JPH09232260A

JPH09232260A - 研磨板、その製造方法および研磨方法

Info

Publication number: JPH09232260A
Application number: JP8034530A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Muroyama; 雅和室山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-02-22
Filing date: 1996-02-22
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】化学的機械研磨を層間絶縁膜の平坦化工程に
適用した場合、配線間隔が疎な領域に生じている層間絶
縁膜の段差を解消して平坦化することは、研磨中にその
段差の影響で研磨布が弾性変形するために困難であっ
た。【解決手段】研磨布の代わりに研磨板11を用い、この
研磨板11は、研磨液を供給しながらウエハ21を摺接させ
て該ウエハ21の摺接面を平坦化する研磨に用いるもので
あって、固形物からなる分散媒12と、この分散媒12中に
分散させた研磨砥粒13とからなるもので、分散媒12は炭
化水素からなり、研磨砥粒13は、金属の酸化物、金属の
炭酸塩、金属の硫酸塩、金属の硝酸塩、金属のハロゲン
化物、金属のケイ酸塩、金属ホウ酸塩、金属のリン酸
塩、金属の亜ヒ酸塩、アンモニウム塩およびケイ素化合
物のうちの少なくとも１種からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の化学
的機械研磨技術に係わる研磨板、研磨板の製造方法およ
び研磨方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】デバイスの高密度化にともなって、配線
技術は微細化および多層化の方向に進んでいる。しか
し、高集積化は信頼性を低下させる要因になる場合があ
る。それは、配線の微細化と多層化の進展によって層間
絶縁膜の段差は大きくかつ急峻になるため、そのような
段差を有する層間絶縁膜上に形成される配線の加工精度
および信頼性が低下する場合である。このように、アル
ミニウム配線の段差被覆性の大幅な改善ができない現
在、層間絶縁膜の平坦性を向上させる必要がある。現在
まで各種の絶縁膜の形成技術および平坦化技術が開発さ
れてきたが、微細化および多層化した配線層に適用した
場合の平坦性の不足が重要な問題になっている。

【０００３】平坦化技術として、近年、塩基性溶液中で
シリコン酸化物の微粒子を用いた化学的機械研磨技術が
報告されている。この研磨方法においては、回転定盤に
張着された研磨布上にいわゆるスラリーを供給しなが
ら、研磨布に層間絶縁膜が形成されたウエハの被研磨面
を摺接させて層間絶縁膜の平坦化研磨を行う。なお、ス
ラリーとしては通常、粒径が１０ｎｍ程度の酸化シリコ
ン微粒子のような金属酸化物を水酸化カリウム水溶液に
分散させたものが用いられる。

【０００４】ここで、配線間隔が密の状態における従来
の技術による層間絶縁膜の平坦化プロセスを、図４によ
って説明する。図４では、化学的機械研磨（以下、ＣＭ
Ｐともいう、ＣＭＰはChemical Mechanical Polisingの
略）を適用した一例である。図４の（１）に示すよう
に、シリコン基板１１１上に酸化シリコン膜１１２を形
成する。次いで例えばスパッタリングによって、アルミ
ニウム配線層を形成した後、リソグラフィー技術とエッ
チング技術とによって、上記アルミニウム配線層をパタ
ーニングし、配線１１３を形成する。その後図４の
（２）に示すように、上記配線１１３を覆う状態に層間
絶縁膜１１４を形成する。さらに化学的機械研磨によっ
て、上記層間絶縁膜１１４の凸部を除去する。その結
果、図４の（３）に示すように、層間絶縁膜１１４の表
面は平坦化される。

【０００５】一方、研磨技術の多層配線への応用とし
て、平坦化配線層が報告されている。この代表例である
ダマシン（Damascen）法を図５によって説明する。この
方法は、図５の（１）に示すように、研磨方法によっ
て、基板（図示省略）上に形成された層間絶縁膜２１１
を平坦化した後、金属を堆積して金属膜を形成した後、
リソグラフィー技術とエッチング技術によって金属膜を
パターニングし、下層配線２１２を形成する。次いで図
５の（２）に示すように、下層配線２１２を覆う状態に
酸化膜２１３を形成する。続いて図５の（３）に示すよ
うに、酸化膜２１３に下層配線２１２に通じるＶｉａコ
ンタクト２１４および上層配線を形成するための溝２１
５を形成する。その後図５の（４）に示すように、Ｖｉ
ａコンタクト２１４および溝２１５を埋め込む状態に酸
化膜２１３上に金属層２１６を堆積する。そしてＣＭＰ
によって、酸化膜２１３上の金属層２１６を除去し、Ｖ
ｉａコンタクト２１４および溝２１５内に金属層（２１
６）を残すことにより、埋め込み金属配線２１７，２１
８を形成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、化学的
機械研磨を層間絶縁膜の平坦化工程に適用した場合に
は、上記従来の技術で説明したように、配線間隔が比較
的密な状態では、化学的機械研磨により平坦な形状が得
られる。ところが、図６の（１）に示すように、シリコ
ン基板３１１上にはシリコン酸化膜３１２が形成され、
そのシリコン酸化膜３１２上には幅広い間隔を有する配
線３１３が形成されている。さらにこの配線３１３を覆
う状態に絶縁膜３１４が形成され、段差Ｓを境にして、
配線３１３上における凸状の絶縁膜３１４の領域Ａと配
線３１３が形成されていない凹状の絶縁膜３１４の領域
Ｂとが存在する。このような場合には、化学的機械研磨
時に研磨布が変形して領域Ａと領域Ｂとに加わる応力が
等しくなるので、研磨速度がほぼ等しくなる。

