JP6931281B2 - 研磨パッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
一方、表面に金属配線が形成されたウエハを研磨する場合、金属配線材料である銅などの硬度が低いためにスクラッチなどの表面欠陥が生じやすいという問題がある。スクラッチ等の欠陥が発生することで、微細配線の形成が必要不可欠である高性能半導体デバイス製造において、短絡、断線、歩留、信頼性の低下などの不具合が発生する。また、銅と絶縁膜などの異なる材料の同時研磨において研磨されるスピードが異なるため、銅パターン部分がより多く削れてディッシングが発生したり、エロージョンが発生するという問題がある。
<1> 湿式成膜されたポリウレタン樹脂シートを含む研磨パッドであって、
前記ポリウレタン樹脂シートは、ポリウレタン樹脂及びノニオン性界面活性剤を含み、且つ
前記ノニオン性界面活性剤は、当該ノニオン性界面活性剤を0.2g/Lの量で含む水溶液を用いて曇点を測定したときに、60℃以下の温度で曇点を有する、前記研磨パッド。
<2> 配線用金属を含むウエハを研磨するための、<1>に記載の研磨パッド。
<3> 前記ノニオン性界面活性剤は、当該ノニオン性界面活性剤を0.2g/Lの量で含む水溶液を用いて曇点を測定したときに、10〜50℃の温度で曇点を有する、<1>又は<2>に記載の研磨パッド。
<4> 前記ポリウレタン樹脂シート中に前記ノニオン性界面活性剤を0.1〜15質量%含む、<1>〜<3>のいずれかに記載の研磨パッド。
<5> 前記ノニオン性界面活性剤が、シリコーン樹脂を含む、<1>〜<4>のいずれかに記載の研磨パッド。
<6> 前記ノニオン性界面活性剤が、ポリエーテル樹脂を更に含む、<5>に記載の研磨パッド。
<7> 前記ポリウレタン樹脂シートが、被研磨物を研磨するための研磨面を有する、<1>〜<6>のいずれかに記載の研磨パッド。
<8> ポリウレタン樹脂及びノニオン性界面活性剤を含むポリウレタン樹脂含有溶液を調製する工程、
前記ポリウレタン樹脂含有溶液を成膜基材に塗布する工程、及び
前記ポリウレタン樹脂含有溶液が塗布された成膜基材を凝固液に浸漬して前記ポリウレタン樹脂含有溶液を凝固する工程、
を含み、
前記ノニオン性界面活性剤は、当該ノニオン性界面活性剤を0.2g/Lの量で含む水溶液を用いて曇点を測定したときに、60℃以下の温度で曇点を有する、<1>〜<7>のいずれかに記載の研磨パッドの製造方法。
<9> 前記ポリウレタン樹脂含有溶液は、ポリウレタン樹脂100質量部に対してノニオン性界面活性剤を0.1〜15質量部含む、<8>に記載の製造方法。
<<研磨パッド>>
本発明の研磨パッドは、湿式成膜されたポリウレタン樹脂シートを含む研磨パッドであって、前記ポリウレタン樹脂シートは、ポリウレタン樹脂及びノニオン性界面活性剤を含み、且つ前記ノニオン性界面活性剤は、当該ノニオン性界面活性剤を0.2g/Lの量で含む水溶液を用いて曇点を測定したときに、60℃以下の温度で曇点を有する、前記研磨パッドである。
ポリウレタン樹脂シートは、ポリウレタン樹脂を含む。ポリウレタン樹脂の種類に特に制限はなく、種々のポリウレタン樹脂の中から使用目的に応じて選択すればよい。例えば、ポリエステル系、ポリエーテル系、又はポリカーボネート系の樹脂を用いることができる。
ポリエステル系の樹脂としては、エチレングリコールやブチレングリコール等とアジピン酸等とのポリエステルポリオールと、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート等のジイソシアネートとの重合物が挙げられる。
ポリエーテル系の樹脂としては、ポリテトラメチレンエーテルグリコールやポリプロピレングリコール等のポリエーテルポリオールと、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート等のイソシアネートとの重合物が挙げられる。
ポリカーボネート系の樹脂としては、ポリカーボネートポリオールと、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート等のイソシアネートとの重合物が挙げられる。
これらの樹脂は、DIC(株)製の商品名「クリスボン」や、三洋化成工業(株)製の商品名「サンプレン」、大日精化工業(株)製の商品名「レザミン」など、市場で入手可能な樹脂を用いてもよく、所望の特性を有する樹脂を自ら製造してもよい。
