JP2002001649A

JP2002001649A - 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

Info

Publication number: JP2002001649A
Application number: JP2000185767A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Shimagaki; 昌明島垣; Naoshi Minamiguchi; 尚士南口
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-01-08

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】親水性で実質的に水に不溶なアスペクト比
が5以上の繊維状物およびまたはその複合体で形成され
た粒子を混合した研磨パッド。

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。ＳＯＧ法に関して、これはＳＯ
Ｇ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。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。

【０００３】

【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。

【０００４】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。

【０００５】

【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。

【０００６】親水性で実質的に水に不溶なアスペクト比
が５以上の繊維状物およびまたはその複合体で形成され
た粒子を混合した研磨パッド。繊維状物およびまたはそ
の複合体で形成された粒子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記載の研磨パッド。
繊維状物およびまたはその複合体で形成された粒子の公
定水分率が３％以上であることを特徴とする請求項１な
いし２記載の研磨パッド。繊維状物およびまたはその複
合体で形成された粒子とは別にさらに空隙を有すること
を特徴とする請求項１ないし４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４、６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５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６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７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である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。

【０００８】親水性で実質的に水に不溶なアスペクト比
が5以上の繊維状物およびまたはその複合体で形成され
た粒子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。

【０００９】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。

【００１０】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。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％程度が更に好ましい。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。

【００１１】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１００００％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６０００％以内であ
り、さらに好ましくは３０００％以内である。

【００１２】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。

【００１３】親水性で実質的に水に不溶なアスペクト比
が５以上の繊維状物およびまたはその複合体で形成され
た粒子の混合量は、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。アスペクト比とは、（粒子の長軸長）／（粒子
の短軸長）で表し、本発明においては５以上の繊維状の
ものを指す。繊維複合体とは、これら繊維状のものがフ
ィブリル化状態で寄り集まって形成した複合体のことで
ある。例えば、芯鞘構造を有する極細繊維前駆体のよう
な形状を指す。本発明では、これらが集まり粒子状にな
ったものを指す。アスペクト比はこれら粒子状物中の極
細繊維について規定する。この様な形状のフィラーを混
合することで、研磨パッド自身が研磨時の応力緩和をは
かり、ダスト付着や、スクラッチ傷の発生を抑える。

【００１４】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。粒子径としては、３nm程度から、５
０μｍ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、２
０μｍ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１０
０nm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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】本発明の研磨パッドにおいて使用される
親水性で実質的に水に不溶なアスペクト比が5以上の繊
維状物およびまたはその複合体で形成された粒子につい
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。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。

【００１９】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。

【００２０】研磨パッドの成形方法としては、有機高分
子マトリックスと親水性で実質的に水に不溶なアスペク
ト比が5以上の繊維状物およびまたはその複合体で形成
された粒子、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、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
マー分子を親水性で実質的に水に不溶なアスペクト比が
5以上の繊維状物およびまたはその複合体で形成された
粒子、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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】また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。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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】（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、ＲＩ
Ｅ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２０μ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。

【００３０】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。

【００３１】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―ＳＰＥＲＳＥＷ―Ａ４００”）とキャ
ボット社製酸化剤（“ＳＥＭＩ―ＳＰＥＲＳＥＦＥ―
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。

【００３２】

【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。

【００３３】実施例１ポリビニルアルコールを芯にした極細芯鞘繊維（直径３
０μｍで、海部分がポリスチレン、公定水分率５％）を
長さ３ｍｍにカットしたもの（アスペクト比１００）を
３５重量部と、ＭＭＡ（メタクリル酸メチル）/ＡＩＢ
Ｎ（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
アルコールからなる繊維の中には空隙が見られなかっ
た。

【００３４】実施例２トスコ（株）製濾紙粉末（公定水分率１１％）を、１８
重量％になるようにポリプロピレン（三菱化学（株）
製）と１６０℃で１軸混練コンパウンド化した。トスコ
社の濾紙粉末は、麻を２５μｍ長程度にカットしたもの
であり、１μｍ程度の太さのフィブリル構造が存在する
（アスペクト比約２５）。コンパウンドを３mm長にカッ
トしたペレットを用い、４０cm角の金型を用いて１８５
℃でホットプレス成形を行った。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、濾
紙粉末の中には空隙が見られなかった。

【００３５】実施例３トスコ（株）製濾紙粉末（公定水分率１１％、アスペク
ト比約２５）に、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５５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。断面を光学顕微鏡で観察したが、
濾紙粉末の中には空隙が見られなかった。

【００３６】実施例４トスコ（株）製濾紙粉末（公定水分率１１％、アスペク
ト比約２５）に、“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
４５重量部混合し、４０ｃｍ角の金型に流し込み、１０
０℃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。