【０００７】そのため、化学的機械研磨を行っても、図
６の（２）に示すように、絶縁膜３１４の段差Ｓを低減
することは困難になる。その結果、光リソグラフィー工
程では、露光時における焦点深度内に焦点が入らないと
いう問題が発生し、段差上の微細配線の形成が困難にな
る。

【０００８】これに対して、研磨時の研磨布の変形を低
減するために研磨布の構成材料の検討がなされている。
しかしながら、単に硬度の高い研磨布を用いると、化学
的機械研磨時に被研磨面にスクラッチと呼ばれる傷が発
生する。さらに研磨砥粒はウエハの外方向から供給され
るため、研磨砥粒がウエハの中心に行き渡らず、中心に
比較して周辺部の研磨速度が速くなる。その結果、配線
上の絶縁膜の膜厚均一性がウエハ面内で得られない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた研磨板、研磨板の製造方法および
研磨方法である。

【００１０】研磨板は、研磨液を供給しながら被研磨体
を摺接させて該被研磨体の摺接面を平坦化する研磨に用
いるものであって、固形物からなる分散媒と、この分散
媒中に分散させた研磨砥粒とからなるものである。上記
分散媒は炭化水素からなり、上記研磨砥粒は、金属の酸
化物、金属の炭酸塩、金属の硫酸塩、金属の硝酸塩、金
属のハロゲン化物、金属のケイ酸塩、金属ホウ酸塩、金
属のリン酸塩、金属の亜ヒ酸塩、アンモニウム塩および
ケイ素化合物のうちの少なくとも１種からなる。

【００１１】一般に高分子材料中に顔料を分散させたも
のは、ガラス転移点温度が高くなり、弾性率も高くな
る。したがって、上記構成の研磨板も、高分子材料であ
る炭化水素中に上記顔料からなる研磨砥粒を分散させた
構成であることから、ガラス転移点温度が炭化水素単体
よりも高くなり、弾性率も高くなる。

【００１２】研磨板の製造方法は、炭化水素からなる分
散媒中に、金属の酸化物、金属の炭酸塩、金属の硫酸
塩、金属の硝酸塩、金属のハロゲン化物、金属のケイ酸
塩、金属ホウ酸塩、金属のリン酸塩、金属の亜ヒ酸塩、
アンモニウム塩およびケイ素化合物のうちの少なくとも
１種からなる研磨砥粒を混練し、その後、研磨砥粒を混
練した分散媒を成形固化することにより製作する。

【００１３】上記研磨板の製造方法では、高分子材料中
に顔料を分散させると、ガラス転移点温度が高くなり、
弾性率も高くなることを利用している。すなわち、研磨
板は、高分子材料である炭化水素中に上記顔料からなる
研磨砥粒を分散させて製造されることから、研磨板のガ
ラス転移点温度が炭化水素単体よりも高くなり、弾性率
も高くなる。

【００１４】研磨方法は、研磨液を供給しながら被研磨
体を研磨板に摺接させて該被研磨体の摺接面を平坦化す
る方法であって、研磨板に、固形物からなるもので例え
ば炭化水素からなる分散媒と、分散媒中に分散させたも
ので例えば金属の酸化物、金属の炭酸塩、金属の硫酸
塩、金属の硝酸塩、金属のハロゲン化物、金属のケイ酸
塩、金属ホウ酸塩、金属のリン酸塩、金属の亜ヒ酸塩、
アンモニウム塩およびケイ素化合物のうちの少なくとも
１種からなる研磨砥粒とで構成されるものを用いる。

