JP3924952B2 - 研磨装置および研磨パッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の研磨装置および研磨パッドに関するものであり、さらに、シリコンなど半導体基板上に形成される絶縁層の表面や金属配線の表面を機械的に平坦化する研磨装置と研磨パッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体メモリに代表される大規模集積回路（ＬＳＩ）は、年々集積化が進んでおり、それに伴い大規模集積回路の製造技術も高密度化が進んでいる。さらに、この高密度化に伴い、半導体デバイス製造箇所の積層数も増加している。その積層数の増加により、従来は問題とならなかった積層にすることによって生ずる半導体ウェハー主面の凹凸が問題となっている。その結果、例えば日経マイクロデバイス１９９４年７月号５０〜５７頁記載のように、積層することによって生じる凹凸に起因する露光時の焦点深度不足を補う目的で、あるいはスルーホール部の平坦化による配線密度を向上させる目的で、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術を用いた半導体ウェハの平坦化が検討されている。
【０００３】
一般にＣＭＰ装置は、被処理物である半導体基板を保持する研磨ヘッド、被処理物の研磨処理をおこなうための研磨パッド、前記研磨パッドを保持する研磨定盤から構成されている。そして、半導体基板の研磨処理は研磨剤と薬液からなるスラリを用いて、半導体基板と研磨パッドを相対運動させることにより、半導体基板表面の層の突出した部分が除去されて基板表面の層を滑らかにするものである。この半導体基板の研磨加工時の研磨速度は、例えば半導体基板の一主面に成膜された酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜では、半導体基板と研磨パッドの相対速度及び荷重にほぼ比例している。そのため、半導体基板の各部分を均一に研磨加工するためには、半導体基板にかかる荷重を均一にする必要がある。
【０００４】
しかし、研磨ヘッドに保持した半導体基板の表面は、例えば半導体基板の元々の反り等の変形により、全体的にはうねっていることが多い。そのため、半導体基板の各部分に均一に荷重を与えるためには、研磨パッドを前述したような半導体基板のうねりに倣って接触させる観点では、柔らかい研磨パッドを用いることが望ましい。しかし、柔らかい研磨パッドを用いて半導体基板の一主面に形成された絶縁層等の凹凸の平坦化のための研磨加工をおこなう場合、前記半導体基板のうねりに対する追随性は向上させることができるが、半導体基板表面の局所的な凹凸の平坦性は悪くなってしまう。例えば、前記半導体基板表面の層の部分的な凹凸が研磨だれ、つまりは研磨面が丸くなって平坦にならないという問題をまねいてしまう。これに対し、硬い研磨パッドを用いて同様に半導体基板の研磨加工をおこなう場合は、前述した柔らかい研磨パッドを用いた場合とは逆に半導体基板表面の局所的な凹凸の平坦性を向上することができるが、半導体基板の全体的なうねりに対する追随性の観点では悪くなり、例えば、半導体基板表面の全体的なうねりの各部分において、うねりの突出している部分の凹凸は多く研磨されてしまい、うねりの引っ込んでいる部分の凹凸はほとんど研磨されずに残ってしまうという問題をまねいてしまう。この様な不均一な研磨加工はアルミ配線を露出させたり、研磨加工後の酸化シリコン絶縁膜面の厚みが部分毎に違うために例えばスルーホール径の不揃いや積層起因の凹凸を平坦にできず露光時の焦点深度が不足する原因となる。
【０００５】
この部分的な平坦性と全体的な追随性を向上するという相反する要求を満たすための研磨パッドに関する従来技術としては、特開平６−２１０２８号公報に示される二層パッドが試みられた。特開平６−２１０２８号公報に示される二層パッドは、体積弾性率が４ｐｓｉ〜２０ｐｓｉの応力の範囲で２５０ｐｓｉ／ｐｓｉ以下のクッション層に支持される半導体基板と直に接触する研磨層がそれより大きい体積弾性率という構成である。その目的は、クッション層に半導体基板の全体のうねりを吸収させる一方、研磨層はある程度の面積以上（たとえば、ダイの間隔以上）の湾曲に耐えるようにすることである。残念ながら、その様な従来の二層パッドは、依然として次の点で研磨性能を低下させている。まず第一に、研磨層の体積弾性率がクッション層の体積弾性率より大きいものでも、半導体基板表面の局所的な凹凸の平坦性は悪くなることがあり、局所平坦性は研磨層の体積弾性率と必ずしも相関があるわけではない。第二に、クッション層の体積弾性率が４ｐｓｉ〜２０ｐｓｉの応力の範囲で２５０ｐｓｉ／ｐｓｉであるので、半導体基板全面のうねり追随性は悪く、結果として半導体基板全面での平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が十分得られない。 従って、上記の欠点を克服する様な改善された研磨装置または研磨パッドが要求されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決しようとする課題は、半導体基板の上に形成された絶縁層または金属配線の表面を研磨により平滑にする機械的な平坦化工程で使用するための研磨装置または研磨パッドにおいて、半導体基板全面が均一に平坦化される技術を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための手段として、本発明は以下の構成からなる。
【０００８】
第一の発明として、
「半導体基板を研磨ヘッドに固定し、研磨定盤に体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ２以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ2以上１４０ｋｇ／ｃｍ２以下であるクッション層を介して固着したマイクロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層を前記半導体基板に押し当て、該半導体基板自体の反りあるいは凹凸を前記クッション層に吸収させた状態で前記研磨ヘッド或いは研磨定盤或いはその双方を回転させて前記半導体基板を研磨する事を特徴とする半導体基板の研磨方法。」
第二の発明として
「研磨ヘッド、研磨ヘッドに対峙して研磨パッド、研磨パッドを固定する研磨定盤、ならびに研磨ヘッド、研磨定盤もしくはその双方を回転させる手段を具備した研磨装置であって、研磨パッドが、体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ2以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ2以上１４０ｋｇ／ｃｍ2以下であるクッション層およびマイクロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層を含むことを特徴とする研磨装置。」、
第三の発明として
「マイクロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層と体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ2以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ2以上１４０ｋｇ／ｃｍ2以下であるクッション層からなる事を特徴とする研磨パッド。」である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
まず本発明の特徴である研磨パッドについて説明する。マイクロゴムＡ硬度とはマイクロゴム硬度計で評価した値をさす。この装置は高分子計器（株）から供給されている。マイクロゴム硬度計ＭＤ−１は、従来の硬度計では測定が困難であった薄物・小物の試料の硬さ測定を実現するもので、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その測定値は、スプリング式ゴム硬度計Ａ型の硬度と一致した値が得られる。マイクロゴム硬度計ＭＤ−１は、押針寸法が直径０．１６ｍｍ円柱形で高さが０．５ｍｍの大きさのものである。荷重方式は、片持ばり形板バネで、ばね荷重は、０ポイントで２．２４ｍＮ、１００ポイントで３３．８５ｍＮである。針の降下速度は１０〜３０ｍｍ／ｓｅｃの範囲をステッピングモータで制御して測定する。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型では薄すぎる為に評価できないので、該マイクロゴム硬度計ＭＤ−１で評価できる。
【００１１】
本発明の研磨層は、マイクロゴムＡ硬度で７０度以上、好ましくは８０度以上さらに好ましくは９０度以上が必要である。マイクロゴムＡ硬度が７０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。
【００１２】
本発明の研磨層は、独立気泡を有していることが研磨剤の保持性を高め、研磨レートを高めるために好ましい。独立気泡径は、１０００μｍ以下であることが半導体基板の局所的凹凸の平坦性が良好であることから好ましい。独立気泡径のさらに好ましい径は５００μｍ以下、さらに好ましい径は３００μｍ以下である。
【００１３】
本発明の研磨層は、発泡倍率１．０１〜３倍の範囲にあることが好ましい。発泡倍率が１．０１に満たない場合、独立気泡の数が少ないのでスラリ保持性が低く好ましくない。発泡倍率が３倍を越える場合は、局所的凹凸の平坦性が不良となるので好ましくない。発泡倍率とは、得られた研磨パッドの比重と構成する高分子の比重の比から求めることができる。例えば得られた研磨パッドの比重が０．７であり、構成される高分子の比重が１．０であれば発泡倍率は１．０／０．７＝１．４３である。
【００１４】
本発明の研磨層の好ましい素材は、ポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を３重量％以上７０重量％以下含有するものである。このポリウレタンとは、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、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、トリジ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わけではない。ポリヒドロキシとしてポリオールが代表的であるが、ポリオールとして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。
【００１５】
本発明でのビニル化合物とは、炭素炭素二重結合のビニル基を有する化合物である。具体的には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、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−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、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、メタクリル酸、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、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、アクリロニトリル、アクリルアミド、塩化ビニル、スチレン、α−メチルスチレン等が挙げられる。本発明でのビニル化合物から重合される重合体とは、上記ビニル化合物を重合して得られる重合体であり、具体的にはポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリイソブチルメタクリレート、ポリ（２−エチルヘキシルメタクリレート）、ポリイソデシルメタクリレート、ポリ（ｎ−ラウリルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシブチルメタクリレート）、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート、ポリジエチルアミノエチルメタクリレート、ポリメタクリル酸、ポリグリシジルメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリフマル酸、ポリフマル酸ジメチル、ポリフマル酸ジエチル、ポリフマル酸ジプロピル、ポリマレイン酸、ポリマレイン酸ジメチル、ポリマレイン酸ジエチル、ポリマレイン酸ジプロピル、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ（α−メチルスチレン）等が挙げられる。本発明でのビニル化合物から重合される重合体のブレンド比率が３重量％以上７０重量％以下であることが好ましい。ブレンド比率が３重量％を満たない場合は、ポリウレタンのスラリの吸着特性が改善されないので好ましくない。ブレンド比率が７０重量％を越える場合は、ポリウレタンの有している弾力性が損なわれるので好ましくない。
【００１６】
本発明の研磨層の作成方法として、好ましい方法は、あらかじめ１０００μｍ以下の独立気泡を有し、かつ発泡倍率が１．０１〜３倍の範囲にある発泡ポリウレタンシートにビニル化合物を膨潤させた後、発泡ポリウレタンシート内でビニル化合物を重合させる方法が、独立気泡を有した構造でポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体のブレンドがミクロ的に均一におきるので、得られた研磨パッドで局所的な凹凸の平坦性が良好にできるという理由で好ましい。本発明での発泡ポリウレタンシートは硬度と気泡径と発泡倍率によって、ポリイソシアネートとポリオールおよび触媒、整泡剤、発泡剤の組み合わせや最適量を決める必要がある。
【００１７】
