JP2003039308A

JP2003039308A - 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

Info

Publication number: JP2003039308A
Application number: JP2001233576A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Shimagaki; 昌明島垣
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨時の平坦性を向上でき、しかもダスト付
着やスクラッチ傷の発生を抑制可能な研磨パッドを提供
する。【解決手段】被研磨物の研磨に用いられる研磨パッド
において、公定水分率が３％以上である樹脂および／ま
たはフィラーを含有するとともに、水に１時間浸漬した
際の吸水率が１５％以下であることを特徴とする研磨パ
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、被研磨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、被研磨物表面を鏡面
に仕上げるため、若しくは被研磨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（ Elikins,K.Reinhardt,and R.La
yer,"A Planarization process for double metalCMOS
using Spin-on Glass as a sacrificial layer,"Procee
ding of 3rd InternationalIEEE VMIC Conf.,100(198
6)) 、そして、リフトオフ法(K.Ehara,T.Morimoto,S.Mu
ramoto,and S.Matsuo,"Planar Interconnection Techno
logy 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、かかる
ＣＭＰ法においては、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。ダスト等の異物の付着に
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
った。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た。

【０００６】例えば、特表平8-500622や、特開2000-344
16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。

【０００７】本発明の課題は、被研磨物表面へのダスト
等の異物の付着、スクラッチ傷の発生を大幅に低減で
き、しかも被研磨物表面の平坦化特性も向上できる研磨
パッドおよびそれを用いた研磨装置および研磨方法を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の研磨パッドは、被研磨物の化学的機械研磨
に用いられる研磨パッドにおいて、公定水分率が３％以
上である樹脂および／またはフィラーを含有するととも
に、水に１時間浸漬した際の吸水率が１５％以下である
ことを特徴とするものからなる。

【０００９】上記研磨パッドには、水不溶性の親水性物
質を含有させることができる。水不溶性の親水性物質を
含有させれば研磨用パッド表面の濡れ性がよくなりダス
ト等異物の付着を防止できる。また、上記研磨パッドに
は、無機粒子および／または水溶性物質を含有させるこ
とができる。無機粒子を含有させれば、該無機粒子と研
磨スラリー中の砥粒子との共働作用により基板等の被研
磨物の研磨効果を向上することができるし、研磨パッド
の硬度を上げ、平坦化特性のより優れたものになる。ま
た、研磨パッド中に水溶性物質を含有させれば、研磨パ
ッドの水分保持量を向上することができる。すなわち、
通常、研磨パッドは樹脂により構成されるため水溶性物
質は樹脂により保持され溶出は抑制されるが、水溶性物
質が膨潤することにより研磨パッドの水分保持量を向上
することができ、とくに表面の濡れ性を向上できる。さ
らに、水溶性物質が研磨スラリー中に溶出した場合に
は、研磨スラリーの粘度が上昇するので、とくに凹部に
対する研磨効果を向上することができグローバル平坦性
（被研磨物全体の平坦性）の向上に寄与することができ
る。

【００１０】上記水溶性物質の含有量は、研磨パッドの
重量当たり０．０１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲内に納め
ることが好ましい。０．０１ｗｔ％未満ではパッド表面
の濡れ性向上による研磨効果の向上を期待できない。一
方、１０ｗｔ％を越えると研磨パッドの膨潤率が大きく
なりすぎるため好ましくない。

【００１１】また、本発明の研磨パッドは、樹脂から構
成しその表面には複数の孔が設けられていることが好ま
しい。上記のような孔に、研磨の際の削りかすがたま
り、研磨界面がきれいに保たれ研磨速度を大きくするこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の望ましい実施の形
態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施
態様に係る研磨装置の一例を示している。図において、
１は研磨装置を示している。研磨装置１は、研磨パッド
２が装着可能な研磨定盤３を有しており、該研磨定盤３
は駆動機構４により矢印方向に回転可能になっている。

