(57)【要約】　　　（修正有）【課題】半導体ウエハ上に微細なパターンが形成されており、該パターンの微小な凹凸を平坦化する研磨工程に使われる研磨パッドにおいて、良好な平坦化性能および研磨速度を長時間に亘って持続させ、かつ、スラリーの供給量が少なくて済む研磨パッドを提供すること。【解決手段】化学的機械研磨に用いる研磨パッドであって、所定長さの辺又は径を有する凸状部を所定間隔で多数配列し、所定範囲の凸状部の無い部分を所定間隔で有する研磨パッド。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的機械研磨に用いる研磨パッドであって、研磨表面に所定長さの辺又は径を有する凸状部を所定間隔で多数配列し、所定範囲の凸状部の無い部分を所定間隔で有することを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
前記凸状部の辺又は径の長さの平均値Ｌが、３０μｍ≦Ｌ≦５ｍｍを満たしてい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】
前記凸状部の間隔の平均値Ｐが、３０μｍ≦Ｐ≦５ｍｍを満たしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記凸部の無い部分の辺又は径の長さの平均値Ｌ’が、３０μｍ≦Ｌ’≦５ｍｍを満たしていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記凸状部の無い部分の間隔の平均値Ｐ’が、３０μｍ≦Ｐ’≦１０ｍｍを満たしていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の研磨パッド。
【請求項６】
前記凸状部の頂面の合計面積が、研磨表面の総面積に対して１０％〜６０％であることを特徴とする請求項１乃至５に記載の研磨パッド。
【請求項７】
研磨層が無発泡系の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１乃至６に記載の研磨パッド。
【請求項８】
前記無発泡系の樹脂が感光性樹脂であることを特徴とする請求項７に記載の研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）に使用される研磨パッドに関する。詳しくは、良好な平坦化性能および研磨速度を長時間に亘って持続することが可能で、且つ、スラリーの供給量が少なくて済む研磨パッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高密度化を目的とした配線の微細化、多層配線化が求められ、半導体装置の製造工程は増加し、複雑になってきている。解像度を上げるためには、より短波長の光を使うか、開口数ＮＡのより大きな光学系にしなくてはならない。しかし、波長を短く、ＮＡを大きくすると焦点深度が浅くなる。その一方で、シリコンウエハ表面はそのデバイス化プロセスにおいて加工が進むにつれて凹凸が増幅し、精度良いパターニングが出来ないという相反する問題がある。そこで精密な平坦化技術が要望され、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法がその有力な手段として挙げられる。
【０００３】
ここで、ＣＭＰ法による加工面の平坦化を行なう化学的機械研磨装置（ＣＭＰ装置）の説明を行なう。まず、ＣＭＰ法で使用するＣＭＰ装置は、研磨パッド１を支持する研磨定盤２と、被研磨材（ウエハ）３を支持する支持台（ポリッシングヘッド）４と、研磨パッド１を粗面化するドレッサー５および研磨剤の供給機構６を備えている。研磨定盤２と支持台４とは、それぞれに支持された研磨パッド１と被研磨材３が対向するように配置され、それぞれに回転軸７、８を備えている。被研磨材３は支持台４に貼り付けられ、研磨時には、被研磨材３を研磨パッド１に押付けるための加圧機構が設けてある。またドレッサー５にはダイヤなどの硬質粒子が固着されており、このドレッサー５と研磨定盤２を回転させ、ドレッサー５に圧力を加え研磨定盤２上の研磨パッド１に押付けた状態で、研磨パッド１の粗面化を行なう。研磨剤の供給機構６はアルカリ溶液にシリカ粒子などの研磨剤粒子が分散している研磨液を研磨定盤２上の研磨パッド１上に供給するものである。
【０００４】
通常、研磨パッドは研磨に伴いパッドの表面状態が磨耗して平坦になり、研磨パッドの表面がスラリーを保持する能力が低下し、半導体表面を研磨する速度すなわち研磨レートが低下する。
【０００５】
