JPH11347952A - 半導体ウエハ研磨用樹脂砥石及びその製造方法 - Google Patents

半導体ウエハ研磨用樹脂砥石及びその製造方法

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JPH11347952A
JPH11347952A JP16157098A JP16157098A JPH11347952A JP H11347952 A JPH11347952 A JP H11347952A JP 16157098 A JP16157098 A JP 16157098A JP 16157098 A JP16157098 A JP 16157098A JP H11347952 A JPH11347952 A JP H11347952A
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JP
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resin
polishing
grindstone
grinding wheel
abrasive grains
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JP16157098A
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English (en)
Inventor
Hiroto Oda
寛人 小田
Kyoichi Tomita
教一 富田
Shunichi Numata
俊一 沼田
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Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨剤に高価なスラリーを使用することなく、
スクラッチの発生のない研磨面が得られ、平坦化性能に
優れる半導体ウエハ研磨用樹脂砥石を提供すること。 【解決手段】ゴム弾性を有する熱硬化性樹脂5〜20w
t%、最大粒径が2.0μm以下の砥粒80〜92wt
%を必須成分とし、その成形体の圧縮弾性率が1000
〜8000kgf/cm である樹脂砥石を用いて半
導体ウエハを研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ上に
形成された配線材料、多層配線を行う場合に形成する層
間絶縁膜の研磨に有用な樹脂砥石に係わり、特にスクラ
ッチ(擦過傷)の発生が少なく平坦化性能に優れた樹脂
砥石と、その製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の高集積化に伴い、デバイス
の微細化、多層配線構造化が進んでいる。これに伴っ
て、シリコンウエハ上に形成された配線層には、微細
化、高信頼度化のために表面の平坦化が不可欠になって
いる。平坦化技術としては、従来はSOG(Spin On Gl
ass)等の液状絶縁膜を薄く塗布後にCVD等の方法で無
機膜を形成する方法、ポリイミド等の耐熱性有機膜を形
成する方法、あるいは形成した無機膜をイオンエッチン
グ等でエッチバックする方法が検討されてきた。しかし
ながらこのような方法による平坦化は限界にきている。
これらの方法に代って、研磨パッド上でシリカや酸化セ
リウムのスラリーで研磨するCMP(Chemical and Mec
hanical Polishing )と呼ばれる研磨法が実用化されて
きている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この研磨法で研磨を行
うと、研磨パッドに柔らかな樹脂シートを使用するた
め、被研磨物表面の凸部と共に凹部も研磨され、被研磨
物表面全体を完全な平坦面に仕上げることが難しく、硬
い樹脂シートを使用した場合にはスクラッチを多く発生
させるという問題があった。また、研磨パッドの寿命が
短いため頻繁に取り替えねばならず、その都度研磨条件
を調節する必要があった。さらに研磨剤に高価なスラリ
ーを使い捨てし、その廃液の処理も必要であり、コスト
を押し上げる要因になっている。従って本発明の目的
は、研磨剤に高価なスラリーを使用することなく、スク
ラッチの発生のない研磨面が得られ、平坦化性能に優れ
る半導体ウエハ研磨用樹脂砥石を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ゴム
弾性を有する熱硬化性樹脂5〜20wt%、最大粒径が
2.0μm以下の砥粒80〜92wt%を必須成分とし
