JP2006100556A - Polishing pad and polishing method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属膜等の研磨対象物を平坦化研磨して配線を形成する化学機械研磨技術における、研磨パッドおよびそれを用いた研磨方法に関する。 The present invention relates to a polishing pad and a polishing method using the same in a chemical mechanical polishing technique for forming a wiring by planarizing and polishing an object to be polished such as a metal film.
近年、半導体集積回路(以下LSIと記す。)の高集積化、高性能化に伴って新たな微細加工技術が開発されている。
化学機械研磨(以下CMPと記す。)法もその一つであり、例えば特許文献1に開示されているLSI製造工程、特に多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み配線形成において頻繁に利用される技術である。
また、最近はLSIを高性能化するために、配線材料として銅合金の利用が試みられている。しかし、銅合金は従来のアルミニウム合金配線の形成で頻繁に用いられたドライエッチング法による微細加工が困難である。そのため、あらかじめ溝を形成してある絶縁膜上に銅合金薄膜を堆積して埋め込み、溝部以外の銅合金薄膜をCMPにより除去して埋め込み配線を形成する、いわゆるダマシン法が主に採用されている(特許文献2参照。)。
銅合金等の金属CMPの一般的な方法は、円形の研磨定盤(プラテン)上に研磨パッドを貼り付け、研磨パッド表面を金属用研磨液で浸し、基体の金属膜を形成した面を押し付けて、その裏面から20kPaより高い圧力(以下研磨荷重と記す。)を加えた状態で研磨定盤を回し、研磨液と金属膜の凸部との機械的摩擦によって凸部の金属膜を除去するものである。
In recent years, new microfabrication techniques have been developed along with higher integration and higher performance of semiconductor integrated circuits (hereinafter referred to as LSIs).
The chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) method is one example, for example, planarization of an interlayer insulating film, formation of a metal plug, embedded wiring in an LSI manufacturing process disclosed in Patent Document 1, particularly a multilayer wiring forming process. It is a technique that is frequently used in formation.
Recently, in order to improve the performance of LSIs, the use of copper alloys as wiring materials has been attempted. However, it is difficult to finely process the copper alloy by the dry etching method frequently used in the formation of the conventional aluminum alloy wiring. Therefore, a so-called damascene method is mainly employed, in which a copper alloy thin film is deposited and embedded on an insulating film in which grooves are formed in advance, and the copper alloy thin film other than the grooves is removed by CMP to form embedded wiring. (See Patent Document 2).
A general method of metal CMP of copper alloy or the like is to apply a polishing pad on a circular polishing platen (platen), immerse the polishing pad surface with a metal polishing liquid, and press the surface on which the metal film of the base is formed Then, the polishing platen is turned with a pressure higher than 20 kPa (hereinafter referred to as polishing load) applied from the back surface, and the metal film on the convex portion is removed by mechanical friction between the polishing liquid and the convex portion of the metal film. Is.
一方、LSIの高集積化による配線の微細化に伴い、配線間容量の増大による信号遅延時間の増大が問題となっており、電子部品の絶縁材料に対して、耐熱性、機械特性等の他、更なる低比誘電率と熱処理工程の短縮が求められている。
例えば、従来から、比誘電率が4.2程度のCVD法によるSiO2膜が層間絶縁膜の形成材料として用いられてきたが、デバイスの配線間容量を低減し、LSIの動作速度を向上するため、より低誘電率を発現する材料が切望されている。
これに対し、現在実用化されている低誘電率材料としては、比誘電率が3.5程度のCVD法によるSiOF膜が挙げられる。また、比誘電率が2.5〜3.0の絶縁材料としては、有機SOG(Spin On Glass)、有機ポリマー等を例示できる。
さらに、比誘電率が2.5以下の絶縁材料としては、膜中に空隙を有するポーラス材が有力と考えられており、LSIの層間絶縁膜に適用するための検討・開発が盛んに行われている。
For example, conventionally, a SiO 2 film by a CVD method having a relative dielectric constant of about 4.2 has been used as a material for forming an interlayer insulating film. However, the capacitance between devices is reduced and the operation speed of an LSI is improved. Therefore, a material that exhibits a lower dielectric constant is desired.
On the other hand, as a low dielectric constant material that is currently in practical use, a SiOF film by a CVD method having a relative dielectric constant of about 3.5 can be cited. Examples of the insulating material having a relative dielectric constant of 2.5 to 3.0 include organic SOG (Spin On Glass) and organic polymers.
Furthermore, as insulating materials having a relative dielectric constant of 2.5 or less, porous materials having voids in the film are considered to be promising, and studies and developments for application to LSI interlayer insulating films are actively conducted. ing.
しかし、上記の低誘電率絶縁膜では、絶縁膜の誘電率が低下するにつれ、その膜強度が低下してしまう傾向にあり、プロセス適合性の観点から大きな問題がある。またCu−ダマシンプロセスの層間膜材料として適用する場合、キャップ膜として用いられているCVD法で成膜されるSiO2膜とSOG膜との界面において接着性(接合性)が弱くなる傾向にある。こうなると、配線金属のCu膜を研磨するCu−CMP工程において、界面剥離が生じてしまう。そのため、配線金属等の研磨の際、低荷重で研磨をせざるを得ず、よってタクトタイムの長期化が問題であった。 However, the above-described low dielectric constant insulating film tends to decrease the film strength as the dielectric constant of the insulating film decreases, and there is a big problem from the viewpoint of process compatibility. When applied as an interlayer film material in a Cu-damascene process, the adhesion (bondability) tends to be weak at the interface between the SiO 2 film and the SOG film formed by the CVD method used as the cap film. . If this happens, interfacial peeling occurs in the Cu-CMP process for polishing the Cu film of the wiring metal. For this reason, when polishing the wiring metal or the like, polishing has to be performed with a low load.
本発明は、層間絶縁膜に形成した電極、プラグ、配線溝パターンに金属膜を埋め込み成長し、かかる金属膜を平坦化研磨して配線を形成するCMP技術において、高速で、かつ低負荷で絶縁層に欠陥を生じず研磨できる研磨パッドおよびそれを用いた研磨方法を提供するものである。 The present invention provides high-speed and low-load insulation in CMP technology in which a metal film is embedded and grown in an electrode, plug, and wiring groove pattern formed in an interlayer insulating film, and the metal film is planarized and polished to form a wiring. A polishing pad capable of polishing without causing defects in a layer and a polishing method using the same are provided.
また、半導体素子製造工程における層間絶縁膜、BPSG膜、シャロートレンチ分離用絶縁膜を除去するCMP技術において、平坦性に優れ、かつ絶縁膜の除去を効率良く高速に行い、同時に基板上の研磨傷の発生を低減出来る研磨パッドを提供するものである。さらに、本発明は、高速研磨速度が要求される配線板等の分野にも転用可能である。 Also, in the CMP technology that removes the interlayer insulating film, BPSG film, and shallow trench isolation insulating film in the semiconductor device manufacturing process, it has excellent flatness and efficiently removes the insulating film at the same time. It is an object of the present invention to provide a polishing pad that can reduce the occurrence of the above. Furthermore, the present invention can be diverted to fields such as wiring boards that require a high polishing rate.
上記課題は以下に示す研磨パッドおよび研磨方法によって解決できる。
すなわち、本発明の研磨パッドは、定盤に貼り付けて研磨対象物の研磨に使用する室温における引張弾性率が0.1〜2.5Gpaの研磨パッドであって、該パッドの研磨面を構成するマトリックスが一種以上のポリウレタンを含み、該ポリウレタンの少なくともひとつが1)イソシアネート化合物と、2)活性水素および活性水素を有する官能基のα位炭素に分岐鎖をもつ化合物とを含むことを特徴とする。
The above problems can be solved by the following polishing pad and polishing method.
That is, the polishing pad of the present invention is a polishing pad having a tensile elastic modulus at room temperature of 0.1 to 2.5 Gpa used for polishing an object to be polished by being attached to a surface plate, and the matrix constituting the polishing surface of the pad is One or more polyurethanes are included, and at least one of the polyurethanes includes 1) an isocyanate compound and 2) a compound having a branched chain at the α-position carbon of the functional group having active hydrogen and active hydrogen.
加えて、本発明の研磨方法は、研磨パッドを定盤上に固定し、研磨対象物をその被研磨面を前記研磨パッドに対峙させた状態でホルダにより保持し、研磨剤を前記研磨パッド上に供給すると共に、前記パッドならびに前記研磨対象物を相対的に摺動して研磨対象物を研磨する方法であって、前記研磨パッドに、本発明の研磨パッドを使用することを特徴とする研磨方法である。 In addition, in the polishing method of the present invention, the polishing pad is fixed on the surface plate, the object to be polished is held by the holder with the surface to be polished facing the polishing pad, and the polishing agent is placed on the polishing pad. And polishing the polishing object by relatively sliding the pad and the polishing object, wherein the polishing pad of the present invention is used for the polishing pad. Is the method.
本発明の研磨パッドを使用して金属のCMPを行えば、低荷重で高速に研磨を行うことができるため、層間絶縁膜への負荷が小さく、かつ平坦性にも優れた研磨が行え、次世代のデュアルダマシン法を容易に実施することが可能となる。 When metal CMP is performed using the polishing pad of the present invention, polishing can be performed at a high speed with a low load, so that the load on the interlayer insulating film is small and polishing with excellent flatness can be performed. Next generation dual damascene method can be easily implemented.
本発明者らは上記課題に鑑み、CMP技術の開発を進めるうちに、パッドの材質であるポリウレタンの構成要素の一つである含活性水素化合物が、該活性水素を有する官能基のα位炭素に分岐鎖をもつ化合物(以下、化合物(A)ともいう。)である場合、特に飛躍的に研磨対象物の研磨速度を向上でき、研磨時間の低減、あるいは低荷重研磨を行えることを見出すに至った。 In view of the above problems, the inventors of the present invention have developed an active hydrogen compound that is one of the constituent elements of polyurethane, which is a material of the pad, while developing CMP technology. In the case of a compound having a branched chain (hereinafter also referred to as compound (A)), the polishing rate of the object to be polished can be dramatically improved, the polishing time can be reduced, or low load polishing can be performed. It came.
本発明の研磨パッドは、おもに半導体の製造工程において、特に金属を主とする層、あるいは金属とそれらを分離する絶縁膜からなる層を研磨するのに適する研磨パッドであって、該パッドの研磨対象物に接する面(以下、研磨面という。)を構成するマトリックスに、下記に示すポリウレタンが少なくとも一種使用されているものである。 The polishing pad of the present invention is a polishing pad suitable for polishing a layer mainly composed of a metal or a layer composed of a metal and an insulating film that separates the metal mainly in a semiconductor manufacturing process. At least one polyurethane shown below is used in a matrix constituting a surface in contact with an object (hereinafter referred to as a polished surface).
