WO2006095643A1 - 研磨パッド - Google Patents
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- B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
- B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
Definitions
- the present invention relates to a polishing pad used for polishing an object requiring high flatness on the surface, such as a semiconductor wafer and a magnetic hard disk substrate, and more particularly to a wafer in a semiconductor device manufacturing process.
- the present invention relates to a polishing pad suitable for use in planarization.
- metal wiring layers for interconnecting elements such as transistors, capacitors, resistors, etc. are multilayered.
- This multi-layer wiring is generally performed using photolithography technology or damascene method.
- optical lithography technology a wiring pattern is exposed and metal wiring is laminated, but when an interlayer insulating film is deposited on the metal wiring layer or the like, a step is generated on the surface of the device. If the unevenness of the pattern becomes larger than the depth of focus of exposure, the accuracy of the width and shape of the pattern decreases, resulting in a problem that the yield of semiconductor devices decreases.
- This planarization is performed by using a chemical mechanical polishing (CMP) (hereinafter referred to as CMP) technique.
- CMP chemical mechanical polishing
- This CMP chemically dissolves the surface of the device with the machining fluid and mechanically removes it with the abrasive grains. That is, it combines the mechanical removal action with the machining fluid and the mechanical removal action with the abrasive grains.
- Polishing technology and processing This is a widely used polishing technique because it hardly causes a deteriorated layer (a portion of the surface different from the inside caused by processing).
- This planarization by CMP rotates a surface plate (or platen) to which a polishing pad is attached, and a fine abrasive selected from particles such as silica, anolemina, ceria, and zircoyua on the surface of the polishing pad.
- a slurry in which grains are dispersed in an alkaline or acidic working fluid is supplied, and a wafer surface (that is, a device surface) attached to a polishing head (or carrier) is pressed onto the slurry.
- the elastic modulus is lower than the pad body on the back surface of a relatively hard pad body of about 400 psi.
- a polishing pad having a backing with a modulus of elasticity (volume modulus) of 250 psi or less is used (see, for example, Patent Document 1).
- the back of a pad body product name: IC1000, Koutale Company
- a modulus of 400 psi which is a polyurethane foam
- a backing with a 250 psi modulus product name: SUBA400, Koutale Company
- Patent Document 1 JP-A-6-21028
- the level difference relaxation property is a value (unit:%) obtained by dividing the difference between the initial level difference and the residual level difference by the initial level and multiplying by 100 (unit:%). It shows that it has been polished to be small and flat.
- In-plane uniformity is the polishing rate at each point in the plane expressed as a standard deviation ⁇ (unit: Q / o). The smaller this value, the polishing rate at each point in the plane. This shows that the surface was uniformly polished with little variation.
- an object of the present invention is to provide a polishing pad capable of polishing the surface of a wafer (ie, the surface of a device) more flatly and uniformly.
- the polishing pad of the present invention that achieves the above object comprises a pad body having a polishing surface and a backing fixed to the back surface of the pad body.
- the elastic modulus of the pad body is from 600 psi when a compression pressure of 2 psi to 16 psi is applied.
- the range between 16000 psi, desired ⁇ is in the range between 1600 psi and 16000 psi.
- the thickness of the pad body is in the range of 0.5 mm to 3. Omm.
- a pad body a pad made of a foamable material using synthetic resin as a raw material, a pad made of non-foamed material made of synthetic resin, a pad made of non-woven fabric made of synthetic fiber, and a synthetic resin mixed with microcapsules Or a pad made of synthetic resin mixed with particles.
- the elastic modulus of the backing is in a range lower than the elastic modulus of the pad main body and exceeding 300 psi when the compression pressure is applied.
- a foamable material that uses synthetic resin as a raw material.
- a pad made of a non-foamed material, a pad made of a non-woven fabric made of synthetic fiber, a pad made of a synthetic resin mixed with a microcapsule, or a pad made of a synthetic resin mixed with particles is used.
- the present invention is configured as described above, it is possible to achieve step relief of about 95% or more and in-plane uniformity of about 7% or less, and the surface of the wafer can be polished more flatly and uniformly. There is an effect.
- the polishing pad 10 of the present invention includes a pad body 11 having a polishing surface, and a backing 12 fixed to the back surface of the pad body 11.
- the elastic modulus of the pad body 11 is in the range of 600 psi to 16000 psi, preferably ⁇ 1600 psi to 16000 psi, when a compression pressure of 2 psi to 16 psi is applied. If the elastic modulus of the pad body 11 is less than 600 psi, the elastic deformation of the pad body during polishing becomes large, and the inside of the recess on the wafer surface (device surface) is excessively cut, thereby causing a residual step. When the elastic modulus of the pad body 11 exceeds 16000 psi, the pad body 11 is hardly compressed and is not deformed by pressurization, so that unnecessary scratches (scratches) are given to the wafer surface.
- the elastic modulus is an initial compression pressure of 2 psi, and a thickness when this initial compression pressure is applied is 0 (zero).
- the maximum compression pressure is 16 psi, and the thickness when this maximum compression pressure is applied (that is, the compression amount when the compression pressure is increased from the initial compression pressure to this maximum compression pressure). Is required.
- the polishing pressure (the pressure that presses the wafer surface against the surface of the polishing pad, that is, the surface of the pad body during polishing) is the initial and maximum compression pressure, ie, 2 psi to 16 psi. Is in the range between.
- Elastic modulus compression pressure / compression rate ⁇ ⁇ ⁇ (1)
- the pad body 11 may be made of a non-foamed material made of a synthetic resin selected from known thermoplastic or thermosetting resins such as polyester, polyurethane, polypropylene, nylon, attalinole, and epoxy. .
- a resin solution prepared by adding a curing agent to a synthetic resin is put into a mold, and this is cured in the mold to form a non-foamed block, which has a desired thickness. It can be sliced and manufactured. Further, it may be produced by using a known sheet forming technique such as extrusion molding or injection molding.
- the compression recovery rate of the pad body made of this non-foamed body is in the range of 50% or more, preferably in the range of 70% or more. If the compression recovery rate is less than 50%, the elastic resilience of the pad varies at each point in the wafer surface where it is difficult to follow the irregularities on the device surface, and this causes the pad surface to act uniformly over the wafer surface. Inability to polish the wafer surface uniformly due to variations in the amount of polishing at each point on the wafer surface.