モジュラスとは、樹脂の硬さを表す指標であり、無発泡の樹脂シートを100%伸ばしたとき(元の長さの2倍に伸ばしたとき)に掛かる荷重を断面積で割った値である(以下、100%モジュラスと呼ぶことがある。)。この値が高い程、硬い樹脂である事を意味する。
ポリウレタン樹脂は、3〜20MPaの100%モジュラスを有することが好ましく、4〜10MPaであることがより好ましい。100%モジュラスが上記範囲内であると、配線用金属を有するウエハを研磨する用途で使用するのに欠陥を低減できるため適する。
本発明の研磨パッドのポリウレタン樹脂シートに含まれるノニオン性界面活性剤は、当該界面活性剤を0.2g/L含む水溶液を用いて曇点を測定した場合に、60℃以下の温度で曇点を有する。当該曇点は、10〜50℃の温度範囲であることが好ましく、10〜40℃の温度範囲であることがより好ましく、15〜35℃の温度範囲であることがさらにより好ましく、20〜30℃の温度範囲であることがさらにより好ましい。
ノニオン性界面活性剤の曇点が上記範囲内であると、研磨レート安定性及び研磨均一性を向上させることができる。また、スクラッチの発生を抑えることができる。また、被研磨物(特に配線用金属を含むウエハ面)におけるエロージョン及び/又はディッシングの発生を抑えることができる。
曇点とは、透明又は半透明な液体が温度変化によって相分離し、不透明になるときの温度である。ノニオン性界面活性剤を含む水溶液を昇温すると、ある温度で溶解性が急激に低下し、相分離が起きて不透明な液体となる。このときの温度が曇点である。
本発明における曇点は、ノニオン性界面活性剤を常温(約20℃)で水に溶解させて0.2g/Lの水溶液とし、当該水溶液を常温から徐々に昇温して不透明になり始めた時の温度を測定することにより求めることができる。なお、測定は大気圧(1気圧)下で行う。
シリコーン樹脂は、ポリシロキサンの一部にポリオキシアルキレン基が導入された、ポリエーテル変性シリコーン樹脂であってもよい。ポリエーテル変性シリコーン樹脂は、ポリシロキサンの側鎖の一部にポリオキシアルキレン基が導入された側鎖型であっても、ポリシロキサンの両方の末端にポリオキシアルキレン基が導入された両末端型であってもよい。あるいは、ポリシロキサンのいずれか片方の末端にポリオキシアルキレン基が導入された片末端型であっても、ポリシロキサンの側鎖の一部と両方の末端にポリオキシアルキレン基が導入された側鎖両末端型であってもよい。ポリエーテル変性シリコーン樹脂におけるポリエーテル鎖は、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドなどで構成されていてもよく、例えば、側鎖に用いるポリエチレンオキサイドの分子量やポリシロキサン鎖との重量比などを選択することにより、必要とする疎水性などの物性を適度に調整することができる。ポリエーテル変性シリコーンにおける(−Si−O−)骨格の含有割合は、ポリエーテル変性シリコーン全量に対して、5〜45質量%であることが好ましく、10〜40質量%であることがより好ましく、20〜38質量%であることがさらにより好ましく、25〜35質量%であることがさらにより好ましい。
ノニオン性界面活性剤がポリエーテル変性シリコーン樹脂である場合、ポリエーテル変性シリコーン樹脂の数平均分子量は、200〜2000であることが好ましく、500〜1500であることがより好ましく、800〜1300であることがさらにより好ましい。
また、本発明のノニオン性界面活性剤は、上記シリコーン樹脂ととともに、ポリエーテル樹脂を含むことがより好ましい。ポリエーテル樹脂の例としては、高級アルコールアルキレンオキサイド付加物、アルキルフェノールアルキレンオキサイド付加物、スチレン化アルキルフェノールアルキレンオキサイド付加物、スチレン化フェノールアルキレンオキサイド付加物、高級アルキルアミンアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。また、ポリエチレングリコールエチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物、ポリブチレングリコールエチレンオキサイド付加物等のポリアルキレングリコールエチレンオキサイド付加物などを挙げることもできる。
