JP2007116194A

JP2007116194A - 研磨方法

Info

Publication number: JP2007116194A
Application number: JP2007007060A
Authority: JP
Inventors: Miyuki Hanamoto; 深雪花本; Tomoyuki Honda; 智之本田; Kunitaka Jiyou; 邦恭城
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2007-01-16
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、ガラス、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等の被研磨材を研磨パッド上にスラリーを供給しながら研磨をおこなう際に、平均スラリー使用量を低減しても、大きな異音を生じず、ウェハー表面へのダメージを少なくした研磨方法を提供せんとするものである。
【解決手段】
本発明は、上記課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の研磨方法は研磨パッドを用いて、スラリーを供給しながら研磨する方法であって、研磨圧力が４５０ｇ／ｃｍ^２以上、研磨パッド面積１５９．５平方センチメートルあたりの平均スラリー使用量が５０ｃｃ／分以上１５０ｃｃ／分以下であり、研磨開始から３秒間以上、２５０ｃｃ／分以上の平均スラリー使用量で研磨することを特徴とする研磨方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等において平坦面を形成するのに使用される研磨方法に関するものである。

半導体デバイスが高密度化するにつれ、多層配線と、これに伴う層間絶縁膜形成や、プラグ、ダマシンなどの電極形成等の技術が重要度を増している。これに伴い、これら層間絶縁膜や電極の金属膜の平坦化プロセスの重要度は増しており、この平坦化プロセスのための効率的な技術として、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）と呼ばれる研磨技術が普及している。

本ＣＭＰと呼ばれる研磨技術は、被研磨材を研磨層を有する研磨パッドで、スラリーを供給しながら研磨をおこなう技術であるが（特許文献１）、研磨中に使用するスラリー量はＣＭＰのコストの観点から出来るだけ低減することが要求されていた。低減する方法として、研磨圧力を高くして、研磨レートを高くすることで、研磨時間を短く出来、総スラリー使用量を下げることが出来る。しかしながら、研磨圧力を４５０ｇ／ｃｍ^２以上に上げて、平均スラリー使用量を１５０ｃｃ／分以下に下げた研磨条件では、ウェハーと研磨層の接触抵抗が大きくなり、非常に大きな異音が生じるという問題があった。この為、平均スラリー使用量を１５０ｃｃ／分以下で研磨することが出来なかった。
特表２００２−５３５８４３号公報

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、ガラス、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等の被研磨材を研磨パッド上にスラリーを供給しながら研磨をおこなう際に、スラリー使用量を低減しても、大きな異音を生じず、ウェハー表面へのダメージを少なくした研磨方法を提供せんとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の研磨方法は、研磨パッドを用いて、スラリーを供給しながら研磨する方法であって、研磨圧力が４５０ｇ／ｃｍ^２以上、研磨パッド面積１５９．５平方センチメートルあたりの平均スラリー使用量が５０ｃｃ／分以上１５０ｃｃ／分以下であり、研磨開始から３秒間以上、２５０ｃｃ／分以上の平均スラリー使用量で研磨することを特徴とする研磨方法である。

本発明により、ガラス、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等の被研磨材を研磨パッド上にスラリーを供給しながら研磨をおこなう際に、スラリー使用量を低減しても、大きな異音を生じず、ウェハー表面へのダメージを少なくすることが出来る。

本発明は、前記課題、つまりガラス、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等の被研磨材を研磨パッド上にスラリーを供給しながら研磨をおこなう際に、スラリー使用量を低減しても、大きな異音を生じず、ウェハー表面へのダメージを少なくする研磨方法について、鋭意検討した結果、研磨開始から３秒間以上、２５０ｃｃ／分以上の平均スラリー使用量で研磨することで、かかる課題を一挙に解決することができることを究明したものである。

本発明の研磨パッドは研磨層とクッション層を有していることが好ましい。本発明の研磨パッドを構成する研磨層としては、マイクロゴムＡ硬度で８０度以上であり、独立気泡を有する構造のものが、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等において平坦面を形成するので好ましい。特に限定されないが、かかる構造体を形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリウレア、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフルオロエチレン、エポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ネオプレン（登録商標）ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムおよびこれらを主成分とした樹脂等が挙げられる。このような樹脂においても、独立気泡径が比較的容易にコントロールできる点でポリウレタンを主成分とする素材がより好ましい。

