(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）溶媒と１次バインダーを混合して１次混合物を製造する段階、
（ｂ）前記１次混合物に研磨粒子を混合して２次混合物を製造する段階、
（ｃ）前記２次混合物にポリビニルピロリドン又はＮ−ビニル−２−ピロリドンを添加する段階、
（ｄ）前記２次混合物を乾燥して溶媒を除去することにより、カプセル化された研磨粒子を得る段階、及び
（ｅ）前記カプセル化された研磨粒子と、ポリエチレン、ポリエチレングリコールマクロアクリレート及び選択的にトリメチルオールプロパントリアクリレートが混合された樹脂でなる群から選択される２次バインダーを混合する段階を含むことを特徴とする研磨粒子混合組成物の製造方法。
【請求項２】
前記（ｂ）段階で研磨粒子は、１次バインダーに対し５〜２５重量％の比率で用いられることを特徴とする請求項１に記載の研磨粒子混合組成物の製造方法。
【請求項３】
前記１次バインダーはポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、セルロース系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂及びこれらの混合でなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の研磨粒子混合組成物の製造方法。
【請求項４】
前記研磨粒子はヒュームドシリカ、コロイド性シリカ、酸化セリウム、酸化マンガン、酸化アルミニウム及びこれらの混合でなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の研磨粒子混合組成物の製造方法。
【請求項５】
前記ポリエチレン：ポリエチレングリコールマクロアクリレート：トリメチルオールプロパントリアクリレートの混合比が４６〜６０重量％：４０〜４６重量％：０〜６重量％であることを特徴とする請求項１に記載の研磨粒子混合組成物の製造方法。
【請求項６】
前記（ｄ）段階で乾燥は、噴霧乾燥により行われることを特徴とする請求項１に記載の研磨粒子混合組成物の製造方法。
【請求項７】
ポリエチレングリコール、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂およびこれらの混合でなる群から選択される１次バインダーでカプセル化された研磨粒子；
前記研磨粒子間の結合力を増進させるポリビニルピロリドン又はＮ−ビニル−２−ピロリドン；及び
ポリエチレン、ポリエチレングリコールマクロアクリレート、および選択的にトリメチルオールプロパントリアクリレートが混合された樹脂でなる２次バインダーを含むことを特徴とする研磨粒子混合組成物。
【請求項８】
（ａ）ベースパッドと
（ｂ）前記ベースパッドの上部に形成された研磨層を含む研磨パッドであって、
前記研磨層はポリエチレングリコール、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂およびこれらの混合でなる群から選択される１次バインダーでカプセル化された研磨粒子と、これを支持する２次バインダーを含み、
前記研磨粒子間の結合力を増進させるポリビニルピロリドン又はＮ−ビニル−２−ピロリドンを含み、
前記２次バインダーはポリエチレン、ポリエチレングリコールマクロアクリレート、および選択的にトリメチルオールプロパントリアクリレートが混合された樹脂でなることを特徴とする研磨パッド。
【請求項９】
（ａ）請求項１から請求項６の何れかに記載の方法により製造された研磨粒子混合組成物をベースパッド上部にコーティングして研磨層を形成する段階、及び
（ｂ）前記研磨層を硬化して研磨パッドを完成する段階を含むことを特徴とする研磨パッドの製造方法。
【請求項１０】
前記（ａ）段階は、スクリーンプリンティング方式によりコーティングされることを特徴とする請求項９に記載の研磨パッドの製造方法。
【請求項１１】
前記（ｂ）段階は熱硬化、紫外線硬化又は電子線硬化により硬化されることを特徴とする請求項９に記載の研磨パッドの製造方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の研磨パッドを用いることを特徴とする層間絶縁膜の化学的機械的研磨方法。
【請求項１３】
前記化学的機械的研磨は、エッチング溶液が供給されることにより進められることを特徴とする請求項１２に記載の化学的機械的研磨方法。
【請求項１４】
前記エッチング溶液は、超純水及びアルカリ性溶液でなる群から選択されることを特徴とする請求項１３に記載の化学的機械的研磨方法。
【請求項１５】
前記研磨粒子は、１次バインダーに対し５〜２５重量％の比率で用いられることを特徴とする請求項７に記載の研磨粒子混合組成物。