これらの中でも、本発明のノニオン性界面活性剤は、シリコーン樹脂とポリエーテル樹脂との混合物からなることが好ましい。
ノニオン性界面活性剤は、シリコーン樹脂を10〜100質量%含むことが好ましく、5〜50質量%含むことがより好ましく、10〜40質量%含むことがさらにより好ましく、15〜30質量%含むことが特に好ましい。ノニオン性界面活性剤は、ポリエーテル樹脂を0〜90質量%含むことが好ましく、50〜95質量%含むことがより好ましく、60〜90質量%含むことがさらにより好ましく、70〜85質量%含むことが特に好ましい。ノニオン性界面活性剤は、シリコーン樹脂とポリエーテル樹脂とを1:9〜5:5の質量比で含むことが好ましく、1:9〜4:6の質量比で含むことがより好ましい。
曇点が60℃以下のノニオン性界面活性剤の具体例としては、例えば、シリコーン樹脂とポリエーテル樹脂の混合物(質量比3:7)であるクリスボン アシスター SD−7(DIC株式会社製、曇点22〜26℃)、クリスボン アシスター SD−14(DIC株式会社製、曇点20〜26℃)などが挙げられる。
ノニオン性界面活性剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、ア二オン性界面活性剤は、研磨対象物表面への化学的または物理的吸着力が高いために、研磨対象物の撥水性を必要以上に高める場合がある。その場合、研磨終了後の洗浄工程においても研磨対象物に界面活性剤が吸着し続け、その表面に異物が付着する原因となる場合がある。よって、ポリウレタン樹脂シートは、アニオン性界面活性剤を含まないことが好ましい。
本発明の研磨パッドにおけるポリウレタン樹脂シートの厚みに特に制限はないが、例えば、0.3〜2.0mm、好ましくは0.6〜1.2mmの範囲で用いることができる。
本発明の研磨パッドは、ポリウレタン樹脂シートの研磨面及び/又は研磨面とは反対側の面が研削処理(バフ処理)されていてもよく、研削処理されていなくてもよい。これらの中でも、本発明の研磨パッドは、ポリウレタン樹脂シートの研磨面が研削処理されていることが好ましい。これにより、研磨面に微小気泡由来の開口部が多数存在することとなり、当該開口部にスラリーを保持することで研磨レートが向上する。
また、本発明の研磨パッドは、ポリウレタン樹脂シートの研磨面に、溝加工、エンボス加工及び/又は穴加工(パンチング加工)が施されていてもよい。本発明の研磨パッドは、光透過部を備えていてもよい。
また、本発明の研磨パッドは、ポリウレタン樹脂シートのみからなる単層構造であってもよく、ポリウレタン樹脂シート(研磨層)の研磨面とは反対側の面に基材を貼り合わせた複層からなっていてもよい。基材としては、例えば、不織布製、PET製、塩化ビニル製の基材などが挙げられる。基材の特性に特に制限はないが、ポリウレタン樹脂シートよりも硬い(例えば、A硬度又はD硬度が大きい)ことが好ましい。ポリウレタン樹脂シートよりも硬い層が設けられることにより、ポリウレタン樹脂シートから作製した研磨パッドを用いて研磨する際に、研磨パッドが伸縮したり破断したり又は湾曲したりするのを抑制することができる。
層間絶縁膜の例としては、テトラエトキシシラン(TEOS)等の通常用いられる層間絶縁膜の他、例えば、比誘電率が3.5〜1.0程度の低誘電率の材料(例えば、有機ポリマー系、SiOC系、SiOF系、等が挙げられ、通常、low−k膜と略称される)を含む層間絶縁膜が挙げられる。low−k膜としては、HSG−R7(日立化成工業)、BLACKDIAMOND(Applied Materials,Inc)などが挙げられる。
本発明の研磨パッドは、例えば、本発明の製造方法により得ることができる。本発明の製造方法は、ポリウレタン樹脂及びノニオン性界面活性剤を含むポリウレタン樹脂含有溶液を調製する工程、前記ポリウレタン樹脂含有溶液を成膜基材に塗布する工程、及び前記ポリウレタン樹脂含有溶液が塗布された成膜基材を凝固液に浸漬して前記ポリウレタン樹脂含有溶液を凝固する工程を含み、前記ノニオン性界面活性剤は、当該ノニオン性界面活性剤を0.2g/Lの量で含む水溶液を用いて曇点を測定したときに、60℃以下の温度で曇点を有することを特徴とする。
以下、各工程について説明する。