本発明におけるポリウレタンとは、ポリイソシアネートの重付加反応または重合反応に基づき合成される高分子である。ポリイソシアネートの対称として用いられる化合物は、含活性水素化合物、すなわち、二つ以上のポリヒドロキシ基、あるいはアミノ基含有化合物である。ポリイソシアネートとして、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなど挙げることができるがこれに限定されるものではない。ポリヒドロキシ基含有化合物としてはポリオールが代表的であり、ポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、エポキシ樹脂変性ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール、シリコーンポリオール等が挙げられる。硬度，気泡径および発泡倍率によって、ポリイソシアネートとポリオール、および触媒、発泡剤、整泡剤の組み合わせや最適量を決めることが好ましい。

これらのポリウレタン中への独立気泡の形成方法としては、ポリウレタン製造時における樹脂中への各種発泡剤の配合による化学発泡法が一般的であるが、機械的な撹拌により樹脂を発泡させたのち硬化させる方法も好ましく使用することができる。

かかる独立気泡の平均気泡径は３０μｍ以上で１５０μｍ以下であることがスクラッチが少なく、半導体基板の局所的凹凸の平坦性が良好であることを両立できる点で好ましい。平均気泡径が１４０μｍ以下、さらには１３０μｍ以下であることがさらに好ましい。平均気泡径が３０μｍ未満の場合、スクラッチが多くなり好ましくない場合がある。また、平均気泡径が１５０μｍを越える場合、半導体基板の局所的凹凸の平坦性が悪くなるので好ましくない。なお、平均気泡径はサンプル断面を倍率２００倍でＳＥＭ観察し、次に記録されたＳＥＭ写真の気泡径を画像処理装置で測定し、その平均値を取ることにより測定した値をいう。

本発明の一実施態様として好ましいものは、ポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体が含有し、独立気泡を有するパッドである。ポリウレタンは、硬度を高くすると脆くなり、またビニル化合物からの重合体だけでは靱性と硬度を高めることはできるが、独立気泡を有する均質な研磨パッドを得ることが困難であった。ポリウレタンとビニル化合物から重合されている重合体が含有されていることにより、独立気泡を含み、靱性と硬度の高い研磨パッドとすることができた。

本発明におけるビニル化合物は、重合性の炭素炭素二重結合を有する化合物である。具体的にはメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ｎ−ラウリルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシブチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジプロピル、マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジプロピル、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド、イソプロピルマレイミド、アクリロニトリル、アクリルアミド、塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらのモノマーは単独であっても２種以上を混合しても使用できる。

上述したビニル化合物の中で、ＣＨ₂＝ＣＲ^１ＣＯＯＲ^２（Ｒ^１：メチル基、エチル基、Ｒ^２：メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基）が好ましい。中でもメチルメタクリレート，エチルメタクリレート，ｎ−ブチルメタクリレート，イソブチルメタクリレートが、ポリウレタンへの独立気泡の形成が容易な点、モノマーの含浸性が良好な点、重合硬化が容易な点、重合硬化されたポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を含有している発泡構造体の硬度が高く平坦化特性が良好な点で好ましい。

これらのビニル化合物の重合開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、イソプロピルパーオキシジカーボネート等のラジカル開始剤を使用することができる。また、酸化還元系の重合開始剤、例えばパーオキサイドとアミン類の組合せを使用することもできる。これらの重合開始剤は、単独のみならず、２種以上を混合しても使用できる。

ビニル化合物のポリウレタン中への含浸方法としては、モノマーが入った容器中にポリウレタンを浸漬し、含浸させる方法が挙げられる。なお、その際、含浸速度を速める目的で、加熱、加圧、減圧、攪拌、振盪、超音波振動等の処理を施すことも好ましい。

