(57)【要約】【課題】層間絶縁膜に形成した電極、プラグ、配線溝パターンに金属膜を埋め込み成長し、かかる金属膜を平坦化研磨して配線を形成するＣＭＰ技術において、平坦性に優れ、かつ低負荷で絶縁層に欠陥を生じず研磨できる研磨パッド、その製造方法、及びそれを用いた研磨方法を提供する。【解決手段】半導体の製造工程において、弾性率が５０〜３００ＧＰａの金属を主とする層、あるい金属と絶縁膜からなる層を研磨する研磨パッドであって、研磨面側にクッション層を有し、その下に引張弾性率が０．３〜２．５ＧＰａである弾性体層を有する研磨パッド；有機繊維あるいはエラストマ粒子と熱可塑性樹脂を混合し、ペレットまたはタブレットにし、押し出し成形により板状体にし、あるいは、有機繊維あるいはエラストマ粒子を液状熱硬化性樹脂中に分散させ、金型に流し込んで硬化させて板状体とし、片面を粗化する研磨パッドの製造方法。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の製造工程において、弾性率が５０〜３００ＧＰａの金属を主とする層、あるいは該金属とそれらを分離する絶縁膜からなる層を研磨する研磨パッドであって、研磨面側にクッション層を有し、クッション層の下に引張弾性率が０．３〜２．５ＧＰａである弾性体層を有することを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
半導体の製造工程において、金属を主とする層、あるいは金属とそれらを分離する絶縁膜からなる層を研磨する研磨パッドであって、研磨面側にクッション層を有し、クッション層の下に弾性体層を有し、クッション層上での動摩擦係数が０．３５以下であることを特徴とする研磨パッド。
【請求項３】
半導体の製造工程において、金属を主とする層、あるいは金属とそれらを分離する絶縁膜からなる層を研磨する研磨パッドであって、研磨面側にクッション層を有し、クッション層の下に弾性体層を有し、かつ粒子を含まない該金属用研磨液の研磨速度Ａと、粒子を含むほかは前記研磨液と同じ該金属用研磨液の研磨速度Ｂの比（Ａ／Ｂ）が、０〜１／１０であることを特徴とする研磨パッド。
【請求項４】
クッション層が繊維で形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の研磨パッド。
【請求項５】
クッション層がエラストマ粒子で形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の研磨パッド。
【請求項６】
有機繊維あるいはエラストマ粒子と熱可塑性樹脂を混合する過程、有機繊維と熱可塑性樹脂とからなる混合物をペレットあるいはタブレットにする過程、該ペレットあるいはタブレットを押し出し成形により板状体に加工する過程、及び板状体の片面を粗化する過程を含むことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の研磨パッドの製造方法。
【請求項７】
有機繊維あるいはエラストマ粒子を液状熱硬化性樹脂中に分散する過程、金型に該有機繊維あるいはエラストマ粒子を含む液状熱硬化性樹脂を流し込む過程、それを硬化させて板状体を得る過程、及び板状体の片面を粗化する過程を含むことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の研磨パッドの製造方法。
【請求項８】
所定の基板の被研磨面を請求項１〜５いずれかに記載の研磨パッドのクッション層面に押し当て、研磨剤を被研磨面と該パッドとの間に供給しながら、基板と研磨パッドとを相対的に摺動させて研磨する基板の研磨方法。
【請求項９】
該被研磨面が配線やトレンチを形成した誘電率２．７以下の絶縁層上に銅を被覆した層からなることを特徴とした請求項８記載の基板の研磨方法。
【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ＣＭＰ（化学的機械的研磨）及びハードディスク製造技術に使用される精密研磨パッド及びこれらを用いた研磨法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の超大規模集積回路では実装密度を高める傾向にあり、種々の微細加工技術が研究開発されている。すでにデザインルールはサブハーフミクロンオーダーになっている。このような厳しい微細化の要求を満足するために開発されている技術のひとつにＣＭＰ技術がある。この技術は、半導体装置の製造工程において露光を施す層を完全に平坦化して露光技術の負担を軽減することができる。そのため、たとえば、層間絶縁膜、ＢＰＳＧ膜の平坦化、シャロー・トレンチ分離等を行う際に必須となる技術である。
【０００３】
