JP2004281685A

JP2004281685A - 半導体基板の研磨用パッドおよび半導体基板の研磨方法

Info

Publication number: JP2004281685A
Application number: JP2003070490A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Yoshida; 育弘吉田; Tetsuo Fukada; 哲生深田; Takashi Wataya; 隆渡谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】被研磨面の温度分布を均一にするとともに、被研磨面の状態を良好にして研磨を行なうことができる半導体基板の研磨用パッドおよび半導体基板の研磨方法を提供する。
【解決手段】半導体基板の研磨用パッドは、定盤４の表面に設けられ、連通孔３を含む研磨シート２と、連通孔３を充填するように研磨シート２に設けられ、無機物微粒子６を含むゲル５とを備える。研磨シート２の質量をＭとし、研磨シート２に設けられたゲル５の質量をＮとするとき、研磨シート２およびゲル５の全体に占めるゲル５の割合Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）は、０．５≦Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）≦０．８の関係を満たす。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般的には、半導体基板の研磨用パッドおよび半導体基板の研磨方法に関し、より特定的には、化学的機械研磨法（ＣＭＰ；ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）に使用される半導体基板の研磨用パッドおよび半導体基板の研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体基板の研磨用パッドが、たとえば、特開２０００−１１７６１６号公報（特許文献１）、および特開２００１−７７０６０号公報（特許文献２）に開示されている。
【０００３】
特許文献１によれば、ウエハの表面を研磨する砥石は、砥粒と、これらの砥粒を保持するための物質とから構成されている。砥粒としては、二酸化ケイ素または酸化セリウムなどが使用されており、砥粒を保持するための物質としては、有機樹脂が使用されている。砥石を構成する砥粒と砥粒を保持するための樹脂とは、均一に混合されている。
【０００４】
また、特許文献２に開示されている半導体装置の製造方法によれば、スラリーを回転する研磨パッドに供給しつつ、ウエーハの被研磨面と研磨パッドとを接触させる。スラリーは、砥粒としてのコロイダルシリカを分散させた無機系アルカリ水溶液に、粘度を可変とする添加剤としての水溶性高分子を添加したものである。研磨パッドは、たとえばポリウレタンなどからなる発泡体によって形成されている。その後、さらに研磨パッドに粘度調整剤を供給する。これにより、スラリーに含まれる水溶性高分子がゲル化し、スラリーが滑らかな状態から粘りのある状態に変化する。そして、研磨パッドの表層部は、スラリーがゲル化することによって所定の硬度に硬質化する。これにより、ディッシングおよびスクラッチがウエーハの被研磨面に発生することを抑制できる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１１７６１６号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−７７０６０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されている砥石は、砥石全体に砥粒を含んで構成されている。このため、砥石の硬度が高くなり、砥石が十分な柔軟性を得ることができない。これにより、ウエハの表面のうねりに沿った研磨を行なうことができなかったり、研磨されたウエハの表面に多数のスクラッチが形成されるという問題が発生する。
【０００８】
また、特許文献２に開示されている半導体装置の製造方法では、研磨時の条件によって研磨パッドの表面における温度などが逐次変化する。このため、スラリーをゲル化する反応を再現性良く行なうことができない。これにより、ウエーハの被研磨面に所望の研磨が行なえないという問題が発生する。
【０００９】
