(57)【要約】【課題】平坦性に優れ、かつ被研磨面の状態を良好にして研磨を行なうことができる半導体基板の研磨用パッド、それを用いた半導体基板の研磨方法、および半導体基板の研磨用パッドの製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板の研磨用パッドは、半導体基板の被研磨面を研磨するための研磨面３であって、凹凸形状に形成された研磨面３を有する非水溶性樹脂２と、非水溶性樹脂２の研磨面３に沿って吸着された無機物微粒子５とを備える。【選択図】        図２
2004247449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の被研磨面を研磨するための表面であって、凹凸形状に形成された前記表面を有する樹脂部材と、
前記樹脂部材の前記表面に沿って吸着された無機物微粒子とを備える、半導体基板の研磨用パッド。
【請求項２】
前記無機物微粒子は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウムおよび酸化マンガンからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求項１に記載の半導体基板の研磨用パッド。
【請求項３】
前記無機物微粒子の平均粒径Ｒは、５ｎｍ≦Ｒ≦５０ｎｍの関係を満たす、請求項１または２に記載の半導体基板の研磨用パッド。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体基板の研磨用パッドを用いた半導体基板の研磨方法であって、
前記表面と半導体基板の被研磨面とを接触させる工程と、
前記表面と半導体基板の被研磨面とが接触する部分に砥粒を含むスラリーを供給するとともに、前記表面と半導体基板の被研磨面とを相対的に移動させる工程とを備える、半導体基板の研磨方法。
【請求項５】
表面を有する樹脂部材を、ドレッシング装置にセッティングする工程と、
前記ドレッシング装置により前記表面をドレッシングすることによって、前記表面に凹凸形状を形成するとともに、前記表面上に無機物微粒子を供給することによって、前記無機物微粒子を前記表面に沿って吸着させる工程とを備える、半導体基板の研磨用パッドの製造方法。
【請求項６】
前記無機物微粒子を吸着させる工程は、前記表面上に酸化剤およびラジカル発生剤の少なくとも一方を供給する工程を含む、請求項５に記載の半導体基板の研磨用パッドの製造方法。
【請求項７】
前記無機物微粒子を吸着させる工程は、前記表面に向けて光を照射する工程を含む、請求項５または６に記載の半導体基板の研磨用パッドの製造方法。
【請求項８】
前記無機物微粒子を吸着させる工程の後、前記表面を洗浄する工程をさらに備える、請求項５から７のいずれか１項に記載の半導体基板の研磨用パッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般的には、半導体基板の研磨用パッド、それを用いた半導体基板の研磨方法、および半導体基板の研磨用パッドの製造方法に関し、より特定的には、化学的機械研磨法（ＣＭＰ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）に使用される半導体基板の研磨用パッド、それを用いた半導体基板の研磨方法、および半導体基板の研磨用パッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体基板の研磨用パッドが、たとえば、特開２０００−１１７６１６号公報（特許文献１）、および特開２００１−７７０６０号公報（特許文献２）に開示されている。
【０００３】
特許文献１によれば、ウエハの表面を研磨する砥石は、砥粒と、これらの砥粒を保持するための物質とから構成されている。砥粒としては、二酸化ケイ素または酸化セリウムなどが使用されており、砥粒を保持するための物質としては、有機樹脂が使用されている。砥石を構成する砥粒と砥粒を保持するための樹脂とは、均一に混合されている。
【０００４】