ここで、ポリウレタンとは、イソシアネート化合物と活性水素をもつ化合物(含活性水素化合物)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。本発明においては、イソシアネートの反応対象として用いられる化合物は、含活性水素化合物、例えば、二つ以上のポリヒドロキシ基含有化合物(ポリオールなど)あるいはアミノ基含有化合物である。 Here, the polyurethane is a polymer synthesized based on a polyaddition reaction or a polymerization reaction of an isocyanate compound and a compound having active hydrogen (an active hydrogen compound). In the present invention, the compound used as a reaction target of isocyanate is an active hydrogen-containing compound, for example, two or more polyhydroxy group-containing compounds (such as polyols) or amino group-containing compounds.
本発明におけるポリウレタンとして使用できるものは、熱可塑性ポリウレタン、架橋型ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタンプレポリマー、架橋型ポリウレタンプレポリマーを包含する。 What can be used as a polyurethane in this invention includes a thermoplastic polyurethane, a crosslinked polyurethane, a thermoplastic polyurethane prepolymer, and a crosslinked polyurethane prepolymer.
ここで、ポリウレタンの原料のイソシアネート化合物として使用できるものは、トリレンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、メタキシレンジイソシアネート、4,4´−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、メチルシクロヘキサン−2,4−(または−2,6−)−ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチル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。また、これらの化合物をイソシアヌレート体、ビューレット体、アダクト体、ポリメリック体とした多官能イソシアネート基を有するものも使用できる。これらの例として、例えば、4、4´、4´´−トリフェニルメタントリイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネートの環状三量体などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。これらは単独で使用しても混合物として使用することも可能である。 Here, what can be used as an isocyanate compound as a raw material of polyurethane is tolylene diisocyanate, xylene diisocyanate, metaxylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, naphthalene diisocyanate, tolidine diisocyanate, methylcyclohexane-2,4- (or- 2,6--Diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, trimethylhexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate and the like can be mentioned, but are not limited thereto. Moreover, what has the polyfunctional isocyanate group which made these compounds the isocyanurate body, the burette body, the adduct body, and the polymeric body can also be used. Examples of these include, but are not limited to, 4, 4 ′, 4 ″ -triphenylmethane triisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate cyclic trimer, and the like. . These can be used alone or as a mixture.
また、イソシアネート化合物として、以上のイソシアネート化合物と活性水素を分子内にひとつ以上有する化合物との反応成生物を使用しても良い。ここで使用できる活性水素を分子内にひとつ以上有する化合物は、以下に示す活性水素および活性水素を有する官能基のα位炭素に分岐鎖をもつ化合物に加え一般的なものが広く使用できる。例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ポリエチレングリコール、ソルビトール、グリセリン、トリエタノールアミン、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、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、ポリ−ε−カプロラクトンジオール、アジペートエステルのジオール、ポリカーボネートのジオール等、およびそれらの混合物や共重合物等の、イソシアネート化合物と反応可能なものはすべて使用できる。 Moreover, you may use the reaction product of the above isocyanate compound and the compound which has one or more active hydrogen in a molecule | numerator as an isocyanate compound. As the compounds having one or more active hydrogens in the molecule, general compounds can be widely used in addition to the active hydrogens shown below and compounds having a branched chain at the α-position carbon of the functional group having active hydrogens. For example, ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, polyethylene glycol, sorbitol, glycerin, triethanolamine, pentaerythritol, ethylenediamine, propyl Anything that can react with an isocyanate compound, such as amine, butylamine, polypropylene glycol, polytetramethylene ether glycol, poly-ε-caprolactone diol, adipate ester diol, polycarbonate diol, and mixtures and copolymers thereof Can be used.
本発明における化合物(A)は、ポリウレタンを得るためにイソシアネート化合物と反応する化合物であり、活性水素および活性水素を有する官能基のα位炭素に分岐鎖をもつ化合物である。例えばプロピレングリコール、ヘキシレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,2−ヘキサンジオール、ポリプロピレングリコール、ひまし油系ポリオールで代表されるリシノール酸のエステルおよびアミド化合物等、およびそれらの混合物や重合物、共重合物等を指すが、これらに限定されるものではない。特にプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ひまし油系ポリオールが好ましい。
これらの中で、イソシアネート化合物として4,4´−ジフェニルメタンジイソシアネートと、含活性水素化合物のポリオールとして、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、リシノール酸のエステル化合物(ひまし油系ポリオール)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、好ましい。
The compound (A) in the present invention is a compound that reacts with an isocyanate compound to obtain a polyurethane, and is a compound having a branched chain at the α-position carbon of the functional group having active hydrogen and active hydrogen. For example, propylene glycol, hexylene glycol, 1,2-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 2,3-butanediol, 1,2-hexanediol, polypropylene glycol, castor oil-based polyol The representative ester and amide compounds of ricinoleic acid and the like, and mixtures, polymers, copolymers and the like thereof are not limited thereto. In particular, propylene glycol, polypropylene glycol, and castor oil-based polyol are preferable.
Among these, it is obtained by combining 4,4′-diphenylmethane diisocyanate as an isocyanate compound and polypropylene glycol, polytetramethylene ether glycol, or an ester compound of ricinoleic acid (castor oil-based polyol) as a polyol of an active hydrogen compound. Polyurethane is preferable because of its excellent moldability.
化合物(A)以外の含活性水素化合物(以下、化合物(B)という。)を、化合物(A)とイソシアネート化合物との反応に併用して、同一のポリウレタン鎖中に含んでいても良い。また、化合物(B)とイソシアネート化合物とのポリウレタンを、化合物(A)を用いたポリウレタンと混合してマトリックスに使用しても良い。
ここで使用できる、化合物(A)以外の、活性水素を分子内にひとつ以上有する化合物(B)は、以下に示す一般的なものが広く使用できる。例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ポリエチレングリコール、ソルビトール、グリセリン、トリエタノールアミン、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリ−ε−カプロラクトンジオール、アジペートエステルのジオール、ポリカーボネートのジオール等、およびそれらの混合物や共重合物など、イソシアネート化合物と反応可能で化合物(A)以外のものはすべて使用できる。
An active hydrogen compound other than the compound (A) (hereinafter referred to as the compound (B)) may be used in the reaction between the compound (A) and the isocyanate compound and contained in the same polyurethane chain. Moreover, the polyurethane of the compound (B) and the isocyanate compound may be mixed with the polyurethane using the compound (A) and used in the matrix.
As the compound (B) having at least one active hydrogen in the molecule other than the compound (A), the following general compounds can be widely used. For example, ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, polyethylene glycol, sorbitol, glycerin, triethanolamine, pentaerythritol, ethylenediamine, propyl Amine, butylamine, polytetramethylene ether glycol, poly-ε-caprolactone diol, adipate ester diol, polycarbonate diol, and the like, and mixtures and copolymers thereof other than compound (A) can react with isocyanate compounds Can all be used.
本発明におけるポリウレタンが熱可塑性樹脂である場合は、ジオールが使用される。熱可塑性ポリウレタンの場合、短鎖ジオールと長鎖ジオールを適宜組み合わせることにより、ハードゼグメントとソフトセグメントの比率を調整し、使用温度での弾性率を調節できる。熱可塑性ポリウレタンの製造方法は、公知の方法、例えば全原料を急速混合し、混合物をコンベア−ベルト上で加熱、重合を行う塊状重合法、単軸あるいは多軸押出機により混練りしながら重合する溶融重合法、溶剤に原料を溶解し過熱して重合を進める方法等が特に制限なく使用できる。また、この際の好ましい配合率は、イソシアネート化合物および活性水素を有する化合物それぞれ2官能のものを使用し、NCO基/活性水素=0.5〜1.5、より好ましくは0.8〜1.2である。さらに、最終的な形状としては、ペレット状、フレーク状、シート状等の所望の形態が使用できるが、他の成分と混合する場合を考慮すると、ペレット状にすることがより好ましい。 When the polyurethane in the present invention is a thermoplastic resin, a diol is used. In the case of a thermoplastic polyurethane, by appropriately combining a short-chain diol and a long-chain diol, the ratio of the hard segment and the soft segment can be adjusted, and the elastic modulus at the use temperature can be adjusted. The thermoplastic polyurethane can be produced by a known method, for example, rapidly mixing all raw materials, heating the mixture on a conveyor belt, polymerizing while polymerizing while kneading with a single or multi-screw extruder. A melt polymerization method, a method of proceeding polymerization by dissolving a raw material in a solvent and heating can be used without particular limitation. Moreover, the preferable compounding rate in this case uses an isocyanate compound and the compound which has an active hydrogen each bifunctional, and is NCO group / active hydrogen = 0.5-1.5, More preferably, it is 0.8-1.2. Furthermore, as a final shape, a desired shape such as a pellet shape, a flake shape, or a sheet shape can be used, but in consideration of a case where it is mixed with other components, a pellet shape is more preferable.
また、本発明におけるポリウレタンの製造においては、熱可塑性、熱架橋型に関わらず、必要に応じて触媒を使用できる。触媒として例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン等の含窒素化合物、ジブチル錫ジラウリレート、オクチル酸錫等の有機金属化合物等があげられる。 In the production of the polyurethane in the present invention, a catalyst can be used as necessary regardless of thermoplasticity or thermal crosslinking type. Examples of the catalyst include nitrogen-containing compounds such as triethylamine and triethylenediamine, and organometallic compounds such as dibutyltin dilaurate and tin octylate.
上記のイソシアネート化合物および活性水素を有する化合物からなるポリウレタンの単独あるいは混合物に、弾性率や硬度の調整のために添加物としてさらに他のポリウレタンやアクリル等の高分子化合物、ポリオール等の可塑剤を加えて使用しても良い。また、酸化防止剤、顔料、ブロッキング防止剤等を加えても良い。但し、これらの添加剤は、重量の90%以下、より好ましくは40%以下、さらに好ましくは10%以下で使用するのが好ましい。ここで、添加剤のしめる割合が多すぎれば、研磨速度が激減してしまうこともある。 In order to adjust the elastic modulus and hardness, other polyurethanes, polymer compounds such as acrylic, and plasticizers such as polyol are added to the polyurethane alone or a mixture of the above-mentioned isocyanate compound and a compound having active hydrogen. May be used. Moreover, you may add antioxidant, a pigment, an antiblocking agent, etc. However, these additives are preferably used in an amount of 90% or less, more preferably 40% or less, and still more preferably 10% or less by weight. Here, if the proportion of the additive is too large, the polishing rate may be drastically reduced.
