(57)【要約】  【課題】シリコンウェハや低誘電率絶縁体等の疎水性材料を研磨する場合であっても、高い研磨速度を達成することができ研磨特性に優れており、また研磨後の被研磨物の洗浄を容易に行うことを可能とする研磨パッドおよびそれを用いた研磨方法を提供すること。  【解決手段】２５℃での水への溶解度が０．１ｇ／１００ｇ以上である水溶性物質を０．１〜５０質量％含有する研磨パッドを溶剤で洗浄することにより得られる研磨パッドおよびそれを用いて被研磨物を研磨する研磨方法により上記課題が解決される。上記被研磨物としてはシリコンウェハが好ましく例示される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５℃での水への溶解度が０．１ｇ／１００ｇ以上である水溶性物質を０．１〜５０質量％含有する研磨パッドを溶剤で洗浄することにより得られる研磨パッド。
【請求項２】
洗浄前の上記研磨パッドが樹脂および水溶性物質を混練後に成形して得られるものである請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
洗浄前の上記研磨パッドが不織布に樹脂および水溶性物質を少なくとも含む混合物を含浸させて得られるものである請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項４】
上記水溶性物質が界面活性剤である請求項１〜３のいずれかに記載の研磨パッド。
【請求項５】
上記溶剤が水を５０質量％以上含有する水系溶剤である請求項１〜４のいずれかに記載の研磨パッド。
【請求項６】
洗浄前の研磨パッドの質量（乾燥時）に対する洗浄後の研磨パッドの質量（乾燥時）の割合が５０〜９９．９質量％である請求項１〜５のいずれかに記載の研磨パッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の研磨パッドを用いて被研磨物を研磨する研磨方法。
【請求項８】
被研磨物がシリコンを表面に有する材料および低誘電率絶縁体を表面に有する材料からなる群から選ばれる少なくとも１種の材料である請求項７に記載の研磨方法。
【請求項９】
被研磨物がシリコンウェハである請求項７に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェハ等の疎水性材料の研磨に有用な研磨パッドおよびそれを用いた研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、集積回路を形成するための基板として使用されるシリコンウェハの鏡面加工を行ったり、半導体デバイス製造時に絶縁膜や導電体膜の凹凸を平坦化加工したりする際に用いられる研磨パッドとしては、不織布にポリウレタン樹脂を含浸させた比較的軟質の研磨パッド、発泡ポリウレタンからなる硬質の研磨パッド、あるいは非水溶性の熱可塑性重合体中に水溶性物質が分散されている研磨パッドなどが使用されている（例えば、特許文献１〜４などを参照）。
【０００３】
これらの研磨パッドには、パッド表面の形状を制御したり水への濡れ性を改善したりするなどの目的のために、界面活性剤等の水溶性物質が添加される場合がある。しかしながら、シリコンや低誘電率絶縁膜等の疎水性材料を研磨する際には、このような界面活性剤等の水溶性物質が疎水性材料の表面に吸着して疎水性材料と研磨時に使用される研磨スラリー中の砥粒や酸化剤等の成分との接触を妨げるため、研磨速度が低下し、また研磨均一性も悪化する問題があった。また、シリコンウェハを研磨した際には、シリコン表面が酸化されにくくなるために研磨後にウェハが水を強くはじくようになり、その後の洗浄が困難になる問題もあった。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３７９５１号公報
【特許文献２】特開２０００−１７８３７４号公報
【特許文献３】特開２００１−８９５４８号公報
【特許文献４】特開２０００−３４４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、シリコンウェハや低誘電率絶縁体等の疎水性材料を研磨する場合であっても、高い研磨速度を達成することができ研磨特性に優れており、また研磨後の被研磨物の洗浄を容易に行うことを可能とする研磨パッドおよびそれを用いた研磨方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成すべく本発明者らは鋭意検討を重ねてきた。その結果、界面活性剤等の水溶性物質を含有する研磨パッドにおいて、それを使用する前に予め水等の溶剤により洗浄して水溶性物質を除去することにより、上記目的を達成することができることを見出し、その知見に基づいてさらに検討を重ねて本発明を完成させた。
【０００７】
すなわち本発明は、
［１］２５℃での水への溶解度が０．１ｇ／１００ｇ以上である水溶性物質を０．１〜５０質量％含有する研磨パッドを溶剤で洗浄することにより得られる研磨パッド、