ビニル化合物のポリウレタン中への含浸量は、使用するモノマーおよびポリウレタンの種類や、製造される研磨パッドの特性により定められるべきものであり、一概にはいえないが、例えばビニル化合物を使用した場合においては、重合硬化した発泡構造体中のビニル化合物から得られる重合体とポリウレタンの含有比率が重量比で３０／７０〜８０／２０であることが好ましい。ビニル化合物から得られる重合体の含有比率が重量比で３０／７０に満たない場合は、研磨パッドの硬度が低くなるため好ましくない場合がある。また、含有比率が８０／２０を越える場合は、研磨層の有している弾力性が損なわれるため好ましくない場合がある。

なお、重合硬化したポリウレタン中のビニル化合物から得られる重合体およびポリウレタンの含有率は熱分解ガスクロマトグラフィ／質量分析手法により測定することができる。本手法で使用できる装置としては、熱分解装置としてダブルショットパイロライザー"ＰＹ−２０１０Ｄ"（フロンティア・ラボ社製）を、ガスクロマトグラフ・質量分析装置として、"ＴＲＩＯ−１"（ＶＧ社製）を挙げることができる。

本発明でポリウレタンとビニル重合体が一体化して含有されるという意味は、ポリウレタンの相とビニル化合物から重合される重合体の相とが分離された状態で含有されていないという意味であるが、定量的に表現すると、研磨パッドをスポットの大きさが５０μｍの顕微赤外分光装置で観察した赤外スペクトルがポリウレタンの赤外吸収ピークとビニル化合物から重合される重合体の赤外吸収ピークを有しており、色々な箇所の赤外スペクトルがほぼ同一であることである。ここで使用される顕微赤外分光装置として、ＳＰＥＣＴＲＡ−ＴＥＣＨ社製のＩＲμｓを挙げることができる。

なお、製造される研磨パッドの特性改良を目的として、研磨剤、帯電防止剤、潤滑剤、安定剤、染料等の各種添加剤が添加されていても良い。

本発明の研磨層のマイクロゴムＡ硬度は、高分子計器（株）製マイクロゴム硬度計ＭＤ−１で評価した値をさす。マイクロゴムＡ硬度計ＭＤ−１は、従来の硬度計では測定が困難であった薄物・小物の硬さ測定を可能にするもので、スプリング式ゴム硬度計（デュロメータ）Ａ型の約１／５の縮小モデルとして、設計・製作されているため、スプリング式硬度計Ａ型の硬度と一致した測定値が得られる。通常の研磨パッドは、研磨層または硬質層の厚みが５ｍｍを切るので、スプリング式ゴム硬度計Ａ型では評価できないので、前記マイクロゴムＭＤ−１で評価する。

本発明の研磨層は、マイクロゴムＡ硬度で８０度以上、好ましくは９０度以上が好ましい。マイクロゴムＡ硬度が８０度を満たない場合は、半導体基板の局所的凹凸の平坦性が不良となるので好ましくない場合がある。

本発明の研磨層の密度は、ハーバード型ピクノメーター（ＪＩＳＲ−３５０３基準）を用い、水を媒体に測定した値である。

本発明の研磨層は、密度が０．３〜１．１ｇ／ｃｍ^３の範囲にあることが好ましい。密度が０．３ｇ／ｃｍ^３に満たない場合、局所的な平坦性が不良となり、グローバル段差が大きくなる場合がある。密度が１．１ｇ／ｃｍ^３を越える場合は、スクラッチが発生しやすくなる。さらに好ましい密度は、０．６〜０．９ｇ／ｃｍ^３、また、さらに好ましい密度は０．６５〜０．８５ｇ／ｃｍ^３の範囲である。

本発明の研磨パッドの研磨層表面には、ハイドロプレーン現象を抑える為に、溝切り形状、ディンプル形状、スパイラル形状、同心円形状等、通常の研磨パッドがとり得る溝（グルーブ）が形成されて使用される。

本発明の研磨層に体積弾性率が４０ＭＰａ以上でかつ引っ張り弾性率が１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下のクッション層を積層することが、面内均一性が良好であるので好ましい。体積弾性率とは、あらかじめ体積を測定した被測定物に等方的な印加圧力を加えて、その体積変化を測定する。体積弾性率＝印加圧力／（体積変化／元の体積）という定義である。