ＣＭＰでは、研磨する膜を形成した基板を研磨パッドに押し当て加圧し、研磨剤を研磨膜と研磨パッドとの間に供給しながら、基板もしくは研磨パッドを動かして研磨を行っている。この際、研磨パッドとしては発泡ポリウレタン系が一般に用いられており、また均質重合体シートからなるものもある（例えば、特許文献１を参照。）。しかし、近年絶縁膜表面及び金属膜表面の研磨剤中の研磨粒子起因とする研磨傷の発生が大きな問題になっている。特に、金属膜の研磨においては、金属が化学反応性に富み、かつ柔らかいことから、研磨スクラッチやコロージョンによる欠陥を生じやすく、研磨液や研磨パッドの選択はきわめて重要となってきている。
【０００４】
一方、ディッシングは変形しやすさ、すなわち弾性率が小さいものほど大きい。しかし、パッドの弾性率を高めると一般的にパッド硬度が向上するので、上記研磨スクラッチ等の欠陥の原因となる。
また、近年進められている低誘電率材料の層間絶縁膜への適用は、絶縁層の機械的特性の低下や金属との密着性の低下を伴い、研磨時の欠陥発生の要因となっているため、より研磨時の機械的負荷の小さい研磨システムが必要となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特表平８−５１１２１０号公報（特許請求の範囲、発明の背景）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、層間絶縁膜に形成した電極、プラグ、配線溝パターンに金属膜を埋め込み成長し、かかる金属膜を平坦化研磨して配線を形成するＣＭＰ技術において、平坦性に優れ、かつ低負荷で絶縁層に欠陥を生じず研磨できる研磨パッド、その製造方法、及びそれを用いた研磨方法を提供するものである。
【０００７】
また、本発明は、半導体素子製造工程における層間絶縁膜、ＢＰＳＧ膜、シャロートレンチ分離用絶縁膜を除去するＣＭＰ技術において、平坦性に優れ、かつ絶縁膜の除去を効率良く高速に行い、同時に基板上の研磨傷の発生を低減出来る研磨パッド、その製造方法、及びそれを用いた研磨方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、弾性体表面に極薄のクッション層を有するＣＭＰ研磨パッドが、基板に形成した金属膜を研磨する際に、研磨傷を減らし、さらに高研磨速度を得る効果を見出したことによりなされたものである。また、金属配線部のディッシング等の平坦性悪化が、パッドと被研磨面との摩擦により発生する熱によるエッチングの進行によるものと発明者の検討により判明したことによる。
【０００９】
すなわち、本発明の第一は、半導体の製造工程において、弾性率が５０〜３００ＧＰａの金属を主とする層、あるいは該金属とそれらを分離する絶縁膜からなる層を研磨する研磨パッドであって、研磨面側にクッション層を有し、クッション層の下に引張弾性率が０．３〜２．５ＧＰａである弾性体層を有することを特徴とする研磨パッド（以下、研磨パッドＡという）。
【００１０】
また、本発明の第二は、半導体の製造工程において、金属を主とする層、あるいは金属とそれらを分離する絶縁膜からなる層を研磨する研磨パッドであって、研磨面側にクッション層を有し、クッション層の下に弾性体層を有し、クッション層上の動摩擦係数が０．３５以下であることを特徴とする研磨パッド（以下、研磨パッドＢという）に関する。
【００１１】
また、本発明の第三は、半導体の製造工程において、金属を主とする層、あるいは金属とそれらを分離する絶縁膜からなる層を研磨する研磨パッドであって、研磨面側にクッション層を有し、クッション層の下に弾性体層を有し、かつ粒子を含まない該金属用研磨液の研磨速度Ａと、粒子を含むほかは前記研磨液と同様の該金属用研磨液の研磨速度Ｂの比（Ａ／Ｂ）が、０〜１／１０であることを特徴とする研磨パッド（以下、研磨パッドＣという）に関する。
【００１２】
また、本発明の第四は、有機繊維あるいはエラストマ粒子と熱可塑性樹脂を混合する過程、有機繊維と熱可塑性樹脂とからなる混合物をペレットあるいはタブレットにする過程、該ペレットあるいはタブレットを押し出し成形により板状体に加工する過程、及び板状体の片面を粗化する過程を含むことを特徴とする上記の研磨パッドＡ、Ｂ又はＣの製造方法に関する。
【００１３】
また、本発明の第五は、有機繊維あるいはエラストマ粒子を液状熱硬化性樹脂中に分散する過程、金型に該有機繊維あるいはエラストマ粒子を含む液状熱硬化性樹脂を流し込む過程、それを硬化させて板状体を得る過程、及び板状体の片面を粗化する過程を含むことを特徴とする上記の研磨パッドＡ、Ｂ又はＣの製造方法に関する。
【００１４】
