JP2004165408A - 研磨パッド - Google Patents
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Abstract
【課題】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において、研磨特性が安定するまでに必要な予備研磨時間が短時間である研磨パッドを提供する。
【解決手段】含水率が１％以上であり、かつ、水浸漬開始より４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率が２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率の１．０５倍以下である経時特性安定性を有することを特徴とする研磨パッドを用いる。
【選択図】なし
【解決手段】含水率が１％以上であり、かつ、水浸漬開始より４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率が２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率の１．０５倍以下である経時特性安定性を有することを特徴とする研磨パッドを用いる。
【選択図】なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨用パッドに関するものであり、さらに、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で使用される研磨パッドに関する。
【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への適用に向けて進歩している。さらに、この高密度化に伴い、半導体各素子や配線などの構成要素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することによって生ずる半導体ウェハ主面の凹凸が問題となっている。
【０００３】
このため、積層することによって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、化学機械研磨技術を用いた半導体ウェハの平坦化が検討されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
一般に化学機械研磨装置は、被処理物である半導体ウェハを保持する研磨ヘッド、被処理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、半導体ウェハの研磨処理は研磨剤と薬液からなるスラリーを用いて、半導体ウェハと研磨パッドを相対運動させることにより、半導体ウェハ表面の層の突出した部分が除去されてウェハ表面の層を滑らかにするものである。半導体ウェハと研磨パッドの相対速度及び荷重にほぼ比例している。そのため、半導体ウェハの各部分を均一に研磨加工するためには、半導体ウェハにかかる荷重を均一にする必要がある。
【０００５】
半導体ウェハの主面に形成された絶縁層等を研磨加工する場合、現在使用されている高硬度発泡ポリウレタンパッド、研磨特性が安定するまで、スラリーを供給しながらの長時間予備研磨をする必要があるという問題点があった。
【０００６】
【非特許文献１】
日経マイクロデバイス、１９９４年７月号、第５０〜５７頁
【０００７】
【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において、研磨特性が安定するまでに必要な予備研磨時間が短時間である研磨パッドを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための手段として、本発明は以下の構成からなる。
【０００９】
（１） 含水率が１％以上であり、かつ、水浸漬開始より４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率が２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率の１．０５倍以下である経時特性安定性を有することを特徴とする研磨パッド。
【００１０】
（２） 乾燥状態での研磨層の引張貯蔵弾性率が１００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下であることを特徴とする前記（１）記載の研磨パッド。
【００１１】
（３） 独立気泡を有することを特徴とする前記（１）または（２）記載の研磨パッド。
【００１２】
（４） 密度が０．６〜０．９５の範囲であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の研磨パッド。
【００１３】
（５） ポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を含有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の研磨パッド。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
本発明の研磨パッドに用いる研磨層は、水浸漬開始より４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率が２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率の１．０５倍以下である経時特性安定性を有する必要がある。水浸漬時の研磨層の引張貯蔵弾性率は、研磨層を幅３ｍｍ×厚さ１．２５ｍｍ×長さ２８ｍｍの試料にして、水に浸漬しながら静的応力を加えた後、動電型加振器によって周波数１０Ｈｚで振幅が±２．５μｍの正弦波歪を加え、その時に発生する応力レスポンスを測定し、動的応力波形及び動的歪波形から線形粘弾性理論に基づく演算式により求まる研磨層の引張貯蔵弾性率である。水浸漬時の研磨層の引張貯蔵弾性率は、水浸漬開始時から、経時的に低下していく傾向がある。本発明者らは、シリコン基板の上に形成された絶縁膜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において、研磨特性が安定するまでに必要な予備研磨時間が研磨層が水に浸漬してから研磨層の引張貯蔵弾性率が安定するまでの時間に関係があることを見出し、水浸漬開始より４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率が２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率の１．０５倍以下である経時特性安定性を有する研磨パッドは、実用的に非常に短時間の予備研磨で研磨が安定すること見出した。
【００１６】
本発明の研磨パッドに用いる研磨層は含水率が１％以上である必要がある。含水率が１％を下回ると被研磨面にスクラッチが多発して、良好な研磨が出来ないので好ましくない。
【００１７】
本発明の研磨パッドに用いる研磨層の乾燥状態の研磨層の引張貯蔵弾性率は１００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下が好ましい。乾燥状態の研磨層の引張貯蔵弾性率が１００ＭＰａを下回ると平坦化特性が不良となるので好ましくない。また、乾燥状態の研磨層の引張貯蔵弾性率が１０００ＭＰａを越えるとスクラッチが多く発生しやすいので、好ましくない。
【００１８】
本発明の研磨パッドに用いる研磨層としては独立気泡を有していることが安定した研磨ができるので好ましい。この独立気泡径は、平均気泡径で２００μｍ以下であることが半導体基板の局所的凹凸の平坦性が良好であることから好ましい。独立気泡径のさらに好ましい平均気泡径は１００μｍ以下、さらに好ましい平均気泡径は５０μｍ以下である。
【００１９】
