JP4356056B2

JP4356056B2 - Resin impregnated body, polishing pad, polishing apparatus and polishing method using the polishing pad

Info

Publication number: JP4356056B2
Application number: JP2002140087A
Authority: JP
Inventors: 昌明島垣
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: JP2003332277A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は最外表面近くでの硬度が低く、物理的外力が加わった際クッション的な層を自然と形成する樹脂含浸体および加工砥粒（研磨材）を含む研磨液を供給しながら、被研磨物を回転する研磨パッドに押しつけ、相対運動を行わせながら、被研磨物表面を鏡面に仕上げるため、若しくは被研磨物表面の凹凸部の凸部を研磨材で優先的に研磨する化学機械研磨（ＣＭＰ）などに用いられる研磨パッドおよびそれを用いた研磨装置および研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高度に集積度を増した半導体を製造するに当たり多層配線を実現するためには、絶縁膜の表面を完全に平坦化する必要がある。これまでに、この平坦化法の代表的な技術として、ＳＯＧ（Spin-On-Glass）法や、エッチバック法（ Elikins,K.Reinhardt,and R.Layer,"A Planarization process for double metalCMOS using Spin-on Glass as a sacrificial layer,"Proceeding of 3rd InternationalIEEE VMIC Conf.,100(1986)) 、そして、リフトオフ法(K.Ehara,T.Morimoto,S.Muramoto,and S.Matsuo,"Planar Interconnection Technology for LSI FabricationUtilizing Lift-off Process",J.Electrochem Soc.,Vol.131,No.2,419(1984).) などが検討されてきた。
【０００３】
ＳＯＧ法に関して、これはＳＯＧ膜の流動性を利用した平坦化法であるが、これ自身で完全平坦化を実施することは不可能である。また、エッチバック法は、もっとも多く使われている技術であるが、レジストと絶縁膜とを同時にエッチングすることによるダスト発生の問題があり、ダスト管理の点で容易な技術ではない。そして、リフトオフ法は、使用するステンシル材がリフトオフ時に完全に溶解しないためにリフトオフできないなどの問題を生じ、制御性や歩留りが不完全なため、実用化に至っていない。
【０００４】
そこでＣＭＰ法が近年注目されてきた。これは被研磨物を回転する弾性パッドに押しつけ、相対運動を行わせながら、被研磨物表面の凹凸部の凸部を研磨パッドで優先的に研磨する方法であり、プロセスの簡易性から今では広く利用されている。また近年は、凹凸加工する前の半導体ウェハ自身が持つ微細な凹凸、即ちwavinessや、nanotopologyなどと表現される従来問題がなかった表面欠陥が問題になり、両面研磨法、アルカリを流しながら研磨する方法などが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるＣＭＰ法においては、被研磨物表面に発生する、スクラッチ傷、ダストの付着、グローバル平坦性不良等の問題が挙げられる。たとえば層間絶縁膜等の被研磨面にこのようなダストの付着やスクラッチ傷が発生すると、後工程でこの上にＡｌやＣｕ系金属等による配線を形成した場合に、段切れ等が発生し、エレクトロマイグレーション耐性の劣化等の信頼性の低下が発生するおそれがある。またＨＤＤ（Hard DiskDrive)用非磁性基板等の研磨においてドロップアウト等、再生信号欠落が発生する原因となる。上記スクラッチ傷の発生は、研磨パッドの硬度、とくに研磨液等が内部に浸潤した状態、すなわちウェット状態における研磨パッドの表面および表面に近い層における硬度に左右される。該硬度が高くなり過ぎるとスクラッチ傷が発生し易くなる。また、硬度が低くなり過ぎると被研磨物表面の平坦性が確保できなくなる。
【０００６】
また、ＣＭＰ法は、被研磨物表面に存在する凹凸部の凸部を研磨液中に含まれる研磨材で優先的に研磨することにより平坦性が得られるようになっている。このため、ウェット状態における研磨パッドの押し込み弾性率（いわゆる、研磨パッドのこし。）が小さくなり過ぎると、研磨パッドが被研磨物表面の凹部に侵入し易くなり、凹部がさらに研磨されるので、被研磨物表面の平坦性が得られなくなるおそれがある。
【０００７】
なお、特表平８−５００６２２や特開２０００−３４４１６などにおいて、ダスト付着やスクラッチ傷の低減と、平坦化特性の向上の両立を目指した提案がなされているが十分とは言い難い。
【０００８】
本発明の課題は、被研磨物表面へのダスト等の異物の付着、スクラッチ傷の発生を大幅に低減でき、しかも被研磨物表面の平坦化特性も向上できる研磨パッドおよびそれを用いた研磨装置および研磨方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の樹脂含浸体は、ウェット状態において表面から深さ３００ｎｍにおける硬度（Ｐａ）が乾燥状態に比べて５％以上１３％以下減少していることを特徴とするものからなる。
【００１１】
本発明においてウェット状態とは、研磨パッドを２７℃の水に２４時間浸漬させたものをいう。また、乾燥状態とは、水に浸漬させていないものをいう。また、本明細書中で単に硬度というときは、ＳＩ単位系の圧力単位パスカル（Ｐａ）に換算したものをいう。
【００１２】
上記研磨パッドのウェット状態における表面から深さ３００ｎｍにおける硬度は、後述の実施例にも示すように、乾燥状態よりも５％以上（より詳しくは、５％以上１３％以下）減少している。つまり、極めて表面に近い深さ３００ｎｍにおける硬度を上記のように設定すれば、とくに表面に近い層の硬度を低くできるので、仮に研磨パッドの表面にスラリー中の遊離砥粒が乗っても被研磨物表面を傷つけることはない。
【００１４】
上記のような研磨パッドにおいては、被研磨物表面の平坦性を向上するためには、研磨パッドの表面Ｄ硬度をある程度高く（たとえば６５度以上）設定する必要があるが、本発明の研磨パッドにおいては比較的浅い層にのみ柔らかい膨潤層が形成されるので、研磨パッドの全層の硬さにより決定される表面Ｄ硬度は高く設定することができる。よって、被研磨物表面を平坦に研磨できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の望ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る研磨装置の一例を示している。図において、１は研磨装置を示している。研磨装置１は、研磨パッド２が装着可能な研磨定盤３を有しており、該研磨定盤３は駆動機構４により矢印方向に回転可能になっている。
【００１６】
研磨パッド２の上方には、該研磨パッド２の目立てをするドレッシング機構５が設けられている。ドレッシング機構５は研磨パッド２に当接しながら矢印方向に回転し研磨パッド２の目立てをするようになっている。
【００１７】
また、研磨パッド２の上方には、該研磨パッド２上に研磨スラリー６を供給する配管７が設けられている。研磨スラリー貯留部（図示略）中の研磨スラリー６は配管７を通って研磨パッド２上に供給されるようになっている。
【００１８】