ビニル化合物を発泡ポリウレタンシートに膨潤させた後、発泡ポリウレタンシート内でビニル化合物を重合させる方法として、光分解性ラジカル開始剤と共にビニル化合物を膨潤させた後、光を露光して重合させる方法や、熱分解性ラジカル開始剤と共にビニル化合物を膨潤させた後、熱を加えて重合させる方法や、ビニル化合物を膨潤させた後、電子線や放射線を放射して重合させる方法が挙げられる。
【００１８】
本発明でのクッション層は体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ2以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ2以上１４０ｋｇ／ｃｍ2以下であることが必要である。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。例えば、元の体積が１ｃｍ3であり、これに等方的に印加圧力を０．７ｋｇ／ｃｍ2かけた時の体積変化が０．００００５ｃｍ3であれば、体積弾性率は１４０００ｋｇ／ｃｍ2である。体積弾性率の測定方法の一つとして、例えば被測定物をあらかじめ体積を測定しておき、その後容器にいれた水中に被測定物を浸漬して、この容器を圧力容器に入れて印加圧力を加えて中の容器の水の高さの推移から被測定物の体積変化と印加圧力を測定する方法が上げられる。浸漬する液体は、被測定物を膨潤させたり破壊するものは避けることが好ましく、液体であれば特に限定されないが、例えば水や水銀やシリコンオイルなどをあげることができる。圧縮弾性率は、クッション層に厚み方向へ印加圧力を加え、厚み歪み（＝厚み変化／元の厚み）が０．１５の時の印加圧力を測定し、圧縮弾性率＝印加圧力／０．１５で定義されるものである。測定装置として、インストロン社製万能材料試験機Ｍｏｄｅｌ１１８５などが上げられる。測定条件としては、試験速度は０．１ｍｍ／分で試験片形状は２５ｍｍ×２５ｍｍでクロスヘッド移動量法である。
【００１９】
クッション層の体積弾性率は６００ｋｇ／ｃｍ2以上が必要である。６００ｋｇ／ｃｍ2に満たない場合は、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。さらに、クッション層の圧縮弾性率は１０ｋｇ／ｃｍ2以上１４０ｋｇ／ｃｍ2以下であることも必要である。圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ２に満たない場合は、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。圧縮弾性率が１４０ｋｇ／ｃｍ２を越える場合も半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。この様なクッション層としては、天然ゴム、ブナＮゴム、ネオプレンゴム、ポリブタジエンゴム、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。クッション層の好ましい厚みは、０．５〜１００ｍｍの範囲である。０．５ｍｍに満たない場合は、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。１００ｍｍ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。
【００２０】
本発明においては、上記研磨パッドを使用して、半導体基板を研磨ヘッドに固定し、研磨定盤に体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ2以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ2以上１４０ｋｇ／ｃｍ2以下であるクッション層を介して固着したマイクロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層を前記半導体基板に押し当て、該半導体基板自体の反りあるいは凹凸を前記クッション層に吸収させた状態で前記研磨ヘッド或いは研磨定盤或いはその双方を回転させて前記半導体基板を研磨することができる。また、その研磨装置としては、研磨ヘッド、研磨ヘッドに対峙して上記研磨パッド、研磨パッドを固定する研磨定盤、ならびに研磨ヘッド、研磨定盤もしくはその双方を回転させる手段を具備した研磨装置が使用できる。
【００２１】
本発明で研磨定盤にクッション層を介して研磨層を固着するとは、研磨定盤から、クッション層が研磨時にずれないで固定されており、かつクッション層から研磨層がずれないで固定されていることをいう。研磨定盤とクッション層の固定方法としては、両面接着テープで固定する方法や接着剤で固定する方法や研磨定盤から吸引してクッション層を固定する方法などが考えられるが特に限定されるものではない。クッション層と研磨層を固定する方法としては、両面接着テープで固定する方法や接着剤で固定する方法などが考えられるが特に限定されるわけではない。
【００２２】
本発明での研磨装置では、研磨後に研磨層が研磨レートが得られない等の理由で交換する必要が生じた場合には、研磨定盤にクッション層を固着した状態で研磨層をクッション層から取り外して交換することも可能である。クッション層は研磨層に比べて耐久性があるので、コスト面から研磨層だけを交換することは好ましい。
【００２３】
本発明研磨パッドを使用した半導体基板の研磨方法について具体的に以下説明する。本発明の研磨パッドを用いて、研磨剤としてシリカ系ポリッシュ剤、酸化アルミニウム系ポリッシュ剤、酸化セリウム系ポリッシュ剤等を用いて半導体基板上での絶縁膜の凹凸や金属配線の凹凸を平坦化することができる。本発明の研磨パッドを研磨機の研磨定盤に固着させる。半導体基板は研磨ヘッドに真空チャック方式により固定される。研磨定盤を回転させ、同方向で研磨ヘッドを回転させて、研磨パッドに押しつける。この時に、研磨パッドと半導体基板の間に研磨剤が入り込む様な位置から研磨剤を供給する。押し付け圧は、研磨ヘッドに加える力を制御することによりおこなう。押し付け圧として０．１〜２ｋｇ／ｃｍ2が局所的平坦性を得られるので好ましい。
【００２４】
本発明の研磨装置および研磨パッドは、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）を達成することが可能である。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例にそってさらに本発明の詳細を説明する。本実施例において各特性は以下の方法で測定した。
【００２６】
マイクロゴムＡ硬度：高分子計器（株）（所在地：京都市上京区下立売室町西入）のマイクロゴム硬度計ＭＤ−１で測定。
マイクロゴム硬度計ＭＤ−１の構成は下記のとおりである。
【００２７】
実施例１