本発明の研磨パッドに用いる研磨層は、その密度が０．６〜０．９５（ｇ／ｃｍ３）の範囲にあることが好ましい。密度が０．６（ｇ／ｃｍ３）に満たない場合、局所的な凹凸の平坦性が不良となり、グローバル段差が大きくなるので好ましくない。密度が０．９５（ｇ／ｃｍ３）を越える場合は、スクラッチが発生しやすくなるので好ましくない。さらに好ましい密度は、０．６５〜０．９（ｇ／ｃｍ３）の範囲である。また、さらに好ましい密度は０．７〜０．８５（ｇ／ｃｍ３）の範囲である。
【００２０】
本発明の研磨パッドに用いる研磨層の具体例として、マイクロゴムＡ硬度が８０度以上で、ポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を含有してかつ独立気泡を有する研磨層を挙げることができる。このポリウレタンとは、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象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、トリジ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わけではない。ポリヒドロキシ基含有化合物としてポリオールが代表的であるが、ポリオールとしてポリエーテルポリオール、ポリプロピレングリコール、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。この中で、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、ポリオールとして、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールとの組み合わせで得られるポリウレタンが成形性に優れ、汎用的に使用されているので好ましい。
【００２１】
このビニル化合物とは、炭素炭素二重結合のビニル基を有する化合物である。具体的にはメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、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−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、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、メタクリル酸、グリシジルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、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、アクリロニトリル、アクリルアミド、塩化ビニル、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−メチルマレイミド、Ｎ−エチルマレイミド、Ｎ−イソプロピルマレイミド、Ｎ−フェニルマレイミド等が挙げられる。その中で好ましいビニル化合物は、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、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）アクリレートである。ここでのビニル化合物から重合される重合体とは、上記ビニル化合物を重合して得られる重合体であり、具体的にはポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレート、ポリ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリイソブチルメタクリレート、ポリメチル（α−エチル）アクリレート、ポリエチル（α−エチル）アクリレート、ポリプロピル（α−エチル）アクリレート、ポリブチル（α−エチル）アクリレート、ポリ（２−エチルヘキシルメタクリレート）、ポリイソデシルメタクリレート、ポリ（ｎ−ラウリルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシブチルメタクリレート）、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート、ポリジエチルアミノエチルメタクリレート、ポリメタクリル酸、ポリグリシジルメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリフマル酸、ポリフマル酸ジメチル、ポリフマル酸ジエチル、ポリフマル酸ジプロピル、ポリマレイン酸、ポリマレイン酸ジメチル、ポリマレイン酸ジエチル、ポリマレイン酸ジプロピル、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ（α−メチルスチレン）、ポリ（Ｎ−メチルマレイミド）、ポリ（Ｎ−エチルマレイミド）、ポリ（Ｎ−イソプロピルマレイミド）、ポリ（Ｎ−フェニルマレイミド）等が挙げられる。この中で、好ましい重合体としてポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレート、ポリ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリイソブチルメタクリレート、ポリメチル（α−エチル）アクリレート、ポリエチル（α−エチル）アクリレート、ポリプロピル（α−エチル）アクリレート、ポリブチル（α−エチル）アクリレートが研磨パッドの硬度を高くでき、平坦化特性を良好にできる。ここでのビニル化合物から重合される重合体の含有率が３０重量％以上９０重量％以下であることが好ましい。含有率が３０重量％に満たない場合は、研磨パッドの硬度が低くなるので好ましくない。含有率が９０重量％を越える場合は、パッドの有している弾力性が損なわれるので好ましくない。この様な研磨層の作製方法として、好ましい方法は、攪拌機で攪拌ができる混合容器の中にあらかじめビニル化合物から重合される重合体の粉末を所定量入れておき、ポリイソシアネートとポリオールと発泡剤との所定組成比で注入して、よく混合した後、金型の中に注入して硬化させる方法である。ここでの研磨層の硬度と気泡径と発泡倍率によって、ポリイソシアネートとポリオールおよび触媒、整泡剤、発泡剤の組み合わせや最適量を決める必要がある。発泡ポリウレタンシートとしては、前述のポリウレタンを発泡させたものが好ましく使用される。
【００２２】
ここでの研磨パッドには、砥粒が含有されている場合もあり得る。砥粒としては、シリカ系研磨剤、酸化アルミニウム系研磨剤、酸化セリウム系研磨剤等が挙げられる。
【００２３】
本発明で得られた研磨パッドは、クッション性を有するクッションシートと積層して複合研磨パッドとして使用することも可能である。半導体基板は局所的な凹凸とは別にもう少し大きなうねりが存在しており、このうねりを吸収する層として硬い研磨パッドの下（研磨定盤側）にクッションシートをおいて研磨する場合が多い。
【００２４】
本発明の研磨パッドを用いて、スラリーとしてシリカ系スラリー、酸化アルミニウム系スラリー、酸化セリウム系スラリー等を用いて半導体ウェハ上での絶縁膜の凹凸や金属配線の凹凸を局所的に平坦化することができたり、グローバル段差を小さくしたり、ディッシングを抑えたりできる。スラリーの具体例として、キャボットマイクロエレクトロニクス社製のＣＭＰ用ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰＥＲＥＳＥ ＳＣ−１、ＣＭＰ用ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰＥＲＳＥ ＳＣ−１１２、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ ＡＭ１００、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ ＡＭ１００Ｃ、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ １２、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ ２５、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ Ｗ２０００、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ Ｗ−Ａ４００等を挙げることができるが、これらに限られるわけではない。