【００１３】研磨パッド２の上方には、該研磨パッド２
の目立てをするドレッシング機構５が設けられている。
ドレッシング機構５は研磨パッド２に当接しながら矢印
方向に回転し研磨パッド２の目立てをするようになって
いる。

【００１４】また、研磨パッド２の上方には、該研磨パ
ッド２上に研磨スラリー６を供給する配管７が設けられ
ている。研磨スラリー貯留部（図示略）中の研磨スラリ
ー６は配管７を通って研磨パッド２上に供給されるよう
になっている。

【００１５】被研磨物としての半導体ウェハ８は、研磨
ヘッド機構９に装着されている。研磨ヘッド機構９には
ウェハ８が固定される貼付プレート１０が設けられてい
る。貼付プレート１０は図１の矢印方向に回転可能にな
っている。また、研磨ヘッド機構９は図１の上下方向に
移動可能に構成されている。したがって、貼付プレート
１０に固定されたウェハ８を研磨パッド２に任意の圧力
で押圧できるようになっている。

【００１６】本実施態様においては、研磨定盤３上に研
磨パッド２を装着し、研磨スラリー６を研磨パッド２上
に供給しながら回転させ、該研磨パッド２にウェハ８を
回転させながら押圧することによりウェハ８表面の凹凸
部分が研磨されるようになっている。

【００１７】本発明においては、公定水分率が３％以上
である樹脂および／またはフィラーを含有するととも
に、水に１時間浸漬した際の吸水率が１５％以下の研磨
パッド２を用いることにより、ダストの付着、スクラッ
チ傷の発生防止とウェハ８表面の平坦性向上との調和が
図られるようになっている。つまり、ダストの付着、ス
クラッチ傷の発生防止の観点からは、研磨パッド２は吸
水率が高く表面が柔らかい膨潤層を形成することが好ま
しい。しかし、研磨パッドが柔らかくなりすぎた場合に
は、例えば研磨速度の低下やばらつきが発生し易く研磨
特性が低下する。一方、研磨パッド２の吸水率を低く抑
え表面を硬くした場合には、研磨特性は向上できるがダ
ストの付着、スクラッチ傷の発生を効果的に防止できな
くなる。

【００１８】本発明でいう公定水分率とは、高分子微粒
子の５０℃窒素雰囲気下で２４時間乾燥した乾燥重量
と、６５％相対湿度、２０℃の雰囲気で２４時間後の吸
湿重量を評価し、（吸湿重量−乾燥重量）／乾燥重量×
１００の式で得られる水分率である。公定水分率が３％
以上の樹脂および／またはフィラーを含有させる事によ
って、半導体ウェハ８上に発生するスクラッチやダスト
付着が抑えられる。スクラッチ傷とは、研磨屑やスラリ
ー６中の砥粒の凝集物が原因でウェハ表面に付く傷の事
である。ダストの付着には、浮遊する塵埃が付着する他
にスラリー６中の砥粒が半導体ウェハに付着する事も含
まれる。

【００１９】公定水分率が３％以上の樹脂は水不溶性で
あることが、スクラッチやダスト付着をより抑えるとい
う点で好ましい。水不溶性とは、高分子微粒子を１００
倍量の重量の水に分散して５０℃で６時間攪拌混合し、
得られた水溶液を孔径０．４５μｍのメンブレンフィル
ターで濾過し、濾過水中の含有されている水溶解成分の
重量を測定し、乾燥重量で水溶解成分の比率が３０ｗｔ
％以下である事をさす。公定水分率が３％以上の樹脂の
素材の具体例として、セルロース系高分子、アクリル系
高分子、ビニル系高分子、アラミド系高分子、アミド系
高分子、デンプン系高分子等を挙げる事ができるがこれ
らに限定されるわけではない。

