(57)【要約】【課題】半導体デバイス表面に解像度を増大させた微細加工を容易に行うことを可能にするために、半導体デバイスの表面の平坦化を向上させることのできる研磨用パッドを提供する。【解決手段】定盤に貼り付けて研磨対象物の研磨に使用する研磨用パッドにおいて、その表面に少なくとも二本以上の互いに交わらない曲線状の溝が形成されており、該曲線が閉曲線以外の曲線であることを特徴とする研磨用パッド；この研磨用パッドを回転する定盤上に貼り付け、前記定盤上方にて前記定盤の回転中心から偏倚して回転するホルダーにより研磨対象物をその表面を該研磨用パッドに対峙させた状態で保持すると共に、研磨剤を該研磨用パッド上に供給し、かつ該定盤及び該ホルダーを回転して、研磨対象物を研磨する方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤に貼り付けて研磨対象物の研磨に使用する研磨用パッドにおいて、その表面に少なくとも二本以上の互いに交わらない曲線状の溝が形成されており、該曲線が閉曲線以外の曲線であることを特徴とする研磨用パッド。
【請求項２】
該曲線状の溝が、各々、該研磨用パッドの外周の互いに異なる２点を結ぶ曲線状の溝であることを特徴とする請求項１記載の研磨用パッド。
【請求項３】
研磨用パッドが半径ｒの円形であり、各溝が曲率半径Ｒを有し、Ｒ／ｒ＝０．１〜１０である円弧状の溝であることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨用パッド。
【請求項４】
表面に形成された溝の少なくとも一本が直線状の溝であることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨用パッド。
【請求項５】
表面に形成された溝の少なくとも一本が放物線状の溝であることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨用パッド。
【請求項６】
表面に形成された溝が等間隔に配置されてなることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の研磨用パッド。
【請求項７】
研磨用パッドを回転する定盤上に貼り付け、前記定盤上方にて前記定盤の回転中心から偏倚して回転するホルダーにより研磨対象物をその表面を該研磨用パッドに対峙させた状態で保持すると共に、研磨剤を該研磨用パッド上に供給し、かつ該定盤及び該ホルダーを回転して、研磨対象物を研磨する方法において、該研磨用パッドとして請求項１〜６いずれか記載の研磨用パッドを使用することを特徴とする研磨方法。
【請求項８】
研磨対象物表面の主に金属よりなる層を研磨することを特徴とする請求項７記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子製造技術等に使用される化学的機械的研磨（ＣＭＰ）に使用される精密研磨用パッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハの表面を平坦化する技術のひとつに化学的機械的研磨（ＣＭＰ）がある。これは、回転する定盤に貼り付けられた研磨用パッドにウエハを押し付け、研磨剤スラリーを供給しながら上記研磨用パッドでウエハの表面を研磨するものである。
【０００３】
上記研磨用パッドの表面には、供給された研磨剤スラリーをパッド全体に均一に分散させたり、パッド上にできるだけ長い時間滞留させたり、あるいは研磨くずを効率的に排出する目的のため、貫通孔や格子状、あるいは同心円状等の溝が形成されるのが一般的である。また、特殊な例として渦巻き状（例えば、特許文献１参照）や放射状（例えば、特許文献２参照）放射状と他形状との組み合わせ（例えば、特許文献３、特許文献４参照）の例も提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
２００１−０１８１６３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開２００２−１４４２１９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】