被研磨物としての半導体ウェハ８は、研磨ヘッド機構９に装着されている。研磨ヘッド機構９にはウェハ８が固定される貼付プレート１０が設けられている。貼付プレート１０は図１の矢印方向に回転可能になっている。また、研磨ヘッド機構９は図１の上下方向に移動可能に構成されている。したがって、貼付プレート１０に固定されたウェハ８を研磨パッド２に任意の圧力で押圧できるようになっている。
【００１９】
本実施態様においては、研磨定盤３上に研磨パッド２を装着し、研磨スラリー６を研磨パッド２上に供給しながら回転させ、該研磨パッド２にウェハ８を回転させながら押圧することによりウェハ８表面の凹凸部（とくに凹部）が研磨されるようになっている。
【００２１】
本発明における研磨パッド２においては、研磨パッド２のウェット状態における表面から深さ３００ｎｍにおける硬度は、乾燥状態における硬度よりも５％以上（より詳しくは、５％以上１３％以下）減少している。このように、とくに表面に近い層の硬度を低下させれば、仮に研磨パッド２の表面にスラリー中の遊離砥粒が存在してもウェハ８の表面を傷つけることはない。
【００２３】
研磨パッド２を構成する樹脂、有機高分子マトリクスとしては、ポリアミド系、ポリアクリル系、ポリオレフィン系、ポリビニル系、アイオノマー系、ポリカーボネート系、ポリアセタール系、ポリウレタン系、ポリイミド系などの熱可塑性樹脂およびその誘導体、共重合体、グラフト体などを用いることができる。これらの混合でもかまわないが硬度が出せるように配合することが重要である。たとえば、無機微粒子を混合し、硬度を向上させる工夫を凝らすことも有効である。ナノコンポジットなどで開示された技術を応用展開可能である。具体的には無機微粒子としてシリカ、セリア、アルミナ、ジルコニア、チタン、タングステン、炭酸バリウム、硫酸バリウム、カーボンブラック、モンモリロナイトなどの粘土、ゼオライトなどの結晶などを用いることができる。またこれらの混合も可能である。マトリックスとのなじみを改善するためにあらかじめ表面を改質処理することも可能である。粒子径としては、３ｎｍ程度から、５０μｍ程度のものが使えるが、大きすぎるとスクラッチを起こす危険が増大する。このため更に好ましくは、２０μｍ以下、更に好ましくは５μｍ以下のものがよい。シリカ、セリア、アルミナ、ジルコニア、チタン、タングステン、炭酸バリウム、硫酸バリウム、カーボンブラック、モンモリロナイトなどの粘土、ゼオライトなどの結晶などの微粒子混合重量％としては、１％程度でも効果があり、８０％程度まで混合できる。高濃度混合した場合は、研磨パッドの硬度を上げる効果だけでなく、砥粒を内包したいわゆる固定砥粒研磨パッドとして有効になる。この場合には粒子径が小さいと効果が少なく、粒子径３０ｎｍ以上が好ましく、研磨速度向上の面から１００ｎｍ以上が更に好ましい。これら微粒子の粒径や混合量を変えることで、被研磨物の特性に合わせた研磨パッド２を製造できる。その他利用できる有機高分子マトリックスとしては、ポリウレタン系、エポキシ系、フェノール系、メラミン系、ユリア系、ポリイミド系などの熱硬化性樹脂を用いることができる。これらの樹脂の混合体（アロイ化も含む）や、共重合、グラフト、変性品などの改質技術をも用いることができる。本発明において研磨パッドを構成する樹脂は、所望の硬度、弾性率、耐摩耗性を基礎に、適宜選択すればよい。
【００２４】
本発明の研磨パッド２の成形後の表面Ｄ硬度は６５度以上であることが重要である。６５度未満であると柔らかくなりすぎて、ディッシングやエロージョンが起きやすくなるため、好ましくない。さらに研磨速度を大きくするためには、７５度以上が好ましい。また、本発明では、さらに硬度を上げてＤ硬度が９０を越えてもスクラッチ傷やダスト等異物の付着の問題は起こらず、利用可能である。このため、従来なし得なかった良好な研磨平坦化特性を発揮できる。
【００２５】
本発明の研磨パッド２を用いる研磨において使用される研磨スラリー６としてはシリカ系スラリー、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挙げることができる。これら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は、キャッボ社製のＣＭＰ用“ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰＥＲＥＳＥＳＣ−１”、ＣＭＰ用“ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰＥＲＳＥＳＣ−１１２”、ＣＭＰ用“ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥＡＭ１００”、ＣＭＰ用“ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥＡＭ１００Ｃ”、ＣＭＰ用“ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ１２”、ＣＭＰ用“ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ２５”、ＣＭＰ用“ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥＷ２０００”、ＣＭＰ用“ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥＷ−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。
【００２６】
本発明の研磨パッド２には親水性で水不溶な物質は、たとえば、セルロース系やデンプン系、キチンなどの多糖類、タンパク質、ポリアクリル酸やポリメタクリル酸などのアクリル系、アラミド系、ポリアミド系、ポリビニルアルコール系、エチレン−ビニルアルコール共重合系、ポリビニルポリピロリドンなどの樹脂もしくはその樹脂を主成分とする架橋体や共重合体を含有させることができる。絹、羊毛、綿、麻などの天然繊維や、ポリビニルピロリドン／ポリビニルイミダゾール共重合体、高吸水性樹脂、パルプ、レーヨン、紙、セルロースエステル系イオン交換用の各種荷電付与したセルロースなども市販されており有効に利用できる。また、本来疎水性である樹脂に親水基であるスルホン基、アミノ基、カルボキシル基、水酸基を導入したものも使用可能である。疎水性とは、５０℃の水に２４時間浸漬した際の重量増加率が２％未満のものを指す。また４００ｐｐｍ以下にナトリウムイオンの混入を抑えたものを用いることが好ましい。さらに好ましくは５０ｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｐｐｍ以下である。
【００２７】
研磨パッド２の成形方法としては、フィラー、さらに場合によっては無機微粒子および／または水溶性物質をあらかじめ混合した後に、硬化前のポリウレタンと混合、脱泡後、型に入れて熱圧縮成型することもできるし、押し出し成形することもできる。インジェクションプレスなどの手法も可能である。粒子および／または繊維状物を用いるため、これら混合が効率的に行えるため、できあがった研磨パッド２の物性ばらつきを少なくできる。また、フィラーを混合しなければ、さらに成形性は向上する。本発明の研磨パッド２はこの様に製造方法に関しては公知技術の組み合わせを用いることが可能である。
【００２８】
上記フィラーは、不織布状、織物状、編み物状、フエルト状、多孔膜状、スポンジ状、フィルム状、粒子状、繊維状の少なくとも一つから選ばれてなるものであることが好ましい。不織布状とは、繊維を交絡させた広義の布を指すが、歪んでいたり、凹凸があっても良い。不織布状、織物状、編み物状、フエルト状のものも、繊維状物から得られる。多孔膜状、スポンジ状とは、２次元的およびまたは３次元的に開孔した、空隙率が大きい広義の膜を意味し、フィルム状とは、実質開孔部がないものを意味する。粒子状とは、基本的に球形をさすが、歪んでいたり、凹凸があっても良い。いわゆるヒュームドシリカのような、いびつに入り組んだ形状も好ましく使用できる。また、長繊維を短くカットしても良い。繊維状物とは、長軸と短軸の比が３を越えるような、長細い形状を指す。
