JPH0950974A - 研磨布及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

研磨布及び半導体装置の製造方法

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JPH0950974A
JPH0950974A JP20111395A JP20111395A JPH0950974A JP H0950974 A JPH0950974 A JP H0950974A JP 20111395 A JP20111395 A JP 20111395A JP 20111395 A JP20111395 A JP 20111395A JP H0950974 A JPH0950974 A JP H0950974A
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JP
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polishing
polishing cloth
cloth
layer
elastic modulus
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Masakazu Muroyama
雅和 室山
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期状態と磨耗後においても、弾性率が変化
しない研磨布とこの研磨布を用いて、平坦性の良好な研
磨が行なえる半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 下層6aと上層6bとで硬度に勾配を設
けた研磨布6とこの研磨布6を用いた半導体装置の製造
方法。 【効果】 初期状態と磨耗後においても、弾性率が変化
しない研磨布が提供でき、また平坦性の良好な研磨が行
なえる半導体装置の製造方法が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は研磨布及び半導体装
置の製造方法に関し、詳しくは半導体装置の製造分野に
適用される層間絶縁膜の研磨に用いて好適な研磨布及び
この研磨布を用いる半導体製造装置の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体装置製造の際に半導体
基板等の基体上に生じた凹凸を平坦化するために、研磨
技術が用いられている(例えば特開昭60−3983
5)。一方、半導体装置の分野では集積回路の大規模化
が進んでいるが、大規模化の為には、集積回路チップの
面積をなるべく小さくする必要があり、そこには、多層
配線技術が必要とされている。この多層配線技術に於い
ては、多層配線の段切れを防止するため下地層の表面を
できるだけ平坦にしておくことが必要である。平坦化技
術として近年、塩基性溶媒中でシリコン酸化物の微粒子
を用いたメカノケミカル研磨技術が開発されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このメカノケ
ミカル研磨技術においては、研磨時に使用する研磨布
は、一般的にポリウレタン製の樹脂が用いられている
が、この樹脂の硬度により研磨後の形状が大きく影響さ
れることが知られている。例えば、図6(a)に示すよ
うに半導体基体1上にアルミニュームから成る配線層2
及びシリコン酸化膜からなる層間絶縁層3を形成したウ
ェーハ4を研磨した場合について考えてみる。研磨布6
に比較的軟質の材料を用いた場合には、図6(a)に示
すように半導体基体1の局部的な膜厚の凹凸には追従で
きるが、研磨布6は押し付け圧力により変形し、凹凸の
底部まで進入するため、研磨後の平坦性が凹凸形状に依
存する結果となる。
【0004】また、硬質の研磨布を用いた場合には図6
(b)に示すように研磨布6が変形することがないた
め、凹凸の底部が研磨されることはないが、ウエハ4の
局所的な膜厚の変動に追従できないために、研磨後の平
坦性は良好ではない。更に、これらの問題の発生を回避
するために図6(c)に示すように下層6aに軟質のポ
リウレタンを用い、上層6bに硬質のポリウレタンを用
いた研磨布6が提案されている。
【0005】しかし、この研磨布6を用いて研磨を行な
うと、研磨時の押しつけ圧力による研磨布6の変形は上
層6bの硬質ポリウレタンにとどまらず、下層6aの軟
質ポリウレタンまでにおよんでいる。つまり研磨布の弾
性率は上層6b及び下層6aの複合弾性率により算出さ
れる物性となる。このため、弾性率の高い上層6bが研
磨により減少すると、研磨布の弾性率は下層6aの弾性
率に近くなり研磨後のウエハ4の平坦性が悪くなること
が明らかになった。従って、消耗して厚みが減少して
も、研磨布全体としての弾性率の変動が少ない研磨布び
その製造技術が必要とされている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、請求項1記載の発明は、被研磨材を保持し被研磨材