本工程では、ポリウレタン樹脂及びノニオン性界面活性剤を、例えばポリウレタン樹脂を溶解することのできる水混和性の有機溶媒に溶解し、これらの成分を含む溶液(以下、ポリウレタン樹脂含有溶液と呼ぶことがある)を調製する。以下、ポリウレタン樹脂含有溶液に含まれ得る成分について説明する。
(ポリウレタン樹脂)
ポリウレタン樹脂含有溶液は、ポリウレタン研磨シートの材料となるポリウレタン樹脂を含む。ポリウレタン樹脂としては、研磨パッドの説明の中で挙げたポリウレタン樹脂を用いることができる。
ポリウレタン樹脂含有溶液は、ポリウレタン樹脂以外に、ノニオン性界面活性剤を含む。ノニオン性界面活性剤としては、研磨パッドの説明の中で挙げたノニオン性界面活性剤を用いることができる。
ノニオン性界面活性剤は、ポリウレタン樹脂100質量部に対して0.1〜15質量部の量でポリウレタン樹脂含有溶液に含まれることが好ましく、0.5〜12質量部の量がより好ましく、1〜10質量部の量がさらにより好ましく、3〜8質量部の量がさらにより好ましい。
本発明のノニオン性界面活性剤は、当該ノニオン性界面活性剤を0.2g/L含む水溶液を用いて曇点を測定したときに、60℃以下の温度で曇点を有する。当該曇点は、10〜50℃であることが好ましく、10〜40℃であることがより好ましく、15〜45℃であることがさらにより好ましく、20〜30℃であることがさらにより好ましい。曇点は、研磨パッドの説明の中で挙げた方法で測定することができる。
前記有機溶媒としては、ポリウレタン樹脂を溶解することができ且つ水混和性であれば特に制限なく用いることが出来る。例としては、N、N−ジメチルホルムアミド(DMF)、メチルエチルケトン、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N−メチルピロリドン(NMP)、アセトンなどが挙げられる。これらの中でも、DMF又はDMAcが好ましく用いられる。
有機溶媒は、ポリウレタン樹脂含有溶液中の固形分濃度が、好ましくは15〜50質量%、より好ましくは15〜40質量%であり、さらにより好ましくは20〜35質量%となるような量でポリウレタン樹脂含有溶液中に含まれることが好ましい。上記範囲内の濃度であれば、ポリウレタン樹脂含有溶液が適度な流動性を有し、後の塗布工程において成膜基材に均一に塗布することができる。
また、ポリウレタン樹脂含有溶液は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、カーボンブラック、成膜安定化剤、上記以外の界面活性剤を更に含んでいてもよい。なお、ア二オン性界面活性剤は、研磨対象物表面への化学的または物理的吸着力が高いために、研磨対象物の撥水性を必要以上に高める場合がある。その場合、研磨終了後の洗浄工程においても研磨対象物に界面活性剤が吸着し続け、その表面に異物が付着する原因となる場合がある。よって、ポリウレタン樹脂含有溶液はアニオン性界面活性剤を含まないことが好ましい。
上記で得られたポリウレタン樹脂含有溶液を、例えば、ナイフコーター、リバースコーター等により成膜基材上に略均一となるように、連続的に塗布する。成膜基材としては、本技術分野で通常用いられる基材であれば特に制限なく用いることができる。成膜基材の例としては、ポリエステルフィルム、ポリオレフィンフィルム等の可撓性のある高分子フィルム、弾性樹脂を含浸固着させた不織布等が挙げられ、中でもポリエステルフィルムが好ましく用いられる。
ポリウレタン樹脂含有溶液が塗布された基材を、ポリウレタン樹脂に対して貧溶媒である水を主成分とする凝固液に浸漬する。
凝固液としては、水、水とDMF等の水以外の極性溶媒との混合溶液などが用いられる。極性溶媒としては、ポリウレタン樹脂を溶解するのに用いた水混和性の有機溶媒、例えばDMF、DMAc、THF、DMSO、NMP、アセトンが挙げられる。また、混合溶媒中の極性溶媒の濃度は0.5〜30質量%が好ましい。
凝固液の温度や浸漬時間に特に制限はなく、例えば5〜80℃で5〜60分間浸漬すればよい。
凝固浴で凝固させて得られたシート状のポリウレタン樹脂を成膜基材から剥離した後又は剥離せずに、洗浄、乾燥処理を行う。
洗浄処理により、ポリウレタン樹脂中に残留する有機溶媒が除去される。洗浄に用いられる洗浄液としては、水が挙げられる。
洗浄後、ポリウレタン樹脂を乾燥処理する。乾燥処理は従来行われている方法で行えばよく、例えば80〜150℃で5〜60分程度乾燥機内で乾燥させればよい。上記の工程を経て、ポリウレタン樹脂シートを得ることができる。
