(57)【要約】  【課題】  本発明は、ガラス、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等に平坦面を形成するのに使用される研磨用パッドにおいて、層間絶縁膜からの銅の剥離を抑制し、金属配線でのディッシングが起こりにくい優れた研磨パッドおよび研磨装置を提供せんとするものである。【解決手段】  本発明の研磨パッドは、独立気泡の発泡構造体を研磨層とする研磨パッドにおいて、該研磨層が、ＪＩＳ  Ｒ３５０３に基づいて測定される密度が０．２５〜０．６５ｇ／ｃｍ3であり、かつ、５．０〜１５．０重量％の吸水率を有するものであることを特徴とするものである。また、本発明の研磨装置は、かかる研磨パッドを研磨装置の研磨定盤に装着したことを特徴とするものである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立気泡の発泡構造体を研磨層とする研磨パッドにおいて、該研磨層が、ＪＩＳ  Ｒ３５０３に基づいて測定される密度が０．２５〜０．６５ｇ／ｃｍ3であり、かつ、５．０〜１５．０重量％の吸水率を有するものであることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
該独立気泡の発泡構造体が、平均気泡径が４５μｍ〜１５０μｍの範囲のものであることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
該発泡構造体が、ポリウレタンと、ビニル化合物から重合される重合体が一体化して含有されているものであることを特徴とする請求項１〜２に記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記のビニル化合物から重合される重合体の含有比率が５０重量％以上９０重量％以下であることを特徴とする請求項３に記載の研磨パッド。
【請求項５】
該ビニル化合物が、ＣＨ2＝ＣＲ１ＣＯＯＲ２（Ｒ１：メチル基、エチル基、Ｒ２：メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基）である請求項４に記載の研磨パッド。
【請求項６】
該研磨層が、ＪＩＳ  Ｋ６２５３に基づいて測定されるデュロメーターＤ硬度が２５以上５０未満であるものであることを特徴する請求項１〜５のいずれかに記載の研磨パッド。
【請求項７】
該研磨パッドが、該研磨層にクッション層を接着部材を介して貼り合わせられてなる積層体である請求項１〜６のいずれかに記載の研磨パッド。
【請求項８】
該クッション層が、引っ張り弾性率が１〜２０ＭＰａで、かつ体積弾性率が４０ＭＰａ以上のものであることを特徴とする請求項７に記載の研磨パッド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の研磨パッドを研磨装置の研磨定盤に装着したことを特徴とする研磨装置。
【請求項１０】
該研磨装置が、該研磨定盤と、被研磨材である半導体基板を固着してなる研磨ヘッドとを、互いに当接して相対移動させて研磨を行う手段、および、該研磨パッドと被研磨材との間にスラリーを供給する手段、ならびに前記研磨パッドの研磨層を通して光学的に研磨状態を測定する手段とを少なくとも具備するものである請求項９に記載の研磨装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の研磨装置を用いて半導体基板の表面を研磨するプロセスを含む半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等において平坦面を形成するのに使用される研磨用パッドおよび研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体メモリに代表される大規模集積回路（ＬＳＩ）は、年々集積化が進んでおり、それに伴い大規模集積回路の製造技術も高密度化が進んでいる。さらに、この高密度化に伴い、半導体デバイス製造箇所の積層数も増加している。その積層数の増加により、従来は問題とならなかった積層にすることによって生ずる半導体ウェハ主面の凹凸が問題となっている。その結果、例えば積層することによって生じる凹凸に起因する露光時の焦点深度不足を補う目的で、あるいはスルーホール部の平坦化による配線密度を向上させる目的で、化学機械研磨技術を用いた半導体ウェハの平坦化が検討されている（非特許文献１参照）ことが知られている。
【０００３】
一般に化学機械研磨装置は、被処理物である半導体ウェハを保持する研磨ヘッド、被処理物の研磨処理をおこなうための研磨パッド、前記研磨パッドを保持する研磨定盤から構成されている。そして、半導体ウェハの研磨処理は研磨剤と薬液からなるスラリーを用いて、半導体ウェハと研磨パッドを相対運動させることにより、半導体ウェハ表面の層の突出した部分が除去されてウェハ表面の層を滑らかにするものである。半導体ウェハと研磨パッドの相対速度及び荷重にほぼ比例している。そのため、半導体ウェハの各部分を均一に研磨加工するためには、半導体ウェハにかかる荷重を均一にする必要がある。
【０００４】
半導体ウェハの主面に形成された絶縁層等を研磨加工する場合、現在はショアＡ硬度で９０度以上の発泡ポリウレタンシート（特許文献１、２参照）が使用されている。しかしながら、高硬度発泡ポリウレタンパッドは、例えば銅Ｌｏｗ−ｋなどにおいてはウエハ表面の凹凸の密度が異なる部分では層間絶縁膜からの銅の剥離が発生するといった問題点やダマシンによる金属配線の幅が広いところではディッシング（金属配線の中央部が縁部より高さが低くなる）が生じるという問題点があった。