また、特許文献２に開示されている半導体装置の製造方法によれば、スラリーを回転する研磨パッドに供給しつつ、ウエーハの被研磨面と研磨パッドとを接触させる。スラリーは、砥粒としてのコロイダルシリカを分散させた無機系アルカリ水溶液に、粘度を可変とする添加剤としての水溶性高分子を添加したものである。その後、さらに研磨パッドに粘度調整剤を供給する。これにより、スラリーに含まれる水溶性高分子がゲル化し、スラリーが滑らかな状態から粘りのある状態に変化する。そして、研磨パッドの表層部は、スラリーがゲル化することによって所定の硬度に硬質化する。これにより、ディッシングおよびスクラッチがウエーハの被研磨面に発生することを抑制できる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１１７６１６号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−７７０６０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されている砥石は、砥石全体に砥粒を含んで構成されている。このため、砥石の硬度が高くなり、砥石が十分な柔軟性を得ることができない。これにより、ウエハの表面のうねりに沿った研磨を行なうことができなかったり、研磨されたウエハの表面に多数のスクラッチが形成されるという問題が発生する。
【０００８】
また、特許文献２に開示されている半導体装置の製造方法では、研磨時の条件によって研磨パッドの表面における温度などが逐次変化する。このため、スラリーをゲル化する反応を再現性良く行なうことができない。これにより、ウエーハの被研磨面に所望の研磨が行なえないという問題が発生する。また、スラリーをゲル化するため、使用できるスラリーの種類も限定される。このため、様々な研磨条件にあったスラリーを状況に応じて選択できないという問題が発生する。
【０００９】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、平坦性に優れ、かつ被研磨面の状態を良好にして研磨を行なうことができる半導体基板の研磨用パッド、それを用いた半導体基板の研磨方法、および半導体基板の研磨用パッドの製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った半導体基板の研磨用パッドは、半導体基板の被研磨面を研磨するための表面であって、凹凸形状に形成された表面を有する樹脂部材と、樹脂部材の表面に沿って吸着された無機物微粒子とを備える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
近年、半導体装置の製造プロセスでは、半導体素子の高集積化および高速化を達成するために、配線材料に低抵抗な銅が適用されている。また、絶縁体膜として現在使用されている酸化膜にかえて、低誘電率材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）を適用することが検討されている。
【００１２】
また、半導体装置の製造プロセスでは、ダマシン法と呼ばれる方法によって配線形成が行なわれる。この方法による配線形成では、まずドライエッチングにより、半導体基板上の絶縁体膜に配線パターンとなる溝を形成する。続いて、スパッタリング法または電気メッキ法などにより、その溝を充填するように絶縁体膜上に銅を成膜する。その後、化学的機械研磨法により、絶縁体膜の頂面が露出するまで銅を除去することによって、溝の内部のみに銅を残存させる。これにより、溝の内部に銅からなる配線を形成する。
【００１３】
また、上述の化学的機械研磨法では、被研磨物である銅が成膜された半導体基板を研磨装置のヘッドに吸着することによって固定する。そして、適当な荷重をかけた状態で研磨パッドと半導体基板とを接触させる。さらに、その接触部分にスラリーと呼ばれる研磨液を供給するとともに、研磨パッドおよび半導体基板の両者を回転させることによって、半導体基板の表面の研磨を行なう。
【００１４】
スラリーとしては、メカニカル作用を有する砥粒と、銅を溶解または錯体化するケミカル作用を有する成分を含有したものとを用いる。これにより、スクラッチなどの欠陥を抑制しつつ、軟らかく腐食性の高い銅の研磨を行なうことができる。