- This compression recovery rate is a numerical value that represents the amount of displacement that the node body is displaced with a certain amount of compressive stress and recovers during a certain period of time. is there.
- a pad made of a foamed material made of a synthetic resin such as polyurethane see, for example, JP 2000-269170A
- a nonwoven fabric made of synthetic fiber Can for example, see JP 2000-239651 A
- pads made of synthetic resin mixed with a MIC capsule for example, see JP 11-285961 A
- the pad is made of synthetic resin mixed with particles made of ceria, alumina, diamond, etc. as abrasive grains, and is made of synthetic resin as a filler for adjusting the hardness of the pad.
- a pad made of a synthetic resin mixed with particles (resin beads) or the like can be used as the pad body 11 as long as it has a plate-like shape having an elastic modulus in the above range.
- the pad body 11 may be subjected to a groove force on its surface (ie, polished surface) to prevent wafer adsorption and reduce hydroplane phenomenon 1
- a groove force on its surface ie, polished surface
- Area occupies the entire surface of the pad body 11 in a range of 10% to 50%, with the entire surface of the pad body 11 being 100%.
- the shape of the groove is a concentric circle shape, a lattice shape, etc., a curved line, a straight line, or a geometric pattern combining these.
- the thickness of the pad body 11 is in the range of 0.5 mm to 3. Omm. If the thickness of the pad main body 11 is less than 0.5 mm, the elasticity of the polishing pad 10 depends on the elastic backing 12 that is lower than that of the pad main body 11, and the elastic repulsive force is reduced and a step is formed on the surface of the wafer. Will come to be. If the thickness of the pad main body 11 exceeds 3. Omm, the elasticity of the polishing pad 10 depends on the pad main body 11, the followability to the wafer surface decreases, and the wafer surface cannot be uniformly polished.
- the elastic modulus of the backing 12 is lower than the elastic modulus of the pad body 11 and exceeds 300 psi when a compression pressure of 2 psi to 16 psi is applied.
- the step relaxation property remarkably depends on the density of the pattern on the surface of the wafer, which is required in the semiconductor manufacturing field. This is because flatness (step relief of about 95% or more) and uniformity (in-plane uniformity of about 7% or less) cannot be obtained.
- thermoplastic or thermosetting resin such as polyester, polyurethane, polypropylene, nylon, acrylic, epoxy, etc.
- the body can be used.
- such a backing is prepared by adding a resin solution prepared by adding a curing agent to a synthetic resin into a mold and curing the resin solution in the mold to block the foam-free block. Can be formed and sliced to the desired thickness. Further, it may be manufactured by using a known sheet forming technique such as extrusion molding or injection molding.
- a pad made of a foam having a foamable material strength made of a synthetic resin such as polyurethane, a pad made of a non-woven fabric made of synthetic fiber, or a pad made of a synthetic resin mixed with microcapsules A pad having a modulus of elasticity within the above range, such as a pad made of a synthetic resin mixed with particles, is used.
- the elastic modulus of each of the pad body 11 and the backing 12 used in the polishing pad 10 of the present invention has a relationship as shown in the following formula (2).
- Y is the elastic modulus (unit: psi) of the pad body
- X is the elastic modulus (unit: psi) of the backing.
- Figure 2 shows the following equation (2).
- the respective elastic moduli of the pad main body 11 and the backing 12 used in the polishing pad 10 of the present invention are inside a trapezoid indicated by hatching in the graph of FIG.
- This flattening is performed by polishing the surface of the wafer using a CMP (chemical mechanical polishing) apparatus 20 as shown in FIG. 1B.
- CMP chemical mechanical polishing
- the polishing pad 10 of the present invention is attached to the surface of the surface plate (or platen) 21 via an adhesive tape, and the surface plate 21 is attached with an arrow. Rotate in the direction of R.
- the slurry is supplied to the surface of the polishing pad 10 through the nozzle 23, and the surface of the wafer 24 attached to the polishing head (or carrier) 22 is pressed against the surface of the polishing pad 10 and rotated in the direction of arrow r. Done.
- a slurry is prepared by dispersing abrasive grains in water or a water-based aqueous solution, and further adding a reaction solution (sodium hydroxide, ammonia, etc.) that reacts chemically with the substance on the surface of the wafer. use.
- a reaction solution sodium hydroxide, ammonia, etc.
- the pressure (polishing pressure) for pressing the wafer 24 against the surface of the polishing pad 10 is selected from a range between 2 psi and 10 psi.
- Example 1> A TDI (tolylene diisocyanate) urethane prepolymer (100 parts) having an average molecular weight of about 900 was used as a curing agent with 3, 3′-dichloro-1,4,4 ′ diamino-1 diphanyl meluate. Tan (29 parts) was added to prepare a resin solution. This resin solution is put into a mold and cured in the mold to form a non-foamed block, which is sliced to a thickness of 1.5 mm, and a lathe is used on the surface of the slice.
- Tan 29 parts
- Groove shape (groove shape: spiral, groove size: A pad body with an elastic modulus of 1600 psi (compression ratio of 1.0%) was manufactured with a land width of 0.6 mm / groove width of 0.3 mm and a groove occupation ratio of 33.3%.
- the polymer polyol, trifunctional polyol, polyisocyanate amine cross-linking agent and tertiary amine catalyst are adjusted to a blending ratio so that the hardness (Shore A hardness) in the unfoamed state is 75 degrees. Then, these materials were mixed at this blending ratio, and a foaming agent and a foam stabilizer were added in an appropriate amount to prepare a resin mixture. Next, this resin mixture is applied to the surface of a sheet-like substrate made of polyethylene terephthalate, and the resin mixture is heated, foamed and foamed in a 100 ° C furnace so that the density of the resin mixture is 0.66 g / cm 3. By drying, a foam sheet having a thickness of 1.3 mm and an elastic modulus of 750 psi was produced. This foam sheet was attached to the back surface of the pad body as a backing, and this was used as the polishing pad of Example 1.