【００３７】実施例５ナイロン６６を芯にした極細芯鞘繊維（直径３０μｍ
で、海部分がポリスチレン、公定水分率５％）を長さ３
ｍｍにカットしたもの（アスペクト比約１００）を４０
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６０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６６を芯にした極細芯鞘繊維中には
空隙が見られなかった。

【００３８】実施例６羊毛（公定水分率１５％）を３ｍｍ長にカットしたもの
（アスペクト比約１０００）３５重量部を、２液系ポリ
ウレタン樹脂Ｃ-４４２１（日本ポリウレタン（株）製
）５１重量部とＮ-４２７６（日本ポリウレタン
（株）製）４９重量部を混練したもの６５重量部と混
合し、真空脱泡後、４０ｃｍ角の金型に流し込み、８５
℃で加熱し樹脂板を形成した。断面を光学顕微鏡で観察
したが、羊毛中には空隙が見られなかった。

【００３９】実施例７トスコ（株）製濾紙粉末（公定水分率１１％、アスペク
ト比約２５０）１８重量部を液状フェノール樹脂（住友
デュレズ製、ＰＲ-５３７１７）乾燥重量で８２重量部
になるよう混練、乾燥させ、１７０℃２０分４ＭＰａ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、濾
紙粉末中には空隙が見られた。

【００４０】実施例８トスコ（株）製濾紙粉末（公定水分率１１％、アスペク
ト比約２５０）を、２．５重量％になるようにポリプロ
ピレン（三菱化学（株）製）と１６０℃で１軸混練コン
パウンド化した。コンパウンドを３mm長にカットしたペ
レットを用い、４０cm角の金型を用いて１８５℃でホッ
トプレス成形を行った。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、濾紙粉末の
中には空隙が見られなかった。

【００４１】実施例９実施例３において、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、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。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。

【００４２】実施例１０から１５実施例１から３，５から７で、さらに親水性水溶性樹脂
としてキサンタンガム０．８重量部を添加してそれぞれ
研磨樹脂板を作製した。

【００４３】実施例１６トスコ（株）製濾紙粉末（公定水分率１１％、アスペク
ト比約２５０）１８重量部、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、乾燥重量比で７９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。断面を光学顕微鏡で観察したが、
濾紙粉末の中には空隙が見られなかった。

【００４４】実施例１７ナイロン６６を芯にした極細芯鞘繊維（直径３０μｍ
で、海部分がポリスチレン、公定水分率５％）を長さ３
ｍｍにカットしたもの（アスペクト比１００）を４０重
量部と、１μｍの孔径のシリカ粒子３０重量部を混合
し、液状フェノール樹脂（住友デュレズ製、ＰＲ-５５
１２３）乾燥重量で３０重量部と混合し、４０ｃｍ角の
金型に流し込み、７０℃で乾燥後、１６５℃で加熱し樹
脂板を形成した。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６６を芯
にした極細芯鞘繊維中には空隙が見られた。

【００４５】実施例１８実施例７で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。

【００４６】実施例１９実施例７でさらに親水性水溶性樹脂としてキサンタンガ
ム２重量部を添加して樹脂板を作製した。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、粉末濾紙中には空隙が見られなかった。

【００４７】比較例１ポリエチレンテレフタレート繊維（東レ製、孔径１３ミ
クロン、１３ミクロン長にカット、アスペクト比１、公
定水分率０．４％）に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４５重量部
になるよう混合、乾燥させ、１７０℃２０分３．５ＭＰ
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、濾紙粉末中には空隙が見られなかった。マトリクス
中に空隙が観察されなかった。

【００４８】比較例２ポリプロピレン繊維（公定水分率０％、直径１３μｍ、
長さ１００μｍ、アスペクト比７．７）に、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９７．５重量部混合して板間重合
し、得られた樹脂板で研磨パッドを作成した。断面を光
学顕微鏡で観察したが、ポリプロピレン繊維繊維中には
空隙が見られなかった。結果を表１に示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】親水性で実質的に水に不溶なアスペクト比
が５以上の繊維状物および／またはその複合体で形成さ
れた粒子を混合した研磨パッド。
【請求項２】繊維状物およびまたはその複合体で形成さ
れた粒子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記載の研磨パッド。
【請求項３】繊維状物およびまたはその複合体で形成さ
れた粒子の公定水分率が３％以上であることを特徴とす
る請求項１ないし２記載の研磨パッド。
【請求項４】繊維状物およびまたはその複合体で形成さ
れた粒子とは別にさらに空隙を有することを特徴とする
請求項１ないし４記載の研磨パッド。
【請求項５】無機微粒子を含むことを特徴とする請求項
１ないし４、６記載の研磨パッド。
【請求項６】Ｄ硬度が６５を越え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。
【請求項７】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６記載の研磨パッド。
【請求項８】水溶性物質を０．０１wt%から１０wt%含む
ことを特徴とした請求項７記載の研磨パッド。
【請求項９】請求項１〜８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。
【請求項１０】請求項１〜８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。
【請求項１１】請求項１〜８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。