【００１５】
しかし、半導体基板上の絶縁体膜に低誘電率材料を用いる場合、誘電率の低下とともに絶縁体膜の強度が低下してしまう。このため、化学的機械研磨法によって半導体基板を研磨した場合、絶縁体膜に剥離またはスクラッチなどのダメージが発生しやすいという問題が生じる。発明者等は、このようなダメージが発生する主な原因が、研磨パッドと半導体基板の表面との摩擦力が大きいためであることを知見した。
【００１６】
研磨パッドと半導体基板の表面との摩擦力を低減させる方法としては、スラリーに界面活性剤などを添加する方法、またはスラリー中の砥粒含有量を増加させる方法が考えられる。しかし、スラリーに界面活性剤を添加する方法の場合、研磨速度が低下するという問題が発生する。また、スラリー中の砥粒含有量を増加させた場合、砥粒が凝集しやすくなるため、所望の研磨を行なうことができないという問題が発生する。そこで、発明者等は、これらの問題を解決した本発明を完成させるに至った。
【００１７】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（実施の形態）
図１は、この発明の実施の形態における研磨用パッドを示す斜視図である。図１を参照して、半導体基板の研磨用パッド１は、定盤４と、定盤４上に設けられ、研磨面３を有する非水溶性樹脂２と、研磨面３の表面に吸着された図示しない無機物微粒子５とを備える。
【００１８】
定盤４は、１ｍほどの直径を有する円盤形状に形成されている。定盤４の一方の端面には、定盤４と同一の直径で形成され、数ｍｍほどの厚みを有する非水溶性樹脂２が貼り合わされている。非水溶性樹脂２は、定盤４に貼り合わされた面とは反対側に位置する研磨面３を有する。研磨用パッド１を用いて半導体基板の研磨を行なう場合、研磨面３と被研磨面とが向い合うように位置決めされて研磨が行なわれる。
【００１９】
非水溶性樹脂２は、発泡ポリウレタンから形成されている。非水溶性樹脂２は、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリビニルブチラール、アクリロニトリル−アクリル酸エステル−スチレン（ＡＡＳ）樹脂、アクリロニトリル−エチレン−スチレン（ＡＥＳ）樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、スチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン、セルロース系樹脂（繊維素誘導体）、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、アセタール樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂またはポリエステル樹脂から形成されていても良い。
【００２０】
非水溶性樹脂２は、これらの樹脂の誘導体または混合物から形成されていても良い。非水溶性樹脂２には、柔軟剤または酸化防止剤などの添加物が適宜含まれていても良い。
【００２１】
研磨時に使用するスラリーを十分に含ませるため、非水溶性樹脂２は、緻密な膜状、多孔質状または繊維質状に形成されていても良い。また、同様の理由から、研磨面３に微細な溝または孔が形成されていても良い。非水溶性樹脂２が多孔質状に形成されている場合、非水溶性樹脂２にはたとえば直径数μｍから数十μｍほどの孔が形成される。
【００２２】
非水溶性樹脂２は、研磨時に半導体基板の被研磨面に十分な圧力を伝達することができ、なおかつ研磨時にかかる摩擦力によって崩れない程度の強度を有する。半導体基板の研磨は、低圧力下で摩擦力を小さくして行なわれるため、非水溶性樹脂２が有する強度は比較的小さくて良い。この強度を定量化することは困難であるが、たとえば非水溶性樹脂２の含水率によって表わすことができる。
【００２３】
つまり、非水溶性樹脂２は、非水溶性樹脂２の質量に対して０を超え８０％以下の含水率を有する。非水溶性樹脂２の含水率が上述の範囲内にある場合、研磨時に半導体基板の被研磨面に十分な圧力を伝達することができ、なおかつ研磨時にかかる摩擦力によって崩れることもない。このため、半導体基板に所望の研磨を行なうことができる。