て配合・混合し、ホットプレスして成形体とした、圧縮
弾性率が1000〜8000kgf/cm2 の樹脂砥石
およびその製造方法に関する。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明に用いるゴム弾性を有する
熱硬化性樹脂とは、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂またはアクリル樹脂から選
ばれる少なくとも一種であり、砥石総重量の5〜20w
t%の範囲で使用することが望ましい。その理由は、樹
脂分が20wt%を超えると砥石自体が柔らかくなりす
ぎて、平坦化性能が低下してしまい、5wt%より少な
いと砥石が非常に脆くなり、研磨時に割れ、欠け等の不
具合を引き起こしてしまう。またここで、フェノール樹
脂やメラミン樹脂等の熱硬化性樹脂を使用した場合に
は、砥石が硬くなり過ぎてしまい、スクラッチの発生原
因になる可能性がある。すなわち、砥石の圧縮弾性率が
8000kgf/cm2 を超えると、スクラッチを多く
発生し、圧縮弾性率が1000kgf/cm2 未満で
は、平坦化性能が低下してしまう。本発明に用いられる
シリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン、メチル
ビニルシリコーン、メチルフェニルシリコーン、フルオ
ロシリコーン等の重合体が含まれ、また前記シリコーン
樹脂類を2種類以上併用してもよい。また、ポリウレタ
ン樹脂としては、ポリイソシアナートとポリオールを主
成分とした組成物の反応生成物であり、ポリイソシアネ
ートとしては、例えば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、ポリメチレンポリフェ
ニルポリイソシアネート、トリジンジイソシアネート、
ナフタリ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、キシレンジイ
ソシアネート等であり、ポリオールとしては、例えばポ
リエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリ
ブタジエンポリオール、アクリルポリオール等が含まれ
る。
【0006】不飽和ポリエステル樹脂としては、二塩基
酸と多価アルコールの反応物であり、二塩基酸として
は、例えばマレイン酸、フマル酸、カルビック酸等であ
り、多価アルコールとしては、例えばエチレングリコー
ル、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ト
リエチレングリコール等が含まれる。また架橋剤として
スチレン等のビニルモノマー類を用いてもよい。さらに
アクリル樹脂としては、アクリル酸、(メタ)アクリル
酸エステル等の単独あるいはそれらの共重合体を用いる
ことができる。これらの樹脂は市場から入手することが
できる。砥粒成分は、一般に用いられている酸化セリウ
ム、シリカ、アルミナ、ジルコニウム以外に必要に応じ
てダイヤモンド、サファイヤ、ボロンカーバイト、シリ
コーンカーバイト等を用いることができる。上記砥粒成
分は高純度であることが望ましい。砥粒の最大粒径を
2.0μm以下にする理由は、最大粒径が2.0μmを
超える砥粒を使用した砥石で研磨を行った場合、スクラ
ッチの発生量が2μm未満の砥粒を使用した砥石の場合
に比べ、著しく多く発生するからである。また、砥粒量
は80〜92wt%が望ましく、80wt%未満では砥
粒全体が樹脂に覆われてしまい、研磨レートが著しく低
下し、92wt%を超えると成形が困難になり、また砥
石が脆くなる。
【0007】その他の添加剤として、必要に応じて各種
分散剤やカップリング剤等を用いてもよい。本発明にお
ける砥石の製造方法は、樹脂と砥粒の混合造粒物をホッ
トプレスすることにより製造されるが、例えば、液状で
ある樹脂成分と砥粒をホモミキサーで高速回転させ、撹
拌しながら徐々に添加していくと、樹脂の粘度が上昇
し、更に砥粒を加え高速回転撹拌すると、目的の混合造
粒物を得ることができる。こうして得られた混合造粒物
を、プレス圧200〜1200kgf/cm2 、金型温
度80〜200℃でホットプレスし、必要に応じて更に
後硬化を行い、得られた成形体である樹脂砥石を容易に
製造することができる。このように製造された樹脂砥石
を使用し、半導体ウエハの研磨を行うと、スクラッチの
発生が少なく、平坦化能に優れた研磨面を得ることがで
きる。また、本発明による砥石の研磨の対象物は半導体
素子のシャロートレンチアイソレーション法による素子
分離膜や、多層配線のシリカ系層間絶縁膜などの平坦化