このため、従来から、劣化した研磨パッドの表面をドレッシングにより再活性化し、研磨レートの向上と安定化が図られている。研磨パッドの表面を再度粗面化することにより、研磨パッドの表面がスラリーを保持する能力が向上し、研磨レートは回復する。ドレッシングを行なわない場合は半導体基板の処理枚数の増加に伴い、研磨レートは低下するが、ドレッシングを行なった場合は処理枚数が増加しても、研磨レートは安定している。
【０００６】
しかしながら、ドレッシングを行なう場合、ドレッサーの交換に伴う作業数増加、コスト増加、また、平坦化処理後にドレッシングを行なわなければならず、平坦化の稼働率を落とすという問題が生じる。さらに、ドレッシングを行なった場合、研磨レートは安定するものの、平坦化性能が低下するという新たな問題が生じる。これらの課題に対し、微細な凹凸を有する、活性化のためのドレッシングを行わなくても良好な平坦化性能及び研磨速度を長時間に亘って持続させる研磨パッドが特許第３０５６７１４号、及び特開平１０−３３７６５１に開示されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特許に記載の研磨パッドではその表面に微細な凸状部のみしか有していないため、パッドに働く遠心力により、スラリーの流出量が増大し、余分なスラリーの供給を行なわなければならず、このために多量の研磨液を消費し、半導体装置の製造コストを上昇させるという問題があった。
【０００８】
本発明は良好な平坦性能および研磨速度を長時間に亘って持続させ、かつ、スラリーの供給量が少なくて済む研磨パッドを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の研磨パッドは、上述の課題を解決するため、研磨表面に微細な凸状部と、スラリーを保持する、凸状部の無い部分をあわせ持ち、微細な凸状部の頂面の辺および径の長さの平均値Ｌは３０μｍ≦Ｌ≦５ｍｍ、間隔の平均値Ｐは、３０μｍ≦Ｐ≦５ｍｍ、また、凸部の無い部分の辺又は径の長さの平均値Ｌ’は、３０μｍ≦Ｌ’≦５ｍｍ、間隔の平均値Ｐ’は、３０μｍ≦Ｐ’≦１０ｍｍを満たしている。
以下、詳細に本発明を説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の研磨パッドの研磨表面の凸状部の頂面の辺および径の長さの平均値Ｌは、３０μｍ≦Ｌ≦５ｍｍを満たすことが必要である。この範囲であれば、良好な平坦化特性と研磨レートを実現できる。３０μｍ＞Ｌの場合には、研磨パッドの凸状部が半導体基板の凹部に入り込み平坦化特性は低下する。Ｌ＞５ｍｍの場合には、単位面積当たりの圧力が低く不十分となり、実用的な研磨レートが出なくなる。凸状部の頂面の辺および径の長さの平均値Ｌは好ましくは１００μｍ≦Ｌ≦３ｍｍ、より好ましくは２００μｍ≦Ｌ≦１ｍｍ、特に好ましくは２５０μｍ≦Ｌ≦５００μｍである。
【００１１】
本発明の研磨パッドの研磨表面の凸状部の間隔の平均値Ｐは、３０μｍ≦Ｐ≦５ｍｍを満たすことが必要である。３０μｍ＞Ｐの場合には、使用済みのスラリー、および凝集した大粒子はパッドから排除され難く、スクラッチの発生を生じる恐れがある。Ｐ＞１０ｍｍの場合には、半導体基板を研磨するのに十分なだけの凸状部の面積を確保できず、実用的な研磨レートが出なくなる。凸状部の間隔の平均値Ｐは好ましくは１００μｍ≦Ｌ≦３ｍｍ、より好ましくは２００μｍ≦Ｌ≦１ｍｍ、特に好ましくは４００μｍである。
【００１２】
本発明の研磨パッドの研磨表面の凸状部の形状としてはあらゆる形状が考えられ、円、楕円、長方形、三角形、正方形、また、五角形、六角形に代表される多角形、星型などが挙げられるがこれに限定されず、当該業者が容易に考えられる幾何学形状であればどんなものでもよい。
【００１３】
本発明の研磨パッドの研磨表面の凸状部の無い部分の辺又は径の長さの平均値Ｌ’は、３０μｍ≦Ｌ’≦５ｍｍを満たすことが必要である。この範囲であれば、スラリー保持が十分であり、実用的な研磨レートが出る。３０μｍ＞Ｌ’の場合には、スラリー保持が不十分となり実用的な研磨レートが出なくなる。Ｌ’＞５ｍｍの場合には、半導体基板を研磨するのに十分なだけの凸状部の頂面の面積を確保できず、実用的な研磨レートが出なくなる。凸状部の無い部分の辺又は径の長さの平均値Ｌ’は好ましくは１００μｍ≦Ｌ≦４ｍｍ、より好ましくは５００μｍ≦Ｌ≦３ｍｍ、特に好ましくは２ｍｍである。
【００１４】
本発明の研磨パッドの研磨表面の凸状部の無い部分の間隔の平均値Ｐ’は、３０μｍ≦Ｐ’≦１０ｍｍを満たすことが必要である。この範囲内であればスラリー保持が十分であり、実用的な研磨レートが出る。３０μｍ＞Ｐ’の場合には、スラリー保持は不十分であり、実用的な研磨レートが出ない。Ｐ’＞１０ｍｍの場合には、半導体基板を研磨するのに十分なだけの凸状部の頂面の面積を確保できないので、単位面積当たりの圧力が小さく不十分となり、実用的な研磨レートが出ない。凸状部の無い部分の間隔の平均値Ｐ’は好ましくは１００μｍ≦Ｌ≦７ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ≦Ｌ≦５ｍｍ、特に好ましくは４ｍｍである。