特開２０００−１９８０６１号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】
特開２００１−１３８２１２号公報（特許請求の範囲）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体デバイスの製造における半導体のデバイスの表面が必ずしも平坦でないため、半導体デバイスの製造における微細加工の線幅が細くかつ複雑になるにつれ、半導体デバイスの表面に段差が生じるようになってきている。
上記段差の存在により、配線切れや局所的な抵抗値の増大をもたらしたり、耐圧劣化やリークの発生を招いたりすると言う問題が生じる。また、段差の存在により半導体露光装置の焦点深度が実質的に浅くなるため、歩留まり及び信頼性を向上するため解像度を増大させようとすると焦点深度がより浅くなり加工が困難になると言う問題を持っていた。
【０００６】
上記平坦性を向上させるためには、研磨剤スラリー及び研磨用パッドの選定や研磨条件の適正化が不可欠である。研磨用パッドの面から言えば、一般的には高弾性率な材質を適用することにより、より高い平坦化が実現すると言われている。しかし、パッドの高弾性率化は表面硬度の増大を引き起こし、研磨面の傷発生の要因となる。特に、デュアルダマシン法におけるＣｕ研磨のような、研磨面が主に柔らかく化学反応性の高い金属よりなる場合はこの問題は致命的となる。そのため、研磨用パッドの材質の許容範囲は非常に狭くなっていた。また、上記のような研磨用パッドへの高弾性率材質の適用は、該パッドのウエハのうねりやそりへの追随性を低下せしめ、ウエハレベルの不均一性を引き起こしていた。そのため、ウエハレベルの均一性を上げるために、下地に低弾性率の発泡体層等が必須となっており、研磨用パッド製作の工程が複雑になっていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、解像度を増大させた微細加工を容易に行うため半導体デバイスの平坦化向上を目指し、研磨用パッドの溝形状を種々検討し見出されたものである。
【０００８】
すなわち、本発明の第一は、定盤に貼り付けて研磨対象物の研磨に使用する研磨用パッドにおいて、その表面に少なくとも二本以上の互いに交わらない曲線状の溝が形成されており、該曲線が閉曲線以外の曲線であることを特徴とする研磨用パッドに関する。
【０００９】
本発明の第二は、研磨用パッドを回転する定盤上に貼り付け、前記定盤上方にて前記定盤の回転中心から偏倚して回転するホルダーにより研磨対象物をその表面を該研磨用パッドに対峙させた状態で保持すると共に、研磨剤を該研磨用パッド上に供給し、かつ該定盤及び該ホルダーを回転して、研磨対象物を研磨する方法において、該研磨用パッドとして上記の研磨用パッドを使用することを特徴とする研磨方法に関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の研磨用パッド表面に形成されている曲線状の溝は、互いに交わらない２本以上の閉曲線以外の曲線状であればその形状に特に制限はなく、例えば、円弧、放物線、楕円弧、双曲線、直線、直線と屈曲点をひとつ以上有する曲線、波形など複数の曲線終始点を有する曲線、これらの組み合わせ等が挙げられる。また、曲線状の溝は、研磨用パッドの表面内に両端があってもよく、一端が研磨用パッドの表面内、多端が研磨用パッドの外周まで至っていてもよく、また、両端が研磨用パッドの外周まで至っていてもよい。例えば、曲線状の溝が、各々、該研磨用パッドの外周の互いに異なる２点を結ぶ曲線状の溝であることが好ましい。
【００１１】
また特に、上記研磨用パッドが円形である場合、その半径をｒ、表面に形成された曲線状の溝の曲率半径をＲとしたとき、溝の形状は、Ｒ／ｒ＝０．１〜１０の中から選ばれる任意の曲率半径を有する円弧からなることが望ましい。また、その一部あるいは全部が直線からなっていても良い。好ましくは、Ｒ／ｒ＝２〜５、さらにより好ましくは２〜３から選ばれる任意の曲率半径を有する円弧からなることが好ましい。
【００１２】
表面に形成される溝の断面形状は、長方形、正方形等の矩形、半円形、楕円弧形、Ｖ字形、鳩尾形等、特に制限はない。曲線状の溝の開口部の幅は、０．１〜１０ｍｍが好ましく、０．３〜２ｍｍがより好ましく、溝の深さは０．３〜１．０ｍｍが好ましく、０．４〜０．９ｍｍがより好ましい。曲線状の溝の間隔は、１．０〜５０ｍｍが好ましく、１．５〜２０ｍｍがより好ましく、等間隔であっても、等間隔でなくてもよいが、通常、等間隔であることが好ましい。