【００１５】研磨における研磨布の変形量は研磨布の弾
性率に逆比例していることが知られている。このため、
研磨布の弾性率を高めることにより、段差上での研磨布
の変形を抑制して、平坦性を向上させることが可能にな
る。そこで上記研磨方法では、高分子材料である炭化水
素中に上記顔料からなる研磨砥粒を分散させた研磨板を
用いることから、研磨板のガラス転移点温度が炭化水素
単体よりも高くなり、また弾性率も高くなる。そのた
め、研磨板が被研磨体の段差部上で変形することによる
平坦性の劣化が抑制されるので、摺接面は平坦に研磨さ
れる。また、炭化水素の構造を最適化することで、被研
磨体の研磨面に摺接する際に発生する摩擦熱により、炭
化水素は溶解する。そのため、含有している研磨砥粒が
研磨面に供給されることになるので、化学的機械研磨時
に研磨砥粒が供給されないために発生する研磨速度の不
均一は発生しない。したがって、スクラッチの発生もな
くなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に係わる研磨板の実施形態
の一例を、図１によって説明する。

【００１７】図１に示すように、研磨板１１は、研磨液
（図示省略）を供給しながら被研磨体であるウエハ２１
を摺接させてウエハ２１の摺接面を平坦化する研磨に用
いるもので、例えば両面１１ａ，１１ｂが平坦に成形さ
れた板状のものである。その研磨板１は、固形物からな
る分散媒１２と、分散媒１２中にほぼむらなく分散させ
た研磨砥粒１３とからなる。

【００１８】上記分散媒１２には炭化水素が用いられて
いる。その炭化水素としては、例えば、比較的融点が高
いパラフィン系炭化水素がある。また、上記研磨砥粒１
３には、金属の酸化物、金属の炭酸塩、金属の硫酸塩、
金属の硝酸塩、金属のハロゲン化物、金属のケイ酸塩、
金属ホウ酸塩、金属のリン酸塩金属の亜ヒ酸塩およびケ
イ素化合物のうちの少なくとも１種が用いられている。

【００１９】上記炭化水素には、高融点パラフィン系炭
化水素（融点が０℃以上のもの）として、例えば、ヘキ
サデカン、オクタデカン、ノナデカン、アイコサンが用
いられる。当然のことながら、上記融点の条件を満たす
ものであれば、他の炭化水素を用いることも可能であ
る。

【００２０】上記炭化水素中に添加する研磨砥粒には、
粒径が１ｎｍから１０μｍ程度までの顔料のような、高
分子材料中に分散されることで高分子材料の弾性率を高
める作用を有するものを用いることができ、望ましく
は、粒径が１０ｎｍから５μｍ程度までのものを用いる
のがよい。それは、粒径が極端に小さい（例えば１ｎｍ
よりも小さい粒径）の粒子は、分散性が不良になる。そ
のため、分散媒（炭化水素）にむらなく分散しないた
め、研磨板としての物性が低下する。また粒径が極端に
大きい（例えば１０μｍよりも大きい粒径）の粒子は、
分散媒（炭化水素）との相互作用を生じる界面の面積が
少なくなり添加効果が少なくなる。

【００２１】一方、研磨砥粒の添加量は、０．５ｖｏｌ
％から６０ｖｏｌ％で弾性率が高くなる効果が認めら
れ、望ましくは、５ｖｏｌ％から４０ｖｏｌ％程度がよ
い。添加量が極端に少ない場合には、分散媒（炭化水
素）との相互作用が少なくなり添加効果が認められな
い。また、添加量が極端に多い場合には、研磨砥粒の分
散性が不良になる。そのため、分散媒（炭化水素）にむ
らなく分散しないため、研磨板としての物性が低下す
る。

【００２２】また、研磨砥粒と炭化水素とを混合した固
形物を研磨板に用いることによって弾性率を向上させた
場合には、研磨砥粒の硬度を最適化することで、研磨砥
粒によるスクラッチの発生が抑制される。研磨砥粒の硬
度の一例としては、酸化シリコン程度の硬度を有するも
のがよい。

【００２３】また、炭化水素中に研磨砥粒を分散し易く
するために分散剤が用いられている。その分散剤には、
一例として、親水性基を含むアルキルアミンとして、例
えばメチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミ
ン、ブチルアミンがある。またアルコール類として、例
えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコー
ル、ブタノールがある。

【００２４】次に上記研磨砥粒の材料になる物質の一例
を説明する。金属の酸化物には、一例として、酸化アル
ミニウム、酸化クロム、酸化セリウム、酸化チタン、酸
化インジウム、酸化ビスマス、酸化マンガン、酸化ジル
コニウム、酸化鉄、酸化ゲルマニウムがある。

【００２５】金属の炭酸塩には、一例として、炭酸亜鉛
および炭酸カルシウムがある。

【００２６】金属の硫酸塩には、一例として、硫酸アル
ミニウム、硫酸亜鉛、硫酸アンモニウム、硫酸カドミウ
ム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム、硫酸クロム、硫酸
コバルト、硫酸ストロンチウム、硫酸ニッケル、硫酸バ
リウム、硫酸マグネシウム、硫酸マンガンがある。