また、本発明の第六は、所定の基板の被研磨面を研磨パッドＡ、Ｂ又はＣのクッション層面に押し当て、研磨剤を被研磨面と該パッドとの間に供給しながら、基板と研磨パッドとを相対的に摺動させて研磨する基板の研磨方法に関する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の研磨パッドＡ、Ｂ及びＣはいずれも、半導体の製造工程において、金属を主とする層、あるいは金属とそれらを分離する絶縁膜からなる層を研磨する研磨パッドであって、研磨に与る面にクッション層を有する。
【００１６】
上記、金属の種類は、半導体に使われているものならばとくに制限がなく、弾性率が５０〜３００ＧＰａの範囲のものへ摘要できる。具体的には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｔｉなどが挙げられるが、これに制限されるものではない。なお、ここで弾性率とは、通常のナノインデーション法による薄膜の弾性率測定法によるものをいう。たとえば、ＭＴＳ社のナノインデンターを用い、バーコビッチ型ダイヤモンド圧子を金属薄膜上に押し当て、Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ＝７５Ｈｚ、Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ＝１ｎｍの連続硬度測定方法で得た変位−応力曲線から定量的に求めることができる。ここで、前記薄膜に圧子の押入を開始したあと、押入の深さが薄膜の全体深さの１００ｎｍ押入された時、薄膜の弾性率を求める。なお、測定温度は、２５℃とする。また、各サンプルについて信頼度を高めるために１０点を測定して、平均値から硬度及び弾性モジュラスを求める。
【００１７】
また、ここでいうクッション層とは、パッドを主として構成する弾性体からなる弾性体層と被研磨物の間に介在し、両者の直接の接触を防ぐものであればとくに制限はない。このクッション層は一様にパッド上に存在せず、孤立した微小構成単位が表面上に分散して存在することが、研磨液の供給及び研磨くず等の排出の面から好ましい。上記孤立した微小構成単位の例として、具体的には、例えば有機繊維等の繊維あるいはエラストマ粒子等が挙げられる。
【００１８】
上記クッション層の存在により、研磨面が保護され研磨傷が防止されるとともに、研磨に関わる研磨粒子がそこに保持され研磨速度を向上する。また、パッドを主として構成する弾性体との直接の接触がないか少ないため、研磨時に発生する熱の発生が抑えられる。
【００１９】
このクッション層は、弾性体層中に、上記繊維あるいはエラストマ粒子、あるいは両者を分散してパッドとし、少なくとも研磨前に表面粗化を行ってあらかじめ繊維あるいはエラストマ粒子をパッド表面に露出させて形成することができる。この方法によれば、研磨による磨耗やクッション層の脱離が生じた場合、ドレッシングによる粗化を行うことにより、失われたクッション層を再生することができる。
【００２０】
上記した繊維として使用できるものとしては、有機繊維が好ましく、例えば、ポリエステル、アラミド、ポリアミド、セルロース等を繊維状にしたものが特に制限なく使用できる。また、これらのうち二種以上を選択、混合して使用することもできる。単独あるいは主たる成分としてアラミド繊維を選択することが、より好ましい。すなわち、アラミド繊維は、他の一般的な有機繊維に比べて引っ張り強度が高く、本発明による研磨パッド表面を機械的に粗して繊維を露出する際、繊維が表面に残りやすく効果的であるからである。また、研磨パッドの耐久性を向上させ、使用寿命を伸ばす効果もある。
【００２１】
アラミド繊維にはパラ型とメタ型が有るが、パラ系アラミド繊維はメタ型繊維より力学的強度が高く低吸湿性であるので、より好適である。パラ系アラミド繊維としては、ポリｐ−フェニレンテレフタルアミド繊維とポリｐ−フェニレンジフェニルエーテルテレフタルアミド繊維が市販されており、使用が可能である。
【００２２】
これらは、短繊維を所定長に切断したチョップを使用しても、数種の繊維長のものを混合して使用することもできる。また、織布や不織布の形態で樹脂中に充填してもよい。
【００２３】
有機繊維の繊維径（直径）は１ｍｍ以下のものが使用できるが、２００μｍ以下であることが望ましい。好ましくは１〜２００μｍ、より好ましくは５〜１５０μｍである。太ければ機械的強度が高すぎて、研磨傷やドレス不良の原因となる。細すぎれば取り扱い製が低下したり、強度不足によるパッドの耐久性低下を引き起こす。繊維長は、１０ｍｍ以下のものが使用できるが、５ｍｍ以下であることが望ましい。好ましくは０．１〜４ｍｍ、より好ましくは０．１〜３ｍｍである。短ければ、パッド表面を機械的に表面を粗した時に露出した繊維がパッドに効果的に保持されず、長ければ、パッドを主として構成する弾性体との混合時に増粘して成形が困難となる場合がある。
【００２４】