に研磨布を接触させ研磨剤を供給しながら研磨を行う方
法に用いられる研磨布に於いて、厚さ方向に硬度勾配を
有することを特徴とする研磨布の構成とし、研磨布の複
合弾性率が初期状態と磨耗した状態で変化しないように
した。
【0007】請求項2記載の発明は研磨布は硬度の異な
る研磨布を積層して硬度勾配を付与したことを特徴とす
る請求項1記載の研磨布の構成とし、研磨布の複合弾性
率が初期状態と磨耗した状態で変化しないようにした。
【0008】請求項3記載の発明は研磨布は材料の密度
を制御して硬度勾配を付与したことを特徴とする請求項
1記載の研磨布の構成とし、研磨布の複合弾性率が初期
状態と磨耗した状態で変化しないようにした。
【0009】請求項4記載の発明は研磨布は材料の架橋
度を制御して硬度勾配を付与したことを特徴とする請求
項1記載の研磨布の構成とし、研磨布の複合弾性率が初
期状態と磨耗した状態で変化しないようにした。
【0010】請求項5記載の発明は被研磨材上の絶縁膜
を平坦化する絶縁膜の形成工程に於いて、厚さ方向に硬
度勾配を有する研磨布を用いて研磨することを特徴とす
る半導体装置の製造方法の構成とし、磨耗時にも研磨布
の弾性率の変化を無くし、ウエハ間の平坦性の良い研磨
ができる。
【0011】以下に、本発明に係る研磨布とこれを用い
た研磨方法について実施の形態を挙げて説明する。
【0012】
【発明の実施の形態】 第1の実施の形態 本発明の第1の実施の形態について図1及び図2を参照
して説明する。図1(a)に示す如く、下層6aとし
て、ポリウレタンから成る軟質層上に上層6bとしてポ
リウレタンから成る硬質層を積層した研磨布6を作製し
た。具体的には下層6aのポリウレタン軟質層は、ジオ
ール成分としてエチレングリコール、ジカルボン酸とし
てアジピン酸を用いて形成したポリオールを4、4−メ
チレンジフェニルジイソシアティートと鎖長延長剤とし
て、エチレングリコールを添加し作製したポリウレタン
をグリセリンとヘキサメチレンジイソシアネートを反応
させた3官能以上のトリイソシアネートを添加し架橋反
応を行い作製した。
【0013】上層6bのポリウレタン硬質層はジオール
成分として1、4ブタンジオール、ジカルボン酸として
はテレフタル酸を用いて作成したポリオールにエチレン
グリコールと4、4メチレンジフェニルジイソシアネー
トの添加量を変えて作成したポリウレタン樹脂0.2m
m厚み10枚を用意した。本手法で形成した下層6a及
び上層6bの研磨布を圧着して貼り合わせ研磨布6を作
成した。
【0014】本第1の実施の形態の硬度勾配を有する構
造の研磨布は、初期状態では図1(a)に示すように軟
質層の下層6a上に硬度勾配を有する硬質層の上層6b
が形成されている。硬質層の上層6bでは弾性率は低
く、下層6aでは弾性率が高い構造になっており、研磨
時の研磨ヘッドにかかる圧力により変形する。この研磨
布変形領域は上層6bに限定されるために変形時の弾性
率は硬質層の上層6bの弾性率となる(図1(b)参
照)。図2(a)に示すように上層6bが摩耗した状態
では、変形領域は下層研磨布まで及び変形時の弾性率は
硬質層の上層6aと軟質層の下層6aの複合弾性率とな
る(図2(b)参照)。この時の硬質層の上層6bは初
期の弾性率に比べ高い弾性率を有する為に複合弾性率は
初期と変化がなく、この研磨布を用いて被研磨材の研磨
を行なえば、平坦性の劣化が発生しない。
【0015】第2の実施の形態 本第2の実施の形態は上層6bの架橋度を制御して硬度
勾配を付与した研磨布の構造を具現化した。具体的には
下層6aのポリウレタンは、ジオール成分としてエチレ
ングリコール、ジカルボン酸としてアジピン酸を用いて
作製したポリオールを4、4−メチレンジフェニルジイ
ソシアネートと鎖長延長剤としてエチレングリコールを
添加し作製したポリウレタンをグリセリンとヘキサメチ
レンジイソシアネートを反応させた3官能以上のトリイ
ソシアネートを添加し架橋反応を行い作製した。上層6
bのポリウレタン硬質層はジオール成分としてエチレン
グリコール、ジカルボン酸としてはテレフタル酸を用い
て作製したポリオールにエチレングリコールと未端のイ
ソシアネート基をアクリル酸で変性した4、4−メチレ
ンジフェニルジイソシアネートを加えて作製した。
【0016】そして、アクリル変性することで紫外線及
び電子線で架橋できる様にした。その後、上層6b表面
に紫外線を照射し架橋を行った。紫外線により上層部で
は架橋反応は発生するが、下層では次第に紫外線が届か
なくなり架橋反応が発生しないために深さ方向で架橋度
が異なり、樹脂硬度が深さ方向に硬度分布が発生する。
その後上層及び下層樹脂を圧着して研磨布を作製した。
【0017】研磨布の総合した弾性率が初期状態と数回
の研磨後で変化しないと云う効果は第1の実施の形態と
同様であり、更に量産に向いた研磨布が提供できた。
【0018】第3の実施の形態 本第3の実施の形態では、上述した第1、第2の実施の
形態で示した研磨布を用いた半導体装置の製造方法を具
現化した。ここで研磨工程の説明に先立ち、先ず本発明
を実施するために使用する研磨装置の構成を図2を参照