【００２４】
図２は、図１中の非水溶性樹脂の研磨面を拡大した断面図である。図２を参照して、非水溶性樹脂２の研磨面３は、微細な凹凸形状に形成されている。つまり、非水溶性樹脂２の研磨面３は、微視的に見た場合に平坦に形成されていない。非水溶性樹脂２には、凹凸形状に形成された研磨面３に沿って多数の無機物微粒子５が吸着されている。無機物微粒子５は、研磨面３とのラジカル反応による結合、研磨面３の表面と無機物微粒子５の表面とに存在する電荷のクーロン力による結合、または研磨面３との疎水結合などによって研磨面３に沿って吸着されている。
【００２５】
無機物微粒子５は、シリカ（二酸化ケイ素）の微粒子から形成されている。無機物微粒子５は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の平均粒径を有する。無機物微粒子５は、アルミナ（酸化アルミニウム）、酸化セリウムまたは酸化マンガンなどの微粒子から形成されていても良い。また、無機物微粒子５が純組成の無機酸化物である場合のみならず、たとえば主成分である二酸化ケイ素に対してアルミニウムが含まれる場合もある。無機物微粒子５の表面に、所定の材料がコーティングされていても良い。
【００２６】
この発明の実施の形態に従った半導体基板の研磨用パッド１は、半導体基板の被研磨面を研磨するための表面としての研磨面３であって、凹凸形状に形成された研磨面３を有する樹脂部材としての非水溶性樹脂２と、非水溶性樹脂２の研磨面３に沿って吸着された無機物微粒子５とを備える。無機物微粒子５の平均粒径Ｒは、５ｎｍ≦Ｒ≦５０ｎｍの関係を満たす。
【００２７】
無機物微粒子５を非水溶性樹脂２の研磨面３に吸着させることによって、研磨用パッド１を製造する方法は各種考えられるが、ドレッシング装置を用いることによって研磨用パッド１を簡易に製造することができる。図３は、図１中の研磨用パッドを製造するためのドレッシング装置を示す斜視図である。研磨用パッド１の製造方法について説明するため、まずこのドレッシング装置の構造について説明する。
【００２８】
図３を参照して、ドレッシング装置には図１中に示す非水溶性樹脂２および定盤４がセッティングされている。定盤４の他方の端面には回転軸１１が接続されている。回転軸１１は、図示しないモーターに接続されており、モーターを駆動させることによって回転軸１１を介して定盤４および非水溶性樹脂２を回転させることができる。
【００２９】
非水溶性樹脂２の研磨面３上には、円盤形状のダイヤモンドドレッサー１３が設けられている。ダイヤモンドドレッサー１３の研磨面１３ａが、非水溶性樹脂２の研磨面３に向い合っている。研磨面１３ａの反対側に位置するダイヤモンドドレッサー１３の端面には回転軸１２が接続されている。回転軸１２は、図示しないモーターに接続されており、モーターを駆動させることによって回転軸１２を介してダイヤモンドドレッサー１３を回転させることができる。
【００３０】
非水溶性樹脂２の研磨面３上には、研磨面３から離れた位置に吐出口を有するシリカ水溶液供給ノズル１４が設けられている。
【００３１】
続いて、図３中に示すドレッシング装置を用いた半導体基板の研磨用パッドの製造方法について説明する。図３を参照して、まず非水溶性樹脂２を定盤４の端面に貼り合わせた状態にセッティングしておく。この時、非水溶性樹脂２の研磨面３には、いまだ無機物微粒子５が吸着されていない。また、大きな凹凸形状を取り除くため、研磨面３には平面出し（シーズニング）が行なわれている。
【００３２】
図示しないモーターを駆動させることによって、非水溶性樹脂２およびダイヤモンドドレッサー１３を所定の方向に回転させた状態で、ダイヤモンドドレッサー１３の研磨面１３ａと非水溶性樹脂２の研磨面３とを接触させる。一方、シリカ水溶液供給ノズル１４からシリカ水溶液を研磨面３に向けて吐出する。非水溶性樹脂２は回転しているため、シリカ水溶液はダイヤモンドドレッサー１３の研磨面１３ａと非水溶性樹脂２の研磨面３との接触面にも行き渡る。
【００３３】