【００２９】
これらを構成する繊維の直径（球以外の場合最大径を指す）は、１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がさらに好適に使われ、２から２０μｍ程度が好適に使われる。極細繊維では２μｍを切る直径のものも有り、これらを用いるのが便利である。直径が大きいと、マトリックスからの離脱が多くなり、研磨パッドとしての耐久性が減じやすく好ましくない。繊維状物は中空糸状あってもかまわない。またその断面形状は円、楕円、星形などの合成繊維あるいは新合繊として提案されているいかなる形状のものでもかまわない。多孔膜状、スポンジ状のものは、孔と孔の間が細い柱で連結されるが、通常その直径は１０ｎｍから１ｍｍ程度まで存在するが、その大きさにはこだわることはない。全体積の中で空隙を占める割合、すなわち空隙率が２５％を越える高いものを用い、厚さ方向に圧縮して成形することで、厚み方向のばらつきを抑えることができ好適に用いられる。また、フィルム状のものは、積層体の個々の層を分離する層（分離層）を形成するのに好適に用いられる。特に１μｍを切るような超薄フィルムについては、不織布状、織物状、編み物状、フエルト状、多孔膜状、スポンジ状のシート状物と同様に使用できる。
【００３０】
これらフィラーを混合して作成したシート状層は複数枚積層され、ひとつの研磨パッド２を形成する。このため、フィラーにシート状物を用いた本発明による研磨パッド２は、曲げに対する強度が極めて高く、極めて割れを生じることが少ない。厚みの大きいシート状物を用いることで１枚で研磨パッドを形成することももちろん可能である。また、これら以外にフィラーを混合しないシート状層と組み合わせることができる。１枚当たり１μｍ程度またはこれより厚みがある層を形成し、複数層重ね合わせた方が、研磨特性の安定性は高く、なおかつ研摩面の状態を精巧に制御できる研磨パッドを形成しやすくなる。通常は５μｍ以上が使われ最適には１００から３００μｍが用いられる。各層の厚みや材質が同じである必要はなく、１層ごとにマトリクス樹脂の樹脂含有率および／または種類を変えたり、層ごとにシート状物の厚みおよび／または種類を変えることで、研磨パッドを精密に設計できる。
【００３１】
たとえば、発泡ポリウレタンや、ゴムシートなどからなるクッション層を、研磨層部分、クッション層部分、分離層部分をセットにしてそれを複数層積層することで、研磨パッド２を研磨定盤３に１度貼りつければ、従来の何倍もの長期にわたってパッド交換を行わなくても良い長寿命研磨パッドを提供できる。分離層を設けることで研磨層部分が研磨液６に接触したり、研磨面から浸潤してきた研磨分散液に接触することもなく、ドレッシングによって形成されたバージン面をもって研磨できるため、極めて高い研磨安定性を得ることができる。また、層間絶縁膜、メタル研磨が交互に必要な場合も、用途に最適の例えば層間絶縁膜研磨には非常に硬い層を用い、メタル研磨用には柔らかい層が使えるように順序を決めて成型することもできる。このように本発明によれば、製造のためのスループット向上にも繋がり、トータルコストダウンにも有効である。
【００３２】
研磨スラリー６の研磨パッド２の表面の供給とそこからの排出を促進するなどの目的で、研磨パッド２の表面には溝や孔が設けられていることが好ましい。溝の形状としては、同心円、渦巻き、放射、碁盤目など種々の形状が採用できる。溝の断面形状としては四角、三角、半円などの形状が採用できる。溝の深さは０．１ｍｍから該研磨層の厚さまでの範囲で、溝の幅は０．１〜５ｍｍの範囲で、溝のピッチは０．１〜１００ｍｍの範囲で選ぶことができる。孔は研磨層を貫通していても良いし、貫通していなくても良い。孔の直径は０．１〜５ｍｍの範囲で選ぶことができる。また、孔のピッチは０．１〜１００ｍｍの範囲で選ぶことができる。これらの形状は、研磨液（研磨スラリー６）がうまく研磨面へ供給されること、研磨液の保持性を高めること、またそこから研磨屑を伴って良好に排出することおよびまたは促進することなどを満たせば良い。研磨パッド自体の形状は、円板状、ドーナツ状、ベルト状など様々な形に加工できる。厚みも、０．１ｍｍ程度から、５０ｍｍ程度もしくはこれ以上の厚みのものも製造可能である。円板状、ドーナツ状に加工した場合の直径についても、被研磨物の大きさを基準として、１／５から５倍程度のものまで製造されるが、あまり大きいと加工効率が低下してしまうため好ましくない。
【００３３】
本発明で得られた研磨パッド２は、クッション性を有するクッションシートと積層して複合研磨パッドとして使用することも可能である。半導体基板は局所的な凹凸とは別にもう少し大きなうねりが存在しており、このうねりを吸収する層として硬い研磨パッドの下（研磨定盤３側）にクッションシートをおいて研磨する場合が多い。クッションシートとしては、発泡ウレタン系、ゴム系のものを組み合わせて使うことができる。
【００３４】
【実施例】
以下に本発明を実施例により説明する。なお、実施例で使用される物性値の評価や測定方法は、以下の方法にしたがったものである。
【００３５】
（Ｄ硬度の測定）
厚さ１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲に入るサンプル（大きさは１ｃｍ角以上）を、Ｄ硬度９０以上の表面硬度を有する平面上に置き、ＪＩＳ規格（硬さ試験）Ｋ６２５３に準拠した、デュロメーター・タイプＤ（実際には、高分子計器（株）製”アスカーＤ型硬度計”）を用い、５点測定しその平均値をＤ硬度とした。測定は室温（２５℃）で行った。
【００３６】
（硬度）
Ｄ硬度と、ビッカース圧子などの他の押し込み硬度との関係を比較するためには、Ｄ硬度を物理量で表す必要がある。そこで、上記Ｄ型硬度計の指針値から物理量である平均面圧を求め硬度とした。平均面圧Ｐは試験荷重Ｗを面積Ｓで除して求めることができる。
平均面圧Ｐ＝１００Ｗ／Ｓ〔Ｋｇｆ／ｃｍ²〕＝９．８Ｗ／Ｓ（ＭＰａ〕
本発明で使用したＤ硬度計における測定値（度）は、ＳＩ系に直すと表１の通りである。
【００３７】
【表１】

【００３８】
（ダスト付着量の測定），（スクラッチ傷の測定）
厚さ１．２ｍｍ、直径３８ｃｍの円形の研磨パッドを作成し、表面に、幅２．０ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ１５ｍｍのいわゆるＸ-Ｙグルーブ加工（格子状溝加工）を施した。このパッドを研磨機（ラップマスターＳＦＴ社製、“Ｌ/Ｍ-１５Ｅ”）の定盤にクッション層として、ロデール社製Ｓｕｂａ４００を貼り、その上に両面接着テープ（３Ｍ社製、“４４２Ｊ”）で貼り付けた。旭ダイヤモンド工業（株）のコンディショナー（“ＣＭＰ−Ｍ”、直径１４．２ｃｍ）を用い、押しつけ圧力０．０４ＭＰａ、定盤回転数２５ｒｐｍ、コンディショナー回転数２５ｒｐｍで同方向に回転させ、純水を１０ｍｌ／ｍｉｎで供給しながら５分間研磨パッドのコンディショニングを行った。研磨機に純水を１００ｍｌ／ｍｉｎ流しながら研磨パッド上を２分間洗浄し次ぎに、酸化膜付きウェハ（４インチダミーウェハＣＺＰ型、信越化学工業（株））を研磨機に設置し、説明書記載使用濃度のキャボット社製スラリー分散液（“ＳＣ−１”）を１００ｍｌ／ｍｉｎで研磨パッド上に供給しながら、押しつけ圧力０．０４ＭＰａ、定盤回転数４５ｒｐｍ、コンディショナー回転数４５ｒｐｍで同方向に回転させ、５分間研磨を実施した。ウェハ表面を乾かさないようにし、すぐさま純水をかけながら、ポリビニルアルコールスポンジでウェハ表面を洗浄し、乾燥圧縮空気を吹き付けて乾燥した。その後ウェーハ表面ゴミ検査装置（トプコン社製、“ＷＭ-３”）を用いて、直径が０．５μｍ以上の表面ダスト数を測定した。本試験方法では、４００個以下であれば半導体生産上問題を生じることがなく合格である。また研磨後のウェハ表面のスクラッチ数は、自動Ｘ−Ｙステージを具備したキーエンス社製デジタルマイクロスコープ（ＶＨ６３００）でカウントした。１０個以下を合格領域とした。
