(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲げ弾性率が３５００〜８０００ｋｇ／ｃｍ2であることを特徴とする半導体基板用研磨パッド。
【請求項２】
Ｄ硬度が５５〜７０度であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板用研磨パッド。
【請求項３】
半導体基板用研磨パッドが高分子成型物であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体基板用研磨パッド。
【請求項４】
高分子成型物が発泡構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体基板用研磨パッド。
【請求項５】
高分子成型物がポリウレタンを主成分とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体基板用研磨パッド。
【請求項６】
高分子成型物を重合モノマーに含浸させた後、高分子成型物中でモノマーの重合反応をおこさせて得られることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体基板用研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板用研磨パッド（以下研磨パッドという。）に関するものであり、さらに、シリコンなど半導体基板上に形成される絶縁層の表面や金属配線の表面を機械的に平坦化する研磨パッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体メモリに代表される大規模集積回路（ＬＳＩ）は、年々集積化が進んでおり、それに伴い大規模集積回路の製造技術も高密度化が進んでいる。さらに、この高密度化に伴い、半導体デバイス製造箇所の積層数も増加している。その積層数の増加により、従来は問題とならなかった積層にすることによって生ずる半導体ウェハー主面の凹凸が問題となっている。その結果、例えば日経マイクロデバイス１９９４年７月号５０〜５７頁記載のように、積層することによって生じる凹凸に起因する露光時の焦点深度不足を補う目的で、あるいはスルーホール部の平坦化による配線密度を向上させる目的で、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術を用いた半導体ウェハの平坦化が検討されている。
この様なＣＭＰで使用される研磨パッドは、平坦性という観点からＡ硬度で９０度以上の物性が要求されている。現在使用されている研磨パッドは、特表平８−５００６２２号に示されている様にイソシアネート末端のウレタンプレポリマに硬化剤として４，４‘−メチレン−ビス２−クロロアニリン（ＭＯＣＡ）、さらに独立気泡を有する構造とするためにマイクロバルーンを混合し、反応させて得られたものである。このタイプの研磨パッドは独立気泡を有するため研磨パッドの弾性特性が向上し、その結果、半導体基板表面の局所的な凹凸の平坦性が実用上耐えうるレベルのものが得られ、さらに研磨層表面に開口した気泡には研磨スラリーが蓄えられ、半導体基板研磨点への研磨スラリーの効果的な供給がなされるため、比較的高い研磨レートが得られる等の特徴を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被研磨面積が大きくなっていく今、このタイプの研磨パッドは、グローバル平坦性すなわち弾性特性に問題があるとされている。本発明の目的は、半導体基板の上に形成された絶縁層または金属配線の表面を研磨において、高い研磨レートを確保し、スクラッチ傷を防止、かつ、グローバル平坦性が良好な研磨パッドを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成からなる。
１）曲げ弾性率が３５００〜８０００ｋｇ／ｃｍ2であることを特徴とする半導体基板用研磨パッド。
２）Ｄ硬度が５５〜７０度であることを特徴とする（１）に記載の半導体基板用研磨パッド。
３）半導体基板用研磨パッドが高分子成型物であることを特徴とする（１）または（２）に記載の半導体基板用研磨パッド。
４）高分子成型物が発泡構造を有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体基板用研磨パッド。
５）高分子成型物がポリウレタンを主成分とすることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の半導体基板用研磨パッド。
６）高分子成型物を重合モノマーに含浸させた後、高分子成型物中でモノマーの重合反応をおこさせて得られることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の半導体基板用研磨パッド。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態において説明する。