【００１３】
本発明の、研磨用パッドの表面の曲線状の溝の形状についてその一例を図１に示す。なお、本発明はこの図に限定されるものではない。円形の研磨用パッドの表面に、研磨用パッド外周１の互いに異なる２点を結ぶ円弧状の溝２が、複数形成されている。全ての溝２は溝間隔を等しくする同心円の円弧状であり、いずれも、１ａで示される研磨用パッドの半径ｒと２ａで示される溝の曲率半径Ｒが、Ｒ／ｒ＝０．１〜１０の関係の範囲内にある。
【００１４】
使用する研磨用パッドの材質は、発泡あるいは均質なプラスチック系材料が広く使用できる。例えば、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ＡＳ（アクリロニトリル−スチレン共重合体）、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエンゴム−スチレン共重合体）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、４−メチルペンテン−１、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアセタール等の熱可塑性樹脂、ポリウレタン、エポキシ、不飽和ポリエステル、フェノール等の熱硬化性樹脂等、平板状に加工できる材質ならば制限されない。これらは、単一あるいは二種以上をアロイ化、あるいは張り合わせて使用しても良いし、さらに有機あるいは無機の繊維あるいは粒子状添加物を加えて使用しても良い。また、上記研磨用パッドと定盤の間に、研磨対象物のそりやうねりに対応するように、下地に低弾性率の不織布あるいは発泡体層をべつに接着あるいは形成して使用しても良い。
【００１５】
上記の研磨用パッドの材質の引張弾性率は、０．０１〜１００ＧＰａが好ましく、より好ましくは０．１〜１０ＧＰａである。引張弾性率が高ければ、平坦性は向上するが傷が発生しやすくなる。また、ウエハレベルの均一性を上げるためには、下地に低弾性層が必須となる。一方、反対に、弾性率が低くなれば、表面の硬度が低下し研磨速度が低下する。ここで、研磨用パッドの材質の引張弾性率は、ＪＩＳ  Ｋ  ７１１３に準拠し、１号試験片を用いて測定する。
研磨用パッドの厚さは、０．５〜３．０ｍｍが好ましく、０．９〜２．０ｍｍがより好ましい。研磨用パッドの表面は、必要に応じ、溝の形成前又は後に、ドレッシング処理してもよい。
【００１６】
研磨装置定盤への上記研磨用パッド固定は、両面接着テープ等の接着剤を研磨面の逆側に使用することができる。また、発泡ポリウレタンや不織布等からなる低弾性率のサブパッドを介してとりつけても良い。
【００１７】
以下、本発明の研磨対象物の研磨方法の一例として、基板の研磨方法について説明する。
研磨基板として、例えば、半導体チップ上のビアホールと配線溝とをドライエッチングで形成した層間絶縁膜上に、開口部と内壁を完全に覆うようにバリア膜、さらにその上にＣｕ膜を成長させて完全に開口部を埋め込んだ状態の基板が挙げられる。
【００１８】
本発明に使用するＣＭＰ研磨剤は特に定めないが、例えば、Ｃｕ用研磨剤として、添加剤と防食剤を水に分散させ、さらに金属の酸化剤を添加した研磨剤が挙げられる。
上記添加剤とは、例えば、ｐＨを調整し金属及び金属酸化物を水溶性のイオンへと変化せしめる金属溶解剤、及び水溶性ポリマー等が挙げられる。
【００１９】
金属溶解剤は、水溶性のものであれば特に制限はないが、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、吉草酸、２−メチル酪酸、ｎ−ヘキサン酸、３，３−ジメチル酪酸、２−エチル酪酸、４−メチルペンタン酸、ｎ−ヘプタン酸、２−メチルヘキサン酸、ｎ−オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸等の有機酸、これらの有機酸エステル及びこれら有機酸のアンモニウム塩等が挙げられる。また、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸、これら無機酸のアンモニウム塩類、例えば過硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム等、クロム酸等、及びアンモニア等が挙げられる。