研削処理の方法に特に制限はなく、公知の方法により研削することができる。具体的には、サンドペーパーによる研削が挙げられる。
溝加工及びエンボス加工の形状に特に制限はなく、例えば、格子型、同心円型、放射型などの形状が挙げられる。
ポリウレタン樹脂シートに基材を貼り合せて複層構造とする場合には、複数の層同士を両面テープや接着剤などを用いて、必要により加圧しながら接着・固定すればよい。この際用いられる両面テープや接着剤に特に制限はなく、当技術分野において公知の両面テープや接着剤の中から任意に選択して使用することが出来る。
本発明の研磨パッドを使用するときは、研磨パッドをポリウレタン樹脂シートの研磨面が被研磨物と向き合うようにして研磨機の研磨定盤に取り付ける。そして、スラリーを供給しつつ、研磨定盤を回転させて、被研磨物の加工表面を研磨する。本発明の研磨パッドにより加工される被研磨物は、上記の通りである。
本発明の研磨パッドは、研磨レート安定性を向上させることができる。また、本発明の研磨パッドは、多数の被研磨物、特に配線用金属を含むウエハを均一に研磨することができる。それらの理由は明らかではないが、次のように推測される。
研磨パッド及びスラリーを用いて被研磨物を研磨すると、研磨パッドと被研磨物との摩擦熱により、研磨パッドやスラリーが40〜60℃程度にまで加熱され得る。このとき、ノニオン性界面活性剤の曇点が上記加熱された温度よりも低いと、研磨パッドからスラリー中に溶出したノニオン性界面活性剤が容易に脱水和し、研磨パッドの研磨面の疎水性が高まる。疎水性の向上により、摩擦抵抗が増し、研磨パッドのセルフドレス性(研磨表面の自生作用)が向上する。これにより、研磨中に研磨表面が平滑化しにくく適度な表面粗さを維持できるようになり、開口部が閉塞しにくくなり、被研磨物を多数研磨してもスラリーの保持力が一定に保たれ、安定した研磨レートが得られるものと考えられる(被研磨物を801枚研磨した後の、比較例1の研磨パッドの研磨面(図4)及び実施例1の研磨パッドの研磨面(図5)を参照のこと。図4及び図5において、濃色部が開口部、淡色が樹脂部を示し、図4では伸びて引きちぎられた樹脂部が開口部に覆いかぶさり開口部の面積が減じられているのに対し、図5では開口部に覆いかぶさる樹脂部が少ない)。同様に、研磨パッド表面の開口部が閉塞しにくいため、被研磨物を多数研磨しても研磨パッドの中心部と端部との間で研磨レートが大きく変わらず、これにより多数の被研磨物を均一に研磨することが出来るものと考えられる。
研磨パッド及びスラリーを用いて被研磨物を研磨すると、研磨パッドと被研磨物との摩擦熱により、研磨パッドやスラリーが40〜60℃程度にまで加熱され得る。このとき、ノニオン性界面活性剤の曇点が上記加熱された温度よりも低いと、研磨パッドからスラリー中に溶出したノニオン性界面活性剤が、容易に脱水和し、その疎水性部位が疎水性の高い被研磨物の表面や疎水性を有するコロイダルシリカ砥粒に吸着し保護膜を形成すると考えられる。これにより、シリカ砥粒同士の凝集が抑制され、凝集したシリカ砥粒によるスクラッチが抑制される。また、疎水性の高い被研磨物表面に保護膜が形成されると、研磨屑などによるスクラッチが抑制されるものと考えられる。
エロージョンは、配線パターンが密集している部分に生じる、凹形状の発生を指す。ディッシングは、埋め込まれた金属配線部分の表面中央が過研磨されて生じる、皿のように窪む現象を指す。エロージョンやディッシングは、被研磨面に存在する配線用金属部分の研磨レートと層間絶縁膜部分の研磨レートとの違いによって生じる。例えば、層間絶縁膜がTEOS膜の場合、TEOS膜は銅などの配線用金属よりも硬いため、配線用金属が過研磨される傾向にある。これによりディッシングが生じる。また、配線の密な領域では、配線用金属が過研磨されると隣接するTEOSも一緒に過研磨される。これによりエロージョンが生じる。
一方、層間絶縁膜がlow−k膜の場合、low−k膜はTEOS膜よりも硬度が低いため、low−k膜の研磨レートが配線用金属の研磨レートに対して大きすぎると、配線の密な領域ではlow−k膜が過研磨されて隣接する配線用金属も一緒に過研磨される。これによりエロージョンが生じる。一方、low−k膜の研磨レートが配線用金属の研磨レートに対して小さすぎると、配線用金属が過研磨されてエロージョンやディッシングが生じる。