【請求項１６】
前記ポリエチレン：ポリエチレングリコールマクロアクリレート：トリメチルオールプロパントリアクリレートの混合比が４６〜６０重量％：４０〜４６重量％：０〜６重量％であることを特徴とする請求項７に記載の研磨粒子混合組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨粒子含浸組成物及びこれを利用した研磨パッドに関し、より詳しくは半導体基板に形成された層間絶縁膜をＣＭＰ方法で研磨するとき用いるものであり、カプセル化された研磨粒子を含浸させた組成物を塗布して作った研磨パッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＣＭＰは化学的反応と機械的反応が結合して発生するもので、化学的反応はスラリー内に含まれているエッチング溶液と膜間の化学反応を意味し、機械的反応は研磨パッドにより加えられた力がスラリー内の研磨粒子に伝えられ、既に化学的反応を受けた膜が研磨粒子により機械的に剥離されることを意味する。
従来のＣＭＰ工程は、回転する研磨パッドと基板が直接的に加圧接触し、これらの界面に研磨粒子及びエッチング溶液を含むスラリーが供給されることにより行われた。したがって、基板表面はスラリーが塗布された研磨パッドにより機械的及び科学的に研磨されて平坦化されるため、スラリー組成物を構成する研磨粒子及びエッチング溶液により研磨速度、研磨表面の欠陥及び腐食等の特性が異なることになる。
このような従来の研磨粒子を含むスラリー供給方式によるＣＭＰ工程は、ウェーハ１枚に対し２００〜３００ｍＬ／ｍｉｎ程度のスラリーが消耗するが、このうち２０〜３０％程度だけがＣＭＰ工程に参加する。しかし、研磨工程の安定性の側面で供給されるスラリーの使用量を自由に減少させることができないためこれに伴う経済的損失を甘受するしかなく、さらに、スラリーに添加される研磨粒子の量を減少させる場合は研磨速度が低下する結果をもたらした。
【０００３】
現在通常用いられるＣＭＰ用スラリーの場合、工程進行後研磨副産物、研磨粒子とエッチング溶液が混合している状態の廃液が発生するが、１枚のウェーハに対し３〜４回程度のＣＭＰ工程が適用されると仮定する場合２〜４Ｌ程度のスラリーが消耗し、結局一日に１０００枚のウェーハ加工時に発生する廃液の量は２０００〜４０００Ｌ程度になるので、これを処理するためには別の費用が消費されるという問題点があった。
【０００４】
さらに、従来のスラリー供給方式を用いたＣＭＰ工程に過研磨（overpolishing）が適用される限り、ディバイスを構成している異種物質間の圧力の不均一分布、研磨粒子の含有量、金属ＣＭＰ時の酸化剤の影響等で発生するディッシング（dishing）と腐食（erosion）特性等を避けることができないという問題点があった。
【０００５】
研磨粒子を含む研磨パッドに関する従来の技術として、特許文献１は金属層を除去するのに用いられるものであり、基板（substrate）、異種固体触媒（heterogeneous solid catalyst）及び選択的に研磨粒子を含む研磨パッドを開示する。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第６４３５９４７号明細書（第２頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のような従来の問題点を解決するためスラリー供給方式による遊離（free）粒子状の研磨粒子を用いる代りに、研磨粒子をパッドの表面に付着する方法を介して研磨粒子の自由度を抑制させようとカプセル化された研磨粒子を含浸させた組成物、及びこのような組成物をパッドに塗布して作った研磨パッドを提供することを目的とする。
さらに、本発明は前記の研磨パッドを利用したＣＭＰ方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、研磨粒子混合組成物の製造方法であって、（ａ）溶媒と１次バインダーを混合して１次混合物を製造する段階、（ｂ）前記１次混合物に研磨粒子を混合して２次混合物を製造する段階、（ｃ）前記2次混合物にポリビニルピロリドン又はＮ−ビニル−２−ピロリドンを添加する段階、（ｄ）前記２次混合物を乾燥して溶媒を除去することにより、カプセル化された研磨粒子を得る段階、及び（ｅ）前記カプセル化された研磨粒子と、ポリエチレン、ポリエチレングリコールマクロアクリレート及び選択的にトリメチルオールプロパントリアクリレートが混合された樹脂でなる群から選択される２次バインダーを混合する段階を含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の研磨粒子混合組成物の製造方法であって、前記（ｂ）段階で研磨粒子は、１次バインダーに対し５〜