【００１５】
本発明においては、上記凸状部の形状と同様に、凸状部の無い部分の形状もあらゆる形状が考えられ、円、楕円、長方形、三角形、正方形、また、五角形、六角形に代表される多角形、星型などが挙げられるがこれに限定されず、当該業者が容易に考えられる幾何学形状であればどんなものでもよい。
【００１６】
本発明においては、研磨される対象物の研磨均一性を向上させる目的で、該研磨パッドが、研磨対象物に接触する研磨層と該研磨層を支持する該研磨層よりも柔らかいクッション層との２層構成としても良い。この場合、クッション層としては、ポリエステル不織布、ナイロン不織布、アクリル不織布等の繊維不織布層、ないしは、それら不織布にウレタン樹脂を含浸させた構造の物、あるいはまた、ウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂等の独立気泡発泡体などを使うことが出来る。このうち、製造しやすさ、安価、物性安定性などの面でウレタン含浸ポリエステル不織布、ポリウレタン発泡体又は、ポリエチレン発泡体が好ましく。特に好ましくはポリウレタン独立気泡発泡体が良い。該発泡体を用いることにより、繰り返し荷重耐久性が優れ、安価なパッドを供給することが出来る。
【００１７】
本発明の研磨パッドの研磨表面の凸状部の頂面の合計面積は、研磨層表面の総面積に対して１０％〜６０％であることが好ましい。１０％より小さいと研磨に有効な面積が小さすぎて、研磨レートが遅くなり問題となる。逆に６０％より大きいと研磨に有効な面積は大きくなるものの単位面積あたりの圧力が低下し、研磨レートが低くなり問題となる。さらに、スラリーの流路の観点からスラリーの流路が狭くなり使用済みのスラリー、および凝集した大粒子がパッドから排除されずスクラッチの原因となり問題である。
【００１８】
本発明における研磨パッドの厚みは０．５〜１０ｍｍが好ましい。より好ましくは０．５〜５ｍｍである。さらに好ましくは０．７〜３．５ｍｍである。
【００１９】
本発明に用いられる凸状部と、凸状部の無い部分をあわせもつ研磨パッドの作成方法としては、種々の方法が考えられ、樹脂の金型への注入、物理的な切削、感光性樹脂を用いる方法などが考えられるが、感光性樹脂を用いる方法は露光、現像の手法により表面形状を形成でき比較的容易な方法であり、且つ、複雑なパターンを形成できるので最も適していると考えられる。
【００２０】
本発明の研磨パッドは無発泡系樹脂で形成されていることが好ましい。無発泡系の樹脂は特に限定はされるものはないが、耐熱性が高く耐アルカリ性の高いものが好ましい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアタール、ポリアミド、フッ素樹脂や感光性樹脂などが挙げられる。特に感光性樹脂はその表面形状の形成が容易であるためより好ましい。
【００２１】
上記感光製樹脂としては、光重合するプレポリマーあるいはオリゴマー、光開始剤からなる前駆体からなる。
【００２２】
前記前駆体は必要に応じては増感剤、酸化防止剤、可塑剤、重合禁止剤等の添加剤を含んでも良い。
【００２３】
前記前駆体はさらに、それ自身が光重合する官能基を持たないポリマーを含んでも良い。さらにそのポリマーはそれ自身が光重合する官能基を持っていても良い。
【００２４】
前記光重合するプレポリマーあるいはオリゴマーは、例えば（そして、好ましくは）アクリルあるいはメタクリル（以下（メタ）アクリルとする）基（またはその誘導体）を含む。
【００２５】
前記光重合するプレポリマーあるいはオリゴマーは例えばアルキル（メタ）アクリレート、アルキルウレタン（メタ）アクリレート、ポリエーテルウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステルウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル−ポリエーテルウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレートなどであるがこれに限定されない。
【００２６】
前記感光性樹脂の光開始剤としては光により化学反応を行うものであれば限定なく使用可能である。具体的には、　光重合を開始させるもの（ラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合）、光により酸を発生させる光酸発生剤、光により塩基を発生させる光塩基発生剤などが挙げられるが、当該業者が容易に考えられるものであればこれに限定されない。