その後、シリカ水溶液に含まれるシリカの存在下において、ダイヤモンドドレッサー１３によって非水溶性樹脂２の研磨面３をドレッシングする。ドレッシングによって非水溶性樹脂２の研磨面３には新しく露出した面が凹凸形状に形成される。この新しく露出した直後の研磨面３は、シリカ水溶液に含まれるシリカと結合しやすい状態にあることが分かっている。これは、研磨面３に、ラジカルなどの活性種が発生していたり、分子が配向して安定する前の不安定な状態になっているからだと考えられる。このため、シリカ水溶液に含まれるシリカ（無機物微粒子５）を次々と非水溶性樹脂２の研磨面３に吸着させることができる。
【００３４】
シリカ水溶液に含まれるシリカの濃度は、高濃度であることが好ましい。より具体的に言うと、シリカ水溶液に含まれるシリカの濃度は、１質量％以上であることが好ましく、１０質量％以上であることがさらに好ましい。シリカの濃度が１０質量％よりも小さい場合、非水溶性樹脂２の研磨面３に効率良く無機物微粒子５を吸着させることができない。さらに、シリカの濃度が１質量％よりも小さい場合、非水溶性樹脂２の研磨面３に吸着できる無機物微粒子５の量が著しく少なくなり、半導体基板の被研磨面との摩擦力を十分に低下させることができない。
【００３５】
無機物微粒子５を吸着させる工程は、所定の溶媒に溶解した溶液の状態で無機物微粒子５を研磨面３上に供給する工程を含む。好ましくは、溶液に含まれる無機物微粒子５の濃度は１質量％以上である。さらに好ましくは、溶液に含まれる無機物微粒子５の濃度は１０質量％以上である。
【００３６】
また、シリカ水溶液に、酸化剤またはラジカル発生剤を添加しても良い。これにより、無機物微粒子５の研磨面３への吸着をより効率良く行なうことができる。酸化剤またはラジカル発生剤は、特に限定するものではないが、過酸化水素、過ヨウ素酸およびその塩、過硫酸およびその塩、有機過酸化物類、無機過酸化物、ならびに各種アゾ化合物などを使用することができる。また、無機物微粒子５の吸着量を十分に増大させるため、シリカ水溶液中の酸化剤またはラジカル発生剤の濃度は、０．１質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがさらに好ましい。また、酸化剤またはラジカル発生剤の反応を促進するため、ドレッシング時に加温しても良い。
【００３７】
また、ドレッシング時に研磨面３に向けて光を照射しても良い。この場合、光の波長は３５０ｎｍ以下であることが好ましい。このような短波長の光を研磨面３に照射することによって、光エネルギーが非水溶性樹脂２またはラジカル発生剤に吸収される。これにより、研磨面３における活性種の発生を活発化させて、無機物微粒子５の研磨面３への吸着を促進させることができる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、シリカ水溶液を用いたが、シリカのみを非水溶性樹脂２の研磨面３に供給してドレッシングを行なうことも可能である。
【００３９】
その後、純水を研磨面３上に供給することによって、研磨面３の洗浄を行なう。これにより、吸着されず研磨面３上に残存するシリカ、ならびにシリカ水溶液に含まれる防食剤およびシリカの分散剤などが、半導体基板の研磨時に使用するスラリーと混合することがない。これにより、スラリー中の砥粒が凝集するなど好ましくない事態が発生することを防止できる。なお、純水のかわりに、砥粒成分を含まない研磨スラリー成分、界面活性剤などの添加剤を含む水、またはｐＨ調整が行なわれた水などを研磨面３の洗浄に使用することができる。以上の工程をもって、半導体基板の研磨用パッド１が完成する。
【００４０】
この発明の実施の形態に従った半導体基板の研磨用パッド１の製造方法は、研磨面３を有する非水溶性樹脂２を、ドレッシング装置にセッティングする工程と、ドレッシング装置により研磨面３をドレッシングすることによって、研磨面３に凹凸形状を形成するとともに、研磨面３上に無機物微粒子５を供給することによって、無機物微粒子５を研磨面３に沿って吸着させる工程とを備える。
【００４１】
無機物微粒子５を吸着させる工程は、研磨面３上に酸化剤およびラジカル発生剤の少なくとも一方を供給する工程を含む。無機物微粒子５を吸着させる工程は、研磨面３に向けて光を照射する工程を含む。
【００４２】
半導体基板の研磨用パッド１の製造方法は、無機物微粒子５を吸着させる工程の後、研磨面３を洗浄する工程をさらに備える。