【００２０】
水溶性ポリマーとしては、例えばアルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロース、寒天、カードラン及びプルラン等の多糖類；ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ（ｐ−スチレンカルボン酸）、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、アミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩及びポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸、ポリカルボン酸エステル及びそれらの塩；ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン及びポリアクロレイン等のビニル系ポリマー等が挙げられる。ただし、適用する基体が半導体集積回路用シリコン基板などの場合は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物等による汚染は望ましくないため、酸若しくはそのアンモニウム塩が望ましい。水溶性ポリマーの重量平均分子量は、５００以上とすることが好ましく、１５００以上とすることがより好ましく、５０００以上とすることが特に好ましい。重量平均分子量の上限は特に規定するものではないが、溶解性の観点から５００万以下とすることが好ましい。重量平均分子量が５００未満では高い研磨速度が発現しない傾向がある。
【００２１】
本発明に使用できる防食剤としては特に制限はないが、例えばピリミジン、１，２，４−トリアゾロ［１，５−ａ］ピリミジン、１，３，６，７，８−ヘキサハイドロ−２Ｈ−ピリミド［１，２−ａ］ピリミジン、１，３−ジフェニル−ピリミジン−２，４，６−トリオン、１，４，５，６−テトラハイドロピリミジン、２，４，５，６−テトラアミノピリミジンサルフェイト、２，４，５−トリハイドロキシピリミジン、２，４，６−トリアミノピリミジン、２，４，６−トリクロロピリミジン、２，４，６−トリメトキシピリミジン、２，４，６−トリフェニルピリミジン、２，４−ジアミノ−６−ヒドロキシピリミジン、２，４−ジアミノピリミジン、２−アセトアミドピリミジン、２−アミノピリミジン、２−メチル−５，７−ジフェニル−（１，２，４）トリアゾロ（１，５−ａ）ピリミジン、２−メチルサルファニル−５，７−ジフェニル−（１，２，４）トリアゾロ（１，５−ａ）ピリミジン、２−メチルサルファニル−５，７−ジフェニル−４，７−ジヒドロ−（１，２，４）トリアゾロ（１，５−ａ）ピリミジン、４−アミノピラゾロ［３，４−ｄ］ピリミジン等のピリジン類、２−メルカプトベンゾチアゾール、１，２，３−トリアゾール、１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１Ｈ−１，２，４−トリアゾール、ベンゾトリアゾール、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール、１−ジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾール、２，３−ジカルボキシプロピルベンゾトリアゾール、４−ヒドロキシベンゾトリアゾール、４−カルボキシ（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾール、４−カルボキシ（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾールメチルエステル、４−カルボキシ（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾールブチルエステル、４−カルボキシ（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾールオクチルエステル、５−ヘキシルベンゾトリアゾール、［１，２，３−ベンゾトリアゾリル−１−メチル］［１，２，４−トリアゾリル−１−メチル］［２−エチルヘキシル］アミン、トリルトリアゾール、ナフトトリアゾール、ビス［（１−ベンゾトリアゾリル）メチル］ホスホン酸等のトリアゾール類が挙げられる。これらは、２種以上を併用してもよい。