以上の材質から構成されるマトリックスは、室温での引張弾性率が0.1〜2.5GPaの範囲となることが好ましい。より好ましくは、0.1〜1.0GPaである。さらに好ましくは、0.15〜0.4GPaである。弾性率が高ければ研磨速度が高くなり、またディッシング等の局所的な平坦性は向上するが、被研磨面の傷が発生しやすくなる傾向がある。反対に、弾性率が低くなれば傷は発生しにくく、かつウエハレベルの均一性は向上するが、研磨速度やディッシング等の局所的な平坦性は低化する傾向がある。ここで、本発明における弾性率とは、動的弾性率測定による評価結果を言う。ここでいう引張弾性率とは、上記マトリックス等の測定対象物からなるサンプルを1mm×1.5mm×35mmの短冊状に切り出し、通常の動的粘弾性試験装置を用いて、スパン間27.5mmにて周波数1Hzにて室温で測定を行い、得られる複素弾性率の貯蔵弾性率をいう。 The matrix composed of the above materials preferably has a tensile elastic modulus at room temperature in the range of 0.1 to 2.5 GPa. More preferably, it is 0.1-1.0 GPa. More preferably, it is 0.15-0.4 GPa. If the elastic modulus is high, the polishing rate becomes high and local flatness such as dishing is improved, but the surface to be polished tends to be easily damaged. On the other hand, if the elastic modulus is low, scratches are less likely to occur and the uniformity at the wafer level is improved, but local flatness such as polishing rate and dishing tends to decrease. Here, the elastic modulus in the present invention refers to an evaluation result by dynamic elastic modulus measurement. The tensile modulus here means that a sample made of a measurement object such as the above matrix is cut into a 1 mm × 1.5 mm × 35 mm strip, and the span is 27.5 mm using a normal dynamic viscoelasticity test apparatus. The storage elastic modulus of the complex elastic modulus obtained by measuring at a frequency of 1 Hz at room temperature.
以上説明してきたポリウレタンを主とするマトリックスに、弾性率の調整、表面へのスラリー保持性向上等を目的に、無機物及び/または有機物の繊維あるいは微粒子、気泡を導入することができる。
無機物及び/または有機物の繊維あるいは微粒子は、研磨パッドの研磨対象物に接する表面露出部(研磨面)の面積のうち20%以下露出することが望ましい。正のゼータ電位を有する繊維や微粒子を加えることは、被研磨面の保護と研磨速度の両立の面から特に望ましい。
For the purpose of adjusting the elastic modulus and improving the slurry retention on the surface, it is possible to introduce inorganic and / or organic fibers or fine particles and bubbles into the matrix mainly composed of polyurethane described above.
It is desirable that inorganic fibers and / or organic fibers or fine particles are exposed to 20% or less of the area of the surface exposed portion (polishing surface) in contact with the polishing object of the polishing pad. The addition of fibers and fine particles having a positive zeta potential is particularly desirable from the viewpoint of achieving both protection of the surface to be polished and the polishing rate.
上記した繊維として使用できるものとしては、アクリル、アラミド、ポリアミド、ポリエステル、セルロース等を繊維状にしたものが特に制限なく使用できる。また、これらのうち二種以上を選択、混合して使用することもできる。単独あるいは主たる成分としてアラミド繊維を選択することが、より好ましい。すなわち、アラミド繊維は、他の一般的な有機繊維に比べて引っ張り強度が高く、本発明による研磨パッド研磨面を機械的に粗して繊維を露出する際、繊維が表面に残りやすく効果的であるからである。また、研磨パッドの耐久性を向上させ、使用寿命を伸ばす効果もある。 As what can be used as an above-mentioned fiber, what made acrylic, aramid, polyamide, polyester, a cellulose, etc. into a fiber form can be especially used without a restriction | limiting. Two or more of these can be selected and mixed for use. It is more preferable to select an aramid fiber alone or as a main component. That is, aramid fibers have higher tensile strength than other general organic fibers, and when the polishing pad polishing surface according to the present invention is mechanically roughened to expose the fibers, the fibers are likely to remain on the surface. Because there is. It also has the effect of improving the durability of the polishing pad and extending the service life.
アラミド繊維にはパラ型とメタ型が有るが、パラ系アラミド繊維はメタ型繊維より力学的強度が高く低吸湿性であるので、より好適である。パラ系アラミド繊維としては、ポリp-フェニレンテレフタルアミド繊維とポリp−フェニレンジフェニルエーテルテレフタルアミド繊維が市販されており、使用が可能である。 The aramid fiber has a para type and a meta type, and the para-type aramid fiber is more suitable because it has higher mechanical strength and lower moisture absorption than the meta type fiber. As the para-aramid fiber, poly p-phenylene terephthalamide fiber and poly p-phenylene diphenyl ether terephthalamide fiber are commercially available and can be used.
これらは、短繊維を所定長に切断したチョップを使用しても、数種の繊維長のものを混合して使用することもできる。また、織布や不織布の形態で樹脂中に充填してもよい。
有機繊維の繊維径(直径)は1mm以下のものが適切に使用できるが、200μm以下であることが望ましい。好ましくは1〜200μm、より好ましくは5〜150μmである。太すぎれば機械的強度が高すぎて、研磨傷やドレス不良の原因となる。細すぎれば取り扱い性が低下したり、強度不足によるパッドの耐久性低下を引き起こす傾向がある。繊維長は、10mm以下のものが適切に使用できるが、5mm以下であることが望ましい。好ましくは、0.1〜3mmである。短かすぎれば、パッド研磨面を機械的に表面を粗した時に露出した繊維がパッドに効果的に保持されず、長すぎれば、パッドを主として構成する弾性体との混合時に増粘して成形が困難となる場合がある。
Even if these use the chop which cut | disconnected the short fiber to predetermined length, the thing of several types of fiber lengths can also be mixed and used. Moreover, you may fill in resin in the form of a woven fabric or a nonwoven fabric.
An organic fiber having a fiber diameter (diameter) of 1 mm or less can be used appropriately, but is preferably 200 μm or less. Preferably it is 1-200 micrometers, More preferably, it is 5-150 micrometers. If it is too thick, the mechanical strength is too high, which causes polishing scratches and defective dresses. If it is too thin, the handleability tends to be lowered, or the durability of the pad is lowered due to insufficient strength. A fiber length of 10 mm or less can be used appropriately, but is desirably 5 mm or less. Preferably, it is 0.1-3 mm. If it is too short, the exposed fiber will not be effectively held in the pad when the pad polishing surface is mechanically roughened. If it is too long, the pad will be thickened and mixed with the elastic body that mainly constitutes the pad. May be difficult.
チョップ状の繊維を使用する場合、樹脂との親和性を向上するため、予め繊維表面を機械的あるいは化学的に粗したり、カップリング材等による改質を行っても良い。取り扱いの面から、短繊維チョップを極少量の樹脂でコーティングして束にしたものを使用することができる。ただしこれは、マトリックス樹脂との混合中の加熱、あるいは加えられるせん断力により短繊維がマトリックス樹脂中に分散される程度の保持力をもつ程度ついていればよい。さらに、主たる有機繊維のほかにガラス繊維等の無機繊維を加えても良い。 When using chopped fibers, the fiber surface may be mechanically or chemically roughened beforehand or modified with a coupling material or the like in order to improve the affinity with the resin. From the viewpoint of handling, a bundle of short fiber chops coated with a very small amount of resin can be used. However, this is only required to have a holding power enough to disperse the short fibers in the matrix resin by heating during mixing with the matrix resin or by an applied shearing force. Furthermore, in addition to the main organic fibers, inorganic fibers such as glass fibers may be added.
上記有機繊維の含有率は、特に制限されるものではないが、パッドを主として構成する弾性体の軟化温度や粘度により、最適化される必要がある。パッド全体の1〜50重量%が好ましく、より好ましくは2〜20重量%である。繊維量が少なければ研磨対象物の被研磨面の研磨傷が顕著になり、多すぎれば成形性が悪くなる傾向がある。 The content of the organic fiber is not particularly limited, but needs to be optimized depending on the softening temperature and viscosity of the elastic body mainly constituting the pad. 1 to 50% by weight of the entire pad is preferable, and more preferably 2 to 20% by weight. If the amount of fibers is small, polishing scratches on the surface to be polished of the object to be polished become prominent, and if it is too large, the moldability tends to deteriorate.
上記した無機及び有機物の微粒子としてはマトリックスより硬質のものが好ましい。有機物としてはエポキシ樹脂、架橋型ポリウレタン、ポリアミド、アラミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート等があり、無機物としてはシリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、セリア、チタニア、ジルコニア及びゲルマニア等があげられるがこれに制限されること無く使用できる。 The inorganic and organic fine particles are preferably harder than the matrix. Examples of organic substances include epoxy resins, cross-linked polyurethanes, polyamides, aramids, polyethylenes, polypropylenes, and polycarbonates. Examples of inorganic substances include silica, alumina, aluminum hydroxide, ceria, titania, zirconia, and germania, but are not limited thereto. Can be used without any problems.
これら、特に無機の微粒子においては、その粒径が小さいことが好ましい。その平均粒径は、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.5μm以下である。大きすぎればCuなどの金属に使用した場合、研磨速度が低下するとともに研磨傷の原因となる。ただし、0.01μm以下では混練り等が困難となる。前記微粒子の含有率は、パッド中、2〜30%であることが好ましい。 In particular, these inorganic fine particles preferably have a small particle size. The average particle diameter is preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less. If it is too large, when used for a metal such as Cu, the polishing rate is lowered and it causes polishing scratches. However, kneading or the like becomes difficult at 0.01 μm or less. The content of the fine particles is preferably 2 to 30% in the pad.
以上の材質から構成される研磨パッドは、室温での引張弾性率が0.1〜2.5GPaの範囲となることが必要である。好ましくは、0.2〜1.0GPaである。さらに好ましくは、0.3〜0.7GPaである。弾性率が高ければディッシング等の局所的な平坦性は向上するが、被研磨面の傷が発生しやすくなる傾向がある。弾性率が低くなればウエハレベルの均一性は向上するが、研磨速度やディッシング等の局所的な平坦性は低化する傾向がある。 The polishing pad composed of the above materials is required to have a tensile elastic modulus at room temperature in the range of 0.1 to 2.5 GPa. Preferably, it is 0.2-1.0 GPa. More preferably, it is 0.3-0.7 GPa. If the elastic modulus is high, local flatness such as dishing is improved, but scratches on the polished surface tend to occur. If the elastic modulus is lowered, uniformity at the wafer level is improved, but local flatness such as polishing rate and dishing tends to be lowered.