【００４０】
（ディッシング）
タングステン配線ディッシング評価用テストウェハ：酸化膜付き４インチシリコンアウェハ（酸化膜厚：２μｍ）に１００μｍ幅で深さが０．７μｍの溝をスペースが１００μｍ間隔で形成する。この上にスパッタ法でタングステンを厚み２μｍ形成して、タングステン配線ディッシング評価用テストウェハを作成した。
直径３８ｃｍの円形の研磨層を作製し、表面に幅２．０ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ１５ｍｍのいわゆるＸ−Ｙグルーブ加工（格子状溝加工）を施した。この研磨パッドを研磨機（ラップマスターＳＦＴ社製、Ｌ／Ｍ−１５Ｅ）の定盤にクッション層として、ロデール社製”Ｓｕｂａ４００”を貼り、その上に両面接着テープ（３Ｍ社製、”４４２Ｊ”）で貼り付けた。旭ダイヤモンド工業（株）のコンディショナー（”ＣＭＰ−Ｍ”、直径１４．２ｃｍ）を用い、押しつけ圧力０．０４ＭＰａ、定盤回転数２５ｒｐｍ、コンディショナー回転数２５ｒｐｍで同方向に回転させ、純粋を１０ｍｌ／ｍｉｎで供給しながら５分間研磨パッドのコンディショニングを行った。研磨機に純水を１００ｍｌ／ｍｉｎ流しながら研磨パッド上を２分間洗浄し次に、タングステン配線ディッシング評価用テストウェハを研磨機に配置し、説明書記載使用濃度のキャボット社製スラリー（”ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥＷ−Ａ４００”）とキャボット社製酸化剤（”ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥＦＥ−４００”）を１：１で混合したスラリー溶液を１００ｍｌ／ｍｉｎで研磨パッド上に供給しながら、押しつけ圧力０．０４ＭＰａ、定盤回転数４５ｒｐｍ（ウェハの中心での線速度は３０００（ｃｍ／分）、半導体ウェハ保持試料台を回転数４５ｒｐｍで同方向に回転させ、２分間研磨を実施した。半導体ウェハ表面を乾かさないようにし、すぐさま純水をかけながら、ポリビニルアルコールスポンジでウェハ表面を洗浄し、乾燥圧縮空気を吹き付けて乾燥した。タングステン表面のディッシング状態をキーエンス社製超深度形状測定顕微鏡”ＶＫ−８５００”で測定した。
なお、研磨層の表面加工形態については、その他の形状のものも上記と同様の手順で行った。タングステン配線の中心深さを測り、０．０４μｍ以下であれば合格とした。
【００４１】
実施例１
厚み０．２５ｍｍ、４０ｃｍ四方のクラフト紙（公定水分率１０％、１２０ｇ／ｍ²）にエポキシ樹脂エピコート８２５（油化シェルエポキシ社製）／硬化剤エピキュアＥＭＩ−２４（油化シェルエポキシ社製）＝９６／４に混合したもの１００部と、サンアミール（三洋化成工業社製）１０部をアセトンに溶解し、乾燥樹脂重量比で５２ｗｔ％になるよう紙に含浸後、８０℃３０分乾燥させ、これを７枚あわせて１００ｔプレス機で１２０℃１５分間面圧４０ｋｇ／ｃｍ²加圧下で１．２ｍｍ厚に成型した。得られた樹脂板で１．２ｍｍ厚の研磨パッドを作成した。Ｄ硬度は８９であった。
【００４２】
実施例２
乾燥樹脂重量比で５６重量ｗｔ％になるよう紙に含浸すること、面圧２０ｋｇ／ｃｍ²で加圧すること以外の条件は実施例１と同様にして１．２ｍｍ厚の研磨パッドを作成した。Ｄ硬度は９０であった。
【００４３】
実施例３
乾燥樹脂重量比で４８重量ｗｔ％になるよう紙に含浸すること、以外の条件は実施例１と同様にして１．２ｍｍ厚の研磨パッドを作成した。Ｄ硬度は８８であった。
【００４４】
実施例４
実施例１において、１μｍの孔径のシリカ粒子３重量部を混合し、樹脂板を成形し得られた樹脂板で１．２ｍｍ厚の研磨パッドを作成した。Ｄ硬度は８９であった。
【００４５】
比較例１
市販の研磨パッドＩＣ−１０００（ロデール社製）を用いて表層物性を測定した。
【００４６】
比較例２
市販のＰＭＭＡ樹脂板を用い実施例１と同一の条件で１．２ｍｍ厚の研磨パッドを作成した。
【００４７】
実施例１〜４、比較例１、２の測定結果を表２に示した。また、実施例２におけるパッドの深さ方向への硬度の変化を図２、弾性率の変化を図３に示した。また、比較例２におけるパッドの深さ方向への硬度変化を図４、弾性率変化を図５に示した。
【００４８】
【表２】

【００４９】
表２から明らかなように、実施例１ないし４においてはすべての測定項目をクリアでき高品質の研磨パッドを得ることができる。これに対し、比較例１においてはダスト付着量が少なく、スクラッチ傷の発生もないもののディッシングが０．０５μｍと高い数値を示している。つまり、比較例１においてはパッドの表面の溝が大きく削られるためウェハの安定した研磨は望めない。また、比較例２はダスト付着量、スクラッチ傷の発生ともに多い。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の研磨パッドによるときは、研磨パッドとして必要なこしを保持しつつ被研磨物の表面への当り強さを緩和することができるので、被研磨物表面のダスト付着およびスクラッチ傷の発生を効果的に抑制し併せて平坦性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る研磨パッドを用いた研磨装置の側面図である。
【図２】実施例２の研磨パッドの表面からの深さ（ｎｍ）と硬度（Ｐａ）との関係を示す関係図である。
【図３】実施例２の研磨パッドの表面からの深さ（ｎｍ）と弾性率（Ｐａ）との関係を示す関係図である。
【図４】比較例２の研磨パッドの表面からの深さ（ｎｍ）と硬度（Ｐａ）との関係を示す関係図である。
【図５】比較例２の研磨パッドの表面からの深さ（ｎｍ）と弾性率（Ｐａ）との関係を示す関係図である。
【符号の説明】
１研磨装置
２研磨パッド
３研磨定盤
４駆動機構
５ドレッシング機構
６研磨スラリー
７配管
８ウェハ
９研磨ヘッド機構
１０貼付プレート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention has a low hardness near the outermost surface, and while supplying a polishing liquid containing a resin impregnated body and a processing abrasive grain (abrasive) that naturally forms a cushion-like layer when a physical external force is applied, Chemical mechanical polishing that preferentially polishes the convex part of the uneven part of the surface of the object to be polished to a mirror surface while pressing the polishing object against the rotating polishing pad and causing relative movement. The present invention relates to a polishing pad used for (CMP) and the like, a polishing apparatus and a polishing method using the same.