厚み５ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝５０度、発泡倍率：１．５倍、独立気泡平均径：１１０μｍ）をアゾビスイソブチルニトリル０．１重量部を添加したメチルメタアクリレートに２４時間浸漬する。メチルメタアクリレートが膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込んで７０℃で２４時間加熱する。加熱後ガラス板から取り外して、５０℃で真空乾燥をおこなう。得られた研磨層のマイクロゴムＡ硬度は９８度、発泡倍率：１．６倍、独立気泡平均径：１５０μｍ、ポリメチルメタアクリレート／ポリウレタン含有比率＝３０／７０重量％であった。３ｍｍのブナＮゴム（体積弾性率＝１４００ｋｇ／ｃｍ2、圧縮弾性率＝３０ｋｇ／ｃｍ2）のクッション層を該研磨層と貼り合わせて研磨パッドを作成した。６インチシリコンウェハ上に０．２５μｍ幅、高さ１．２μｍのＡｌ配線を０．５ｍｍの間隔で形成し、さらにその上にテトラエトキシシランをＣＶＤで絶縁膜を３μｍの厚さになるように形成した半導体基板を作成した。この研磨前の半導体基板上の絶縁膜表面の凹凸の段差は、ウェハ中央部で１１０００オングストローム、周辺部分４カ所で１１０００、１１５００、１１２００、１１４００オングストロームであった。本半導体基板を研磨機の研磨ヘッドに取り付けて３７ｒｐｍで回転させ、上記研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ３６ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、シリカ系ポリッシュ剤を２２５ｍｌ／分で供給しながら研磨圧力０．５ｋｇ／ｃｍ２で７分間研磨を実施した。研磨後の半導体基板上の絶縁膜表面の凹凸の段差は、ウェハ中央部で１００オングストローム、周辺部分４カ所で２００、３００、２５０、４００オングストロームであった。この様に６インチの半導体基板全面の平坦性の均一性が得られている。
【００２８】
実施例２
厚み５ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝５０度、発泡倍率：１．５倍、独立気泡平均径：３００μｍ）をアゾビスイソブチルニトリル０．１重量部を添加したスチレンに２４時間浸漬する。スチレンが膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込んで７０℃で２４時間加熱する。加熱後ガラス板から取り外して、５０℃で真空乾燥をおこなう。得られた研磨層のマイクロゴムＡ硬度は９８度、発泡倍率：１．６倍、独立気泡平均径：３３０μｍ、ポリスチレン／ポリウレタン含有比率＝４５／５５重量％であった。５ｍｍのポリウレタンゴム（体積弾性率＝１０００ｋｇ／ｃｍ２、圧縮弾性率＝１５ｋｇ／ｃｍ２）をクッション層として用意し、研磨層とクッション層を貼り合わせて研磨パッドを作成した。６インチシリコンウェハ上に０．２５μｍ幅、高さ１．２μｍのＡｌ配線を０．５ｍｍの間隔で形成し、さらにその上にテトラエトキシシランをＣＶＤで絶縁膜を３μｍの厚さになるように形成した。この絶縁膜表面の凹凸の段差は、ウェハ中央部で１１０００オングストローム、周辺部分４カ所で１１０００、１１５００、１１２００、１１４００オングストロームであった。本基板を研磨機の研磨ヘッドに取り付けて３７ｒｐｍで回転させ、上記研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ３６ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、シリカ系ポリッシュ剤を２２５ｍｌ／分で供給しながら研磨圧力０．５ｋｇ／ｃｍ２で６分間研磨を実施した。研磨後の絶縁膜の表面凹凸の段差は、ウェハ中央部で７００オングストローム、周辺部分４カ所で６００、８００、７００、７００オングストロームであった。この様に６インチの半導体基板全面の平坦性の均一性が得られている。
【００２９】
比較例１
厚み１．２ｍｍの発泡ポリウレタン研磨層（マイクロゴムＡ硬度＝９２度、発泡倍率：１．５倍、独立気泡平均径：４０μｍ）を作成した。クッション層として不織布のポリウレタン溶液を含浸して後湿式製膜して得られた湿式発泡ポリウレタン（体積弾性率＝３０ｋｇ／ｃｍ2、圧縮弾性率＝６ｋｇ／ｃｍ2）を用意した。該研磨層とクッション層を貼り合わせして研磨パッドを作成した。６インチシリコンウェハ上に０．２５μｍ幅、高さ１．２μｍのＡｌ配線を０．５ｍｍの間隔で形成し、さらにその上にテトラエトキシシランをＣＶＤで絶縁膜を３μｍの厚さになるように形成した。この絶縁膜表面の凹凸の段差は、ウェハ中央部で１１０００オングストローム、周辺部分４カ所で１１０００、１１５００、１１２００、１１４００オングストロームであった。本基板を研磨機の研磨ヘッドに取り付けて３７ｒｐｍで回転させ、上記研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ３６ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、シリカ系ポリッシュ剤を２２５ｍｌ／分で供給しながら研磨圧力０．５ｋｇ／ｃｍ２で７分間研磨を実施した。研磨後の絶縁膜の表面凹凸の段差は、ウェハ中央部で１２００オングストローム、周辺部分４カ所で２００、５００、１２００、１４００オングストロームであり、半導体基板全面での平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が不十分であった。
【００３０】
【発明の効果】
この発明の研磨装置および研磨パッドにより、 半導体基板全面の局所的凹凸の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が達成することが可能となった。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の研磨装置および研磨パッドに関するものであり、さらに、シリコンなど半導体基板上に形成される絶縁層の表面や金属配線の表面を機械的に平坦化する研磨装置と研磨パッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体メモリに代表される大規模集積回路（ＬＳＩ）は、年々集積化が進んでおり、それに伴い大規模集積回路の製造技術も高密度化が進んでいる。さらに、この高密度化に伴い、半導体デバイス製造箇所の積層数も増加している。その積層数の増加により、従来は問題とならなかった積層にすることによって生ずる半導体ウェハー主面の凹凸が問題となっている。その結果、例えば日経マイクロデバイス１９９４年７月号５０〜５７頁記載のように、積層することによって生じる凹凸に起因する露光時の焦点深度不足を補う目的で、あるいはスルーホール部の平坦化による配線密度を向上させる目的で、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術を用いた半導体ウェハの平坦化が検討されている。
【０００３】
