JP2002001648A - 研磨用パッドおよびそれを用いた研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被研磨物表面へのダスト付着性を少なくし、ス
クラッチ傷の低減を果たし、更に平坦化特性をも両立さ
せること、さらに、凹凸加工する前の半導体ウェハー自
身の微細な凹凸、即ちwavinessや、nanotopologyなどと
表現される欠陥を簡単な研磨方法で取り除くことをその
課題とする。 【解決手段】 実質的に水に不溶でかつ水吸収率が５０
００％以下の親水性有機物からなる粒子およびまたは繊
維状物を混合した、有機高分子マトリクスからなる研磨
パッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加工砥粒を含む研磨
液を供給しながら及びまたは砥粒を含まない研磨液を供
給しながら、被加工物を回転する弾性パッドに押しつ
け、相対運動を行わせながら、被加工物表面を鏡面に仕
上げるためもしくは被加工物表面の凹凸の凸の部分を研
磨材で優先的に研磨する化学機械研磨（ＣＭＰ）などに
用いられる研磨パッドおよびそれを用いた研磨装置およ
び研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高度に集積度を増した半導体を製造する
に当たり多層配線を実現するためには、絶縁膜の表面を
完全に平坦化する必要がある。これまでに、この平坦化
法の代表的な技術として、ＳＯＧ （Spin-On-Glass ）
法や、エッチバック法（P.Elikins,K.Reinhardt,and R.
Layer,"A planarization process for double metalCMO
Susing Spin-on Glass as a sacrificial layer,"Proce
eding of 3rd InternationalIEEE VMIC Conf.,100(198
6)）、そして、リフトオフ法（K.Ehara,T.Morimoto,S.M
uramoto,and S.Matsuo,"Planar Interconnection Techn
ology for LSI FabricationUtilizing Lift-off Proces
s",J.Electrochem Soc.,Vol.131,No.2,419(1984).）な
どが検討されてきた。

【０００３】ＳＯＧ 法に関して、これはＳＯＧ 膜の流
動性を利用した平坦化法であるが、これ自身で完全平坦
化を実施することは不可能である。また、エッチバック
法は、もっとも多く使われている技術であるが、レジス
トと絶縁膜とを同時にエッチングすることによるダスト
発生の問題があり、ダスト管理の点で容易な技術ではな
い。そして、リフトオフ法は、使用するステンシル材が
リフトオフ時に完全に溶解しないためにリフトオフでき
ないなどの問題を生じ、制御性や歩留りが不完全なた
め、実用化に至っていない。

【０００４】そこでＣＭＰ法が近年注目されてきた。こ
れは被加工物を回転する弾性パッドに押しつけ、相対運
動を行わせながら、被加工物表面の凹凸の凸の部分を研
磨パッドで優先的に研磨する方法であり、プロセスの簡
易性から今では広く利用されている。また近年は、凹凸
加工する前の半導体ウェハー自身が持つ微細な凹凸、即
ちwavinessや、nanotopologyなどと表現される従来問題
がなかった表面欠陥が問題になり、両面研磨法、アルカ
リを流しながら研磨する方法などが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら懸かるＣ
ＭＰ法において、被研磨物表面に発生する、スクラッチ
傷、ダストの付着、グローバル平坦性不良等の問題が挙
げられる。例えば層間絶縁膜等の被研磨面にこのような
ダストの付着やスクラッチ傷が発生すると、後工程でこ
の上にＡｌやＣｕ系金属等による配線を形成した場合
に、段切れ等が発生し、エレクトロマイグレーション耐
性の劣化等の信頼性の低下が発生するおそれがある。ま
たＨＤＤ (Hard DiskDrive)用非磁性基板等の研磨にお
いてドロップアウト等、再生信号欠落が発生する原因と
なる。スクラッチ傷の発生は、研磨粒子の分散不良によ
る凝集塊に起因するものと考えられている。特に、金属
膜のＣＭＰ に用いられる、研磨粒子としてアルミナを
採用した研磨スラリは分散性が悪く、スクラッチ傷を完
全に防止するに至っていない。ダストの付着に関しては
その原因さえよくわかっていないのが現状である。常識
的にはグローバル平坦性を良くするためには硬質の研磨
パッドが望ましいが、逆にダストの付着やスクラッチ傷
が起こり易くなるために、両者を両立することはできな
いと考えられている。例えば、特表平8-500622や、特開
2000-34416などにそのための試みがなされているが、ダ
スト付着・スクラッチ傷と平坦化特性を両立するに至っ
ていない。本発明は上述した問題点の中で特に被研磨物
表面へのダスト付着性を少なくし、スクラッチ傷の低減
を果たし、更に平坦化特性をも両立させることをその課
題とする。

【０００６】さらに、凹凸加工する前の半導体ウェハー
自身の微細な凹凸、即ちwavinessや、nanotopologyなど
と表現される欠陥を簡単な研磨方法で取り除くことを課
題とする。

【０００７】

【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、下記の構成を有する。

【０００８】実質的に水に不溶でかつ水吸収率が５００
０％以下の親水性有機物からなる粒子および／または繊
維状物を混合した、有機高分子マトリクスからなる研磨
パッド。粒子およびまたは繊維状物を４wt%以上60wt％
以下混合した請求項1記載の研磨パッド。構成するマト
リックスが熱可塑性樹脂からなることを特徴とした請求
項1ないし２記載の研磨パッド。粒子および／または繊
維状物の公定水分率が3％以上であることを特徴とした
請求項1ないし３記載の研磨パッド。構成するマトリッ
クスが熱硬化性樹脂からなることを特徴とした請求項１
または２記載の研磨パッド。曲げ弾性率が０．５GPa以
上１００Gpa以下であることを特徴とする請求項１1ない
し５記載の研磨パッド。Ｄ硬度が６５を越えることを特
徴とする請求項１ないし６記載の研磨パッド。粒子また
は繊維状物の外側に空隙を有することを特徴とする請求
項１ないし７記載の研磨パッド。無機微粒子を含むこと
を特徴とする請求項１ないし８記載の研磨パッド。粒子
およびまたは繊維状物が実質的に空隙を有さない状態で
あることを特徴とした請求項１ないし９記載の研磨パッ
ド。水溶性物質を更に含むことを特徴とした請求項１な
いし１０記載の研磨パッド。水溶性物質を０．０１wt%
から１０wt%含むことを特徴とした請求項１１記載の研
磨パッド。上記研磨用パッドを用いることを特徴とする
研磨装置及び研磨方法、半導体ウェハおよび半導体チッ
プの製造法である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。実質的に水に不溶な親水性有機物からなる粒子およ
びまたは繊維状物を混合することによって、従来トレー
ドオフの関係にあった、ダスト付着やスクラッチ傷を起
こさず、研磨パッド自体を高硬度化でき、曲げ弾性率を
従来技術からなる研磨パッドに比べ、飛躍的に大きくす
ることができるため、きわめて良い平坦化特性を実現で
きる。

