JP4296655B2 - 半導体基板用研磨パッド - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板用研磨パッド(以下研磨パッドという。)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。
この様なCMPで使用される研磨パッドは、平坦性という観点からA硬度で90度以上の物性が要求されている。現在使用されている研磨パッドは、特表平8−500622号に示されている様にイソシアネート末端のウレタンプレポリマに硬化剤として4,4‘−メチレン−ビス2−クロロアニリン(MOCA)、さらに独立気泡を有する構造とするためにマイクロバルーンを混合し、反応させて得られたものである。このタイプの研磨パッドは独立気泡を有するため研磨パッドの弾性特性が向上し、その結果、半導体基板表面の局所的な凹凸の平坦性が実用上耐えうるレベルのものが得られ、さらに研磨層表面に開口した気泡には研磨スラリーが蓄えられ、半導体基板研磨点への研磨スラリーの効果的な供給がなされるため、比較的高い研磨レートが得られる等の特徴を有する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被研磨面積が大きくなっていく今、このタイプの研磨パッドは、グローバル平坦性すなわち弾性特性に問題があるとされている。本発明の目的は、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おいて、高い研磨レートを確保し、スクラッチ傷を防止、かつ、グローバル平坦性が良好な研磨パッドを提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成からなる。
1)曲げ弾性率が3500〜8000kg/cm2であることを特徴とする半導体基板用研磨パッド。
2)D硬度が55〜70度であることを特徴とする(1)に記載の半導体基板用研磨パッド。
3)半導体基板用研磨パッドが高分子成型物であることを特徴とする(1)または(2)に記載の半導体基板用研磨パッド。
4)高分子成型物が発泡構造を有することを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の半導体基板用研磨パッド。
5)高分子成型物がポリウレタンを主成分とすることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の半導体基板用研磨パッド。
6)高分子成型物を重合モノマーに含浸させた後、高分子成型物中でモノマーの重合反応をおこさせて得られることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の半導体基板用研磨パッド。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態において説明する。
本発明の半導体基板用研磨パッド(研磨パッド)は、特に限定されるものではない。具体的には、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、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、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、およびこれらを主成分とした高分子成型物等が挙げられる。本発明において、曲げ弾性率が3500〜8000kg/cm2である研磨パッドが、グローバル平坦性が良好な点で好ましい。曲げ弾性率が3500kg/cm2より小さいとグローバル平坦性は悪くなる傾向にあり、8000kg/cm2より大きいと研磨パッドが必要とする弾力が不足し、スクラッチ傷を発生する傾向がある。また、D硬度は55〜70度が好ましく、さらに好ましくは55〜65である。D硬度が55度より小さいとグローバル平坦性は悪くなる傾向にあり、70度より大きいと研磨パッドが必要とする弾力が不足し、スクラッチ傷を発生する傾向がある。
【0006】
CMP用研磨パッドに対する要求特性の点から、これら高分子成型物は独立気泡を有していることが好ましい。高分子成型物中への独立気泡の形成方法としては、高分子成型物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高分子成型物を発泡させたのち硬化させる方法、高分子成型物中に中空のマイクロビーズを分散後、硬化させマイクロビーズ部分を独立気泡とする方法等も好ましく使用することができる。独立気泡は、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、さらには300μm以下である。