【００２５】
本発明の研磨パッドの対象は、半導体ウェハの上に形成された絶縁層または金属配線の表面であるが、絶縁層としては、金属配線の層間絶縁膜や金属配線の下層絶縁膜や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を挙げることができ、金属配線としては、アルミ、タングステン、銅等であり、構造的にダマシン、デュアルダマシン、プラグなどがある。銅を金属配線とした場合には、窒化珪素等のバリアメタルも研磨対象となる。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が用いられる様になる。低誘電率絶縁膜は、酸化シリコンに比べて柔らかく、脆い性質があるが、本発明研磨パッドでは、スクラッチが比較的に入れにくい状態で研磨が可能である。半導体ウェハ以外に磁気ヘッド、ハードディスク、サファイヤ等の研磨に用いることもできる。
【００２６】
本発明の研磨パッドの表面形状は、ハイドロプレーン現象を抑える為に、溝切り形状、ディンプル形状、スパイラル形状、同心円形状等、通常の研磨パッドがとり得る形状にして使用される。研磨パッドは、ディスク状で使用されるが、研磨機によっては、ベルト状として用いることも可能である。
【００２７】
本発明の研磨パッドを研磨機の研磨定盤（プラテン）に固着させる。ウェハーはウェハー保持試料台（キャリアー）に真空チャック方式により固定される。研磨定盤を回転させ、同方向でウェハー保持試料台を回転させて、研磨パッドに押しつける。この時に、研磨パッドと半導体ウェハの間にスラリーが入り込む様な位置からスラリーを供給する。スラリーの供給量は、研磨パッドの１ｃｍ２ あたり０．００５〜０．１５（ｃｃ／分）が最適な範囲である。スラリーの供給量が０．００５（ｃｃ／分）を下回る場合は、スラリーの潤滑効果が十分得られない為、半導体ウェハ表面にスクラッチが発生したり、半導体ウェハが研磨パッド上で円滑に回転が起きにくいので面内均一性が損なわれるので好ましくない。スラリーの供給量が０．１５（ｃｃ／分）を越える場合は、半導体ウェハと研磨パッド表面との間にスラリーの液膜が生じやすくなり、平坦化特性が悪くなるので好ましくない。研磨定盤の回転速度は半導体ウェハの中心位置での研磨定盤の線速度が２０００〜５０００（ｃｍ／分）の範囲にあることが好ましい。研磨定盤の線速度が２０００（ｃｍ／分）を下回る場合は、平坦化速度が遅くなるので好ましくない。研磨定盤の線速度が５０００（ｃｍ／分）を越える場合はスクラッチが発生しやすいので好ましくない。押し付け圧は、ウェーハ保持試料台に加える力を制御することによりおこなう。押し付圧として低圧することによって高いグローバル平坦性が得られることから、０．０１〜０．０４ＭＰａが好ましい。しかしながら、研磨機によっては、高速・低圧定盤方式も開発されており、上記研磨条件以外でも使用できないわけではない。
【００２８】
本発明の研磨パッドは、研磨の前に表面をダイヤモンド砥粒を電着で取り付けたコンディショナーでドレッシングすることが通常をおこなわれる。ドレッシングの仕方として、研磨前におこなうバッチドレッシングと研磨と同時におこなうインサイチュウドレッシングのどちらでおこなうことも可能である。
【００２９】
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において、研磨特性が安定するまでに必要な予備研磨時間が短時間である研磨パッドを提供することにある。
【００３０】
【実施例】
１．動的引張貯蔵弾性率：株式会社 ユービーエム（所在地：京都府向日市上植野町上川原７−１タミアキビル２Ｆ）の動的粘弾性測定装置”Ｒｈｅｏｇｅｌ
Ｅ−４０００”で測定した。
【００３１】
動的粘弾性測定装置”Ｒｈｅｏｇｅｌ Ｅ−４０００”の構成は下記のとおりである。
【００３２】
１．１本体機構部
（１）加振器：電磁透導されるムービングコイルの外側、内側に円柱状の強力な磁石を数多く取り付け、効率良く加振出来るようになっているコンパクトな電動型加振器である。
【００３３】
（２）動力計：水晶圧電素子のピエゾ効果を利用したセンサーである。測定範囲が広く、剛性が大きく測定応力に対してほとんどセンサー自身が歪まない。この為一般のロードセルの様にセンサー自身の歪が大きいと起こる位相のずれや高弾性時の試料の歪測定の誤差が小さくなっている。
【００３４】
（３）変位計：渦電流式の非接触変位計である。０．１μｍ以下の分解能がある。
【００３５】
１．２制御計測部
パソコンとの通信、本体機構部の駆動制御等をおこなう。
【００３６】
１．３コンピューターシステム（パソコン、ＣＲＴ、プリンター）
読み込まれたデータの計算・記録及び制御信号の発生・データ処理をおこなう。データは市販の表計算・グラフィックスソフトを利用することができる。
【００３７】
１．４測定冶具
引張用冶具を使用した。
【００３８】
２．ダスト・スクラッチ評価用テストウェハ：酸化膜付き４インチシリコンウェハ（酸化膜厚：１μｍ）を使用した。
【００３９】
３．グローバル段差評価用テストウェハ：酸化膜付き４インチシリコンウェハ（酸化膜厚：２μｍ）に１０ｍｍ角のダイを配置する。フォトレジストを使用してマスク露光をおこない、ＲＩＥによって１０ｍｍ角のダイの中に２０μｍ幅、高さ０．７μｍのラインと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２０μ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。この様にしてグローバル段差評価用テストウェハを用意した。
【００４０】
４．研磨パッドと研磨機：厚み１．２ｍｍ、直径３８ｃｍの円形の研磨層を作製し、表面に幅２．０ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ１５ｍｍのいわゆるＸ−Ｙグルーブ加工（格子状溝加工）を施した。この研磨パッドを研磨機（ラップマスターＳＦＴ社製、Ｌ／Ｍ―１５Ｅ）の定盤にクッッション層として、ロデール社製“Ｓｕｂａ４００”を貼り、その上に両面接着テープ（３Ｍ社製、“４４２Ｊ”）で貼り付けた。旭ダイヤモンド工業（株）のコンディショナー（“ＣＭＰ−Ｍ”、直径１４．２ｃｍ）を用い、押しつけ圧力０．０４ＭＰａ、定盤回転数２５ｒｐｍ、コンディショナー回転数２５ｒｐｍで同方向に回転させ、純水を１０ｃｃ／分で供給しながら５分間研磨パッドのコンディショニングを行った。研磨機に純水を１００ｃｃ／分流しながら研磨パッド上を２分間洗浄し次に、グローバル段差評価用テストウェハを研磨機に設置し、説明書記載使用濃度のキャボット社製スラリー（“ＳＣ−１”）を所定供給量で研磨パッド上に供給しながら、押しつけ圧力は０．０１ＭＰａ〜０．０４ＭＰａの所定の圧力にし、定盤回転数４５ｒｐｍ（ウェハの中心での線速度は３０００（ｃｍ／分））、半導体ウェハ保持試料台を回転数４５ｒｐｍで同方向に回転させ、所定時間研磨を実施した。半導体ウェハ表面を乾かさないようにし、すぐさま純水をかけながら、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。グローバル段差評価用テストウェハのセンタ１０ｍｍダイ中の２０μｍラインと２３０μラインの酸化膜厚みを大日本スクリーン社製ラムダエース（“ＶＭ−２０００”）を用いて測定し、それぞれの厚みの差をグローバル段差として評価した。
【００４１】