【００１０】実質的に水に不溶な親水性有機物を混合す
ることで、研磨パッド表面の濡れ性が良くなり、詳細な
メカニズムはわからないが被研磨物表面へのダスト付着
が少なくなる。それに伴い、スクラッチ傷を低減できる
と考えている。このとき親水性有機物からなる粒子およ
びまたは繊維状物は実質的に水に不溶なため、研磨に用
いられる遊離砥粒を含むと含まざるに関わらず、その分
散液の性状に対し変化を与えることがないため、良好に
研磨が行える。

【００１１】実質的に水に不溶であるとは、25℃の水に
対する溶解度が１％以下の物を指す。親水性とは基本的
に樹脂の中に水を吸水する性質の表現であって、マクロ
な樹脂間の空隙に水を抱え込むことを意味した物ではな
い。すなわち親水性を評価するときには、水に２４時間
浸漬した後の水中から取り上げた試験片を密封容器に取
り１４００Ｇから１４５０Ｇの遠心力を３０秒かけ水分
を振り切った状態で吸湿重量を測定した。重量増加率は
以下の式１に従って求めた。

【００１２】 重量増加率（％）=（吸湿重量-乾燥重量）／乾燥重量×１００（式１） ここで親水性とは、５０℃の水に２４時間浸漬したとき
の重量増加率が２．０％以上の特性を指す。本発明で
は、５．０％以上が更に好ましい。高くなりすぎると今
度は、研磨の最中にも研磨パッドの膨潤が起こり、研磨
パッド表面の平坦性が損なわれることで、研磨速度のば
らつきが大きくなり好ましくない。更に体積膨潤率が大
きい場合は研磨パッド自身の強度が研磨中に大きく劣化
するため良くない。最大でも、１５％以下が好ましく、
通常は１０％以下が好ましい。

【００１３】さらに定量的表現として、公定水分率で表
現する。これは、湿度６５％、温度２０℃での水分率を
表し、以下の式で求められる。 公定水分率（％）=（吸湿重量-乾燥重量）／乾燥重量×１００（式２） また、水吸収率とは、２５℃の水中に浸漬したときの１
０分後の水分率であって 水吸収率（％）=（吸湿重量-乾燥重量）／乾燥重量×１００（式３） で表す。水吸収の速度は速い方が望ましく、１０分以内
に飽和に達することが望ましいが、その変化が２４時間
で９０％起これば、この樹脂を適用することはできる。
ただし、水吸収率が５０００％を越えるとパッド自体の
変形が起こりまたは、研摩面の歪みが大きくなりすぎる
ため使用できない。好ましくは３０００％以内であり、
さらに好ましくは２０００％以内である。

【００１４】公定水分率は、１％程度の物から使用でき
るが、好ましくは３％以上が使用される。さらにダスト
付着を抑えるためには、５％以上が好ましく、７％以上
の物では、粒子およびまたは繊維状物の混合量を低下す
ることができるためさらに好適に使用できる。

【００１５】実質的に水に不溶な親水性有機物は粒子お
よびまたは繊維状物の形状を取るものが好ましい。粒子
状とは、基本的に球形をさすが、歪んでいたり、凹凸が
あっても良い。いわゆるヒュームドシリカのような、い
びつに入り組んだ形状も好ましく使用できる。また、繊
維状物とは、長軸と短軸の比が３を越えるような、長細
い形状を指す。

【００１６】粒子の直径（球以外の場合最大径を指す）
は、５００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がさら
に好適に使われる。径が大きいと、マトリックスからの
離脱が多くなりダストが増え、研磨パッドとしての耐久
性が減じやすく好ましくない。このため、１から５０μ
ｍがもっとも好適に使われる。繊維状物は中空糸状あっ
てもかまわない。またその断面形状は円、楕円、星形な
ど新合繊として提案されているいかなる形状のものでも
かまわない。

【００１７】また実質的に水に不溶な親水性有機物から
なる粒子およびまたは繊維状物の研磨パッド表面に占め
る割合、即ち表面密度は、マトリックスによっても変化
するが、水分吸収率が高いポリアミド系樹脂やポリウレ
タン系の樹脂では低くてよいが、ポリメチルメタクリレ
ートのようなポリアクリル系樹脂、ポリイミドなどでは
高く設定する必要がある。表面密度は光学顕微鏡での観
察の後、画像処理してその割合を求めることができる
が、一般的には、５％から８０％が好適に使われる領域
ではあるが、各々の樹脂の組み合わせで適宜最適値を設
定する必要がある。この作業は当業者にとっては容易に
行える。この場合も表面密度が高くなれば研磨パッドの
物理物性が弱く、もろくなる傾向があり、また研磨特
性、例えばディッシングやエロージョンが起きやすく、
悪くなる傾向がある。

【００１８】粒子およびまたは繊維状物の混合量は、上
記公定水分率、水吸収率によって左右されるが、基本的
に公定水分率、水吸収率が大きい場合は少なくでき、小
さい場合は多くする必要が生じる。４％未満では十分効
果を発揮できないが、これ以上であればダストの付着や
スクラッチ傷を少なくできる。混合比率が少ないとその
効果は小さく、多いとその効果は大きくなるが、パッド
の物性が悪化する場合が多い。即ち、パッドの持つ硬度
は下がり、曲げ強度が弱く脆性破壊しやすくなる。この
ため、好適には７から６０重量％使われ、さらに好適に
は、２０から５０重量％が用いられる。