また、スラリーのゲル化が十分に行なわれていない場合には、研磨パッドとウエーハの被研磨面とが直接接触することによって、被研磨面にスクラッチが形成されるおそれがある。
【００１０】
また同様の場合、ウエーハの被研磨面に生じる摩擦熱が大きくなるおそれが生じる。ケミカル作用を利用した研磨は、研磨時の温度に大きく依存するという特性を有する。一方、ウエーハの被研磨面に生じる摩擦熱は、ウエーハの周縁からの位置やウエーハの被研磨面に形成された回路パターンの密度によって異なる。このため、摩擦熱が大きい場合、ウエーハの被研磨面内の温度分布がばらつき、被研磨面を均一に研磨できないという問題が発生する。
【００１１】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、被研磨面の温度分布を均一にするとともに、被研磨面の状態を良好にして研磨を行なうことができる半導体基板の研磨用パッドおよび半導体基板の研磨方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った半導体基板の研磨用パッドは、ベース部材の表面に設けられ、空隙を含むシート部材と、空隙を充填するようにシート部材に設けられ、無機物微粒子を含むゲル状部材とを備える。シート部材の質量をＭとし、シート部材に設けられたゲル状部材の質量をＮとするとき、シート部材およびゲル状部材の全体に占めるゲル状部材の割合Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）は、０．５≦Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）≦０．８の関係を満たす。
【００１３】
【発明の実施の形態】
近年、半導体装置の製造プロセスでは、半導体素子の高集積化および高速化を達成するために、配線材料に低抵抗な銅が適用されている。また、絶縁体膜として現在使用されている酸化膜にかえて、低誘電率材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）を適用することが検討されている。
【００１４】
また、半導体装置の製造プロセスでは、ダマシン法と呼ばれる方法によって配線形成が行なわれる。この方法による配線形成では、まずドライエッチングにより、半導体基板上の絶縁体膜に配線パターンとなる溝を形成する。続いて、スパッタリング法または電気メッキ法などにより、その溝を充填するように絶縁体膜上に銅を成膜する。その後、化学的機械研磨法により、絶縁体膜の頂面が露出するまで銅を除去することによって、溝の内部のみに銅を残存させる。これにより、溝の内部に銅からなる配線を形成する。
【００１５】
また、上述の化学的機械研磨法では、被研磨物である銅が成膜された半導体基板を研磨装置のヘッドに吸着することによって固定する。そして、適当な荷重をかけた状態で研磨用パッドと半導体基板とを接触させる。さらに、その接触部分にスラリーと呼ばれる研磨液を供給するとともに、研磨用パッドおよび半導体基板の両者を回転させることによって、半導体基板の表面の研磨を行なう。
【００１６】
スラリーとしては、メカニカル作用を有する砥粒と、銅を溶解または錯体化するケミカル作用を有する成分を含有したものとを用いる。これにより、スクラッチなどの欠陥を抑制しつつ、軟らかく腐食性の高い銅の研磨を行なうことができる。
【００１７】
しかし、半導体基板上の絶縁体膜に低誘電率材料を用いる場合、誘電率の低下とともに絶縁体膜の強度が低下してしまう。このため、化学的機械研磨法によって半導体基板を研磨した場合、絶縁体膜に剥離またはスクラッチなどのダメージが発生しやすいという問題が生じる。発明者等は、このようなダメージが発生する主な原因が、研磨用パッドと半導体基板の表面との摩擦力が大きいためであることを知見した。
【００１８】
研磨用パッドと半導体基板の表面との摩擦力を低減させる方法としては、スラリーに界面活性剤などを添加する方法、またはスラリー中の砥粒含有量を増加させる方法が考えられる。しかし、スラリーに界面活性剤を添加する方法の場合、研磨速度が低下するという問題が発生する。また、スラリー中の砥粒含有量を増加させた場合、砥粒が凝集しやすくなるため、所望の研磨を行なうことができないという問題が発生する。そこで、発明者等は、これらの問題を解決した本発明を完成させるに至った。
【００１９】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、この発明の実施の形態における研磨用パッドを示す斜視図である。図１を参照して、半導体基板の研磨用パッド１では、定盤４に所定の厚みで形成され、研磨面２ａを有する研磨シート２が設けられている。