また、上記と同じコンジショニングを行い、ダスト・スクラッチ評価用テストウェハを研磨機に設置し、説明書記載使用濃度のキャボット社製スラリー（“ＳＣ−１”）を所定供給量で研磨パッド上に供給しながら、押しつけ圧力は０．０１ＭＰａ〜０．０４ＭＰａの所定の圧力にし、定盤回転数４５ｒｐｍ（ウェハの中心での線速度は３０００（ｃｍ／分））、半導体ウェハ保持試料台を回転数４５ｒｐｍで同方向に回転させ、所定時間研磨を実施した。半導体ウェハ表面を乾かさないようにし、すぐさま純水をかけながら、ポリビニルアルコールスポンジでウェハ表面を洗浄し、自然状態に放置して乾燥をおこない、トップコン社製ゴミ検査装置ＷＭ−３で０．５μｍ以上のダストを検査し、その後マイクロスコープでスクラッチを検査した。
【００４２】
実施例１
ポリプロピレングリコール１００重量部とジフェニルメタンジイソシアネート８０重量部と水０．６重量部とアミン系触媒１．４重量部とシリコン整泡剤１．０重量部をＲＩＭ成形機で混合して、予めＰＭＭＡ粉末１８０重量部を入れている混合容器に入れて良く攪拌した後、素早く金型に注入して加圧成型をおこない厚み４．２ｍｍの発泡シートを作製した。（密度：０．８１（ｇ／ｃｍ３）、独立気泡平均径：３９μｍ、吸水率４％）を作製した。得られた発泡シートを両面研削して厚みが１．２ｍｍの研磨パッドを作製した。周波数１０Ｈｚの乾燥状態の研磨層の引張貯蔵弾性率は４１２ＭＰａであり、水浸漬後の４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率は３２０ＭＰａで、２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率は３１８ＭＰａで１．０１倍で安定していた。クッション層“Ｓｕｂａ４００”を該研磨パッドと貼り合わせして複合研磨パッドを作製した。グローバル段差評価用テストウェハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、スラリー“ＳＣ−１”を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ２面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨時間４分で研磨を実施した。研磨開始直後のグローバル段差評価用テストウェハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差は０．４μｍであった。研磨開始４時間後のグローバル段差は０．２μｍであり、その後研磨時間８時間後もグローバル段差は０．２μｍであり安定して研磨ができる様になった。研磨開始４時間後にダスト・スクラッチ評価用テストウェハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、スラリー“ＳＣ−１”を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ２面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。ダスト数は６個とスクラッチは０個と少なかった。
【００４３】
実施例２
ポリプロピレングリコール１００重量部とエチレングリコール８重量部とジフェニルメタンジイソシアネート９５重量部と水０．３重量部とアミン系触媒１．０重量部とシリコン整泡剤１．０重量部をＲＩＭ成形機で混合して、予めポリメタクリル酸粉末３００重量部を入れている混合容器に入れて良く攪拌した後、素早く金型に注入して加圧成型をおこない厚み４．０ｍｍの発泡シート（密度：０．７５、独立気泡平均径：４０μｍ、吸水率８％）を作製した。周波数１０Ｈｚの乾燥状態の研磨層の引張貯蔵弾性率は６５０ＭＰａであり、水浸漬後の４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率は４２０ＭＰａで、２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率は４１０ＭＰａで１．０２倍で安定していた。クッション層“Ｓｕｂａ４００”を該研磨パッドと貼り合わせして複合研磨パッドを作製した。グローバル段差評価用テストウェハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、スラリー“ＳＣ−１”を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ２面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨時間４分で研磨を実施した。研磨開始直後のグローバル段差評価用テストウェハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差は０．４５μｍであった。研磨開始５時間後のグローバル段差は０．２μｍであり、その後研磨時間１０時間後もグローバル段差は０．２μｍであり安定して研磨ができる様になった。研磨開始５時間後にダスト・スクラッチ評価用テストウェハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、スラリー“ＳＣ−１”を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ２面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。ダスト数は５個とスクラッチは０個と少なかった。
【００４４】
比較例１
ポリエーテル系ウレタンポリマ（ユニローヤル社製アジプレンＬ−３２５）７８重量部と４、４’−メチレン−ビス２−クロロアニリン２０重量部をＲＩＭ成形機で混合しさらに中空高分子微小球体（エクスパセル５５１ ＤＥ）１．８重量部を混合して金型に吐出して加圧成型をおこない厚み２．２ｍｍの発泡ポリウレタンシート（密度＝０．７５（ｇ／ｃｍ３）、独立気泡平均径＝３０μｍ、吸水率４％）を作製した。周波数１０Ｈｚの乾燥状態の研磨層の引張貯蔵弾性率は３９０ＭＰａであり、水浸漬後の４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率は３３０ＭＰａで、２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率は２８１ＭＰａで１．１７倍で安定性が悪かった。クッション層“Ｓｕｂａ４００”を該研磨パッドと貼り合わせして複合研磨パッドを作製した。グローバル段差評価用テストウェハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、スラリー“ＳＣ−１”を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ２面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨時間４分で研磨を実施した。研磨開始直後のグローバル段差評価用テストウェハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差は０．４μｍであった。研磨開始１０時間後のグローバル段差は０．３μｍであり、その後研磨時間１５時間後もグローバル段差は０．２５μｍであり、研磨時間２４時間後に漸くグローバル段差は０．２μｍで安定して研磨ができる様になった。研磨開始１０時間後にダスト・スクラッチ評価用テストウェハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、スラリー“ＳＣ−１”を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ２面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。ダスト数は３０個とスクラッチは５個と多かった。
【００４５】
【発明の効果】
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において、研磨特性が安定するまでに必要な予備研磨時間が短時間である研磨パッドを提供できた。