【非特許文献１】日経マイクロデバイス１９９４年７月号５０〜５７頁
【特許文献１】特表平８−５００６２２号公報
【特許文献２】国際公開２０００−１２２６２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、ガラス、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等に平坦面を形成するのに使用される研磨用パッドにおいて、層間絶縁膜からの銅の剥離を抑制し、金属配線でのディッシングが起こりにくい優れた研磨パッドおよび研磨装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の研磨パッドは、独立気泡の発泡構造体を研磨層とする研磨パッドにおいて、該研磨層が、ＪＩＳ  Ｒ３５０３に基づいて測定される密度が０．２５〜０．６５ｇ／ｃｍ3であり、かつ、５．０〜１５．０重量％の吸水率を有するものであることを特徴とするものである。また、本発明の研磨装置は、かかる研磨パッドを研磨装置の研磨定盤に装着したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、ガラス、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等に平坦面を形成する際に、層間絶縁膜からの銅の剥離を抑制し、金属配線でのディッシングが起こりにくい研磨パッドおよびそれを用いてなる研磨装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、前記課題、つまり層間絶縁膜からの銅の剥離を抑制し、金属配線でのディッシングが起こりにくい優れた研磨パッドについて、鋭意検討し、特定な密度と吸水率を有する独立気泡の発泡構造体を、研磨層として用いてみたところ、意外にも、前記課題を一挙に解決することができることを究明したものである。
【０００９】
本発明の研磨パッドは、研磨層の密度が小さくかつ吸水率が大きいため層間絶縁膜からの銅の剥離とディッシングを抑制することができる。
【００１０】
すなわち、本発明の研磨層は、密度が０．２５〜０．６５の範囲にあることが好ましい。密度が０．２５に満たない場合、局所的な平坦性が不良となり、グローバル段差が大きくなる。密度が０．６５を越える場合は、ディッシングが発生しやすくなる。さらに好ましい密度は、０．２７〜０．６３、また、特に好ましい密度は０．２９〜０．６２の範囲である。なお、本発明の研磨層の密度は、ハーバード型ピクノメーター（ＪＩＳ  Ｒ３５０３基準）を用い、２３℃の水を媒体に測定した値である。
【００１１】
また、本発明の研磨層は、吸水率で、好ましくは５．０％以上１５．０％未満、より好ましくは６．０％以上１２％未満のものがよい。かかる吸水率が５．０％未満の材料では、研磨層のスラリーの保持が不十分で層間絶縁膜からの銅の剥離が発生しやすくなるので好ましくない。また吸水率が１５％以上の材料ではハイドロプレーン現象が起きやすくなるため好ましくない。なお、本発明の吸水率（Ｑ）は、７０℃で１０時間真空乾燥（１００ｔｏｒｒ）したサンプルの重量Ｗと、そのサンプルを２３℃の超純水で２４時間吸湿させた重量Ｗ1の増加率から１を引いた値で、Ｑ＝Ｗ1／Ｗ−１で算出した値である。
【００１２】
さらに、本発明の研磨層の独立気泡の平均気泡径は４５μｍ以上で５００μｍ以下であることが半導体基板の局所的凹凸の平坦性と層間絶縁膜からの銅の剥離を抑制を両立できる点で好ましい。平均気泡径が３００μｍ以下、さらには１５０μｍ以下であることがさらに好ましい。平均気泡径が４５μｍ未満の場合、層間絶縁膜から銅の剥離が発生するので好ましくない。また、平均気泡径が５００μｍ以上の場合、半導体基板の局所的凹凸の平坦性が悪くなるので好ましくない。なお、平均気泡径はサンプル断面を倍率２００倍でＳＥＭ観察し、次に記録されたＳＥＭ写真の気泡径を画像処理装置で測定し、その平均値を取ることにより測定した値をいう。
【００１３】
本発明の研磨パッドの研磨層は、発泡構造体で構成されているが、かかる構造体を形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリウレア、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフルオロエチレン、エポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ネオプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムおよびこれらを主成分とした樹脂等が挙げられる。このような樹脂においても、独立気泡径が比較的容易にコントロールできる点でポリウレタンを主成分とする素材がより好ましい。
【００１４】
かかるポリウレタンとしては、ポリイソシアネートの重付加反応または重合反応に基づき合成される高分子である。ポリイソシアネートの対称として用いられる化合物は、含活性水素化合物、すなわち、二つ以上のポリヒドロキシ基、あるいはアミノ基含有化合物である。
【００１５】