【００２０】
定盤４は、１ｍほどの直径を有する円盤形状に形成されている。定盤４は、アルミナ（酸化アルミニウム）など熱伝導率が高い材料によって形成されている。より具体的には、定盤４は、１０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する材料で形成されている。より好ましくは、定盤４は、３０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する材料で形成されている。このように高熱伝導率を有する材料で定盤４を形成することによって、研磨時に発生する熱を定盤４を介して効率良く放出することができる。
【００２１】
定盤４の表面には、定盤４と同一の直径で形成された研磨シート２が貼り合わされている。研磨シート２は、定盤４に貼り合わされた面とは反対側に研磨面２ａを有する。研磨用パッド１を用いて半導体基板の研磨を行なう場合、研磨面２ａと半導体基板の被研磨面とが向い合うように位置決めされる。
【００２２】
図２は、図１中の研磨用パッドを拡大した断面図である。図２を参照して、研磨シート２は、発泡ポリウレタンから形成されている。研磨シート２は、多孔質状に形成されており、内部に連通孔３を有する。研磨シート２は、０＜Ｔ≦１ｍｍの関係を満たす厚みＴで形成されている。
【００２３】
研磨シート２は、発泡ポリウレタンのみならず、水に溶解しない各種樹脂によって形成することができる。特に限定するわけではないが、研磨シート２は、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリビニルブチラール、アクリロニトリル−アクリル酸エステル−スチレン（ＡＡＳ）樹脂、アクリロニトリル−エチレン−スチレン（ＡＥＳ）樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、スチレン樹脂、セルロース系樹脂（繊維素誘導体）、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、アセタール樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、エポキシ樹脂から形成されていても良い。
【００２４】
研磨シート２は、これらの樹脂の誘導体または混合物から形成されていても良い。これらの樹脂には、軟化剤または酸化防止剤などの添加物が適宜含まれていても良い。
【００２５】
研磨シート２には、ゲル５が連通孔３を充填するように設けられている。ゲル５は無機物微粒子６を含む。研磨シート２の研磨面２ａは、ゲル５によって構成されている。研磨シート２の質量をＭとし、研磨シート２の連通孔３に充填されたゲル５の質量をＮとした場合、研磨シート２およびゲル５の全体に占めるゲル５の割合Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）は、０．５≦Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）≦０．８の関係を満たす。なお、以下において、研磨シート２およびゲル５の全体に占めるゲル５の割合をゲル５の含有率とも呼ぶ。
【００２６】
ゲル５は、連通孔３を完全に充填していても良いが、連通孔３の一部を充填しているだけであっても良い。つまり、空隙を充填するようにシート部材に設けられたゲル状部材とは、ゲル状部材が空隙を完全に充填する場合のみならず、空隙の一部を充填する場合をも含む。
【００２７】
無機物微粒子６を含むゲル５は、たとえば無機物微粒子６と水との混合物によって構成されている。また、この混合物に、各種ゲル化剤、分散剤、ｐＨ調整剤などを添加しても良い。
【００２８】
無機物微粒子６は、シリカ（二酸化ケイ素）の微粒子から形成されている。無機物微粒子６は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の平均粒径を有する。無機物微粒子６は、アルミナ、酸化セリウムまたは酸化マンガンなどの微粒子から形成されていても良い。また、無機物微粒子６が純組成の無機酸化物である場合のみならず、たとえば主成分である二酸化ケイ素に対してアルミニウムが含まれる場合もある。無機物微粒子６の表面に、所定の材料がコーティングされていても良い。
【００２９】