に有効である。
【0008】
【実施例】次に、実施例により本発明を説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。 実施例1〜5 樹脂成分としてシリコーン樹脂(東レダウコーニング株
製JCR6122、ポリウレタン樹脂(日立化成工業株
製KU−7000)、砥石成分として最大粒径2.0μ
m以下の酸化セリウム(分級品)を表1に示す割合で配
合し、ホモミキサーで混合造粒した。次に、その混合造
粒物を表1に示す成形条件でホットプレスし、φ50m
m、厚さ7mmの成形体を作製した。成形体は脱型後、
樹脂を完全に硬化させるため、表1に示す条件でアフタ
ーキュアを行い樹脂砥石とした。次に、この実施例1〜
5の樹脂砥石を用いて、シリコーンウエハ上に形成した
層間絶縁膜(プラズマCVD法で形成したSiO2 膜)
を研磨した。研磨試験は、砥石に純水を流しながら圧力
240g/cm2 、摺動速度53cm/sec加工時間
1分の条件でそれぞれ同方向に回転させながら行った
(図1参照)。研磨後のウエハ表面のスクラッチの測定
は、光学顕微鏡により大スクラッチ(下部配線膜に影響
あると思われる傷)は6inchウエハ全面、マイクロ
スクラッチ(その他微細傷)はウエハの一部を観察し、
6inch当たりの個数に換算した。また、平坦化能
は、4mmパターン配線のウエハで、初期段差500n
mに対し凸部500nmの研磨での残存段差を測定し
た。研磨試験結果、実施例1〜5はウエハ表面にはスク
ラッチの発生が殆どなく平坦化能も良好である。また、
砥粒量を95%まで高めたものは成形品の強度が極めて
低く実用性にかけるものであった。
【0009】比較例1 シリコーン樹脂30wt%、最大粒径2.0μm以下の
酸化セリウム70wt%を配合し、表1に示す成形条件
で実施例と同様の方法を用いて樹脂砥石を作製し研磨に
供した。その結果、比較例1はスクラッチは良好である
が、平坦化能が実施例に比べ劣っていた。 比較例2 シリコーン樹脂16wt%、最大粒径2.0μm以下の
酸化セリウム84wt%を配合し、表1に示す成形条件
で実施例と同様の方法を用いて樹脂砥石を作製し研磨に
供した。その結果、比較例2は実施例に比べウエハ表面
にスクラッチが多く発生した。 比較例3 フェノール樹脂(日立化成工業株製HP−601UP)
16%、最大粒径2.0μm以下の酸化セリウム84w
t%を表1に示す割合で配合、均一混合し混合分を得
た。その混合分を表1に示す条件で、ホットプレスし、
実施例と同様の樹脂砥石を作製し研磨に供した。その結
果、比較例3は実施例に比べウエハ表面にスクラッチが
多く発生した。
【0010】
【表1】
【0011】
【発明の効果】以上のように本発明の樹脂砥石は、製造
が容易でかつ優れた研磨特性を有しており、半導体ウエ
ハ上に形成された配線材料、多層配線を行う場合に形成
する層間絶縁膜の研磨に有用であり、半導体デバイスの
平坦化、多層化、高性能化、高信頼度化等に効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】ウエハの研磨状態を示す概念図。
【符号の説明】
1 半導体ウエハ 2 砥石

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ゴム弾性を有する熱硬化性樹脂5〜20w
    t%、最大粒径が2.0μm以下の砥粒80〜92wt
    %を必須成分とし、その成形体の圧縮弾性率が1000
    〜8000kgf/cm2 であることを特徴とする半導
    体ウエハ研磨用樹脂砥石。
  2. 【請求項2】ゴム弾性を有する熱硬化性樹脂が、シリコ
    ーン樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
    またはアクリル樹脂から選ばれた少なくとも一種である
    請求項1に記載の半導体ウエハ研磨用樹脂砥石。
  3. 【請求項3】砥石の組成分である砥粒が、酸化セリウ
    ム、シリカ、またはアルミナから選ばれた少なくとも一
    種である請求項1又は2に記載の半導体ウエハ研磨用樹
    脂砥石。
  4. 【請求項4】請求項1、2または3に記載の必須成分を
    均一混合し、その混合物を金型に入れプレス圧200〜
    1200kgf/cm2 、金型温度 80〜200℃で
    ホットプレス成形することを特徴とする半導体ウエハ研
    磨用樹脂砥石の製造方法。
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