チョップ状の繊維を使用する場合、樹脂との親和性を向上するため、予め繊維表面を機械的あるいは化学的に粗したり、カップリング材等による改質を行っても良い。取り扱いの面から、短繊維チョップを極少量の樹脂でコーティングして束にしたものを使用することができる。ただしこれは、マトリックス樹脂との混合中の加熱、あるいは加えられるせん断力により短繊維がマトリックス樹脂中に分散される程度の保持力をもつ程度ついていればよい。さらに、主たる有機繊維のほかに、ガラス繊維等の無機繊維を加えても良い。
【００２５】
上記繊維の含有率は、特に制限されるものではないが、パッドを主として構成する弾性体の軟化温度や粘度により、最適化される必要がある。パッド全体の１〜５０重量％が好ましく、より好ましくは２〜２０重量％である。繊維量が少なければ研磨面の研磨傷が顕著になり、多すぎれば成形性が悪くなる。
【００２６】
また、エラストマ粒子として使用できるものとしては、架橋及び未架橋のエラストマ、架橋ゴム粒子の表面に異種ポリマーをグラフト重合したコアシェルゴム粒子が挙げられる。エラストマとしては、ガラス転移点が室温以下のものなら、特に制限されることなく使用でき、０℃以下のものがより好ましい。例えば、オレフィン系エラストマ、スチレン系エラストマ、ウレタン系エラストマ、エステル系エラストマ等、アルケニル芳香族化合物−共役ジエン共重合体、ポリオレフィン系共重合体、シリコーン等のエラストマ等が挙げられる。これらエラストマの添加量が多いほど、耐衝撃性が高く粘り強い研磨パッドとなるとともに、パッド表面と被研磨物とのクッションの役割も増加する。
【００２７】
架橋ゴム粒子の市販品としては、カルボキシル変性のブタジエン−アクリロニトリル共重合体の架橋物からなるＸＥＲ−９１（ＪＳＲ社製）、アクリルエラストマ微粒子からなるＣＸ−ＭＮシリーズ（日本触媒（株）製）、ＹＲ−５００シリーズ（東都化成（株）製）、テクポリマシリーズ（積水化成品工業（株）製）等を使用することができる。
【００２８】
コアシェルエラストマ粒子の市販品としては、例えば、ブタジエン・メタクリル酸アルキル・スチレン共重合物からなる“パラロイド”ＥＸＬ−２６５５（呉羽化学工業（株）製）、アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体からなる“スタフィロイド”ＡＣ−３３５５、ＴＲ−２１２２（武田薬品工業（株）製）、アクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル共重合物からなる“ＰＡＲＡＬＯＩＤ”ＥＸＬ−２６１１、ＥＸＬ−３３８７（Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社製）等を使用することができる。
その他の市販品としては、例えば、シリコンエラストマ微粒子（東レダウコーニングシリコーン（株）製、Ｅ−６０１）がある。
【００２９】
エラストマ粒子の平均粒径は、０．０１〜１００μｍであることが好ましく、０．１〜２０μｍであることがより好ましい。
【００３０】
弾性体層を主として構成する弾性体とは、上記繊維やエラストマ粒子を含有保持するもので、通常マトリックス樹脂と呼ばれることが多い。このマトリックス樹脂としては、通常の熱硬化性樹脂ならびに熱可塑性樹脂が特別の制限なく使用できる。このような熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン等が挙げられる。さらに、熱可塑性樹脂としては、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、ポリアセタール等が挙げられる。これらは、単独でも二種以上を混合して使用してもよい。
【００３１】
また、上記熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂に加え、添加剤として架橋及び未架橋のエラストマ、架橋ポリスチレン、架橋ポリメチルメタクリレート等をさらに混合しても良い。熱可塑性エラストマ及び低架橋度のエラストマを加えることはより好ましい。熱可塑性エラストマとしては、ガラス転移点が室温以下のものなら、特に制限されることなく使用でき、０℃以下のものがより好ましい。例えば、オレフィン系エラストマ、スチレン系エラストマ、ウレタン系エラストマ、エステル系エラストマ等、アルケニル芳香族化合物−共役ジエン共重合体、ポリオレフィン系共重合体等のエラストマ等が挙げられる。これらエラストマの添加量が多いほど、耐衝撃性が高く粘り強い樹脂となるとともに、パッド表面と被研磨物との摩擦力も増加する。これら添加剤の量は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂１００重量部に対して３〜５０重量部であることが好ましく、５〜３０重量部であることがより好ましい。
