JP2011151373A - 化学機械研磨パッドおよびそれを用いた化学機械研磨方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る化学機械研磨パッドは、熱可塑性ポリウレタンを80質量部以上99質量部以下と、吸水率3%以上3000%以下の高分子化合物を1質量部以上20質量部以下と、を含有する組成物から形成された研磨層を有することを特徴とする。
【選択図】なし
Description
本発明に係る化学機械研磨パッドの一態様は、
熱可塑性ポリウレタンを80質量部以上99質量部以下と、吸水率3%以上3000%以下の高分子化合物を1質量部以上20質量部以下と、を含有する組成物から形成された研磨層を有することを特徴とする。
適用例1の化学機械研磨パッドにおいて、
前記組成物は、水溶性粒子をさらに含有することができる。
適用例1または適用例2の化学機械研磨パッドにおいて、
前記研磨層の比重が1.15以上1.30以下であり、且つ、前記研磨層を23℃の水に24時間浸漬したときの体積変化率が0.8%以上5.0%以下であることができる。
適用例1ないし適用例3のいずれか一例の化学機械研磨パッドにおいて、
前記研磨層のデュロD硬度が50D以上80D以下であることができる。
本発明に係る化学機械研磨方法の一態様は、
適用例1ないし適用例4のいずれか一例の化学機械研磨パッドを用いて化学機械研磨することを特徴とする。
本実施の形態に係る化学機械研磨パッドの構成としては、少なくとも一方の面に研磨層を備えていれば特に限定されない。前記研磨層は、熱可塑性ポリウレタンを含有する特定の組成物から後述する製造方法により形成される。以下、本実施の形態に係る化学機械研磨パッドについて詳細に説明する。
本実施の形態に係る化学機械研磨パッドは、熱可塑性ポリウレタンを80質量部以上99質量部以下と、吸水率3%以上3000%以下の高分子化合物(以下、「吸水性高分子化合物」ともいう)を1質量部以上20質量部以下と、を含有する組成物(以下、単に「組成物」ともいう)から形成された研磨層を有することを特徴とする。
本実施の形態で使用することのできる熱可塑性ポリウレタンは、イソシアネートとポリオールとを反応させて得られる。
吸水率が3%以上3000%以下の高分子化合物を添加する理由は、吸水率が前記範囲内にあれば研磨層に適度な吸水性を付与することができ、吸水による膨潤によって研磨層の体積変化をコントロールしやすいという利点があるからである。
吸水率(%)={(W3−W1)/W1}×100 …(1)
本実施の形態で使用することのできる組成物は、水溶性粒子を含んでもよい。このような水溶性粒子は、組成物中に粒子状に分散された状態で存在していることが好ましい。
本実施の形態に係る化学機械研磨パッドが備える研磨層の比重は1.15以上1.30以下であることが好ましく、1.18以上1.27以下であることがより好ましい。研磨層の比重が前記範囲にあると、研磨層の硬度が適度となるため被研磨面の平坦性が良好になると共に、被研磨面の凹凸に対する研磨層の弾性変形(追随性)が適度となるため研磨欠陥(スクラッチ)を低減させることができる。研磨層の比重が前記範囲未満である場合、研磨層の硬度が低くなりすぎて、被研磨面の平坦性が悪化するため好ましくない。また、比重が前記範囲を超える場合、研磨層の硬度が高くなりすぎて、研磨欠陥(スクラッチ)が増大するため好ましくない。なお、比重は組成物の組成を変化させることにより調整できるが、研磨層の成型条件や空孔を導入することによっても調整することができる。しかしながら、研磨層を発泡させて比重を下げた場合、研磨層が軟質になり、平坦性が悪化するために好ましくない場合がある。なお、本発明において、研磨層の比重は「JIS Z8807」に準拠した方法で測定することができる。
本実施の形態に係る化学機械研磨パッドが備える研磨層は、研磨層を23℃の水に24時間浸漬したときの体積変化率が0.8%以上5%以下であることが好ましく、1%以上3%以下であることがより好ましい。
体積変化率(%)=(((W3−W4)−(W1−W2))/(W1−W2))×100 …(2)
本実施の形態に係る化学機械研磨パッドが備える研磨層のデュロD硬度は、50D以上80D以下であることが好ましく、55D以上80D以下であることがより好ましく、55D以上75D以下であることがさらに好ましく、60D以上70D以下であることが特に好ましい。研磨層のデュロD硬度が前記範囲にあると、研磨層のデュロD硬度が適度であるため被研磨面の平坦性が良好になると共に、被研磨面の凹凸に対する研磨層の弾性変形(追随性)が適度となるため研磨欠陥(スクラッチ)を低減させることができる。研磨層のデュロD硬度が前記範囲未満であると、被研磨面の平坦性が悪化するため好ましくない。また、研磨層のデュロD硬度が前記範囲を超えると、研磨欠陥(スクラッチ)が増大するため好ましくない。なお、本発明において、研磨層のデュロD硬度は、「JIS K6253」に準拠した方法で測定することができる。