ゲル５が充填された研磨シート２は、研磨時に半導体基板の被研磨面に十分な圧力を伝達することができ、なおかつ研磨時にかかる摩擦力によって崩れない程度の強度を有していれば良い。半導体基板の研磨は、低圧力下で摩擦力を小さくして行なわれるため、ゲル５が充填された研磨シート２が有する強度は比較的小さくて良い。
【００３０】
図３は、図２中の研磨用パッドの変形例を示す断面図である。図３を参照して、研磨シート２は、繊維状のポリウレタンから形成されている。繊維と繊維との間には空隙７が形成されている。研磨シート２は、０＜Ｔ≦１ｍｍの関係を満たす厚みＴで形成されている。研磨シート２には、無機物微粒子６を含むゲル５が空隙７を充填するように設けられている。ゲル５は、ゲル５の含有率が０．５≦Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）≦０．８の関係を満たすように設けられている。
【００３１】
研磨シート２は、径が小さい繊維によって形成されていることが好ましい。具体的には、繊維径が０．５デシテックス以下である場合が好ましく、０．２デシテックス以下である場合がさらに好ましい。繊維径が小さいことによって、半導体基板の被研磨面にスクラッチが発生しにくくなる。また、空隙７にゲル５を保持しやすくなる。
【００３２】
また、繊維状の研磨シート２を構成する形態としては、定盤４の表面に単繊維を固定した形態（たとえば、繊維をビロード織りした形態）、定盤４の表面に繊維を不織物として固定した形態、または定盤４の表面に繊維を織布として固定した形態などが挙げられる。
【００３３】
研磨シート２を形成する樹脂などが硬い場合、半導体基板の被研磨面にスクラッチが発生する原因となる。しかし、図２および図３に示すように研磨シート２を多孔質状または繊維状に形成することによって、研磨シート２にゲル５を含ませて膨潤させることができる。これにより、研磨シート２は柔らかくなるため、スクラッチの発生を抑制することができる。
【００３４】
この発明の実施の形態に従った半導体基板の研磨用パッド１は、ベース部材としての定盤４の表面に設けられ、空隙としての連通孔３を含むシート部材としての研磨シート２と、連通孔３を充填するように研磨シート２に設けられ、無機物微粒子６を含むゲル状部材としてのゲル５とを備える。研磨シート２の質量をＭとし、研磨シート２に設けられたゲル５の質量をＮとするとき、研磨シート２およびゲル５の全体に占めるゲル５の割合Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）は、０．５≦Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）≦０．８の関係を満たす。
【００３５】
研磨シート２は、多孔質状および繊維状のいずれか一方に形成されている。研磨シート２は、０を超え１ｍｍ以下の厚みＴを有する。無機物微粒子６は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウムおよび酸化マンガンからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む。無機物微粒子６の平均粒径Ｒは、５ｎｍ≦Ｒ≦５０ｎｍの関係を満たす。
【００３６】
図４は、図１中の研磨用パッドを用いた半導体基板の研磨装置を示す斜視図である。図４を参照して、半導体基板の研磨装置には、図１中に示す研磨用パッド１がセッティングされた状態となっている。研磨用パッド１には、図３に示す繊維状の研磨シート２が設けられている。定盤４の他方の端面には回転軸１１が接続されている。回転軸１１は、図示しないモーターに接続されており、モーターを駆動させることによって回転軸１１を介して定盤４および研磨シート２を回転させることができる。
【００３７】
研磨シート２の研磨面２ａ上には、円盤形状の半導体基板１３が設けられている。半導体基板１３の被研磨面１３ａが、研磨シート２の研磨面２ａに向い合っている。研磨面２ａの反対側に位置する半導体基板１３の端面には回転軸１２が接続されている。回転軸１２は、図示しないモーターに接続されており、モーターを駆動させることによって回転軸１２を介して半導体基板１３を回転させることができる。
【００３８】
研磨シート２の研磨面２ａ上には、研磨面２ａから離れた位置に吐出口を有するスラリー供給ノズル１４が設けられている。
【００３９】
続いて、図１中の研磨用パッド１を用いて行なう半導体基板の研磨方法について図３および図４を参照しながら説明する。図４に示す半導体基板の製造装置を完成するために、まず、接着剤などを用いて定盤４の表面に、質量Ｍの研磨シート２を貼り付ける。定盤４に貼り付けられた研磨シート２の空隙７に、無機物微粒子６を含む質量Ｎのゲル５を含浸させる。