【００３２】
本発明の研磨パッドの弾性体層は、引張弾性率が０．３〜２．５ＧＰａの範囲となることが好ましい。より好ましくは、０．５〜１．０ＧＰａである。なお、研磨パッドＡにおいては、０．３〜２．５ＧＰａの範囲の引張弾性率を有することが必須である。引張弾性率が高ければディッシング等の局所的な平坦性は向上するが、研磨面の傷が発生しやすくなり、引張弾性率が低くなればウエハレベルの均一性は向上するが、ディッシング等の局所的な平坦性は低化する。
ここでいう引張弾性率とは、上記研磨パッドの弾性体層を１ｍｍ×１．５ｍｍ×３５ｍｍの短冊状に切り出し、通常の動的粘弾性試験装置を用いて、スパン間２７．５ｍｍにて周波数１Ｈｚにて２５℃で測定を行い、得られる複素弾性率の貯蔵弾性率をいう。
【００３３】
本発明における研磨パッド表面のクッション層の形成方法としては、ドレッシング処理、すなわちダイヤモンド等の砥石を用いてパッド表面の樹脂を削り取り、繊維を露出する方法が取れる。砥石の代わりに、ワイヤーブラシ、メタルスクレーバ、樹脂ブラシ、ガラスあるいはセラミックスプレートを使用しても良い。有機繊維及びエラストマ粒子の露出した部分の長さは、１ｍｍ以下のものが使用できるが、２００μｍ以下であることが望ましい。好ましくは１〜２００μｍ、より好ましくは１０〜１５０μｍである。短ければ、研磨液の保持性が低下して研磨速度が小さくなり、長くなれば平坦性に悪影響を及ぼす。
【００３４】
本発明の上記クッション層を有する研磨パッドのクッション層上での動摩擦係数は、０．３５以下、好ましくは０．３以下に調整することが望ましく、より好ましくは、０．２５以下である。なお、研磨パッドＢにおいては、クッション層上での動摩擦係数が０．３５以下であることが必須である。摩擦係数が大きいと研磨速度は高くなるが、ディッシング等の局所的な平坦性は低化する。反対に摩擦係数が小さいと、ディッシング等の局所的な平坦性は高くなるが、研磨速度は低化する。
ここでいう動摩擦係数とは、往復摺動摩擦試験機により相手金属材を半径５ｍｍの金属球とし、荷重５ｇ、速度１ｍｍ／秒、ストローク長１２ｍｍの条件で、２５℃の通常雰囲気、乾燥状態の下で、１０往復摺動させ、１０往復目の動摩擦係数を計測することにより評価できる。
【００３５】
以上の研磨パッドを用いれば、研磨する金属に対応する砥粒粒子を含まない研磨液では、被研磨物とパッドを主として構成する弾性体層との間にクッション層が介在するために摩擦が生じず、そのため研磨速度は低い。一方、研磨する金属に対応した砥粒粒子を含んだ研磨液では、砥粒がクッション層を構成する繊維あるいはエラストマ粒子に保持され研磨が進む。金属配線部のディッシング等の平坦性悪化は、パッドと被研磨面との摩擦により発生する熱によるエッチングの進行によるものと、発明者の検討により判明した。したがって、上記のように砥粒を含まない研磨液で研磨が行われないことは、平坦性の向上には有効である。好ましくは、上記粒子を含まない金属用研磨液の研磨速度Ａと、粒子を含むほかは前記研磨液と同様の金属用研磨液の研磨速度Ｂの比（Ａ／Ｂ）が、同じ研磨条件で研磨した場合、０〜１／１０であり、さらに好ましくは０〜１／１５である。この比が小さいほど、ディッシングは小さくなるが、研磨速度が小さくなる。なお、研磨パッドＣにおいては、この比が０〜１／１０であることが必須である。
【００３６】
本発明の研磨パッドに使用する金属用ＣＭＰ研磨剤は、砥粒粒子を含んでいるものならば、特に制限なく使用できる。例えば、Ｃｕ用研磨剤として、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、添加剤と防食剤を水に分散させ、さらに過酸化物を添加した研磨剤が挙げられる。砥粒としては、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。粒子含有量が少ないと、研磨速度が低化する。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。
【００３７】