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨用パッドに関するものであり、さらに、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で使用される研磨パッドに関する。
【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への適用に向けて進歩している。さらに、この高密度化に伴い、半導体各素子や配線などの構成要素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することによって生ずる半導体ウェハ主面の凹凸が問題となっている。
【０００３】
このため、積層することによって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、化学機械研磨技術を用いた半導体ウェハの平坦化が検討されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
一般に化学機械研磨装置は、被処理物である半導体ウェハを保持する研磨ヘッド、被処理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、半導体ウェハの研磨処理は研磨剤と薬液からなるスラリーを用いて、半導体ウェハと研磨パッドを相対運動させることにより、半導体ウェハ表面の層の突出した部分が除去されてウェハ表面の層を滑らかにするものである。半導体ウェハと研磨パッドの相対速度及び荷重にほぼ比例している。そのため、半導体ウェハの各部分を均一に研磨加工するためには、半導体ウェハにかかる荷重を均一にする必要がある。
【０００５】
半導体ウェハの主面に形成された絶縁層等を研磨加工する場合、現在使用されている高硬度発泡ポリウレタンパッド、研磨特性が安定するまで、スラリーを供給しながらの長時間予備研磨をする必要があるという問題点があった。
【０００６】
【非特許文献１】
日経マイクロデバイス、１９９４年７月号、第５０〜５７頁
【０００７】
【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において、研磨特性が安定するまでに必要な予備研磨時間が短時間である研磨パッドを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための手段として、本発明は以下の構成からなる。
【０００９】
（１） 含水率が１％以上であり、かつ、水浸漬開始より４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率が２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率の１．０５倍以下である経時特性安定性を有することを特徴とする研磨パッド。
【００１０】
（２） 乾燥状態での研磨層の引張貯蔵弾性率が１００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下であることを特徴とする前記（１）記載の研磨パッド。
【００１１】
（３） 独立気泡を有することを特徴とする前記（１）または（２）記載の研磨パッド。
【００１２】
（４） 密度が０．６〜０．９５の範囲であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の研磨パッド。
【００１３】
（５） ポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を含有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の研磨パッド。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
本発明の研磨パッドに用いる研磨層は、水浸漬開始より４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率が２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率の１．０５倍以下である経時特性安定性を有する必要がある。水浸漬時の研磨層の引張貯蔵弾性率は、研磨層を幅３ｍｍ×厚さ１．２５ｍｍ×長さ２８ｍｍの試料にして、水に浸漬しながら静的応力を加えた後、動電型加振器によって周波数１０Ｈｚで振幅が±２．５μｍの正弦波歪を加え、その時に発生する応力レスポンスを測定し、動的応力波形及び動的歪波形から線形粘弾性理論に基づく演算式により求まる研磨層の引張貯蔵弾性率である。水浸漬時の研磨層の引張貯蔵弾性率は、水浸漬開始時から、経時的に低下していく傾向がある。本発明者らは、シリコン基板の上に形成された絶縁膜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において、研磨特性が安定するまでに必要な予備研磨時間が研磨層が水に浸漬してから研磨層の引張貯蔵弾性率が安定するまでの時間に関係があることを見出し、水浸漬開始より４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率が２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率の１．０５倍以下である経時特性安定性を有する研磨パッドは、実用的に非常に短時間の予備研磨で研磨が安定すること見出した。
【００１６】
本発明の研磨パッドに用いる研磨層は含水率が１％以上である必要がある。含水率が１％を下回ると被研磨面にスクラッチが多発して、良好な研磨が出来ないので好ましくない。
【００１７】
本発明の研磨パッドに用いる研磨層の乾燥状態の研磨層の引張貯蔵弾性率は１００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下が好ましい。乾燥状態の研磨層の引張貯蔵弾性率が１００ＭＰａを下回ると平坦化特性が不良となるので好ましくない。また、乾燥状態の研磨層の引張貯蔵弾性率が１０００ＭＰａを越えるとスクラッチが多く発生しやすいので、好ましくない。
【００１８】
本発明の研磨パッドに用いる研磨層としては独立気泡を有していることが安定した研磨ができるので好ましい。この独立気泡径は、平均気泡径で２００μｍ以下であることが半導体基板の局所的凹凸の平坦性が良好であることから好ましい。独立気泡径のさらに好ましい平均気泡径は１００μｍ以下、さらに好ましい平均気泡径は５０μｍ以下である。
【００１９】
本発明の研磨パッドに用いる研磨層は、その密度が０．６〜０．９５（ｇ／ｃｍ３）の範囲にあることが好ましい。密度が０．６（ｇ／ｃｍ３）に満たない場合、局所的な凹凸の平坦性が不良となり、グローバル段差が大きくなるので好ましくない。密度が０．９５（ｇ／ｃｍ３）を越える場合は、スクラッチが発生しやすくなるので好ましくない。さらに好ましい密度は、０．６５〜０．９（ｇ／ｃｍ３）の範囲である。また、さらに好ましい密度は０．７〜０．８５（ｇ／ｃｍ３）の範囲である。
【００２０】
本発明の研磨パッドに用いる研磨層の具体例として、マイクロゴムＡ硬度が８０度以上で、ポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を含有してかつ独立気泡を有する研磨層を挙げることができる。このポリウレタンとは、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象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、トリジ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わけではない。ポリヒドロキシ基含有化合物としてポリオールが代表的であるが、ポリオールとしてポリエーテルポリオール、ポリプロピレングリコール、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。この中で、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、ポリオールとして、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールとの組み合わせで得られるポリウレタンが成形性に優れ、汎用的に使用されているので好ましい。