[0002]
[Prior art]
In order to realize a multi-layer wiring in manufacturing a highly integrated semiconductor, it is necessary to completely planarize the surface of the insulating film. So far, representative techniques of this planarization method include SOG (Spin-On-Glass) method and etch back method (Elikins, K. Reinhardt, and R. Layer, “A Planarization process for double metal CMOS using Spin” -on Glass as a sacrificial layer, "Proceeding of 3rd International IEEE VMIC Conf., 100 (1986)) and lift-off method (K.Ehara, T.Morimoto, S.Muramoto, and S.Matsuo," Planar Interconnection Technology for LSI Fabrication Utilizing Lift-off Process ", J. Electrochem Soc., Vol. 131, No. 2,419 (1984).
[0003]
Regarding the SOG method, this is a flattening method utilizing the fluidity of the SOG film, but it is impossible to perform complete flattening by itself. The etch-back method is the most frequently used technique, but there is a problem of dust generation due to simultaneous etching of the resist and the insulating film, which is not an easy technique in terms of dust management. The lift-off method has not been put into practical use because the stencil material to be used is not completely dissolved at the time of lift-off and thus cannot be lifted off, and the controllability and yield are incomplete.
[0004]
Therefore, the CMP method has attracted attention in recent years. This is a method of preferentially polishing the projections of the uneven parts on the surface of the object to be polished while pressing the object against the rotating elastic pad and performing relative movement. Widely used. In recent years, fine irregularities of the semiconductor wafer itself before uneven processing, that is, surface defects that have not been conventionally expressed as waviness, nanotopology, etc. have become a problem, and both sides polishing method, polishing while flowing alkali The method is done.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the CMP method, there are problems such as scratches, dust adhesion, and global flatness defects that occur on the surface of the object to be polished. For example, when such dust adhesion or scratches occur on the surface to be polished such as an interlayer insulating film, disconnection or the like occurs when a wiring made of Al or Cu-based metal or the like is formed on this in a later process, There is a risk that a decrease in reliability such as deterioration of electromigration resistance may occur. In addition, when a nonmagnetic substrate for HDD (Hard DiskDrive) is polished, a reproduction signal loss such as dropout may occur. Occurrence of the scratches depends on the hardness of the polishing pad, particularly the hardness of the polishing pad and the like in the wet state, that is, the surface of the polishing pad in the wet state and the layer close to the surface. If the hardness is too high, scratches are likely to occur. Further, if the hardness is too low, the flatness of the surface of the object to be polished cannot be secured.
[0006]
Further, in the CMP method, flatness can be obtained by preferentially polishing the convex portions of the concavo-convex portions present on the surface of the object to be polished with an abrasive contained in the polishing liquid. For this reason, if the indentation elastic modulus (so-called polishing pad strain) of the polishing pad in a wet state becomes too small, the polishing pad easily enters the recesses on the surface of the object to be polished, and the recesses are further polished. There is a possibility that the flatness of the surface of the polished article cannot be obtained.
[0007]
In Japanese translations of PCT publication No. Hei 8-500602 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-34416, proposals aiming to reduce both dust adhesion and scratch damage and improve flattening characteristics have been made, but are not sufficient.
[0008]
An object of the present invention is to provide a polishing pad capable of greatly reducing the adhesion of foreign matters such as dust and scratches on the surface of the object to be polished and also improving the planarization characteristics of the surface of the object to be polished, and a polishing apparatus using the same And providing a polishing method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the resin-impregnated body of the present invention has a hardness (Pa) at a depth of 300 nm from the surface in a wet state as compared with a dry state. 5 %more than 13% or less It consists of what is characterized by decreasing.
[0011]
In the present invention, the wet state means that the polishing pad is immersed in water at 27 ° C. for 24 hours. Moreover, a dry state means what is not immersed in water. Further, in the present specification, the term “hardness” refers to a value converted into a pressure unit Pascal (Pa) of an SI unit system.
[0012]
The hardness at a depth of 300 nm from the surface in the wet state of the polishing pad is: As shown in the examples below, Than dry 5 %more than (More specifically, 5% to 13%) is decreasing. In other words, if the hardness at a depth of 300 nm very close to the surface is set as described above, the hardness of the layer close to the surface can be lowered, so that even if free abrasive grains in the slurry are placed on the surface of the polishing pad, It does not damage the surface of objects.
[0014]
In the polishing pad as above , In order to improve the flatness of the surface of the object to be polished, it is necessary to set the surface D hardness of the polishing pad to be somewhat high (for example, 65 degrees or more). However, in the polishing pad of the present invention, only a relatively shallow layer is soft. Since the swelling layer is formed, the surface D hardness determined by the hardness of all layers of the polishing pad can be set high. Therefore, the surface of the object to be polished can be polished flat.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a polishing apparatus. The polishing apparatus 1 has a polishing surface plate 3 on which a polishing pad 2 can be mounted. The polishing surface plate 3 can be rotated in the direction of an arrow by a drive mechanism 4.
[0016]
A dressing mechanism 5 for sharpening the polishing pad 2 is provided above the polishing pad 2. The dressing mechanism 5 rotates in the direction of the arrow while contacting the polishing pad 2 to sharpen the polishing pad 2.
[0017]
A pipe 7 for supplying a polishing slurry 6 onto the polishing pad 2 is provided above the polishing pad 2. The polishing slurry 6 in the polishing slurry reservoir (not shown) is supplied onto the polishing pad 2 through a pipe 7.