本発明の研磨パッドを製造する方法は、特に規定はしないが、従来から公知の方法を利用して行うことができる。パッドを主として構成する弾性体が熱可塑性樹脂で構成される場合は、本発明の製造方法の１つ、すなわち、有機繊維あるいはエラストマ粒子と熱可塑性樹脂を混合する過程、有機繊維と熱可塑性樹脂とからなる混合物をペレットあるいはタブレットにする過程、該ペレットあるいはタブレットを押し出し成形により板状体に加工する過程、及び板状体の片面を粗化する過程を含む方法をとることができる。例えば、まず、各成分をヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、ターンブルミキサー、リボンブレンダー等で均一に混合（ドライブレンド）した後、単軸押出機や二軸押出機、バンバリーミキサー等で溶融混練する。さらに、有機繊維あるいはエラストマ粒子を加え溶融混合、冷却してペレットあるいはタブレット化する。冷却に水を使用する場合は、ペレットあるいはタブレットを十分に乾燥し、脱水する必要がある。最終的なシート状成形物は、得られた熱可塑性樹脂組成物ペレットあるいはタブレットを再度射出成形機でダイスを通して押し出し、ロールで圧延することで板状体を作製できる。また、金型に注入しても良い。その後板状体の表面を粗化することにより、クッション層を形成する。
【００３８】
一方、熱硬化性樹脂を使用する場合は、本発明の製造方法の他の１つ、すなわち、有機繊維あるいはエラストマ粒子を液状熱硬化性樹脂中に分散する過程、金型に該有機繊維あるいはエラストマ粒子を含む液状熱硬化性樹脂を流し込む過程、それを硬化させて板状体を得る過程、及び板状体の片面を粗化する過程を含む方法が望ましい。例えば２液型の熱硬化性樹脂を用いる場合は、２液の片方或いは両方の樹脂液に、繊維あるいはエラストマ粒子をホモミキサー等で分散させ、更に２液を混合して攪拌する。攪拌後の混合液を減圧状態にして巻きこんだ気体を脱泡し、さらにシート状に成形出来る型に入れて加圧もしくは常圧で加温し硬化させる。その後、得られた板状体の表面を粗化して、クッション層を形成する。
【００３９】
研磨パッドの全体の厚みは０．１〜５ｍｍであることが好ましく、０．５〜２ｍｍであることがより好ましい。これを必要であれば所定の研磨機の定盤形状にあわせ加工することで、最終製品とする。また、上記研磨パッドに溝を付ける方法として、あらかじめシート状の型に研磨パッドの溝となる凸部を設けて、成形品に溝形状を付ける方法や成形後、ＮＣ旋盤等を使用して加工することもできる。
研磨装置定盤への上記研磨パッド固定は、両面接着テープ等の接着剤を研磨面と逆側に使用することができる。また、発泡ポリウレタン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。
【００４０】
以下本発明の研磨パッドを用いた基板の研磨方法について説明する。
研磨する装置に特に制限はなく、円盤型研磨装置、リニア型研磨装置で使用することができる。一例として、半導体基板を保持するホルダーと研磨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や有機繊維は、ドレッシングを行うことにより再生される。
【００４１】
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。
本発明の研磨パッドを使用し研磨する基板としては、例えば、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。層間絶縁膜からなる絶縁層は、誘電率が２．７以下、例えば、１．５〜２．７であることが好ましく、２．０以下であることがより好ましい。誘電率が２．７を超えると、製造される半導体の信号遅延が大きくなり、演算速度の低下等の問題を生じることがある。
【００４２】
また、上記のような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。
【００４３】
【実施例】
以下実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（研磨パッドの作製）
以下の方法で研磨パッドを作製した。
（実施例１）
有機繊維としてポリ−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１２５μｍ、繊維長３ｍｍ）、マトリックス樹脂としてＡＢＳ樹脂ペレット（商品名：サンタック、日本エイアンドエル（株）製）を押し出し成形機にて溶融混合し、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は、５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、押し出し成形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。このシートに、深さ０．６ｍｍ、幅２．０ｍｍの矩形断面形状の溝を、ピッチ１５ｍｍ格子状に形成した後、Φ６００ｍｍの円盤状に切り出した。さらに溝加工した面の反対側に両面テープを接着し、表面粗化処理前の研磨パッドとした。
【００４４】
（実施例２）