【００１９】研磨パッドを構成する樹脂、有機高分子マ
トリクスとしては、ポリアミド系、ポリアクリル系、ポ
リオレフィン系、ポリビニル系、アイオノマー系、ポリ
カーボネート系、ポリアセタール系、ポリウレタン系、
ポリイミド系などの熱可塑性樹脂およびその誘導体、共
重合体、グラフト体などを用いることができる。これら
の混合でもかまわないが硬度が出るように配合すること
が重要である。例えば、無機微粒子を混合し、硬度を向
上させる工夫を凝らすことも有効である。ナノコンポジ
ットなどで開示された技術を応用展開可能である。具体
的には無機微粒子としてシリカ、セリア、アルミナ、ジ
ルコニア、チタン、タングステン、炭酸バリウム、硫酸
バリウム、カーボンブラック、モンモリロナイトなどの
粘土、ゼオライトなどの結晶などを用いることができ
る。またこれらの混合も可能である。マトリックスとの
なじみを改善するためにあらかじめ表面を改質処理する
ことも可能である。

【００２０】粒子径としては、３nm程度から、５０μｍ
程度のものが使えるが、大きすぎるとスクラッチを起こ
す危険が増大する。このため更に好ましくは、２０μｍ
以下、更に好ましくは５μｍ以下のものがよい。シリ
カ、セリア、アルミナ、ジルコニア、チタン、タングス
テン、炭酸バリウム、硫酸バリウム、カーボンブラッ
ク、モンモリロナイトなどの粘土、ゼオライトなどの結
晶などの微粒子混合重量％としては、１％程度でも効果
があり、８０％程度まで混合できる。高濃度混合した場
合は、研磨パッドの硬度を上げる効果だけでなく、砥粒
を内包したいわゆる固定砥粒研磨パッドとして有効にな
る。この場合には粒子径が小さいと効果が少なく、粒子
径３０nm以上が好ましく、研磨速度向上の面から１００
nm以上が更に好ましい。これら微粒子の粒径や混合量を
変えることで、被研磨物の特性に合わせた研磨パッドを
製造できる。

【００２１】その他利用できる有機高分子マトリックス
としては、ポリウレタン系、エポキシ系、フェノール
系、メラミン系、ユリア系、ポリイミド系などの熱硬化
性樹脂を用いることができる。これらの樹脂の混合体
（アロイ化も含む）や、共重合、グラフト、変性品など
の改質技術をも用いることができる。本発明において研
磨パッドを構成する樹脂は、所望の硬度、弾性率、耐摩
耗性を基礎に、適宜選択すればよい。この場合も、上記
熱可塑性樹脂を用いたときと同様に無機微粒子を混合す
ることができる。ただしこの場合はプリプレグの状態で
粒子を分散しておく必要がある。

【００２２】熱可塑性樹脂の場合は一般熱硬化性樹脂に
比べ柔らかいため、混合する実質的に水に不溶な親水性
有機物からなる粒子およびまたは繊維状物の公定水分率
は低くても良く、１％程度から用いられるが、ダストの
付着やスクラッチ傷をより少なくするためには３％以上
が望ましい。同様の理由から、熱硬化性樹脂では公定水
分率はより高い方が望ましい。特にこの場合は5％以上
が好ましく、更に７％以上が好ましい。

【００２３】本発明の研磨パッド成型後のＤ硬度は６５
を越えることが望ましい。６５以下であると柔らかくな
りすぎて、ディッシングやエロージョンが起きやすくな
るため、好ましくない。更に研磨速度を大きくするため
にも、７０以上が好ましく、さらには８０以上が好まし
い。本発明では、更に硬度を上げてＤ硬度が９０を越え
てもスクラッチ傷やダスト付着の問題は起こらず、利用
可能である。このため、従来為し得なかった良好な研磨
平坦化特性を発揮できる。

【００２４】本発明の研磨パッドにおいて使用される実
質的に水に不溶な親水性有機物からなる粒子およびまた
は繊維状物については、たとえば、セルロース系やデン
プン系、キチンなどの多糖類、タンパク質、ポリアクリ
ル酸やポリメタクリル酸などのアクリル系、アラミド
系、ポリアミド系、ポリビニルアルコール系、エチレン
-ビニルアルコール共重合系、ポリビニルポリピロリド
ンなどの樹脂もしくはその樹脂を主成分とする架橋体や
共重合体を用いることができる。絹、羊毛、綿、麻など
の天然繊維や、ポリビニルピロリドン/ポリビニルイミ
ダゾール共重合体、高吸水性樹脂、パルプ、レーヨン、
紙、セルロースエステル系イオン交換用の各種荷電付与
したセルロースなども市販されており有効に利用でき
る。また、本来疎水性である樹脂にスルホン基、アミノ
基、カルボキル基、水酸基を導入したものも使用可能で
ある。疎水性とは、上述式２で求められる重量増加率が
２％未満のものを指す。また４００ppm以下にナトリウ
ムイオンの混入を抑えたものを用いることが好ましい。
更に好ましくは５０ppm以下、更に好ましくは１０ppm以
下である。