[0018]
A semiconductor wafer 8 as an object to be polished is mounted on a polishing head mechanism 9. The polishing head mechanism 9 is provided with a sticking plate 10 to which the wafer 8 is fixed. The sticking plate 10 is rotatable in the direction of the arrow in FIG. Further, the polishing head mechanism 9 is configured to be movable in the vertical direction in FIG. Therefore, the wafer 8 fixed to the sticking plate 10 can be pressed against the polishing pad 2 with an arbitrary pressure.
[0019]
In the present embodiment, the polishing pad 2 is mounted on the polishing surface plate 3, rotated while supplying the polishing slurry 6 onto the polishing pad 2, and pressed while rotating the wafer 8 against the polishing pad 2. The surface irregularities (especially concave portions) on the surface 8 are polished.
[0021]
In the polishing pad 2 in the present invention, the hardness at a depth of 300 nm from the surface in the wet state of the polishing pad 2 is more than the hardness in the dry state. 5 %more than (More specifically, 5% to 13%) is decreasing. Thus, if the hardness of the layer close to the surface is lowered, the surface of the wafer 8 will not be damaged even if free abrasive grains in the slurry are present on the surface of the polishing pad 2.
[0023]
The resin constituting the polishing pad 2 and the organic polymer matrix include thermoplastic resins such as polyamide, polyacrylic, polyolefin, polyvinyl, ionomer, polycarbonate, polyacetal, polyurethane, and polyimide, and their derivatives. , Copolymers, grafts and the like can be used. These may be mixed, but it is important to mix them so that the hardness can be obtained. For example, it is also effective to mix inorganic fine particles and improve the hardness. The technology disclosed in nanocomposites can be applied and developed. Specifically, silica, ceria, alumina, zirconia, titanium, tungsten, barium carbonate, barium sulfate, carbon black, montmorillonite and other crystals, zeolite crystals, and the like can be used as the inorganic fine particles. Moreover, these can also be mixed. It is also possible to modify the surface in advance in order to improve the familiarity with the matrix. A particle diameter of about 3 nm to about 50 μm can be used, but if it is too large, the risk of causing scratches increases. For this reason, it is more preferable that the thickness is 20 μm or less, more preferably 5 μm or less. Silica, ceria, alumina, zirconia, titanium, tungsten, barium carbonate, barium sulfate, carbon black, montmorillonite clay, zeolite fine crystals and other fine particles are effective even at about 1%, and about 80%. Can be mixed. When mixed at a high concentration, it is effective not only for increasing the hardness of the polishing pad but also as a so-called fixed abrasive polishing pad containing abrasive grains. In this case, if the particle size is small, the effect is small, the particle size is preferably 30 nm or more, and more preferably 100 nm or more from the viewpoint of improving the polishing rate. By changing the particle size and mixing amount of these fine particles, the polishing pad 2 can be manufactured in accordance with the characteristics of the object to be polished. As other usable organic polymer matrices, thermosetting resins such as polyurethane, epoxy, phenol, melamine, urea and polyimide can be used. Modification techniques such as a mixture of these resins (including alloying), copolymerization, grafting, and modified products can also be used. In the present invention, the resin constituting the polishing pad may be appropriately selected on the basis of desired hardness, elastic modulus, and wear resistance.
[0024]
It is important that the surface D hardness after molding of the polishing pad 2 of the present invention is 65 degrees or more. If it is less than 65 degrees, it becomes too soft, and dishing and erosion are likely to occur. Furthermore, in order to increase the polishing rate, 75 degrees or more is preferable. Further, in the present invention, even if the hardness is further increased and the D hardness exceeds 90, the problem of adhesion of foreign matters such as scratches and dusts does not occur and the present invention can be used. For this reason, it is possible to exhibit good polishing flattening characteristics that could not be achieved conventionally.
[0025]
Examples of the polishing slurry 6 used in polishing using the polishing pad 2 of the present invention include silica-based slurry, aluminum oxide-based slurry, cerium oxide-based slurry and the like. By using these, the unevenness of the insulating film and the unevenness of the metal wiring on the semiconductor wafer can be locally flattened, the global level difference can be reduced, and dishing can be suppressed. Specific examples of the slurry include “CAB-O-SPERSE SC-1” for CMP, “CAB-O-SPERSE SC-112” for CMP, “SEMI-SPERSE AM100” for CMP, and “SEMI for CMP” manufactured by CABO. -SPERSE AM100C "," SEMI-SPERSE 12 "for CMP," SEMI-SPERSE 25 "for CMP," SEMI-SPERSE W2000 "for CMP," SEMI-SPERSE W-A400 "for CMP, etc. However, it is not limited to these.
[0026]
For the polishing pad 2 of the present invention, hydrophilic and water-insoluble substances include, for example, cellulose, starch, polysaccharides such as chitin, proteins, acrylics such as polyacrylic acid and polymethacrylic acid, aramids, and polyamides. Further, a resin such as polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinyl polypyrrolidone, or a cross-linked product or a copolymer containing the resin as a main component can be contained. Natural fibers such as silk, wool, cotton and hemp, polyvinylpyrrolidone / polyvinylimidazole copolymer, superabsorbent resin, pulp, rayon, paper, and various charged cellulose for cellulose ester ion exchange are also commercially available. Can be used effectively. Further, it is also possible to use a resin in which a hydrophilic sulfone group, amino group, carboxyl group or hydroxyl group is introduced into an inherently hydrophobic resin. Hydrophobic refers to that having a weight increase rate of less than 2% when immersed in water at 50 ° C. for 24 hours. Moreover, it is preferable to use what suppressed mixing of sodium ion to 400 ppm or less. More preferably, it is 50 ppm or less, More preferably, it is 10 ppm or less.
[0027]
As a molding method of the polishing pad 2, a filler, and in some cases, inorganic fine particles and / or a water-soluble substance may be mixed in advance, mixed with polyurethane before curing, defoamed, and then put into a mold for hot compression molding. It can also be extruded. A technique such as an injection press is also possible. Since particles and / or fibrous materials are used, these can be mixed efficiently, so that variations in physical properties of the finished polishing pad 2 can be reduced. Moreover, if the filler is not mixed, the moldability is further improved. Thus, the polishing pad 2 of the present invention can use a combination of known techniques with respect to the manufacturing method.
[0028]
The filler is preferably selected from at least one of a nonwoven fabric, a woven fabric, a knitted fabric, a felt, a porous membrane, a sponge, a film, a particle, and a fiber. The non-woven fabric refers to a fabric in a broad sense in which fibers are entangled, but may be distorted or uneven. Nonwoven fabrics, woven fabrics, knitted fabrics, and felts are also obtained from fibrous materials. The porous film and sponge form mean a broadly defined film having a two-dimensional and / or three-dimensionally opened pore and a large porosity, and the film form means a film having no substantial opening. The particulate form basically refers to a spherical shape, but may be distorted or uneven. A complicated shape such as so-called fumed silica can also be preferably used. Moreover, you may cut a long fiber short. The fibrous material refers to a long and thin shape in which the ratio of the major axis to the minor axis exceeds 3.
