JP2005066749A - 研磨用積層体および研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来の、クッション層の上に研磨層を積層した研磨パッドの、比較的柔らかい材料の表面を研磨した場合に、被加工物表面にスクラッチが入りやすいという問題を解決するためのもので、その目的とするところは、特に低圧で研磨する場合においても、均一性の高い高速研磨が実現可能な研磨パッドに用いられる研磨用積層体を提供すること。
【解決手段】
初期の厚みが０．２〜２ｍｍの研磨層を有し、かつ圧縮率が１．５％以上である研磨用成形体が、見掛けの表面硬度が該研磨用成形体より大きい支持層に積層されていることを特徴とする研磨用積層体。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体、各種メモリーハードディスク用基板等の研磨方法、およびそれらの研磨に用いられる材料に関し、その中でも特に層間絶縁膜や金属配線等の、半導体デバイスウエハの表面平坦化加工に好適な研磨パッドに用いられる研磨用積層体に関するものである。

半導体デバイスウエハの表面平坦化加工に用いられる、代表的なプロセスである化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）の一例を図１に示す。定盤（２）、試料ホルダー（５）を回転させ、研磨スラリー（４）をスラリー供給用配管（１０）を通して供給しながら、半導体デバイスウエハ（１）を研磨パッド（１２）の研磨層（６）表面に押しあてることにより、デバイス表面を研磨し、高精度に平坦化するというものである。
研磨パッドの研磨層としては、従来から、例えばポリウレタン発泡体が代表的に用いられてきたが、通常、研磨前、あるいは研磨中において、一般的にドレッサーと呼ばれる工具（３）を回転させながら研磨層（６）表面に押しあてて目立て処理を行うことにより、研磨層に内包されている気泡を開口させるというものであった。
研磨条件はもとより、研磨パッドの表面硬度、圧縮率が、また研磨層が発泡体である場合は、研磨層に含まれる気泡のサイズや密度等が、被加工物の研磨後の仕上がり状態に大きな影響を及ぼす。
従来から、例えば層間絶縁膜や金属配線等の研磨に用いられる研磨パッドの研磨層としては、使用前、使用中におけるドレッシング、および研磨の進行に伴う研磨パッド表面の摩耗等により、スラリーを保持する機能を発現するような、例えば空孔を内包している部材等が使用されてきた。
代表的な研磨用成形体としては、ロデール社製のＩＣ１０００に代表される、中空高分子微小エレメントをマトリックス樹脂中に分散させた成形体等が挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。該マトリックス樹脂としては、例えば、Ａ硬度が９０以上で、かつ圧縮率が１．５％よりも小さい、いわゆる硬質系の熱硬化性ポリウレタン樹脂等が使用されてきた。
エレクトロニクス業界の最近の著しい発展により、トランジスター、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩと進化してきている。これら半導体素子における回路の集積度が急激に増大するにつれて、半導体デバイスのデザインルールは、年々微細化が進み、デバイス製造プロセスでの焦点深度は浅くなり、パターン形成面に求められる平坦性のレベルはますます厳しくなってきている。同時にウエハの大口径化も進行し、加工するデバイスウエハ面内の研磨速度のばらつきをいかに抑えるか、つまりはウエハ面内およびウエハ間での均一性をいかに向上させるかが大きな課題であった。

一般に、均一性を向上させるために研磨層を軟質化すると、平坦性のレベルが低下するだけでなく、研磨速度が低下し、研磨パッドとしての性能が著しく低下する。逆に、研磨層を硬質化すると、研磨速度は向上するが、ウエハ面内および面間における研磨性能ばらつきが大きくなり、均一性が低下する。
このような研磨速度と均一性を両立するためのアプローチとしては、従来の硬質な研磨層を有する研磨用成形体を、クッション性を有する軟質基材と貼り合わせた、いわゆる二層構造の研磨パッドを用いることがこれまでの主流であった（例えば、特許文献２参照。）。具体的には、表面硬度が大きく、圧縮率の小さい研磨層で研磨速度を確保し、研磨層よりも表面硬度の軟質なクッション層で均一性を保持するというコンセプトであった。なお、図１における研磨パッド（１２）は二層構造であり、クッション性を有する軟質基材は１１に相当する。
このような二層構造の研磨パッドを用いることにより、被加工物が、例えば酸化膜のような比較的硬質な対象を研磨する場合は均一性良好な研磨が実現できるが、銅膜や有機材料等、酸化膜に比べると柔らかい材料の表面を研磨した場合は、被加工物表面に、一般にスクラッチと呼ばれる傷が入りやすいという問題があった。スクラッチの発生を抑制するために、例えば、従来よりもウエハにかける荷重をより低圧にする、ウエハの回転速度を上げる等の検討が続けられているが、従来の二層構造の研磨パッドでは、低圧になればなるほど、クッション層のクッション効果が薄れ、その結果として、被加工物表面の研磨後の仕上がり状態がウエハ面内でばらつき易い、つまりは均一性が低下するという問題が顕在化してきた。均一性の低下に加え、研磨速度が低下する点も大きな問題であった。
前述の問題を克服するために、研磨装置や研磨スラリーの方面からも積極的な改善が試みられ、スクラッチはある程度までは低減されてきたとは言うものの、従来の研磨パッドを使用している状況下においては、均一性と研磨速度に関して満足のいくレベルに至っていないというのが実状である。