【００２２】
本発明に用いられる金属の酸化剤としては、過酸化水素、硝酸、過ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸及びオゾン水から選ばれる少なくとも１種の化合物が挙げられる。上記の酸化性物質としては、過酸化水素が金属成分を含まず、かつ強酸ではないため最も好ましい。
金属の酸化剤の配合量は、酸化剤、金属溶解剤、金属防食剤、水溶性ポリマー及び水の総量１００ｇに対して０．１〜５０ｇとすることが好ましく、０．２〜４０ｇとすることがより好ましく、０．３〜３０ｇとすることが特に好ましい。配合量が０．１ｇ未満では、金属の酸化が不十分で研磨速度が低く、５０ｇを超えると、研磨面に荒れが生じる傾向がある。
【００２３】
溶解剤成分の配合量は、金属の酸化剤、金属溶解剤、金属防食剤、水溶性ポリマー及び水の総量１００ｇに対して０．００１〜１０ｇとすることが好ましく、０．０１〜８ｇとすることがより好ましく、０．０２〜５ｇとすることが特に好ましい。この配合量が０．００１ｇ未満になると研磨カスが増加する傾向があり、１０ｇを超えると、エッチングの抑制が困難となる傾向がある。
金属防食剤の配合量は、金属の酸化剤、金属溶解剤、金属防食剤、水溶性ポリマー及び水の総量１００ｇに対して０．００１〜１０ｇとすることが好ましく、０．０１〜８ｇとすることがより好ましく、０．０２〜５ｇとすることが特に好ましい。この配合量が０．００１未満では、エッチングの抑制が困難となる傾向があり、１０ｇを超えると研磨速度が低くなってしまう傾向がある。
【００２４】
水溶性ポリマーの配合量は、金属の酸化剤、金属溶解剤、金属防食剤、水溶性ポリマー及び水の総量１００ｇに対して０〜１０ｇとすることが好ましく、０．０１〜８ｇとすることがより好ましく、０．０２〜５ｇとすることが特に好ましい。この配合量が１０ｇを超えると、研磨速度が低下する傾向がある。
また、本発明に使用するＣＭＰ研磨剤は、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア及びゲルマニア等の砥粒を含んでいても良い。砥粒を使用する場合、コロイダルシリカ粒子あるいはアルミナ粒子が、特に好ましい。また、砥粒粒子含有量は、０．１〜２０重量％のものが望ましい。該砥粒粒子はその製造方法を限定するものではないが、その平均径が、０．０１〜１μｍであることが好ましい。平均粒径が０．０１μｍ以下では研磨速度が小さくなりすぎ、１．０μｍを超えると傷になりやすい。
また、本発明に使用する研磨液には、上述した材料のほかに有機溶剤、界面活性剤、ビクトリアピュアブルー等の染料、フタロシアニングリーン等の含量等の着色剤を含有させてもよい。
【００２５】
本発明の研磨用パッドは、上記の絶縁層の複合開口部を埋め込んでなる主にＣｕ、Ｔａ、ＴａＮやＡｌ等の金属を含む膜だけでなく、所定の配線板に形成された酸化珪素膜、ガラス、窒化珪素等の無機絶縁膜、ポリシリコンを主として含む膜、フォトマスク・レンズ・プリズムなどの光学ガラス、ＩＴＯなどの無機導電膜、ガラス及び結晶質材料で構成される光集積回路・光スイッチング素子・光導波路・光ファイバーの端面、シンチレータ等の光学用単結晶、固体レーザ単結晶、青色レーザＬＥＤ用サファイア基板、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓ等の半導体単結晶、磁気ディスク用ガラスあるいはアルミ基板、磁気ヘッド等を研磨することができる。
【００２６】
研磨する装置に特に制限はないが、一例として、半導体基板を保持するホルダーと研磨用パッドを貼り付けた（回転数が変更可能なモータ等を取り付けてある）定盤を有する一般的な研磨装置がある。研磨条件に、特に制限はないが、研磨対象に応じて最適化を図ることが望ましい。研磨している間、研磨用パッドに研磨剤をポンプ等で連続的に供給する。この供給量には制限はないが、研磨用パッドの表面が常に研磨剤で覆われていることが好ましい。半導体基板研磨によるパッドの磨耗は、ドレッシングを行うことにより再生される。