本発明の研磨パッドを製造する方法は、特に規定はしないが、従来から公知の方法で行うことができる。パッドを主として構成するマトリックスが熱可塑性樹脂で構成される場合は、以下の方法をとることができる。まず、各成分をヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、ターンブルミキサー、リボンブレンダー等で均一に混合(ドライブレンド)した後、単軸押出機や二軸押出機、バンバリーミキサー等で溶融混練する。さらに、必要ならば有機繊維あるいは粒子を加え溶融混合、冷却してタブレット化する。冷却に水を使用する場合は、タブレットを十分に乾燥し、脱水する必要がある。最終的なシート状成形物は、得られた熱可塑性樹脂組成物タブレットを再度射出成形機でダイスを通して押し出し、ロールで圧延することで作製できる。また、金型に注入しても良い。 The method for producing the polishing pad of the present invention is not particularly defined, but can be performed by a conventionally known method. When the matrix mainly constituting the pad is made of a thermoplastic resin, the following method can be employed. First, each component is uniformly mixed (dry blended) with a Henschel mixer, a super mixer, a turnbull mixer, a ribbon blender or the like, and then melt-kneaded with a single screw extruder, a twin screw extruder, a Banbury mixer, or the like. Further, if necessary, organic fibers or particles are added, melt mixed, cooled and tableted. If water is used for cooling, the tablet must be thoroughly dried and dehydrated. The final sheet-like molded product can be produced by extruding the obtained thermoplastic resin composition tablet again through a die with an injection molding machine and rolling with a roll. Moreover, you may inject | pour into a metal mold | die.
一方、マトリックスとして熱硬化性樹脂を使用する場合は、注型法が望ましい。例えば2液型の熱硬化性樹脂を用いる場合は、2液の片方或いは両方の樹脂液に、繊維あるいは粒子をホモミキサー等で分散させ、更に2液を混合して攪拌する。攪拌後の混合液を減圧状態にして巻きこんだ気体を脱泡し、さらにシート状に成形出来る型に入れて加圧もしくは常圧で加温し硬化させる。 On the other hand, when a thermosetting resin is used as the matrix, a casting method is desirable. For example, when a two-component thermosetting resin is used, fibers or particles are dispersed in one or both of the two liquid solutions with a homomixer or the like, and the two liquids are further mixed and stirred. The mixed liquid after stirring is depressurized, and the entrained gas is degassed. The mixture is placed in a mold that can be formed into a sheet and heated at high pressure or normal pressure to be cured.
研磨パッドの全体の厚みは0.1〜5mmであることが好ましく、0.5〜2mmであることがより好ましい。これを必要であれば所定の研磨装置の定盤形状にあわせ加工することで、最終製品とする。また、上記研磨パッドに溝を付ける方法として、あらかじめシート状の型に研磨パッドの溝となる凸部を設けて、成形品に溝形状を付ける方法や成形後、NC旋盤等を使用して加工することもできる。
研磨装置定盤への上記研磨パッドの固定は、両面接着テープ等の接着剤を研磨面と逆側に使用することができる。また、発泡ポリウレタン等からなる低弾性率のサブパッドを介してとりつけても良い。
The overall thickness of the polishing pad is preferably 0.1 to 5 mm, and more preferably 0.5 to 2 mm. If necessary, this is processed to the shape of a surface plate of a predetermined polishing apparatus to obtain a final product. In addition, as a method of attaching a groove to the polishing pad, a convex part that becomes a groove of the polishing pad is provided in advance in a sheet-like mold, and a groove shape is formed on a molded product, or processing is performed using an NC lathe after forming. You can also
For fixing the polishing pad to the polishing apparatus surface plate, an adhesive such as a double-sided adhesive tape can be used on the side opposite to the polishing surface. Alternatively, it may be attached via a low elastic modulus subpad made of foamed polyurethane or the like.
以下、本発明の研磨パッドを用いた研磨方法について説明する。
本発明の研磨方法は、研磨パッドを定盤上に固定し、研磨対象物をその被研磨面を該研磨パッドに対峙させた状態でホルダにより保持し、本発明の研磨剤を前記研磨パッド上に供給すると共に、前記パッドならびに研磨対象物を相対的に摺動して研磨対象物を研磨する方法である。研磨パッドと研磨対象物とを相対的に摺動するには、ホルダと定盤との少なくともいずれかを回転させる方法が挙げられる。また、ホルダは、定盤の回転中心から偏倚して回転してもよい。
研磨装置に特に制限はなく、円盤型研磨装置、リニア型研磨装置で使用することができる。一例として、回転数が変更可能なモータ等と接続し、研磨パッドを貼り付けられる定盤と、半導体基板等の研磨対象物を保持するホルダとを有する一般的な研磨装置がある。具体的には、荏原製作所製研磨装置:型番EPO111が挙げられる。
研磨条件に、特に制限はなく、一般的には、研磨荷重は1〜100kPaであることが好ましいが、各種研磨条件は、研磨対象物の材質や状態に応じて最適化を図ることが望ましい。研磨している間、研磨パッド上に研磨剤をポンプ等で連続的に供給する。この供給量には制限はないが、研磨パッドの表面が常に研磨剤で覆われていることが好ましい。研磨によるパッドの磨耗や形状、あるいは繊維や粒子は、ドレッシングを行うことにより再生される。
研磨終了後の研磨対象物は、流水中でよく水洗後、スピンドライア等を用いて研磨対象物上に付着した水滴を払い落として乾燥させることが望ましい。
Hereinafter, a polishing method using the polishing pad of the present invention will be described.
In the polishing method of the present invention, a polishing pad is fixed on a surface plate, and an object to be polished is held by a holder with the surface to be polished facing the polishing pad, and the polishing agent of the present invention is applied to the polishing pad. And polishing the polishing object by relatively sliding the pad and the polishing object. In order to relatively slide the polishing pad and the object to be polished, there is a method of rotating at least one of the holder and the surface plate. Further, the holder may be deviated from the center of rotation of the surface plate and rotate.
There is no restriction | limiting in particular in a grinding | polishing apparatus, It can use with a disk type grinding | polishing apparatus and a linear type grinding | polishing apparatus. As an example, there is a general polishing apparatus that has a surface plate that is connected to a motor or the like that can change the number of rotations, and on which a polishing pad is attached, and a holder that holds an object to be polished such as a semiconductor substrate. Specifically, there is a polishing apparatus manufactured by Ebara Corporation: model number EPO111.
There are no particular limitations on the polishing conditions, and in general, the polishing load is preferably 1 to 100 kPa. However, it is desirable to optimize the various polishing conditions according to the material and state of the object to be polished. During polishing, an abrasive is continuously supplied onto the polishing pad with a pump or the like. Although there is no restriction | limiting in this supply amount, It is preferable that the surface of a polishing pad is always covered with the abrasive | polishing agent. The abrasion and shape of the pad or the fibers and particles by polishing are regenerated by dressing.
It is desirable that the polished object after polishing is thoroughly washed in running water and then dried by removing water droplets adhering to the polished object using a spin dryer or the like.
本発明の研磨方法で研磨するのは、主に金属からなる層であるのが好ましく、銅からなる層であるのがより好ましい。例えば、例えば、絶縁層の複合開口部を埋め込んでなる主にCu、Ta、TaNやAl等の金属を含む膜が挙げられる。具体的には、半導体デバイス製造工程における、ビアホールと配線溝とをドライエッチングで形成した層間絶縁膜上に、開口部と内壁を完全に覆うようにバリア膜、さらにその上にCu等の金属膜を成長させて完全に開口部を埋め込んだ状態の基板が挙げられる。
前記層間絶縁膜としては、Low−kのシリコン系被膜や有機ポリマ膜が挙げられる。シリコン系被膜としては、フルオロシリケートグラス、オルガノシリケートグラス、シリコンオキシナイトライド、水素化シルセスキオキサン等のシリカ系被膜が挙げられる。また、有機ポリマ膜としては、全芳香族系低誘電率層間絶縁膜が挙げられる。特に、オルガノシリケートグラスが好ましい。
バリア膜は、タングステン、窒化タングステン、タングステン合金、その他のタングステン化合物、チタン、窒化チタン、チタン合金、その他のチタン化合物、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、その他のタンタル化合物から選ばれる1種以上を含む層が挙げられる。
金属膜としては、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物、タングステン、タングステン合金、銀、金等の金属が主成分の物質が挙げられ、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物等の銅が主成分であることが好ましい。
Polishing with the polishing method of the present invention is preferably a layer mainly made of metal, more preferably a layer made of copper. For example, for example, a film mainly including a metal such as Cu, Ta, TaN, or Al, which is embedded in the composite opening of the insulating layer can be given. Specifically, in a semiconductor device manufacturing process, a barrier film is formed on an interlayer insulating film in which via holes and wiring grooves are formed by dry etching so as to completely cover an opening and an inner wall, and a metal film such as Cu is further formed thereon. And a substrate in which the opening is completely embedded.
Examples of the interlayer insulating film include a low-k silicon-based film and an organic polymer film. Examples of the silicon-based film include silica-based films such as fluorosilicate glass, organosilicate glass, silicon oxynitride, and hydrogenated silsesquioxane. Examples of the organic polymer film include a wholly aromatic low dielectric constant interlayer insulating film. In particular, organosilicate glass is preferable.
The barrier film contains one or more selected from tungsten, tungsten nitride, tungsten alloy, other tungsten compounds, titanium, titanium nitride, titanium alloys, other titanium compounds, tantalum, tantalum nitride, tantalum alloys, and other tantalum compounds. Layer.
Examples of the metal film include copper, copper alloy, copper oxide, copper alloy oxide, tungsten, tungsten alloy, silver, gold and other metal-based materials, such as copper, copper alloy, copper oxide. It is preferable that copper such as an oxide of a copper alloy is a main component.