【００２０】また、公定水分率が３％以上のフィラー
は、親水性で水不溶性であることが好ましい。フィラー
は、不織布状、織物状、編み物状、フエルト状、多孔膜
状、スポンジ状、フィルム状、粒子状、繊維状の少なく
とも１つから選ばれてなるものであることが好ましい。
不織布状とは、繊維を交絡させた広義の布を指すが、歪
んでいたり、凹凸があっても良い。不織布状、織物状、
編み物状、フエルト状のものも、繊維状物から得られ
る。多孔膜状、スポンジ状とは、２次元的およびまたは
３次元的に開孔した、空隙率が大きい広義の膜を意味
し、フィルム状とは、実質開孔部がないものを意味す
る。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、長繊維を短くカットしても良い。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。

【００２１】これらを構成する繊維の直径（球以外の場
合最大径を指す）は、１００μｍ以下が好ましく、５０
μｍ以下がさらに好適に使われ、２から２０μｍ程度が
好適に使われる。極細繊維では２μｍを切る直径のもの
も有り、これらを用いるのが便利である。直径が大きい
と、研磨パッドからの離脱が多くなり、研磨パッドとし
ての耐久性が減じやすく好ましくない。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、星形などの合成繊維あるいは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。多孔膜状、
スポンジ状のものは、孔と孔の間が細い柱で連結される
が、通常その直径は１０ｎｍから１ｍｍ程度まで存在す
るが、その大きさにはこだわることはない。全体積の中
で空隙を占める割合、すなわち空隙率が２５％を越える
高いものを用い、厚さ方向に圧縮して成形することで、
厚み方向のばらつきを抑えることができ好適に用いられ
る。また、フィルム状のものは、積層体の個々の層を分
離する層（分離層）を形成するのに好適に用いられる。
特に１μｍを切るような超薄フィルムについては、不織
布状、織物状、編み物状、フエルト状、多孔膜状、スポ
ンジ状のシート状物と同様に使用できる。

【００２２】これらフィラーを混合して作成したシート
状層は複数枚積層され、ひとつの研磨パッド２を形成す
る。このため、フィラーにシート状物を用いた本発明に
よる研磨パッド２は、曲げに対する強度が極めて高く、
極めて割れを生じることが少ない。厚みの大きいシート
状物を用いることで１枚で研磨パッドを形成することも
もちろん可能である。また、これら以外にフィラーを混
合しないシート状層と組み合わせることができる。１枚
当たり１μｍ程度またはこれより厚みがある層を形成
し、複数層重ね合わせた方が、研磨特性の安定性は高
く、なおかつ研摩面の状態を精巧に制御できる研磨パッ
ドを形成しやすくなる。通常は５μｍ以上が使われ最適
には１００から３００μｍが用いられる。各層の厚みや
材質が同じである必要はなく、１層ごとにマトリクス樹
脂の樹脂含有率および／または種類を変えたり、層ごと
にシート状物の厚みおよび／または種類を変えること
で、研磨パッドを精密に設計できる。

【００２３】例えば、発泡ポリウレタンや、ゴムシート
などからなるクッション層を、研磨層部分、クッション
層部分、分離層部分をセットにしてそれを複数層積層す
ることで、研磨パッドを研磨定盤に１度貼りつければ、
従来の何倍もの長期にわたってパッド交換を行わなくて
も良い長寿命研磨パッドを提供できる。分離層を設ける
ことで研磨層部分が研磨液に接触したり、研摩面から浸
潤してきた研磨分散液に接触することもなく、ドレッシ
ングによって形成されたバージン面をもって研磨できる
ため、極めて高い研磨安定性を得ることができる。ま
た、層間絶縁膜、メタル研磨が交互に必要な場合も、用
途に最適の例えば層間絶縁膜研磨には非常に硬い層を用
い、メタル研磨用には柔らかい層が使えるように順序を
決めて成型することもできる。このように本発明によれ
ば、製造のためのスループット向上にも繋がり、トータ
ルコストダウンにも有効である。