【００４３】
続いて、研磨用パッド１を用いて行なう半導体基板の研磨方法について説明する。図４は、図１中の研磨用パッドを用いた半導体基板の研磨装置を示す斜視図である。
【００４４】
図４を参照して、回転軸１１を介して図示しないモーターに接続された研磨用パッド１が設けられている。図３中に示す研磨面１３ａを有するダイヤモンドドレッサー１３のかわりに、被研磨面２３ａを有する半導体基板２３が設けられている。図３中に示すシリカ水溶液供給ノズル１４のかわりに、スラリー供給ノズル２４が設けられている。
【００４５】
半導体基板２３の研磨を行なうため、図示しないモーターを駆動させることによって、研磨用パッド１および半導体基板２３を所定の方向に回転させた状態で、半導体基板２３の被研磨面２３ａと非水溶性樹脂２の研磨面３とを接触させる。一方、スラリー供給ノズル２４から砥粒を含むスラリーを非水溶性樹脂２の研磨面３に向けて吐出する。研磨用パッド１は回転しているため、スラリーは半導体基板２３の被研磨面２３ａと非水溶性樹脂２の研磨面３との接触面にも行き渡る。以上の工程によって、半導体基板２３の研磨が行なわれる。
【００４６】
図５は、研磨時における半導体基板と研磨用パッドとの接触部分を拡大した断面図である。図５を参照して、半導体基板２３の被研磨面２３ａと非水溶性樹脂２の研磨面３との間には、スラリーに含まれる砥粒３１が介在している。無機物微粒子５は、半導体基板２３の被研磨面２３ａと非水溶性樹脂２の研磨面３とが直接接触することを防止している。これにより、被研磨面２３ａと研磨面３とが相対的な移動を繰り返す際に密着することがないため、研磨時の摩擦力を低減することができる。
【００４７】
なお、被研磨面２３ａの研磨は、主に砥粒３１によって行なわれるが、非水溶性樹脂２の研磨面３に吸着された無機物微粒子５もある程度研磨に寄与しているものと推定される。
【００４８】
この発明の実施の形態に従った半導体基板の研磨方法は、研磨用パッド１を用いた半導体基板２３の研磨方法である。半導体基板２３の研磨方法は、研磨面３と半導体基板２３の被研磨面２３ａとを接触させる工程と、研磨面３と半導体基板２３の被研磨面２３ａとが接触する部分に砥粒を含むスラリーを供給するとともに、研磨面３と半導体基板２３の被研磨面２３ａとを相対的に移動させる工程とを備える。
【００４９】
なお、図３を用いて説明した研磨用パッド１の製造方法の工程と、図４を用いて説明した研磨用パッド１を用いて行なう半導体基板の研磨方法の工程とを順次繰り返し行なうことによって、半導体基板の研磨を継続的に行なうことができる。
【００５０】
このように構成された半導体基板の研磨用パッド１、それを用いた半導体基板２３の研磨方法、および半導体基板の研磨用パッド１の製造方法によれば、非水溶性樹脂２の研磨面３に吸着させておいた無機物微粒子５によって研磨時の摩擦力を低減することができる。これにより、被研磨面２３ａが損傷を受けやすい場合であっても、スクラッチなどの欠陥を発生させず半導体基板２３の研磨を行なうことができる。また、無機物微粒子５を吸着させた非水溶性樹脂２は発泡ポリウレタンから形成されているため、適度な弾性率および硬度を有する。このため、被研磨面２３ａに形成された微小な凹凸形状を平坦化しつつ、被研磨面２３ａのうねりによるマクロ的な凹凸形状を平坦化しない理想的な研磨を半導体基板２３に行なうことができる。
【００５１】
また、研磨時のスラリー中に含まれる砥粒が研磨面３に吸着することによって摩擦力の低減を期待する場合に対して、本実施の形態では、半導体基板２３の研磨を行なう前にあらかじめ無機物微粒子５を研磨面３に吸着させている。一般的に、適切な研磨特性を得るため研磨時のスラリーに含まれる砥粒の濃度をあまり高くすることができない。しかし、研磨用パッド１を製造するためのドレッシング時においてはこのような制限がなく、無機物微粒子５の濃度を高くして研磨面３への吸着を行なうことができる。また、研磨面３をドレッシングすることによって、無機物微粒子５と吸着しやすい状態を研磨面３に作り出している。以上の理由から、より多くの無機物微粒子５を研磨面３に吸着させことができ、研磨時の摩擦力の低減を効果的に図ることができる。