一般にＣＭＰ装置は、被処理物である半導体基板を保持する研磨ヘッド、被処理物の研磨処理をおこなうための研磨パッド、前記研磨パッドを保持する研磨定盤から構成されている。そして、半導体基板の研磨処理は研磨剤と薬液からなるスラリを用いて、半導体基板と研磨パッドを相対運動させることにより、半導体基板表面の層の突出した部分が除去されて基板表面の層を滑らかにするものである。この半導体基板の研磨加工時の研磨速度は、例えば半導体基板の一主面に成膜された酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜では、半導体基板と研磨パッドの相対速度及び荷重にほぼ比例している。そのため、半導体基板の各部分を均一に研磨加工するためには、半導体基板にかかる荷重を均一にする必要がある。
【０００４】
しかし、研磨ヘッドに保持した半導体基板の表面は、例えば半導体基板の元々の反り等の変形により、全体的にはうねっていることが多い。そのため、半導体基板の各部分に均一に荷重を与えるためには、研磨パッドを前述したような半導体基板のうねりに倣って接触させる観点では、柔らかい研磨パッドを用いることが望ましい。しかし、柔らかい研磨パッドを用いて半導体基板の一主面に形成された絶縁層等の凹凸の平坦化のための研磨加工をおこなう場合、前記半導体基板のうねりに対する追随性は向上させることができるが、半導体基板表面の局所的な凹凸の平坦性は悪くなってしまう。例えば、前記半導体基板表面の層の部分的な凹凸が研磨だれ、つまりは研磨面が丸くなって平坦にならないという問題をまねいてしまう。これに対し、硬い研磨パッドを用いて同様に半導体基板の研磨加工をおこなう場合は、前述した柔らかい研磨パッドを用いた場合とは逆に半導体基板表面の局所的な凹凸の平坦性を向上することができるが、半導体基板の全体的なうねりに対する追随性の観点では悪くなり、例えば、半導体基板表面の全体的なうねりの各部分において、うねりの突出している部分の凹凸は多く研磨されてしまい、うねりの引っ込んでいる部分の凹凸はほとんど研磨されずに残ってしまうという問題をまねいてしまう。この様な不均一な研磨加工はアルミ配線を露出させたり、研磨加工後の酸化シリコン絶縁膜面の厚みが部分毎に違うために例えばスルーホール径の不揃いや積層起因の凹凸を平坦にできず露光時の焦点深度が不足する原因となる。
【０００５】
この部分的な平坦性と全体的な追随性を向上するという相反する要求を満たすための研磨パッドに関する従来技術としては、特開平６−２１０２８号公報に示される二層パッドが試みられた。特開平６−２１０２８号公報に示される二層パッドは、体積弾性率が４ｐｓｉ〜２０ｐｓｉの応力の範囲で２５０ｐｓｉ／ｐｓｉ以下のクッション層に支持される半導体基板と直に接触する研磨層がそれより大きい体積弾性率という構成である。その目的は、クッション層に半導体基板の全体のうねりを吸収させる一方、研磨層はある程度の面積以上（たとえば、ダイの間隔以上）の湾曲に耐えるようにすることである。残念ながら、その様な従来の二層パッドは、依然として次の点で研磨性能を低下させている。まず第一に、研磨層の体積弾性率がクッション層の体積弾性率より大きいものでも、半導体基板表面の局所的な凹凸の平坦性は悪くなることがあり、局所平坦性は研磨層の体積弾性率と必ずしも相関があるわけではない。第二に、クッション層の体積弾性率が４ｐｓｉ〜２０ｐｓｉの応力の範囲で２５０ｐｓｉ／ｐｓｉであるので、半導体基板全面のうねり追随性は悪く、結果として半導体基板全面での平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が十分得られない。 従って、上記の欠点を克服する様な改善された研磨装置または研磨パッドが要求されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決しようとする課題は、半導体基板の上に形成された絶縁層または金属配線の表面を研磨により平滑にする機械的な平坦化工程で使用するための研磨装置または研磨パッドにおいて、半導体基板全面が均一に平坦化される技術を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための手段として、本発明は以下の構成からなる。
【０００８】
第一の発明として、
「半導体基板を研磨ヘッドに固定し、研磨定盤に体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ２以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ2以上１４０ｋｇ／ｃｍ２以下であるクッション層を介して固着したマイクロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層を前記半導体基板に押し当て、該半導体基板自体の反りあるいは凹凸を前記クッション層に吸収させた状態で前記研磨ヘッド或いは研磨定盤或いはその双方を回転させて前記半導体基板を研磨する事を特徴とする半導体基板の研磨方法。」
第二の発明として
「研磨ヘッド、研磨ヘッドに対峙して研磨パッド、研磨パッドを固定する研磨定盤、ならびに研磨ヘッド、研磨定盤もしくはその双方を回転させる手段を具備した研磨装置であって、研磨パッドが、体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ2以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ2以上１４０ｋｇ／ｃｍ2以下であるクッション層およびマイクロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層を含むことを特徴とする研磨装置。」、
第三の発明として
「マイクロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層と体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ2以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ2以上１４０ｋｇ／ｃｍ2以下であるクッション層からなる事を特徴とする研磨パッド。」である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
まず本発明の特徴である研磨パッドについて説明する。マイクロゴムＡ硬度とはマイクロゴム硬度計で評価した値をさす。この装置は高分子計器（株）から供給されている。マイクロゴム硬度計ＭＤ−１は、従来の硬度計では測定が困難であった薄物・小物の試料の硬さ測定を実現するもので、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その測定値は、スプリング式ゴム硬度計Ａ型の硬度と一致した値が得られる。マイクロゴム硬度計ＭＤ−１は、押針寸法が直径０．１６ｍｍ円柱形で高さが０．５ｍｍの大きさのものである。荷重方式は、片持ばり形板バネで、ばね荷重は、０ポイントで２．２４ｍＮ、１００ポイントで３３．８５ｍＮである。針の降下速度は１０〜３０ｍｍ／ｓｅｃの範囲をステッピングモータで制御して測定する。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型では薄すぎる為に評価できないので、該マイクロゴム硬度計ＭＤ−１で評価できる。