［２］洗浄前の上記研磨パッドが樹脂および水溶性物質を混練後に成形して得られるものである上記［１］の研磨パッド、
［３］洗浄前の上記研磨パッドが不織布に樹脂および水溶性物質を少なくとも含む混合物を含浸させて得られるものである上記［１］の研磨パッド、
［４］上記水溶性物質が界面活性剤である上記［１］〜［３］のいずれかの研磨パッド、
［５］上記溶剤が水を５０質量％以上含有する水系溶剤である上記［１］〜［４］のいずれかの研磨パッド、
［６］洗浄前の研磨パッドの質量（乾燥時）に対する洗浄後の研磨パッドの質量（乾燥時）の割合が５０〜９９．９質量％である上記［１］〜［５］のいずれかの研磨パッド、
［７］上記［１］〜［６］のいずれかの研磨パッドを用いて被研磨物を研磨する研磨方法、
［８］被研磨物がシリコンを表面に有する材料および低誘電率絶縁体を表面に有する材料からなる群から選ばれる少なくとも１種の材料である上記［７］の研磨方法、
［９］被研磨物がシリコンウェハである上記［７］の研磨方法、
に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、シリコンウェハや低誘電率絶縁体等の疎水性材料を研磨する場合であっても、高い研磨速度を達成することができ研磨特性に優れており、また研磨後の被研磨物の洗浄を容易に行うことを可能とする研磨パッドおよびそれを用いた研磨方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の研磨パッドは、水溶性物質を０．１〜５０質量％含有する研磨パッドを溶剤で洗浄することにより得られる。
【００１０】
洗浄前の上記研磨パッドは、不織布のみからなるもの、不織布に樹脂を含浸させたもの、発泡樹脂からなるもの、無発泡樹脂からなるものなど、いずれも使用することができるが、研磨パッドの比重を比較的高くすることができ、被研磨物の平坦性を確保しやすいことから、不織布に樹脂を含浸させたもの、発泡樹脂からなるもの、または、無発泡樹脂からなるものであることが好ましく、中でも、樹脂および水溶性物質を混練（例えば溶融混練）後に成形して得られるもの、または、不織布に樹脂および水溶性物質を少なくとも含む混合物を含浸させて得られるものがより好ましい。なお、洗浄前の研磨パッドにおいて、水溶性物質は樹脂等のマトリックス中に溶解していてもよいし、マトリックス中に分散した状態であってもよいし、研磨パッド表面や研磨パッドを構成する繊維の表面を被覆する状態であってもよい。
【００１１】
研磨パッドにおいてマトリックスを構成することができる上記樹脂としては、例えば、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリブタジエン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００１２】
上記の不織布としては、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン等の繊維からなる不織布などが挙げられる。
【００１３】
上記の水溶性物質は、２５℃での水への溶解度が０．１ｇ／１００ｇ以上（１００ｇの水に対して水溶性物質が０．１ｇ以上溶解可能）であり、０．５ｇ／１００ｇ以上であることが好ましく、１．０ｇ／１００ｇ以上であることがさらに好ましい。水溶性物質の２５℃での水への溶解度が上記範囲であることにより、溶剤で洗浄する際に当該水溶性物質を容易に除去することが可能となる。なお、水溶性物質の２５℃での水への溶解度は、溶解度が高ければ高いほど溶剤で洗浄する際に当該水溶性物質を容易に除去することが可能となることから上限に制限はない。
【００１４】
使用される水溶性物質の種類は特に制限されず、例えば、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤等の界面活性剤；デキストリン、シクロデキストリン（α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、γ−シクロデキストリン等）、でんぷん等の多糖類；ポリエチレングリコール等のポリアルキレングリコール；ポリビニルアルコール等のビニルアルコール系重合体；ポリ（メタ）アクリル酸等の（メタ）アクリル系重合体；ポリビニルピロリドン等の側鎖にアミド基を有する重合体；塩化カリウム、炭酸カリウム等の無機塩類などが挙げられるが、本発明の効果がより顕著に見られることから界面活性剤であることが好ましい。
【００１５】
上記のノニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル等のポリオキシアルキレンアルキルエーテル；ソルビタンモノラウレート等のソルビタン脂肪酸エステル；ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシプロピレン脂肪酸エステル等のポリオキシアルキレン脂肪酸エステルなどが挙げられる。