研磨終了後の半導体基板は、流水中でよく水洗後、スピンドライア等を用いて半導体基板上に付着した水滴を払い落としてから乾燥させることが望ましい。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例及びその比較例によって本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１〜４
表１に研磨用パッドに使用した発泡及び非発泡ポリウレタン材質の硬度及び弾性率を示す。実施例１と比較例１、実施例２と比較例２、実施例３と比較例３、実施例４と比較例４においては、各々、同じ材料を用いて研磨用パッドを作製した。溝は、それぞれ厚さ２ｍｍ、直径３８０ｍｍの円形の研磨用パッド上に、幅０．５ｍｍ、深さ０．４ｍｍ、溝の断面形状：長方形、ピッチ１．５ｍｍで図１に示すような円弧状に形成した（溝は７本おきに図示した。）。円弧の曲率半径Ｒは、研磨用パッドの半径をｒとすると、Ｒ／ｒ＝２〜３からえらばれた。研磨用パッドの材質の硬度は、高分子計器（株）製デュロメータＤ型を用いて、ＪＩＳ  Ｋ  ７２０３に記載の硬質プラスチックの試験法により２５℃で測定し、５回測定して平均値を求めた。
【００２８】
比較例１〜４
比較例として、上記パッドと同じ材質について、最も一般的な形状である格子状溝を形成した。その溝の幅は２ｍｍ、深さは０．６ｍｍ、溝の断面形状：長方形、ピッチは１５ｍｍとした。
【００２９】
なお、実施例１−３、比較例１−３で用いた非発泡ポリウレタンパッドは、以下の手順にて作成した。モノマーとしてのＨＥＩ−ＣＡＳＴ３５４５Ａ（（株）エッチアンドケー製、ポリオール）と３４００Ｃ（（株）エッチアンドケー製、可塑剤）とをホモミキサーで混合した。さらにＨＥＩ−ＣＡＳＴ３５４５Ｂ（（株）エッチアンドケー製、イソシアネート）を加えホモミキサーで素早く撹拌分散し、減圧下において脱泡を行なった。原料成分の混合割合ＨＥＩ−ＣＡＳＴ３５４５Ａ：３４００Ｃ：３５４５Ｂは、重量比で、実施例１及び比較例１は、９０：１０：１０８、実施例２及び比較例２は、８０：２０：９６、実施例３及び比較例３は、７０：３０：８４で混合した。混合物を厚み２ｍｍ、６５０ｃｍ角のシートを成形できる金型に流し込み、８０℃で１時間加熱し硬化させた。一方、実施例４及び比較例４では、市販の発泡ポリウレタンパッド（（株）ロデール社製、商品名ＩＣ１０００）を用いた。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
上記パッドを研磨装置の定盤に取り付け、＃７０番手のダイヤモンド砥石をつけたφ１７８ｍｍ、重さ３．２ｋｇ、接触面積２７．５ｃｍ２のリング状ドレッサーを用い、３０分間表面を粗した。定盤及びドレッサーの回転速度は、それぞれ５０ｒｐｍで、定盤及びドレッサーの回転中心は１１０ｍｍ偏倚しており、回転方向は両者とも反時計回りである。その後、以下に示す研磨剤を使用して、以下に示す配線なしあるいは配線を形成したシリコンウエハ基板を研磨し、研磨速度、研磨傷、及び平坦性の指標としてディッシングを測定した。
【００３２】
（基板の研磨）
半径１９０ｍｍの定盤を備えた小型研磨装置を用い研磨を行った。ウエハ基板取り付け用の吸着パッドを貼り付けたホルダーに上記ウエハをセットし、加工面を下にして研磨装置の定盤上に取り付けた研磨用パッド上にセットする。下記研磨剤を１５ｃｃ／ｍｉｎで供給しながら研磨した。定盤及びホルダーの回転速度は、それぞれ５０ｒｐｍで、定盤及びホルダーの回転中心は１１０ｍｍ偏倚しており、回転方向は両者とも反時計回りである。このときの加工荷重は４×１０４Ｐａとした。
【００３３】
（研磨剤）
銅用の研磨液として、砥粒フリー研磨液（日立化成工業（株）製  ＨＳ−Ｃ４３０スラリー）を使用した。使用時には、体積比で研磨液：過酸化水素水＝７：３で混合した。
【００３４】
（研磨速度の評価）
厚さ１μｍの銅膜を形成した配線形成のない二酸化シリコン膜層付きシリコン基板（直径１２７ｍｍ、厚さ０．７８ｍｍ）を用い、２分間研磨を行った。研磨前後の銅膜厚を、ナプソン（株）製Ｍｏｄｅｌ  ＲＴ−７を用いてシート抵抗値を測定し、抵抗率から膜厚を計算し、ＣＭＰ前後での膜厚差を求め計算した。