【００２１】
このビニル化合物とは、炭素炭素二重結合のビニル基を有する化合物である。具体的にはメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、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−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、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、メタクリル酸、グリシジルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、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、アクリロニトリル、アクリルアミド、塩化ビニル、スチレン、α−メチルスチレン、Ｎ−メチルマレイミド、Ｎ−エチルマレイミド、Ｎ−イソプロピルマレイミド、Ｎ−フェニルマレイミド等が挙げられる。その中で好ましいビニル化合物は、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、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）アクリレートである。ここでのビニル化合物から重合される重合体とは、上記ビニル化合物を重合して得られる重合体であり、具体的にはポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレート、ポリ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリイソブチルメタクリレート、ポリメチル（α−エチル）アクリレート、ポリエチル（α−エチル）アクリレート、ポリプロピル（α−エチル）アクリレート、ポリブチル（α−エチル）アクリレート、ポリ（２−エチルヘキシルメタクリレート）、ポリイソデシルメタクリレート、ポリ（ｎ−ラウリルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシブチルメタクリレート）、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート、ポリジエチルアミノエチルメタクリレート、ポリメタクリル酸、ポリグリシジルメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリフマル酸、ポリフマル酸ジメチル、ポリフマル酸ジエチル、ポリフマル酸ジプロピル、ポリマレイン酸、ポリマレイン酸ジメチル、ポリマレイン酸ジエチル、ポリマレイン酸ジプロピル、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ（α−メチルスチレン）、ポリ（Ｎ−メチルマレイミド）、ポリ（Ｎ−エチルマレイミド）、ポリ（Ｎ−イソプロピルマレイミド）、ポリ（Ｎ−フェニルマレイミド）等が挙げられる。この中で、好ましい重合体としてポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレート、ポリ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリイソブチルメタクリレート、ポリメチル（α−エチル）アクリレート、ポリエチル（α−エチル）アクリレート、ポリプロピル（α−エチル）アクリレート、ポリブチル（α−エチル）アクリレートが研磨パッドの硬度を高くでき、平坦化特性を良好にできる。ここでのビニル化合物から重合される重合体の含有率が３０重量％以上９０重量％以下であることが好ましい。含有率が３０重量％に満たない場合は、研磨パッドの硬度が低くなるので好ましくない。含有率が９０重量％を越える場合は、パッドの有している弾力性が損なわれるので好ましくない。この様な研磨層の作製方法として、好ましい方法は、攪拌機で攪拌ができる混合容器の中にあらかじめビニル化合物から重合される重合体の粉末を所定量入れておき、ポリイソシアネートとポリオールと発泡剤との所定組成比で注入して、よく混合した後、金型の中に注入して硬化させる方法である。ここでの研磨層の硬度と気泡径と発泡倍率によって、ポリイソシアネートとポリオールおよび触媒、整泡剤、発泡剤の組み合わせや最適量を決める必要がある。発泡ポリウレタンシートとしては、前述のポリウレタンを発泡させたものが好ましく使用される。
【００２２】
ここでの研磨パッドには、砥粒が含有されている場合もあり得る。砥粒としては、シリカ系研磨剤、酸化アルミニウム系研磨剤、酸化セリウム系研磨剤等が挙げられる。
【００２３】
本発明で得られた研磨パッドは、クッション性を有するクッションシートと積層して複合研磨パッドとして使用することも可能である。半導体基板は局所的な凹凸とは別にもう少し大きなうねりが存在しており、このうねりを吸収する層として硬い研磨パッドの下（研磨定盤側）にクッションシートをおいて研磨する場合が多い。
【００２４】
本発明の研磨パッドを用いて、スラリーとしてシリカ系スラリー、酸化アルミニウム系スラリー、酸化セリウム系スラリー等を用いて半導体ウェハ上での絶縁膜の凹凸や金属配線の凹凸を局所的に平坦化することができたり、グローバル段差を小さくしたり、ディッシングを抑えたりできる。スラリーの具体例として、キャボットマイクロエレクトロニクス社製のＣＭＰ用ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰＥＲＥＳＥ ＳＣ−１、ＣＭＰ用ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰＥＲＳＥ ＳＣ−１１２、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ ＡＭ１００、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ ＡＭ１００Ｃ、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ １２、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ ２５、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ Ｗ２０００、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ Ｗ−Ａ４００等を挙げることができるが、これらに限られるわけではない。
【００２５】
本発明の研磨パッドの対象は、半導体ウェハの上に形成された絶縁層または金属配線の表面であるが、絶縁層としては、金属配線の層間絶縁膜や金属配線の下層絶縁膜や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を挙げることができ、金属配線としては、アルミ、タングステン、銅等であり、構造的にダマシン、デュアルダマシン、プラグなどがある。銅を金属配線とした場合には、窒化珪素等のバリアメタルも研磨対象となる。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が用いられる様になる。低誘電率絶縁膜は、酸化シリコンに比べて柔らかく、脆い性質があるが、本発明研磨パッドでは、スクラッチが比較的に入れにくい状態で研磨が可能である。半導体ウェハ以外に磁気ヘッド、ハードディスク、サファイヤ等の研磨に用いることもできる。
【００２６】