【００２５】また、本発明の研磨パッドにおいてはその
他に水溶性物質を含んでいても良い。市販されているも
のにも各種ポリアルキレングルコール、ポリビニルビニ
リドン、ポリビニアルコール、ポリ酢酸ビニル、キトサ
ン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルイミダゾール、
水溶性多糖類などがあり、これら高分子を利用すること
ができる。これ以外にも、各種無機塩などの低分子物質
を混合することもできる。研磨パッドを成形する際に、
本発明においては実質的に水に不溶な親水性有機物から
なる粒子およびまたは繊維状物、すなわち親水性高分子
を含むため、これらを乾燥した上で使用するが水分の完
全除去は難しく、このため成形の際に加熱によって蒸気
が発生する。このため、粒子およびまたは繊維状物以外
の部分で空隙を形成することができる。また熱硬化性樹
脂の場合にはフェノール樹脂のように硬化の際に水を生
成するものがあるため、これを利用して粒子およびまた
は繊維状物以外の部分で空隙を形成することができる。
空隙の大きさを制御するために例えば成形時にこれら水
蒸気をうまく抜いて硬化させることができるが、更に微
妙に制御が必要な場合に少量の水溶性物質を混合するこ
とでそれが可能になる。さらに、これら水溶性物質が研
磨を行う際に溶け出すことで研磨パッド表面のみに空隙
を形成し、これら空隙が研磨スラリー中の遊離砥粒の保
持性を上げたり、研磨屑の除去に効果があり結果として
研磨速度向上に有利に働く。またこの水溶性物質が研磨
液の分散液に溶解することその粘度を変化させることが
できるため、例えば水溶性の多糖類のひとつであるキサ
ンタンガムを混合した場合、それが溶け出すことで研磨
液がビンガム流体様の性質を持つようになり、おそらく
凹凸付き半導体ウェハの凹部において研磨粒子の拡散が
抑えられることなどからを研磨したときの平坦性、特に
グローバル平坦性を改善する効果が得られる。これらの
効果を発現するためには研磨パッドの重量当たり水溶性
物質を０．０１ｗｔ％程度添加した場合でも効果がある
が好ましくは０．５ｗｔ％以上、５ｗｔ％以下の添加量
が有効的に用いられる。１０ｗｔ％を越えると、研磨分
散液の性質が変化しすぎるため、好ましくない。分散液
粘度に影響の少ない低分子物質を用いれば更に多量に混
合できるが、コスト面から考えても実際的でない。これ
らの判断は、当業者にとって容易である。

【００２６】研磨パッドの成形方法としては、有機高分
子マトリックスと実質的に水に不溶な親水性有機物から
なる粒子およびまたは繊維状物、さらに場合によっては
無機微粒子およびまたは水溶性物質をあらかじめコンパ
ウンド化して熱圧縮成型することもできるし、溶融押し
出し成形することもできる。インジェクションプレスな
どの手法も可能である。粒子およびまたは繊維状物を用
いるため、これら混合が効率的に行えるため、これら実
質的に水に不溶な親水性有機物からなる粒子およびまた
は繊維状物混合物中に実質的に空隙はなく、できあがっ
た研磨パッドの物性ばらつきを少なくできる。また、マ
トリックスのモノマー分子を実質的に水に不溶な親水性
有機物からなる粒子およびまたは繊維状物、場合によっ
てはさらに無機微粒子およびまたは水溶性物質に含浸後
重合することも可能である。マトリックスがポリウレタ
ンのように２液系のものはあらかじめ主剤または硬化剤
に混合後に、硬化剤または主剤を混合し脱泡操作の後に
適当な金型へ流し込んで成形することができるし、その
後研削加工を施し研磨パッドの形状に仕上げることも可
能である。具体的には各マトリックスと親水性でかつ水
不溶性の高分子の相溶性や個々の耐熱性、重合特性、溶
融粘度などの物性に依存するが、当業者のものにとって
その組み合わせを選択することは容易である。本発明の
研磨パッドはこの様に製造方法に関しては公知技術の組
み合わせを用いることが可能である。

【００２７】研磨パッドの曲げ弾性率は、以上説明した
とおり従来の研磨パッドよりも大きくすることができ
る。平坦化特性を良好にするため、０．５ＧＰａ以上が
望ましく、さらに望ましくは２ＧＰａ以上である。本発
明の研磨パッドにおいては、ダスト付着やスクラッチ傷
の問題がないため、さらに大きい５ＧＰａ以上２０ＧＰ
ａ以下がさらに好ましい。但し、大きすぎると研磨パッ
ドの装着に困難になるため、１００ＧＰａ以下が好まし
い。

【００２８】研磨面への供給とそこからの排出を促進す
るなどの目的で、表面に溝や孔が設けられていることが
好ましい。溝の形状としては、同心円、渦巻き、放射、
碁盤目など種々の形状が採用できる。溝の断面形状とし
ては四角、三角、半円などの形状が採用できる。溝の深
さは０．１ｍｍから該研磨層の厚さまでの範囲で、溝の
幅は０．１〜５ｍｍの範囲で、溝のピッチは２〜１００
ｍｍの範囲で選ぶことができる。孔は研磨層を貫通して
いても良いし、貫通していなくても良い。孔の直径は
０．２〜５ｍｍの範囲で選ぶことができる。また、孔の
ピッチは２〜１００ｍｍの範囲で選ぶことができる。こ
れらの形状は、研磨液がうまく研磨面へ供給されるこ
と、研磨液の保持性を高めること、またそこから研磨屑
を伴って良好に排出することおよびまたは促進すること
などを満たせば良い。研磨パッド自体の形状は、円板
状、ドーナツ状、ベルト状など様々な形に加工できる。
厚みも、０．１ｍｍ程度から、５０ｍｍ程度もしくはこ
れ以上の厚みの物も製造可能である。円板状、ドーナツ
状に加工した場合の直径についても、被研磨物の大きさ
を基準として、１/５から５倍程度の物まで製造される
が、あまり大きいと加工効率が低下してしまうため好ま
しくない。

【００２９】本発明で得られた研磨パッドは、クッショ
ン性を有するクッションシートと積層して複合研磨パッ
ドとして使用することも可能である。半導体基板は局所
的な凹凸とは別にもう少し大きなうねりが存在してお
り、このうねりを吸収する層として硬い研磨パッドの下
（研磨定盤側）にクッションシートをおいて研磨する場
合が多い。クッションシートとしては、発泡ウレタン
系、ゴム系の物を組み合わせて使うことができる。