【００２７】
光ラジカル重合開始剤としては、ジエトキシアセトフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、ベンジルジメチルケタール、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル−（２−ヒドロキシ−２−プロピル）ケトン、１−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン等のアセトフェノン系；ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル等のベンゾイン類；２，４，６−トリメチルベンゾインジフェニルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィンオキサイド系；ベンジル、メチルフェニルグリオキシエステル、ベンゾフェノン、ｏ−ベンゾイル安息香酸メチル−４−フェニルベンゾフェノン、４，４′−ジクロロベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、４−ベンゾイル−４′−メチル−ジフェニルサルファイド、アクリル化ベンゾフェノン、３，３′，４，４′−テトラ（ｔ−ブチルペルオキシカルボニル）ベンゾフェノン、３，３′−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系；２−イソプロピルチオキサントン、２，４−ジメチルチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン、２，４−ジクロロチオキサントン等のチオキサントン、１０−ブチル−２−クロロアクリドン、２−エチルアンスラキノン、９，１０−フェナンスレンキノン、カンファーキノン等が挙げられる。前記光ラジカル重合開始剤は単独で用いられてもよく、２種以上併用されてもよい。
【００２８】
光カチオン重合開始剤としては、イオン性光酸発生タイプ及び非イオン性光酸発生タイプの何れでもよい。イオン性光酸発生タイプとしては、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ハロニウム塩、芳香族スルホニウム塩のオニウム塩や、鉄−アレン錯体、チタノセン錯体、アリールシラノール−アルミニウム錯体などの有機金属錯体類などを挙げることができる。また、非イオン性光酸発生タイプとしては、ニトロベンジルエステル、スルホン酸誘導体、リン酸エステル、スルホン酸誘導体、リン酸エステル、フェノールスルホン酸エステル、ジアゾナフトキノン、Ｎ−ヒドロキシイミドスルホナート等が挙げられる。前記光カチオン重合開始剤は単独で用いられてもよく、２種以上併用されてもよい。
【００２９】
光アニオン重合開始剤としては、Ｏ−アシロキシオキシム、、アルコキシチタンとｐ−クロロフェニル−ｏ−ニトロベンジルエーテルの触媒系等などが挙げられる。前記光アニオン重合開始剤は単独で用いられてもよく、２種以上併用されてもよい。
【００３０】
用いる光源としては、例えば、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ケミカルランプ、ブラックライトランプ、水銀−キセノンランプ、ショートアーク灯、ヘリウム・カドミニウムレーザー、アルゴンレーザーなどが挙げられる。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。本発明の実施形態を以下に示すが、決して本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３２】
（実施例１）
（１）パッドの作成
感光性樹脂を用い、１．２７ｍｍ厚みのシートを成形し、ネガフィルム上から露光した後、現像により未露光部を溶解、乾燥し、直径３００μｍ、間隔４００μｍの円形の凸状部と、直径２ｍｍ、間隔４ｍｍの円形の凸状部の無い部分をあわせもつ研磨パッドを作成した。得られた研磨シートに両面テープ（積水化学工業社製　ダブルタックテープ　＃５７８２）を貼り、これに弾性率の低い層として下記の層を張り合わせた。下層の柔らかい層としては、発泡倍率１０倍のポリエチレン発泡体を用いた。この発泡体層の圧縮率は約１０％であった。この発泡体を、先に製作した研磨層と両面テープを用いて貼り合せ、さらに該発泡体に両面テープ（積水化学工業社製　ダブルタックテープ　＃５７８２）を貼り合せ、研磨パッドを完成させた。
【００３３】
（２）スラリー消費量の測定