ポリイソシアネートとして、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、ナフタレ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など挙げることができるがこれに限定されるものではない。
【００１６】
ポリヒドロキシ基含有化合物としてはポリオールが代表的であり、ポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、エポキシ樹脂変性ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール、シリコーンポリオール等が挙げられる。硬度，気泡径および発泡倍率によって、ポリイソシアネートとポリオール、および触媒、発泡剤、整泡剤の組み合わせや最適量を決めることが好ましい。
【００１７】
これらのポリウレタンは、ＣＭＰ用研磨パッドに対する研磨要求特性点からも独立気泡を有している必要がある。かかるポリウレタン中への独立気泡の形成方法としては、ポリウレタン製造時における樹脂中への各種発泡剤の配合による化学発泡法が一般的であるが、機械的な撹拌により樹脂を発泡させたのち硬化させる方法も好ましく使用することができる。
【００１８】
本発明は、かかるポリウレタンにビニル化合物および／またはその重合体を含有・複合させることにより、前記課題を確実にクリアする特定な密度と吸水率を有する独立気泡の発泡構造体を創出することに成功したものである。
【００１９】
すなわち、本発明は、まず独立気泡の発泡ポリウレタンをつくって、この発泡ポリウレタンを、ビニル化合物、つまりモノマ液中に浸漬して、該モノマを発泡ポリウレタン基質に浸透させた後、該モノマを重合させることにより、ポリウレタン基質内にビニル化合物および／またはその重合体を含有・複合させるものである。
【００２０】
かかる特定な複合された独立気泡のポリウレタンは、あまり硬度を高くすると脆くなるが、適度にビニル化合物を複合させると、靱性と硬度とを満足する独立気泡を有する均質な研磨パッドを得ることができることを究明したものである。
【００２１】
かかるビニル化合物のポリウレタン中への含浸方法としては、モノマーが入った容器中にポリウレタンを浸漬し、含浸させる方法が挙げられる。なお、その際、含浸速度を速める目的で、加熱、加圧、減圧、攪拌、振盪、超音波振動等の処理を施すことも好ましい。
【００２２】
本発明におけるビニル化合物は特に限定されるものではないが、ポリウレタンへの含浸，重合が容易な点でビニル化合物が好ましい。具体的にはメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ｎ−ラウリルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシブチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジプロピル、マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジプロピル、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド、イソプロピルマレイミド、アクリロニトリル、アクリルアミド、塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらのモノマーは単独であっても２種以上を混合しても使用できる。
【００２３】
上述したビニル化合物の中で、メチルメタクリレート，エチルメタクリレート，ｎ−ブチルメタクリレート，イソブチルメタクリレートが、ポリウレタンへの独立気泡の形成が容易な点、モノマーの含浸性が良好な点、重合硬化が容易な点、重合硬化されたポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を含有している発泡構造体の硬度が高く平坦化特性が良好な点で好ましい。
【００２４】
これらのビニル化合物の重合開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、イソプロピルパーオキシジカーボネート等のラジカル開始剤を使用することができる。また、酸化還元系の重合開始剤、例えばパーオキサイドとアミン類の組合せを使用することもできる。これらの重合開始剤は、単独のみならず、２種以上を混合しても使用できる。
【００２５】
ビニル化合物のポリウレタン中への含浸量は、使用するモノマーおよびポリウレタンの種類や、製造される研磨パッドの特性により定められるべきものであり、一概にはいえないが、例えばビニル化合物を使用した場合においては、重合硬化した発泡構造体中のビニル化合物から得られる重合体とポリウレタンの含有比率が重量比で３０／７０〜９０／１０であることが好ましい。ビニル化合物から得られる重合体の含有比率が重量比で３０に満たない場合は、研磨パッドの硬度が低くなるため好ましくない。また、含有比率が９０を越える場合は、研磨層の有している弾力性が損なわれるため好ましくない。なお、重合硬化したポリウレタン中のビニル化合物から得られる重合体およびポリウレタンの含有率は熱分解ガスクロマトグラフィ／質量分析手法により測定することができる。本手法で使用できる装置としては、熱分解装置としてダブルショットパイロライザー"ＰＹ−２０１０Ｄ"（フロンティア・ラボ社製）を、ガスクロマトグラフ・質量分析装置として、"ＴＲＩＯ−１"（ＶＧ社製）を挙げることができる。