【００３０】本発明の研磨パッドは、例えば半導体チッ
プ製造に使用される場合、まず第１に、凹凸加工する前
の半導体ウェハー（ベアウェハ、およびまたは酸化膜付
きウェハ）の研磨に採用し、ウェハー自身が持つ微細な
凹凸、即ちwavinessや、nanotopologyなどと表現される
表面欠陥を無くすことが好ましい。このあと、リソグラ
フィー等での表面パターンの加工を施し、ＣＭＰ研磨を
行う。この工程を本発明からなる研磨装置を用いて行う
ことで、極めて平坦度の高い加工が可能になり、半導体
チップの多層化、高集積度化、配線の微細化の要求を満
たすことが容易に可能になる。また本発明の研磨パッド
は、４００ppm以下にナトリウムイオンの混入を抑えた
ものを用いることが好ましい。更に好ましくは５０ppm
以下、更に好ましくは１０ppm以下である。

【００３１】曲げ弾性率、Ｄ硬度、ダスト付着量、酸化
膜研磨速度、平坦化特性の評価、ディッシングの評価
は、以下のようにして行った。 （曲げ弾性率の測定）研磨パッドから、厚さ１．０ｍｍ
〜１．５ｍｍの範囲、１×８．５ｃｍの長方形の試験片
を作成した。この試験片について、 ＯＲＩＥＮＴＥＣ
社製材料試験機（テンシロン ＲＴＭ−１００）を用い
て、ＪＩＳ-７２０３に従って曲げ弾性率の測定を行っ
た。曲げ弾性率は以下の式に従って求めた。（各距離は
ｍｍ） 曲げ弾性率＝｛(支点間距離)³×(荷重-撓み曲線のはじ
めの直線部分の任意に選んだ点の荷重(kgf))｝／｛4×
(試験片の幅)×(試験片の厚さ)³×(荷重Ｆにおける撓
み)｝ （Ｄ硬度の測定）厚さ１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲に
入るサンプル（大きさは１ｃｍ角以上）を、Ｄ硬度９０
以上の表面硬度を有する平面上に置き、ＪＩＳ規格（硬
さ試験）Ｋ６２５３に準拠した、デュロメーター・タイ
プＤ（実際には、高分子計器（株）製”アスカーＤ型硬
度計”）を用い、５点測定しその平均値をＤ硬度とし
た。測定は室温（２５℃）で行った。 （ダスト付着量の測定）厚さ１．２ｍｍ、直径３８ｃｍ
の円形の研磨パッドを作成し、表面に、幅２．０ｍｍ、
深さ０．５ｍｍ、ピッチ１５ｍｍのいわゆるＸ-Ｙグル
ーブ加工（格子状溝加工）を施した。このパッドを研磨
機（ラップマスターＳＦＴ社製、“Ｌ/Ｍ-１５Ｅ”）の
定盤にクッション層として、ロデール社製Ｓｕｂａ４０
０を貼り、その上に両面接着テープ（３Ｍ社製、“４４
２Ｊ”）で張り付けた。旭ダイヤモンド工業（株）のコ
ンディショナー（“ＣＭＰ−Ｍ”、直径１４．２ｃｍ）
を用い、押しつけ圧力０．０４ＭＰａ、定盤回転数２５
ｒｐｍ、コンディショナー回転数２５ｒｐｍで同方向に
回転させ、純水を１０ｍｌ／ｍｉｎで供給しながら５分
間研磨パッドのコンディショニングを行った。研磨機に
純水を１００ｍｌ／ｍｉｎ流しながら研磨パッド上を２
分間洗浄し次ぎに、酸化膜付きウェハ（４インチダミー
ウェハＣＺＰ型、信越化学工業（株））を研磨機に設置
し、説明書記載使用濃度のキャボット社製スラリー分散
液（“ＳＣ−１”）を１００ｍｌ／ｍｉｎで研磨パッド
上に供給しながら、押しつけ圧力０．０４ＭＰａ、定盤
回転数４５ｒｐｍ、コンディショナー回転数４５ｒｐｍ
で同方向に回転させ、５分間研磨を実施した。ウェハ表
面を乾かさないようにし、すぐさま純水をかけながら、
ポリビニルアルコールスポンジでウェハ表面を洗浄し、
乾燥圧縮空気を吹き付けて乾燥した。その後ウェーハ表
面ゴミ検査装置（トプコン社製、“ＷＭ-３”）を用い
て、直径が０．５μｍ以上の表面ダスト数を測定した。
本試験方法では、４００個以下であれば半導体生産上問
題を生じることが無く合格である。また研磨後のウエハ
ー表面のスクラッチ数は、自動X-Yステージを具備した
キーエンス社製デジタルマイクロスコープ（ＶＨ６３０
０）でカウントした。１０個以下を合格領域とした。

【００３２】（酸化膜研磨速度の測定）ウェハ（４イン
チダミーウェハＣＺＰ型、信越化学工業（株））表面の
酸化膜の厚みを、あらかじめ大日本スクリーン社製“ラ
ムダエース”（ＶＭ−２０００）を用いて決められた点
１９６ポイント測定した。研磨機（ラップマスターＳＦ
Ｔ社製、“Ｌ/Ｍ-１５Ｅ”）の定盤にクッション層とし
て、ロデール社製“Ｓｕｂａ４００”を貼り、その上に
両面接着テープ（３Ｍ社製、“４４２Ｊ”）で試験すべ
き研磨パッドを張り付けた。旭ダイヤモンド工業（株）
のコンディショナー（“ＣＭＰ−Ｍ”、直径１４．２ｃ
ｍ）を用い、押しつけ圧力０．０４ＭＰａ、定盤回転数
２５ｒｐｍ、コンディショナー回転数２５ｒｐｍで同方
向に回転させ、純水を１０ｍｌ／ｍｉｎで供給しながら
５分間研磨パッドのコンディショニングを行った。研磨
機に純水を１００ｍｌ／ｍｉｎ流しながら研磨パッド上
を２分間洗浄し次ぎに、酸化膜厚みを測定し終わった酸
化膜付きウェハを研磨機に設置し、説明書記載使用濃度
のキャボット社製スラリー分散液（“ＳＣ−１”）を１
００ｍｌ／ｍｉｎで研磨パッド上に供給しながら、押し
つけ圧力０．０４ＭＰａ、定盤回転数４５ｒｐｍ、コン
ディショナー回転数４５ｒｐｍで同方向に回転させ、５
分間研磨を実施した。ウェハ表面を乾かさないように
し、すぐさま純水をかけながら、ポリビニルアルコール
スポンジでウェハ表面を洗浄し、乾燥圧縮空気を吹き付
けて乾燥した。この研磨後のウェハ表面の酸化膜の厚み
を大日本スクリーン社製“ラムダエース”（ＶＭ−２０
００）を用いて決められた点１９６ポイント測定し、各
々の点での研磨速度を計算し、その平均値を酸化膜研磨
速度とした。（平坦化特性の評価）まず、以下の手順で
グローバル段差評価用テストウェハを準備した。グロー
バル段差評価用テストウェハ：酸化膜付き４インチシリ
コンウェハ（酸化膜厚：２μｍ）に１０ｍｍ角のダイを
配置する。フォトレジストを使用してマスク露光をおこ
ない、ＲＩＥによって１０ｍｍ角のダイの中に２０μｍ
幅、高さ０．７μｍのラインと２３０μｍのスペースで
左半分にラインアンドスペースで配置し、２３０μｍ
幅、高さ０．７μｍのラインを２０μｍのスペースで右
半分にラインアンドスペースで配置する。