【００２４】研磨パッド２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せるように配合
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、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１００ｎｍ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。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。熱可塑性樹脂の場合
は一般に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シート状物の公
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。熱可塑性ウレタンよりも熱硬化性
ウレタンの方が重量増加率が高いことが多いように、熱
硬化性樹脂でも公定水分率は１以上が望ましい。特にこ
の場合は３％以上が好ましく、更に５％以上が好まし
い。

【００２５】また、他の方法として例えば、無機微粒子
を混合し、研磨パッド２の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
た技術も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。樹脂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、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。
このためさらに好ましくは２０μｍ以下、より好ましく
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、０．１％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２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１００ｎｍ以上が
さらに好ましい。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２を製造
できる。

【００２６】本発明の研磨パッド２を用いる研磨におい
て使用される研磨スラリー６としてはシリカ系スラリ
ー、酸化アルミニウム系スラリー、酸化セリウム系スラ
リー等を挙げることができる。これらを用いて半導体ウ
ェハ上での絶縁膜の凹凸や金属配線の凹凸を局所的に平
坦化することができたり、グローバル段差を小さくした
り、ディッシングを抑えたりできる。スラリーの具体例
としては、キャッボ社製のＣＭＰ用“ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰ
ＥＲＥＳＥＳＣ−１”、ＣＭＰ用“ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰ
ＥＲＳＥＳＣ−１１２”、ＣＭＰ用“ＳＥＭＩ−ＳＰ
ＥＲＳＥＡＭ１００”、ＣＭＰ用“ＳＥＭＩ−ＳＰＥ
ＲＳＥＡＭ１００Ｃ”、ＣＭＰ用“ＳＥＭＩ−ＳＰＥ
ＲＳＥ１２”、ＣＭＰ用“ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ
２５”、ＣＭＰ用“ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥＷ２００
０”、ＣＭＰ用“ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥＷ−Ａ４０
０”等を挙げることができるが、これらに限られるわけ
ではない。

【００２７】本発明の研磨パッド２において使用される
親水性で水不溶な物質は、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親水基であるスルホ
ン基、アミノ基、カルボキシル基、水酸基を導入したも
のも使用可能である。疎水性とは、５０℃の水に２４時
間浸漬した際の重量増加率が２％未満のものを指す。ま
たウェハー８への浸透の問題から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。さらに好ましくは５０ｐｐｍ以下、より好ましく
は１０ｐｐｍ以下である。

【００２８】また、本発明の研磨パッド２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２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フィ
ラーを含むため、ウレタンを用いた場合は発泡しすぎる
危険が増大するが、水との反応性よりも、ポリオール成
分や、アミン成分の反応性が高いことを利用し、これを
回避できる。もちろんフィラー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この水
分による発泡でフィラー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
時に加圧したり、消泡剤を用いたり、イソシアネートと
の反応性の高い官能基を導入したりすることで対応でき
る。

【００２９】さらに、これら水溶性物質が研磨を行う際
に溶け出す場合には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％以上１０ｗｔ％以下、添加することが好
ましい。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０．１ｗｔ％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
ばさら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。

【００３０】研磨パッド２の成形方法としては、公定水
分率３％以上の樹脂またはフィラー、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
混合した後に、硬化前のポリウレタンと混合、脱泡後、
型に入れて熱圧縮成型することもできるし、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２の物性ばらつきを少なくできる。また、フ
ィラーを混合しなければ、さらに成形性は向上する。本
発明の研磨パッド２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。

【００３１】研磨スラリー６の研磨パッド２の表面の供
給とそこからの排出を促進するなどの目的で、研磨パッ
ド２の表面には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０．１〜１００
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
０．１〜５ｍｍの範囲で選ぶことができる。また、孔の
ピッチは０．１〜１００ｍｍの範囲で選ぶことができ
る。これらの形状は、研磨液（研磨スラリー６）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、５
０ｍｍ程度もしくはこれ以上の厚みのものも製造可能で
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
程度のものまで製造されるが、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。本発明で得られた
研磨パッド２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３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、ゴム系のものを組み合わせ
て使うことができる。