- a polymer polyol, a trifunctional polyol, a polyisocyanate amine cross-linking agent, and a tertiary amine amine have a hardness (Shore A hardness) force S85 degrees in a non-foamed state.
- the ingredients were adjusted to a blending ratio, and these materials were mixed at this blending ratio, and an appropriate amount of a foaming agent and a foam stabilizer was added thereto to prepare a resin mixture.
- this resin mixture is applied to the surface of a sheet-like substrate made of polyethylene terephthalate, and the resin mixture is heated, foamed and foamed in a 100 ° C furnace so that the density of the resin mixture is 0.66 g / cm 3.
- a polymer polyol, a trifunctional polyol, a polyisocyanate amine cross-linking agent, and a tertiary amine amine have a hardness (Shore A hardness) force of 70 degrees in an unfoamed state.
- the ingredients were adjusted to a blending ratio, and these materials were mixed at this blending ratio, and an appropriate amount of a foaming agent and a foam stabilizer was added thereto to prepare a resin mixture.
- this resin mixture is applied to the surface of a sheet-like substrate made of polyethylene terephthalate, and the resin mixture is heated, foamed, and foamed in a 100 ° C furnace so that the density of the resin mixture is 0.48 g / cm 3.
- Example 4 A polymer polyol, a trifunctional polyol, a polyisocyanate amine cross-linking agent, and a tertiary amine amine have a hardness (Shore A hardness) force of 5 degrees in a non-foamed state.
- Example 5 A resin solution was prepared by adding a polyol (30 parts) as a curing agent to an HDI (hexamethylene diisocyanate) based urethane prepolymer (100 parts) having an average molecular weight of about 500. did.
- This resin solution is put into a mold and cured in the mold to form a foam-free block, which is sliced to a thickness of 1.5 mm, and a lathe is used on the surface of the slice.
- Grooved (groove shape: spiral, groove size: land width 0.6mm / groove width 0.3mm, groove occupancy 33 ⁇ 3%), and pad body with elastic modulus 4800psi (compression rate 0.5%) Manufactured.
- the polymer polyol, trifunctional polyol, polyisocyanate amine cross-linking agent, and tertiary amine catalyst are adjusted to a blending ratio such that the hardness (Shore A hardness) in the unfoamed state is 65 degrees. Then, these materials were mixed at this blending ratio, and a foaming agent and a foam stabilizer were added in an appropriate amount to prepare a resin mixture. Next, this resin mixture is applied to the surface of a sheet-like base material made of polyethylene terephthalate, and heated, foamed and foamed in a 100 ° C. furnace so that the resin mixture has a density of 0.66 g / cm 3. By drying, a foam sheet having a thickness of 1.3 mm and an elastic modulus of 500 psi was produced. This foam sheet was attached to the back surface of the pad body as a backing, and this was used as the polishing pad of Example 5.
- this resin mixture is made into polyethylene It is applied to the surface of a sheet-like substrate made of phthalate, and heated, foamed and dried in a 100 ° C oven so that the resin mixture has a density of 0.32 g / cm 3, and a thickness of 1.3 mm , Produced a foam sheet with “elasticity 200 psi”. Then, this foam sheet was attached to the back surface of the pad body manufactured by the same method as the pad body of Example 1 as a backing, and this was used as the polishing pad of Comparative Example 1.
- test wafer As the wafer, a known test wafer (SKW7-2) generally used widely in the flatness evaluation test was used. This test wafer is obtained by etching the surface of a silicon substrate with a predetermined mask pattern and depositing a silicon oxide film thereon by CVD. In this comparative test 1, the steps of the patterns D20 and D80 with respect to the polishing amount of the pattern D100 on the test wafer after polishing with each polishing pad were compared.
- the pattern D100 is a portion on the test wafer without unevenness.
- Pattern D20 is a portion on the test wafer in which straight convex portions having a width of 20 x m and linear concave portions having a width of 80 z m and a depth of 80 x m are alternately formed.
- Pattern D80 is a portion on the test wafer in which linear convex portions having a width of 80 ⁇ m and linear concave portions having a width of 20 ⁇ m and a depth of 80 am are alternately formed.
- polishing apparatus a commercially available CMP apparatus (product number: MAT-ARW68 1S, M'A Corporation) as shown in FIG. 1B was used.
- the polishing conditions were as shown in Table 2 below.
- a slurry obtained by diluting a commercially available slurry stock solution product number: Semisperse25, CB / Microelectronics Japan Co., Ltd.
- pure water 1: 1 was used.
- the wafer could be polished more flatly than when the polishing pads of Comparative Examples 1 and 2 were used. Also, according to the present invention, a step relief of about 95% or more was achieved.
- polishing apparatus the same as the commercially available CMP apparatus used in the polishing test 1 above. was polished under the polishing conditions shown in Table 2 above. In addition, the same slurry as used in the polishing test 1 was used as the slurry.
- In-plane uniformity (abbreviation of wiwnu: within wafer non-uniformity) is a parameter indicating the processing uniformity within the wafer surface, and the standard deviation ( ⁇ ) (%) of the polishing amount at each point in the surface This means that the smaller this wiwnu value, the less variation in the polishing amount at each point in the plane.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a polishing pad according to the present invention
- FIG. 1B shows an example of a CMP apparatus for carrying out the present invention.
- FIG. 2 is a graph showing the relationship between the elastic modulus of each of the pad body and the backing in the polishing pad according to the present invention.
- FIG. 3 shows the results of polishing test 1.
- FIG. 4 shows the results of polishing test 2.