２５重量％の比率で用いられることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の研磨粒子混合組成物の製造方法であって、前記１次バインダーはポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、セルロース系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂及びこれらの混合でなる群から選択されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の研磨粒子混合組成物の製造方法であって、前記研磨粒子はヒュームドシリカ、コロイド性シリカ、酸化セリウム、酸化マンガン、酸化アルミニウム及びこれらの混合でなる群から選択されることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の研磨粒子混合組成物の製造方法であって、前記ポリエチレン：ポリエチレングリコールマクロアクリレート：トリメチルオールプロパントリアクリレートの混合比が４６〜６０重量％：４０〜４６重量％：０〜６重量％であることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の研磨粒子混合組成物の製造方法であって、前記（ｄ）段階で乾燥は、噴霧乾燥により行われることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、研磨粒子混合組成物であって、ポリエチレングリコール、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂およびこれらの混合でなる群から選択される１次バインダーでカプセル化された研磨粒子；前記研磨粒子間の結合力を増進させるポリビニルピロリドン又はＮ−ビニル−２−ピロリドン；及びポリエチレン、ポリエチレングリコールマクロアクリレート、および選択的にトリメチルオールプロパントリアクリレートが混合された樹脂でなる２次バインダーを含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の発明は研磨パッドであって、（ａ）ベースパッドと（ｂ）前記ベースパッドの上部に形成された研磨層を含む研磨パッドであって、前記研磨層はポリエチレングリコール、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂およびこれらの混合でなる群から選択される１次バインダーでカプセル化された研磨粒子と、これを支持する２次バインダーを含み、前記研磨粒子間の結合力を増進させるポリビニルピロリドン又はＮ−ビニル−２−ピロリドンを含み、前記２次バインダーはポリエチレン、ポリエチレングリコールマクロアクリレート、および選択的にトリメチルオールプロパントリアクリレートが混合された樹脂でなることを特徴とする。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、研磨パッドの製造方法であって、（ａ）請求項１から請求項６の何れかに記載の方法により製造された研磨粒子混合組成物をベースパッド上部にコーティングして研磨層を形成する段階、及び（ｂ）前記研磨層を硬化して研磨パッドを完成する段階を含むことを特徴とする。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の研磨パッドの製造方法であって、前記（ａ）段階は、スクリーンプリンティング方式によりコーティングされることを特徴とする。
【００２４】
請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の研磨パッドの製造方法であって、前記（ｂ）段階は熱硬化、紫外線硬化又は電子線硬化により硬化されることを特徴とする。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、層間絶縁膜の化学的機械的研磨方法であって、請求項８に記載の研磨パッドを用いることを特徴とする。
【００２６】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の化学的機械的研磨方法であって、前記化学的機械的研磨は、エッチング溶液が供給されることにより進められることを特徴とする。
【００２７】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の化学的機械的研磨方法であって、前記エッチング溶液は、超純水及びアルカリ性溶液でなる群から選択されることを特徴とする。
請求項１５に記載の発明は、請求項７に記載の研磨粒子混合組成物であって、前記研磨粒子は、１次バインダーに対し５〜２５重量％の比率で用いられることを特徴とする。