本発明の体積弾性率の測定は、以下のとおり行った。内容積が約４０ｍＬのステンレス製の測定セルに、試料片と２３℃の水を入れ、容量０．５ｍＬの硼珪酸ガラス製メスピペット（最小目盛り０．００５ｍＬ）を装着した。別に、圧力容器としてポリ塩化ビニル樹脂製の管（内径９０ｍｍφ×２０００ｍｍ、肉厚５ｍｍ）を使用して、その中に上記試料片を入れた測定セルを入れ、圧力Ｐで窒素加圧し、体積変化Ｖ1を測定した。続いて、試料を測定セルに入れないで、表１に示した圧力Ｐで窒素加圧し、体積変化Ｖ0を測定した。圧力ＰをΔＶ／Ｖi＝（Ｖ1−Ｖ0）／Ｖiで除した値を前記試料の体積弾性率として算出した。

本発明の体積弾性率は、２３℃においてサンプルに０．０４〜０．１４ＭＰａの圧力がかかった時の体積弾性率のことである。

本発明のクッション層の体積弾性率は４０ＭＰａ以上が好ましい。４０ＭＰａに満たない場合は、半導体基板全面の面内均一性が損なわれるので好ましくない場合があり、もう一つの理由は、研磨パッドの表面と裏面を貫通する孔に流れ込むスラリーや水がクッション層に含浸して、クッション特性を経時的に変化させるので好ましくない場合がある。さらに好ましい体積弾性率の範囲は２００ＭＰａ以上である。

本発明の引張り弾性率は、ダンベル形状にして引っ張り応力を加え、引っ張り歪み（＝引っ張り長さ変化／元の長さ）が０．０１から０．０３までの範囲で引っ張り応力を測定し、引っ張り弾性率＝（（引っ張り歪みが０．０３時の引っ張り応力）−（引っ張り歪みが０．０１時の引っ張り応力））／０．０２で定義されるものである。測定装置として、オリエンテック社製テンシロン万能試験機ＲＴＭ−１００などが上げられる。測定条件としては、試験速度は５ｃｍ／分で試験片形状は幅５ｍｍで試料長５０ｍｍのダンベル形状である。

本発明のクッション層の引張り弾性率は、１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることが好ましい。引っ張り弾性率が１ＭＰａに満たない場合は、半導体基板全面の面内均一性が損なわれるので好ましくない場合がある。引っ張り弾性率が２０ＭＰａを越える場合も半導体基板全面の面内均一性が損なわれるので好ましくない場合がある。さらに好ましい引っ張り弾性率の範囲は、１．２ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。

この様なクッション層としては、天然ゴム、ニトリルゴム、ネオプレン（登録商標）ゴム、ポリブタジエンゴム、熱硬化ポリウレタンゴム、熱可塑性ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの無発泡のエラストマを上げることができるが特にこれらに限定されるわけではない。クッション層の厚みは、０．３〜２ｍｍの範囲が好ましい。０．５ｍｍに満たない場合は、半導体基板全面の面内均一性が損なわれるので好ましくない場合がある。２ｍｍを越える場合は、局所平坦性が損なわれるので好ましくない場合がある。さらに好ましい厚みの範囲は、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。さらに好ましい範囲は０．７５ｍｍ以上１．７５ｍｍ以下である。
本発明の研磨圧力は、４５０ｇ／ｃｍ^２以上である。研磨レートは研磨圧力に比例する関係にあり、研磨圧力を高くすることで研磨レートを高くすることが出来、ウェハーの研磨時間を短く出来るので、スラリーの使用量を削減することが出来る。

本発明の研磨パッド面積１５９．５平方センチメートルあたりの平均スラリー使用量として、５０ｃｃ／分以上１５０ｃｃ／分以下に設定するものである。平均スラリー使用量を５０ｃｃ／分を下回る場合には、ウェハーにスクラッチ等が発生するので好ましくない。平均スラリー使用量が１５０ｃｃ／分を越える場合には、総スラリー使用量が多くなるので好ましくない。

