JP2000246649A

JP2000246649A - 研磨用パッド

Info

Publication number: JP2000246649A
Application number: JP5524699A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yamada; 山田　　勉; Tomio Kubo; 富美夫久保
Original assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁膜と金属層間の段差が小さく、厚み均一
性に優れたウエハを与える、耐熱性に優れたＣＭＰ研磨
用パッドの提供。【解決手段】ウエハ表面に研磨パッドを押圧し、ウエ
ハチャック機構のスピンドル軸と研磨パッドのスピンド
ル軸を回転させることにより回転するウエハ面に回転す
る研磨パッドを摺擦させてウエハを研磨するのに用いら
れる研磨パッドにおいて、該研磨パッドのウエハ面を摺
擦する樹脂表面層は、粒径が０．１μｍ以下のベ−マイ
ト砥粒を含有することを特徴とする、ウエハ研磨用パッ
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、液晶デバイス、ウ
エハデバイス、磁気ディスク等、特にパタ−ン模様が施
されたウエハ、あるいはウエハ表面にパタ−ン模様を形
成させる際に用いるＣＭＰ研磨用パッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶デバイス、ウエハデバイス等の半導
体素子の製造工程において、デバイス素子が形成された
ワ−ク（被加工物）を研磨することは行われている。例
えば、シリコンウエハ鏡面にアルミニウムを蒸着して回
路パタ−ンを形成し、その上にＢＰＳＧ、ＰＴＥＯＳま
たは酸化珪素等の絶縁膜を積層形成した後、この絶縁膜
を研磨パッドにより平坦に研磨し、さらにその上に素子
の内部構造を形成することが行われている。

【０００３】また、シリコン基板の表面に形成された絶
縁膜に形成されたスル−ホ−ルに蒸着により銅膜を形成
し、銅膜を研磨して銅配線を形成させることも行われ
る。半導体ウエハの研磨パッドとしては、ポリエステル
不織布にポリウレタン樹脂を含浸させ、硬化させたベロ
アタイプパッド、ポリエステル不織布基材の上に熱可塑
性樹脂を溶解したウレタンプレポリマ−溶液を塗布し、
硬化させて人工皮革の表面層を形成させたスエ−ドタイ
プパッド、発泡ポリウレタンの弾性研磨層に硬練り不活
性ニトリルゴム層を積層した複層構造パッド（ＵＳＰ３
５０４４５７号）、ショア硬度６０〜８０、空隙率４５
〜７０％の発泡ポリウレタン弾性研磨層の下に空隙率４
０〜６０％のより硬い発泡ポリウレタン弾性支持層を接
着剤で貼着した複層構造パッド（特開平７−２６６２１
９号）が使用されている。

【０００４】さらに、研磨速度を向上させるために、シ
リカ、酸化セリウム、アルミナ等の砥粒を１５〜５０重
量％含有させたウレタン発泡弾性体パッドを使用するこ
とも提案されている（特開平６−１１４７４２号、同８
−２９０３５６号）。しかしながら、回路形成のアルミ
ニウムや銅のメタル層の上に形成された酸化珪素、酸化
テルル、酸化アルミニウム等の絶縁膜を研磨パッドで研
磨剤スラリ−を供給しながらＣＭＰ研磨し、メタルライ
ンが露出するまで絶縁膜を磨くにおいて、全体を平坦に
研磨することと、メタルラインが削り込まれ過ぎないよ
うにする必要があり、パッドがショア硬度５０〜７５の
弾性体の柔らかいものではウエハの厚み均一性は５〜１
０％と良好であるが、段差が２０００〜４５００オング
ストロ−ムと高い欠点があり、逆にショア硬度８０〜１
１０の硬質パッドを用いると、段差は５００〜１０００
オングストロ−ムと良好であるが、厚み均一性が１５〜
２０％と損なわれる。

【０００５】さらに前述の旧モ−ス硬度が７〜１０と硬
い研磨砥粒を含有させたパッドは、研磨速度が速いが、
巨大粒子（二次凝集粒子）が含まれ易いので得られるウ
エハの段差が大きい欠点がある。