研磨層の平面形状は、特に限定されないが、例えば円形状であることができる。研磨層の平面形状が円形状である場合、その大きさは、好ましくは直径150mm〜1200mm、より好ましくは直径500mm〜1000mmである。研磨層の厚さは、好ましくは0.5mm〜5.0mm、より好ましくは1.0mm〜3.0mm、特に好ましくは1.5mm〜3.0mmである。
本実施の形態で用いられる研磨層は、前述した熱可塑性ポリウレタンを含有する組成物を成型することにより得られる。研磨層を成型する方法としては、120℃〜230℃で可塑化した前記組成物をプレス機または射出成形機で成形し冷却固化させる方法、またはTダイを備えたエクストルーダーを用いて可塑化・シート化する方法を用いて成型すればよい。かかる成型条件を適宜調整することで比重や硬度をコントロールすることもできる。
本実施の形態に係る化学機械研磨パッドの構成としては、少なくとも一方の面に研磨層を備えていれば特に限定されない。本実施の形態に係る化学機械研磨パッドは、前述した研磨層のみで構成される場合もあるが、研磨層の凹部を形成していない面へ支持層を設けることもできる。
本実施の形態に係る化学機械研磨方法は、前述の化学機械研磨パッドを用いて化学機械研磨することを特徴とする。前述の化学機械研磨パッドは、熱可塑性ポリウレタンを含有する組成物から形成され、特定の範囲の比重および体積変化率を兼ね備えた研磨層を有している。そのため、本実施の形態に係る化学機械研磨方法によれば、特にCMP工程における被研磨面の平坦性の向上と研磨欠陥(スクラッチ)の低減とを両立させることができる。
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
3.1.1.実施例1
熱可塑性ポリウレタン(BASF社製、商品名「エラストラン1174D」)を67質量部、熱可塑性ポリウレタン(BASF社製、商品名「エラストランNY1197A」)を30質量部、ポリオレフィン−ポリエーテル共重合体(三洋化成工業株式会社製、商品名「ペレスタット300」、吸水率38%の高分子化合物)を3質量部に対して、水溶性粒子としてβ−サイクロデキストリン(塩水港精糖株式会社製、商品名「デキシパールβ−100」)20質量部を180℃に調温されたルーダーにより混練して熱可塑性ポリウレタン組成物を作製した。作製した組成物を、プレス金型内で180℃に圧縮成形し、直径845mm、厚さ3.2mmの円柱状の成形体を作製した。次に、作製した成形体を、サンドペーパーを用いて研削し、直径845mm、厚さ2.8mmに厚みを調整し、さらに切削加工機(加藤機械株式会社製)により幅0.5mm、深さ1.4mmの同心円状の凹部を中心から半径10mm以遠の所にピッチ2mmで形成し、さらに、同機械を用いて、中心から300mmのところを切削することで、直径600mm、厚さ2.8mmの研磨層を得た。このようにして作製した研磨層の凹部を形成していない面へ、両面テープ#442JA(住友スリーエム株式会社製)をラミネートし、化学機械研磨パッドを作製した。
組成物の各成分の種類および含有量を表1に記載のものに変更したこと以外は、実施例1と同様にして実施例2〜5、比較例1、4〜5の化学機械研磨パッドを作製した。
(a)1,2-ポリブタジエン(JSR株式会社製、硬度47D、商品名:RB830)100質量部に、水溶性粒子として(b)β−サイクロデキストリン(塩水港精糖株式会社製、商品名:デキシパールβ−100、平均粒径20μm)38質量部を混合された組成物を得た後、有機過酸化物(日油株式会社製、商品名:パークミルD−40)を上記(a)、(b)の合計100質量部に対して、1質量部さらに混練した組成物を得た後、実施例1と同様にして、水溶性粒子含有熱架橋ポリブタジエン樹脂からなる化学機械研磨パッドを作製した。
市販の化学機械研磨パッド(ROHM&HAAS社製、商品名:IC1000、熱架橋ポリウレタン樹脂により研磨層が作製されている)を使用した。後述する方法により研磨層の物性を評価したところ、この研磨パッドの比重は0.81であり、体積変化率は0.7%であった。さらに後述する方法で化学機械研磨の評価を実施したところ、スクラッチ数は125個であり、ディッシング量は200Åであった。
・「PU1−1」:非脂環式ポリウレタン(硬度74D、BASF社製、商品名「エラストラン1174D」)
・「PU1−2」:非脂環式ポリウレタン(硬度64D、BASF社製、商品名「エラストラン1164D」)
・「PU1−3」:非脂環式ポリウレタン(硬度41D、BASF社製、商品名「エラストラン1180A」)
・「PU2−1」:脂環式ポリウレタン(硬度61D、BASF社製、商品名「エラストランNY1197A」)
・「PU2−2」:脂環式ポリウレタン(硬度64D、BASF社製、商品名「エラストランNY1164D」)
・「PM1」:ポリオレフィン−ポリエーテル共重合体(三洋化成工業株式会社製、商品名「ペレスタット300」)