研磨圧力が４５０ｇ／ｃｍ^２以上で、平均スラリー使用量が５０ｃｃ／分以上１５０ｃｃ／分以下の研磨条件で研磨をした場合、大きな異音を発生することがあり、これはウェハーへのスクラッチが生じていることを表している。これを改善する為に、鋭意検討した結果、研磨開始から３秒間以上、２５０ｃｃ／分を越える平均スラリー使用量で研磨し、その後、平均スラリー使用量を５０ｃｃ／分以上１５０ｃｃ／分以下に制御することで、大きな異音を発生することなく、良好な研磨をおこなうことを見出した。

研磨開始から３秒間以上流す平均スラリー使用量が２５０ｃｃ／分以下の場合は、異音を抑制することが難しいので好ましくない。

また、２５０ｃｃ／分を越えるスラリーを研磨開始から３秒間未満流した場合も、異音を抑制することが難しいので好ましくない。

本発明の研磨パッドを用いて、スラリーとしてシリカ系スラリー、酸化アルミニウム系スラリー、酸化セリウム系スラリー等を用いて半導体ウェハ上での絶縁膜の凹凸や金属配線の凹凸を局所的に平坦化することができたり、グローバル段差を小さくしたり、ディッシングを抑えたりできる。スラリーの具体例として、キャボット社製のＣＭＰ用ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰＥＲＥＳＥ（登録商標）ＳＣ−１、ＣＭＰ用ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰＥＲＳＥ（登録商標）ＳＣ−１１２、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ（登録商標）ＡＭ１００、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ（登録商標）ＡＭ１００Ｃ、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ（登録商標）１２、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ（登録商標）２５、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ（登録商標）Ｗ２０００、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ（登録商標）Ｗ−Ａ４００等を挙げることができるが、これらに限られるわけではない。

メイン研磨前ステップでのスラリー増量の効果があると思われるメイン研磨の研磨条件は、200mmウェハと300mmウェハで条件が異なる。200mmウェハでは、リテーナリング圧力=7psi以上、インナーチューブ圧力=6psi以上、メンブレン圧力=5psi以上、プラテン回転数=70rpm以上、研磨ヘッド回転数=80rpm以上、ドレッサー荷重=3lbf以上、ドレス時間=30秒以上、研磨時間=30秒以上である。300mmウェハでは、リテーナリング圧力=8psi以上、Zone1圧力=6psi以上、Zone2圧力=3psi以上、Zone3圧力=3psi以上、プラテン回転数=30rpm以上、研磨ヘッド回転数=30rpm以上、ドレッサー荷重=3lbf以上、ドレス時間=30秒以上、研磨時間=30秒以上である。

本発明の研磨パッドの対象は、例えば半導体ウェハの上に形成された絶縁層または金属配線の表面であるが、絶縁層としては、金属配線の層間絶縁膜や金属配線の下層絶縁膜や素子分離に使用されるシャロートレンチアイソレーションを挙げることができ、金属配線としては、アルミ、タングステン、銅等であり、構造的にダマシン、デュアルダマシン、プラグなどがある。銅を金属配線とした場合には、窒化珪素等のバリアメタルも研磨対象となる。絶縁膜は、現在酸化シリコンが主流であるが、遅延時間の問題で低誘電率絶縁膜が用いられる様になる。本発明の研磨パッドでは、スクラッチがはいりにくい状態で研磨しながら研磨状態を良好に測定することが可能である。半導体ウェハ以外に磁気ヘッド、ハードディスク、サファイヤ等の研磨に用いることもできる。

本発明の研磨パッドは、ガラス、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等に平坦面を形成するのに好適に使用される。