【００１６】
上記のアニオン系界面活性剤としては、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム等が挙げられる。
【００１７】
上記のカチオン系界面活性剤としては、例えば、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド等が挙げられる。
【００１８】
上記の界面活性剤の中でも、研磨パッド中への金属イオンの混入の恐れが少なく、また洗浄による界面活性剤の除去が容易であることから、ノニオン系界面活性剤が好ましく、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルがより好ましい。
【００１９】
洗浄前の上記研磨パッドにおける水溶性物質の含有率は当該洗浄前の研磨パッドの質量に対して０．１〜５０質量％であり、０．５〜５０質量％であることが好ましい。水溶性物質の含有率が上記範囲であることにより、研磨パッドの製造の際に所望とされる水溶性物質の効果を十分に発現させることができ、あるいは研磨パッドの濡れ性を改善することが可能となる。
【００２０】
本発明において洗浄に使用される溶剤としては、例えば、水系溶剤；メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール系溶剤；アセトン、２−ブタノン等のケトン系溶剤；酢酸エチル等のエステル系溶剤などが挙げられるが、水を５０質量％以上含有する水系溶剤であることが好ましく、水を９０質量％以上含有する水系溶剤であることがより好ましく、水を９５質量％以上含有する水系溶剤であることがさらに好ましく、実質的に水のみからなる水系溶剤であることが特に好ましい。
【００２１】
上記洗浄の方法としては、研磨パッドを溶剤中に浸漬する方法や、研磨パッドの表面に溶剤を高圧で噴射する方法が簡便であり且つ効果的に水溶性物質を研磨パッドから除去することができるため好ましい。また、溶剤による洗浄中に超音波等の照射や、加圧ロール等による絞り、加温などを併用したり、溶剤による洗浄後あるいは洗浄と洗浄の合間に加圧ロール等による絞りを行ったりすることも好ましい方法である。
上記の洗浄は、研磨速度や研磨均一性の低下を防止し、また研磨後の被研磨物の洗浄を容易にする観点から、研磨パッドを使用する前、すなわち、コンディショニングや被研磨物の研磨を行う前に予め行うことが好ましい。
【００２２】
上記の洗浄の程度としては、研磨パッドの使用目的や研磨パッドの製造に使用された水溶性物質の使用量等に応じて適宜調整することができるが、研磨速度の低下を防止しまた研磨後の被研磨物の洗浄を容易にする観点から、洗浄前の研磨パッドの質量（乾燥時）に対する洗浄後の研磨パッドの質量（乾燥時）の割合が５０〜９９．９質量％となる程度であることが好ましく、７０〜９８質量％となる程度がより好ましい。
【００２３】
本発明の研磨パッドにより研磨される被研磨物が疎水性材料であると、本願発明の効果がより顕著に見られるようになる。疎水性材料としては、二酸化ケイ素よりも疎水性である材料が例示され、具体的には、シリコンウェハ、ポリシリコン膜を表面に有するウェハ等のシリコン（ポリシリコン）を表面に有する材料；ＳｉＯＣ（酸炭化ケイ素）、疎水化処理されたポーラスシリカ、有機ポリマー、有機シリカガラス等の低誘電率絶縁体を表面に有する材料などが挙げられる。これらの中でも、シリコンウェハの研磨に使用することが好適である。上記低誘電率絶縁体の比誘電率としては４．０未満のものが例示される。
【００２４】
本発明の研磨パッドを用いて被研磨物を研磨する際には、公知の研磨スラリーを用いることができる。研磨スラリーは、例えば、水やオイル等の液状媒体；酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、ダイヤモンド等の研磨剤；塩基、酸、酸化剤などの成分を含有することができる。
【００２５】
上記の研磨は、公知の化学的機械的研磨用装置を使用し、上記研磨スラリーを介して被研磨物の被研磨面と研磨パッドを、一定時間、加圧下で接触させながら相対運動させることによって実施することができる。
【００２６】
被研磨物を研磨する前、研磨中、あるいは１つの被研磨物を研磨後別の被研磨物を研磨する前などには研磨パッドに対してコンディショニングを行うことが好ましい。コンディショニングに使用されるコンディショナーとしては、汎用されているダイヤモンド砥粒コンディショナー等が挙げられる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２８】
［製造例１］