CMPに用いる金属用研磨溶液は、一般には砥粒(例えば、アルミナ、シリカ)と酸化剤(例えば、過酸化水素、過硫酸)とが含まれる。配線用金属を含むウエハを研磨する基本的なメカニズムは、酸化剤によって金属表面を酸化し、その酸化皮膜を砥粒で除去することで研磨していると考えられている。一方、low−k膜やTEOSの研磨はケミカルな要素では研磨されず、メカニカルに研磨が進行する。つまり研磨パッドの剛性と研磨砥粒により研磨が進行する。本発明の研磨パッドは、ノニオン性界面活性剤の曇点が低いため、研磨温度で疎水部と親水部が乖離し、比較的高い疎水性を有するlow−k膜および配線用金属部に当該ノニオン性界面活性剤の疎水部が吸着し、保護膜を形成する。これにより、研磨砥粒や酸化剤の作用が減じられ、研磨速度が低減する。その結果、TEOS絶縁膜に対しては高い研磨レートが得られる一方で、low−k膜のような強度の低い絶縁膜や配線用金属に対しては研磨レートを効果的に抑制することができ、エロージョンやディッシングの発生を抑えることができると考えられる。
なお、実施例1〜2及び比較例1の研磨パッドの製造に用いたノニオン性界面活性剤の曇点は、以下の方法により測定した。
曇点の測定は成書(新・界面活性剤入門、藤本武彦著、三洋化成工業、1992)にならい、次の方法に従って行った。すなわち、0.2g/Lのノニオン性界面活性剤水溶液を試験管に入れ、その中に温度計と撹拌棒を入れ、撹拌棒で静かに撹拌しながらゆっくり80℃まで昇温し、溶液から界面活性剤が不溶化するかを観察する。温度を上昇させていったときに、界面活性剤が不溶化しはじめた温度を曇点とした。
100%モジュラス5.4MPaのエステル系ポリウレタン樹脂溶液(固形分濃度30質量%)100質量部に、DMF(溶媒名)55質量部、曇点22〜26℃のポリエーテル樹脂/シリコーン樹脂の混合物(質量比7/3、商品名:クリスボン アシスター SD−7、DIC株式会社製)からなるノニオン性界面活性剤を2質量部添加することにより、樹脂含有溶液を得た。
得られた樹脂含有溶液を、PETフィルム上にキャストした。その後、樹脂含有溶液をキャストしたPETフィルムを凝固浴(凝固液は水)に34℃で30分間浸漬し、該樹脂含有溶液を凝固させた後、洗浄・乾燥させて、ポリウレタン樹脂シートを得た。
その後、スキン層をバフ処理して表面を開口させ、ポリウレタン樹脂シートのバフ処理面とは反対の面にポリエチレンテレフタレート(PET)製のシート(PET厚み0.19mm)を貼り合わせ、厚み1.16mmの研磨パッドを得た。
100%モジュラス8.5MPaのエステル系ポリウレタン樹脂溶液(固形分濃度30質量%)100質量部に、DMF(溶媒名)55質量部、並びにポリエーテル樹脂/シリコーン樹脂の混合物(質量比7/3、商品名:クリスボン アシスター SD−7、DIC株式会社製)1質量部とポリアルキレングリコールエチレンオキサイド付加物(商品名:クリスボン アシスター SD−14、DIC株式会社製)1質量部とからなるノニオン性界面活性剤(曇点21℃)を添加し、難溶出性添加剤として酢酸セルロースを3質量部添加することにより樹脂含有溶液を得た。得られた樹脂含有溶液を用いて実施例1と同様にして研磨パッドを作製した。
100%モジュラス5.4MPaのポリエステル系ポリウレタン樹脂溶液(固形分濃度30質量%)50質量部、100%モジュラス10.1MPaのエステル系ポリウレタン樹脂溶液(固形分濃度30質量%)50質量部に、DMF(溶媒名)60質量部、曇点80℃超過のノニオン性界面活性剤としてエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体を2質量部(固形分濃度30質量%、商品名:クリスボン アシスター SD−21、DIC株式会社製)、水3部、ラウリル硫酸ナトリウム2部を添加することにより、樹脂含有溶液を得た。
得られた樹脂含有溶液を、PETフィルム上にキャストした。その後、樹脂含有溶液をキャストしたPETフィルムを凝固浴(凝固液は水)に34℃で30分間浸漬し、該樹脂含有溶液を凝固させた後、洗浄・乾燥させて、ポリウレタン樹脂シートを得た。
その後、ポリウレタン樹脂シートのスキン層とは反対の面にポリエチレンテレフタレート(PET)製のシートを貼り合わせた。スキン層をバフ処理して表面を開口させ、厚み1.16mmの研磨パッドを得た。