【００２７】金属の硝酸塩には、一例として、硝酸アン
モニウム、硝酸カリウム、硝酸カルシウム、硝酸コバル
ト、硝酸ストロンチウム、硝酸セリウム、硝酸タリウ
ム、硝酸鉄、硝酸銅、硝酸鉛、硝酸ニッケル、硝酸バリ
ウム、硝酸ビスマス、硝酸マンガン、硝酸ベリリウムが
ある。

【００２８】金属のハロゲン化物には、一例として、フ
ッ化アルミニウム、フッ化亜鉛、フッ化カルシウム、フ
ッ化クロム、フッ化ゲルマニウム、フッ化コバルト、フ
ッ化タリウム、フッ化銅、フッ化ニッケル、フッ化バリ
ウム、フッ化マグネシウム、フッ化マンガンがある。こ
こでは、金属のハロゲン化物としてフッ化物をあげた
が、例えば臭化物、塩化物、ヨウ化物であってもよい。

【００２９】金属のケイ酸塩には、一例として、ケイ酸
マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム
がある。

【００３０】金属ホウ酸塩には、一例として、ホウ酸イ
ンジウム、ホウ酸イットリウム、ホウ酸マグネシウム、
ホウ酸コバルトがある。

【００３１】金属のリン酸塩としては、一例として、リ
ン酸カリウム、リン酸カルシウム、リン酸鉄、リン酸マ
グネシウムがある。

【００３２】金属の亜ヒ酸塩には、一例として、亜ヒ酸
ニッケル、亜ヒ酸鉛、亜ヒ酸銀、亜ヒ酸亜鉛、亜ヒ酸コ
バルト、亜ヒ酸カドミウムがある。

【００３３】アンモニウム塩には、一例として、硝酸ア
ンモニウムがある。

【００３４】ケイ素化合物には、一例として、酸化ケイ
素、フッ化ケイ素がある。

【００３５】一般に高分子材料中に顔料を分散させたも
のは、ガラス転移点温度が高くなり、弾性率も高くな
る。したがって、上記構成の研磨板も、高分子材料であ
る炭化水素中に上記顔料からなる研磨砥粒を分散させた
構成であることから、ガラス転移点温度が炭化水素単体
よりも高くなり、弾性率も高くなる。

【００３６】上記研磨板に用いられる研磨砥粒には、そ
の表面が有機金属化合物または有機ケイ素化合物（例え
ばトリエチルエトキシシラン）により表面処理されたも
のを用いることによって、炭化水素中の分散の程度がさ
らに向上する。すなわち、研磨砥粒の分散能が高くな
る。

【００３７】上記のように有機ケイ素化合物が例えばト
リエチルエトキシシランの場合には、エトキシ基と研磨
砥粒中の水酸基とが反応して、末端のアルキル基と例え
ば炭化水素との相互作用が増加されるので、親和性が向
上する。そのため、研磨砥粒の分散能が向上する。

【００３８】上記表面処理剤の添加量は、０．１ｗｔ％
から１０ｗｔ％で効果が認められ、望ましくは、１ｗｔ
％から５ｗｔ％程度がよい。添加量が極端に少ない場合
には、表面処理剤と樹脂との相互作用が少なくなり添加
効果が認められない。また、添加量が極端に多い場合に
は、研磨砥粒の表面と反応できない余剰の表面処理剤が
樹脂中に存在して可塑剤として作用するため、研磨板と
しての物性が低下する。

【００３９】次に上記研磨板の第１具体例を説明する。
研磨板は、パラフィン系炭化水素であるオクタデカン
（融点２８℃）に、平均二次粒子径が１００ｎｍの酸化
ケイ素を５ｖｏｌ％になるように添加混練し、酸化ケイ
素をオクタデカン中にほぼむらなく分散させ、円盤状に
成形したものである。すなわち、研磨板の組成は、分散媒：オクタデカン、分散剤：メチルアミン；１０ｗｔ％、研磨砥粒：酸化ケイ素；５ｖｏｌ％（平均二次粒子径＝
１００ｎｍ）である。

【００４０】この第１具体例で説明した研磨板は、従来
のポリウレタン樹脂と比較して弾性率はおよそ５倍に向
上した。

【００４１】次に上記研磨板の第２具体例を説明する。
研磨板は、パラフィン系炭化水素であるノナデカン（融
点３２．１℃）に、平均二次粒子径が１００ｎｍの酸化
アルミニウムを３ｖｏｌ％になるように添加混練し、酸
化アルミニウムをノナデカン中にほぼむらなく分散さ
せ、円盤状に成形したものである。また上記酸化アルミ
ニウムは、有機ケイ素化合物（例えばエチルトリエトキ
シシラン）によって表面処理が施され、パラフィン系炭
化水素と研磨砥粒との親和性を向上させたものである。