このような観点から、独立気泡径が比較的容易にコントールできる点でポリウレタンを主成分とする素材が好ましい。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。
【0007】
ポリイソシアネートとポリオールから得られるポリウレタンを主成分とする高分子成型物は気泡径を比較的自由にコントロールできるので構造制御が容易であるが、平坦性用研磨パッドとして使用するには硬度が低いという問題があり、平坦性に必要な硬度をもたせることが好ましい。硬度を上げるためには、重合開始剤を含む重合モノマーに高分子成型物を含浸させた後、高分子成型物中でモノマーの重合反応をおこさせることが好ましい。本発明での重合モノマーとしては、付加重合、重縮合、重付加などの重合用原料であれば任意であるが、特に付加重合用モノマーとして使用されるビニル化合物が反応の容易さから好ましく使用できる。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、アクリル酸、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、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリ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、フマル酸ジメチル、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、また、これらの共重合体等が挙げられる。ここでの重合開始剤としては、熱エネルギーにより分解、ラジカル生成、重合開始を経るものであって、特に限定はされないが、例えば過酸化物とアゾ化合物が挙げられる。具体的には、クメンヒドロペルオキシド、第三ブチルヒドロペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ジ第三ブチルペルオキシド、過酸化ベンゾイル、過酸化アセチル、過酸化ラウロイル、アゾビスイソブチロニトリル等が挙げられる。また、重合開始法として、重合開始剤以外に加熱法、放射線照射法、光照射法についても好ましく用いられる。この結果、平坦性に必要な硬度とパッドとしての弾性特性を合わせもつ研磨パッドを得ることができる。
本発明により、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グローバル平坦性良く研磨することができる研磨パッドを提供できる。
【0008】
【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。
[曲げ試験]:テンシロン万能試験機“RTM−100”((株)オリエンテック製)で測定した。サンプルの形状は厚み1〜2mmの短冊状であった。
[グローバル平坦性]:研磨前後のウェハの厚みおよび凹凸差を、光干渉式膜厚測定装置“ラムダエース”VM−8000J(大日本スクリーン製造(株)製)および3次元表面構造解析顕微鏡(キャノン販売(株)製)で測定した。被研磨体には、左半分に40μm幅、高さ1.2μmのAl配線を右半分に400μm幅、高さ1.2μmのAl配線をそれぞれ40μmのスペースでラインアンドスペースで配置し、さらにその上にテトラエトキシシランをCVDで絶縁膜を厚さ3μmになるように成形した20mm角のダイを6インチシリコンウェハ上に設置したものを用いた。評価方法としては、所定時間の研磨におけるそれぞれの配線幅のグローバル段差を測定した。
[D硬度]高分子計器(株)製“アスカーゴム硬度計D型”によりシート状(厚み6mm以上)のサンプルを測定した。
[平均気泡径]走査電子顕微鏡(日立製作所(株)製“SEM2400型”)での100倍または200倍写真を画像処理(ピアス(株)製“PIAS-IV)により処理し、計測した。
【0009】
実施例1
大きさ250×250mm、厚み5mmの発泡ポリウレタンシート(硬度はA硬度で35度、平均気泡径は39μm、比重は0.65g/cm3)(三洋化成工業(株)の検討品のため、製品名はない)をメチルメタクリレート100重量部、アゾビスイソブチロニトリル0.1重量部の溶液中に10時間浸漬した。次にこの発泡ウレタンシートを塩化ビニル製ガスケットを介して2枚のガラス板に挟み込み、ダブルクリックで固定、密閉した後、65〜70℃の水浴で5時間加熱し、次いで100℃オーブン中で3時間加熱することで、D硬度57度、平均気泡径70μm、比重0.80g/cm3、曲げ弾性率5500kg/cm2の高分子成型物を得た。この高分子成型物をスライサーでスライスし、研磨パッドに成形した後、研磨機定盤に固着させ、ダイヤモンドコンデショナを使用して、押しつけ圧力0.04MPa、研磨定盤回転数24rpm、コンデショナ回転数24rpmで研磨定盤と同方向に回転させ、純水を10ml/分供給しながら、5分間研磨パッドのコンデショニングを行った。次に評価用半導体基板を研磨機の研磨ヘッドに取り付けて、研磨圧力0.05MPaで、研磨ヘッドと研磨定盤回転数を同方向に37rpmで回転させ、シリカ系研磨液を200ml/分供給しながら7分間研磨を行った。この結果、研磨時間を19分としてグローバル平坦性評価を行ったところ、グローバル段差は0.02μmであった。この様に6インチの半導体基板のグローバル平坦性が良好な結果が得られた。