以下、実施例によって、さらに本発明の詳細を説明する。しかし、本実施例により本発明が限定して解釈される訳ではない。なお、測定は以下のとおりに行った。

マイクロゴムＡ硬度：
高分子計器（株）製のマイクロゴム硬度計"ＭＤ−１"で測定する。マイクロゴム硬度計"ＭＤ−１"の構成は下記のとおりである。
１．１センサ部
（１）荷重方式：片持ばり形板バネ
（２）ばね荷重：０ポイント／２．２４ｇｆ。１００ポイント／３３．８５ｇｆ
（３）ばね荷重誤差：±０．３２ｇｆ
（４）押針寸法：直径：０．１６ｍｍ円柱形。高さ０．５ｍｍ
（５）変位検出方式：歪ゲージ式
（６）加圧脚寸法：外径４ｍｍ内径１．５ｍｍ
１．２センサ駆動部
（１）駆動方式：ステッピングモータによる上下駆動。エアダンパによる降下速度制御
（２）上下動ストローク：１２ｍｍ
（３）降下速度：１０〜３０ｍｍ／ｓｅｃ
（４）高さ調整範囲：０〜６７ｍｍ（試料テーブルとセンサ加圧面の距離）
１．３試料台
（１）試料台寸法：直径８０ｍｍ
（２）微動機構：ＸＹテーブルおよびマイクロメータヘッドによる微動。ストローク：Ｘ軸、Ｙ軸とも１５ｍｍ
（３）レベル調整器：レベル調整用本体脚および丸型水準器。

気泡径測定：日立製作所（株）製ＳＥＭ２４００走査型電子顕微鏡を使用し、倍率２００倍で観察した写真を画像解析装置で解析することにより、写真中に存在するすべての気泡径を計測し、その平均値を平均気泡径とした。

体積弾性率の測定：内容積が約４０ｍＬのステンレス製の測定セルに、ＮＢＲゴムシート２７ｇ（比重１．２９、初期体積２１ｍｌ）と２３℃の水を入れ、これに容量０．５ｍＬの硼珪酸ガラス製メスピペット（最小目盛り０．００５ｍＬ）を装着した。別に、圧力容器としてポリ塩化ビニル樹脂製の管（内径９０ｍｍφ×２０００ｍｍ、肉厚５ｍｍ）を使用して、その中に上記試料片を入れた測定セルを入れ、表１に示した圧力Ｐで窒素加圧し、体積変化Ｖ1を測定した。続いて、試料を測定セルに入れないで、表１に示した圧力Ｐで窒素加圧し、水のみの体積変化Ｖ0を測定した。圧力ＰをΔＶ／Ｖi＝（Ｖ1−Ｖ0）／Ｖiで除した値を前記試料の体積弾性率として算出した。

研磨中に研磨状態を光学的に良好に測定できる研磨装置：アプライドマテリアルズ（株）のＭｉｒｒａ３４００を用いて、所定の研磨条件で終点検出をおこないながら研磨をおこなった。研磨特性は、８インチウェハーの最外周３ｍｍを除外した研磨レート（オングストローム／分）と面内均一性＝（最大研磨レート−最小研磨レート）／平均研磨レート×１００（％）を測定した。

欠陥検査：ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｌ（株）製のＳＰ−１を用いて、０．１８μｍ以上の欠陥を測定した。

実施例１
ポリプロピレングリコール３０重量部とジフェニルメタンジイソシアネート４０重量部と水０．５重量部とトリエチルアミン０．３重量部とシリコーン整泡剤１．７重量部とオクチル酸スズ０．０９重量部をＲＩＭ成型機で混合して、金型に吐出して加圧成型を行い、厚み２．６ｍｍの独立気泡の発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度：４２，密度：０．７６ｇ／ｃｍ³、独立気泡の平均気泡径：３４μｍ）を作製した。

前記発泡ポリウレタンシートを、アゾビスイソブチロニトリル０．２重量部を添加したメチルメタクリレートに６０分間浸漬した。次に前記発泡ポリウレタンシートを、ポリビニルアルコール"ＣＰ"（重合度：約５００、ナカライテスク（株）製）１５重量部、エチルアルコール（試薬特級、片山化学（株）製）３５重量部、水５０重量部からなる溶液中に浸漬後乾燥することにより、前記発泡ポリウレタンシート表層をポリビニルアルコールで被覆した。