【００２６】
なお、製造される研磨パッドの特性改良を目的として、研磨剤、帯電防止剤、潤滑剤、安定剤、染料等の各種添加剤が添加されていても良い。
【００２７】
本発明の研磨層は、デュロメーターＤ硬度で、好ましくは２５以上５０未満、より好ましくは３０以上４８未満のものがよい。かかるデュロメーターＤ硬度が２５未満の材料では、研磨レートが極端に落ちるので好ましくない。またデュロメーターＤ硬度が５０以上の材料では、ディッシングの発生が多くなるため好ましくない。
【００２８】
ここでいうデュロメーターＤ硬度とは、温度２３℃、相対湿度５０％において日本工業規格（ＪＩＳ）のＫ６２５３のＤタイプ（高分子計器（株）製）とゴム硬度計用定圧荷重器ＣＬ−１５０（高分子計器（株）製）を使用し、測定荷重５０００ｇで１．２ｍｍ厚みのサンプルを測定した値である。
【００２９】
本発明の研磨パッドの研磨層表面には、ハイドロプレーン現象を抑える為に、溝切り形状、ディンプル形状、スパイラル形状、同心円形状等、通常の研磨パッドがとり得る形状にして使用される。
【００３０】
本発明の研磨パッドは、研磨前または研磨中に研磨層表面をダイヤモンド砥粒を電着で取り付けたコンディショナーでドレッシングすることが通常をおこなわれる。ドレッシングの仕方として、研磨前におこなうバッチドレッシングと研磨と同時におこなうインサイチュウドレッシングのどちらでおこなうことも可能である。
【００３１】
本発明でいう研磨パッドとしては、研磨層とクッション層を接着テープで積層した積層構造のものなども使用することができる。
【００３２】
かかるクッション性を有するクッションシートと積層してなる研磨パッドを使用して研磨する場合は、たとえば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、硬い研磨定盤と研磨パッドの間にクッションシートをおいて研磨するのであるが、このような場合が半導体基板の研磨には多いので、重要な研磨パッド構造体の一つである。
【００３３】
かかるクッション層は体積弾性率が４０ＭＰａ以上でかつ引っ張り弾性率が１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることが好ましい。体積弾性率とは、あらかじめ体積を測定した被測定物に等方的な印加圧力を加えて、その体積変化を測定する。  すなわち、下記算式で表されるものである。
【００３４】
体積弾性率＝印加圧力／（体積変化／元の体積）
本発明の体積弾性率の測定は、以下のとおり行った。内容積が約４０ｍＬのステンレス製の測定セルに、試料片と２３℃の水を入れ、これに図５のように容量０．５ｍＬの硼珪酸ガラス製メスピペット（最小目盛り０．００５ｍＬ）を装着した。別に、圧力容器としてポリ塩化ビニル樹脂製の管（内径９０ｍｍφ×２０００ｍｍ、肉厚５ｍｍ）を使用して、その中に上記試料片を入れた測定セルを入れ、圧力Ｐで窒素加圧し、体積変化Ｖ1を測定した。続いて、試料を測定セルに入れないで、表１に示した圧力Ｐで窒素加圧し、体積変化Ｖ0を測定した。圧力ＰをΔＶ／Ｖi＝（Ｖ1−Ｖ0）／Ｖiで除した値を該試料の体積弾性率として算出した。
【００３５】
本発明の体積弾性率は、２３℃においてサンプルに０．０４〜０．１４ＭＰａの圧力がかかった時の体積弾性率のことである。
【００３６】
本発明のクッション層の体積弾性率は４０ＭＰａ以上が好ましい。４０ＭＰａに満たない場合は、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。さらに好ましい体積弾性率の範囲は２００ＭＰａ以上である。
【００３７】
本発明の引張り弾性率は、ダンベル形状にして引っ張り応力を加え、引っ張り歪み（＝引っ張り長さ変化／元の長さ）が０．０１から０．０３までの範囲で引っ張り応力を測定し、引っ張り弾性率＝（（引っ張り歪みが０．０３時の引っ張り応力）−（引っ張り歪みが０．０１時の引っ張り応力））／０．０２で定義されるものである。測定装置として、オリエンテック社製テンシロン万能試験機ＲＴＭ−１００などが上げられる。
【００３８】
測定条件としては、試験速度は５ｃｍ／分で試験片形状は幅５ｍｍで試料長５０ｍｍのダンベル形状である。
【００３９】
本発明のクッション層の引張り弾性率は、１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることが好ましい。引っ張り弾性率が１ＭＰａに満たない場合は、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。引っ張り弾性率が２０ＭＰａを越える場合も半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。さらに好ましい引っ張り弾性率の範囲は、１．２ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。
【００４０】