【００４０】
このとき、研磨シート２の厚みＴが、０＜Ｔ≦１ｍｍの関係を満たすように、研磨シート２の厚みをドクターブレードによって調節する。また、ゲル５の含有率Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）が、０．５≦Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）≦０．８の関係を満たすように、研磨シート２に含浸させるゲル５の量を調節する。
【００４１】
研磨シート２の空隙７にゲル５を含浸させる方法としては、ゲルの原料となるものを空隙７に注入し、空隙７においてゲル化する方法や、ゲル５を直接空隙７に充填する方法などが挙げられる。ゲルの原料となるものをゲル化するために、無機物微粒子６を互いに連結できる各種の方法が採られる。たとえば、水溶性高分子などを混合し、加熱または冷却することによってゲル化する方法、経時変化による無機物微粒子６同士または混合成分の構造安定化によってゲル化する方法、反応性物質によってゲル化する方法、もしくは各種の塩などの浸入または溶出によってゲル化する方法などが採られる。
【００４２】
また、研磨シート２の空隙７にゲル５を含浸させた後に、純水または各種の成分を含有する水溶液で洗浄を行なっても良い。余剰な薬剤などが残存している場合、研磨シート２を用いて半導体基板を研磨する際に悪影響を与えるおそれがあるからである。なお、ゲル状の原料となるものを直接空隙７に充填した場合には、洗浄によってゲルの一部が除去されるおそれがあるが特に問題はない。
【００４３】
なお、ゲル５を研磨シート２の全面に充填しても良いが、ゲル５を充填しない部分を残しても良い。この場合、半導体基板の研磨時にゲル５を充填していない部分にスラリーが溜り、そのスラリーが研磨シート２と半導体基板１３の被研磨面１３ａとの間に効率良く送りこまれるという効果を期待できる。
【００４４】
図示しないモーターを駆動させることによって、研磨用パッド１および半導体基板１３を所定の方向に回転させるとともに、その状態で半導体基板１３の被研磨面１３ａと研磨シート２の研磨面２ａとを接触させる。一方、スラリー供給ノズル１４から砥粒を含むスラリーを研磨シート２の研磨面２ａに向けて吐出する。研磨用パッド１は回転しているため、スラリーは半導体基板１３の被研磨面１３ａと研磨シート２の研磨面２ａとの接触面に行き渡る。以上の工程によって、半導体基板１３の研磨が行なわれる。
【００４５】
図５は、研磨時における半導体基板と研磨用パッドとの接触部分を拡大した断面図である。
【００４６】
図５を参照して、半導体基板１３の被研磨面１３ａと研磨シート２の研磨面２ａとの間には、スラリーに含まれる砥粒８が点在している。半導体基板１３の研磨時、半導体基板１３の被研磨面１３ａと、ゲル５によって構成された研磨シート２の研磨面２ａとが接触した状態となる。ゲル５は、ゲル状部材であって、研磨面２ａを構成している形状を研磨時においても維持することができるため、その状態のまま半導体基板１３の研磨が進むこととなる。
【００４７】
研磨用パッド１によって半導体基板１３の研磨を所定の期間続けると、研磨シート２に研磨時の生成物などが蓄積し研磨レートが変化する場合がある。このような状態をリフレッシュするために、一度、研磨シート２からゲル５を除去する。そして、ゲル５が除去された研磨シート２に新たなゲル５を含浸させる。これにより、研磨シート２を再び所望の状態に戻して、半導体基板１３の研磨を継続して行なうことができる。
【００４８】
一般的な研磨用パッドでは、ダイヤモンドドレッサーなどで研磨用パッドの研磨面を削ることによって上述のリフレッシュを行なう。この場合、ドレッシングを繰り返すうちに研磨用パッドが薄くなりすぎるため、一定の回数を使った後は研磨用パッドを使用できなくなる。しかし、本実施の形態における研磨用パッド１によれば、研磨シート２に充填されたゲル５を新たなゲル５に置きかえる工程を繰り返すことによって、研磨用パッド１を継続して使用することができる。
【００４９】