【００１１】
本発明の研磨層は、マイクロゴムＡ硬度で７０度以上、好ましくは８０度以上さらに好ましくは９０度以上が必要である。マイクロゴムＡ硬度が７０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。
【００１２】
本発明の研磨層は、独立気泡を有していることが研磨剤の保持性を高め、研磨レートを高めるために好ましい。独立気泡径は、１０００μｍ以下であることが半導体基板の局所的凹凸の平坦性が良好であることから好ましい。独立気泡径のさらに好ましい径は５００μｍ以下、さらに好ましい径は３００μｍ以下である。
【００１３】
本発明の研磨層は、発泡倍率１．０１〜３倍の範囲にあることが好ましい。発泡倍率が１．０１に満たない場合、独立気泡の数が少ないのでスラリ保持性が低く好ましくない。発泡倍率が３倍を越える場合は、局所的凹凸の平坦性が不良となるので好ましくない。発泡倍率とは、得られた研磨パッドの比重と構成する高分子の比重の比から求めることができる。例えば得られた研磨パッドの比重が０．７であり、構成される高分子の比重が１．０であれば発泡倍率は１．０／０．７＝１．４３である。
【００１４】
本発明の研磨層の好ましい素材は、ポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を３重量％以上７０重量％以下含有するものである。このポリウレタンとは、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、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、トリジ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わけではない。ポリヒドロキシとしてポリオールが代表的であるが、ポリオールとして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。
【００１５】
本発明でのビニル化合物とは、炭素炭素二重結合のビニル基を有する化合物である。具体的には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、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−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、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、メタクリル酸、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、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、アクリロニトリル、アクリルアミド、塩化ビニル、スチレン、α−メチルスチレン等が挙げられる。本発明でのビニル化合物から重合される重合体とは、上記ビニル化合物を重合して得られる重合体であり、具体的にはポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリイソブチルメタクリレート、ポリ（２−エチルヘキシルメタクリレート）、ポリイソデシルメタクリレート、ポリ（ｎ−ラウリルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシブチルメタクリレート）、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート、ポリジエチルアミノエチルメタクリレート、ポリメタクリル酸、ポリグリシジルメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリフマル酸、ポリフマル酸ジメチル、ポリフマル酸ジエチル、ポリフマル酸ジプロピル、ポリマレイン酸、ポリマレイン酸ジメチル、ポリマレイン酸ジエチル、ポリマレイン酸ジプロピル、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ（α−メチルスチレン）等が挙げられる。本発明でのビニル化合物から重合される重合体のブレンド比率が３重量％以上７０重量％以下であることが好ましい。ブレンド比率が３重量％を満たない場合は、ポリウレタンのスラリの吸着特性が改善されないので好ましくない。ブレンド比率が７０重量％を越える場合は、ポリウレタンの有している弾力性が損なわれるので好ましくない。
【００１６】
本発明の研磨層の作成方法として、好ましい方法は、あらかじめ１０００μｍ以下の独立気泡を有し、かつ発泡倍率が１．０１〜３倍の範囲にある発泡ポリウレタンシートにビニル化合物を膨潤させた後、発泡ポリウレタンシート内でビニル化合物を重合させる方法が、独立気泡を有した構造でポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体のブレンドがミクロ的に均一におきるので、得られた研磨パッドで局所的な凹凸の平坦性が良好にできるという理由で好ましい。本発明での発泡ポリウレタンシートは硬度と気泡径と発泡倍率によって、ポリイソシアネートとポリオールおよび触媒、整泡剤、発泡剤の組み合わせや最適量を決める必要がある。
【００１７】
ビニル化合物を発泡ポリウレタンシートに膨潤させた後、発泡ポリウレタンシート内でビニル化合物を重合させる方法として、光分解性ラジカル開始剤と共にビニル化合物を膨潤させた後、光を露光して重合させる方法や、熱分解性ラジカル開始剤と共にビニル化合物を膨潤させた後、熱を加えて重合させる方法や、ビニル化合物を膨潤させた後、電子線や放射線を放射して重合させる方法が挙げられる。
【００１８】
本発明でのクッション層は体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ2以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ2以上１４０ｋｇ／ｃｍ2以下であることが必要である。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。例えば、元の体積が１ｃｍ3であり、これに等方的に印加圧力を０．７ｋｇ／ｃｍ2かけた時の体積変化が０．００００５ｃｍ3であれば、体積弾性率は１４０００ｋｇ／ｃｍ2である。体積弾性率の測定方法の一つとして、例えば被測定物をあらかじめ体積を測定しておき、その後容器にいれた水中に被測定物を浸漬して、この容器を圧力容器に入れて印加圧力を加えて中の容器の水の高さの推移から被測定物の体積変化と印加圧力を測定する方法が上げられる。浸漬する液体は、被測定物を膨潤させたり破壊するものは避けることが好ましく、液体であれば特に限定されないが、例えば水や水銀やシリコンオイルなどをあげることができる。圧縮弾性率は、クッション層に厚み方向へ印加圧力を加え、厚み歪み（＝厚み変化／元の厚み）が０．１５の時の印加圧力を測定し、圧縮弾性率＝印加圧力／０．１５で定義されるものである。測定装置として、インストロン社製万能材料試験機Ｍｏｄｅｌ１１８５などが上げられる。測定条件としては、試験速度は０．１ｍｍ／分で試験片形状は２５ｍｍ×２５ｍｍでクロスヘッド移動量法である。