また、上記のような金属を含む膜だけでなく、所定の配線板に形成された酸化珪素膜、ガラス、窒化珪素等の無機絶縁膜、ポリシリコンを主として含む膜、フォトマスク・レンズ・プリズムなどの光学ガラス、ITOなどの無機導電膜、ガラスおよび結晶質材料で構成される光集積回路・光スイッチング素子・光導波路・光ファイバーの端面、シンチレータ等の光学用単結晶、固体レーザ単結晶、青色レーザLED用サファイア基板、SiC、GaP、GaAs等の半導体単結晶、磁気ディスク用ガラスあるいはアルミ基板、磁気ヘッド、配線板等を研磨することができる。 In addition to the films containing metal as described above, silicon oxide films formed on predetermined wiring boards, inorganic insulating films such as glass and silicon nitride, films mainly containing polysilicon, photomasks, lenses, prisms, etc. Optical glass, inorganic conductive films such as ITO, optical integrated circuits composed of glass and crystalline materials, optical switching elements, optical waveguides, optical fiber end faces, scintillator and other optical single crystals, solid state laser single crystals, blue lasers Sapphire substrates for LEDs, semiconductor single crystals such as SiC, GaP, and GaAs, glass or aluminum substrates for magnetic disks, magnetic heads, wiring boards, etc. can be polished.
本発明の研磨パッドを用いる研磨方法に使用する金属用CMP研磨剤は、金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、防食剤、水溶性高分子、及び金属積層膜界面剥離防止剤の内のいずれかを含有するものならば、特に制限なく使用できるが、pHが3〜5の範囲にあるものが好ましい。特に、砥粒粒子をさらに含んでいるものが好ましく、少なくとも砥粒粒子と水溶性高分子、特にポリアクリル酸とを含むものがより好ましい。例えば、Cu用研磨剤として、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア及びゲルマニア等の砥粒と、上記酸化金属溶解剤等の添加剤と防食剤とを水に分散させ、さらに上記金属の酸化剤として過酸化物を添加した研磨剤が挙げられる。
砥粒としては、コロイダルシリカ粒子あるいはアルミナ粒子が、特に好ましい。また、砥粒粒子含有量は、0.1〜20重量%のものが望ましい。粒子含有量が少ないと、研磨速度が低化する傾向がある。該砥粒粒子はその製造方法を限定するものではないが、その平均粒径が、0.01〜1.0μmであることが好ましい。平均粒径が0.01μm未満では研磨速度が小さくなりすぎ、1.0μmを超えると傷になりやすい。
The metal CMP abrasive used in the polishing method using the polishing pad of the present invention is any one of a metal oxidizer, a metal oxide solubilizer, an anticorrosive, a water-soluble polymer, and a metal laminate film interfacial peeling inhibitor. Can be used without particular limitation, but those having a pH in the range of 3 to 5 are preferred. In particular, those further containing abrasive grains are preferred, and those containing at least abrasive grains and a water-soluble polymer, particularly polyacrylic acid, are more preferred. For example, as a polishing agent for Cu, abrasive particles such as silica, alumina, ceria, titania, zirconia, and germania, an additive such as the above-mentioned metal oxide solubilizer, and an anticorrosive are dispersed in water, and further, an oxidizing agent for the above metal A polishing agent to which a peroxide is added.
As the abrasive, colloidal silica particles or alumina particles are particularly preferable. The abrasive particle content is preferably 0.1 to 20% by weight. When the particle content is small, the polishing rate tends to decrease. The abrasive particles do not limit the production method, but the average particle size is preferably 0.01 to 1.0 μm. If the average particle size is less than 0.01 μm, the polishing rate becomes too low, and if it exceeds 1.0 μm, it tends to cause scratches.
研磨剤のpHは、3〜5の範囲にあるのが好ましく、特に3.5〜4.5が好ましい。pHが低すぎても高すぎても研磨剤の保存安定性の低下に繋がり傷発生の原因となる傾向があり、またグローバルな平坦性を損ねる原因となることがある。pHは酸成分、またはアンモニア、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)等のアルカリ成分の添加によって調整可能である。
本発明において研磨剤のpHは、pHメータ(例えば、横河電機株式会社製の PH81)で測定した。標準緩衝液(フタル酸塩pH緩衝液pH:4.21(25℃)、中性りん酸塩pH緩衝液pH6.86(25℃))を用いて、2点校正した後、電極を研磨剤に入れて、2分以上経過して安定した後の値を測定した。
The pH of the abrasive is preferably in the range of 3 to 5, particularly preferably 3.5 to 4.5. If the pH is too low or too high, the storage stability of the abrasive tends to be reduced, which tends to cause scratches, and global flatness may be impaired. The pH can be adjusted by adding an acid component or an alkali component such as ammonia, sodium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide (TMAH).
In the present invention, the pH of the abrasive was measured with a pH meter (for example, PH81 manufactured by Yokogawa Electric Corporation). After calibrating two points using a standard buffer solution (phthalate pH buffer solution pH: 4.21 (25 ° C.), neutral phosphate pH buffer solution pH 6.86 (25 ° C.)), the electrode was polished. The value after being stabilized after 2 minutes or more was measured.
金属の酸化剤としては、過酸化水素(H2O2)、硝酸、過ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸、オゾン水等が挙げられ、その中でも過酸化水素が特に好ましい。これらは1種類単独で、もしくは2種類以上を組み合わせて使用される。
研磨対象物のが集積回路用素子を含むシリコン基板である場合、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物などによる汚染は望ましくないので、不揮発成分を含まない酸化剤が望ましい。
但し、オゾン水は組成の時間変化が激しいので過酸化水素が最も適している。
但し、適用対象物が半導体素子を含まないガラス基板などである場合は不揮発成分を含む酸化剤であっても差し支えない。
Examples of the metal oxidizing agent include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid, ozone water, etc. Among them, hydrogen peroxide is particularly preferable. These are used alone or in combination of two or more.
In the case where the object to be polished is a silicon substrate including an integrated circuit element, contamination by alkali metal, alkaline earth metal, halide, or the like is not desirable, so an oxidizing agent that does not contain a nonvolatile component is desirable.
However, hydrogen peroxide is most suitable because ozone water has a severe compositional change over time.
However, when the object to be applied is a glass substrate or the like that does not include a semiconductor element, an oxidizing agent that includes a nonvolatile component may be used.
本発明で使用する酸化金属溶解剤は、水溶性のものが望ましい。
以下の群から選ばれたものの水溶液が適している。
ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、2−メチル酪酸、n−ヘキサン酸、3,3−ジメチル酪酸、2−エチル酪酸、4−メチルペンタン酸、n−ヘプタン酸、2−メチルヘキサン酸、n−オクタン酸、2−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸等、及びそれらの有機酸のアンモニウム塩等の塩、硫酸、硝酸、アンモニア、アンモニウム塩類、例えば過硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム等、クロム酸等又はそれらの混合物等が挙げられる。これらは1種類単独で、もしくは2種類以上を組み合わせて使用される。
これらの中ではギ酸、マロン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸が好適である。
The metal oxide solubilizer used in the present invention is preferably water-soluble.
An aqueous solution selected from the following group is suitable.
Formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, 2-methylbutyric acid, n-hexanoic acid, 3,3-dimethylbutyric acid, 2-ethylbutyric acid, 4-methylpentanoic acid, n-heptanoic acid, 2-methylhexanoic acid , N-octanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, benzoic acid, glycolic acid, salicylic acid, glyceric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, maleic acid, phthalic acid, malic acid, Examples thereof include tartaric acid, citric acid and the like, and salts such as ammonium salts of these organic acids, sulfuric acid, nitric acid, ammonia, ammonium salts such as ammonium persulfate, ammonium nitrate and ammonium chloride, chromic acid and the like, or a mixture thereof. These are used alone or in combination of two or more.
Of these, formic acid, malonic acid, malic acid, tartaric acid, and citric acid are preferred.
防食剤は、以下の群から選ばれたものが好適である。
ベンゾトリアゾール、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール、1−ジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾール、2,3−ジカルボキシプロピルベンゾトリアゾール、4−ヒドロキシベンゾトリアゾール、4−カルボキシル(−1H−)ベンゾトリアゾール、4−カルボキシル(−1H−)ベンゾトリアゾールメチルルエステル、4−カルボキシル(−1H−)ベンゾトリアゾールブチルエステル、4−カルボキシル(−1H−)ベンゾトリアゾールオクチルエステル、5−ヘキシルベンゾトリアゾール、[1,2,3−ベンゾトリアゾリル−1−メチル][1,2,4−トリアゾリル−1−メチル][2−エチルヘキシル]アミン、トリルトリアゾール、ナフトトリアゾール、ビス[(1−ベンゾトリアゾリル)メチル]ホスホン酸等が挙げられる。これらは1種類単独で、もしくは2種類以上を組み合わせて使用される。
その中でもベンゾトリアゾール、4−ヒドロキシベンゾトリアゾール、4−カルボキシル(−1H−)ベンゾトリアゾールブチルエステル、トリルトリアゾール、ナフトトリアゾールが、低いエッチング速度を得る上で好ましい。
The anticorrosive agent is preferably selected from the following group.
Benzotriazole, 1-hydroxybenzotriazole, 1-dihydroxypropylbenzotriazole, 2,3-dicarboxypropylbenzotriazole, 4-hydroxybenzotriazole, 4-carboxyl (-1H-) benzotriazole, 4-carboxyl (-1H- ) Benzotriazole methyl ester, 4-carboxyl (-1H-) benzotriazole butyl ester, 4-carboxyl (-1H-) benzotriazole octyl ester, 5-hexyl benzotriazole, [1,2,3-benzotriazolyl- 1-methyl] [1,2,4-triazolyl-1-methyl] [2-ethylhexyl] amine, tolyltriazole, naphthotriazole, bis [(1-benzotriazolyl) methyl] phosphonic acid and the like. That. These are used alone or in combination of two or more.
Among these, benzotriazole, 4-hydroxybenzotriazole, 4-carboxyl (-1H-) benzotriazole butyl ester, tolyltriazole, and naphthotriazole are preferable for obtaining a low etching rate.
水溶性高分子としては、以下の群から選ばれたものが好適である。
アルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロース、寒天、カードラン及びプルラン等の多糖類;グリシンアンモニウム塩及びグリシンナトリウム塩等のアミノ酸塩;ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ(p−スチレンカルボン酸)、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、アミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩及びポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸、その塩、エステル及び誘導体;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン及びポリアクロレイン等のビニル系ポリマ等が挙げられる。これらは1種類単独で、もしくは2種類以上を組み合わせて使用される。
但し、研磨対象物が半導体集積回路用シリコン基板などの場合はアルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物等による汚染は望ましくないため、酸もしくはそのアンモニウム塩が望ましい。
これらの中でもポリメタクリル酸やポリアクリル酸が好ましい。
As the water-soluble polymer, those selected from the following group are suitable.