【０００６】近時、ＣＭＰ研磨されたウエハの段差が２
００〜８００オングストロ−ム、厚み均一性が２〜８％
であることが要求されている。かかる要求性能を満たす
パッドとして、特開平７−２６６２１９号公報はダイヤ
フラムに固定された円環状のウエハストッパ−に保持さ
れたキャリヤ−にウエハを揺動自在に付着し、研磨パッ
ドとしてショア硬度８０〜１００の硬質表面層とショア
硬度５０〜７０の発泡ポリウレタン弾性支持層よりなる
複層構造のパッドを用いることを提案する。

【０００７】このパッドは前記要求性能を満たすが、研
磨速度の向上が望まれている。また、特開平１０−３０
３１５２号公報は、ヘッド内のダイヤフラムに揺動自在
に取り付けたパッドを用い、チャック機構に取り付けた
ウエハをＣＭＰ研磨することを提案するが、パッドの構
造を開示するものではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、厚み均一性
に優れ、段差が小さいデバイス液晶、デバイスウエハを
与え、かつ、研磨速度が速い研磨用パッドの提供を目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ワ−ク表面に
研磨パッドを押圧し、ワ−クチャック機構のスピンドル
軸と研磨パッドのスピンドル軸を回転させることにより
回転するワ−ク面に回転する研磨パッドを摺擦させてワ
−クを研磨するのに用いられる研磨パッドにおいて、該
研磨パッドのワ−ク面を摺擦する樹脂表面層は、ベ−マ
イト砥粒を５〜５０重量％含有する、ウエハ研磨用パッ
ドを提供するものである。パッドに柔らかいベ−マイト
砥粒を含有させたことにより、厚み均一性、段差の程度
を低下させることなく、ワ−クの研磨速度を速めること
ができた。

【００１０】本発明はまた、前記パッドとして、樹脂表
面層のショア硬度（ＡＳＴＭ−Ｄ２２４０）が７５〜１
００のものを用いる。ショア硬度が７５〜１００のもの
を用いることにより、得られるワ−クの厚み均一性と段
差のバランスが向上する。

【００１１】本発明はさらに、前記パッドとして、ショ
ア硬度が８５〜１００である樹脂表面層とショア硬度５
０〜７５の弾性支持層を有する複層構造体を用いる。弾
性支持層のクッション性によりパッドの樹脂表面層のワ
−クへのなじみを良好とする。

【００１２】前記パッドは、樹脂表面層の厚みが０．５
〜１．５ｍｍ、弾性支持層の厚みが１〜３ｍｍである。
これら厚みとすることにより、パッドの樹脂表面層のワ
−クへのなじみを良好とし、厚み均一性に優れ、段差の
小さいワ−クを与える。前記パッドの弾性支持層は、空
隙率が３０〜７０％の樹脂発泡体である。パッドが圧縮
され、圧縮された空隙内の空気の反発力によりパッドの
硬質樹脂表面層のワ−クへのなじみが良好とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、発明を詳細に説明する。本
発明の研磨パッドは、ワ−ク面を摺擦する硬質樹脂表面
層が、粒径０．１μｍ以下のベ−マイト砥粒を５〜５０
重量％、好ましくは５〜１５重量％含有する。ベ−マイ
トの含有量が５重量％未満では研磨速度の向上に寄与し
ない。また、５０重量％を超えてはパッドのクッション
性が低下し、パッドのワ−ク表面への追従性が損なわれ
る。

