0067]
No scratch was observed on the wafer surface after polishing. The polishing time when the global level difference between the 20 μm-wide wiring region and the 230 μm-wide wiring region of the test wafer for global flatness evaluation became 0.2 μm was 4 minutes. Uniformity was 9.0%.
[0068]
Example 2
The foamed polyurethane sheet prepared in Example 1 was immersed in methyl methacrylate to which 0.1 parts by weight of azobisisobutyronitrile was added for 30 minutes. Next, the foamed polyurethane sheet impregnated with methyl methacrylate was sandwiched between two glass plates via a vinyl chloride gasket, and polymerized and cured by heating at 70 ° C. for 10 hours and at 120 ° C. for 3 hours. After releasing from between the glass plates, vacuum drying was performed at 50 ° C. A polishing layer was prepared by grinding both surfaces of the hard foam sheet thus obtained to a thickness of 1.25 mm. The obtained polishing layer has a micro rubber A hardness of 88 degrees and a density of 0.75 g / cm. 3 The average cell diameter was 39 μm, and the content of polymethyl methacrylate in the polishing layer was 50% by weight. The abrasion amount of the polishing layer measured by a Taber abrasion test was 836 mg.
[0069]
The polishing layer was cut into a circle having a diameter of 380 mm, and its surface was subjected to a grid-like groove processing having a width of 2 mm, a depth of 0.5 mm, and a pitch width of 15 mm. Next, a double-sided adhesive tape "442JS" (manufactured by Sumitomo 3M Ltd.) was attached to the polishing layer, and the resultant was attached to a nonwoven fabric wet polyurethane (thickness 1 mm, micro rubber A hardness 53 degrees) serving as a cushion layer, Further, a double-sided adhesive tape "442JS" (manufactured by Sumitomo 3M Limited) is pasted under the cushion layer to produce a two-layer polishing pad, and the two-layer polishing pad is pasted on a surface plate of a polishing machine, and polished. An evaluation was performed.
[0070]
No scratch was observed on the wafer surface after polishing. The polishing time when the global level difference between the 20 μm-wide wiring region and the 230 μm-wide wiring region of the test wafer for global flatness evaluation became 0.2 μm was 4 minutes. Uniformity was 8.7%.
[0071]
Comparative Example 1
78 parts by weight of a polyether urethane polymer "Adiprene" L-325 (manufactured by Uniroyal), 20 parts by weight of 4,4'-methylene-bis (2-chloroaniline), and hollow polymer microspheres "Expancel" 1.8 parts by weight of "551DE" (manufactured by Kemanobel Co., Ltd.) were mixed by a RIM molding machine and discharged into a mold to produce a polymer molded body. This polymer molded body was sliced to a thickness of 1.25 mm with a slicer to prepare a hard foamed polyurethane sheet, which was used as a polishing layer. The micro rubber A hardness of the obtained polishing layer was 98 degrees, the density was 0.81, and the average cell diameter was 33 μm. The abrasion amount of the polishing layer measured by a Taber abrasion test was 252 mg. The polishing layer was cut into a circle having a diameter of 380 mm, and its surface was subjected to a grid-like groove processing having a width of 2 mm, a depth of 0.5 mm, and a pitch width of 15 mm. Next, a double-sided adhesive tape "442JS" (manufactured by Sumitomo 3M Ltd.) was attached to the polishing layer, and the resultant was attached to a nonwoven fabric wet polyurethane (thickness 1 mm, micro rubber A hardness 53 degrees) serving as a cushion layer, Further, a double-sided adhesive tape "442JS" (manufactured by Sumitomo 3M Limited) is pasted under the cushion layer to produce a two-layer polishing pad, and the two-layer polishing pad is pasted on a surface plate of a polishing machine, and polished. An evaluation was performed.
[0072]
Five scratches were observed on the wafer surface after polishing. The polishing time when the global step between the 20 μm-wide wiring region and the 230 μm-wide wiring region of the test wafer for global step evaluation became 0.2 μm was 4 minutes. Uniformity was 9.9%.
[0073]
Comparative Example 2
The foamed polyurethane sheet prepared in Example 1 was immersed in methyl methacrylate to which 0.1 parts by weight of azobisisobutyronitrile was added for 15 minutes. Next, the foamed polyurethane sheet impregnated with methyl methacrylate was sandwiched between two glass plates via a vinyl chloride gasket, and polymerized and cured by heating at 70 ° C. for 10 hours and at 120 ° C. for 3 hours. After releasing from between the glass plates, vacuum drying was performed at 50 ° C. A polishing layer was prepared by grinding both surfaces of the hard foam sheet thus obtained to a thickness of 1.25 mm. The resulting polishing layer has a micro rubber A hardness of 80 degrees and a density of 0.75 g / cm. 3 The average cell diameter was 36 μm, and the content of polymethyl methacrylate in the polishing layer was 38% by weight. The abrasion amount of the polishing layer measured by a Taber abrasion test was 1104 mg.
[0074]
The polishing layer was cut into a circle having a diameter of 380 mm, and its surface was subjected to a grid-like groove processing having a width of 2 mm, a depth of 0.5 mm, and a pitch width of 15 mm. Next, a double-sided adhesive tape "442JS" (manufactured by Sumitomo 3M Ltd.) was attached to the polishing layer, and the resultant was attached to a nonwoven fabric wet polyurethane (thickness 1 mm, micro rubber A hardness 53 degrees) serving as a cushion layer, Further, a double-sided adhesive tape "442JS" (manufactured by Sumitomo 3M Limited) is pasted under the cushion layer to produce a two-layer polishing pad, and the two-layer polishing pad is pasted on a surface plate of a polishing machine, and polished. An evaluation was performed.
[0075]
No scratch was observed on the wafer surface after polishing. Polishing was performed for 10 minutes, but the global step between the 20 μm-wide wiring region and the 230 μm-wide wiring region of the test wafer for global flatness evaluation did not reach 0.2 μm. Uniformity was 10.7%.
[0076]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a polishing pad in which diamond abrasive grains do not fall off from a dresser during dressing of a polishing layer while maintaining polishing characteristics, a polishing apparatus using the polishing pad, and a polishing method using the polishing pad. Can be.