かかるクッション層としては、天然ゴム、ニトリルゴム、ネオプレンゴム、ポリブタジエンゴム、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの無発泡のエラストマからなるものを使用することができるが、特にこれらに限定されるわけではない。  かかるクッション層の好ましい厚みは、０．１〜１００ｍｍの範囲である。０．１ｍｍに満たない場合は、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれる傾向がある。また、１００ｍｍを越える場合は、局所平坦性が損なわれる傾向がでてくる。さらに好ましい厚みの範囲は、０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。特に好ましい範囲は０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。
【００４１】
次に、本発明の研磨装置について説明する。
【００４２】
すなわち、本発明の研磨装置は、かかる研磨パッドを研磨装置の研磨定盤に装着しして構成されたものである。
【００４３】
すなわち、該研磨定盤と、被研磨材である半導体基板を固着してなる研磨ヘッドとを、互いに当接して相対移動させて研磨を行う手段、および、該研磨パッドと被研磨材との間にスラリーを供給する手段、ならびに前記研磨パッドの研磨層を通して光学的に研磨状態を測定する手段とを少なくとも具備するものであればよい。
【００４４】
かかる研磨装置としては特に限定されるものではないが、半導体基板の研磨に使用する場合は、研磨ヘッド、本発明の研磨パッドを固定するための研磨定盤、ならびに研磨ヘッド、研磨定盤もしくはその双方を回転させる手段を具備していることが好ましい。
【００４５】
半導体デバイスの製造方法としては、まず、本発明の研磨パッドを研磨装置の研磨定盤に研磨層が研磨ヘッドと対峙するように固着させる。半導体基板は研磨ヘッドに真空チャックなどの方法により固定される。研磨定盤を回転させ、研磨定盤の回転報告と同方向で研磨ヘッドを回転させて、研磨パッドに押しつける。この時に研磨パッドと半導体基板の間にスラリーが入り込む様な位置からスラリーを供給する。押しつけ圧は、研磨ヘッドに加える力を制御することにより通常行われる。押し付け圧力は０．０１〜０．２ＭＰａであることが局所的平坦性を得られるため好ましい。
【００４６】
本発明の研磨パッドを用いて、スラリーとしてシリカ系スラリー、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、キャボット社製のＣＭＰ用ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰＥＲＥＳＥ  ＳＣ−１、ＣＭＰ用ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰＥＲＳＥ  ＳＣ−１１２、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ  ＡＭ１００、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ  ＡＭ１００Ｃ、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ  １２、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ  ２５、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ  Ｗ２０００、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ  Ｗ−Ａ４００、ｉ−Ｃｕｅ５００１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。
【００４７】
本発明の研磨パッドの対象は、例えば半導体ウェハの上に形成された絶縁層または金属配線の表面であるが、絶縁層としては、金属配線の層間絶縁膜や金属配線の下層絶縁膜や素子分離に使用されるシャロートレンチアイソレーションを挙げることができ、金属配線としては、アルミ、タングステン、銅等であり、構造的にダマシン、デュアルダマシン、プラグなどがある。銅を金属配線とした場合には、窒化珪素等のバリアメタルも研磨対象となる。絶縁膜は、現在酸化シリコンが主流であるが、遅延時間の問題で低誘電率絶縁膜が用いられる様になる。本発明の研磨パッドでは、スクラッチが入りにくい状態で研磨しながら研磨状態を良好に測定することが可能である。半導体ウェハ以外に磁気ヘッド、ハードディスク、サファイヤ等の研磨に用いることもできる。
【００４８】
本発明の研磨パッドは、ガラス、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等に
平坦面を形成するのに好適に使用される。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例によって、さらに本発明の詳細を説明する。しかし、本実施例により本発明が限定して解釈される訳ではない。なお、測定は以下のとおりに行った。
【００５０】
気泡径測定：
日立製作所（株）製ＳＥＭ２４００走査型電子顕微鏡を使用し、倍率２００倍で観察した写真を画像解析装置で解析することにより、写真中に存在するすべての気泡径を計測し、その平均値を平均気泡径とした。
【００５１】
体積弾性率の測定：