【００１４】ベ−マイトは、旧モ−ス硬度が３〜４と低
く、柔らかい砥粒であり、アルミナ水和物の一種で、Ａ
ｌ・ＯＯＨまたはＡｌ₂・ｘＨ₂Ｏまたはスラリ−中の陰
イオンと結合したＡｌ₂・ｘＨ₂Ｏ（ｙ酸）で示される。
酸としては塩酸、酢酸、硝酸等が挙げられる。粒径は、
０．１μｍ以下、好ましくは０．０１〜０．０３μｍで
ある。ベ−マイトは、アルミナ水和物の一種のジプサイ
ト、バイアライト等を１８０〜２５０℃の温度で加圧水
熱処理するか、ポリエチレンやポリプロピレンの合成に
用いられるチグラ−触媒成分のトリイソプロポキシアル
ミニウムを加水分解することにより製造される粉体状ま
たはコロイド状のものである。

【００１５】ベ−マイトはパッドの樹脂表面層に５〜５
０重量％の割合で含有させる。ウエハの主素材は、ウ
レタン樹脂発泡体、ポリエステル繊維、ポリビニルア
ルコ−ル繊維、ナイロン繊維等の繊維の不織布の表面
に、発泡性ウレタンプレポリマ−溶液を塗布、含浸さ
せ、ついで発泡させたもの、前記不織布に、エチレン
・酢酸ビニル共重合体を発泡性ウレタンプレポリマ−と
共に溶解した溶液を塗布、含浸させ、ついで発泡させた
もの、ショア硬度の異なるウレタン発泡体同士を接着
剤で貼付したもの、空隙率が３０〜７０％のウレタン
樹脂発泡体の表面に発泡性ウレタンプレポリマ−溶液を
塗布、含浸させ、ついで発泡させたもの、ウレタン樹
脂発泡体の表面に不織布を載せ、ついでこの不織布の表
面に、発泡性ウレタンプレポリマ−溶液を塗布、含浸さ
せ、ついで発泡させたもの、等が利用できる。

【００１６】なかでも、ショア硬度が８５〜１００であ
る硬質ウレタン樹脂表面層と、ショア硬度５０〜７５、
空隙率が３０〜７０％のウレタン樹脂発泡体の弾性支持
層よりなる複層構造体が好ましい。硬質樹脂表面層の厚
みは、０．５〜１．５ｍｍ、弾性支持層の厚みは１〜３
ｍｍが好ましい。

【００１７】ウレタン樹脂としては、ポリオ−ル等の活
性水素含有化合物と鎖延長剤とポリイソシアネ−ト化合
物とを反応させて得られる一般にウレタン発泡体形成材
料が用いられる。ポリオ−ルとしては、エチレングリコ
−ル、テトラメチレングリコ−ル、トリメチロ−ルプロ
パン、等の分子量が５０〜５００と小さい鎖延長剤の役
割のポリオ−ルと、ポリエチレンアジペ−ト、ポリオキ
シテトラメチレンアジペ−ト、ポリエチレングリコ−
ル、ポリプロピレングリコ−ル等の分子量が６００〜２
０００の項分子量のポリオ−ルとの混合物が好ましい。
必要により、乳酸、酒石酸、リンゴ酸、マロン酸、クエ
ン酸のように水酸基とカルボン酸を有する有機酸を配合
してもよい。

【００１８】活性水素含有化合物としては、前述のポリ
オ−ルの他に、ジアミノジフェニルメタンが利用でき
る。ポリイソシアネ−ト化合物としては、イソシアネ−
ト基を２個以上有する化合物で、例えば、４，４'−ジ
フェニルメタンジイソシアネ−ト、２，４−トリレンジ
イソシアネ−ト、これらポリイソシアネ−トとポリオ−
ルとを反応させたウレタンプレポリマ−等が使用され
る。活性水素含有化合物（ＯＨ基、ＮＨ₂基またはＳＨ
基含有有機化合物）とポリイソシアネ−ト化合物の用い
る割合は、活性水素１当量に対し、ＮＣＯ基が１．０２
〜１．２当量である。