アクリルエラストマ粒子（平均粒径５μｍ、積水化成品工業（株）製、商品名：テクポリマーＥＡＸ）とタブレット形状のＡＢＳ樹脂市販品（日本エイアンドエル（株）製、商品名：サンタック）を、アクリルエラストマ３５重量部に対しＡＢＳ樹脂６５重量部の割合でヘンシェルミキサーを用いて均一に混合（ドライブレンド）した。混合物を２軸押出機で溶融混練し、アクリルエラストマ粒子をＡＢＳ樹脂マトリックス中に分散させた。溶融混練した樹脂は紐状に押し出して水で冷却し、カットして樹脂混合物のタブレットを得た。このタブレットを十分に乾燥した後、押し出し成形機を用いロールで圧延して厚み１ｍｍのシート状に加工した。この樹脂シートをΦ６００ｍｍの円盤状に切り出し、さらに表面に幅２ｍｍ、深さ０．６ｍｍ、ピッチ１５ｍｍの格子状の溝を旋盤加工し、表面粗化処理前の研磨パッドとした。
【００４５】
（実施例３）
マトリックス樹脂として、ポリエチレンを用いたほかは、実施例１と同様にして、表面粗化処理前の研磨パッドを得た。
【００４６】
（実施例４）
有機繊維としてポリ−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）、熱硬化性樹脂として、（株）エッチアンドケー製ポリウレタン樹脂ＨＥＩ−ＣＡＳＴを用いてパッドの成形を行った。ＨＥＩ−ＣＡＳＴ３５４５Ａと３４００Ｃ、さらにチョップ状の繊維をホモミキサーで混合し、繊維を樹脂中に分散させた。さらにＨＥＩ−ＣＡＳＴ３５４５Ｂを加えホモミキサーで素早く攪拌分散し、減圧下において脱泡を行った。有機繊維と各樹脂の混合割合は、重量比でＨＥＩ−ＣＡＳＴ３５４５Ａ：３４００Ｃ：アラミド繊維：３５４５Ｂ＝８０：２０：１０：９６で混合した。混合後の樹脂液を厚み２ｍｍ、６５０ｃｍ角のシートを成形出来る金型に流し込み、８０℃で１時間加熱し硬化させた。このシートに、深さ０．６ｍｍ、幅２．０ｍｍの矩形断面形状の溝を、ピッチ１５ｍｍ格子状に形成した後、Φ６００ｍｍの円盤状に切り出した。さらに溝加工した面の反対側に両面テープを接着し、表面粗化処理前の研磨パッドとした。
【００４７】
（実施例５）
アクリルエラストマ粒子（平均粒径５μｍ、積水化成品工業（株）製、商品名：テクポリマーＥＡＸ）とアクリル系液状熱硬化性樹脂組成物（メタクリル酸メチル４９重量部、ポリエチレングリコールジメタクリレート４９重量部、硬化剤（有機化酸化物）２重量部配合）をアクリルエラストマ粒子２０重量部に対しアクリル系液状熱硬化性樹脂組成物８０重量部の割合でホモミキサーを用いて均一に混合した。得られた樹脂混合液を常温で３分間減圧脱泡して混合液中に巻き込んだ空気を除去した。さらに樹脂液を、厚み２ｍｍ、６５０ｍｍ角のシートを成形できる金型に流し込み、６０℃で１時間加熱、６０℃から１４０℃に２時間で昇温、１４０℃で１時間加熱して硬化させた。このシートをΦ６００ｍｍの円盤状に切り出し、さらに表面に幅２ｍｍ、深さ０．６ｍｍ、ピッチ１５ｍｍの格子状の溝を旋盤加工し、表面粗化処理前の研磨パッドとした。
【００４８】
（比較例１）
有機繊維を使用しない他は、実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。
【００４９】
（比較例２）
市販の発泡ポリウレタンパッドを用いた。
【００５０】
（パッド特性の評価）
作製した研磨パッドの特性を下記にしたがい評価した。
【００５１】
（引張弾性率）
作製した研磨パッドを１ｍｍ×１．５ｍｍ×３５ｍｍの短冊状に切り出し、動的粘弾性試験装置（Ｒｈｅｏｍｅｔｒｉｘ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製、ＲＳＡ−ＩＩ）を用いて、スパン間２７．５ｍｍにて周波数１Ｈｚにて２５℃で測定を行い、引張弾性率を求めた。
【００５２】
（動摩擦係数）
各研磨パッドを＃１６０番手のダイヤモンド砥石をつけたドレッサーで３０分間表面を荒らした。表面粗化後、２０ｍｍ×１０ｍｍの短冊型にサンプルを切り出し、以下の動摩擦係数の測定に用いた。往復摺動摩擦試験機（ＨＥＩＤＯＮ−１４Ｄ）を用い、銅製のスライダをサンプル上に５ｇの一定荷重で押し付けた状態で往復運動させそのときの抵抗力を測定した。スライダは半径５ｍｍの９９．９％銅球を用い、１２ｍｍの範囲を速度１ｍｍ／ｓｅｃで運動させた。測定は、各サンプル各荷重ごとに１０回往復させて行い、１０回目の荷重の平均を用いて動摩擦係数を求めた。
表１に以上の方法で求めたパッドの特性について示す。
【００５３】
【表１】
2004311727.tif 000002
【００５４】
（研磨剤の作製方法）
銅用の研磨液として、砥粒を含まない（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。両者とも使用時に、体積比で研磨液：過酸化水素水＝７：３で混合した。
バリア膜の研磨には、ＨＳ−Ｔ６０５（日立化成工業（株）製）を用いた。