[0029]
The diameter of the fibers constituting these (the maximum diameter in the case of other than a sphere) is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, and preferably 2 to 20 μm. Some ultrafine fibers have a diameter of less than 2 μm, and it is convenient to use them. When the diameter is large, the separation from the matrix increases, and the durability as a polishing pad tends to decrease, which is not preferable. The fibrous material may be in the form of a hollow fiber. The cross-sectional shape may be any shape proposed as a synthetic fiber such as a circle, an ellipse, a star, or a new synthetic fiber. In the porous film-like or sponge-like one, the pores are connected by thin columns, but the diameter usually exists from about 10 nm to about 1 mm, but the size is not particular. By using a high volume ratio in which the voids occupy the entire volume, that is, a void ratio higher than 25%, and compressing in the thickness direction, the variation in the thickness direction can be suppressed, which is preferably used. Moreover, a film-like thing is used suitably for forming the layer (separation layer) which isolate | separates each layer of a laminated body. In particular, an ultra-thin film having a thickness of less than 1 μm can be used in the same manner as a non-woven fabric, woven fabric, knitted fabric, felt, porous membrane or sponge sheet.
[0030]
A plurality of sheet-like layers prepared by mixing these fillers are laminated to form one polishing pad 2. For this reason, the polishing pad 2 according to the present invention using a sheet-like material as the filler has extremely high strength against bending and is extremely unlikely to crack. Of course, it is possible to form a polishing pad by using a sheet having a large thickness. Moreover, it can combine with the sheet-like layer which does not mix a filler other than these. When a layer having a thickness of about 1 μm or more per sheet is formed and a plurality of layers are laminated, it is easier to form a polishing pad that has higher polishing characteristics and can precisely control the state of the polished surface. Usually, 5 μm or more is used, and optimally 100 to 300 μm is used. The thickness and material of each layer need not be the same, and the polishing pad can be changed by changing the resin content and / or type of the matrix resin for each layer or changing the thickness and / or type of the sheet-like material for each layer. Can be designed precisely.
[0031]
For example, a cushioning layer made of polyurethane foam or rubber sheet is laminated with a polishing layer portion, a cushion layer portion, and a separation layer portion, and a plurality of layers are laminated so that the polishing pad 2 is attached to the polishing surface plate 3 once. If affixed, it is possible to provide a long-life polishing pad that does not require pad replacement over many times as long as conventional. By providing a separation layer, the polishing layer portion can be polished with the virgin surface formed by dressing without contacting the polishing liquid 6 or contacting with the polishing dispersion liquid infiltrated from the polishing surface, so that extremely high polishing stability. Sex can be obtained. Also, even when interlayer insulation film and metal polishing are alternately required, it is optimal for the application, for example, using a very hard layer for polishing the interlayer insulation film and molding in order so that a soft layer can be used for metal polishing You can also As described above, according to the present invention, it leads to an improvement in throughput for manufacturing, and is effective in reducing the total cost.
[0032]
For the purpose of accelerating the supply and discharge of the polishing slurry 6 from the surface of the polishing pad 2, it is preferable that the surface of the polishing pad 2 is provided with grooves or holes. As the shape of the groove, various shapes such as concentric circles, spirals, radiation, and grids can be adopted. As the cross-sectional shape of the groove, a shape such as a square, a triangle, and a semicircle can be adopted. The depth of the groove can be selected in the range from 0.1 mm to the thickness of the polishing layer, the width of the groove can be in the range of 0.1 to 5 mm, and the pitch of the groove can be selected in the range of 0.1 to 100 mm. The hole may or may not penetrate the polishing layer. The diameter of the hole can be selected in the range of 0.1 to 5 mm. The pitch of the holes can be selected in the range of 0.1 to 100 mm. These shapes make it possible for the polishing liquid (polishing slurry 6) to be supplied to the polishing surface successfully, to improve the retention of the polishing liquid, and to discharge and / or promote it with polishing debris from there. Should be satisfied. The shape of the polishing pad itself can be processed into various shapes such as a disc shape, a donut shape, and a belt shape. Thicknesses of about 0.1 mm to 50 mm or more can also be manufactured. The diameter when processed into a disk shape or a donut shape is also manufactured from about 1/5 to about 5 times based on the size of the object to be polished. However, if it is too large, the processing efficiency decreases. Therefore, it is not preferable.
[0033]
The polishing pad 2 obtained by the present invention can be laminated with a cushion sheet having cushioning properties and used as a composite polishing pad. A semiconductor substrate has a slightly larger undulation apart from local unevenness and is often polished by placing a cushion sheet under a hard polishing pad (on the polishing surface plate 3 side) as a layer that absorbs this undulation. As a cushion sheet, urethane foam or rubber can be used in combination.
[0034]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. The physical property values used in the examples are evaluated and measured in accordance with the following methods.
[0035]
(D hardness measurement)
A sample having a thickness in the range of 1.0 mm to 1.5 mm (size is 1 cm square or more) is placed on a plane having a surface hardness of D hardness 90 or more, and conforms to JIS standard (hardness test) K6253. Using a durometer type D (actually “Asker D hardness tester” manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd.), five points were measured and the average value was defined as D hardness. The measurement was performed at room temperature (25 ° C.).
[0036]
(hardness)
In order to compare the relationship between D hardness and other indentation hardness such as Vickers indenter, it is necessary to represent D hardness as a physical quantity. Therefore, the average surface pressure, which is a physical quantity, was obtained from the guide value of the D-type hardness tester and used as the hardness. The average surface pressure P can be obtained by dividing the test load W by the area S.
Average surface pressure P = 100 W / S [Kgf / cm ² ] = 9.8 W / S (MPa)
The measured values (degrees) in the D hardness meter used in the present invention are as shown in Table 1 when converted to the SI system.
[0037]
[Table 1]

[0038]
(Measurement of dust adhesion), (Measurement of scratches)
A circular polishing pad having a thickness of 1.2 mm and a diameter of 38 cm was prepared, and the surface was subjected to so-called XY groove processing (lattice groove processing) having a width of 2.0 mm, a depth of 0.5 mm, and a pitch of 15 mm. This pad is attached to a surface plate of a polishing machine (Lapmaster SFT, "L / M-15E") as a cushion layer, and Rodale Suba400 is pasted on it. Double-sided adhesive tape (3M, "442J") Pasted with. Using Asahi Diamond Industrial Co., Ltd. conditioner (“CMP-M”, diameter 14.2 cm), rotating in the same direction at a pressing pressure of 0.04 MPa, a platen rotation speed of 25 rpm, and a conditioner rotation speed of 25 rpm, 10 ml of pure water The polishing pad was conditioned for 5 minutes while supplying at / min. Wash the polishing pad for 2 minutes while flowing pure water at 100 ml / min into the polishing machine, then install a wafer with oxide film (4-inch dummy wafer CZP type, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) on the polishing machine. While supplying a slurry dispersion (“SC-1”) manufactured by Cabot with a use concentration of 100 ml / min onto the polishing pad, the pressing pressure was 0.04 MPa, the platen rotation speed was 45 rpm, and the conditioner rotation speed was 45 rpm in the same direction. Rotate and polish for 5 minutes. The surface of the wafer was not dried, and the surface of the wafer was washed with a polyvinyl alcohol sponge while applying pure water immediately, and dried by blowing dry compressed air. Thereafter, the number of surface dusts having a diameter of 0.5 μm or more was measured using a wafer surface dust inspection device (“WM-3” manufactured by Topcon Corporation). In this test method, if it is 400 or less, it is acceptable without causing any problems in semiconductor production. The number of scratches on the polished wafer surface was counted with a digital microscope (VH6300) manufactured by Keyence Corporation equipped with an automatic XY stage. 10 or less was defined as an acceptable region.