本発明の研磨パッドの表面形状は、ハイドロプレーン現象を抑える為に、溝切り形状、ディンプル形状、スパイラル形状、同心円形状等、通常の研磨パッドがとり得る形状にして使用される。研磨パッドは、ディスク状で使用されるが、研磨機によっては、ベルト状として用いることも可能である。
【００２７】
本発明の研磨パッドを研磨機の研磨定盤（プラテン）に固着させる。ウェハーはウェハー保持試料台（キャリアー）に真空チャック方式により固定される。研磨定盤を回転させ、同方向でウェハー保持試料台を回転させて、研磨パッドに押しつける。この時に、研磨パッドと半導体ウェハの間にスラリーが入り込む様な位置からスラリーを供給する。スラリーの供給量は、研磨パッドの１ｃｍ２ あたり０．００５〜０．１５（ｃｃ／分）が最適な範囲である。スラリーの供給量が０．００５（ｃｃ／分）を下回る場合は、スラリーの潤滑効果が十分得られない為、半導体ウェハ表面にスクラッチが発生したり、半導体ウェハが研磨パッド上で円滑に回転が起きにくいので面内均一性が損なわれるので好ましくない。スラリーの供給量が０．１５（ｃｃ／分）を越える場合は、半導体ウェハと研磨パッド表面との間にスラリーの液膜が生じやすくなり、平坦化特性が悪くなるので好ましくない。研磨定盤の回転速度は半導体ウェハの中心位置での研磨定盤の線速度が２０００〜５０００（ｃｍ／分）の範囲にあることが好ましい。研磨定盤の線速度が２０００（ｃｍ／分）を下回る場合は、平坦化速度が遅くなるので好ましくない。研磨定盤の線速度が５０００（ｃｍ／分）を越える場合はスクラッチが発生しやすいので好ましくない。押し付け圧は、ウェーハ保持試料台に加える力を制御することによりおこなう。押し付圧として低圧することによって高いグローバル平坦性が得られることから、０．０１〜０．０４ＭＰａが好ましい。しかしながら、研磨機によっては、高速・低圧定盤方式も開発されており、上記研磨条件以外でも使用できないわけではない。
【００２８】
本発明の研磨パッドは、研磨の前に表面をダイヤモンド砥粒を電着で取り付けたコンディショナーでドレッシングすることが通常をおこなわれる。ドレッシングの仕方として、研磨前におこなうバッチドレッシングと研磨と同時におこなうインサイチュウドレッシングのどちらでおこなうことも可能である。
【００２９】
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において、研磨特性が安定するまでに必要な予備研磨時間が短時間である研磨パッドを提供することにある。
【００３０】
【実施例】
１．動的引張貯蔵弾性率：株式会社 ユービーエム（所在地：京都府向日市上植野町上川原７−１タミアキビル２Ｆ）の動的粘弾性測定装置”Ｒｈｅｏｇｅｌ
Ｅ−４０００”で測定した。
【００３１】
動的粘弾性測定装置”Ｒｈｅｏｇｅｌ Ｅ−４０００”の構成は下記のとおりである。
【００３２】
１．１本体機構部
（１）加振器：電磁透導されるムービングコイルの外側、内側に円柱状の強力な磁石を数多く取り付け、効率良く加振出来るようになっているコンパクトな電動型加振器である。
【００３３】
（２）動力計：水晶圧電素子のピエゾ効果を利用したセンサーである。測定範囲が広く、剛性が大きく測定応力に対してほとんどセンサー自身が歪まない。この為一般のロードセルの様にセンサー自身の歪が大きいと起こる位相のずれや高弾性時の試料の歪測定の誤差が小さくなっている。
【００３４】
（３）変位計：渦電流式の非接触変位計である。０．１μｍ以下の分解能がある。
【００３５】
１．２制御計測部
パソコンとの通信、本体機構部の駆動制御等をおこなう。
【００３６】
１．３コンピューターシステム（パソコン、ＣＲＴ、プリンター）
読み込まれたデータの計算・記録及び制御信号の発生・データ処理をおこなう。データは市販の表計算・グラフィックスソフトを利用することができる。
【００３７】
１．４測定冶具
引張用冶具を使用した。
【００３８】
２．ダスト・スクラッチ評価用テストウェハ：酸化膜付き４インチシリコンウェハ（酸化膜厚：１μｍ）を使用した。
【００３９】
３．グローバル段差評価用テストウェハ：酸化膜付き４インチシリコンウェハ（酸化膜厚：２μｍ）に１０ｍｍ角のダイを配置する。フォトレジストを使用してマスク露光をおこない、ＲＩＥによって１０ｍｍ角のダイの中に２０μｍ幅、高さ０．７μｍのラインと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２０μ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。この様にしてグローバル段差評価用テストウェハを用意した。
【００４０】
４．研磨パッドと研磨機：厚み１．２ｍｍ、直径３８ｃｍの円形の研磨層を作製し、表面に幅２．０ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ１５ｍｍのいわゆるＸ−Ｙグルーブ加工（格子状溝加工）を施した。この研磨パッドを研磨機（ラップマスターＳＦＴ社製、Ｌ／Ｍ―１５Ｅ）の定盤にクッッション層として、ロデール社製“Ｓｕｂａ４００”を貼り、その上に両面接着テープ（３Ｍ社製、“４４２Ｊ”）で貼り付けた。旭ダイヤモンド工業（株）のコンディショナー（“ＣＭＰ−Ｍ”、直径１４．２ｃｍ）を用い、押しつけ圧力０．０４ＭＰａ、定盤回転数２５ｒｐｍ、コンディショナー回転数２５ｒｐｍで同方向に回転させ、純水を１０ｃｃ／分で供給しながら５分間研磨パッドのコンディショニングを行った。研磨機に純水を１００ｃｃ／分流しながら研磨パッド上を２分間洗浄し次に、グローバル段差評価用テストウェハを研磨機に設置し、説明書記載使用濃度のキャボット社製スラリー（“ＳＣ−１”）を所定供給量で研磨パッド上に供給しながら、押しつけ圧力は０．０１ＭＰａ〜０．０４ＭＰａの所定の圧力にし、定盤回転数４５ｒｐｍ（ウェハの中心での線速度は３０００（ｃｍ／分））、半導体ウェハ保持試料台を回転数４５ｒｐｍで同方向に回転させ、所定時間研磨を実施した。半導体ウェハ表面を乾かさないようにし、すぐさま純水をかけながら、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。グローバル段差評価用テストウェハのセンタ１０ｍｍダイ中の２０μｍラインと２３０μラインの酸化膜厚みを大日本スクリーン社製ラムダエース（“ＶＭ−２０００”）を用いて測定し、それぞれの厚みの差をグローバル段差として評価した。
【００４１】
また、上記と同じコンジショニングを行い、ダスト・スクラッチ評価用テストウェハを研磨機に設置し、説明書記載使用濃度のキャボット社製スラリー（“ＳＣ−１”）を所定供給量で研磨パッド上に供給しながら、押しつけ圧力は０．０１ＭＰａ〜０．０４ＭＰａの所定の圧力にし、定盤回転数４５ｒｐｍ（ウェハの中心での線速度は３０００（ｃｍ／分））、半導体ウェハ保持試料台を回転数４５ｒｐｍで同方向に回転させ、所定時間研磨を実施した。半導体ウェハ表面を乾かさないようにし、すぐさま純水をかけながら、ポリビニルアルコールスポンジでウェハ表面を洗浄し、自然状態に放置して乾燥をおこない、トップコン社製ゴミ検査装置ＷＭ−３で０．５μｍ以上のダストを検査し、その後マイクロスコープでスクラッチを検査した。
【００４２】
実施例１