特許第３０１３１０５号 特開平６−２１０２８

本発明は、比較的軟質なクッション層と研磨用成形体を貼り合わせた従来の研磨パッドの、例えば銅膜などの比較的柔らかい材料の表面を研磨した場合に、被加工物表面にスクラッチが入りやすいという問題点を主に解決するためになされたもので、その目的とするところは、従来よりも低圧で研磨する場合においても、研磨速度を低下させることなく、均一性が保持できる研磨パッドとして用いられる研磨用積層体および研磨方法を提供することにある。

本発明者らは、前記従来の問題点を鑑み、鋭意検討を重ねた結果、以下の手段により、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、
（１） 初期の厚みが０．２〜２ｍｍの研磨層を有し、かつ圧縮率が１．５％以上である研磨用成形体が、見掛けの表面硬度が該研磨用成形体より大きい支持層に積層されていることを特徴とする研磨用積層体。
（２） 支持層の見掛けの表面硬度がＡ硬度で８８以上である（１）の研磨用積層体。
（３） 支持層の引張弾性率が２０ＭＰａより大きい、（１）、（２）の研磨用積層体。
（４） 研磨層は、平均径が０．１〜１００μｍの気泡を内包している（１）〜（３）の研磨用積層体。
（５） 溝加工が施されている、（１）〜（４）の研磨用積層体
（６） （１）〜（５）の研磨用積層体を研磨機の定盤に固定して、被加工物表面を平坦化することを特徴とする研磨方法。
である。

本発明の研磨用積層体および研磨方法に従うと、従来の研磨パッドよりも速い速度で、均一性の高い研磨が実現できるうえに、従来問題であった、例えば銅などの比較的柔らかい材料の表面を加工した場合に発生するスクラッチを抑制することができるので、例えばデザインルールがより微細で、かつ大口径な半導体デバイスウエハ等の表面を高精度に平坦化できる研磨パッドを与える研磨用積層体および研磨方法として好適である。

本発明においては、研磨用成形体の中で研磨に用いることができる層を研磨層と定義し、研磨用成形体と研磨層を厳密に区別する。例えば図３に示すように、気泡を内包している部分が研磨に関与する場合は、発泡している部分のみが研磨層に相当する。図３は、研磨用成形体（３０）と支持層（３１）を貼り合わせた、本発明の研磨用積層体の一例である図２の、丸で囲んだ部分を拡大したものであり、支持層（４１）と貼り合わせた側の、研磨用成形体（４０）の裏面には、無発泡層（４４）が存在し、かつその表面は凹凸を有している。この例では、無発泡層（４４）は安定に研磨することが困難であるため、実際には研磨に使用することができない。したがって、無発泡層（４４）は本発明の研磨用成形体の一部ではあるが、研磨層（４３）とは区別するものとする。

一方、支持層については様々なケースが想定されるため、厳密な定義が困難ではあるが、基本的には本発明の研磨用成形体の片面に貼り合わされ、研磨用成形体を支持する機能を有すると判断される層を支持層と定義する。研磨用成形体を支持できる程度の剛性を有する基材をあらかじめ貼り付けた場合は明確であるが、例えば基材を有する両面テープ等の接着媒体を用いて研磨用成形体を研磨機の定盤に直接固定するような場合、支持層とは両面テープを指す。一方、研磨用成形体を支持できる程度の剛性を発現しないと判断される、厚みの薄い基材無しの両面テープや接着剤を介して研磨用成形体を定盤に貼る場合については、支持層は定盤を指す。接着媒体が支持層となり得るかどうかの目安として、本発明においては厚み２００μｍを判断基準とする。具体的には、厚みが２００μｍより厚いと支持層として扱い、厚みが２００μｍ以下である場合は、その次にくる層を支持層として扱う。