【００５２】
また、研磨時においてスラリー中に含まれる砥粒を研磨面３に吸着させる場合、スラリーに界面活性剤などの添加剤を加える必要が生じる。この場合、砥粒の凝集などが発生することによって研磨レートが変動するおそれある。しかし、本実施の形態では、あらかじめ無機物微粒子５を研磨面３に吸着しているため、半導体基板２３の研磨時に所望の組成を有するスラリーを用いることができる。これにより、研磨レートの安定化を図ることができる。
【００５３】
また、無機物微粒子５の平均粒径Ｒは、５ｎｍ≦Ｒ≦５０ｎｍの関係を満たしている。平均粒径Ｒが５ｎｍよりも小さい場合、研磨面３と半導体基板２３の被研磨面２３ａとの直接の接触を有効に防止することができない。また、平均粒径Ｒが５０ｎｍよりも大きい場合、半導体基板２３の研磨時において、被研磨面２３ａにスクラッチが形成されるおそれが生じる。以上の理由から、無機物微粒子５の平均粒径Ｒを上記の範囲内にすることによって、被研磨面２３ａの状態を良好にして研磨を行なうとともに、研磨時の摩擦力を低減することができる。
【００５４】
【実施例】
本発明による半導体基板の研磨用パッドの評価を行なうため、半導体基板の研磨試験を行なった。
【００５５】
まず、小型の精密研磨実験装置の定盤上に発泡ポリウレタン製研磨用パッド（ロデール社のＩＣ１０００）を装着した。その研磨用パッドをダイヤモンドドレッサーによりドレッシングした。ドレッシングは、所定の水溶液を研磨用パッドの研磨面に供給しながら行なった。ドレッシング後、研磨用パッドの研磨面を純水で洗浄した。
【００５６】
続いて、その研磨用パッドの研磨面に吸着されているヒュームドシリカ量を求めた。この際、ＡＴＲ（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ  ｔｏｔａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）法によって、赤外吸収スペクトルのＣ−ＨおよびＳｉＯのピーク面積の比を求め、吸着されているヒュームドシリカ量を推定することとした。
【００５７】
ヒュームドシリカを吸着させた研磨用パッドを用いて半導体基板の研磨を行なった。半導体基板を研磨用パッドに押し付ける圧力を約１１．８（ｋＰａ）とし、研磨用パッドの研磨面と半導体基板の被研磨面との平均相対速度を１（ｍ／ｓ）とした。スラリーは、砥粒として、平均粒径２０ｎｍのヒュームドシリカを濃度１．２質量％で含み、さらに過酸化水素を濃度４質量％で、クエン酸および蓚酸などの有機酸ならびにベンゾトリアゾールを微量含むものを使用した。
【００５８】
研磨を行なった半導体基板には、被研磨面が銅から形成されているシリコン基板を使用した。そのシリコン基板には、まず熱酸化膜が成膜されている。スパッタリング法により、熱酸化膜上にバリアメタルとしての窒化チタン（ＴａＮ）が厚み３０ｎｍで、その上から銅（Ｃｕ）が厚み２００ｎｍで成膜されている。さらにその上から、電気めっき法により、銅が厚み１μｍで成膜されている。なお、そのシリコン基板をカットすることによって精密研磨実験装置のホルダーサイズにあう大きさとした。
【００５９】
半導体基板の研磨時に、定盤に接続されたモーターのトルクを測定し、その値から半導体基板の被研磨面と研磨用パッドの研磨面との摩擦力の大きさを評価することとした。研磨を１分間行なった後に半導体基板の厚みの減少量を測定することによって、銅の研磨レートを求めた。また、半導体基板の被研磨面の状態を観察した。
【００６０】
上述の研磨用パッドのドレッシング時に使用する水溶液をかえて実施例１から実施例５までの研磨試験を行なった。また、本発明の効果を確認するために比較例の研磨試験も行なった。
【００６１】
実施例１の研磨試験では、ドレッシング時に１次粒径２０ｎｍのヒュームドシリカを濃度２５質量％で含む水溶液を使用した。
【００６２】
実施例２の研磨試験では、ドレッシング時に１次粒径２０ｎｍのヒュームドシリカを濃度２５質量％で、過硫酸アンモニウム（酸化剤）を２．５質量％で含む水溶液を使用した。
【００６３】