・「PM2」:ポリアルキレンオキサイド(住友精化株式会社製、商品名「アクアコークTWB」)
・「β−CD」:β−サイクロデキストリン(平均粒径20μm、塩水港精糖株式会社製、商品名「デキシパールβ−100」)
・「熱架橋ポリブタジエン樹脂」:1,2-ポリブタジエン(硬度47D、JSR株式会社製、商品名「RB830」)
・「有機過酸化物」:ジクミルパーオキサイド(日油株式会社製、商品名「パークミルD−40」、架橋剤)
3.2.1.比重
前記「3.1.化学機械研磨パッドの製造」で作製した研磨層およびIC1000の研磨層について、比重を測定した。研磨層の比重は、「JIS Z8807」に準拠して測定した。その結果を表1に併せて示す。
前記「3.1.化学機械研磨パッドの製造」で作製した研磨層およびIC1000の研磨層について、体積変化率を測定した。研磨層の体積変化率は、「JIS K6258」に準拠した以下の方法により測定した。まず、研磨層を厚さ2.8mm、2cm×2cmの角形に切り出して、これを測定用試料とした。この測定用試料を23℃の水に24時間浸漬させた。浸漬前の空気中の重量(W1)と浸漬前の水中の重量(W2)、浸漬後の空気中の重量(W3)と浸漬後の水中の重量(W4)を電子天秤(チョウバランス株式会社製、型式「JP−300」)を用いて測定し、下記の計算式(2)により、体積変化率を算出した。その結果を表1に併せて示す。
体積変化率(%)=(((W3−W4)−(W1−W2))/(W1−W2))×100 …(2)
前記「3.1.化学機械研磨パッドの製造」で作製した研磨層およびIC1000の研磨層について、デュロD硬度を測定した。研磨層のデュロD硬度は、「JIS K6253」に準拠して測定した。その結果を表1に併せて示す。
前記「3.1.化学機械研磨パッドの製造」で製造した化学機械研磨パッドを化学機械研磨装置(荏原製作所社製、形式「EPO−112」)に装着し、ドレッサー(株式会社ノリタケカンパニーリミテド製、商品名「SD100PA6」)を用いてテーブル回転数20rpm、ドレッシング回転数12rpm、ドレッシング荷重100Nの条件でドレッシングを30分行った。その後、ドレッシングした化学機械研磨パッドを用いて以下の条件にて化学機械研磨を行い、研磨特性を評価した。その結果を表1に併せて示す。
・研磨ヘッド回転数:51rpm
・研磨ヘッド押し付け圧:210hPa
・研磨定盤回転数:50rpm
・スラリー供給速度:200ml/分
・スラリー:CMS8401/CMS8452(JSR株式会社製)
被研磨物としてシリコン基板上にPETEOS膜を500nm積層させた後、「SEMATECH 854」マスクパターン加工し、その上に25nmのタンタル膜、1100nmの銅膜を順次積層させたテスト用の基板を用いた。
銅の堆積膜をあらかじめ銅の化学機械研磨により除去した後、上述の条件で化学機械研磨を行い、タンタルを除去して、幅100μmの銅配線部と幅100μmの絶縁体部とが交互に連続したパターンが、該パターンの長さ方向に3.0mm連続した部分について、銅配線部の窪み量(以下、「ディッシング」と記す。)を、精密段差計(ケーエルエー・テンコール社製、形式「HRP−240」)を使用して測定することで、ディッシングを評価し、平坦性の指標とした。その結果を表1に示す。なお、ディッシング量は、好ましくは300Å未満、より好ましくは250Å未満、特に好ましくは200Å未満である。
研磨処理後の前記パターン付きウエハの被研磨面において、ウエハ欠陥検査装置(ケーエルエー・テンコール社製、型式「KLA2351」)を使用して、ウエハ全面におけるスクラッチの個数を測定した。なお、スクラッチは、好ましくは40個未満、より好ましくは20個未満、特に好ましくは15個未満である。
表1によれば、実施例1〜5に係る化学機械研磨パッドは、平坦性、スクラッチの2項目の研磨特性においていずれも好ましい結果が得られた。
Claims (5)
- 熱可塑性ポリウレタンを80質量部以上99質量部以下と、吸水率3%以上3000%以下の高分子化合物を1質量部以上20質量部以下と、を含有する組成物から形成された研磨層を有することを特徴とする、化学機械研磨パッド。
- 前記組成物は、水溶性粒子をさらに含有する、請求項1に記載の化学機械研磨パッド。
- 前記研磨層の比重が1.15以上1.30以下であり、且つ、前記研磨層を23℃の水に24時間浸漬したときの体積変化率が0.8%以上5.0%以下である、請求項1または請求項2に記載の化学機械研磨パッド。
- 前記研磨層のデュロD硬度が50D以上80D以下である、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の化学機械研磨パッド。
- 請求項1ないし請求項4に記載の化学機械研磨パッドを用いて化学機械研磨することを特徴とする、化学機械研磨方法。
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