【００３３】直径３８ｃｍの円形の研磨層を作製し、表
面に幅２．０ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ１５ｍｍの
いわゆるＸ−Ｙグルーブ加工（格子状溝加工）を施し
た。この研磨パッドを研磨機（ラップマスターＳＦＴ社
製、Ｌ／Ｍ―１５Ｅ）の定盤にクッション層として、ロ
デール社製“Ｓｕｂａ４００”を貼り、その上に両面接
着テープ（３Ｍ社製、“４４２Ｊ”）で貼り付けた。旭
ダイヤモンド工業（株）のコンディショナー（“ＣＭＰ
−Ｍ”、直径１４．２ｃｍ）を用い、押しつけ圧力０．
０４ＭＰａ、定盤回転数２５ｒｐｍ、コンディショナー
回転数２５ｒｐｍで同方向に回転させ、純水を１０ｍｌ
／ｍｉｎで供給しながら５分間研磨パッドのコンディシ
ョニングを行った。研磨機に純水を１００ｍｌ／ｍｉｎ
流しながら研磨パッド上を２分間洗浄し次に、グローバ
ル段差評価用テストウェハを研磨機に設置し、説明書記
載使用濃度のキャボット社製スラリー（“ＳＣ−１”）
を１００ｍｌ／ｍｉｎで研磨パッド上に供給しながら、
押しつけ圧力０．０４ＭＰａ、定盤回転数４５ｒｐｍ
（ウェハの中心での線速度は３０００（ｃｍ／分））、
半導体ウェハ保持試料台を回転数４５ｒｐｍで同方向に
回転させ、所定時間研磨を実施した。半導体ウェハ表面
を乾かさないようにし、すぐさま純水をかけながら、ポ
リビニルアルコールスポンジでウェハ表面を洗浄し、乾
燥圧縮空気を吹き付けて乾燥した。グローバル段差評価
用テストウェハのセンタ１０ｍｍダイ中の２０μｍライ
ンと２３０μラインの酸化膜厚みを大日本スクリーン社
製ラムダエース（“ＶＭ−２０００”）を用いて測定
し、それぞれの厚みの差をグローバル段差として評価し
た。研磨層の加工形態については、その他形状のものも
上記と同様の手順で行った。２０μｍ幅配線領域と２３
０μｍ幅配線領域のグローバル段差は研磨時間は５分で
４５ｎｍ以下であれば合格とした。 （ディッシングの評価）タングステン配線ディッシング
評価用テストウェーハ：酸化膜付き４インチシリコンウ
ェーハ（酸化膜厚：２μｍ）に１００μｍ幅で深さが
０．７μｍの溝をスペースが１００μｍ間隔で形成す
る。この上にスパッタ法でタングステンを厚み２μｍ形
成して、タングステン配線ディッシング評価用テストウ
ェーハを作成した。

【００３４】直径３８ｃｍの円形の研磨層を作製し、表
面に幅２．０ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ１５ｍｍの
いわゆるＸ−Ｙグルーブ加工（格子状溝加工）を施し
た。この研磨パッドを研磨機（ラップマスターＳＦＴ社
製、Ｌ／Ｍ―１５Ｅ）の定盤にクッション層として、ロ
デール社製“Ｓｕｂａ４００”を貼り、その上に両面接
着テープ（３Ｍ社製、“４４２Ｊ”）で貼り付けた。旭
ダイヤモンド工業（株）のコンディショナー（“ＣＭＰ
−Ｍ”、直径１４．２ｃｍ）を用い、押しつけ圧力０．
０４ＭＰａ、定盤回転数２５ｒｐｍ、コンディショナー
回転数２５ｒｐｍで同方向に回転させ、純水を１０ｍｌ
／ｍｉｎで供給しながら５分間研磨パッドのコンディシ
ョニングを行った。研磨機に純水を１００ｍｌ／ｍｉｎ
流しながら研磨パッド上を２分間洗浄し次に、タングス
テン配線ディシング評価用テストウェハを研磨機に設置
し、説明書記載使用濃度のキャボット社製スラリー
（“ＳＥＭＩ―ＳＰＥＲＳＥ Ｗ―Ａ４００”）とキャ
ボット社製酸化剤（“ＳＥＭＩ―ＳＰＥＲＳＥ ＦＥ―
４００”）を１：１で混合したスラリー溶液を１００ｍ
ｌ／ｍｉｎで研磨パッド上に供給しながら、押しつけ圧
力０．０４ＭＰａ、定盤回転数４５ｒｐｍ（ウェハの中
心での線速度は３０００（ｃｍ／分））、半導体ウェハ
保持試料台を回転数４５ｒｐｍで同方向に回転させ、２
分間研磨を実施した。半導体ウェハ表面を乾かさないよ
うにし、すぐさま純水をかけながら、ポリビニルアルコ
ールスポンジでウェハ表面を洗浄し、乾燥圧縮空気を吹
き付けて乾燥した。タングステン表面のディッシング状
態をキーエンス社製超深度形状測定顕微鏡“ＶＫ―８５
００”で測定した。なお、研磨層の表面加工形態につい
ては、その他の形状のものも上記と同様の手順で行っ
た。タングステン配線の中央深さを測り、０．０４μｍ
以下であれば合格とした。以下、実施例によってさらに
詳細に説明する。