【００４２】すなわち、研磨板の組成は、分散媒：ノナデカン、分散剤：イソプロピルアミン；１０ｗｔ％、研磨砥粒：酸化アルミニウム；３ｖｏｌ％（平均二次粒
子径＝１００ｎｍ）である。

【００４３】この第２具体例で説明した研磨板は、従来
のポリウレタン樹脂と比較して弾性率はおよそ１０倍に
向上した。

【００４４】上記有機ケイ素化合物または有機金属化合
物からなる表面処理剤の添加量は、０．１ｗｔ％から１
０ｗｔ％で効果が認められ、望ましくは、１ｗｔ％から
５ｗｔ％程度がよい。添加量が極端に少ない場合には、
表面処理剤と樹脂との相互作用が少なくなり添加効果が
認められない。また、添加量が極端に多い場合には、顔
料表面と反応できない余剰の表面処理剤が樹脂中に存在
して可塑剤として作用するため、研磨板としての物性が
低下する。

【００４５】次に本発明の研磨板の製造方法に係わる実
施形態の一例を以下に説明する。

【００４６】まず、炭化水素からなる分散媒を加熱して
液状にした状態の中に、研磨砥粒を混練する。炭化水素
には、融点が例えば０℃以上の前記研磨板で説明したよ
うな物質を用いる。また研磨砥粒には、金属の酸化物、
金属の炭酸塩、金属の硫酸塩、金属の硝酸塩、金属のハ
ロゲン化物、金属のケイ酸塩、金属ホウ酸塩、金属のリ
ン酸塩、金属の亜ヒ酸塩、アンモニウム塩およびケイ素
化合物のうちの少なくとも１種を用いる。上記研磨砥粒
に用いる具体的な物質は、前記研磨板で説明したのと同
様である。また混練する際、研磨砥粒を分散し易くする
ために、分散剤を添加する。この分散剤には、前記研磨
板の説明と同様に、親水性基を含むアルキルアミンとし
て、例えばメチルアミン、プロピルアミン、イソプロピ
ルアミン、ブチルアミンがある。またアルコール類とし
て、例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアル
コール、ブタノールがある。

【００４７】次いで、研磨砥粒を混練した分散媒を、例
えば円盤状の型に流し込んで、成形固化する。このよう
にして、研磨板が完成する。

【００４８】上記研磨板の製造方法では、高分子材料で
ある炭化水素中に顔料を分散させると、ガラス転移点温
度が高くなり、弾性率も高くなることを利用している。
すなわち、研磨板は、高分子材料である炭化水素中に上
記顔料からなる研磨砥粒を分散させて製造されることか
ら、研磨板のガラス転移点温度が炭化水素単体よりも高
くなり、弾性率も高くなる。

【００４９】また、研磨砥粒の分散能をさらに高めるに
は、研磨砥粒を炭化水素中に混練する前に、研磨砥粒の
表面を有機金属化合物（例えばトリエチルエトキシチタ
ン，トリイソプロピルエトキシチタン，ジエチルエトキ
シアルミニウムおよびジイソプロピルエトキアルミニウ
ムのうちの少なくとも１種）または有機ケイ素化合物
（例えばトリエチルエトキシシラン，トリイソプロピル
エトキシシラン，トリブチルエトキシシランおよびトリ
フェニルエトキシシランのうちの少なくとも１種）によ
り表面処理する。例えばトリエチルエトキシシランによ
って研磨砥粒を表面処理した場合には、エトキシ基と研
磨砥粒中の水酸基とが反応して、末端のアルキル基と例
えば炭化水素との相互作用が増加されるので、親和性が
向上する。そのため、研磨砥粒の分散能が向上する。

【００５０】次に上記研磨板の製造方法の第１具体例を
説明する。まず、分散媒にパラフィン系炭化水素である
オクタデカン（融点２８℃）を用いた。このオクタデカ
ンを加熱して溶解した。溶解温度は、オクタデカンの融
点よりも高い温度で沸点よりも低い温度の所定温度（例
えば５０℃）に設定した。そこに研磨砥粒になる、平均
二次粒子径が１００ｎｍの酸化ケイ素を５ｖｏｌ％にな
るように添加混練した。その際、研磨砥粒が分散し易い
ように、分散剤としてそしてメチルアミンを１０ｗｔ％
になるように添加した。そして酸化ケイ素がオクタデカ
ン中にほぼむらなく分散するまで混練した後、研磨砥粒
を混練した分散媒を、例えば円盤状の型に流し込んで成
形固化した。このようにして、円盤状の研磨板が完成し
た。