【００１９】これら成分の他に溶剤のジメチルホルムア
ミド等の有機溶剤、水やフレオン等の発泡剤、シリコン
オイル等の気泡調整剤、エチレン・酢酸ビニル共重合
体、塩化ビニル・酢酸ビニル共重合体等の熱可塑性樹脂
が配合される。ベ−マイトの発泡性ウレタン樹脂溶液へ
の配合は、ポリオ−ル等の活性水素含有化合物に固体潤
滑剤、ベ−マイト、気泡調整剤、触媒を配合し、ついで
攪拌下にポリイソシアネ−トをジメチルホルムアミド等
の溶剤で溶解した液を加え、均一に混合する。

【００２０】パッドの製造はこの混合液を型内に注入
し、常温〜４０℃で１５〜６０分放置して発泡、硬化さ
せ、ついで硬化物の表面をグラインダ−で研磨あるいは
スライサ−で切削して表面に気泡が露呈した発泡体を得
ることにより行なう。また、ウレタン発泡体の表面に前
記混合液を塗布、含浸させ、ついで発泡・硬化させるこ
とにより行う。

【００２１】発泡体の空隙率（発泡倍率）、ショア硬度
は用いる原料の種類、組成比により調整する。パッドが
単層のときは、クッション性と研磨速度のバランスから
ショア硬度が７５〜１００のものを、複層構造のとき
は、ワ−クと摺擦するパッドの樹脂表面層のショア硬度
は、８５〜１００、支持体層の弾性発泡体のそれは５０
〜７５が好ましい。樹脂表面層のショア硬度を上記範囲
とすることにより得られるワ−クのデバイスを構成する
金属層と絶縁層の段差を小さくし、かつ、ワ−クとのな
じみを良好とする。支持層のショア硬度と空隙率を前述
の範囲とすることによりワ−クとパッドの硬質な樹脂表
面層との当接圧力を均等化する。パッドの樹脂表面層
は、特開平７−２６６２１９号公報の図５に開示される
ように研磨パッドに供給される研磨剤スラリ−がパッド
全面に均一に供給されるように格子状の幅１．５〜２ｍ
ｍの溝を設けてもよい。

【００２２】ウエハの研磨は、特開平１０−３０３１５
２号公報や特開平７−２６６２１９号公報に開示される
パッド揺動またはウエハ揺動タイプの研磨装置を用いて
行なうのが好ましい。研磨パッドのウエハへの当接圧力
は、０．０１〜０．５ｋｇ／ｃｍ²で、ウエハを保持す
るチャックの回転数は３０〜３００ｒｐｍ、パッドの回
転数は４０〜１０００ｒｐｍである。研磨パッドはバキ
ュ−ムチャック機構に吸着されているウエハ上を０．１
〜３ｃｍ／秒で往復させるのが好ましい。

【００２３】ウエハ研磨中は、研磨剤スラリ−または研
磨液、または純水を研磨パッドまたはウエハ表面に供給
して行う。研磨剤スラリ−としては、酸化セリウム、ア
ルミナ、ベ−マイト、ニ酸化マンガン、シリカ等の粒径
が０．０１〜０．１μｍの微細な砥粒を１〜１５重量％
含有する酸性またはアルカリ性水分散液、または過酸化
水素水分散液が用いられる。必要によりスラリ−には、
硝酸、酢酸、燐酸、アンモニウム水、テトラメチルアン
モニウムヒドロキシド、マレイン酸水素テトラメチルア
ンモニウム等のｐＨ調整剤が配合される。

【００２４】

【実施例】２００ｍｍ径のシリコン基板のシリコン酸化
膜上の低誘電率有機膜に形成されたスル−ホ−ルにＭＯ
ＣＶＤ方式で０．８μｍ厚銅張りされたウエハを、０．
０２〜０．０５μｍのシリカ粒子を５重量％、過酸化水
素水、マレイン酸水素テトラメチルアンモニウム、テト
ラメチルアンモニウムヒドロキシドおよびメチルエチル
セルロ−スを含有するｐＨ７．２の研磨剤スラリ−を研
磨パッドの中央に供給しつつ、銅膜厚みを０．２μｍま
で、ウエハと研磨パッドを各々１４０ｒｐｍの回転数で
回転させて平坦化処理し、銅配線を形成する研磨加工を
行った。