本発明の半導体基板用研磨パッド（研磨パッド）は、特に限定されるものではない。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、エポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ネオプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、およびこれらを主成分とした高分子成型物等が挙げられる。本発明において、曲げ弾性率が３５００〜８０００ｋｇ／ｃｍ2である研磨パッドが、グローバル平坦性が良好な点で好ましい。曲げ弾性率が３５００ｋｇ／ｃｍ2より小さいとグローバル平坦性は悪くなる傾向にあり、８０００ｋｇ／ｃｍ2より大きいと研磨パッドが必要とする弾力が不足し、スクラッチ傷を発生する傾向がある。また、Ｄ硬度は５５〜７０度が好ましく、さらに好ましくは５５〜６５である。Ｄ硬度が５５度より小さいとグローバル平坦性は悪くなる傾向にあり、７０度より大きいと研磨パッドが必要とする弾力が不足し、スクラッチ傷を発生する傾向がある。
【０００６】
ＣＭＰ用研磨パッドに対する要求特性の点から、これら高分子成型物は独立気泡を有していることが好ましい。高分子成型物中への独立気泡の形成方法としては、高分子成型物への各種発泡剤の配合による化学発泡法が一般的であるが、機械的な撹拌により高分子成型物を発泡させたのち硬化させる方法、高分子成型物中に中空のマイクロビーズを分散後、硬化させマイクロビーズ部分を独立気泡とする方法等も好ましく使用することができる。独立気泡は、１０００μｍ以下であることが半導体基板の局所的凹凸の平坦性が良好であることから好ましい。独立気泡径のさらに好ましい径は５００μｍ以下、さらには３００μｍ以下である。
このような観点から、独立気泡径が比較的容易にコントールできる点でポリウレタンを主成分とする素材が好ましい。ポリウレタンとは、ポリイソシアネートの重付加反応または重合反応に基づき合成される高分子である。ポリイソシアネートの対称として用いられる化合物は、含活性水素化合物、すなわち、二つ以上のポリヒドロキシ、あるいはアミノ基含有化合物である。ポリイソシアネートとして、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなど挙げることができるがこれに限定されるものではない。ポリヒドロキシとしてポリオールが代表的であるが、ポリオールとしてポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、エポキシ樹脂変性ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール、シリコーンポリオール等が挙げられる。
【０００７】
ポリイソシアネートとポリオールから得られるポリウレタンを主成分とする高分子成型物は気泡径を比較的自由にコントロールできるので構造制御が容易であるが、平坦性用研磨パッドとして使用するには硬度が低いという問題があり、平坦性に必要な硬度をもたせることが好ましい。硬度を上げるためには、重合開始剤を含む重合モノマーに高分子成型物を含浸させた後、高分子成型物中でモノマーの重合反応をおこさせることが好ましい。本発明での重合モノマーとしては、付加重合、重縮合、重付加などの重合用原料であれば任意であるが、特に付加重合用モノマーとして使用されるビニル化合物が反応の容易さから好ましく使用できる。ビニル化合物とは、炭素炭素二重結合のビニル基を有する化合物である。具体的には、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ｎ−ラウリルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、２−ヒドロキシブチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、メタクリル酸、アクリル酸、グリシジルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、フマル酸、フマル酸ジメチル、フマル酸ジメチル、フマル酸ジプロピル、マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジプロピル、アクリロニトリル、アクリルアミド、塩化ビニル、スチレン、α−メチルスチレン、また、これらの共重合体等が挙げられる。ここでの重合開始剤としては、熱エネルギーにより分解、ラジカル生成、重合開始を経るものであって、特に限定はされないが、例えば過酸化物とアゾ化合物が挙げられる。具体的には、クメンヒドロペルオキシド、第三ブチルヒドロペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ジ第三ブチルペルオキシド、過酸化ベンゾイル、過酸化アセチル、過酸化ラウロイル、アゾビスイソブチロニトリル等が挙げられる。また、重合開始法として、重合開始剤以外に加熱法、放射線照射法、光照射法についても好ましく用いられる。この結果、平坦性に必要な硬度とパッドとしての弾性特性を合わせもつ研磨パッドを得ることができる。
本発明により、半導体基板の上に形成された絶縁層または金属配線の表面をグローバル平坦性良く研磨することができる研磨パッドを提供できる。
【０００８】
【実施例】
以下、実施例にそってさらに本発明の詳細を説明する。本実施例において各特性は以下の方法で測定した。
［曲げ試験］：テンシロン万能試験機“ＲＴＭ−１００”（（株）オリエンテック製）で測定した。サンプルの形状は厚み１〜２ｍｍの短冊状であった。