次に前記発泡ポリウレタンシートを、塩化ビニル製ガスケットを介して２枚のガラス板間に挟み込んで、６５℃で６時間、１２０℃で３時間加熱することにより重合硬化させた。ガラス板間から離型し水洗した後、５０℃で真空乾燥を行った。このようにして得られた硬質発泡シートを厚み２．００ｍｍにスライス加工することにより研磨層を作製した。

研磨層中のメチルメタクリレート含有率は６６重量％であった。また研磨層のマイクロゴムＡ硬度は９８度、密度は０．８１ｇ／ｃｍ³、独立気泡の平均気泡径は４５μｍであった。クッション層として日本マタイ（株）製の熱可塑性ポリウレタンのマイクロゴムＡ硬度で６５度の１．０ｍｍ品（体積弾性率＝６５ＭＰａ、引っ張り弾性率＝４ＭＰａ）を、積水化学工業（株）製５７８２Ｗ接着層（中間テープ）を介して積層体を作成し、さらに裏面に裏面テープとして積水化学工業（株）両面テープ５６０４ＴＤＸを貼り合わせた。

この積層体を５０８ｍｍの直径の円に打ち抜いて、研磨層表面にグルーブ幅１ｍｍ、グルーブ深さ０．８２５ｍｍ、グルーブピッチ２０ｍｍの格子状のＸＹ−グルーブをＮＣルーターで形成して、研磨パッドとした。

研磨パッドを研磨機（アプライドマテリアルズ製”ＭＩＲＲＡ３４００”）の定盤に貼り付けた。酸化膜の８インチウェハをリテナーリング圧力＝２ｐｓｉ,インナーチューブ圧力＝３ｐｓｉ,メンブレン圧力＝Ｖａｃｕｕｍ，プラテン回転数＝４５ｒｐｍ，研磨ヘッド回転数＝４５ｒｐｍ，スラリー(キャボット社製、ＳＳ−１２)の平均スラリー使用量＝３００ｃｃ／分の条件で5秒間研磨し、その後リテナーリング圧力＝８ｐｓｉ、インナーチューブ圧力＝５ｐｓｉ、メンブレン圧力＝７ｐｓｉ、プラテン回転数＝４５ｒｐｍ、研磨ヘッド回転数＝４５ｒｐｍ、スラリー（キャボット社製、ＳＳ−１２）の平均スラリー使用量＝１５０ｃｃ／分の条件で研磨を続けた。ノリタケ製ドレッサーで荷重＝６ｌｂｆ、ドレス時間＝４０秒、研磨時間＝１分の研磨条件で酸化膜の８インチウェハの研磨レートは２５００オングストローム／分であった。面内均一性は１２％となった。本条件で酸化膜の８インチウェハーを連続テストした結果、約１５００枚研磨することが出来、良好な研磨パッド寿命であった。

研磨した酸化膜の８インチウエハについてＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｌ社製欠陥検査装置商品名“ＳＰ−１”で０．１８μｍ以上のスクラッチを測定したところ、スクラッチ数は４個〜１５個と良好であった。

実施例２
実施例１と同様の研磨パッドを作成し、研磨機（アプライドマテリアルズ製”ＭＩＲＲＡ３４００”）の定盤に貼り付けた。酸化膜の８インチウェハをリテナーリング圧力＝２ｐｓｉ，インナーチューブ圧力＝３ｐｓｉ，メンブレン圧力＝Ｖａｃｕｕｍ，プラテン回転数＝４５ｒｐｍ，研磨ヘッド回転数＝４５ｒｐｍ，スラリー(キャボット社製、ＳＳ−１２)の平均スラリー使用量＝３００ｃｃ／分の条件で5秒間研磨し、その後リテナーリング圧力＝８ｐｓｉ、インナーチューブ圧力＝５ｐｓｉ、メンブレン圧力＝７ｐｓｉ、プラテン回転数＝４５ｒｐｍ、研磨ヘッド回転数＝４５ｒｐｍ、スラリー（キャボット社製、ＳＳ−１２）の平均スラリー使用量＝１５０ｃｃ／分の条件で研磨を続けた。旭ダイアモンド製ドレッサーで荷重＝８ｌｂｆ、ドレス時間＝１６秒で研磨時間＝１分の研磨条件で酸化膜の８インチウェハの研磨レートは２２００オングストローム／分であった。面内均一性は１１％と良好であった。本条件で酸化膜の８インチウェハーを連続テストした結果、約１５００枚研磨することが出来、良好な研磨パッド寿命であった。