請求項１６に記載の発明は、請求項７に記載の研磨粒子混合組成物であって、前記ポリエチレン：ポリエチレングリコールマクロアクリレート：トリメチルオールプロパントリアクリレートの混合比が４６〜６０重量％：４０〜４６重量％：０〜６重量％であることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明では研磨粒子含浸組成物、このような組成物をパッドに塗布して作った研磨パッド、及びこのような研磨パッドを利用したＣＭＰ方法を提供する。
以下、図面に基づき本発明を詳しく説明すれば次の通りである。
【００２９】
先ず、本発明ではカプセル化された研磨粒子を含浸させた組成物の研磨粒子含浸組成物をパッドに塗布して作った研磨パッドを提供するが、これは図１に示されているようにベースパッド２０及びベースパッド上部に形成された研磨層１０を含む。ベースパッド２０は軟質又は硬質で成り得るが、好ましくは均一性（uniformity）を確保する役割を果す軟質層と、広域平坦性（planarity）を確保する役割を果す硬質層の積層構造に形成される。
前記の研磨層１０は、図２に示されているように２次バインダー１３と前記２次バインダー１３に含浸されカプセル化された研磨粒子１５を含み、前記カプセル化された研磨粒子１５は１次バインダー１２によりカプセル化された研磨粒子１１をいう。
【００３０】
このとき、１次バインダー１２はエッチング溶液に溶解されるものであり、例えば、水に対する溶解度及び溶解速度の大きいポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール又はセルロース系樹脂を用いることができ、さらに、アルカリ性溶液に溶解されるアクリル系樹脂又はスチレン−アクリル系樹脂を用いることができる。
研磨粒子１１にはヒュームドシリカ（fumed silica）、コロイド性シリカ（colloidal silica）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化マンガン（ＭｎＯ2）又は酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等、一般的な研磨粒子を用いることができる。
【００３１】
さらに、２次バインダー１３は研磨を望むウェーハとパッドの接触圧力により膨潤（swelling）するか、或いはこのような研磨圧力及びエッチング溶液との相互作用により膨潤可能な物質が用いられるが、本発明ではポリエチレン（polyethylene）、ポリエチレングリコールマクロアクリレート（polyethyleneglycolmacroacrylate）及び選択的にトリメチルオールプロパントリアクリレート（trimethylolpropanetriacrylate）が混合された樹脂が用いられる。このとき、前記ポリエチレンは重合度が２００〜７００であるのが好ましい。
【００３２】
次に、本発明では前記研磨パッドの製造方法を提供する。
図３は、本発明に係る研磨パッドの製造工程図であり、前記研磨層１０を含む研磨パッドの製造方法は下記の段階を含む。
（ａ）溶媒１４と１次バインダー１２を混合して１次混合物を製造する段階、
（ｂ）前記１次混合物に研磨粒子１１を混合して２次混合物を製造する段階、
（ｃ）前記２次混合物にポリビニルピロリドン又はＮ−ビニル−２−ピロリドンを添加する段階、
（ｄ）前記２次混合物を乾燥して溶媒１４を除去することにより、カプセル化された研磨粒子１５を得る段階、
（ｅ）前記カプセル化された研磨粒子１５と２次バインダー１３を混合して研磨粒子含浸組成物を製造する段階、
（ｆ）前記研磨粒子含浸組成物をベースパッド２０上部にコーティングして研磨層１０を形成される段階、及び
（ｇ）前記研磨層１０を硬化して研磨パッドを完成する段階を含む。
【００３３】
先ず、前記（ａ）段階では溶媒１４と１次バインダー１２を混合するが、このとき用いられる１次バインダー１２は研磨粒子１１をカプセル化する役割を果すものであり、前述のようにポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、セルロース系樹脂、アクリル系樹脂又はスチレン−アクリル系樹脂等が用いられる。
【００３４】
このとき、１次バインダー１２にエッチング溶液に溶解される樹脂を用いる理由は、追ってＣＭＰ工程時に研磨パッドにエッチング溶液が供給されたとき研磨粒子１１をカプセル化している１次バインダー１２が溶解されてこそ、研磨粒子１１が導き出されることにより研磨工程に参加できるためである。