この発明の実施の形態に従った半導体基板の研磨方法は、ベース部材としての定盤４の表面に、空隙７を含むシート部材としての研磨シート２を設ける工程と、研磨シート２の質量をＭとし、無機物微粒子６を含むゲル状部材としてのゲル５の質量をＮとするとき、研磨シート２およびゲル５の全体に占めるゲル５の割合Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）が、０．５≦Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）≦０．８の関係を満たすように、研磨シート２にゲル５を含浸させる工程と、ゲル５が含浸された研磨シート２と半導体基板１３の被研磨面１３ａとを接触させる工程と、研磨シート２と被研磨面１３ａとが接触する部分に砥粒８を含むスラリーを供給するとともに、研磨シート２と被研磨面１３ａとを相対的に移動させる工程とを備える。
【００５０】
半導体基板の研磨方法は、所定の期間、研磨シート２と被研磨面１３ａとを相対的に移動させた後、研磨シート２からゲル５を除去する工程と、上述の関係を満たすように、ゲル５が除去された研磨シート２にゲル５を再び含浸させる工程とをさらに備える。
【００５１】
このように構成された半導体基板の研磨用パッド１および半導体基板の研磨方法によれば、半導体基板１３の被研磨面１３ａに接触する研磨シート２の研磨面２ａはゲル５によって構成されている。このとき、ゲル５の含有率が０．５より小さい場合、ゲル５の割合が小さいため、ゲル５によって研磨面２ａを十分に構成することができない。また、ゲル５の含有率が０．８よりも大きい場合、ある程度の柔軟性を有するゲル５の割合が大きくなりすぎて、研磨時において研磨面２ａを構成しているゲル５の形状が維持されない。したがって、所定の割合でゲル５を含浸させた本実施の形態における研磨用パッド１によれば、研磨シート２の研磨面２ａを確実にゲル５によって構成することができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、半導体基板１３の研磨を行なう前にあらかじめゲル５を研磨シート２に含浸させている。このため、研磨時にスラリーをゲル化する場合と比較して、均一性および再現性に優れて研磨シート２にゲル５を充填することができる。
【００５３】
これにより、研磨面２ａと半導体基板１３の被研磨面１３ａとの間の摩擦力を低減させることができる。このため、被研磨面１３ａが強度の小さい材料から形成されている場合であっても、被研磨面１３ａにスクラッチなどの損傷を与えることなく研磨を行なうことができる。
【００５４】
また、ゲル５によって研磨面２ａが構成された研磨用パッド１によって、被研磨面１３ａに形成された微小な凹凸形状を平坦化しつつ、被研磨面１３ａのうねりによるマクロ的な凹凸形状を平坦化しない理想的な研磨を行なうことができる。さらに、摩擦による被研磨面１３ａの発熱も抑制することができる。
【００５５】
また、樹脂のみから形成され、研磨面に凹凸形状を有する研磨用パッドによって半導体基板１３の研磨を行なう場合と比較して、研磨面２ａに接触する被研磨面１３ａに局所的な力が加わることがない。これにより、研磨時において、被研磨面１３ａの全面が均一な温度分布となるため、均一な研磨レートで被研磨面１３ａの全体を研磨することができる。
【００５６】
さらに、本実施の形態では、研磨シート２が、０＜Ｔ≦１ｍｍの関係を満たす厚みＴで形成されている。研磨シート２の厚みＴが１ｍｍよりも大きい場合、研磨シート２の熱伝導性が悪くなる。したがって、研磨シート２の厚みＴを１ｍｍ以下にすることによって、研磨時に被研磨面１３ａに発生した熱を効率良く定盤４側に伝えることができる。また、一般的に、無機物微粒子６を含むゲル５の熱伝導率は、樹脂の熱伝導率と比較して大きい。さらに、定盤４は、熱伝導率が高い材料によって形成されている。
【００５７】
以上の理由から、被研磨面１３ａに発生した熱を研磨シート２を介して効率良く定盤４側に逃がし、その熱を外部に放出することができる。これにより、研磨時において、被研磨面１３ａの全面をより均一な温度分布とできるため、さらに均一な研磨レートで被研磨面１３ａの全体を研磨することができる。
【００５８】
また、無機物微粒子６の平均粒径Ｒは、５ｎｍ≦Ｒ≦５０ｎｍの関係を満たしている。平均粒径Ｒが５ｎｍよりも小さい場合、無機物微粒子６を含むゲル５が研磨シート２の研磨面２ａを十分に構成することができないため、摩擦力の低減を十分に図れない。また、平均粒径Ｒが５０ｎｍよりも大きい場合、半導体基板１３の研磨時において、被研磨面１３ａにスクラッチが形成されるおそれが生じる。以上の理由から、無機物微粒子６の平均粒径Ｒを上記の範囲にすることによって、被研磨面１３ａの状態を良好にして研磨を行なうとともに、研磨時の摩擦力を低減することができる。
【００５９】
【実施例】