【００５１】その結果、上記研磨板は、分散媒：オクタデカン、分散剤：メチルアミン；１０ｗｔ％、研磨砥粒：酸化ケイ素；５ｖｏｌ％（平均二次粒子径＝
１００ｎｍ）という組成のものになり、従来のポリウレタン樹脂の研
磨布と比較して弾性率はおよそ５倍になった。

【００５２】次に上記研磨板の第２具体例を説明する。
まず、分散媒にパラフィン系炭化水素であるノナデカン
（融点３２．１℃）を用いた。また研磨砥粒には金属の
酸化物である酸化アルミニウムを用いた。この酸化アル
ミニウムは、有機ケイ素化合物（例えばエチルトリエト
キシシラン）によって表面処理を施して、パラフィン系
炭化水素と研磨砥粒との親和性を向上させた。まず、上
記ノナデカンを加熱して溶解した。溶解温度は、ノナデ
カンの融点よりも高い温度で沸点よりも低い温度の所定
温度（例えば６０℃）に設定した。そこに研磨砥粒にな
る、平均二次粒子径が１００ｎｍの酸化アルミニウム
（上記表面処理を施したもの）を３ｖｏｌ％になるよう
に添加混練した。その際、研磨砥粒が分散し易いよう
に、分散剤としてそしてイソプロピルアミンを１０ｗｔ
％になるように添加した。そして酸化アルミニウムがノ
ナデカン中にほぼむらなく分散するまで混練した後、研
磨砥粒を混練した分散媒を、例えば円盤状の型に流し込
んで成形固化した。このようにして、円盤状の研磨板が
完成した。

【００５３】その結果、上記研磨板は、分散媒：ノナデカン、分散剤：イソプロピルアミン；１０ｗｔ％、研磨砥粒：酸化アルミニウム；３ｖｏｌ％（平均二次粒
子径＝１００ｎｍ）という組成のものになり、従来のポリウレタン樹脂の研
磨布と比較して弾性率はおよそ１０倍になった。

【００５４】次に、本発明に係わる研磨方法の実施形態
の一例を説明する。

【００５５】まず、図２によって、研磨装置の一例を説
明する。図２に示すように、図示しない第１回動駆動部
に設けられた研磨プレート回転軸３１が備えられてい
る。この研磨プレート回転軸３１の上端部には研磨プレ
ート３２が設けられている。この研磨プレート３２上に
は研磨板１１が固定されている。一方、研磨板１１の上
方には図示しない第２回動駆動部に設けられたウエハ保
持試料台回転軸３３が備えられている。このウエハ保持
試料台回転軸３３の下端部にはウエハ保持試料台３４が
設けられている。そしてこのウエハ保持試料台３４にウ
エハ２１が真空吸着されている。ここでは、枚葉式の研
磨装置を説明したが、装置構成は枚葉式のものに限定さ
れることはなく、バッチ式の研磨装置であってもよい。

【００５６】上記研磨装置３０では、ウエハ２１はウエ
ハ保持試料台３４に真空吸着される。一方、研磨プレー
ト３２には研磨板１１が固定されている。研磨処理中
は、上部のウエハ保持台回転軸３３を、例えば矢印ア方
向に回転させ、研磨プレート回転軸３１を、例えば矢印
イ方向に回転させることにより、ウエハ２１面内の研磨
速度の均一性を保持する。なお、研磨時のウエハ２１の
押し付け圧力についてはウエハ保持試料台３４に加える
力を制御することにより行う。

【００５７】上記研磨装置３０の研磨板１１には、固形
物からなる分散媒と、その分散媒中に分散させた研磨砥
粒とからなるものを用いる。そして分散媒には、炭化水
素を用いる。また研磨砥粒には、金属の酸化物、金属の
炭酸塩、金属の硫酸塩、金属の硝酸塩、金属のハロゲン
化物、金属のケイ酸塩、金属ホウ酸塩、金属のリン酸
塩、金属の亜ヒ酸塩、アンモニウム塩およびケイ素化合
物のうちの少なくとも１種を用いる。したがって、研磨
板１１は、従来のポリウレタンからなる研磨布よりも弾
性率が高い。

【００５８】そして研磨は、上記研磨装置３０を用い、
研磨板１１と被研磨体であるウエハ２１との間に研磨液
を供給しながら被研磨体であるウエハ２１を研磨板１１
に摺接させて行う。