内容積が約４０ｍＬのステンレス製の測定セルに、ＮＢＲゴムシート２７ｇ（比重１．２９、初期体積２１ｍｌ）と２３℃の水を入れ、これに容量０．５ｍＬの硼珪酸ガラス製メスピペット（最小目盛り０．００５ｍＬ）を装着した。別に、圧力容器としてポリ塩化ビニル樹脂製の管（内径９０ｍｍφ×２０００ｍｍ、肉厚５ｍｍ）を使用して、その中に上記試料片を入れた測定セルを入れ、圧力Ｐで窒素加圧し、体積変化Ｖ1を測定した。続いて、試料を測定セルに入れないで、表１に示した圧力Ｐで窒素加圧し、水のみの体積変化Ｖ0を測定した。圧力ＰをΔＶ／Ｖi＝（Ｖ1−Ｖ0）／Ｖiで除した値を該試料の体積弾性率として算出した。
【００５２】
銅配線ディッシング評価用テストウエハ：
ｌｏｗ−ｋ材料のブラックダイヤモンド（層間絶縁膜）付き８インチシリコンウエハ（ブラックダイヤモンド厚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シードを形成し、メッキ法で銅を厚み２μｍ形成して、銅配線ディッシング評価用テストウエハを作成した。
【００５３】
ディッシング状態の観察：
研磨直後のウエハを、ウエ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エハ表面を洗浄し、乾燥圧縮空気を吹き付けて乾燥した。乾燥後、キーエンス社製超深度顕微鏡”ＶＫ−８５００”で測定し、ディッシング状態を観察した。
【００５４】
ダスト・スクラッチの測定：
研磨直後のウエハを、ウエ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エハ表面を洗浄し、自然状態に放置して乾燥を行った。乾燥後、トップコン社製ゴミ検査装置ＷＭ−３で０．５μｍ以上のダストを検査し、その後マイクロスコープでスクラッチを検査した。
【００５５】
銅剥離評価用テストウエハ；
ｌｏｗ−ｋ材料のブラックダイヤモンド（層間絶縁膜）付き８インチシリコンウエハ（ブラックダイヤモンド厚２μｍ）上にスパッタ法でシードを形成し、メッキ法で銅を厚み２μｍ形成して、銅膜剥離評価用テストウエハを作成した。
【００５６】
銅の剥離の確認：
研磨直後のウエハを、ウエ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エハ表面を洗浄し、自然状態に放置して乾燥を行った。乾燥後、目視でウエハ表面の層間絶縁膜から剥離する銅の有無を確認した。
【００５７】
実施例１
ポリプロピレングリコール１００重量部とジフェニルメタンジイソシアネート８０重量部と水１．３重量部とトリエチルアミン１．４重量部とシリコーン整泡剤２．３重量部とオクチル酸スズ０．０９重量部をＲＩＭ成型機で混合して、金型に吐出して加圧成型を行い、厚み４．２ｍｍの独立気泡の発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝２９度，密度：０．５０ｇ／ｃｍ3 、独立気泡の平均気泡径：５０μｍ）を作製した。
【００５８】
該発泡ポリウレタンシートをアゾビスイソブチルニトリル０．１重量部を添加したメチルメタアクリレートに１３分間浸漬した。メチルメタアクリレートが浸透して膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込んで６５℃で６時間加熱後、１００℃で３時間加熱した。加熱後ガラス板から取り外して、５０℃で真空乾燥を行った。
【００５９】
得られた硬質発泡シートを両面研削して、厚みが１．２５ｍｍの研磨層を作製した。研磨層のポリメチルメタアクリレート含有率は６５重量％であった。また、研磨層の、密度は０．５５ｇ／ｃｍ3 、吸水率は８．３％、独立気泡平均径は５８μｍであった。
【００６０】
該研磨層を直径５０８ｍｍの円に切り取り、その表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施した。
【００６１】
次に厚さ１ｍｍのＮＢＲゴムシート（引っ張り弾性率は１．３ＭＰａ、体積弾性率は表１に記載）と両面接着テープを積層させ、打ち抜きにより図１のような開口部を有するクッション層を作成した。
【００６２】
最後に、このクッション層と前記研磨層を、該両面接着テープを介して接着し、二層の積層研磨パッドを作成した。
【００６３】
この研磨パッドを研磨機（アプライドマテリアルズ製”ＭＩＲＲＡ”）の研磨定盤に取り付け評価を行った。
【００６４】
銅のディッシング評価用テストウエハを、該研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該積層研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、キャボット社製銅用スラリー（ｉ−Ｃｕｅ  ５００１）を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ2面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。層間絶縁膜が露出した時の銅配線（１００μｍ幅）中央部のデッィシング深さは０．０３μｍであった。また、銅剥離評価用のテストウエハを研磨したところ層間絶縁膜からの銅の剥離も確認されなかった。
【００６５】