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Abstract
ウエハの表面を短時間で均一に平坦化できる研磨パッドを提供することである。研磨面を有するパッド本体１１と、パッド本体１１の裏面に固定した裏当て１２とから構成される研磨パッド１０。パッド本体１１の弾性率は、２ｐｓｉから１６ｐｓｉの圧縮圧力をかけたときに、６００ｐｓｉ～１６０００ｐｓｉの間の範囲にあり、望ましくは１６００ｐｓｉ～１６０００ｐｓｉの間の範囲にある。パッド本体１１の厚さは、０．５ｍｍ～３．０ｍｍの間の範囲ある。裏当て１２の弾性率は、上記の圧縮圧力をかけたときに、パッド本体１１の弾性率よりも低く且つ３００ｐｓｉを超える範囲にある。
Description
明 細 書
研磨パッド
技術分野
[0001] 本発明は、半導体ウェハ、磁気ハードディスク基板などのように表面に高い平坦性 が要求される研磨対象物の研磨に使用される研磨パッドに関し、特に、半導体デバ イスの製造プロセスにおけるウェハの平坦化（プラナリゼーシヨン）に使用するのに適 した研磨パッドに関する。
背景技術
[0002] 半導体デバイスの製造プロセスにおレ、て、トランジスタ、コンデンサ、抵抗などの素 子を相互に接続する金属配線層が多層化されている。この多層配線化は、一般に、 光リソグラフィ技術やダマシン法を利用して行われてレ、る。光リソグラフィ技術では、 配線パターンを露光し、金属配線を積層化しているが、金属配線層などの上に層間 絶縁膜を堆積する際にデバイスの表面に段差が生じ、この段差によるデバイスの表 面の凹凸が露光の焦点深度よりも大きくなると、パターンの幅や形状の精度が低下し 、その結果、半導体デバイスの歩留まりが低下するという問題が生じる。 （言い換える と、上記の段差により形成されたデバイスの表面の凹凸を小さくすることにより、光リソ グラフィの露光マージンを確保でき、配線層の微細なパターユングやエッチングなど を高精度且つ容易に行うことができ、半導体デバイスの歩留まりを向上できる。）また 、ダマシン法では、絶縁膜上に配線溝を形成した後に配線金属（Cu)を堆積し、研磨 によって溝内のみに配線金属を残し、多層配線を形成している力 研磨により、金属 配線の中央が薄くなる（デイツシング）という問題が生じる。このため、半導体デバイス の製造プロセスにおいて、デバイスの表面のプラナリゼーシヨンが重要な工程となつ ている。
[0003] このプラナリゼーシヨンは、化学的機械研磨（CMP： Chemical Mechanical Polishing ) (以下、 CMPという）技術を利用して行われている。この CMPは、デバイスの表面を 加工液で化学的に溶かすとともに、砥粒で機械的に削る、すなわち加工液によるィ匕 学的な溶去作用と砥粒による機械的な除去作用とを併せもつ研磨技術であり、加工
変質層（加工により生じた内部と異なる表面の部分）を生じることがほとんどないため 、広く利用されている研磨技術である。
[0004] この CMPによるプラナリゼーシヨンは、研磨パッドを取り付けた定盤（又はプラテン） を回転させ、研磨パッドの表面に、シリカ、ァノレミナ、セリア、ジルコユアなどの粒子か ら選択される微小な砥粒を、アルカリ性又は酸性の加工液中に分散させたスラリーを 供給し、この上に、研磨ヘッド (又はキヤリャ）に取り付けたウェハの表面（すなわち、 デバイスの表面）を押し付けて行われる。
[0005] 一方、半導体製造分野では、より細かい多層配線パターンをより高精度に形成する ため、ウェハの表面をより平坦且つ均一に研磨できる技術を開発することが課題とな つている。
[0006] 上記のように、研磨中、ウェハは、回転する定盤の表面に貼り付けた研磨パッドに 押し付けられているので、研磨パッドは弾性変形する。このため、研磨パッドの弾性 が大きいと、配線と配線の間にある絶縁層の部分が削り込まれたり、デイツシングを生 じて、ウェハの表面に段差 (これを残留段差とレ、う）が形成される。
[0007] そこで、研磨パッドを硬質化して、研磨中の弾性変形を低減させることが検討され、 従来、弾性率が 400psi程度の比較的硬質のパッド本体の裏面に、このパッド本体よ りも低い 250psi以下の弾性率（体積弾性率）の裏当てを固定した研磨パッドが使用 されている（例えば、特許文献 1を参照）。このような研磨パッドとして、例えば、ポリウ レタン発泡体力 なる弾性率 400psiのパッド本体（製品名： IC1000、口デール社）の 裏面に、弾性率 250psiの裏当て（製品名： SUBA400、口デール社）を固定したもの が市販されている。
特許文献 1 :特開平 6— 21028号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 半導体製造分野では、上記のように、ウェハの表面をより平坦且つ均一に研磨でき る技術を開発することが課題となっているが、近年、配線の疎密に無関係に、約 95 %以上の段差緩和性と、約 7%以下の面内均一性とを達成できる技術の開発が要求 されるようになつてきた。
[0009] ここで、段差緩和性は、初期段差と残留段差との間の差を初期段差で割って 100 倍した値（単位：％)であり、この値が 100%に近いほど残留段差が小さぐ平坦に研 磨されたことを示すものである。また、面内均一性は、面内各点での研磨レートを標 準偏差 σ (単位： Q/o)で表したものであり、この値が小さいほど、面内各点での研磨レ ートにバラツキが少なぐ均一に研磨されたことを示すものである。
[0010] し力、し、上記の従来の研磨パッドでは、例えば、幅 20 μ mの直線状の凸部と、幅 80 μ m、深さ 80 μ mの直線状の凹部を交互に形成したウェハ上のパターンにおレ、て 9 7. 8%の段差緩和性を達成している力 S、幅 80 x mの直線状の凸部と、幅 20 x m、深 さ 80 μ mの直線状の凹部が交互に形成されたウェハ上のパターンでは 78. 7%の 段差緩和性しか達成できず、ウェハの表面のパターンの疎密の差による残留段差の 差が大きく、また、ウェハの外周部分が過度に削られ、 7. 2%の面内均一性しか達 成できず、従来の研磨パッドでは、半導体製造分野において要求される平坦性と均 一性を満足させることができないのが現状である。