【００１９】
クッション層の体積弾性率は６００ｋｇ／ｃｍ2以上が必要である。６００ｋｇ／ｃｍ2に満たない場合は、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。さらに、クッション層の圧縮弾性率は１０ｋｇ／ｃｍ2以上１４０ｋｇ／ｃｍ2以下であることも必要である。圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ２に満たない場合は、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。圧縮弾性率が１４０ｋｇ／ｃｍ２を越える場合も半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。この様なクッション層としては、天然ゴム、ブナＮゴム、ネオプレンゴム、ポリブタジエンゴム、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。クッション層の好ましい厚みは、０．５〜１００ｍｍの範囲である。０．５ｍｍに満たない場合は、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。１００ｍｍ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。
【００２０】
本発明においては、上記研磨パッドを使用して、半導体基板を研磨ヘッドに固定し、研磨定盤に体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ2以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ2以上１４０ｋｇ／ｃｍ2以下であるクッション層を介して固着したマイクロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層を前記半導体基板に押し当て、該半導体基板自体の反りあるいは凹凸を前記クッション層に吸収させた状態で前記研磨ヘッド或いは研磨定盤或いはその双方を回転させて前記半導体基板を研磨することができる。また、その研磨装置としては、研磨ヘッド、研磨ヘッドに対峙して上記研磨パッド、研磨パッドを固定する研磨定盤、ならびに研磨ヘッド、研磨定盤もしくはその双方を回転させる手段を具備した研磨装置が使用できる。
【００２１】
本発明で研磨定盤にクッション層を介して研磨層を固着するとは、研磨定盤から、クッション層が研磨時にずれないで固定されており、かつクッション層から研磨層がずれないで固定されていることをいう。研磨定盤とクッション層の固定方法としては、両面接着テープで固定する方法や接着剤で固定する方法や研磨定盤から吸引してクッション層を固定する方法などが考えられるが特に限定されるものではない。クッション層と研磨層を固定する方法としては、両面接着テープで固定する方法や接着剤で固定する方法などが考えられるが特に限定されるわけではない。
【００２２】
本発明での研磨装置では、研磨後に研磨層が研磨レートが得られない等の理由で交換する必要が生じた場合には、研磨定盤にクッション層を固着した状態で研磨層をクッション層から取り外して交換することも可能である。クッション層は研磨層に比べて耐久性があるので、コスト面から研磨層だけを交換することは好ましい。
【００２３】
本発明研磨パッドを使用した半導体基板の研磨方法について具体的に以下説明する。本発明の研磨パッドを用いて、研磨剤としてシリカ系ポリッシュ剤、酸化アルミニウム系ポリッシュ剤、酸化セリウム系ポリッシュ剤等を用いて半導体基板上での絶縁膜の凹凸や金属配線の凹凸を平坦化することができる。本発明の研磨パッドを研磨機の研磨定盤に固着させる。半導体基板は研磨ヘッドに真空チャック方式により固定される。研磨定盤を回転させ、同方向で研磨ヘッドを回転させて、研磨パッドに押しつける。この時に、研磨パッドと半導体基板の間に研磨剤が入り込む様な位置から研磨剤を供給する。押し付け圧は、研磨ヘッドに加える力を制御することによりおこなう。押し付け圧として０．１〜２ｋｇ／ｃｍ2が局所的平坦性を得られるので好ましい。
【００２４】
本発明の研磨装置および研磨パッドは、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）を達成することが可能である。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例にそってさらに本発明の詳細を説明する。本実施例において各特性は以下の方法で測定した。
【００２６】
マイクロゴムＡ硬度：高分子計器（株）（所在地：京都市上京区下立売室町西入）のマイクロゴム硬度計ＭＤ−１で測定。
マイクロゴム硬度計ＭＤ−１の構成は下記のとおりである。
実施例１
厚み５ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝５０度、発泡倍率：１．５倍、独立気泡平均径：１１０μｍ）をアゾビスイソブチルニトリル０．１重量部を添加したメチルメタアクリレートに２４時間浸漬する。メチルメタアクリレートが膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込んで７０℃で２４時間加熱する。加熱後ガラス板から取り外して、５０℃で真空乾燥をおこなう。得られた研磨層のマイクロゴムＡ硬度は９８度、発泡倍率：１．６倍、独立気泡平均径：１５０μｍ、ポリメチルメタアクリレート／ポリウレタン含有比率＝３０／７０重量％であった。３ｍｍのブナＮゴム（体積弾性率＝１４００ｋｇ／ｃｍ2、圧縮弾性率＝３０ｋｇ／ｃｍ2）のクッション層を該研磨層と貼り合わせて研磨パッドを作成した。６インチシリコンウェハ上に０．２５μｍ幅、高さ１．２μｍのＡｌ配線を０．５ｍｍの間隔で形成し、さらにその上にテトラエトキシシランをＣＶＤで絶縁膜を３μｍの厚さになるように形成した半導体基板を作成した。この研磨前の半導体基板上の絶縁膜表面の凹凸の段差は、ウェハ中央部で１１０００オングストローム、周辺部分４カ所で１１０００、１１５００、１１２００、１１４００オングストロームであった。本半導体基板を研磨機の研磨ヘッドに取り付けて３７ｒｐｍで回転させ、上記研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ３６ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、シリカ系ポリッシュ剤を２２５ｍｌ／分で供給しながら研磨圧力０．５ｋｇ／ｃｍ２で７分間研磨を実施した。研磨後の半導体基板上の絶縁膜表面の凹凸の段差は、ウェハ中央部で１００オングストローム、周辺部分４カ所で２００、３００、２５０、４００オングストロームであった。この様に６インチの半導体基板全面の平坦性の均一性が得られている。