市販されているスウェード状ポリウレタン湿式発泡タイプの研磨パッド(ニッタ・ハース株式会社製、商品名:「Politex(登録商標)」)を使用した。このパッドは研磨中に界面活性剤の溶出がないため、ノニオン性界面活性剤を含んでいないか或いは曇点が研磨温度よりもはるかに高いと考えられる。
実施例1及び比較例1の研磨パッドを用いて、被研磨物を801枚研磨し、研磨レート安定性および研磨均一性を評価した。被研磨物としては、12インチのシリコンウエハ上にテトラエトキシシランをCVDで絶縁膜を1μmの厚さになるように形成した基板(均一性(CV%)が13%)を用いた。研磨レート安定性の結果を図1に、比較例1の研磨パッドの研磨均一性の結果を図2に、実施例1の研磨パッドの研磨均一性の結果を図3に示す。
なお、上記試験で用いた研磨条件は以下の通りである。
・使用研磨機:EBARA F−REX300
・研磨圧力:1.5psi
・研磨剤:Planer CuBM用スラリー
・研磨剤温度:室温
・使用ワーク(被研磨物):300mmφSIO2(TEOS)
・ドレッシング:3M製A188
・パッドブレイク 30N×30分、ダイヤモンドドレッサー54rpm、定盤回転数80rpm、超純水200ml/min
・研磨 定盤回転数70rpm、ヘッド回転数71rpm、スラリー流量200ml/min、研磨時間60秒
実施例1、2及び比較例1、2の研磨パッドを用いて、下記研磨条件により、銅ブランケットウエハを研磨パッドを用いて5枚研磨した。その後、研磨パッドの研磨表面を200μmドレス処理し、ドレス後の銅ブランケットウエハを更に5枚研磨した。研磨条件を下記に示す。研磨した計10枚のウエハについて、スクラッチの有無を調べた。スクラッチは、ウエハ表面検査装置(KLAテンコール社製、Surfscan SP1DLS)の高感度測定モードにて測定し、基板表面におけるスクラッチの有無を調べた。ウエハ上にスクラッチが確認されなかった場合をA評価とし、ウエハ上にスクラッチが確認された場合をB評価とした。その結果を表2に示す。
・使用研磨機:EBARA F−REX300
・研磨圧力:2.5psi
・研磨剤:Planer CuBM用スラリー
・研磨剤温度:室温
・ドレッシング:3M製A188
・パッドブレイク 30N×30分、ダイヤモンドドレッサー54rpm、定盤回転数80rpm、超純水200ml/min
・研磨 定盤回転数70rpm、ヘッド回転数71rpm、スラリー流量200ml/min
・研磨時間:60秒
埋め込み金属配線の形成する場合、配線用金属及び絶縁材料(層間絶縁膜)の両方が存在するウエハ表面を研磨するが、このとき絶縁材料は配線用金属よりも硬度が高いため、金属部分が過研磨されてエロージョンやディッシングを生じやすい。そのため、金属部分の過研磨を抑制するため、埋め込み金属配線の製造過程で用いられる研磨パッドには、絶縁材料に対する研磨レートが金属に対する研磨レートに対して十分大きいこと、すなわち、絶縁材料/金属の研磨レート比が大きいことが求められる。
そこで、実施例1、2及び比較例1、2の研磨パッドを用いて、絶縁材料であるテトラエトキシシラン(TEOS)のブランケットウエハに対する研磨レート、銅のブランケットウエハに対する研磨レートをそれぞれ測定し、その研磨レート比(TEOS/Cu)を下記評価基準に従って評価した。
(TEOS/Cuの評価基準)
A:TEOS/Cuが1.2以上
B:TEOS/Cuが1.2未満
(low−k/Cuの評価基準)
A:TEOS/Cuが1.1〜1.6
B:TEOS/Cuが1.1未満又は1.6超過
なお、研磨レートは、研磨加工前後の膜厚の差である研磨量を、研磨時間で除して表したものであり、研磨加工前後の各膜種について各々121箇所の厚み測定結果の平均値から求めた。厚み測定には、光学式膜厚膜質測定器(KLAテンコール社製、商品名「ASET−F5x」、測定:DBSモード)を用いた。結果を表2に示す。
段差欠陥としてのエロージョンについては、実施例1、2及び比較例2の研磨パッドを用いて、銅パターンウエハ(ATDF754マスク、研磨前の銅膜厚700nm、トレンチ深さ300nm、絶縁材料TEOS)の表面を、バリア膜が露出するまで研磨処理し、更にバリア膜がなくなるまで研磨を行い、銅配線幅(ライン)/絶縁膜幅(スペース)が9μm/1μm、1μm/1μm、0.25μm/0.25μmの3種のパターンを、接触式段差計で走査して、絶縁膜部の膜厚と配線部の膜厚との差を測定し、その絶対値をエロージョン量とした。なお、エロージョン量とは、密集パターンの中央部と、周辺の配線の施されていない部分の高低差(目減り)である。エロージョン測定時の研磨条件は下記の通りである。エロージョン量の評価基準は下記の通りである。その結果を、表2に示す。