銅のダスト・スクラッ評価用テストウエハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該積層パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、キャボット社製銅用スラリー（ｉ−Ｃｕｅ  ５００１）を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ2 面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。ダスト数は６個とスクラッチは０個と少なかった。
【００６６】
実施例２
ポリプロピレングリコール１００重量部とポリエチレングリコール８重量部とジフェニルメタンジイソシアネート９０重量部と水２．０重量部とトリエチルアミン０．３重量部とシリコン整泡剤３．４重量部とオクチル酸スズ０．０９重量部をＲＩＭ成形機で混合して、金型に吐出して加圧成型をおこない厚み５．１ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝２５度、密度：０．３１ｇ／ｃｍ3 、独立気泡平均径：９１μｍ）を作製した。
【００６７】
該発泡ポリウレタンシートをアゾビスイソブチルニトリル０．１重量部を添加したメチルメタアクリレートに８分間浸漬した。メチルメタアクリレートが膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込んで６５℃で６時間加熱後、１００℃で３時間加熱した。加熱後ガラス板から取り外して、５０℃で真空乾燥を行った。
【００６８】
得られた硬質発泡シートを両面研削して、厚みが１．２５ｍｍの研磨層を作製した。研磨層のポリメチルメタアクリレート含有率は６２重量％であった。また、研磨層の密度は０．３０ｇ／ｃｍ3 、吸水率は１１．５％、独立気泡平均径は１２０μｍであった。
【００６９】
該研磨層を直径５０８ｍｍの円に切り取り、その表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施した。
【００７０】
次に厚さ１ｍｍのＮＢＲゴムシート（引っ張り弾性率は１．３ＭＰａ、体積弾性率は表１に記載）と両面接着テープを積層させ、打ち抜きにより図１のような開口部を有するクッション層を作成した。
【００７１】
最後にクッション層と研磨層を、該両面接着テープを介して接着して二層の積層研磨パッドを作成した。
【００７２】
この研磨パッドを研磨機（アプライドマテリアルズ製”ＭＩＲＲＡ”）の研磨定盤に取り付け評価を行った。
【００７３】
銅のディッシング評価用テストウエハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該積層研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、キャボット社製銅用スラリー（ｉ−Ｃｕｅ  ５００１）を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ2 面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。層間絶縁膜が露出した時の銅配線（１００μｍ幅）中央部のデッィシング深さは０．０２μｍであった。また、銅剥離評価用のテストウエハを研磨したところ層間絶縁膜からの銅の剥離も確認されなかった。
【００７４】
銅のダスト・スクラッ評価用テストウエハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該積層パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、キャボット社製銅用スラリー（ｉ−Ｃｕｅ  ５００１）を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ2 面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。ダスト数は８個とスクラッチは０個と少なかった。
【００７５】
実施例３
ポリプロピレングリコール１００重量部とジフェニルメタンジイソシアネート８０重量部と水１．６重量部とトリエチルアミン０．３重量部とシリコン整泡剤２．７重量部とオクチル酸スズ０．０９重量部をＲＩＭ成形機で混合して、金型に吐出して加圧成型をおこない厚み２．２ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝２８度、密度：０．３９ｇ／ｃｍ3 、独立気泡平均径：８４μｍ）を作製した。
【００７６】
該発泡ポリウレタンシートをアゾビスイソブチルニトリル０．１重量部を添加したメチルメタアクリレートに２８分間浸漬した。メチルメタアクリレートが膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込んで６５℃で６時間加熱後、１００℃で３時間加熱した。加熱後ガラス板から取り外して、５０℃で真空乾燥を行った。
【００７７】
得られた硬質発泡シートを両面研削して厚みが１．２５ｍｍの研磨層を作製した。研磨層の中のポリメチルメタアクリレート含有率は５７重量％であった。また、研磨層の密度は０．４１ｇ／ｃｍ3 、吸水率は９．６％、独立気泡平均径は８７μｍであった。
【００７８】
該研磨層を直径５０８ｍｍの円に切り取り、その表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施した。
【００７９】
次に厚さ１ｍｍのＮＢＲゴムシート（引っ張り弾性率は１．３ＭＰａ、体積弾性率は表１に記載）と両面接着テープを積層させ、打ち抜きにより図１のような開口部を有するクッション層を作成した。