Polysaccharides such as alginic acid, pectic acid, carboxymethylcellulose, agar, curdlan and pullulan; amino acid salts such as glycine ammonium salt and glycine sodium salt; polyaspartic acid, polyglutamic acid, polylysine, polymalic acid, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid Ammonium salt, polymethacrylic acid sodium salt, polyamic acid, polymaleic acid, polyitaconic acid, polyfumaric acid, poly (p-styrenecarboxylic acid), polyacrylic acid, polyacrylamide, aminopolyacrylamide, polyacrylic acid ammonium salt, polyacrylic acid Sodium salt, polyamic acid, polyamic acid ammonium salt, polyamic acid sodium salt and polycarboxylic acid such as polyglyoxylic acid, its salts, esters and derivatives; polyvinyl alcohol Vinyl polymers such as polyvinyl pyrrolidone and acrolein and the like. These are used alone or in combination of two or more.
However, when the object to be polished is a silicon substrate for a semiconductor integrated circuit or the like, contamination with an alkali metal, an alkaline earth metal, a halide or the like is not desirable, so an acid or an ammonium salt thereof is desirable.
Among these, polymethacrylic acid and polyacrylic acid are preferable.
金属積層膜界面剥離防止剤としては、以下の群から選ばれたものが好適である。
1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−1H−1,2,4−トリアゾール等の脂肪族アゾール;2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−(イソプロピル)イミダゾール、2−プロピルイミダゾール、2−ブチルイミダゾール等のイミダゾール;2−チオヒダントイン、1−(o−トリル)−ビスグアニド、1H−1,2,3−トリアゾロ[4,5−b]ピリジン、1,2,4−トリアゾロ[1,5−a]ピリミジン、3−メチル−5−ピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール、1,3−ジフェニルグアニジン等のその他の含窒素化合物;2−メルカプトベンゾチアゾール、2−[2−(ベンゾチアゾリル)]チオブチル酸、2−[2−(ベンゾチアゾリル)]チオプロピオン酸、4,5−ジメチルチアゾール、2−アミノチアゾール等のチアゾール;ベンズイミダゾール−2−チオール、トリアジンジチオール、トリアジントリチオール等のチオール;チオアセトアミド、チオベンズアミド等のチオアミド;エチレンチオ尿素、プロピレンチオ尿素等のチオ尿素;等が挙げられる。これらは1種類単独で、もしくは2種類以上を組み合わせて使用される。
その中でも1H−1,2,3−トリアゾロ[4,5−b]ピリジン、1,3−ジフェニルグアニジン、3,5−ジメチルピラゾール、4,5−ジメチルチアゾール、2−アミノチアゾールがより好ましい。
As the metal laminate film interfacial peeling preventing agent, those selected from the following groups are suitable.
Aliphatic azoles such as 1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole, 3-amino-1H-1,2,4-triazole; 2-methylimidazole, 4-methylimidazole, 2-ethylimidazole, Imidazoles such as 2- (isopropyl) imidazole, 2-propylimidazole and 2-butylimidazole; 2-thiohydantoin, 1- (o-tolyl) -bisguanide, 1H-1,2,3-triazolo [4,5-b ] Other nitrogen-containing compounds such as pyridine, 1,2,4-triazolo [1,5-a] pyrimidine, 3-methyl-5-pyrazole, 3,5-dimethylpyrazole, 1,3-diphenylguanidine; Mercaptobenzothiazole, 2- [2- (benzothiazolyl)] thiobutyric acid, 2- [2- (benzothiazolyl)] thio Thiazoles such as lopionic acid, 4,5-dimethylthiazole and 2-aminothiazole; thiols such as benzimidazole-2-thiol, triazinedithiol and triazinetrithiol; thioamides such as thioacetamide and thiobenzamide; ethylenethiourea and propylenethiourea And the like. These are used alone or in combination of two or more.
Among these, 1H-1,2,3-triazolo [4,5-b] pyridine, 1,3-diphenylguanidine, 3,5-dimethylpyrazole, 4,5-dimethylthiazole, and 2-aminothiazole are more preferable.
また、研磨対象物として、上記した酸化珪素膜、ガラス、窒化珪素等の無機絶縁膜を研磨するための研磨剤としては、水、酸化セリウム粒子、分散剤、分散助剤を含む組成のものが挙げられる。
なお、研磨剤には、上述した各材料の他に、染料、顔料等の着色剤や、pH調整剤、水以外の溶媒などの、一般に研磨剤に添加される添加剤を、研磨剤の作用効果を損なわない範囲で添加しても良い。
Further, as an abrasive for polishing an inorganic insulating film such as the above-described silicon oxide film, glass, silicon nitride, etc. as an object to be polished, a composition containing water, cerium oxide particles, a dispersant, and a dispersion aid is used. Can be mentioned.
In addition to the above-described materials, the abrasives generally include additives such as colorants such as dyes and pigments, pH adjusters, and solvents other than water. You may add in the range which does not impair an effect.
以下実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(熱可塑性ポリウレタンの合成)
(合成例1)
窒素気流下、攪拌装置付500mLセパラブルフラスコ中に4,4´―ジフェニルメタンジイソシアネート(和光純薬工業(株)製、MDI)1251gとポリプロピレングリコール(和光純薬工業(株)製、PPG:Mw=1000g/mol)1110gとを加え、75℃で2時間加熱反応した。そののち、このなかにジエチレングリコール(和光純薬工業(株)製)を467g滴下して攪拌し、200℃まで加熱、そのまま1時間反応させた。この時、MDIのOCN基およびグリコール類の総活性水素の比、は、0.91であった。作製したポリウレタンはバット上にあけて冷却後、粉砕機で粉砕した。これを数回繰り返して所望の量のポリウレタンを合成した。その後これらを二軸の押出し機に投入し230℃となる温度条件で混練りしながらダイ部よりストランド状に吐出させクリーンバスで水冷し、ストランドカッターでペレット化した。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(Synthesis of thermoplastic polyurethane)
(Synthesis Example 1)
In a 500 mL separable flask equipped with a stirrer under a nitrogen stream, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., MDI) and polypropylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., PPG: Mw = 1000 g / mol) 1110 g was added, and the mixture was reacted by heating at 75 ° C. for 2 hours. Thereafter, 467 g of diethylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added dropwise thereto and stirred, heated to 200 ° C. and allowed to react for 1 hour. At this time, the ratio of the OCN group of MDI to the total active hydrogen of glycols was 0.91. The produced polyurethane was opened on a bat and cooled, and then pulverized by a pulverizer. This was repeated several times to synthesize a desired amount of polyurethane. Then, these were put into a twin screw extruder and kneaded under a temperature condition of 230 ° C., discharged from the die part in a strand shape, cooled with water in a clean bath, and pelletized with a strand cutter.
(合成例2)
窒素気流下、攪拌装置付500mLセパラブルフラスコ中に4,4´―ジフェニルメタンジイソシアネート(和光純薬工業(株)製、MDI)1251gとポリプロピレングリコール(和光純薬工業(株)製、PPG:Mw=1000g/mol)832gとを加え、75℃で2時間加熱反応した。そののち、このなかにジエチレングリコール(和光純薬工業(株)製)を496g滴下して攪拌し、200℃まで加熱、そのまま1時間反応させた。この時、MDIのOCN基およびグリコール類の総活性水素の比、は、0.91であった。作製したポリウレタンはバット上にあけて冷却後、粉砕機で粉砕した。これを数回繰り返して所望の量のポリウレタンを合成した。その後これらを二軸の押出し機に投入し230℃となる温度条件で混練りしながらダイ部よりストランド状に吐出させクリーンバスで水冷し、ストランドカッターでペレット化した。
(Synthesis Example 2)
In a 500 mL separable flask equipped with a stirrer under a nitrogen stream, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., MDI) and polypropylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., PPG: Mw = (1000 g / mol) and 832 g were added and reacted by heating at 75 ° C. for 2 hours. Thereafter, 496 g of diethylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added dropwise thereto and stirred, heated to 200 ° C. and allowed to react for 1 hour. At this time, the ratio of the OCN group of MDI to the total active hydrogen of glycols was 0.91. The produced polyurethane was opened on a bat and cooled, and then pulverized by a pulverizer. This was repeated several times to synthesize a desired amount of polyurethane. Then, these were put into a twin screw extruder and kneaded under a temperature condition of 230 ° C., discharged from the die part in a strand shape, cooled with water in a clean bath, and pelletized with a strand cutter.
(合成例3)
窒素気流下、攪拌装置付500mLセパラブルフラスコ中に4,4´―ジフェニルメタンジイソシアネート(和光純薬工業(株)製、MDI)1251gとポリプロピレングリコール(和光純薬工業(株)製、PPG:Mw=1000g/mol)757gとを加え、75℃で2時間加熱反応した。そののち、このなかにジエチレングリコール(和光純薬工業(株)製)を451g滴下して攪拌し、200℃まで加熱、そのまま1時間反応させた。この時、MDIのOCN基およびグリコール類の総活性水素の比、は、1.0であった。作製したポリウレタンはバット上にあけて冷却後、粉砕機で粉砕した。これを数回繰り返して所望の量のポリウレタンを合成した。その後これらを二軸の押出し機に投入し230℃となる温度条件で混練りしながらダイ部よりストランド状に吐出させクリーンバスで水冷し、ストランドカッターでペレット化した。
(Synthesis Example 3)
Under a nitrogen stream, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., MDI) and polypropylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., PPG: Mw = (1000 g / mol) and 757 g were added, and the mixture was reacted by heating at 75 ° C. for 2 hours. Thereafter, 451 g of diethylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added dropwise thereto and stirred, heated to 200 ° C., and allowed to react for 1 hour. At this time, the ratio of the OCN group of MDI to the total active hydrogen of glycols was 1.0. The produced polyurethane was opened on a bat and cooled, and then pulverized by a pulverizer. This was repeated several times to synthesize a desired amount of polyurethane. Thereafter, these were put into a twin-screw extruder and kneaded under a temperature condition of 230 ° C., discharged from the die part in a strand shape, cooled with water in a clean bath, and pelletized with a strand cutter.