【００５９】通常、研磨における研磨布の変形量は研磨
布の弾性率に逆比例していることが知られている。この
ため、研磨布の弾性率を高めることにより、段差上での
研磨布の変形を抑制して、平坦性を向上させることが可
能になる。そこで上記研磨方法では、高分子材料である
炭化水素中に上記研磨砥粒を分散させた研磨板を用いる
ことから、研磨板のガラス転移点温度が炭化水素単体よ
りも高くなり、また弾性率も高くなる。そのため、研磨
板が被研磨体の段差部上で変形することによる平坦性の
劣化が抑制されるので、摺接面は平坦に研磨される。す
なわち、この研磨方法は、上記構成の研磨板を用いて、
被研磨体を研磨することに特徴がある。

【００６０】また、炭化水素の構造を最適化すること
で、被研磨体の研磨面に摺接する際に発生する摩擦熱に
より、炭化水素は溶解する。そのため、含有している研
磨砥粒が研磨面に供給されることになるので、化学的機
械研磨時に研磨砥粒が供給されないために発生する研磨
速度の不均一は発生しない。したがって、スクラッチの
発生もなくなる。

【００６１】次に、研磨方法の具体例を、半導体集積回
路装置の製造工程において説明する。一例として、化学
的機械研磨によって、段差を有する層間絶縁膜の表面を
平坦化する方法を説明する。

【００６２】具体的には研磨板に、パラフィン系炭化水
素であるオクタデカン（融点２８℃）に、平均二次粒子
径が１００ｎｍの酸化ケイ素を５ｖｏｌ％になるように
添加混練し、酸化ケイ素をオクタデカン中にほぼむらな
く分散させて、円盤状に成形したものを用いた。このよ
うな研磨板を研磨装置に装着して研磨を行った。この研
磨は、化学的機械研磨であり、研磨液を供給しながら被
研磨体であるウエハ２１を研磨板１１に摺接させて行っ
た。

【００６３】図３の（１）に示すように、まず、ウエハ
（例えばシリコン基板）２１上に酸化シリコンからなる
絶縁膜２２を形成する。次いで、絶縁膜２２上にアルミ
ニウム配線層を堆積した後、リソグラフィー技術とエッ
チング技術とによって上記アルミニウム配線層をパター
ニングし、アルミニウム配線２３を形成する。

【００６４】次いで図３の（２）に示すように、例えば
化学的気相成長（以下、ＣＶＤという、ＣＶＤはChemic
al Vapour Depositionの略）によって、上記アルミニウ
ム配線２３を覆う状態に酸化シリコンからなる層間絶縁
膜２４を形成する。この層間絶縁膜２４は、例えば以下
に説明する条件によって成膜した。このようにしてウエ
ハ２１に層間絶縁膜２４が形成された。成膜条件の一例
としては、原料ガス；テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）：流量＝
８００ｓｃｃｍ（ｓｃｃｍは標準状態におけるｃｍ³／
ｍｉｎを示す）、および酸素（Ｏ₂）：流量＝６００ｓ
ｃｃｍ、成膜雰囲気の圧力；１．３３ｋＰａ、成膜温度（基板温度）；４００℃、ＣＶＤ装置のＲＦパワー；７００Ｗに設定した。

【００６５】その後、上記図２によって説明した研磨装
置のウエハ保持試料台に上記ウエハ２１を保持し、層間
絶縁膜２４を研磨した。その結果、図３の（３）に示す
ように、層間絶縁膜２４の凸部２４ａを含む上層部分
（２点鎖線で示す部分）が除去され、層間絶縁膜２４の
表面は平坦化された。続いてフッ酸水溶液によってスラ
リーを除去して、研磨工程を完了した。

【００６６】従来の研磨布を用いた場合には、初期段差
に対して研磨後であってもその初期段差を低減すること
はできなかったが、上記研磨方法によれば、初期段差は
およそ１／１０程度またはそれ以下に低減できた。この
ように平坦化された面において、光リソグラフィー工程
を行った場合には、露光における焦点深度が小さくて
も、良好なフォーカスが得られる。そのため、微細パタ
ーンの形成が高精度かつ容易にできる。

【００６７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の研磨板に
よれば、高分子材料である炭化水素中に顔料で構成され
る研磨砥粒が分散されているので、研磨板の弾性率は従
来の研磨布よりも高くなる。そのため、この研磨板を用
いて研磨を行った場合には、この研磨板は研磨面の凹凸
によって平坦化研磨に影響を及ぼすような弾性変形を起
こさない。したがって、この研磨板は、研磨前の研磨面
における凹凸間隔の疎密に関係なく平坦な研磨面を形成
することができる。

【００６８】本発明の研磨板の製造方法によれば、高分
子材料である炭化水素中に顔料で構成される研磨砥粒を
分散させることで研磨板を製造するので、従来の研磨布
よりも弾性率が高い研磨板を製造することができる。