［グローバル平坦性］：研磨前後のウェハの厚みおよび凹凸差を、光干渉式膜厚測定装置“ラムダエース”ＶＭ−８０００Ｊ（大日本スクリーン製造（株）製）および３次元表面構造解析顕微鏡（キャノン販売（株）製）で測定した。被研磨体には、左半分に４０μｍ幅、高さ１．２μｍのＡｌ配線を右半分に４００μｍ幅、高さ１．２μｍのＡｌ配線をそれぞれ４０μｍのスペースでラインアンドスペースで配置し、さらにその上にテトラエトキシシランをＣＶＤで絶縁膜を厚さ３μｍになるように成形した２０mm角のダイを６インチシリコンウェハ上に設置したものを用いた。評価方法としては、所定時間の研磨におけるそれぞれの配線幅のグローバル段差を測定した。
［Ｄ硬度］高分子計器（株）製“アスカーゴム硬度計Ｄ型”によりシート状（厚み６ｍｍ以上）のサンプルを測定した。
［平均気泡径］走査電子顕微鏡（日立製作所（株）製“ＳＥＭ２４００型”）での１００倍または２００倍写真を画像処理（ピアス（株）製“ＰＩＡＳ-IV）により処理し、計測した。
【０００９】
実施例１
大きさ２５０×２５０ｍｍ、厚み５ｍｍの発泡ポリウレタンシート（硬度はＡ硬度で３５度、平均気泡径は３９μｍ、比重は０．６５ｇ／ｃｍ3）（三洋化成工業（株）の検討品のため、製品名はない）をメチルメタクリレート１００重量部、アゾビスイソブチロニトリル０．１重量部の溶液中に１０時間浸漬した。次にこの発泡ウレタンシートを塩化ビニル製ガスケットを介して２枚のガラス板に挟み込み、ダブルクリックで固定、密閉した後、６５〜７０℃の水浴で５時間加熱し、次いで１００℃オーブン中で３時間加熱することで、Ｄ硬度５７度、平均気泡径７０μｍ、比重０．８０ｇ／ｃｍ3、曲げ弾性率５５００ｋｇ／ｃｍ2の高分子成型物を得た。この高分子成型物をスライサーでスライスし、研磨パッドに成形した後、研磨機定盤に固着させ、ダイヤモンドコンデショナを使用して、押しつけ圧力０．０４ＭＰａ、研磨定盤回転数２４ｒｐｍ、コンデショナ回転数２４ｒｐｍで研磨定盤と同方向に回転させ、純水を１０ｍｌ／分供給しながら、５分間研磨パッドのコンデショニングを行った。次に評価用半導体基板を研磨機の研磨ヘッドに取り付けて、研磨圧力０．０５ＭＰａで、研磨ヘッドと研磨定盤回転数を同方向に３７ｒｐｍで回転させ、シリカ系研磨液を２００ｍｌ／分供給しながら７分間研磨を行った。この結果、研磨時間を１９分としてグローバル平坦性評価を行ったところ、グローバル段差は０．０２μｍであった。この様に６インチの半導体基板のグローバル平坦性が良好な結果が得られた。
【００１０】
実施例２
発泡ポリウレタンシートをメチルメタクリレート８０重量部とエチレングリコールジメタクリレート２０重量部、アゾビスイソブチロニトリル０．１重量部溶液中に１０時間浸漬し、実施例１と同様に成型を行い、Ｄ硬度６５度、平均気泡径６５μｍ、比重０．８７ｇ／ｃｍ3、曲げ弾性率７３００ｋｇ／ｃｍ2の高分子成型物を得た。これを実施例１と同様、研磨時間を７分として評価を行ったところ、グローバル段差は０．０１μｍであった。この様に６インチの半導体基板のグローバル平坦性が良好な結果が得られた。
【００１１】
実施例３
発泡ポリウレタンシートをメチルメタクリレート１００重量部とアゾビスイソブチロニトリル０．１重量部溶液中に１０時間浸漬し、実施例１と同様に成型を行い、Ｄ硬度５５度、平均気泡径１６４μｍ、比重０．６７ｇ／ｃｍ3、曲げ弾性率３６００ｋｇ／ｃｍ2の高分子成型物を得た。これを実施例１と同様、研磨時間を７分として評価を行ったところ、グローバル段差は０．０３μｍであった。この様に６インチの半導体基板のグローバル平坦性が良好な結果が得られた。
【００１２】
実施例４
発泡ポリウレタンシートをメチルメタクリレート１００重量部とアゾビスイソブチロニトリル０．１重量部溶液中に１０時間浸漬し、実施例１と同様に成型を行い、Ｄ硬度７０度、平均気泡径１２０μｍ、比重０．７２ｇ／ｃｍ3、曲げ弾性率８０００ｋｇ／ｃｍ2の高分子成型物を得た。これを実施例１と同様、研磨時間を７分として評価を行ったところ、グローバル段差は０．０１μｍであった。この様に６インチの半導体基板のグローバル平坦性が良好な結果が得られた。
【００１３】
比較例１
ポリエーテル系ウレタンポリマ“アジプレン”Ｌ−３２５（ユニローヤル社製）７８重量部と４，４−メチレン−ビス２−クロロアニリン２０重量部と中空高分子微小球体“エクスパンセル”５５１ＤＥ（ケマーベル社製）１．８重量部をＲＩＭ成形機で混合して金型に吐出して、Ｄ硬度５９度、平均気泡径３０μｍ、比重０．８２ｇ／ｃｍ3、曲げ弾性率３１００ｋｇ／ｃｍ2の高分子成型物を得た。この高分子成型物を研磨パッドに成形した後、実施例１同様、研磨時間を１９分として評価を行ったところ、グローバル段差は０．１μｍであり、良好なグローバル平坦性は得られなかった。
【００１４】
比較例２
Ｄ硬度１０度、比重１．１３ｇ／ｃｍ3、曲げ弾性率５００ｋｇ／ｃｍ2のウレタンゴム“＃１００−５０”（タイガースポリマー（株）製）を研磨パッドに成形した後、実施例１同様、研磨時間を１９分として評価を行ったところ、グローバル段差は０．２μｍ程度以下にはならず、良好なグローバル平坦性は得られなかった。
【００１５】
比較例３
Ｄ硬度８３度、比重１．４０ｇ／ｃｍ3、曲げ弾性率３８５００ｋｇ／ｃｍ2の塩化ビニル樹脂板を研磨パッドに成形した後、実施例１同様、研磨時間を７分として研磨評価を行ったところ、グローバル段差は０．０１μｍであり、グローバル平坦性は良好な結果が得られたが、わずかにスクラッチ傷が生じた。
【００１６】
【発明の効果】
本発明により、半導体基板の上に形成された絶縁層または金属配線の表面を研磨において、高い研磨レートを確保し、スクラッチ傷を防止、かつ、グローバル平坦性が良好な研磨パッドを提供することが可能となる。