【００８０】
最後にクッション層と研磨層を、接着して二層の積層研磨パッドとした。
【００８１】
作成した研磨パッドを研磨機（アプライドマテリアルズ製”ＭＩＲＲＡ”）研磨定盤に取り付け評価を行った。
【００８２】
銅のディッシング評価用テストウエハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該積層研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、キャボット社製銅用スラリー（ｉ−Ｃｕｅ  ５００１）を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ2面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。層間絶縁膜が露出した時の銅配線（１００μｍ幅）中央部のデッィシング深さは０．０３μｍであった。また、銅剥離評価用のテストウエハを研磨したところ層間絶縁膜からの銅の剥離も確認されなかった。
【００８３】
銅のダスト・スクラッ評価用テストウエハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該積層パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、キャボット社製銅用スラリー（ｉ−Ｃｕｅ  ５００１）を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ2 面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。ダスト数は７個とスクラッチは０個と少なかった。
【００８４】
比較例１
ポリエーテル系ウレタンポリマ（ユニローヤル社製アジプレンＬ−３２５）７８重量部と４，４’−メチレン−ビス２−クロロアニリン２０重量部をＲＩＭ成形機で混合しさらに中空高分子微小球体（エクスパンセル５５１ＤＥ）１．８重量部を混合し金型に吐出して加圧成形をおこない厚み２．２ｍｍの発泡ポリウレタンシート（密度＝０．７５ｇ／ｃｍ3、吸水率１．５％、独立気泡平均径２３μｍ）を作製した。
【００８５】
該ウレタンシートを直径５０８ｍｍの円に切り取り、その表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施した。さらに１９ｍｍ×５７ｍｍの終点検知用の開口部を打ち抜き、研磨層とした。
【００８６】
ポリエーテル系ウレタンポリマ（ユニローヤル社製アジプレンＬ−３２５）７８重量部と４，４’−メチレン−ビス２−クロロアニリン２０重量部をＲＩＭ成形し、１．２５ｍｍのシートを成形した。１９ｍｍ×５７ｍｍに打ち抜き、終点検知用のプラグを作製した。
【００８７】
次に厚さ１ｍｍのＮＢＲゴムシート（引っ張り弾性率は１．３ＭＰａ、体積弾性率は表１に記載）と両面接着テープを積層させ、打ち抜きにより１３ｍｍ×５０ｍｍの開口部を有するクッション層を作成した。
【００８８】
最後にクッション層と研磨層の開口部の位置を合わせてから、該両面接着テープを介して接着し、プラグを固定して二層の積層研磨パッドとした。
【００８９】
この研磨パッドを研磨機（アプライドマテリアルズ製”ＭＩＲＲＡ”）の研磨定盤に取り付け評価を行った。
【００９０】
銅のディッシング評価用テストウエハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該積層研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、キャボット社製銅用スラリー（ｉ−Ｃｕｅ  ５００１）を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ2 面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。層間絶縁膜が露出した時の銅配線（１００μｍ幅）中央部のデッィシング深さは０．２５μｍであった。また、銅剥離評価用のテストウエハを研磨したところ層間絶縁膜からの銅の剥離が多数確認された。
【００９１】
銅のダスト・スクラッ評価用テストウエハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該積層パッドを研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、キャボット社製銅用スラリー（ｉ−Ｃｕｅ  ５００１）を３５ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ2面積あたり０．０３１ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。ダスト数は５９個とスクラッチは１５個と多かった。
【００９２】
【表１】
2006035367.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】この図は、本発明の開口部を有するクッション層の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１    クッション層
２    開口部
【図１】
2006035367.tif 000003