ポリエステル繊維からなる不織布（繊維径３０μｍ、見掛け密度０．３ｇ／ｃｍ３）に、乳化剤としてノニオン系界面活性剤（２５℃での水への溶解度：５ｇ／１００ｇ以上）を含有する水分散型ポリウレタン樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製「ボンディック１２５０」）を、繊維とポリウレタン樹脂の質量比率が６：４となるように含浸、乾燥して付与した。得られたシートを１６０℃で熱プレスをすることにより厚みを調整し、厚さ２ｍｍ、見掛け密度０．６ｇ／ｃｍ３のシートとした。次いで、得られたシートの表面を研削して厚さ１．５ｍｍの均一なシートとした後、幅２．０ｍｍ、深さ１．０ｍｍの溝を１５．０ｍｍ間隔で格子状に形成し、直径３８ｃｍの円形状の研磨パッドを作製した。
【００２９】
［製造例２］
数平均分子量２０００のポリテトラメチレングリコール［略号：ＰＴＭＧ］、１，４−シクロヘキサンジメタノール［略号：ＣＨＤＭ］、１，４−ブタンジオール［略号：ＢＤ］、および４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート［略号：ＭＤＩ］を、ＰＴＭＧ：ＣＨＤＭ：ＢＤ：ＭＤＩの質量比が３０．６：５．５：１３．７：５０．２（窒素原子の含有率：５．６質量％）となるような割合で用いて、定量ポンプにより同軸で回転する２軸押出機に連続的に供給して、連続溶融重合を行って熱可塑性ポリウレタンを製造した。生成した熱可塑性ポリウレタンの溶融物をストランド状に水中に連続的に押出した後、ペレタイザーでペレット状に細断し、このペレットを７０℃で２０時間除湿乾燥することにより、熱可塑性ポリウレタンを製造した。
得られた熱可塑性ポリウレタン７０質量部と、β−シクロデキストリン（２５℃での水への溶解度：１．８ｇ／１００ｇ）３０質量部を、同軸で回転する２軸押出機に連続的に供給して混練を行うとともに、Ｔ−ダイより押出し、厚さ２ｍｍのシートを成形した。次いで、得られたシートの表面を研削して厚さ１．５ｍｍの均一なシートとした後、幅２．０ｍｍ、深さ１．０ｍｍの溝を１５．０ｍｍ間隔で格子状に形成し、直径３８ｃｍの円形状の研磨パッドを作製した。
【００３０】
［実施例１］
製造例１で得られた研磨パッドを、２００質量倍の蒸留水中に浸漬し、３分間超音波を照射して洗浄した。蒸留水を交換して超音波を照射する作業を１０回繰り返した後、乾燥した。洗浄により、研磨パッドの質量は３％減少した（洗浄前の研磨パッドの質量（乾燥時）に対する洗浄後の研磨パッドの質量（乾燥時）の割合が９７質量％であった）。
次いで、洗浄後の研磨パッドを株式会社エム・エー・ティー製の研磨装置「ＭＡＴ−ＢＣ１５」に設置し、株式会社アライドマテリアル製のダイヤモンドドレッサー（＃１００−被覆率８０％、直径１０ｃｍ、質量１ｋｇ）を用い、蒸留水を１５０ｍＬ／分の速度で流しながらドレッサー回転数１４０ｒｐｍ、プラテン回転数１００ｒｐｍにて３０分間研磨パッド表面を研削した（以下「コンディショニング」と称する）。
次に、プラテン回転数１００ｒｐｍ、ヘッド回転数９９ｒｐｍ、研磨圧力５６ｋＰａの条件において、株式会社フジミインコーポレーテッド製の研磨スラリー「Ｇｌａｎｚｏｘ１１０３」を蒸留水で２０倍に希釈した液を２００ｍＬ／分の速度で供給しつつ、直径４インチのシリコンウェハを６０秒間研磨し、次いで再びコンディショニングを前記条件で３０秒間行った。その後、ウェハを交換して再度研磨およびコンディショニングを繰り返し、計１０枚のウェハを研磨した。１０枚目のウェハの研磨前後の質量変化から研磨量を求め研磨速度を算出したところ、７２０ｎｍ／分であった。また、ウェハ表面は水で完全に濡れており、洗浄に問題ない状態であった。
【００３１】
［比較例１］
実施例１において、研磨パッドの洗浄を行わないこと以外は、実施例１と同様にして研磨評価を行ったところ、研磨速度は２９０ｎｍ／分であった。また、ウェハ表面は水を強くはじき、洗浄には向かない状態であった。
【００３２】
［実施例２］
実施例１において、製造例１で得られた研磨パッドの代わりに製造例２で得られた研磨パッドを用いること以外は、実施例１と同様にして研磨評価を行った。洗浄による研磨パッドの質量減少は１８％であり（洗浄前の研磨パッドの質量（乾燥時）に対する洗浄後の研磨パッドの質量（乾燥時）の割合が８２質量％であり）、研磨速度は７５０ｎｍ／分であった。また、ウェハ表面は水で完全に濡れており、洗浄に問題ない状態であった。
【００３３】
［比較例２］
実施例２において、研磨パッドの洗浄を行わないこと以外は、実施例２と同様にして研磨評価を行ったところ、研磨速度は１７０ｎｍ／分であった。また、ウェハ表面は水を強くはじき、洗浄には向かない状態であった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、シリコンウェハや低誘電率絶縁体等の疎水性材料を研磨する場合であっても、高い研磨速度を達成することができ研磨特性に優れており、また研磨後の被研磨物の洗浄を容易に行うことを可能とする研磨パッドおよびそれを用いた研磨方法が提供されることから、本発明の研磨パッドは半導体装置等の製造の際に行われる化学的機械的研磨に好ましく使用することができる。