【００６９】本発明の研磨方法によれば、分散媒である
炭化水素中に顔料で構成される研磨砥粒を分散させるこ
とで弾性率を高めた研磨板を用いて研磨を行うので、被
研磨体の研磨面が凹凸を有する面であっても、研磨板が
ほとんど変形することなく研磨が進行する。そのため、
被研磨体の研磨面の平坦性を高めることができる。した
がって、研磨面の凹凸の疎密に関係なく、被研磨体の研
磨面の平坦化が可能になる。また、分散媒が炭化水素の
研磨板を用いたので、被研磨体の研磨面に摺接する際に
発生する摩擦熱により炭化水素が溶解して、含有してい
る研磨砥粒が研磨面に供給される。そのため、研磨時に
研磨砥粒が供給されないために発生する研磨速度の不均
一は発生しなくなるので、スクラッチの発生もなくな
る。したがって、傷のない良好な研磨面を形成すること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨板の模式斜視図である。

【図２】研磨装置の概略構成図である。

【図３】層間絶縁膜の平坦化プロセスの説明図である。

【図４】従来の技術による平坦化プロセスの説明図であ
る。

【図５】ダマシン法の説明図である。

【図６】従来の技術に係わる課題の説明図である。

【符号の説明】

１１研磨板１２分散媒１３研磨砥粒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨液を供給しながら被研磨体を摺接さ
せて該被研磨体の摺接面を平坦化する研磨に用いる研磨
板において、前記研磨板は、固形物からなる分散媒と、前記分散媒中に分散させた研磨砥粒とからなることを特
徴とする研磨板。
【請求項２】請求項１記載の研磨板において、前記分散媒は、炭化水素からなることを特徴とする研磨板。
【請求項３】請求項１記載の研磨板において、前記研磨砥粒は、金属の酸化物、金属の炭酸塩、金属の硫酸塩、金属の硝
酸塩、金属のハロゲン化物、金属のケイ酸塩、金属ホウ
酸塩、金属のリン酸塩、金属の亜ヒ酸塩、アンモニウム
塩およびケイ素化合物のうちの少なくとも１種からなる
ことを特徴とする研磨板。
【請求項４】請求項２記載の研磨板において、前記研磨砥粒は、金属の酸化物、金属の炭酸塩、金属の硫酸塩、金属の硝
酸塩、金属のハロゲン化物、金属のケイ酸塩、金属ホウ
酸塩、金属のリン酸塩、金属の亜ヒ酸塩、アンモニウム
塩およびケイ素化合物のうちの少なくとも１種からなる
ことを特徴とする研磨板。
【請求項５】請求項４記載の研磨板において、前記研磨砥粒の表面は、有機金属化合物または有機ケイ
素化合物により表面処理されていることを特徴とする研
磨板。
【請求項６】炭化水素からなる分散媒中に、金属の酸
化物、金属の炭酸塩、金属の硫酸塩、金属の硝酸塩、金
属のハロゲン化物、金属のケイ酸塩、金属ホウ酸塩、金
属のリン酸塩、金属の亜ヒ酸塩、アンモニウム塩および
ケイ素化合物のうちの少なくとも１種からなる研磨砥粒
を混練する工程と、前記研磨砥粒を混練した分散媒を成形固化する工程とを
備えたことを特徴とする研磨板の製造方法。
【請求項７】請求項６記載の研磨板の製造方法におい
て、前記研磨砥粒を分散媒に混練する前に、該研磨砥粒の表
面を有機金属化合物または有機ケイ素化合物により表面
処理することを特徴とする研磨板の製造方法。
【請求項８】研磨液を供給しながら被研磨体を研磨板
に摺接させて該被研磨体の摺接面を平坦化する研磨方法
において、前記研磨板は、固形物からなる分散媒と、前記分散媒中に分散させた研磨砥粒とからなることを特
徴とする研磨方法。
【請求項９】請求項８記載の研磨方法において、前記分散媒は、炭化水素からなることを特徴とする研磨方法。
【請求項１０】請求項８記載の研磨方法において、前記研磨砥粒は、金属の酸化物、金属の炭酸塩、金属の硫酸塩、金属の硝
酸塩、金属のハロゲン化物、金属のケイ酸塩、金属ホウ
酸塩、金属のリン酸塩、金属の亜ヒ酸塩、アンモニウム
塩およびケイ素化合物のうちの少なくとも１種からなる
ことを特徴とする研磨方法。
【請求項１１】請求項９記載の研磨方法において、前記研磨砥粒は、金属の酸化物、金属の炭酸塩、金属の硫酸塩、金属の硝
酸塩、金属のハロゲン化物、金属のケイ酸塩、金属ホウ
酸塩、金属のリン酸塩、金属の亜ヒ酸塩、アンモニウム
塩およびケイ素化合物のうちの少なくとも１種からなる
ことを特徴とする研磨方法。