本発明において用いられる研磨用積層体は、初期の厚みが０．２〜２ｍｍの研磨層を有し、かつ圧縮率が１．５％以上である研磨用成形体が、見掛けの表面硬度が該研磨用成形体より大きい支持層に積層されているものであり、このようなものとしては、例えば発泡ウレタン成形体を無発泡の硬質ウレタン基材と貼り合わせた積層体等を挙げることができる。
なお本発明における見掛けの表面硬度とは、実際に使用する場合と同じ厚みのサンプルを用いて測定した値を指す。
本発明において用いられる研磨用積層体においては、初期の、すなわち研磨開始直前における研磨層の厚みは０．２〜２ｍｍが好ましく、より好ましくは０．３〜１．８ｍｍ、最も好ましくは０．５〜１．５ｍｍである。
本発明の研磨用成形体において、研磨層の厚みが２ｍｍより厚いと、研磨速度が著しく低下するので好ましくない。
逆に研磨層の厚みが薄くなると、研磨できる容量が低下し、研磨パッドとしてのライフが短くなる。具体的には、半導体デバイスウエハを研磨する場合、研磨パッド１枚で研磨できるウエハ枚数が少なくなるので好ましくない。
実際には、研磨対象の種類、研磨装置の構成、研磨条件、所望のスループット等を考慮する必要があるが、加工後の仕上がり状態とライフの双方から総合的に判断すると、初期の研磨層厚みの下限は０．２ｍｍである。

本発明の研磨用成形体の圧縮率は、好ましくは１．５％以上、より好ましくは２％以上、最も好ましくは２．５％以上である。
研磨用積層体の圧縮率が１．５％未満であると、単独で、あるいは何らかの基材と貼り合わせて、例えば銅膜や有機材料等の、酸化膜等に比べると柔らかい材料の表面を研磨すると、被加工物表面にスクラッチが入りやすくなるので好ましくない。
一方、圧縮率が１．５％以上である研磨用成形体を単独で、あるいは該研磨用成形体よりも見掛けの表面硬度が小さい、いわゆる軟質の支持層と貼り合わせて研磨を行った場合、研磨速度の低下、さらには被加工物表面の平坦性の悪化を招く恐れがある。

本発明の研磨用積層体においては、研磨用成形体を支持する支持層の、見掛けの表面硬度は、該研磨用成形体よりも大きいことが必須要件である。
本発明では、見掛けの表面硬度を材料の剛性を判定する一指標として用いるが、圧縮率が１．５％以上の、適度にクッション性を有した研磨用成形体が、見掛けの表面硬度が該研磨用成形体より大きい、つまりは剛性の高い支持層に積層されていることにより、スクラッチがなく、かつ均一性を保ちつつ高い研磨速度を発現するといった所望の研磨性能を発現する。
なお本発明において、支持層の見掛けの表面硬度は、研磨層のそれよりも大きければ特に限定しないが、本発明の研磨用成形体を支持するという機能を発現するためには、Ａ硬度で８８以上であることが好ましく、より好ましくは９０以上、最も好ましくは９５以上である。

また、本発明の研磨用積層体に用いる支持層の適性を判定する一手段として、引張弾性率が一つの指標となり得ることが確認されている。本発明において、支持層の引張弾性率は特に限定しないが、実用面において、研磨用成形体の支持機能を発現する引張弾性率の下限は、好ましくは２０ＭＰａであり、より好ましくは２５ＭＰａである。
残念ながら未だ原因は究明されていないが、引張弾性率が２０ＭＰａ以下の支持層を本発明の研磨用成形体と貼り合わせた研磨用積層体を用いて研磨した場合、研磨速度が経時的に変動しやすい傾向が確認された。変動幅が実用面において許容できる範囲であるか否かはケースバイケースであるが、例えば半導体デバイスウエハ表面を平坦化する場合等、非常な高精度が求められる場合については、支持層の引張弾性率が２０ＭＰａより大きいことが好適である。