ポリプロピレングリコール１００重量部とジフェニルメタンジイソシアネート８０重量部と水０．６重量部とアミン系触媒１．４重量部とシリコン整泡剤１．０重量部をＲＩＭ成形機で混合して、予めＰＭＭＡ粉末１８０重量部を入れている混合容器に入れて良く攪拌した後、素早く金型に注入して加圧成型をおこない厚み４．２ｍｍの発泡シートを作製した。（密度：０．８１（ｇ／ｃｍ３）、独立気泡平均径：３９μｍ、吸水率４％）を作製した。得られた発泡シートを両面研削して厚みが１．２ｍｍの研磨パッドを作製した。周波数１０Ｈｚの乾燥状態の研磨層の引張貯蔵弾性率は４１２ＭＰａであり、水浸漬後の４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率は３２０ＭＰａで、２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率は３１８ＭＰａで１．０１倍で安定していた。クッション層“Ｓｕｂａ４００”を該研磨パッドと貼り合わせして複合研磨パッドを作製した。グローバル段差評価用テストウェハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、スラリー“ＳＣ−１”を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ２面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨時間４分で研磨を実施した。研磨開始直後のグローバル段差評価用テストウェハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差は０．４μｍであった。研磨開始４時間後のグローバル段差は０．２μｍであり、その後研磨時間８時間後もグローバル段差は０．２μｍであり安定して研磨ができる様になった。研磨開始４時間後にダスト・スクラッチ評価用テストウェハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、スラリー“ＳＣ−１”を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ２面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。ダスト数は６個とスクラッチは０個と少なかった。
【００４３】
実施例２
ポリプロピレングリコール１００重量部とエチレングリコール８重量部とジフェニルメタンジイソシアネート９５重量部と水０．３重量部とアミン系触媒１．０重量部とシリコン整泡剤１．０重量部をＲＩＭ成形機で混合して、予めポリメタクリル酸粉末３００重量部を入れている混合容器に入れて良く攪拌した後、素早く金型に注入して加圧成型をおこない厚み４．０ｍｍの発泡シート（密度：０．７５、独立気泡平均径：４０μｍ、吸水率８％）を作製した。周波数１０Ｈｚの乾燥状態の研磨層の引張貯蔵弾性率は６５０ＭＰａであり、水浸漬後の４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率は４２０ＭＰａで、２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率は４１０ＭＰａで１．０２倍で安定していた。クッション層“Ｓｕｂａ４００”を該研磨パッドと貼り合わせして複合研磨パッドを作製した。グローバル段差評価用テストウェハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、スラリー“ＳＣ−１”を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ２面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨時間４分で研磨を実施した。研磨開始直後のグローバル段差評価用テストウェハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差は０．４５μｍであった。研磨開始５時間後のグローバル段差は０．２μｍであり、その後研磨時間１０時間後もグローバル段差は０．２μｍであり安定して研磨ができる様になった。研磨開始５時間後にダスト・スクラッチ評価用テストウェハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、スラリー“ＳＣ−１”を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ２面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。ダスト数は５個とスクラッチは０個と少なかった。
【００４４】
比較例１
ポリエーテル系ウレタンポリマ（ユニローヤル社製アジプレンＬ−３２５）７８重量部と４、４’−メチレン−ビス２−クロロアニリン２０重量部をＲＩＭ成形機で混合しさらに中空高分子微小球体（エクスパセル５５１ ＤＥ）１．８重量部を混合して金型に吐出して加圧成型をおこない厚み２．２ｍｍの発泡ポリウレタンシート（密度＝０．７５（ｇ／ｃｍ３）、独立気泡平均径＝３０μｍ、吸水率４％）を作製した。周波数１０Ｈｚの乾燥状態の研磨層の引張貯蔵弾性率は３９０ＭＰａであり、水浸漬後の４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率は３３０ＭＰａで、２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率は２８１ＭＰａで１．１７倍で安定性が悪かった。クッション層“Ｓｕｂａ４００”を該研磨パッドと貼り合わせして複合研磨パッドを作製した。グローバル段差評価用テストウェハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、スラリー“ＳＣ−１”を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ２面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨時間４分で研磨を実施した。研磨開始直後のグローバル段差評価用テストウェハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差は０．４μｍであった。研磨開始１０時間後のグローバル段差は０．３μｍであり、その後研磨時間１５時間後もグローバル段差は０．２５μｍであり、研磨時間２４時間後に漸くグローバル段差は０．２μｍで安定して研磨ができる様になった。研磨開始１０時間後にダスト・スクラッチ評価用テストウェハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、スラリー“ＳＣ−１”を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ２面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。ダスト数は３０個とスクラッチは５個と多かった。
【００４５】
【発明の効果】
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において、研磨特性が安定するまでに必要な予備研磨時間が短時間である研磨パッドを提供できた。
Claims (6)
- 含水率が１％以上であり、かつ、水浸漬開始より４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率が２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率の１．０５倍以下である経時特性安定性を有することを特徴とする研磨パッド。
- ドライ状態での研磨層の引張貯蔵弾性率が１００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
- 独立気泡を有することを特徴とする請求項１または２記載の研磨パッド。
- 密度が０．６〜０．９５（ｇ／ｃｍ３）の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の研磨パッド。
- ポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の研磨パッド。
- 被研磨材を研磨スラリーを介在させて研磨パッドに当接し、回転等相対移動させて研磨を行う研磨方法であって、研磨パッドとして、含水率が１％以上であり、かつ、水浸漬開始より４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率が２４時間時の研磨層の引張貯蔵弾性率の１．０５倍以下である経時特性安定性を有するものを用いることを特徴とする研磨方法。
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