【００３５】

【実施例】実施例および比較例において得られた評価結
果（曲げ弾性率、Ｄ硬度、ダスト付着量、酸化膜研磨速
度、平坦化特性の評価、ディッシングの測定）は、表１
に示した。空隙の確認は５０倍の光学顕微鏡を用いて確
認した。

【００３６】実施例１ ポリビニルポリピロリドン（公定水分率６％、水吸収率
２５００％）３５重量部、ＭＭＡ（メタクリル酸メチ
ル）/ＡＩＢＮ（アゾイソブチロニトリル）＝９９９/１
を６５重量部混合して板間重合し、得られた樹脂板で厚
さ１．２ｍｍの研磨パッドを作成した。ポリビニルポリ
ピロリドン中には空隙が見られなかった。

【００３７】実施例２ ポリビニルポリピロリドン（公定水分率６％、水吸収率
２５００％）３３重量部、ＭＭＡ（メタクリル酸メチ
ル）/ＡＩＢＮ（アゾイソブチロニトリル）＝９９９/１
を６４重量部、粒径１μｍのシリカ粒子３重量部を混合
して板間重合し、得られた樹脂板で研磨パッドを作成し
た。ポリビニルポリピロリドン中には空隙が見られなか
った。

【００３８】実施例３ アドバンテック社製濾紙粉末（Ｅタイプ、公定水分率１
０％、水吸収率５００％）３５重量部と“アートファー
マー”（三洋化成工業（株）製、TA-１３２７）を所定
の混合比で混合したものを６５重量部混合し、４０ｃｍ
角の金型に流し込み、１００℃で脱泡後、１６５℃で加
熱し樹脂板を形成した。得られた樹脂板で厚さ１．２ｍ
ｍの研磨パッドを作成した。断面を光学顕微鏡で観察し
たが、濾紙粉末中には空隙が見られなかった。

【００３９】実施例４ ２液系ポリウレタン樹脂Ｃ-４４０３（日本ポリウレタ
ン（株）製 ）６２重量部とＮ-４２７６（日本ポリウ
レタン（株）製 ）３８重量部を混練し、さらにポリビ
ニルポリピロリドン（公定水分率６％、水吸収率２５０
０％）３３重量部を混練し、真空脱泡後、金型内で硬化
させ、厚み１．２ｍｍのポリウレタンシートを作製し
た。得られた樹脂板で研磨パッドを作成した。断面を光
学顕微鏡で観察したが、ポリビニルポリピロリドン中に
は空隙が見られなかった。

【００４０】実施例５ 粉末濾紙（日本製紙社製ＫＣ−フロック、４００メッシ
ュ、公定水分率１１％、水吸収率５００％）１７重量部
と、液状フェノール樹脂（住友デュレズ製、ＰＲ-５３
７１７）を、乾燥重量比で８３重量部になるよう混練、
乾燥させ、１７０℃２０分３．５ＭＰａ加圧下で１．２
ｍｍ厚に成形した。得られた樹脂板で研磨パッドを作成
した。断面を光学顕微鏡で観察したが、粉末濾紙中には
空隙が見られた。

【００４１】実施例６ 実施例５で、濾紙粉末以外に１μｍの孔径のシリカ粒子
３重量部を混合し、液状フェノール樹脂（住友デュレズ
製、ＰＲ-５３７１７）を、乾燥重量で８０重量部にな
るよう混練して、同様に厚さ１．２ｍｍの研磨パッドを
作成した。断面を光学顕微鏡で観察したが、粉末濾紙中
には空隙が見られなかった。

【００４２】実施例７ ナイロン６の孔径５μｍの粒子（公定水分率４．５％、
吸水率２２％）４０重量部を液状フェノール樹脂（住友
デュレズ製、ＰＲ-５５１２３）を、乾燥重量で６０重
量部になるよう混練、乾燥させ、１７０℃２０分４ＭＰ
ａ加圧下で１．２ｍｍ厚に成形した。得られた樹脂板で
研磨パッドを作成した。断面を光学顕微鏡で観察した
が、ナイロン粒子中には空隙が見られなかった。

【００４３】実施例８ 直径１３μｍのポリアクリロニトリル繊維（東レ製、公
定水分率２％、吸水率１５％）を１００μｍ長にカット
したものを４５重量部と、フェノール樹脂（昭和高分子
社製、ＢＲＰ-５９８０）５５重量部を混連し、４０ｃ
ｍ角の金型に流し込み、１８５℃、２０分３．５ＭＰａ
加圧下で１．２ｍｍ厚に成形した。得られた樹脂板で研
磨パッドを作成した。断面を光学顕微鏡で観察したが、
ポリアクリロニトリル繊維中には空隙が見られなかっ
た。

【００４４】実施例９ ポリウレタン（公定水分率１、吸水率３．５％）ブロッ
クを粉砕し、３００メッシュフィルターで通過する大き
さにカットしたものを４５重量部と、フェノール樹脂
（昭和高分子社製、ＢＲＰ-５９８０）５５重量部を混
連し、４０ｃｍ角の金型に流し込み、１８５℃、２０分
３．５ＭＰａ加圧下で１．２ｍｍ厚に成形した。得られ
た樹脂板で研磨パッドを作成した。断面を光学顕微鏡で
観察したが、ポリウレタン粒子中には空隙が見られなか
った。