[0040]
(Dishing)
Tungsten wiring dishing evaluation test wafer: Grooves having a width of 100 μm and a depth of 0.7 μm are formed at intervals of 100 μm on a 4-inch silicon wafer with oxide film (oxide film thickness: 2 μm). A tungsten wafer having a thickness of 2 μm was formed thereon by sputtering to prepare a test wafer for evaluating tungsten wiring dishing.
A circular polishing layer having a diameter of 38 cm was prepared, and the surface was subjected to so-called XY groove processing (lattice groove processing) having a width of 2.0 mm, a depth of 0.5 mm, and a pitch of 15 mm. As a cushion layer, the polishing pad (Lapmaster SFT, L / M-15E) is used as a cushion layer, and Rodale's “Suba400” is applied to the polishing pad, and double-sided adhesive tape (3M, “442J”) is applied thereon. ) Using a conditioner ("CMP-M", diameter 14.2 cm) of Asahi Diamond Industry Co., Ltd., rotating in the same direction at a pressing pressure of 0.04 MPa, a platen rotation speed of 25 rpm, and a conditioner rotation speed of 25 rpm, the purity was 10 ml / The polishing pad was conditioned for 5 minutes while supplying at min. The polishing pad was washed for 2 minutes while flowing pure water through the polishing machine at 100 ml / min. Next, a test wafer for tungsten wiring dishing evaluation was placed in the polishing machine, and a slurry ("SEMI- SPERSE W-A400 ") and an oxidizing agent (" SEMI-SPERSE FE-400 ") manufactured by Cabot Corporation were mixed at a ratio of 1: 1 while supplying a slurry pad at a rate of 100 ml / min. A platen rotation speed of 45 rpm (linear velocity at the center of the wafer is 3000 cm / min), the semiconductor wafer holding sample stage was rotated in the same direction at a rotation speed of 45 rpm, and polishing was performed for 2 minutes. The surface of the semiconductor wafer was not dried Clean the wafer surface with a polyvinyl alcohol sponge while applying pure water immediately and dry pressure. It was blown dry with air. Was measured by the dishing condition of the tungsten surface Keyence ultra deep shape measuring microscope "VK-8500".
In addition, about the surface processing form of the grinding | polishing layer, the thing of another shape was performed in the procedure similar to the above. The center depth of the tungsten wiring was measured, and if it was 0.04 μm or less, it was considered acceptable.
[0041]
Example 1
Kraft paper with a thickness of 0.25 mm and 40 cm square (official moisture content 10%, 120 g / m ² ) Epoxy resin epicoat 825 (manufactured by Yuka Shell Epoxy) / curing agent EpiCure EMI-24 (manufactured by Yuka Shell Epoxy) = 96/4, and Sun Amir (manufactured by Sanyo Chemical Industries) 10 parts are dissolved in acetone, impregnated into paper so that the dry resin weight ratio is 52 wt%, dried at 80 ° C. for 30 minutes, and 7 sheets of these are combined and 100 t press machine at 120 ° C. for 15 minutes with a surface pressure of 40 kg / cm ² Molded to 1.2 mm thickness under pressure. A polishing pad having a thickness of 1.2 mm was prepared from the obtained resin plate. The D hardness was 89.
[0042]
Example 2
Impregnating the paper so that the dry resin weight ratio is 56 wt%, the surface pressure is 20 kg / cm. ² A polishing pad having a thickness of 1.2 mm was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pressurization was performed in the same manner as in Example 1. The D hardness was 90.
[0043]
Example 3
A polishing pad having a thickness of 1.2 mm was prepared in the same manner as in Example 1 except that the paper was impregnated so that the dry resin weight ratio was 48 wt%. The D hardness was 88.
[0044]
Example 4
In Example 1, 3 parts by weight of silica particles having a pore size of 1 μm were mixed, and a polishing pad having a thickness of 1.2 mm was prepared from the resin plate obtained by molding the resin plate. The D hardness was 89.
[0045]
Comparative Example 1
Surface layer physical properties were measured using a commercially available polishing pad IC-1000 (Rodel).
[0046]
Comparative Example 2
A 1.2 mm thick polishing pad was prepared under the same conditions as in Example 1 using a commercially available PMMA resin plate.
[0047]
The measurement results of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 2. Further, FIG. 2 shows the change in hardness in the depth direction of the pad in Example 2, and FIG. 3 shows the change in elastic modulus. Moreover, the hardness change to the depth direction of the pad in the comparative example 2 was shown in FIG. 4, and the elastic modulus change was shown in FIG.
[0048]
[Table 2]

[0049]
As is apparent from Table 2, in Examples 1 to 4, all measurement items can be cleared and a high-quality polishing pad can be obtained. On the other hand, in Comparative Example 1, although the amount of dust attached is small and no scratches are generated, the dishing shows a high value of 0.05 μm. That is, in Comparative Example 1, since the groove on the surface of the pad is greatly cut, stable polishing of the wafer cannot be expected. In Comparative Example 2, both the dust adhesion amount and the generation of scratches are large.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, when the polishing pad of the present invention is used, the contact strength against the surface of the object to be polished can be reduced while maintaining the necessary strain as the polishing pad, so that dust adheres to the surface of the object to be polished. Further, the occurrence of scratches can be effectively suppressed and the flatness can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a polishing apparatus using a polishing pad according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a relationship diagram showing the relationship between the depth (nm) from the surface of the polishing pad of Example 2 and the hardness (Pa).
3 is a relational diagram showing the relationship between the depth (nm) from the surface of the polishing pad of Example 2 and the elastic modulus (Pa). FIG.
[Fig. 4] Comparative example 2 is a relationship diagram showing the relationship between the depth (nm) from the surface of the polishing pad 2 and the hardness (Pa). FIG.
[Figure 5] Comparative example 2 is a relationship diagram showing the relationship between the depth (nm) from the surface of the polishing pad 2 and the elastic modulus (Pa).
[Explanation of symbols]
1 Polishing equipment
2 Polishing pad
3 Polishing surface plate
4 Drive mechanism
5 Dressing mechanism
6 Polishing slurry
7 Piping
8 wafers
9 Polishing head mechanism
10 Affixing plate

Claims

A polishing pad, wherein the hardness (Pa) at a depth of 300 nm from the surface in a wet state is reduced by 5 % or more and 13% or less compared to a dry state.

A polishing apparatus comprising the polishing pad according to claim 1 .

A polishing method using the polishing pad according to claim 1 .

A semiconductor wafer processed using the polishing pad according to claim 1 .