・使用研磨機:EBARA F−REX300
・研磨圧力:2.5psi
・研磨剤:Planer CuBM用スラリー
・研磨剤温度:室温
・ドレッシング:3M製A188
・パッドブレイク 30N×30分、ダイヤモンドドレッサー54rpm、定盤回転数80rpm、超純水200ml/min
・研磨 定盤回転数70rpm、ヘッド回転数71rpm、スラリー流量200ml/min
・研磨時間:約45秒(TEOSの取り代が500Åとなる時間)
(エロージョン量の評価基準)
(1)9μm/1μmのライン/スペースの場合
A:エロージョン量が600Å以下、B:エロージョン量が600Å超過
(2)1μm/1μmのライン/スペースの場合
A:エロージョン量が250Å以下、B:エロージョン量が250Å超過
(3)0.25μm/0.25μmのライン/スペースの場合
A:エロージョン量が250Å以下、B:エロージョン量が250Å超過
図1に示す結果から判るように、比較例1の研磨パッドは、ウエハの研磨枚数が増加するにつれて研磨レートが低下してしまい、研磨レート安定性に劣っていた(B評価)。一方、実施例1の研磨パッドは、ウエハの研磨枚数が増加しても研磨レートはほとんど低下せず、研磨レート安定性に優れていた(A評価)。
一方、実施例1〜2の研磨パッドは、TEOS/Cuの研磨レート比が十分大きく、また、low−k/Cuの研磨レート比は適度に大きいため、銅部分や絶縁材料部分のどちらか一方の過研磨による損失が少なく、エロージョンやディッシングが生じにくい(A評価)。
Claims (9)
- 湿式成膜されたポリウレタン樹脂シートを含む研磨パッドであって、
前記ポリウレタン樹脂シートは、ポリウレタン樹脂及びノニオン性界面活性剤を含み、且つ
前記ノニオン性界面活性剤は、当該ノニオン性界面活性剤を0.2g/Lの量で含む水溶液を用いて曇点を測定したときに、60℃以下の温度で曇点を有する、前記研磨パッド。 - 配線用金属を含むウエハを研磨するための、請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記ノニオン性界面活性剤は、当該ノニオン性界面活性剤を0.2g/Lの量で含む水溶液を用いて曇点を測定したときに、10〜50℃の温度で曇点を有する、請求項1又は2に記載の研磨パッド。
- 前記ポリウレタン樹脂シート中に前記ノニオン性界面活性剤を0.1〜15質量%含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の研磨パッド。
- 前記ノニオン性界面活性剤が、シリコーン樹脂を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の研磨パッド。
- 前記ノニオン性界面活性剤が、ポリエーテル樹脂を更に含む、請求項5に記載の研磨パッド。
- 前記ポリウレタン樹脂シートが、被研磨物を研磨するための研磨面を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の研磨パッド。
- ポリウレタン樹脂及びノニオン性界面活性剤を含むポリウレタン樹脂含有溶液を調製する工程、
前記ポリウレタン樹脂含有溶液を成膜基材に塗布する工程、及び
前記ポリウレタン樹脂含有溶液が塗布された成膜基材を凝固液に浸漬して前記ポリウレタン樹脂含有溶液を凝固する工程、
を含み、
前記ノニオン性界面活性剤は、当該ノニオン性界面活性剤を0.2g/Lの量で含む水溶液を用いて曇点を測定したときに、60℃以下の温度で曇点を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の研磨パッドの製造方法。 - 前記ポリウレタン樹脂含有溶液は、ポリウレタン樹脂100質量部に対してノニオン性界面活性剤を0.1〜15質量部含む、請求項8に記載の製造方法。
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