【００３５】
（研磨傷の評価）
研磨速度の評価を行った基板を用い、目視で傷の評価を行った。
【００３６】
（ディッシング量）
厚さ０．７８ｍｍ、直径１２７ｍｍのシリコン基板上の厚さ２．２μｍの二酸化シリコン膜中に深さ０．５μｍの溝を形成して、公知のスパッタ法によってバリア層として厚さ０．１μｍの窒化タンタル膜を形成し、同様にスパッタ法により厚さ１．５μｍの銅膜を形成して公知の熱処理によって埋め込んだシリコン基板を基板として用いて銅膜の研磨とバリア層の研磨とからなる２段研磨を行い、触針式段差計（Ｖｅｅｃｏ／Ｓｌｏａｎ社製Ｄｅｋｔａｔ３０３０）で配線金属部（銅）幅１００μｍ、絶縁膜（二酸化シリコン）部幅１００μｍが交互に並んだストライプ状パターン部の表面形状から、絶縁膜部に対する配線金属部の膜減り量を測定した。
【００３７】
実施例及び比較例の研磨用パッドを用いて、加工荷重４×１０４Ｐａで研磨し評価した結果を表２に示す。実施例と比較例は、材質は同様で、溝形状のみ異なる。円弧状溝を形成した実施例では研磨面に傷の発生は認められず、ディッシングはいずれも同じ材質を使用し格子状溝を形成した比較例に比べ、低いレベルに抑えられている。また、格子状溝を形成した比較例の研磨用パッドの場合、弾性率が高くなるほどディッシングが小さくなる傾向にあるが、検討した中で最も高弾性率である比較例３では、研磨面に傷が多量に発生し、ディッシングの測定が不可能であった。
【００３８】
【表２】
2004345014.tif 000004
【００３９】
以上の検討から、本発明による特徴ある溝を形成した研磨用パッドを使用すれば、低弾性率域では、同じ弾性率あるいは硬度を有する材質を用いても通常の溝形状のものに比べディッシングをおさえ平坦性を向上することができる。また、高弾性率域では、研磨傷が発生しにくい。このため、通常の溝を形成したものよりも、研磨用パッド材質の適用領域が広くなる。また、低弾性域の材質を使用すれば、アンダーパッドが不必要となる。
【００４０】
以下に、高弾性率でかつ本発明における溝を形成された研磨用パッドの例を示す。
実施例５
ポリ−ｐ−フェニレンテレフタルアミド繊維（デュポン製「ケブラー」、繊維径１２．５μｍ、繊維長３ｍｍ）、マトリックス樹脂としてＡＢＳ樹脂ペレットを押し出し成型機にて溶融混合し、タブレット化する。ここで、ポリ−ｐ−フェニレンテレフタルアミド繊維含有率は、１０重量％になるように調整した。タブレットを大型乾燥機にて１２０℃、５ｈ乾燥した後、押し出し成型及びロールを用いて、厚さ１．２ｍｍ、幅１ｍのシート状成形品を作成した。この繊維含有樹脂シートの引張弾性率は、２．４５ＧＰａであった。
このシート状成型物に実施例１と同様の溝を形成した後、円形に切り出た。さらに、前記加工面の反対側に両面接着テープをはりつけ研磨用パッドとした。
【００４１】
実施例６
パラ系アラミド繊維チョップ（繊維径：１２．５μｍ、繊維長：５ｍｍ、帝人製「テクノーラ」）と、メタ系パラ系アラミド繊維チョップ（繊維径：２５μｍ、繊維長：６ｍｍ、帝人製「コーネックス」）を混抄し、水溶性エポキシ樹脂バインダ（大日本インキ化学（株）製、「Ｖコート」）の２０重量％水溶液をスプレーした後１５０℃、３分間加熱乾燥した。その結果、７０ｇ／ｍ２の不織布を得た。この不織布を３００℃、線圧力１９６ｋＮ／ｍの熱ロール間に通して、加熱圧縮した。
【００４２】
上記不織布に、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェル（株）製、ＥＰ−８２８ＳＫ）、１００重量部に対し、ジシアンジアミドを２０重量部、２−エチル−４−メチルイミダゾール０．１重量部、メチルエチルケトンを４０重量部加えたワニスを含浸した。含浸後、不織布を１７０℃、５分間乾燥しプリプレグとした。前記プリプレグの樹脂付着量は、５０重量％、厚さ０．１ｍｍに調整した。
【００４３】
上記プリプレグを１５枚重ね、上下に離型フィルム（ポリプロピレン、５０μｍ厚）を配置、鏡面板にはさむ。厚さ１０ｍｍクッション紙を介してプレス熱盤間で加熱加圧成形する。ここで、成形条件は、１７５℃、４００ｋＰａ、１２０分間とした。結果、厚さ１．５ｍｍの積層板を得た。積層板の引張弾性率は６．７ＧＰａであった。これを、円形に切り出し、表面を、＃７０のダイヤモンド砥石を用いて実施例１〜４比較例１〜４と同様にして表面を削り込んだ後、実施例１と同様の溝を加工した。