【００３２】

【実施例】以下に本発明を実施例により説明する。な
お、実施例で使用される物性値の評価や測定方法は、以
下の方法にしたがったものである。

【００３３】（水に１時間浸漬した際の水分率）研磨パ
ッドを切り出した試験片（大きさは２５×６０ｍｍ、厚
みは問わない）を８０℃１０時間真空乾燥した後、室温
で純水中に浸漬し、６０分後に試験片を遠心チューブに
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。この時、吸
湿率は以下の式に従って求めた。吸水率（％）＝｛（時間１における吸湿重量）−（乾燥
重量）｝／（乾燥重量）×１００

【００３４】（ダスト付着量の測定），（スクラッチ傷
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Ｓ
ＦＴ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１００ｍ
ｌ／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４５ｒ
ｐｍ、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
ことがなく合格である。また研磨後のウェハ表面のスク
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（ＶＨ６３００）でカウ
ントした。１０個以下を合格領域とした。

【００３５】（ユニフォーミティ）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１９
６ポイント測定した。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”）で試験すべ
き研磨パッドを貼り付けた。旭ダイヤモンド工業（株）
のコンディショナー（”ＣＭＰ−Ｍ”、直径１４．２ｃ
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１０
０ｍｌ／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−２００
０）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。そして、以下の式によりユニフォーミティを
算出した。ユニフォーミティ（％）＝（最大研磨速度−最小研磨速
度）／（最大研磨速度＋最小研磨速度）×１００１枚目のウェハ（１回目の研磨）の研磨が終了する毎
に、研磨パッドのコンディショニング以降の操作を繰り
返し、２０枚のウェハの研磨を行った。

【００３６】実施例１ナイロン織物（厚み３５０μｍ、公定水分率４．５％）
６０重量部と、液状フェノール樹脂（住友デュレズ製、
ＰＲ−５３７１７）を、乾燥重量で４０重量部になるよ
う含浸、乾燥させ、４枚重ねて１７０℃で２０分間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。

【００３７】実施例２綿織物（厚み３５０μｍ、公定水分率１０％）５８重量
部と、液状フェノール樹脂（住友デュレズ製、ＰＲ−５
３７１７）を、乾燥重量で４２重量部になるよう含浸、
乾燥させ、４枚重ねて１７０℃で２０分間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。

【００３８】実施例３厚み０．２５ｍｍのクラフト紙（公定水分率１０％）
に、エポキシ樹脂、エピコート１８０Ｓ６５（油化シェ
ルエポキシ社製）／ＳＲ−ＧＬＧ（坂本薬品製）＝９５
／５に混合したもの１００部と、硬化剤エピキュアＥＭ
Ｉ−２４（油化シェルエポキシ社製）を４部をメチルエ
チルケトンに溶解しワニスを調製し、乾燥樹脂重量比で
４５ｗｔ％になるよう濾紙に含浸、乾燥させ、これを６
枚あわせて１７０℃で２０分間１ＭＰａ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。

【００３９】実施例４実施例３のワニスにさらに粒径１ミクロン以下のシリカ
粒子を１０部混合し、同様にして樹脂板を成形した。得
られた樹脂板で研磨パッドを作成した。

【００４０】実施例５実施例３のワニスにさらにポリビニルピロリドン（Ｋ３
０、和光純薬製）を２部混合し、同様にして樹脂板を成
形した。得られた樹脂板で研磨パッドを作成した。

【００４１】実施例６２液系ポリウレタン樹脂ＫＣ−３８０（日本ポリウレタ
ン（株）製）７０ｗｔ％とＫＮ−５８５（日本ポリウレ
タン（株）製）３０ｗｔ％を混練し、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１
１％）が重量比で２５ｗｔ％になるように混練、脱泡
後、金型内で硬化させ、研削加工の後、厚み１．２ｍｍ
のポリウレタンシートを作成した。得られた樹脂板で研
磨パッドを作成した。