[0011] したがって、本発明の目的は、ウェハの表面（すなわち、デバイスの表面）をより平 坦且つ均一に研磨できる研磨パッドを提供することである。
課題を解決するための手段
[0012] 上記目的を達成する本発明の研磨パッドは、研磨面を有するパッド本体、及びこの パッド本体の裏面に固定した裏当てから構成される。
[0013] パッド本体の弾性率は、 2psiから 16psiの間の圧縮圧力をかけたときに、 600psi〜
16000psiの間の範囲、望まし <は 1600psi〜16000psiの間の範囲にある。
[0014] パッド本体の厚さは、 0. 5mm〜3. Ommの間の範囲にある。
[0015] パッド本体として、合成樹脂を原料とする発泡性材料力 なるパッド、合成樹脂を原 料とする無発泡体からなるパッド、合成繊維からなる不織布からなるパッド、マイクロ カプセルを混入した合成樹脂からなるパッド、又は粒子を混入した合成樹脂からなる パッドが使用される。
[0016] 裏当ての弾性率は、上記の圧縮圧力をかけたときに、パッド本体の弾性率よりも低 く且つ 300psiを超える範囲にある。
[0017] 裏当てとして、合成樹脂を原料とする発泡性材料力 なるパッド、合成樹脂を原料
とする無発泡体からなるパッド、合成繊維からなる不織布からなるパッド、マイクロカブ セルを混入した合成樹脂からなるパッド、又は粒子を混入した合成樹脂からなるパッ ドが使用される。
発明の効果
[0018] 本発明が以上のように構成されるので、約 95%以上の段差緩和性と約 7%以下の 面内均一性を達成でき、ウェハの表面をより平坦且つ均一に研磨できる、という効果 を奏する。
発明を実施するための最良の形態
[0019] 図 1Aに示すように、本発明の研磨パッド 10は、研磨面を有するパッド本体 11、及 びこのパッド本体 11の裏面に固定した裏当て 12から構成される。
[0020] くパッド本体〉 パッド本体 11の弾性率は、 2psiから 16psiの圧縮圧力をかけたとき に、 600psi〜16000psiの間の範囲、望まし <は 1600psi〜16000psiの間の範囲 にある。パッド本体 11の弾性率が 600psi未満であると、研磨中のパッド本体の弾性 変形が大きくなり、ウェハ表面（デバイス表面）の凹部内を削り込みすぎて、残留段差 を発生させる。パッド本体 11の弾性率が 16000psiを超えると、パッド本体 1 1が殆ど 圧縮されず、加圧により変形しなくなるので、ウェハ表面に不要の傷 (スクラッチ）を付 けることになる。
[0021] ここで、本明細書において、弾性率は、初期の圧縮圧力を 2psiとし、この初期の圧 縮圧力をかけたときの厚さを 0 (ゼロ）とする。そして、最大の圧縮圧力を 16psiとし、こ の最大の圧縮圧力をかけたときの厚さ（すなわち、圧縮圧力を初期の圧縮圧力からこ の最大の圧縮圧力まで増加したときの圧縮量）に基づいて求められるものである。な お、実用的には、研磨圧力（研磨中に、ウェハの表面を研磨パッドの表面すなわち パッド本体の表面に押し付けている圧力）は、これら初期と最大の圧縮圧力、すなわ ち 2psi〜 16psiの間の範囲にある。
[0022] また、弾性率と圧縮率との間には、下記の式（1)に示すとおりの関係があるので、こ のパッド本体 11は、 0. 1 %〜約 2. 7% (弾性率 = 600psi〜： 16000psi)の間の範囲 の圧縮率を有し、望ましくは 0. 1 %〜1 · 0% (弾性率 = 1600psi〜16000psi)の間 の範囲の圧縮率を有する。
[数 1] 弾性率 =圧縮圧力/圧縮率 · ■ ■ ( 1 )
[0023] パッド本体 11として、ポリエステル、ポリウレタン、ポリプロピレン、ナイロン、アタリノレ 、エポキシなどの既知の熱可塑性又は熱硬化性の樹脂から選択される合成樹脂を 原料とする無発泡体からなるものが使用できる。このようなパッド本体は、合成樹脂に 硬化剤を添加して調製した樹脂溶液を金型に投入し、金型内でこれを硬化させ、無 発泡体のブロックを成形し、これを所望の厚さにスライスして製造できる。また、押出 成形、射出成形などの既知のシート成形技術を利用して製造してもよい。
[0024] この無発泡体からなるパッド本体の圧縮回復率は、 50%以上の範囲、好ましくは 7 0%以上の範囲にある。圧縮回復率が 50%未満であると、デバイス表面の凹凸に追 従し難ぐウェハ面内各点でパッドの弾性反発力にバラツキが生じ、このため、パッド 表面をウェハ表面にわたって均一に作用させることができず、ウェハ面内各点での 研磨量にバラツキが生じて、ウェハの表面を均一に研磨できなレ、。この圧縮回復率 は、ノ ッド本体を、ある一定の圧縮応力で変位させ、ある時間中に回復する変位量を 表す数値であり、圧縮した変位量に対する回復した変位量の割合（％)である。
[0025] また、パッド本体 11として、ポリウレタンなどの合成樹脂を原料とした発泡性材料か らなる発泡体からなるパッド (例えば、特開 2000— 269170号公報を参照）、合成繊 維からなる不織布からなるパッド（例えば、特開 2000— 239651号公報を参照）、マ イク口カプセルを混入した合成樹脂からなるパッド（例えば、特開平 11— 285961号 公報を参照）が使用できる。また、研磨レートを向上させるために、砥粒として、セリア 、アルミナ、ダイヤモンドなどからなる粒子を混入した合成樹脂からなるパッドや、パッ ドの硬度を調整するためのフイラ一として、合成樹脂からなる粒子 (樹脂ビーズ)など を混入した合成樹脂からなるパッドを使用してもよぐ上記の範囲にある弾性率を有し ている板状のものであれば、パッド本体 11として使用できる。