【００２８】
実施例２
厚み５ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝５０度、発泡倍率：１．５倍、独立気泡平均径：３００μｍ）をアゾビスイソブチルニトリル０．１重量部を添加したスチレンに２４時間浸漬する。スチレンが膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込んで７０℃で２４時間加熱する。加熱後ガラス板から取り外して、５０℃で真空乾燥をおこなう。得られた研磨層のマイクロゴムＡ硬度は９８度、発泡倍率：１．６倍、独立気泡平均径：３３０μｍ、ポリスチレン／ポリウレタン含有比率＝４５／５５重量％であった。５ｍｍのポリウレタンゴム（体積弾性率＝１０００ｋｇ／ｃｍ２、圧縮弾性率＝１５ｋｇ／ｃｍ２）をクッション層として用意し、研磨層とクッション層を貼り合わせて研磨パッドを作成した。６インチシリコンウェハ上に０．２５μｍ幅、高さ１．２μｍのＡｌ配線を０．５ｍｍの間隔で形成し、さらにその上にテトラエトキシシランをＣＶＤで絶縁膜を３μｍの厚さになるように形成した。この絶縁膜表面の凹凸の段差は、ウェハ中央部で１１０００オングストローム、周辺部分４カ所で１１０００、１１５００、１１２００、１１４００オングストロームであった。本基板を研磨機の研磨ヘッドに取り付けて３７ｒｐｍで回転させ、上記研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ３６ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、シリカ系ポリッシュ剤を２２５ｍｌ／分で供給しながら研磨圧力０．５ｋｇ／ｃｍ２で６分間研磨を実施した。研磨後の絶縁膜の表面凹凸の段差は、ウェハ中央部で７００オングストローム、周辺部分４カ所で６００、８００、７００、７００オングストロームであった。この様に６インチの半導体基板全面の平坦性の均一性が得られている。
【００２９】
比較例１
厚み１．２ｍｍの発泡ポリウレタン研磨層（マイクロゴムＡ硬度＝９２度、発泡倍率：１．５倍、独立気泡平均径：４０μｍ）を作成した。クッション層として不織布のポリウレタン溶液を含浸して後湿式製膜して得られた湿式発泡ポリウレタン（体積弾性率＝３０ｋｇ／ｃｍ2、圧縮弾性率＝６ｋｇ／ｃｍ2）を用意した。該研磨層とクッション層を貼り合わせして研磨パッドを作成した。６インチシリコンウェハ上に０．２５μｍ幅、高さ１．２μｍのＡｌ配線を０．５ｍｍの間隔で形成し、さらにその上にテトラエトキシシランをＣＶＤで絶縁膜を３μｍの厚さになるように形成した。この絶縁膜表面の凹凸の段差は、ウェハ中央部で１１０００オングストローム、周辺部分４カ所で１１０００、１１５００、１１２００、１１４００オングストロームであった。本基板を研磨機の研磨ヘッドに取り付けて３７ｒｐｍで回転させ、上記研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ３６ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、シリカ系ポリッシュ剤を２２５ｍｌ／分で供給しながら研磨圧力０．５ｋｇ／ｃｍ２で７分間研磨を実施した。研磨後の絶縁膜の表面凹凸の段差は、ウェハ中央部で１２００オングストローム、周辺部分４カ所で２００、５００、１２００、１４００オングストロームであり、半導体基板全面での平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が不十分であった。
【００３０】
【発明の効果】
この発明の研磨装置および研磨パッドにより、 半導体基板全面の局所的凹凸の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が達成することが可能となった。
Claims (9)
- 半導体基板を研磨ヘッドに固定し、研磨定盤に体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ2以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ2以上１４０ｋｇ／ｃｍ2以下であるクッション層を介して固着したマイクロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層を前記半導体基板に押し当て、該半導体基板自体の反りあるいは凹凸を前記クッション層に吸収させた状態で前記研磨ヘッド或いは研磨定盤或いはその双方を回転させて前記半導体基板を研磨する事を特徴とする半導体基板の研磨方法。
- クッション層の厚みが０．１以上１００ｍｍ以下である請求項１記載の研磨方法。
- 研磨層がポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を３重量％以上７０重量％以下含有し、１０００μｍ以下の独立気泡を有し、かつ発泡倍率が１．０５倍以上３倍以下の範囲にある請求項１または請求項２記載の研磨方法。
- 研磨ヘッド、研磨ヘッドに対峙して研磨パッド、研磨パッドを固定する研磨定盤、ならびに研磨ヘッド、研磨定盤もしくはその双方を回転させる手段を具備した研磨装置であって、研磨パッドが、体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ2以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ2以上１４０ｋｇ／ｃｍ2以下であるクッション層およびマイクロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層を含むことを特徴とする研磨装置。
- 研磨ヘッドが半導体基板を固定する手段を有するものである請求項４記載の研磨装置。
- クッション層の厚みが０．１以上１００ｍｍ以下である請求項４または５記載の研磨装置。
- 研磨層がポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を３重量％以上７０重量％以下含有し、１０００μｍ以下の独立気泡を有し、かつ発泡倍率が１．０５倍以上３．０倍以下の範囲にある事を特徴とする請求項４〜６いずれかの研磨装置。
- マイクロゴムＡ硬度が７０度以上の研磨層と体積弾性率が６００ｋｇ／ｃｍ2以上でかつ圧縮弾性率が１０ｋｇ／ｃｍ２以上１４０ｋｇ／ｃｍ2以下であるクッション層からなる事を特徴とする研磨パッド。
- 研磨層がポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を３重量％以上７０重量％以下含有し、１０００μｍ以下の独立気泡を有し、かつ発泡倍率が１．０５倍以上３倍以下の範囲にある事を特徴とする請求項８記載の研磨パッド。
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