【００４２】実施例７実施例６で粉末濾紙を２８ｗｔ％にし、同様に樹脂板を
作成した。若干含んだ水分で発泡し、４０ミクロン程度
の独立孔が形成された。得られた樹脂板で研磨パッドを
作成した。

【００４３】比較例１厚み０．２５ｍｍのクラフト紙（公定水分率１０％）
に、エポキシ樹脂、エピコート１８０Ｓ６５（油化シェ
ルエポキシ社製）／ＳＲ−ＧＬＧ（坂本薬品製）＝９５
／５に混合したもの１００部と、硬化剤エピキュアＥＭ
Ｉ−２４（油化シェルエポキシ社製）を４部をメチルエ
チルケトンに溶解し、乾燥樹脂重量比で３５ｗｔ％にな
るよう濾紙に含浸、乾燥させ、これを６枚あわせて１７
０℃２０分間１ＭＰａ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。

【００４４】比較例２ＭＭＡ（メタクリル酸メチル）／ＡＩＢＮ（アゾビスイ
ソブチロニトリル）＝９９９／１を混合した溶液をガラ
ス板に挟み６５℃温浴中で５時間板間重合した。この
後、１００℃の乾燥機中で３時間放置し重合を完結させ
た。得られた樹脂板で１．２ｍｍ厚の研磨パッドを作成
した。

【００４５】比較例３２液系ポリウレタン樹脂ＫＣ−３６２（日本ポリウレタ
ン（株）製）５１重量％とＮ−４２７６（日本ポリウレ
タン（株）製）４９重量％を混練し、４０ｃｍ角の金型
に入れ、真空脱泡後厚み１．２ｍｍに成形し、研磨パッ
ドを作成した。

【００４６】実施例１〜７および比較例１〜３の結果を
表１に示した。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１に示したように実施例１〜７について
は、ダスト付着およびスクラッチ傷の発生が効果的に抑
制され、かつユニフォーミティも安定しており、研磨を
くり返しても研磨パッドの研磨特性が安定していること
がわかる。これに対し、研磨パッドの吸水率を１５％越
えて設定した比較例１においては、ダスト付着やスクラ
ッチ傷の発生は抑制されているが、研磨をくり返すとユ
ニフォーミティが大きく変動し安定した研磨が困難にな
る。また、公定水分率３％以上の樹脂等を添加していな
い比較例２、比較例３においては、ユニフォーミティは
安定するもののダストの付着やスクラッチ傷の発生が抑
制されていないことがわかる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の研磨パッ
ドによるときは、研磨パッドの表面硬度を、平坦性を向
上でき、しかもダスト付着等を防止できる最適の範囲に
調整することができるので、研磨特性を向上でき長期に
わたり安定した研磨を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係る研磨パッドを用いた
研磨装置の側面図である。

【符号の説明】

１研磨装置２研磨パッド３研磨定盤４駆動機構５ドレッシング機構６研磨スラリー７配管８ウェハ９研磨ヘッド機構１０貼付プレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被研磨物の研磨に用いられる研磨パッド
において、公定水分率が３％以上である樹脂および／ま
たはフィラーを含有するとともに、水に１時間浸漬した
際の吸水率が１５％以下であることを特徴とする研磨パ
ッド。
【請求項２】水不溶性の親水性物質が含有されてい
る、請求項１の研磨パッド。
【請求項３】無機粒子および／または水溶性物質が含
有されている、請求項１の研磨パッド。
【請求項４】前記水溶性物質が研磨パッドの重量当た
り０．０１ｗｔ％〜１０ｗｔ％含有されている、請求項
３の研磨パッド。
【請求項５】表面に複数の孔が設けられている、請求
項１ないし４のいずれかに記載の研磨パッド。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の研
磨パッドを用いることを特徴とする研磨装置。
【請求項７】請求項１ないし５のいずれかに記載の研
磨パッドを用いることを特徴とする研磨方法。
【請求項８】請求項１ないし５のいずれかに記載の研
磨パッドを用いる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方法。