[0026] パッド本体 11は、図示しないが、その表面（すなわち、研磨面）に、ウェハの吸着を 防止し、ハイドロプレーン現象を低減させるため、溝力卩ェを施してもよぐパッド本体 1 1の表面に形成される溝の部分の領域 (パッド本体の表面を平面視したときの溝の領
域）が、ノ ッド本体 11の表面の全域に対して占有する割合は、パッド本体 11の表面 の全域を 100%として、 10%〜50%の範囲にある。溝の形状は、同心円状、格子状 など、曲線、直線、又はこれらを組み合わせた幾何学的なパターンで形成される。
[0027] パッド本体 11の厚さは、 0. 5mm〜3. Ommの範囲にある。パッド本体 11の厚さが 0. 5mm未満であると、研磨パッド 10の弾性がパッド本体 11よりも低い弾性の裏当て 12に依存され、弾性反発力が低下し、ウェハの表面に段差が形成されるようになる。 また、パッド本体 11の厚さが 3. Ommを超えると、研磨パッド 10の弾性がパッド本体 1 1に依存され、ウェハの表面に対する追従性が低下し、ウェハの表面を均一に研磨 できなくなる。
[0028] く裏当て〉 裏当て 12の弾性率は、 2psiから 16psiの圧縮圧力をかけたときに、パッ ド本体 11の弾性率よりも低く且つ 300psiを超える範囲にある。
[0029] これは、裏当て 12として、パッド本体 11の弾性率よりも低いものを使用すると、研磨 中のウェハの表面に対するパッド本体 11の研磨面の追従性が向上する力 である。
[0030] また、裏当て 12の弾性率が 300psi以下の範囲にあると、段差緩和性がウェハの表 面のパターンの疎密に顕著に依存するようになり、半導体製造分野において要求さ れるウェハの平坦性 (約 95 %以上の段差緩和性）と均一性 (約 7%以下の面内均一 性）が得られないからである。
[0031] 裏当て 12として、上記のパッド本体 11と同様に、ポリエステル、ポリウレタン、ポリプ ロピレン、ナイロン、アクリル、エポキシなどの既知の熱可塑性又は熱硬化性の樹脂 力 選択される合成樹脂の無発泡体からなるものが使用できる。このような裏当ては 、上記のパッド本体 11と同様に、合成樹脂に硬化剤を添加して調製した樹脂溶液を 金型に投入し、金型内でこれを硬化させ、無発泡体のブロックを成形し、これを所望 の厚さにスライスして製造できる。また、押出成形、射出成形などの既知のシート成形 技術を利用して製造してもよい。
[0032] また、裏当て 12として、ポリウレタンなどの合成樹脂を原料とした発泡性材料力もな る発泡体からなるパッド、合成繊維からなる不織布からなるパッド、マイクロカプセル を混入した合成樹脂からなるパッド、粒子を混入した合成樹脂からなるパッドなど、上 記の範囲にある弾性率を有するものが使用される。
[0033] 本発明の研磨パッド 10に使用するパッド本体 11と裏当て 12のそれぞれの弾性率 の間には、下記の式（2)に示すとおりの関係がある。なお、式（2)において、 Yは、パ ッド本体の弾性率（単位： psi)であり、 Xは、裏当ての弾性率（単位： psi)である。図 2 に、下記の式（2)のグラフを示す。本発明の研磨パッド 10に使用するパッド本体 11と 裏当て 12のそれぞれの弾性率は、図 2のグラフに斜線で示す台形の内部にある。
[数 2]
( Υ > Χ ) Π ( 1 6 0 0 0≥Υ≥6 0 0 ) Π ( Χ > 3 Ο Ο ) ■ ■ ■ ( 2 )
[0034] <実施形態 > 半導体デバイスを製造する際、ウェハ上に形成した金属配線などの 上に層間絶縁膜を堆積させると、このウェハの表面に生じる。本発明に従って、この 段差を除去し、ウェハの表面 (デバイスの表面）を平坦化する。
[0035] この平坦化は、図 1Bに示すような CMP (chemical mechanical polishing)装置 20を 使用してウェハの表面を研磨することによって行われる。
[0036] 図 1Bに示すように、ウェハ 24の表面の研磨は、まず、本発明の研磨パッド 10を、 定盤 (又はプラテン） 21の表面に粘着テープを介して取り付け、定盤 21を矢印 Rの方 向に回転させる。ノズノレ 23を通じてスラリーを研磨パッド 10の表面に供給し、研磨へ ッド（又はキヤリャ） 22に取り付けたウェハ 24の表面を研磨パッド 10の表面に押し付 け、矢印 rの方向に回転させることにより行われる。
[0037] スラリーとして、水又は水ベースの水溶液中に砥粒を分散させ、さらにウェハの表 面の物質とィ匕学的に反応する反応液 (水酸化ナトリウム、アンモニアなど）を添加した ものを使用する。
[0038] ウェハ 24を研磨パッド 10の表面（すなわち、パッド本体 11の研磨面）に押し付ける 圧力（研磨圧力）は、 2psi〜10psiの間の範囲から選択される。
[0039] く実施例 1 > 平均分子量約 900の TDI (トリレンジイソシァネート）系のウレタンプレ ポリマー（100部）に、硬化剤として、 3, 3 '—ジクロル一 4, 4'ジァミノ一ジファニルメ タン（29部）を添加して樹脂溶液を調製した。この樹脂溶液を金型に投入し、金型内 でこれを硬化させ、無発泡体のブロックを成形し、これを 1. 5mmの厚さにスライスし、 このスライスしたものの表面に旋盤を使用して溝加ェ (溝形状：スパイラル、溝サイズ：
陸幅 0. 6mm/溝幅 0. 3mm、溝占有率 33. 3%)を施し、弾性率 1600psi (圧縮率 1. 0%)のパッド本体を製造した。
[0040] ポリマーポリオール、 3官能ポリオール、ポリイソシァネートァミン架橋剤及び 3級アミ ン触媒を、発泡していない状態での硬度（ショァ A硬度）が 75度となるような配合比に 調整して、これら材料をこの配合比で混合し、これに、発泡剤と整泡剤を適量添加し て樹脂混合物を調製した。次に、この樹脂混合物をポリエチレンテレフタレートからな るシート状の基材の表面に塗布し、この樹脂混合物が密度 0. 66g/cm3となるように 、 100°Cの炉内で加熱、発泡及び乾燥させて、厚さ 1. 3mm、「弾性率 750psi」の発 泡体シートを製造した。そして、この発泡体シートを、裏当てとして、上記のパッド本 体の裏面に貼り付け、これを実施例 1の研磨パッドとした。