研磨した酸化膜の８インチウエハについてＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｌ社製欠陥検査装置商品名“ＳＰ−１”で０．１８μｍ以上のスクラッチを測定したところ、スクラッチ数は３個〜１６個と良好であった。

比較例１
実施例１と同様の研磨パッドを作成し、研磨機（アプライドマテリアルズ製”ＭＩＲＲＡ３４００”）の定盤に貼り付けた。酸化膜の８インチウェハをリテナーリング圧力＝２ｐｓｉ，インナーチューブ圧力＝３ｐｓｉ，メンブレン圧力＝Ｖａｃｕｕｍ，プラテン回転数＝４５ｒｐｍ，研磨ヘッド回転数＝４５ｒｐｍ，スラリー(キャボット社製、ＳＳ−１２)の平均スラリー使用量＝１５０ｃｃ／分の条件で5秒間研磨し、その後リテナーリング圧力＝８ｐｓｉ、インナーチューブ圧力＝５ｐｓｉ、メンブレン圧力＝７ｐｓｉ、プラテン回転数＝４５ｒｐｍ、研磨ヘッド回転数＝４５ｒｐｍ、スラリー（キャボット社製、ＳＳ−１２）の平均スラリー使用量＝１５０ｃｃ／分の条件で研磨を続けた。ノリタケ製ドレッサーで荷重＝６ｌｂｆ、ドレス時間＝６０秒で研磨時間＝１分の研磨条件で酸化膜の８インチウェハの研磨レートは2650オングストローム／分であった。面内均一性は１２％となった。本条件で酸化膜の８インチウェハーを連続テストした結果、約６５０枚しか研磨することが出来ず、研磨パッド寿命が短いという結果となった。

６５０枚までの研磨した酸化膜の８インチウエハについてＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｌ社製欠陥検査装置商品名“ＳＰ−１”で０．１８μｍ以上のスクラッチを測定したところ、スクラッチ数は４個〜１５個と良好であった。６５０枚以降の研磨した酸化膜の８インチウエハについてＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｌ社製欠陥検査装置商品名“ＳＰ−１”で０．１８μｍ以上のスクラッチを測定したところ、スクラッチ数は100個〜200個と不良であった。

Claims

研磨パッドを用いて、スラリーを供給しながら研磨する方法であって、研磨圧力が４５０ｇ／ｃｍ^２以上、研磨パッド面積１５９．５平方センチメートルあたりの平均スラリー使用量が５０ｃｃ／分以上１５０ｃｃ／分以下であり、研磨開始から３秒間以上、２５０ｃｃ／分以上の平均スラリー使用量で研磨することを特徴とする研磨方法。
該研磨パッドの被研磨材に接触する研磨層が、マイクロゴムＡ硬度が８０度以上であり、ポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を含有している発砲構造体であることを特徴とする請求項１の研磨方法。
前記ポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体が一体化して含有されていることを特徴とする請求項２に記載の研磨方法。
前記のビニル化合物から重合される重合体の含有比率が５０重量％以上９０重量％以下であることを特徴とする請求項３に記載の研磨方法。
前記ビニル化合物が、ＣＨ₂＝ＣＲ^１ＣＯＯＲ^２（Ｒ^１：メチル基、エチル基、Ｒ^２：メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基）である請求項４に記載の研磨方法。
該研磨パッドの被研磨材に接触する研磨層が、密度が０．３〜１．１の範囲であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の研磨方法。
該研磨パッドが研磨層とクッション層とからなる積層構造であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の研磨方法。
該クッション層が、引っ張り弾性率が１〜２０ＭＰａで、かつ体積弾性率が４０ＭＰａ以上のものであることを特徴とする請求項７に記載の研磨方法。
請求項１〜８に記載の研磨方法を用いて半導体基板の表面を研磨するプロセスを含む半導体デバイスの製造方法。