実施例３の研磨試験では、ドレッシング時に１次粒径２０ｎｍのヒュームドシリカを濃度２５質量％で、ベンゾイルパーオキサイド（ラジカル発生剤）を３質量％で含む水溶液を使用した。
【００６４】
実施例４の研磨試験では、ドレッシング時に１次粒径２０ｎｍのヒュームドシリカを濃度２５質量％で含む水溶液を供給しつつ、水銀キセノンランプによって紫外線（光）を研磨用パッドの研磨面に向けて照射した。
【００６５】
実施例５の研磨試験では、ドレッシング時に１次粒径２０ｎｍのヒュームドシリカを濃度２５質量％で、ベンゾイルパーオキサイドを３質量％で含む水溶液を供給しつつ、水銀キセノンランプによって紫外線を研磨用パッドの研磨面に向けて照射した。
【００６６】
比較例の研磨試験では、ヒュームドシリカを含む水溶液のかわりに純水を供給してドレッシングを行なった。
【００６７】
実施例１から実施例５、および比較例の研磨試験によって得られたヒュームドシリカ量、モーターのトルク、半導体基板の被研磨面の状態および研磨レートを表１のまとめた。なお、比較例の研磨試験では銅がシリコン基板から剥離したため、研磨レートを求めることができなかった。
【００６８】
【表１】
2004247449.tif 000003
【００６９】
表１を参照して、実施例１から実施例５の研磨試験の結果から、研磨用パッドの研磨面にヒュームドシリカが確実に存在することが確認できた。また、ヒュームドシリカ量の測定は純水による洗浄後に行なわれているため、吸着によりヒュームドシリカが研磨用パッドの研磨面に固着していることも確認できた。このヒュームドシリカ量はＡＴＲ法によって得られたものであるため、研磨面の最も表面側に吸着するヒュームドシリカによる値である。したがって、研磨時に半導体基板の被研磨面に接触するヒュームドシリカ量を適切に表わしていると考えられる。
【００７０】
また、実施例１から実施例５のヒュームドシリカ量の値を比較することによって、酸化剤およびラジカル発生剤をドレッシング時に使用する水溶液に加えるほど、より多くのヒュームドシリカを吸着できることを確認できた。また、ドレッシング時に光照射を行なうほど、より多くのヒュームドシリカを吸着できることを確認できた。
【００７１】
また、実施例１から実施例５および比較例におけるモーターのトルク値を比較すると、研磨面に吸着したヒュームドシリカ量が大きいほどモーターのトルクが小さくなった。また、ヒュームドシリカを研磨面に吸着させていない比較例の研磨試験では、モーターのトルク値が最も大きくなった。
【００７２】
このことから、研磨面に吸着したヒュームドシリカが、半導体基板の被研磨面と研磨用パッドの研磨面との摩擦力の低減に寄与していることを確認できた。加えて、吸着させるヒュームドシリカ量を大きくするほど摩擦力の低減の効果を効果的に得ることを確認できた。
【００７３】
また、実施例１から実施例５の研磨レートの値を比較して、吸着したヒュームドシリカ量によって、研磨レートが大きく変化しないことを確認できた。
【００７４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に従えば、平坦性に優れ、かつ被研磨面の状態を良好にして研磨を行なうことができる半導体基板の研磨用パッド、それを用いた半導体基板の研磨方法、および半導体基板の研磨用パッドの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における研磨用パッドを示す斜視図である。
【図２】図１中の非水溶性樹脂の研磨面を拡大した断面図である。
【図３】図１中の研磨用パッドを製造するためのドレッシング装置を示す斜視図である。
【図４】図１中の研磨用パッドを用いた半導体基板の研磨装置を示す斜視図である。
【図５】研磨時における半導体基板と研磨用パッドとの接触部分を拡大した断面図である。
【符号の説明】
１  研磨用パッド、２  非水溶性樹脂、３  研磨面、５  無機物微粒子、２３
半導体基板、２３ａ  被研磨面。
【図１】
2004247449.tif 000004
【図２】
2004247449.tif 000005
【図３】
2004247449.tif 000006
【図４】
2004247449.tif 000007
【図５】
2004247449.tif 000008