して説明する。ウェーハ(被研磨材)4は真空チャック
式のウェーハ保持台7ににより固定される。
【0019】一方、研磨台5には研磨布6が固定されて
おり、研磨布6の上には研磨剤8が研磨剤供給管9から
供給される。そして、ウエハ保持台7はこれと連結した
保持台回転軸7aにより回転駆動がなされ、研磨台5は
これと連結した、研磨台回転軸5aにより回転駆動さ
れ、研磨が遂行される。尚、研磨時においては、ウェー
ハ保持台7を研磨台5に押しつける圧力を制御すること
によって、適正な研磨作業が実行される。
【0020】好適な研磨の条件としては、例えば下記の
ようなものがある。 研磨条件 ウェーハ保持台回転軸の回転数 37 〔rpm〕 ウェーハ保持台の回転数 17 〔rpm〕 研磨圧力 5.5×103 〔Pa〕 研磨剤流量 200 〔ml/min〕
【0021】ここでは、上述の研磨装置を用いた、半導
体装置の製造方法において層間膜の形成工程に於ける凸
部絶縁膜の除去に適用した工程について図4を参照して
説明する。先ず、図4(a)に示すように、シリコンか
ら成る半導体基体1に第1のシリコン酸化膜1aを形成
した後、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチン
グによりアルミ配線層2を形成した。
【0022】次いで、図4(b)に示すように下記の条
件にて第2のシリコン酸化膜(層間絶縁層)3を形成し
た。 酸化シリコン膜の成膜条件 原料ガス TEOS=800〔sccm〕 酸素O2 =600〔sccm〕 圧力 1330〔Pa〕 温度 400〔℃〕 RF出力 700〔W〕 但しTEOSはTetra Ethyl Ortho
Silicateの略である。
【0023】その後、上述のようにして形成された第2
のシリコン酸化膜3の凸部を研磨除去するためにウェー
ハ4を研磨装置のウェハ保持台7に保持し、そして上述
の研磨装置を用いてウェーハ4の被研磨面の研磨を行っ
た。これにより図4(c)に示すように第2のシリコン
酸化膜3の凸部が除去された。その後フッ化水素酸水溶
液を用いて研磨剤の除去を行っても層間絶縁膜3の表面
が粗面化されることはなかった。
【0024】以上のようにしてウェーハ4の研磨がなさ
れることにより、第2のシリコン酸化膜(層間絶縁膜)
3が平坦化される。本条件を用いて連続700分の研磨
を行った結果、図5に示すように、従来の研磨布を使用
した場合には初期の研磨布に比べ上層研磨布膜厚が1/
3になると平坦性は大きく劣化するが第1の実施の形態
での研磨布では弾性率の変化がなく、研磨工程で初期状
態より、平坦性を損なわない結果が得られた。
【0025】
【発明の効果】本発明の研磨布によれば、初期の弾性率
と磨耗後の弾性率が変化せず、この研磨布を用いて被研
磨材を研磨すれば、平坦性の良い研磨が行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)は本発明の初期状態の研磨布の断面図
であり、(b)はその厚みに対する弾性率の勾配を示す
グラフである。
【図2】 (a)は本発明の磨耗後の研磨布の断面図で
あり、(b)はその厚みに対する弾性率の勾配を示すグ
ラフである。
【図3】 本発明に用いる研磨装置の側面図である。
【図4】 半導体装置の製造工程を示すウエハの側断面
図である。
【図5】 被研磨材の研磨面の平坦性と研磨時間依存性
を示すグラフである。
【図6】 従来の研磨布と研磨中の被研磨材の側断面図
であり、(a)は軟質の研磨布を用いた例、(b)は硬
質の研磨布を用いた例、(c)は多層の研磨布を用いた
例をしめす。
【符号の説明】
1 半導体基体 1a 第1のシリコン酸化膜 2 アルミ配線層 3 第2のシリコン酸化膜(層間絶縁層) 4 ウエハ(被研磨材) 5 研磨台 5a 研磨台回転台 6 研磨布 6a 下層 6b 上層 7 ウエハ保持台 7a 保持台回転台 8 研磨剤 9 研磨剤供給管

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被研磨材を保持し該被研磨材に研磨布を
    接触させ研磨剤を供給しながら研磨を行う方法に用いら
    れる研磨布に於いて、 厚さ方向に硬度勾配を有することを特徴とする研磨布。
  2. 【請求項2】 前記研磨布は、硬度の異なる研磨布を積
    層して硬度勾配を付与したことを特徴とする請求項1記
    載の研磨布。
  3. 【請求項3】前記研磨布は、材料の密度を制御して硬度
    勾配を付与したことを特徴とする請求項1記載の研磨
    布。
  4. 【請求項4】 前記研磨布は、材料の架橋度を制御して
    硬度勾配を付与したことを特徴とする請求項1記載の研
    磨布。
  5. 【請求項5】 被研磨材上の絶縁膜を平坦化する絶縁膜
    の形成工程に於いて、厚さ方向に硬度勾配を有する研磨
    布を用いて研磨することを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
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