支持層に用いられる材料は、見掛けの表面硬度が研磨用成形体より大きければ特に限定しないが、求める研磨性能に応じて、例えばプラスチック、熱可塑性エラストマー、ゴム等の可撓性基材を適宜用いることができる。これらは気泡を内包していても良いし、あるいは気泡がなくても良い。またガラス繊維、炭素繊維、合成繊維、あるいはこれらの織布、不織布等で補強したものであっても良い。さらにはステンレス鋼に代表される、可撓性を有する金属の薄板等も用いることができる。具体的には、エポキシ樹脂、熱可塑性ポリウレタンエラストマーを含めたポリウレタン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート等の無発泡基材およびこれらをガラス繊維で補強したものが好適に用いられるがこの限りではない。あるいは、各種接着剤や、例えば、ＰＥＴ基材の両面にアクリル系の接着剤を塗布してある、透明性の高い両面テープ等も支持層として用いることができる。

本発明で用いる研磨用成形体の見掛けの表面硬度は、加工する条件、対象、仕上がり状態、仕上がり精度等によって変動するため特に限定しないが、例えば半導体デバイスウエハの平坦化加工に代表される、非常に高い精度を要求される研磨においては、Ａ硬度で、好ましくは８０以上、より好ましくは８２以上であり、最も好ましくは８５以上である。例えば半導体デバイスウエハの表面研磨を行う場合、研磨用成形体の表面硬度が８０未満であると、本発明の支持層で支持した場合でも、研磨速度が著しく低下するので好ましくない。

本発明の研磨層は特に限定しないが、研磨スラリーを保持する、又は研磨に適した表面状態を、例えばドレッサーによる目立て処理等により形成する上で、気泡を内包していることがより好ましい。気泡を内包する場合、気泡の平均径は特に限定しないが、好ましくは０．１〜１００μｍ、より好ましくは０．１〜５０μｍ、最も好ましくは０．１〜３０μｍである。
気泡の平均径が０．１μｍ未満であると、研磨の進行に伴い発生する研磨屑や、例えば研磨スラリー中に砥粒が含まれている場合は、該砥粒の凝集物等が、気泡が開口してできた空孔内から排出されにくく、空孔が目詰まりすることがある。その結果、研磨性能ばらつきを引き起こしやすく、さらには研磨性能の経時変動が大きくなることがあるので好ましくない。
逆に１００μｍを超えると、例えばドレッサーによる目立て処理後の表面粗さが粗くなる。つまりは研磨面の凹凸が大きくなるために研磨スラリーの保持性能が研磨面内においてばらつき安くなり、その結果、研磨性能ばらつきが大きくなることがあるので好ましくない。

本発明の研磨用成形体の主原料は特に限定しないが、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリブテン、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、芳香族系ポリサルホン、ポリアミド、ポリイミド、フッ素樹脂、エチレン−プロピレン樹脂、エチレン−エチルアクリレート樹脂、アクリル樹脂、ノルボルネン系樹脂、例えば、ビニルポリイソプレン−スチレン共重合体、ブタジエン−スチレン共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体等に代表されるスチレン共重合体、あるいはポリウレタン系、ポリオレフィン系の熱可塑性エラストマー、天然ゴム、合成ゴム等を用いることができる。これらは単独で用いても良いし、混合あるいは共重合させてもよいが、研磨特性に大きな影響を及ぼす硬度や圧縮率等の物性を比較的容易に制御できるという点から、例えばウレタン系やオレフィン系の熱可塑性エラストマーが好適である。その中でもさらに研磨に重要な耐摩耗性を、比較的広い範囲でコントロールすることが可能であるという点で、熱可塑性ポリウレタンエラストマーが最も好ましい。

本発明において、研磨用成形体と支持層を積層する方法は特に限定しない。接着剤や両面テープ等の媒体を用いても良いし、用いなくても良いが、コスト面や、特に品質バラツキの要因を抑えるという点において、例えば、接着剤や両面テープ等の媒体を用いずに積層されている構造が好ましい。具体的には、共押出法や、研磨用成形体に溶融状態にある支持層を、通常サーマルラミと呼ばれる方法で貼り合わせる方法等が好適である。
あるいは、本発明の研磨用成形体を、支持層として考えられる研磨機の定盤に接着剤や両面テープ等の媒体を介して直接貼り付ける方法も可能である。