【００２５】研磨終了後、パッドを無加重とし、研磨剤
スラリ−の供給を止め、純水に切り替えウエハの洗浄を
行った。上記研磨パッドの素材樹脂のウレタン樹脂とし
て、ジエチレングリコ−ル、リンゴ酸、ポリオキシテト
ラメチレンアジペ−ト、分子量１０００のポリエチレン
グリコ−ル、４，４'−ジフェニルメタンジイソシアネ
−トと２，４−トリレンジイソシアネ−トの混合物、ジ
メチルホルムアミド（ＤＭＦ）、シリコンオイル、トリ
エチレンジアミンおよび水からなる原料を用い、これに
粒径０．０３〜０．０５μｍのベ−マイトを配合して形
成した次に示すパッドを用いた。

【００２６】実施例１ベ−マイト５重量％を含有する空隙率２５％、ショア
硬度９２、厚み１．２ｍｍの硬質ウレタン樹脂表面層
と、空隙率４５％、ショア硬度６５、厚み２．０ｍｍの
ウレタン発泡樹脂支持層の積層構造のパッド。

【００２７】実施例２ベ−マイト１０重量％を含有する空隙率２０％、ショ
ア硬度９５、厚み１．２ｍｍの硬質ウレタン樹脂表面層
と、空隙率４５％、ショア硬度６５、厚み２．０ｍｍの
ウレタン発泡樹脂支持層の積層構造のパッド。

【００２８】比較例１空隙率２６％、ショア硬度９４、厚み１．２ｍｍの硬質
ウレタン樹脂表面層と、空隙率４５％、ショア硬度６
５、厚み２．０ｍｍのウレタン発泡樹脂支持層との積層
構造パッド。

【００２９】比較例２０．０５〜０．１μｍのシリカ粒子３５重量％を含有
する空隙率４０％、ショア硬度７５、厚み３．３ｍｍの
ウレタン発泡樹脂パッド。

【００３０】比較例３空隙率２６％、ショア硬度９４、厚み３．３ｍｍの硬質
ウレタン発泡樹脂のパッド。

【００３１】磨速度および研磨されたウエハの厚さ均一
性、段差（ディッシング：単位はオングストロ−ム）
は、次の通りであった。研磨速度（μｍ／分）均一性（％）段差（Ａ）実施例１１．２２．５４００実施例２１．３３．０４５０比較例１１．１７．０８５０比較例２０．８５．０１０００比較例３１．４１２．０４００

【００３２】

【発明の効果】本発明の研磨パッドは、絶縁膜と金属層
間の段差が小さく、厚さ均一性に優れたウエハを与える
ＣＭＰ研磨用に優れたパッドである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワ−ク表面に研磨パッドを押圧し、ワ−
クチャック機構のスピンドル軸と研磨パッドのスピンド
ル軸を回転させることにより回転するワ−ク面に回転す
る研磨パッドを摺擦させてワ−クを研磨するのに用いら
れる研磨パッドにおいて、ワ−ク面を摺擦する該研磨パッドの樹脂表面層は、ベ−
マイト砥粒を５〜５０重量％含有することを特徴とす
る、研磨用パッド。
【請求項２】ワ−ク面を摺擦する研磨パッドの樹脂表
面層のショア硬度は７５〜１００であることを特徴とす
る、請求項１に記載の研磨用パッド。
【請求項３】研磨パッドは、ショア硬度が８５〜１０
０である樹脂表面層とショア硬度５０〜７５の弾性支持
層を有する複層構造体である、請求項１または２に記載
の研磨用パッド。
【請求項４】研磨パッドは、樹脂表面層の厚みが０．
５〜１．５ｍｍ、弾性支持層の厚みが１〜３ｍｍであ
る、請求項３に記載の研磨用パッド。
【請求項５】研磨パッドの弾性支持層は、空隙率が３
０〜７０％の樹脂発泡体である、請求項３に記載の研磨
用パッド。