【００４５】実施例１０から１５ 実施例１から８に対し、さらに親水性水溶性樹脂として
キサンタンガム０．２重量部を添加してそれぞれ厚さ
１．２ｍｍの研磨樹脂板を作製した。

【００４６】実施例１６ 実施例５において、樹脂板成形時の圧抜きを調節し、濾
紙粉末中および、フェノール樹脂中ともに空隙を形成し
た。得られた樹脂板で研磨パッドを作成した。

【００４７】実施例１７ 実施例１６において、濾紙粉末以外に１μｍの孔径のシ
リカ粒子３０重量部を混合し、樹脂板を成形し得られた
樹脂板で研磨パッドを作成した。

【００４８】実施例１８ 実施例５でさらに親水性水溶性樹脂としてキサンタンガ
ム７重量部を添加して研磨樹脂板を作製した。断面を光
学顕微鏡で観察したが、粉末濾紙中には空隙が見られ
た。

【００４９】比較例１ サンフレッシュST100MPS（三洋化成工業製、水吸収率１
００００％）と、液状フェノール樹脂（住友デュレズ
製、ＰＲ-５５１２３）を、乾燥重量比で５０重量部に
なるよう含浸、乾燥させ、１７０℃２０分３．５ＭＰａ
加圧下で１．２ｍｍ厚に成形した。得られた樹脂板で研
磨パッドを作成した。膨潤したサンフレッシュが研磨の
際にウェハに大量に付着し、清浄度を保てなかった。断
面を光学顕微鏡で観察したが、サンフレッシュ中には空
隙が見られなかった。

【００５０】比較例２ 疎水性であるポリエチレンテレフタレート繊維（公定水
分率０．４％、直径１３μｍ、長さ１００μｍ）に、液
状フェノール樹脂（住友デュレズ製、ＰＲ-５５１２
３）を、乾燥重量比で５０重量部になるよう含浸、乾燥
させ、１７０℃２０分３．５ＭＰａ加圧下で１．２ｍｍ
厚に成形した。被研磨物表面へのダスト付着性を少なく
することができなかった。断面を光学顕微鏡で観察した
が、ポリエチレンテレフタレート繊維中には空隙が見ら
れなかった。

【００５１】比較例３ 実施例４のウレタン粒子を３．５重量部と、ＭＭＡ（メ
タクリル酸メチル）/ＡＩＢＮ（アゾイソブチロニトリ
ル）＝９９９/１を９６．５重量部混合して板間重合
し、得られた樹脂板で厚さ１．２ｍｍの研磨パッドを作
成した。ウレタン粒子中には空隙が見られた。

【００５２】比較例４ 実施例１で、ポリビニルポリピロリドン（公定水分率６
％、水吸収率２５００％）３．５重量部、ＭＭＡ（メタ
クリル酸メチル）/ＡＩＢＮ（アゾイソブチロニトリ
ル）＝９９９/１を ９６．５重量部混合して板間重合
し、得られた樹脂板で厚さ１．２ｍｍの研磨パッドを作
成した。ポリビニルポリピロリドン中には空隙が見られ
なかった。結果を表１に示す。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、被研磨物表面へのダス
ト付着性を少なくすることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｌ 101/14 Ｃ０８Ｌ 101/14 Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｆ // Ｃ０９Ｋ 3/14 ５５０ Ｃ０９Ｋ 3/14 ５５０Ｚ Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 CA01 CB01 CB03 DA12 4F071 AA09 AA33 AA34 AA37 AA41 AA53 AA54 AB26 AD01 AH19 DA13 DA17 4J002 AB003 AB01X AB04X AB05X AB053 AD00X AH00X BB00W BB23W BC06W BE02X BE023 BE03X BF00W BF023 BG01X BG04W BG05W BJ00X BJ003 CB00W CC18W CD00W CG00W CH023 CK01W CK02W CL00W CL00X CL06X CM04W DA037 DE097 DE137 DE147 DE237 DG047 DJ007 DJ017 FD04X

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実質的に水に不溶でかつ水吸収率が５０
   ００％以下の親水性有機物からなる粒子および／または
   繊維状物を混合した、有機高分子マトリクスからなる研
   磨パッド。
2. 【請求項２】 粒子およびまたは繊維状物を４wt%以上6
   0wt％以下混合した請求項1記載の研磨パッド。
3. 【請求項３】 構成するマトリックスが熱可塑性樹脂か
   らなることを特徴とした請求項1ないし２記載の研磨パ
   ッド。
4. 【請求項４】 粒子および／または繊維状物の公定水分
   率が3％以上であることを特徴とした請求項1ないし３記
   載の研磨パッド。
5. 【請求項５】 構成するマトリックスが熱硬化性樹脂か
   らなることを特徴とした請求項１または２記載の研磨パ
   ッド。
6. 【請求項６】 曲げ弾性率が０．５GPa以上１００Gpa以
   下であることを特徴とする請求項１ないし５記載の研磨
   パッド。
7. 【請求項７】 Ｄ硬度が６５を越えることを特徴とする
   請求項１ないし６記載の研磨パッド。
8. 【請求項８】 粒子または繊維状物の外側に空隙を有す
   ることを特徴とする請求項１ないし７記載の研磨パッ
   ド。
9. 【請求項９】 無機微粒子を含むことを特徴とする請求
   項１ないし８記載の研磨パッド。
10. 【請求項１０】 粒子およびまたは繊維状物が実質的に
    空隙を有さない状態であることを特徴とした請求項１な
    いし９記載の研磨パッド。
11. 【請求項１１】 水溶性物質を更に含むことを特徴とし
    た請求項１ないし１０記載の研磨パッド。
12. 【請求項１２】 水溶性物質を０．０１wt%から１０wt%
    含むことを特徴とした請求項１１記載の研磨パッド。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１２のいずれかに記載の研
    磨用パッドを用いることを特徴とする研磨装置。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１２のいずれかに記載の研
    磨用パッドを用いることを特徴とする研磨方法。
15. 【請求項１５】 請求項１〜１２のいずれかに記載の研
    磨用パッドを用い加工したことを特徴とする半導体ウェ
    ハおよび半導体チップの製造法。