[0041] <実施例 2 > ポリマーポリオール、 3官能ポリオール、ポリイソシァネートァミン架橋 剤及び 3級ァミン触媒を、発泡していない状態での硬度（ショァ A硬度）力 S85度となる ような配合比に調整して、これら材料をこの配合比で混合し、これに、発泡剤と整泡 剤を適量添加して樹脂混合物を調製した。次に、この樹脂混合物をポリエチレンテレ フタレートからなるシート状の基材の表面に塗布し、この樹脂混合物が密度 0. 66g /cm3となるように、 100°Cの炉内で加熱、発泡及び乾燥させて、厚さ 1. 3mm、「弾 性率 500psi」の発泡体シートを製造した。そして、この発泡体シートを、裏当てとして 、上記実施例 1のパッド本体と同じ方法で製造したパッド本体の裏面に貼り付け、こ れを実施例 2の研磨パッドとした。
[0042] <実施例 3 > ポリマーポリオール、 3官能ポリオール、ポリイソシァネートァミン架橋 剤及び 3級ァミン触媒を、発泡していない状態での硬度（ショァ A硬度）力 70度となる ような配合比に調整して、これら材料をこの配合比で混合し、これに、発泡剤と整泡 剤を適量添加して樹脂混合物を調製した。次に、この樹脂混合物をポリエチレンテレ フタレートからなるシート状の基材の表面に塗布し、この樹脂混合物が密度 0. 48g /cm3となるように、 100°Cの炉内で加熱、発泡及び乾燥させて、厚さ 1. 3mm、「弾 性率 400psi」の発泡体シートを製造した。そして、この発泡体シートを、裏当てとして 、上記実施例 1のパッド本体と同じ方法で製造したパッド本体の裏面に貼り付け、こ れを実施例 3の研磨パッドとした。
[0043] <実施例 4 > ポリマーポリオール、 3官能ポリオール、ポリイソシァネートァミン架橋 剤及び 3級ァミン触媒を、発泡していない状態での硬度（ショァ A硬度）力 5度となる ような配合比に調整して、これら材料をこの配合比で混合し、これに、発泡剤と整泡 剤を適量添加して樹脂混合物を調製した。次に、この樹脂混合物をポリエチレンテレ フタレートからなるシート状の基材の表面に塗布し、この樹脂混合物が密度 0. 55g /cm3となるように、 100°Cの炉内で加熱、発泡及び乾燥させて、厚さ 1. 3mm、「弾 性率 300psi」の発泡体シートを製造した。そして、この発泡体シートを、裏当てとして 、上記実施例 1のパッド本体と同じ方法で製造したパッド本体の裏面に貼り付け、こ れを実施例 4の研磨パッドとした。
[0044] <実施例 5 > 平均分子量約 500の HDI (へキサメチレンジイソシァネート）系のウレ タンプレボリマー（100部）に、硬化剤として、ポリオール（30部）を添加して樹脂溶液 を調製した。この樹脂溶液を金型に投入し、金型内でこれを硬化させ、無発泡体の ブロックを成形し、これを 1 · 5mmの厚さにスライスし、このスライスしたものの表面に 旋盤を使用して溝加工 (溝形状:スパイラル、溝サイズ：陸幅 0. 6mm/溝幅 0. 3mm 、溝占有率 33· 3%)を施し、弾性率 4800psi (圧縮率 0· 5%)のパッド本体を製造し た。
[0045] ポリマーポリオール、 3官能ポリオール、ポリイソシァネートァミン架橋剤及び 3級アミ ン触媒を、発泡していない状態での硬度（ショァ A硬度）が 65度となるような配合比に 調整して、これら材料をこの配合比で混合し、これに、発泡剤と整泡剤を適量添加し て樹脂混合物を調製した。次に、この樹脂混合物をポリエチレンテレフタレートからな るシート状の基材の表面に塗布し、この樹脂混合物が密度 0. 66g/cm3となるように 、 100°Cの炉内で加熱、発泡及び乾燥させて、厚さ 1. 3mm、「弾性率 500psi」の発 泡体シートを製造した。そして、この発泡体シートを、裏当てとして、上記のパッド本 体の裏面に貼り付け、これを実施例 5の研磨パッドとした。
[0046] <比較例 1 > ポリマーポリオール、 3官能ポリオール、ポリイソシァネートァミン架橋 剤及び 3級ァミン触媒を、発泡していない状態での硬度（ショァ A硬度）力 S80度となる ような配合比に調整して、これら材料をこの配合比で混合し、これに、発泡剤と整泡 剤を適量添加して樹脂混合物を調製した。次に、この樹脂混合物をポリエチレンテレ
フタレートからなるシート状の基材の表面に塗布し、この樹脂混合物が密度 0. 32g /cm3となるように、 100°Cの炉内で加熱、発泡及び乾燥させて、厚さ 1. 3mm、「弾 性率 200psi」の発泡体シートを製造した。そして、この発泡体シートを、裏当てとして 、上記実施例 1のパッド本体と同じ方法で製造したパッド本体の裏面に貼り付け、こ れを比較例 1の研磨パッドとした。
[0047] <比較例 2 > ポリマーポリオール、 3官能ポリオール、ポリイソシァネートァミン架橋 剤及び 3級ァミン触媒を、発泡していない状態での硬度（ショァ A硬度）力 S70度となる ような配合比に調整して、これら材料をこの配合比で混合し、これに、発泡剤と整泡 剤を適量添加して樹脂混合物を調製した。次に、この樹脂混合物をポリエチレンテレ フタレートからなるシート状の基材の表面に塗布し、この樹脂混合物が密度 0. 32g /cm3となるように、 100°Cの炉内で加熱、発泡及び乾燥させて、厚さ 1. 3mm、「弾 性率 60. Opsi」の発泡体シートを製造した。そして、この発泡体シートを、裏当てとし て、上記実施例 1のパッド本体と同じ方法で製造したパッド本体の裏面に貼り付け、こ れを比較例 2の研磨パッドとした。
[0048] <比較例 3 > 比較例 3の研磨パッドとして、市販の発泡体パッド（製品名： IC1000 /S400、ローム ·アンド ·ハース ·エレクトロニック ·マテリアル ·シーエムピ^ ~ ·ホウルデ イングス 'インコーポレイテッド）を使用した。この比較例 3の研磨パッドのパッド本体の 弾性率は「400psi」であり、裏当ての弾性率は「200psi」であった。