(合成例4)
窒素気流下、攪拌装置付500mLセパラブルフラスコ中に4,4´―ジフェニルメタンジイソシアネート(和光純薬工業(株)製、MDI)1251gとポリプロピレングリコール(和光純薬工業(株)製、PPG:Mw=1000g/mol)555g、ひまし油系ジオール(伊藤製油(株)製、商品名 URIC H62)234gとを加え、75℃で2時間加熱反応した。そののち、このなかにジエチレングリコール(和光純薬工業(株)製)を451g滴下して攪拌し、200℃まで加熱、そのまま1時間反応させた。この時、MDIのOCN基およびグリコール類の総活性水素の比、は、1.0であった。作製したポリウレタンはバット上にあけて冷却後、粉砕機で粉砕した。これを数回繰り返して所望の量のポリウレタンを合成した。その後これらを二軸の押出し機に投入し230℃となる温度条件で混練りしながらダイ部よりストランド状に吐出させクリーンバスで水冷し、ストランドカッターでペレット化した。
(Synthesis Example 4)
In a 500 mL separable flask equipped with a stirrer under a nitrogen stream, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., MDI) and polypropylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., PPG: Mw = 1000 g / mol) 555 g and castor oil-based diol (manufactured by Ito Oil Co., Ltd., trade name URIC H62) 234 g were added, and the mixture was heated at 75 ° C. for 2 hours. Thereafter, 451 g of diethylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added dropwise thereto and stirred, heated to 200 ° C., and allowed to react for 1 hour. At this time, the ratio of the OCN group of MDI to the total active hydrogen of glycols was 1.0. The produced polyurethane was opened on a bat and cooled, and then pulverized by a pulverizer. This was repeated several times to synthesize a desired amount of polyurethane. Then, these were put into a twin screw extruder and kneaded under a temperature condition of 230 ° C., discharged from the die part in a strand shape, cooled with water in a clean bath, and pelletized with a strand cutter.
(比較合成例1)
窒素気流下、攪拌装置付500mLセパラブルフラスコ中に4,4´―ジフェニルメタンジイソシアネート(和光純薬工業(株)製、MDI)1251gとポリプロピレングリコール(和光純薬工業(株)製PPG:Mw=1000g/mol)1665gとを加え、75℃で2時間加熱反応した。そののち、このなかにジエチレングリコール(和光純薬工業(株)製)を409g滴下して攪拌し、200℃まで加熱、そのまま1時間反応させた。この時、MDIのOCN基およびグリコール類の総活性水素の比、は、0.91であった。作製したポリウレタンはバット上にあけて冷却後、粉砕機で粉砕した。これを数回繰り返して所望の量のポリウレタンを合成した。その後これらを二軸の押出し機に投入し230℃となる温度条件で混練りしながらダイ部よりストランド状に吐出させクリーンバスで水冷し、ストランドカッターでペレット化した。
(Comparative Synthesis Example 1)
In a 500 mL separable flask with a stirrer under a nitrogen stream, 4,1'-diphenylmethane diisocyanate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., MDI) 1251 g and polypropylene glycol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd. PPG: Mw = 1000 g) / mol) 1665 g was added, and the mixture was heated at 75 ° C. for 2 hours. Thereafter, 409 g of diethylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added dropwise thereto and stirred, heated to 200 ° C., and allowed to react for 1 hour. At this time, the ratio of the OCN group of MDI to the total active hydrogen of glycols was 0.91. The produced polyurethane was opened on a bat and cooled, and then pulverized by a pulverizer. This was repeated several times to synthesize a desired amount of polyurethane. Then, these were put into a twin screw extruder and kneaded under a temperature condition of 230 ° C., discharged from the die part in a strand shape, cooled with water in a clean bath, and pelletized with a strand cutter.
(研磨パッドの作製)
以下の方法で研磨パッドを作製した。
(実施例1)
合成例1で作製したポリウレタンペレットを内寸650mm角、厚さ2mmのスペーサーを介して、真空プレス内で加圧加熱することにより、均一なシート状成形体を得た。このシートに、深さ0.6mm、幅2.0mmの矩形断面形状の溝を、ピッチ15mm格子状に形成した後、Φ600mmの円盤状に切り出した。さらに溝加工した面の反対側に両面テープを接着し研磨パッドとした。
(Preparation of polishing pad)
A polishing pad was prepared by the following method.
Example 1
The polyurethane pellet produced in Synthesis Example 1 was pressurized and heated in a vacuum press through a spacer having an inner dimension of 650 mm square and a thickness of 2 mm, to obtain a uniform sheet-like molded body. On this sheet, grooves having a rectangular cross-sectional shape having a depth of 0.6 mm and a width of 2.0 mm were formed in a lattice shape having a pitch of 15 mm, and then cut into a disk shape having a diameter of 600 mm. Further, a double-sided tape was bonded to the opposite side of the grooved surface to obtain a polishing pad.
(実施例2)
合成例2で作製したポリウレタンペレットを使用したほかは、実施例1と同様にして研磨パッドを得た。
(実施例3)
合成例3で作製したポリウレタンペレットを使用したほかは、実施例1と同様にして研磨パッドを得た。
(実施例4)
合成例4で作製したポリウレタンペレットを使用したほかは、実施例1と同様にして研磨パッドを得た。
(Example 2)
A polishing pad was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polyurethane pellets produced in Synthesis Example 2 were used.
(Example 3)
A polishing pad was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polyurethane pellets produced in Synthesis Example 3 were used.
Example 4
A polishing pad was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polyurethane pellets produced in Synthesis Example 4 were used.
(実施例5)
熱硬化性樹脂として、(株)エッチアンドケー製ポリウレタン樹脂HEI−CASTを用いて以下の手順でパッドの成形を行った。まず、前記HEI-CAST N4760A液(ひまし油系ポリオール、主成分;ひまし油)およびHEI-CAST 3400C液(ポリオール混合物、主成分:ポリエーテルポリオール)を混合し、さらにこれにHEI-CAST N4760B液(有機ポリイソシアネート混合物、主成分;4,4´-ジフェニルメタンジイソシアネート)を混合し脱泡の後、混合後の樹脂液を厚み2mm、650cm角のシートを成形出来る金型に流し込み、80℃で1時間加熱し硬化させた。ここで、各原料の混合割合は、重量比でN4760A:3400C:N4760B=100:20:100で混合した。このシートに、深さ0.4mm、幅0.5mmの矩形断面形状の溝を、最小半径30mm、ピッチ1.5mm同心円状に形成した後、Φ600mmの円盤状に切り出した。さらに溝加工した面の反対側に両面テープを接着し研磨パッドとした。
(Example 5)
Pads were molded by the following procedure using polyurethane resin HEI-CAST manufactured by Etch & K as a thermosetting resin. First, the HEI-CAST N4760A solution (castor oil-based polyol, main component: castor oil) and HEI-CAST 3400C solution (polyol mixture, main component: polyether polyol) were mixed, and this was further mixed with HEI-CAST N4760B solution (organic poly). Isocyanate mixture, main component: 4,4'-diphenylmethane diisocyanate) and defoamed, and then the mixed resin solution is poured into a mold capable of forming a sheet of 2 mm thickness and 650 cm square and heated at 80 ° C for 1 hour. Cured. Here, the mixing ratio of each raw material was N4760A: 3400C: N4760B = 100: 20: 100 by weight ratio. On this sheet, grooves having a rectangular cross-section with a depth of 0.4 mm and a width of 0.5 mm were concentrically formed with a minimum radius of 30 mm and a pitch of 1.5 mm, and then cut into a disk shape of Φ600 mm. Further, a double-sided tape was bonded to the opposite side of the grooved surface to obtain a polishing pad.
(実施例6)
有機繊維としてポリ−p−フェニレンテレフタルアミド繊維(デュポン製「ケブラー」(登録商標)、繊維径125μm、繊維長3mm)、マトリックス樹脂として合成例3のペレットを押し出し成形機にて溶融混合し、タブレット化した。ここで、ポリ−p−フェニレンテレフタルアミド繊維は、5重量%になるように調整した。タブレットを大型乾燥機にて120℃、5h乾燥した後、押し出し成形およびロールを用いて、厚さ1.2mm、幅1mのシート状成形品を作製した。このシートに、深さ0.6mm、幅2.0mmの矩形断面形状の溝を、ピッチ15mm格子状に形成した後、Φ600mmの円盤状に切り出した。さらに溝加工した面の反対側に両面テープを接着し研磨パッドとした。
(Example 6)
Poly-p-phenylene terephthalamide fiber (DuPont “Kevlar” (registered trademark), fiber diameter 125 μm, fiber length 3 mm) as the organic fiber, and the pellet of Synthesis Example 3 as the matrix resin are melt-mixed in an extrusion molding machine, and the tablet Turned into. Here, the poly-p-phenylene terephthalamide fiber was adjusted to 5% by weight. After the tablet was dried at 120 ° C. for 5 hours with a large dryer, a sheet-like molded product having a thickness of 1.2 mm and a width of 1 m was prepared using an extrusion molding and a roll. On this sheet, grooves having a rectangular cross-sectional shape having a depth of 0.6 mm and a width of 2.0 mm were formed in a lattice shape having a pitch of 15 mm, and then cut into a disk shape having a diameter of 600 mm. Further, a double-sided tape was bonded to the opposite side of the grooved surface to obtain a polishing pad.
(実施例7)
有機繊維としてアラミド繊維フェルト基材(品番13−0796−01−25、東レ・デュポン製)を用い、これに実施例5の液状熱硬化性樹脂を滴下の後、樹脂真空プレス中で加圧加熱することにより2mm、650cm角のシートを成形した。重量比から換算した繊維含有量は、5重量%であった。このシートに、深さ0.4mm、幅0.5mmの矩形断面形状の溝を、最小半径30mm、ピッチ1.5mm同心円状に形成した後、Φ600mmの円盤状に切り出した。さらに溝加工した面の反対側に両面テープを接着し研磨パッドとした。
(Example 7)
An aramid fiber felt base material (product number 13-0796-01-25, manufactured by Toray DuPont) was used as the organic fiber, and the liquid thermosetting resin of Example 5 was added dropwise thereto, followed by pressure heating in a resin vacuum press. As a result, a 2 mm, 650 cm square sheet was formed. The fiber content calculated from the weight ratio was 5% by weight. On this sheet, grooves having a rectangular cross-section with a depth of 0.4 mm and a width of 0.5 mm were concentrically formed with a minimum radius of 30 mm and a pitch of 1.5 mm, and then cut into a disk shape of Φ600 mm. Further, a double-sided tape was bonded to the opposite side of the grooved surface to obtain a polishing pad.
(比較例1)
熱可塑性樹脂として比較合成例1のポリウレタン樹脂を用いたほかは、実施例1と同様にして研磨パッドを作製した。
(比較例2)
熱可塑性樹脂としてポリカプロラクトン系ジオールを使用したポリウレタン樹脂レザミンP4250(大日精化工業(株)製)を用いたほかは、実施例1と同様にして研磨パッドを作製した。
(比較例3)
熱可塑性樹脂としてポリカーボネート系ジオールを使用したポリウレタン樹脂レザミンP890(大日精化工業(株)製、分枝のないポリカーボネート系両末端ジオール)を用いたほかは、実施例1と同様にして研磨パッドを作製した。
(Comparative Example 1)
A polishing pad was produced in the same manner as in Example 1 except that the polyurethane resin of Comparative Synthesis Example 1 was used as the thermoplastic resin.