本発明による半導体基板の研磨用パッドの評価を行なうため、以下に説明する半導体基板の研磨試験を行なった。
【００６０】
（実施例１）
図４を参照して、あらかじめ質量を測定しておいたポリエステル極細繊維の綿（研磨シート２）をアルミナ製の定盤（定盤４）に接着剤で貼り付けた。ポリエステル極細繊維の綿の表面にステンレス製の網を置き、その網の上から粒径１０ｎｍのヒュームドシリカ（無機物微粒子６）を濃度３５質量％で含むスラリーを塗布した。この際、ステンレス網と定盤との隙間を調整することによって、塗布するスラリーの量とポリエステル極細繊維の綿の厚みＴとを調整した。塗布したスラリーにｐＨ９に調整されたアンモニア水溶液を噴霧した後、純水で洗浄した。これにより、ポリエステル極細繊維の綿にヒュームドシリカを含むゲルを含浸させた。
【００６１】
ゲルを含んだ状態でポリエステル極細繊維の綿を定盤から剥がし、質量を測定した。ポリエステル極細繊維の綿の質量と、ゲルを含むポリエステル極細繊維の綿の質量とから、ゲルの含有率（ゲルを含むポリエステル極細繊維の綿に対してゲルが含まれる割合）を求めた。
【００６２】
ポリエステル極細繊維の綿の厚みＴとゲルの含有率とを変化させて複数の研磨用パットＮｏ．１からＮｏ．７を作成した。その研磨用パッドを用いて半導体基板の研磨を行なった。
【００６３】
半導体基板を研磨用パッドに押し付ける圧力を約１１．８（ｋＰａ）とし、研磨用パッドの研磨面と半導体基板の被研磨面との平均相対速度を１（ｍ／ｓ）とした。スラリーは、砥粒として、平均粒径２０ｎｍのヒュームドシリカを濃度１．２質量％で含み、さらに過酸化水素を濃度４質量％で、クエン酸および蓚酸などの有機酸ならびにベンゾトリアゾールを微量含むものを使用した。
【００６４】
研磨を行なった半導体基板には、被研磨面が銅から形成されているシリコン基板を使用した。そのシリコン基板には、まず熱酸化膜が成膜されている。スパッタリング法により、熱酸化膜上にバリアメタルとしての窒化チタン（ＴａＮ）が厚み３０ｎｍで、その上から銅（Ｃｕ）が厚み２００ｎｍで成膜されている。さらにその上から、電気めっき法により、銅が厚み１μｍで成膜されている。
【００６５】
半導体基板の研磨時に、定盤に接続されたモーターのトルクを測定し、その値から半導体基板の被研磨面と研磨用パッドの研磨面との摩擦力の大きさを評価することとした。研磨を１分間行なった後に半導体基板の厚みの減少量を複数地点で測定することによって、銅の研磨レートの平均値を求めた。また、被研磨面の中心部と周縁部との間の研磨レートのばらつきを求めた。また、半導体基板の被研磨面の状態を観察した。
【００６６】
以上の研磨試験によって求めた各値を、研磨用パットＮｏ．１からＮｏ．７のポリエステル極細繊維の綿の厚みＴ、およびゲルの含有率の値とともに表１に示した。
【００６７】
【表１】

【００６８】
表１を参照して、研磨用パッドＮｏ．１および２では、ポリエステル極細繊維の綿の厚みＴを１ｍｍ以下とし、ゲルの含有率を０．５未満とした。研磨用パッドＮｏ．３からＮｏ．５では、ポリエステル極細繊維の綿の厚みＴを１ｍｍ以下とし、ゲルの含有率を０．５以上０．８以下とした。研磨用パッドＮｏ．６では、ポリエステル極細繊維の綿の厚みＴを１ｍｍとし、ゲルの含有率を０．８を超える値とした。研磨用パッドＮｏ．７では、ポリエステル極細繊維の綿の厚みＴを１ｍｍを超える値とし、ゲルの含有率を０．８を超える値とした。
【００６９】
研磨用パッドＮｏ．１および２では、ゲルの含有率が小さすぎたため、半導体基板の被研磨面にスクラッチが観察された。また、半導体基板の被研磨面と研磨用パッドの研磨面との摩擦力を十分に抑制することができず、被研磨面に発生した熱を効率良く放出することができなかった。このため、半導体基板の被研磨面の温度が高くなり、被研磨面の中心部と周縁部との間で研磨レートのばらつきが大きくなった。
【００７０】
本発明に従った研磨用パッドＮｏ．３からＮｏ．５では、半導体基板の被研磨面と研磨用パッドの研磨面との摩擦力を抑制し、被研磨面の中心部と周縁部との間で研磨レートのばらつきが小さい理想的な研磨を行なうことができた。また、半導体基板の被研磨面にスクラッチも観察されなかった。
【００７１】
研磨用パッドＮｏ．６および７では、十分な研磨レートを得ることができず、被研磨面の中心部と周縁部との間で研磨レートのばらつきが大きくなった。ゲルの含有率が大きすぎて、研磨時にゲルの形状が維持されなかったためと考えられる。また、研磨用パッドＮｏ．７では、ポリエステル極細繊維の綿の厚みＴが大きすぎて、半導体基板の被研磨面に発生した熱を効率良く定盤側に放出できなかったことも原因の１つと考えられる。