【0010】
実施例2
発泡ポリウレタンシートをメチルメタクリレート80重量部とエチレングリコールジメタクリレート20重量部、アゾビスイソブチロニトリル0.1重量部溶液中に10時間浸漬し、実施例1と同様に成型を行い、D硬度65度、平均気泡径65μm、比重0.87g/cm3、曲げ弾性率7300kg/cm2の高分子成型物を得た。これを実施例1と同様、研磨時間を7分として評価を行ったところ、グローバル段差は0.01μmであった。この様に6インチの半導体基板のグローバル平坦性が良好な結果が得られた。
【0011】
実施例3
発泡ポリウレタンシートをメチルメタクリレート100重量部とアゾビスイソブチロニトリル0.1重量部溶液中に10時間浸漬し、実施例1と同様に成型を行い、D硬度55度、平均気泡径164μm、比重0.67g/cm3、曲げ弾性率3600kg/cm2の高分子成型物を得た。これを実施例1と同様、研磨時間を7分として評価を行ったところ、グローバル段差は0.03μmであった。この様に6インチの半導体基板のグローバル平坦性が良好な結果が得られた。
【0012】
実施例4
発泡ポリウレタンシートをメチルメタクリレート100重量部とアゾビスイソブチロニトリル0.1重量部溶液中に10時間浸漬し、実施例1と同様に成型を行い、D硬度70度、平均気泡径120μm、比重0.72g/cm3、曲げ弾性率8000kg/cm2の高分子成型物を得た。これを実施例1と同様、研磨時間を7分として評価を行ったところ、グローバル段差は0.01μmであった。この様に6インチの半導体基板のグローバル平坦性が良好な結果が得られた。
【0013】
比較例1
ポリエーテル系ウレタンポリマ“アジプレン”L−325(ユニローヤル社製)78重量部と4,4−メチレン−ビス2−クロロアニリン20重量部と中空高分子微小球体“エクスパンセル”551DE(ケマーベル社製)1.8重量部をRIM成形機で混合して金型に吐出して、D硬度59度、平均気泡径30μm、比重0.82g/cm3、曲げ弾性率3100kg/cm2の高分子成型物を得た。この高分子成型物を研磨パッドに成形した後、実施例1同様、研磨時間を19分として評価を行ったところ、グローバル段差は0.1μmであり、良好なグローバル平坦性は得られなかった。
【0014】
比較例2
D硬度10度、比重1.13g/cm3、曲げ弾性率500kg/cm2のウレタンゴム“#100−50”(タイガースポリマー(株)製)を研磨パッドに成形した後、実施例1同様、研磨時間を19分として評価を行ったところ、グローバル段差は0.2μm程度以下にはならず、良好なグローバル平坦性は得られなかった。
【0015】
比較例3
D硬度83度、比重1.40g/cm3、曲げ弾性率38500kg/cm2の塩化ビニル樹脂板を研磨パッドに成形した後、実施例1同様、研磨時間を7分として研磨評価を行ったところ、グローバル段差は0.01μmであり、グローバル平坦性は良好な結果が得られたが、わずかにスクラッチ傷が生じた。
【0016】
【発明の効果】
本発明により、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おいて、高い研磨レートを確保し、スクラッチ傷を防止、かつ、グローバル平坦性が良好な研磨パッドを提供することが可能となる。
Claims (6)
- 曲げ弾性率が3500〜8000kg/cm2であることを特徴とする半導体基板用研磨パッド。
- D硬度が55〜70度であることを特徴とする請求項1に記載の半導体基板用研磨パッド。
- 半導体基板用研磨パッドが高分子成型物であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体基板用研磨パッド。
- 高分子成型物が発泡構造を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体基板用研磨パッド。
- 高分子成型物がポリウレタンを主成分とすることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体基板用研磨パッド。
- 高分子成型物を重合モノマーに含浸させた後、高分子成型物中でモノマーの重合反応をおこさせて得られることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体基板用研磨パッド。
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