絶縁膜用の研磨液として、酸化セリウム系研磨剤（日立化成工業（株）製  ＨＳ−８００５）を用い、蒸留水で５倍と２５倍に希釈し酸化セリウム粒子濃度１．０重量％と０．２重量％の研磨液を得た。
【００５５】
（金属膜及び絶縁膜の研磨）
上記のパッドを研磨装置の定盤に取り付け、＃１６０番手のダイヤモンド砥石をつけドレッサーで、３０分間表面を粗した。実施例１、３及び４のクッション層を形成する繊維の露出長は、各々、７０μｍ、８０μｍ、６０μｍであった。その後、上記研磨剤を使用して、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。
【００５６】
研磨速度及び研磨傷評価用としては配線のない基板を用い、金属膜の研磨に厚さ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、絶縁膜の研磨にシリコン基板上にＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で酸化珪素絶縁膜を形成させた基板を用いた。
【００５７】
ディッシング評価には配線を形成した基板を用い、金属膜の研磨に、二酸化シリコン中に深さ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５０ｎｍの窒化タンタル膜を形成し、同様にスパッタ法により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用いた。銅膜の弾性率は、ナノインデンターによる測定によれば、１５０ＧＰａであった。
【００５８】
（研磨速度の評価）
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に取り付けた研磨パッド上にセットする。上記の銅膜形成基板と銅用研磨液を用いて、研磨液を１５０ｍｌ／ｍｉｎで供給しながら、加工加重２×１０４Ｐａ、及び４×１０４Ｐａ、回転数９０ｒｐｍで１分間研磨した。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。
【００５９】
（研磨傷の評価）
Ｃｕ膜の傷評価は、研磨速度の評価を行なった基板を用い、金属顕微鏡の暗視野にて目視にて評価した。
【００６０】
（ディッシング量）
銅配線を形成した基板と銅用の研磨液を用い、配線部以外の部分でバリア膜が露出するまで銅研磨を行った。その後バリア用研磨液を用い、、加工加重２×１０４Ｐａ、及び４×１０４Ｐａ、回転数９０ｒｐｍで３０秒研磨を行いバリア膜を研磨した。触針式段差計（例えば、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、ディッシング量とした。
表２に研磨特性の結果を示す。
【００６１】
【表２】
2004311727.tif 000003
【００６２】
実施例１及び２と比較例１は、マトリックス樹脂は同様で、クッション層を有するか有さないかの違いである。比較例１に比べて本発明の研磨パッドである実施例１及び２は、何れの荷重での研磨においても傷の発生が抑えられて良好であった。比較例１は研磨傷が無数に入っており、ディッシングの測定が不能であった。
【００６３】
また、実施例１〜５では砥粒フリー研磨液を用いると殆ど研磨速度が得られず、同研磨液で研磨速度の高い比較例１及び２と異なる研磨機構によって研磨されていることは明らかである。砥粒フリー研磨液による研磨速度と砥粒入り研磨液による研磨速度の比は０〜０．０４８の間にある。
【００６４】
また、実施例１〜５は、砥粒入り研磨液を用いた場合、低荷重においても、比較的研磨速度が大きく低荷重すなわち低摩擦力での研磨に有用であることが確認できた。一方、比較例１においては研磨速度の低下が大きく。市販の発泡ポリウレタンを用いた比較例２では荷重が低い場合の研磨速度の低下は小さいものの、ディッシングの量が実施例に比べ大きくなる。
【００６５】
以上の結果から、実施例のパッドは繊維を含むことにより研磨傷を低減し、研磨粒子を有効に活用することによる高研磨速度化、低荷重での研磨速度向上の効果があることが明らかである。特に低荷重研磨においては、ディッシング量が比較例と比べ小さく良好であることがわかる。
以上の検討から、本発明による研磨パッドを使用すれば、ＣＭＰ時に絶縁層にかかる負荷を低減しつつ、平坦性を向上できることがわかる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の製造方法によって作製した被研磨物側表面に有機繊維が露出した研磨パッドを使用して金属のＣＭＰを行えば、低荷重で研磨を行うことができるため、層間絶縁膜への負荷が小さく、かつ平坦性にも優れた研磨が行え、次世代のデュアルダマシン法を容易に実施することが可能となる。