本発明の研磨用積層体を研磨パッドとして用いる場合、必要に応じて研磨スラリーを保持し、研磨に適した表面状態とする、および／または研磨スラリーの流路となる溝を有していても良い。溝の形状は特に限定しないが、例えば平行、格子状、同心円状、さらには渦巻き状等、随時選定することができる。あるいは円柱状の貫通孔を、多数施すこともできる。
溝を施すことにより、研磨面全域に研磨スラリーがより行き渡り安くなる。研磨層が気泡を内包する場合、溝は研磨性能ばらつき、さらには研磨性能の経時変動を抑える等、均一性を向上させるという点で好適である。一方、研磨層が気泡を内包しない場合、溝は研磨スラリーを保持するという重要な役割の一旦を担うことになる。
溝の加工方法については特に限定しないが、加工コストや加工精度等を加味した実用的な観点からは、旋盤やフライス、レーザー等による機械加工が好適である。
本発明の研磨用積層体は、所望のサイズ、所望の形状、例えば円盤状、ベルト状他、様々な形状を得ることができる。

以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、実施例の内容になんら限定されるものではない。
［研磨用成形体の製造設備］
本発明の実施例で使用した研磨用成形体の製造設備の概略を図５に示す。バレル径５０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３２の第一押出機（１０１）とバレル径６５ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３６の第二押出機（１０８）を中空の単管（１０７）で連結したタンデム型押出機の先端に、リップ幅３００ｍｍの金型（１０９）を取り付けた。
金型を出た直後、比較的高温で未だ柔らかい材料を、ピンチロール（１１１）を通すとほぼ同時に、水槽（１１０）に満たした冷却水で冷却し、厚みの整った研磨用成形体を得る。なお冷却水中から引き上げた研磨用成形体は、吸水ロール（１１２）を通すことにより、除水された状態で次工程に送られる。
［ラミネート設備］
本発明の実施例で使用したラミネート設備の概略を図６に示す。
バレル径５０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３２の押出機（２０１）の先端に取り付けたリップ幅８００ｍｍの金型（２０２）のほぼ真下に、ピンチロール（２０３）を設置した。ピンチロール（２０３）は駆動するとともに、チラ−が通る構造となっている。研磨用成形体（２０５）に、金型（２０２）を出た直後、未だ高温で柔らかい状態にある支持層用材料を、ピンチロール（２０３）を通して圧着することにより、研磨用成形体と支持層が貼り合わされた研磨用積層体（２０６）を得ることができる。

［実施例１］
主原料である大日精化工業（株）製熱可塑性ポリウレタンエラストマー（商品名：レザミンＰ−４２５０）に、同社の架橋剤（商品名：クロスネートＥＭ−３０）をあらかじめ混合した原料を使用した。
ボンベ（１０６）から取り出した後に、ガスブースターポンプ（１０５）により昇圧した二酸化炭素を、第一押出機（１０１）の中央前寄りに取り付けた注入口（１０４）を通して注入した。なお第一押出機（１０１）のバレルに取り付けた圧力センサーで注入口（１０４）の直前と直後の圧力を測定したところ、それぞれ２４ＭＰａ、２１ＭＰａであった。
押し出した直後にピンチロール（１１１）でピンチするのとほぼ同時に水槽（１１０）中に入れて冷却し、研磨用成形体（発泡体）を得た。
得られた研磨用成形体を２１０ｍｍの幅に裁断した。
成形条件を表１に示す。

大日精化工業（株）製熱可塑性ポリウレタンエラストマー（商品名：レザミンＰ−４０７０）を原料ホッパ（２０８）に投入し金型（２０２）から押し出し、研磨用成形体と貼り合わせ、研磨用積層体を得た。
なお２１０ｍｍ幅の研磨用成形体は、横並びで３本同時に送り出して貼り合わせた後に６３０ｍｍ長さで裁断することにより、つなぎ目が２本入った、６３０ｍｍ□の研磨用積層体を得た。
得られた研磨用積層体の研磨面側を、丸源鐵工所製ベルトサンダー（商品名：ＭＮＷ−６１０−Ｃ２）で研磨し、研磨用成形体表面近傍の無発泡層を除去した。
次にショーダテクトロン社製クロスワイズソーを用いて、幅２ｍｍの溝を、１５ｍｍのピッチで、研磨面全域に格子状に施した。
なお、溝加工の際、隣り合う研磨用成形体同士のつなぎ目には必ず溝が入るように加工条件を、また溝が研磨用成形体を貫通して支持層まで達するように溝深さを設定した。
得られた研磨用積層体の支持層側に、厚み２５μｍのＰＥＴ基材の両面にアクリル系接着剤が塗られた両面テープを貼り付けた。その後、直径６１０ｍｍφの円盤状に切り取り、研磨機の定盤に貼り付けて研磨を実施した。その断面状態を示したものが図４である。