さらに、前記溶媒１４にはアルコール系溶媒として好ましくはエタノール又はイソプロパノール等が用いられ、その使用量は（ｂ）段階で研磨粒子１１を混合した後、［溶媒１４のかさ］：［１次バインダー１２と研磨粒子１１の総かさ］が６：４程度になるよう調節するのが好ましい。
【００３５】
次に、前記（ｂ）段階では前記溶媒１４と１次バインダー１２の混合溶液に研磨粒子１１を混合するが、このとき研磨粒子１１には前述のようにヒュームドシリカ、コロイド性シリカ、酸化セリウム、酸化マンガン又は酸化アルミニウム等を用い、その使用量は前記１次バインダー１２の使用量を基準に５〜２５重量％となるよう調節する。
さらに、前記（ｃ）段階では研磨粒子１１間の結合力を増進させるため、エッチング溶液の水又はアルカリ性溶液に溶解されるポリビニルピロリドン（polyvinyl pyrrolidone）又はＮ−ビニル−２−ピロリドン（Ｎ−vinyl−２−pyrrolidone）を、前記研磨粒子に対し１〜１０重量％の量で溶媒１４、１次バインダー１２及び研磨粒子１１の混合物に混合して用いる。
【００３６】
次に、前記（ｄ）段階では乾燥して溶媒１４を除去することによりカプセル化された研磨粒子１５を得る。このとき、乾燥は噴霧乾燥を行うのが好ましい。
噴霧乾燥（spray drying）とは、材料を微粒化するため所定の液体状態の材料を熱風の中に噴霧させ、１ｍｍ以下の微細な水滴状態で気流に同伴させながら乾燥させる方法をいう。
【００３７】
次に、前記（ｅ）段階では（ｄ）段階から得たカプセル化された研磨粒子１５と２次バインダ１３を混合して研磨粒子含浸組成物を製造するが、このとき２次バインダ１３はカプセル化された研磨粒子１５を支持する役割を果たすもので、前述のように本発明ではポリエチレン、ポリエチレングリコールマクロアクリレート及び選択的にトリメチルオールプロパントリアクリレートが混合された樹脂を用いる。
前記トリメチルオールプロパントリアクリレートは、２次バインダ１３の機械的特性を調節する役割を果たすものである。
これらの使用量は、ポリエチレン：ポリエチレングリコールマクロアクリレート：トリメチルオールプロパントリアクリレートの混合比が４６〜６０重量％：４０〜４６重量％：０〜６重量％となるよう調節するが、ポリエチレンとポリエチレングリコールマクロアクリレートの混合比が増加するほど膨潤特性が良好になり、トリメチルオールプロパントリアクリレートの混合比が増加するほど膨潤特性は劣化するが機械的強度は増加する。
【００３８】
次に、前記（ｆ）段階では研磨粒子含浸組成物をスクリーンプリンティング（screen printing）方式を用いてベースパッド２０上部にコーティングして研磨層１０を形成させ、前記（ｇ）段階では用いる樹脂の種類と混合比に従い熱硬化、紫外線硬化又は電子線硬化等の方法で硬化する。
【００３９】
さらに、本発明では前記の製造方法により製造された研磨パッドを用いたＣＭＰ方法を提供する。
前記の製造方法により製造された研磨パッドを用いたＣＭＰ工程は、回転する研磨パッドと基板が直接的に加圧接触されるようにし、これらの界面に超純水又はアルカリ性溶液等のエッチング溶液が供給されることにより行われる。
その原理は、エッチング溶液が供給されながら基板とパッドとの摩擦力により膨潤された２次バインダが、エッチング溶液により完全に溶解せず一部のみ除去された状態で研磨粒子が脱離しないよう支持し、エッチング溶液に対し溶解度の大きい１次バインダは溶解されるため、研磨粒子が導き出されて加工に参加することになるのである。
以上で説明した本発明に係る研磨層を含む研磨パッドを用いたＣＭＰ工程は、従来の一般的なスラリーを用いて層間絶縁膜を研磨する全ての工程に適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
上述のように、本発明では研磨パッドの研磨層から供給される研磨粒子が研磨に参加するようにし、エッチング溶液が供給されるようにしてＣＭＰ工程を進めることにより、従来費やされていた研磨粒子及びエッチング溶液が混合されたスラリーの使用量を６０〜７０％以下に減少させ、廃液の処理費用を減少させるだけでなく、複雑なスラリー供給装置を用いる必要がなくディッシングと腐食特性を２０〜３０％減少させることができるので、全体の工程マージンを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨パッドの断面図である。
【図２】本発明に係る研磨パッドにおいて、研磨層の構成図である。
【図３】本発明に係る研磨パッドの製造工程図である。
【符号の説明】
１０  研磨層
１１  研磨粒子
１２  １次バインダ
１３  ２次バインダ
１４  溶媒
１５  カプセル化された研磨粒子
２０  ベースパッド
【図１】
0004452015.tif 000002
【図２】
0004452015.tif 000003
【図３】
0004452015.tif 000004