研磨装置として岡本工作機械社製ＳＰＰ６００Ｓを用い、薬液として、ＳＳ１２（Ｃａｂｏｔ社製）を、研磨中に流量１５０ｍｌ／ｍｉｎで滴下した。研磨荷重としては３５０ｇ／ｃｍ２、研磨定板回転数３５ｒｐｍ、ウエハ回転数３０ｒｐｍとした。研磨定盤から流れ落ちるスラリー量を測定したところ、スラリーの流出量は１００ｍｌ／ｍｉｎであった。
【００３４】
（３）研磨レート
研磨特性の評価では、８インチシリコンウエハに熱酸化膜を０．５μｍ堆積させた後、所定のパターンニングを行った後、ｐ−ＴＥＯＳにて酸化膜を１μｍ堆積させ、初期段差０．５μｍのパターン付きウエハを製作し、このウエハを前述条件にて研磨を行い、２つの段差を評価した。１つはローカル段差であり、これは幅２７０μｍのラインが３０μｍのスペースで並んだパターンにおける段差であり、もうひとつは３０μｍラインが２７０μｍのスペースで並んだパターンのスペースの底部分の削れ量を調べた。また、平均研磨レートは上記２７０μｍのライン部分と３０μｍのライン部分の平均値とした。凸状部分の無い部分を持ち、スラリーの保持性が向上しているため、研磨レートは３０００Å／ｍｉｎと良好であった。
【００３５】
（実施例２）
（１）パッドの作成
実施例１と同様の方法で、一辺３００μｍ、間隔４００μｍの正方形の凸状部と、直径２ｍｍ、間隔４ｍｍの円形の凸状部の無い部分をあわせもつ研磨パッドを作成した。
【００３６】
（２）スラリー消費量の測定
実施例１と同様にして、スラリーの流出量を測定した。１００ｍｌ／ｍｉｎであった。
【００３７】
（３）研磨レート
実施例１と同様にして研磨レートを測定した。研磨レートは３２００Å／ｍｉｎであった。
【００３８】
（実施例３）
（１）パッドの作成
実施例１と同様の方法で、一辺３００μｍ、間隔４００μｍの三角形の凸状部と、直径２ｍｍ、間隔４ｍｍの円形の凸状部の無い部分をあわせもつ研磨パッドを作成した。
【００３９】
（２）スラリー消費量の測定
実施例１と同様にして、スラリーの流出量を測定した。１００ｍｌ／ｍｉｎであった。
【００４０】
（３）研磨レート
実施例１と同様にして研磨レートを測定した。研磨レートは２７００Å／ｍｉｎであった。
【００４１】
（実施例４）
（１）パッドの作成
実施例１と同様の方法で、一辺３００μｍ、間隔４００μｍの円形の凸状部と、一辺２ｍｍ、間隔４ｍｍの正方形の凸状部の無い部分をあわせもつ研磨パッドを作成した。
【００４２】
（２）スラリー消費量の測定
実施例１と同様にして、スラリーの流出量を測定した。９５ｍｌ／ｍｉｎであった。
【００４３】
（３）研磨レート
実施例１と同様にして研磨レートを測定した。研磨レートは３２００Å／ｍｉｎであった。
【００４４】
（実施例５）
（１）パッドの作成
実施例１と同様の方法で、直径３００μｍ、間隔４００μｍの円形の凸状部と、一辺２ｍｍ、間隔４ｍｍの三角形の凸状部の無い部分をあわせもつ研磨パッドを作成した。
【００４５】
（２）スラリー消費量の測定
実施例１と同様にして、スラリーの流出量を測定した。１０５ｍｌ／ｍｉｎであった。
【００４６】
（３）研磨レート
実施例１と同様にして研磨レートを測定した。研磨レートは２９００Å／ｍｉｎであった。
【００４７】
（比較例１）
（１）パッドの作成
直径３００μｍ、間隔４００μｍの円形の凸状部のみを持つ以外は全く実施例１と同様の方法で凸状部のみを有する研磨パッド４を作成した。
【００４８】
（２）スラリー消費量の測定
実施例１と同様にして、スラリーの流出量を測定した。１４５ｍｌ／ｍｉｎであり、実施例１と比較し、スラリーを保持する部分が無いため、大量のスラリーが流出した。
【００４９】
（３）研磨レート
実施例１と同様にして研磨レートの測定を行った。研磨レートは１０００Å／ｍｉｎとスラリーの保持性が悪く、実施例１と比較し、実用レベルでは無かった。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の研磨パッドを用いて、研磨を行なうことにより、活性化のためのドレッシングを行わなくても良好な平坦化性能および研磨速度を長時間に亘って持続させ、かつ、スラリーの供給量が少なくて済むという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な化学的機械的研磨装置（ＣＭＰ装置）の一例である。
【図２】本発明の研磨パッドの研磨表面形状の概略図である。
【符号の説明】
１：研磨パッド
２：研磨定盤
３：被研磨材
４：支持台
５：ドレッサー
６：研磨剤の供給機構
７：研磨パッドの回転軸
８：被研磨材の回転軸
【図１】
2004006845.tif 000003
【図２】
2004006845.tif 000004