【００４４】
上記実施例５及び６に示される高弾性率パッドを用い、研磨液として、砥粒フリー研磨液（日立化成工業（株）製  ＨＳ−Ｃ４３０スラリー）及びこれに二次粒子の平均径が３５ｎｍのコロイダルシリカを加え０．３７重量％に調整した砥粒入り研磨液を使用したほかは、実施例１〜４及び比較例１〜４と同様にして研磨を行った。研磨液は、使用時に、体積比で研磨液：過酸化水素水＝７：３で混合した。表３にその結果を示す。
【００４５】
【表３】
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【００４６】
実施例５及び６から、比較例とくらべはるかに高弾性率なパッドでも、本発明による溝を表面に形成することにより傷の発生がおさえられかつディッシングを小さくすることが可能であることがわかる。
【００４７】
実施例７
図２に示す複数の直線状溝３（溝は１０本おきに図示した）を形成した他は、実施例４と同様にして研磨パッドを作成した。ここで、直線状溝３は、パッドの中心と外周１とを結ぶ一本の直線（以下、中心線４とよぶ）を選び、それと中心点で直角に交差するように形成した。得られた研磨用パッドを用いて、実施例１〜４及び比較例１〜４と同様にして研磨を行った。結果を表４に示す。
【００４８】
実施例８
図３に示す一本の直線状溝３及び複数の楕円弧状溝５（溝は７本おきに図示した）を形成した他は、実施例４と同様にして研磨用パッドを作成した。直線状溝３は、中心線４とパッドの中心点で直角に交差するように形成した。楕円弧状溝５は、中心線４と直角に交わる直線上に楕円の焦点をおいて作成した。ここで、ピッチとは中心線４上における溝間隔のことである。得られた研磨用パッドを用いて、実施例１〜４及び比較例１〜４と同様にして研磨を行った。結果を表４に示す。
【００４９】
実施例９
図４に示す複数の放物線状溝６（溝は７本おきに図示した）を形成した他は、実施例４と同様にして研磨用パッドを作成した。溝は中心線４上に各放物線状溝６のそれぞれの放物線の焦点及び準線をおいた。ここで、ピッチとは、中心線４上における溝間隔のことである。得られた研磨用パッドを用いて、実施例１〜４及び比較例１〜４と同様にして研磨を行った。結果を表４に示す。
【００５０】
【表４】
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直線状溝のみ、直線状溝及び楕円弧状溝、放物線状溝を形成した場合でも、実施例１〜４に示される円弧状溝を形成した場合と同様に、平坦性に優れた研磨を行なうことができた。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の溝を形成したＣＭＰ用研磨用パッドを使用すれば、従来溝を形成したパッドに比べ、低弾性率低硬度パッドであっても平坦化が行える。また、反対に高弾性率高硬度パッドであっても、傷の発生をみない。その結果、研磨用パッド材質の採用領域が広くなる、あるいはアンダーパッドが不要で、といった効果が得られる。
本発明のＣＭＰ用研磨用パッドを用いた研磨方法をとれば、層間絶縁膜、ＢＰＳＧ、シャロー・トレンチ分離、金属薄膜の研磨及び平坦化が効果的に行うことができ、微細配線化、高多層化が容易に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研磨用パッドの一態様を示す平面図。
【図２】本発明の研磨用パッドの他の一態様を示す平面図。
【図３】本発明の研磨用パッドの他の一態様を示す平面図。
【図４】本発明の研磨用パッドの他の一態様を示す平面図。
【符号の説明】
１  研磨用パッド外周
１ａ  研磨用パッドの半径；ｒ
２  溝
２ａ  溝の曲率半径のひとつ；Ｒ
３  直線状溝
４  中心線
５  楕円弧状溝
６  放物線状溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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