［実施例２］
実施例１で得られた研磨用成形体に、実施例１と同様のベルトサンダー処理、溝加工を施した後、裏面にアクリル系の接着剤を塗布し、支持層である研磨機の定盤に貼り付け研磨を実施した。なお、本実施例において、隣り合う研磨用成形体同士のつなぎ目は残ったままである。

［比較例１］
研磨用成形体に厚み０．８ｍｍの発泡ポリエチレン基材を支持層としてアクリル系接着剤で貼り付けた以外は、実施例１と全く同様にして、直径６１０ｍｍφの溝付き研磨用積層体を作製し、研磨を実施した。

［比較例２］
直径６１０ｍｍのロデール社製積層パッド（商品名：ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００）を比較例として使用した。
なお、本比較例の積層パッドの研磨面全域においては、実施例同様、幅２ｍｍ、ピッチ１５ｍｍの格子状溝が施されている。

［表面硬度の測定］
高分子計器製Ａｓｋｅｒ硬度計を用いて測定した。
［圧縮率の測定］
ダイヤルゲージにより室温（２５℃）において測定した。断面積０．２ｃｍ２の圧子を用いて、材料に６０ｇｆの荷重を加えた際の厚み（Ｔ１）と３６０ｇｆの荷重を加えた際の厚み（Ｔ２）から、次式の算出式を用いて圧縮率を算出した。
圧縮率＝（Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ１×１００
［引張弾性率の測定］
試験条件は次に示す通りである。
試験機 ：（株）オリエンテック製ＵＣＴ３０Ｔ型テンシロン
試験片：ＪＩＳ Ｋ ７１１３ ２号形試験片
チャック間距離：４５ｍｍ
引張り速度：５ｍｍ／分
繰り返し数：ｎ＝３
［研磨層の厚み計測および気泡の平均径算出］
ＨＩＴＡＣＨＩ製走査型電子顕微鏡Ｓ−２４００で研磨層断面を観察し、発泡層の厚みを計測した。さらに、倍率３００倍の画像に含まれる気泡一つ一つの直径を計測し、全気泡の直径の平均値を算出した。なお断面形状が真円でなく、例えば楕円形、もしくはいびつな多角形形状の気泡については、円相当直径をその気泡の直径として算出した。
実施例および比較例それぞれについて、本発明に関わる物性値を表２にまとめる。

研磨機定盤の見掛けの表面硬度は明らかにＡ硬度で９５以上であるため、表２より、見掛けの表面硬度については、実施例では研磨用成形体＜支持層の大小関係が成立している一方、比較例は大小関係が逆転していることが確認できる。

［研磨性能評価］
実施例１，２および比較例１で得られた研磨パッドと、従来品の代表例である比較例２の研磨パッド各々の研磨性能を、以下の方法で評価した。
研磨パッドをＭＡＴ製片面研磨機ＡＲＷ−６８１ＭＳの定盤に貼り付け、ダイヤモンドドレッサーを用いて１時間ドレスをかけた後に、キャボット社製研磨スラリー（商品名：ｉＣｕｅ５００３）を供給しながら直径２００ｍｍの銅ブランケットウエハを研磨した。ウエハを研磨した後、次のウエハの研磨に入る前にドレスをかけた。主なドレス条件および研磨条件を表３に示す。