【００７２】
（実施例２）
実施例１の研磨試験の後、定盤にステンレス丸棒を押し付けながら転がすことによって、ポリエステル極細繊維の綿からゲルを除去した。続いて、実施例１に記載の手順に従って、ポリエステル極細繊維の綿にヒュームドシリカを含むゲルを再び同じ条件で含浸させた。ゲルを除去した後、再びゲルを含浸させる工程は、ポリエステル極細繊維の綿が乾燥しないように迅速に行なった。ゲルが一部残存している場合、そのゲルが硬くなってスクラッチを引き起こす原因となり得るからである。このようにして得られた研磨用パッドを用いて、実施例１に記載の条件と同じ条件で半導体基板の研磨を行なった。
【００７３】
実施例１と同様に、モーターのトルク、研磨レート、および中心部と周縁部との間の研磨レートのばらつきを求めた。その結果、実施例１とほとんどかわらない値を得ることができた。このことから、研磨後のゲルを新たなゲルに置き換えても、高い再現性が得られることが確認できた。
【００７４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に従えば、被研磨面の温度分布を均一にするとともに、被研磨面の状態を良好にして研磨を行なうことができる半導体基板の研磨用パッドおよび半導体基板の研磨方法を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における研磨用パッドを示す斜視図である。
【図２】図１中の研磨用パッドを拡大した断面図である。
【図３】図２中の研磨用パッドの変形例を示す断面図である。
【図４】図１中の研磨用パッドを用いた半導体基板の研磨装置を示す斜視図である。
【図５】研磨時における半導体基板と研磨用パッドとの接触部分を拡大した断面図である。
【符号の説明】
１研磨用パッド、２研磨シート、３連通孔、４定盤、５ゲル、６無機物微粒子、７空隙、８砥粒、１３半導体基板、１３ａ被研磨面。

Claims

ベース部材の表面に設けられ、空隙を含むシート部材と、
前記空隙を充填するように前記シート部材に設けられ、無機物微粒子を含むゲル状部材とを備え、
前記シート部材の質量をＭとし、前記シート部材に設けられた前記ゲル状部材の質量をＮとするとき、前記シート部材および前記ゲル状部材の全体に占める前記ゲル状部材の割合Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）は、０．５≦Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）≦０．８の関係を満たす、半導体基板の研磨用パッド。
前記シート部材は、多孔質状および繊維状のいずれか一方に形成されている、請求項１に記載の半導体基板の研磨用パッド。
前記シート部材は、０を超え１ｍｍ以下の厚みを有する、請求項１または２に記載の半導体基板の研磨用パッド。
前記無機物微粒子は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウムおよび酸化マンガンからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体基板の研磨用パッド。
前記無機物微粒子の平均粒径Ｒは、５ｎｍ≦Ｒ≦５０ｎｍの関係を満たす、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体基板の研磨用パッド。
ベース部材の表面に、空隙を含むシート部材を設ける工程と、
前記シート部材の質量をＭとし、無機物微粒子を含むゲル状部材の質量をＮとするとき、前記シート部材および前記ゲル状部材の全体に占める前記ゲル状部材の割合Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）が、０．５≦Ｎ／（Ｍ＋Ｎ）≦０．８の関係を満たすように、前記シート部材に前記ゲル状部材を含浸させる工程と、
前記ゲル状部材が含浸された前記シート部材と半導体基板の被研磨面とを接触させる工程と、
前記シート部材と前記被研磨面とが接触する部分に砥粒を含むスラリーを供給するとともに、前記シート部材と前記被研磨面とを相対的に移動させる工程とを備える、半導体基板の研磨方法。
所定の期間、前記シート部材と前記被研磨面とを相対的に移動させた後、前記シート部材から前記ゲル状部材を除去する工程と、前記関係を満たすように、前記ゲル状部材が除去された前記シート部材に前記ゲル状部材を再び含浸させる工程とをさらに備える、請求項６に記載の半導体基板の研磨方法。