(Comparative Example 2)
A polishing pad was prepared in the same manner as in Example 1 except that polyurethane resin Resamine P4250 (manufactured by Dainichi Seika Kogyo Co., Ltd.) using a polycaprolactone-based diol as a thermoplastic resin was used.
(Comparative Example 3)
A polishing pad was prepared in the same manner as in Example 1 except that polyurethane resin Resamine P890 (manufactured by Dainichi Seika Kogyo Co., Ltd., unbranched polycarbonate-based both-end diol) using a polycarbonate diol as a thermoplastic resin was used. Produced.
(パッド特性の評価)
作製した研磨パッドの特性を、下記に従い評価した。
(引張弾性率)
作製した研磨パッドを1mm×1.5mm×35mmの短冊状に切り出し、動的粘弾性試験装置(Rheometrix Scientific社製、RSA-II)を用いて、スパン間27.5mmにて周波数1Hzにて室温で測定を行い、弾性率を求めた。
(Evaluation of pad characteristics)
The characteristics of the produced polishing pad were evaluated according to the following.
(Tensile modulus)
The prepared polishing pad was cut into a 1 mm x 1.5 mm x 35 mm strip and measured at room temperature at a frequency of 1 Hz with a span of 27.5 mm using a dynamic viscoelasticity testing device (Rheometrix Scientific, RSA-II). The elastic modulus was obtained.
表1に以上の方法で求めたパッドの引張弾性率について示す。比較例1は、本発明の熱可塑性ポリウレタンパッドである実施例1〜3とほぼ同様の構造を有しているが、その弾性率が0.1GPa未満と極端に低いものである。比較例2および3は市販の熱可塑性ポリウレタンであり、ジオール成分の構造が本発明とまったく異なるものである。このうち、比較例2は弾性率の特性自体は、本発明によるポリウレタンパッドの範囲に入る。 Table 1 shows the tensile modulus of the pad determined by the above method. Comparative Example 1 has almost the same structure as Examples 1 to 3 which are the thermoplastic polyurethane pads of the present invention, but its elastic modulus is extremely low, less than 0.1 GPa. Comparative Examples 2 and 3 are commercially available thermoplastic polyurethanes, and the structure of the diol component is completely different from that of the present invention. Among these, Comparative Example 2 has the elastic modulus characteristic itself within the range of the polyurethane pad according to the present invention.
(研磨剤の作製)
銅用の研磨剤として、砥粒を含まない(砥粒フリー)研磨液(日立化成工業株式会社製スラリー 商品名HS-C430)に二次粒子の平均径が35nmのコロイダルシリカを加え0.37重量%に調整した砥粒入り研磨液を用意した。使用時に、体積比で研磨液:過酸化水素水=7:3で混合した。使用時のpHは3.5であった。
(Production of abrasive)
As an abrasive for copper, 0.37% by weight of colloidal silica having an average secondary particle size of 35 nm is added to an abrasive-free (abrasive-free) polishing liquid (slurry product name: HS-C430 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.). A polishing solution containing abrasive grains was prepared. At the time of use, it was mixed at a volume ratio of polishing liquid: hydrogen peroxide solution = 7: 3. The pH during use was 3.5.
(金属膜の研磨)
上記の各研磨パッドを研磨装置の定盤に取り付け、#160番手のダイヤモンド砥石をつけドレッサーで、30分間表面を粗した。その後、上記研磨剤を使用して、配線なしあるいは配線を形成したシリコンウエハ基板を以下のようにCMP研磨し、研磨速度、研磨傷、および平坦性の指標としてディッシングを測定した。
研磨速度及び研磨傷評価用としては配線のない基板を用い、金属膜の研磨に厚さ1μmの銅膜を形成した配線形成のない二酸化シリコン膜層付きシリコン基板(基板1)を用いた。
ディッシング評価には配線を形成した基板、すなわち、二酸化シリコン中に深さ0.5μmの溝を形成して、公知のスパッタ法によってバリア層として厚さ50nmの窒化タンタル膜を形成し、同様にスパッタ法により銅膜を形成して公知の熱処理によって埋め込んだ、配線金属部(銅)幅100μm、二酸化シリコン部幅100μmが交互に並んだストライプ状パターン部を有するシリコン基板(基板2)を金属膜の研磨に用いた。
(Metal film polishing)
Each of the above polishing pads was attached to a surface plate of a polishing apparatus, a # 160 diamond grindstone was attached, and the surface was roughened with a dresser for 30 minutes. Thereafter, using the above-mentioned abrasive, a silicon wafer substrate without wiring or having wiring formed thereon was subjected to CMP polishing as follows, and dishing was measured as an index of polishing rate, polishing scratches, and flatness.
For evaluation of the polishing rate and polishing scratches, a substrate without wiring was used, and a silicon substrate with a silicon dioxide film layer (substrate 1) without forming a wiring in which a copper film having a thickness of 1 μm was formed for polishing a metal film was used.
For dishing evaluation, a substrate having wiring formed thereon, that is, a groove having a depth of 0.5 μm is formed in silicon dioxide, and a tantalum nitride film having a thickness of 50 nm is formed as a barrier layer by a known sputtering method. A silicon substrate (substrate 2) having a stripe pattern portion in which a wiring metal portion (copper) width of 100 μm and a silicon dioxide portion width of 100 μm are alternately arranged and formed by a known heat treatment is formed by forming a copper film by the method. Used for polishing.
(研磨速度の評価)
研磨装置のウエハ基板取り付け用の吸着パッドを貼り付けたホルダーに上記銅膜形成ウエハ基板(基板1)をセットし、加工面を下にして研磨装置の定盤に取り付けた研磨パッド上にセットした。上記の銅用研磨剤を210ml/minで供給しながら、研磨荷重14kPa、および10kPa、基板と定盤との各回転速度38rpmで1分間CMP研磨した。研磨前後の銅膜厚を、ナプソン(株)製型番 RT−7を用いてシート抵抗値を測定し、抵抗率から膜厚を計算し、CMP研磨前後での膜厚差を求め計算した。
(Evaluation of polishing rate)
The copper film-formed wafer substrate (substrate 1) is set in a holder to which a suction pad for attaching the wafer substrate of the polishing apparatus is attached, and set on the polishing pad attached to the surface plate of the polishing apparatus with the processing surface down. . While supplying the above polishing slurry for copper at 210 ml / min, CMP polishing was performed for 1 minute at a polishing load of 14 kPa and 10 kPa, and at a rotation speed of 38 rpm between the substrate and the surface plate. The copper film thickness before and after polishing was calculated by measuring the sheet resistance value using a model number RT-7 manufactured by Napson Co., Ltd., calculating the film thickness from the resistivity, and calculating the film thickness difference before and after CMP polishing.
(研磨傷の評価)
Cu膜の傷評価は、上記研磨速度の評価を行なった基板を用い、金属顕微鏡の暗視野にて目視にて評価した。
(Evaluation of polishing scratches)
The evaluation of scratches on the Cu film was performed by visual observation in the dark field of a metal microscope using the substrate on which the polishing rate was evaluated.
(ディッシング量)
上記銅配線を形成した基板(基板2)と上記銅用の研磨剤を用い、配線部以外の部分でバリア膜が露出するまで前記研磨速度評価と同じ装置、研磨荷重、回転速度、研磨液供給量の条件で、銅研磨を行った。
その後、バリア膜用研磨液(HS-T605、日立化成工業株式会社製研磨剤商品名)を用いた以外は、上記銅研磨と同条件で30秒研磨を行いバリア膜を研磨した。
触針式段差計(Veeco/Sloan社製Dektat3030)で配線金属部(銅)幅100μm、絶縁膜(二酸化シリコン)部幅100μmが交互に並んだストライプ状パターン部の表面形状から、絶縁膜部に対する配線金属部の膜減り量を測定し、ディッシング量とした。
(Dishing amount)
Using the substrate (substrate 2) on which the copper wiring is formed and the copper polishing agent, the same apparatus, polishing load, rotation speed, and polishing liquid supply as the polishing rate evaluation until the barrier film is exposed at a portion other than the wiring portion. Copper polishing was performed under the condition of the amount.
Thereafter, the barrier film was polished by polishing for 30 seconds under the same conditions as the above copper polishing, except that a polishing liquid for barrier film (HS-T605, trade name of abrasives manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) was used.
From the surface shape of the stripe pattern portion in which the wiring metal portion (copper) width of 100 μm and the insulating film (silicon dioxide) portion width of 100 μm are alternately arranged with a stylus type step gauge (Veeco / Sloan Dektat 3030) The amount of film loss in the wiring metal part was measured and used as the dishing amount.
表2に、上記実施例及び比較例のパッドを用いた研磨特性の結果を示す。
実施例を用いた場合はいずれも、比較例の市販ポリウレタン等と比べ飛躍的に研磨速度が大きく、特に低研磨荷重すなわち低摩擦力での研磨に有用であることが確認できた。
Table 2 shows the results of polishing characteristics using the pads of the above examples and comparative examples.
In each of the examples, it was confirmed that the polishing rate was dramatically higher than that of the commercially available polyurethane and the like of the comparative example, and that it was particularly useful for polishing with a low polishing load, that is, a low frictional force.
比較例2および3に示す市販の熱可塑性ポリウレタンでは研磨速度がおそく、比較例1と同じくパターンの研磨が10分以上かかったため途中で中止した。以上の比較例から、パッドのマトリックス樹脂の機械的、電気的特性だけでなくその化学構造自体が研磨速度に影響を与えることを示している。 With the commercially available thermoplastic polyurethanes shown in Comparative Examples 2 and 3, the polishing rate was slow, and as in Comparative Example 1, polishing of the pattern took 10 minutes or more and was stopped halfway. From the above comparative examples, it is shown that not only the mechanical and electrical characteristics of the matrix resin of the pad but also the chemical structure itself affects the polishing rate.
実施例6および7は繊維を含むほかは、それぞれ実施例4および実施例5と同様な構造である、研磨速度への影響が小さく、かつディッシングを改善することができる。
以上の検討結果から、本発明による研磨パッドを使用すれば、CMP時に絶縁層にかかる負荷を低減しつつ、研磨速度を維持でき、平坦性を向上できることが分かった。
Examples 6 and 7 have the same structure as that of Example 4 and Example 5 except that they contain fibers, have a small influence on the polishing rate, and can improve dishing.
From the above examination results, it was found that if the polishing pad according to the present invention is used, the polishing rate can be maintained and the flatness can be improved while reducing the load applied to the insulating layer during CMP.
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