研磨後のウエハを洗浄、乾燥後、四探針抵抗率測定機を用いてウエハ面内４９点のＣｕ膜厚を測定し、ウエハ面内４９点における研磨速度の平均値およびをウエハ面内における研磨速度のばらつき、つまりは面内ばらつきを算出した。
なお、面内ばらつきとしては、ウエハ面内４９点の研磨速度の最大値から最小値を引いた値を、研磨速度４９点の平均値の２倍で除した値を１００倍した値を用いた。面内ばらつきの値が大きいほど均一性が低いことを意味する。
実施例１および比較例２の研磨パッドについては、研磨条件Ｉおよび研磨条件IIそれぞれの条件下で５０枚のウエハを研磨した。また実施例２および比較例１については研磨条件Ｉの条件のみで５０枚のウエハを研磨した。
研磨条件Ｉにおいて取得した、５０枚のウエハの研磨速度および面内ばらつきの平均値を表４に、実施例１および比較例２については、研磨条件IIにおいて取得した５０枚のウエハの研磨速度および面内ばらつきの平均値をその結果を表５に示す。

［スクラッチの発生状況の確認］
研磨を開始してから１０枚目、２０枚目、３０枚目、４０枚目、５０枚目の計５枚のウエハを抜き出し、それぞれ研磨後の銅膜表面をレーザー顕微鏡で観察した。優劣をつけるために、スクラッチが存在する場所を積極的に取り出し、その本数や大きさ等を確認した。
以下の目安に従って○、△、×の３段階で評価した結果を表４および表５に示す。
○：スクラッチが全く存在しない。
△：小さなスクラッチがわずかに存在するが、実用上、問題にならない。
×：比較的大きなスクラッチが存在する、あるいは小さいスクラッチが多数存在する等、実用上問題となるレベル。

本発明の実施例１および実施例２は、比較例１に比較し、スクラッチの発生状況については差が確認されなかったものの、研磨速度、均一性いずれも高いという良好な結果が得られた。従来から標準的に用いられてきた比較例２に対しては、スクラッチの発生状況にも差が見られ、本発明の研磨用積層体は、従来パッドを上回る性能を発現することが確認できた。
同様の傾向が、より低圧なウエハ荷重においても確認され、本発明の研磨用積層体が将来的にも有用であることが見出せた。

本発明の研磨用積層体を用いて研磨すれば、高い速度において、平坦性と均一性が両立された、高精度な平坦化加工が可能となり、特にデザインルールの微細化、ウエハの大口径化が進んでいる半導体デバイスウエハのＣＭＰで用いられる研磨パッドおよび研磨方法として有用である。

化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）の標準的なプロセスの一例である。 本発明の研磨用積層体の一例を示す断面図である。 図２の丸で囲んだ部分の拡大図である。 本発明の一実施例の断面図である。 実施例で用いた研磨用成形体製造設備の概略図である。 実施例で用いたラミネート設備の概略図である。

符号の説明

１ 半導体ウエハ
２ 定盤
３ ドレッサー
４ 研磨スラリー
５ 試料ホルダー
６ 研磨用成形体（研磨層）
７ 回転軸
８ ウエハ固定用治具
９ バッキング材
１０ スラリー供給用配管
１１ 支持層
１２ 研磨パッド
３０、４０、５０ 研磨用成形体
３１、４１、５１ 支持層
４２ 気泡
４３ 研磨層
５２ 研磨面
５３ 溝
５４ 両面テープ
５５ 研磨機定盤
１０１ 第一押出機
１０２ 原料ホッパ
１０３ 圧力調整弁
１０４ 発泡剤の注入用部品
１０５ ガスブースターポンプ
１０６ ボンベ
１０７ 中空単管
１０８ 第二押出機
１０９ 金型
１１０ 水槽
１１１ ピンチロール
１１２ 吸水ロール
１１３ 研磨用成形体
２０１ 単軸押出機
２０２ 金型
２０３ ピンチロール
２０４ 支持層
２０５ 研磨用成形体
２０６ 研磨用積層体

Claims (6)

1. 初期の厚みが０．２〜２ｍｍの研磨層を有し、かつ圧縮率が１．５％以上である研磨用成形体が、見掛けの表面硬度が該研磨用成形体より大きい支持層に積層されていることを特徴とする研磨用積層体。
2. 支持層の見掛けの表面硬度がＡ硬度で８８以上である請求項１記載の研磨用積層体。
3. 支持層の引張弾性率が２０ＭＰａより大きい、請求項１又は２のいずれか１項に記載の研磨用積層体。
4. 研磨層は、平均径が０．１〜１００μｍの気泡を内包している請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨用積層体。
5. 溝加工が施されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨用積層体
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の研磨用積層体を研磨機の定盤に固定して、被加工物表面を平坦化することを特徴とする研磨方法。

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