[0049] 実施例:!〜 5、比較例 1〜3の各研磨パッドのパッド本体と裏当てのそれぞれの弾性 率を下記の表 1に示す。
[表 1]
表 1
[0050] <研磨試験 1 > 実施例 1〜5と比較例 1〜3の研磨パッドをそれぞれ使用して、ゥェ ハの表面を研磨し、ウェハの表面の段差緩和性について調べた。
[0051] ウェハとして、平坦性評価試験に一般的に広く使用されている既知の試験用ゥェ ハ（SKW7— 2)を使用した。この試験用ウェハは、シリコン基板の表面を所定のマス クパターンでエッチングし、その上にシリコン酸化膜を CVDにより蒸着させたものであ る。この比較試験 1では、各研磨パッドで研磨した後の試験用ウェハのパターン D10 0の研磨量に対するパターン D20及び D80の段差を比較した。ここで、パターン D1 00は凹凸のない試験用ウェハ上の部分である。パターン D20は、幅 20 x mの直線 状の凸部と、幅 80 z m、深さ 80 x mの直線状の凹部が交互に形成された試験用ゥ ェハ上の部分である。パターン D80は、幅 80 μ mの直線状の凸部と、幅 20 μ m、深 さ 80 a mの直線状の凹部が交互に形成された試験用ウェハ上の部分である。
[0052] 研磨装置として、図 1Bに示すような市販の CMP装置（製品番号: MAT—ARW68 1S、株式会社ェム 'エイ'ティ）を使用した。研磨条件は下記の表 2に示すとおりであ つた。また、スラリーとして、市販のスラリー原液（製品番号： Semi Sperse25、キヤ ボット ·マイクロエレクトロニクス ·ジャパン株式会社）を純水で 2倍に希釈（原液：純水 = 1 : 1)したものを使用した。
[表 2]
表 2
研磨条件
[0053] <試験結果 1 > 研磨試験 1の結果を下記の表 3と、図 3のグラフに示す。
[表 3] 表 3
試験結果 1
[0054] 本発明に従って、比較例 1、 2の研磨パッドを使用したときよりも、ウェハをより平坦 に研磨できた。また、本発明に従って、約 95%以上の段差緩和性が達成された。
[0055] また、上記の表 3及び図 3に示すグラフから、裏当ての弾性率を高くすると、ウェハ の表面のパターンの疎密に無関係に段差緩和性が 100%に近づくことがわかる（こ の研磨試験 1の結果は、上記の特許文献 1に開示されている従来の研磨パッドにお いて、裏当ての弾性率を 250psi以下の範囲とすることに相反するものである）。
[0056] <研磨試験 2 > 実施例 1〜4の研磨パッドをそれぞれ使用して、表面にパターンの なレ、 PTEOS膜付きウェハの表面を研磨し、面内均一性について調べた。
[0057] 研磨装置として、上記の研磨試験 1において使用した市販の CMP装置と同じもの
を使用し、上記の表 2に示す研磨条件で研磨した。また、スラリーとして、上記の研磨 試験 1と同じものを使用した。
[0058] <試験結果 2 > 研磨試験 2の結果を下記の表 4と、図 4に示す。
[表 4] 表 4
試験結果 2
[0059] 面内均一性（wiwnu :within wafer non-uniformityの略）は、ウェハ面内の加工均一 性を示すパラメーターであり、面内各点での研磨量の標準偏差（ σ ) (%)で示し、こ の wiwnu値が小さいほど、面内各点での研磨量にバラツキがないことを意味する。
[0060] 上記の表 4及び図 4に示すように、本発明に従って、約 7%以下の面内均一性が達 成され、ウェハの表面を均一に研磨できたことがわかる。
図面の簡単な説明
[0061] [図 1]図 laは、本発明に従った研磨パッドの断面図であり、図 1Bは、本発明を実施 するための CMP装置の一例を示す。
[図 2]図 2は、本発明に従った研磨パッドにおけるパッド本体と裏当てのそれぞれの 弾性率の関係を示すグラフである。
[図 3]図 3は、研磨試験 1の結果を示す。
[図 4]図 4は、研磨試験 2の結果を示す。
符号の説明
[0062] 10 · · ·研磨パッド
11 · · -パッド本体
12 · · ·裏当シート
· ''CMP装置···定盤···研磨ヘッド· "ノズル· "ウェハ
Claims
[1] 研磨パッドであって、
研磨面を有するパッド本体、及び
前記パッド本体の裏面に固定した裏当て、
から成り、
前記パッド本体の弾性率が、 2psiから 16psiの圧縮圧力をかけたときに、 600psi〜 16000psiの間の範囲にあり、
前記裏当ての弾性率が、前記圧縮圧力をかけたときに、前記パッド本体の弾性率 よりも低く且つ 300psiを超える範囲にある、
ところの研磨パッド。
[2] 請求項 1の研磨パッドであって、
前記パッド本体の弾性率が、 2psi力ら 16psiの圧縮圧力を力けたときに、 1600psi 〜16000psiの間の範囲にある、
ところの研磨パッド。
[3] 請求項 1の研磨パッドであって、
前記パッド本体の厚さ力 0. 5mm〜3. Ommの間の範囲にある、
ところの研磨パッド。
[4] 請求項 1の研磨パッドであって、
前記パッド本体として、合成樹脂を原料とする発泡性材料力 なるパッド、合成樹 脂を原料とする無発泡体からなるパッド、合成繊維からなる不織布からなるパッド、マ イク口カプセルを混入した合成樹脂からなるパッド、又は粒子を混入した合成樹脂か らなるパッドが使用される、
ところの請求項 1の研磨パッド。
[5] 請求項 1の研磨パッドであって、
前記裏当てとして、合成樹脂を原料とする発泡性材料力 なるパッド、合成樹脂を 原料とする無発泡体からなるパッド、合成繊維からなる不織布からなるパッド、マイク 口カプセルを混入した合成樹脂からなるパッド、又は粒子を混入した合成樹脂からな るパッドが使用される、
ところの請求項 1の研磨パッド。
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