JP2000117618A

JP2000117618A - 研磨パッドとその製造方法

Info

Publication number: JP2000117618A
Application number: JP29058198A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Suzuki; 智鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2000-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】被研磨部材との間に研磨剤を介在させ、前
記被研磨部材との間に相対運動を与えることにより前記
被研磨部材を研磨する研磨パッドに於いて、研磨パッド
の面精度を出すのに時間がかかると共に、面内での平面
度誤差を数μｍ以下にするのが困難であるという問題、
更に溝パターンを切削加工で形成するために長時間がか
かると共に、細かくて高精度の溝を形成することが困難
であるという問題があった。また更に切削によるくずが
残り、この切削くずの除去に時間がかかるという問題が
あった。【解決手段】以上の問題点を解決するため、本発明の研
磨パッドは、基材層の表面に塗布されたレジスト層をリ
ソグラフィー法にて所望の形状にパターニングし、レジ
スト層をマスクとしてエッチング法にて基材層の表面を
エッチングする事により形成された溝を有する研磨材層
を具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被研磨部材との
間に研磨剤を介在させ、被研磨部材との間に相対運動を
与えることにより被研磨部材を研磨する、研磨パッド、
特に半導体デバイスが形成された半導体ウェハ用の、特
に安価で、研磨特性に優れた研磨パッドとその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の高集積化、微細化に伴
って半導体製造プロセスの工程が複雑となってきてい
る。これに伴い、半導体デバイスの表面状態が必ずしも
平坦では無くなってきている。表面における段差の存在
は配線の断切れ、局所的な抵抗値の増大などを招き、断
線や電流容量の低下等をもたらす。また、絶縁膜では耐
圧劣化やリークの発生にもつながる。

【０００３】一方、半導体集積回路の高集積化、微細化
に伴って、光リソグラフィーに用いられる半導体露光装
置の光源波長は短くなり、開口数いわゆるＮＡも大きく
なっていることに伴い、半導体露光装置の焦点深度が実
質的に浅くなってきている。焦点深度が浅くなることに
対応するためには、今まで以上に半導体デバイス表面の
平坦化が要求される。

【０００４】半導体デバイス表面をグローバルに平坦化
する方法として、化学的機械的研磨（Chemical Mechani
cal Polishing 又はChemical Mechanical Planarizatio
n 、これよりＣＭＰと呼ぶ）技術が有望な方法と考えら
れている。ＣＭＰはシリコンウエハの鏡面研磨法を基に
発展しており、図３に示す装置を用いて行われる。

【０００５】研磨装置の構成としては、回転駆動する研
磨定盤３１上に研磨パッド３２が設けられる。一方研磨
ヘッド３３にウエハー３４が保持され、このウエハー３
４が研磨パッド３２上に接触している。この状態で研磨
定盤３１を回転駆動し、研磨ヘッド３３に上方から荷重
をかけ、回転させながら研磨定盤３１の半径方向に揺動
運動３７を行う。

【０００６】かかる動作の間、研磨剤供給ノズル３５か
ら研磨剤３６を研磨パッド３２上に吐出させて、この研
磨剤３６をウエハー３４の研磨面に供給して、ウエハー
最表面を平坦に研磨している。即ち、研磨剤３６は研磨
パッド３２上で拡散し、研磨パッド３２とウエハー３４
の相対運動に伴って、両者の間に入り込み、ウエハーの
表面を研磨する。この時、研磨パッド３２とウエハー３
４の相対運動による機械的研磨と研磨剤の化学的作用が
相乗的に作用して良好な研磨が行われる。

【０００７】これらの研磨パッド３２としては、発泡ポ
リウレタンからなるシート状のものが多く用いられてき
た。しかしながら、発泡ポリウレタンからなるシート状
の研磨パッドを用いて、ウエハを研磨した場合、ウエハ
の縁だれが大きい、という問題点があり、またこの研磨
パッドは、一般に、（１）荷重がかかると圧縮変形を起
こしやすい、（２）研磨定盤に貼り付けたとき、研磨パ
ッド（シート）に設けられた接着層のムラにより所望の
平面度が得られない、具体的には、λ（光の波長）以下
の面精度を得るのは困難である、（３）目づまりを起こ
し易いので、ドレッシング（目立て）が必要である、等
の問題点がある。

【０００８】このような問題を解決するために、近年、
エポキシ樹脂を主成分とする研磨パッドが提案されてい
る（特願平８−１１５７９４号）。このタイプの研磨パ
ッド表面には、均一な研磨を行うために面の平行度及び
面精度を高めるため、研磨剤の供給を容易にし研磨対象
物表面の研磨レートを向上させるため、更に研磨くずを
排出するために、溝パターンを形成する必要がある。

【０００９】ところで、ＣＭＰの研磨対象となるものと
して、ＳｉＯ₂などの層間絶縁膜や、Ａｌ、Ｗなどの配
線膜の２種類が挙げられるが（以下、研磨対象物とい
う）、これらの硬度は大きく異なるので、研磨対象物の
硬度に比べ研磨パッドの硬度が小さい場合、研磨対象物
より研磨パッドの摩耗が激しく、研磨パッドの研磨面の
形状（精度）が維持できない。これに対して、研磨対象
物に比べ研磨パッドの硬度が大きい場合、パッドの変形
量が少ないために、パッドの平行度及び面精度が不十分
であると、研磨対象物と研磨パッドとの当たりも不均一
となり、均一な研磨ができなくなり、また研磨対象物と
研磨パッドの間に混入したわずかな不純物によっても、
スクラッチと呼ばれる傷が発生し易くなるという問題が
ある。加えて、溝パターンについては、不均一であった
り、広すぎたり、あるいは深すぎた場合には、研磨が不
均一になり、傷が入り易くなるとともに、研磨対象物の
段差解消特性が不十分となるという問題があった。

【００１０】従って、研磨パッドは平行度及び面精度が
優れていることと表面の溝が所望の形状に微細に、正確
に、均一に形成されている必要があった。特にこの要求
は、比較的硬めの研磨パッドにおいては重要であり、面
精度が良好で、溝パターンも良好に形成された硬めのパ
ッドは段差解消特性に優れ、耐久性にも優れており、こ
の面精度及び溝パターンを安価に、良好に形成する製造
技術の要求が高まっている。

【００１１】以上のような要求に対して、従来は、機械
的な方法で研削（図示されない）することにて面精度を
高めると共に、溝パターンも同様な機械的な方法で形成
していた。図４は、研磨パッドを機械的に研削した後
に、溝加工する方法を示している。切削用の針４１を研
磨パッドの表面に押しつけて少しづつその位置を移動さ
せながら、研磨パッド４２を固定したステージ４３を回
転させる事にて、ポリッシャ表面全体に所望の螺旋状溝
パターン４４を形成していた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の機械的な研削方法では、面精度を出すのに時間
がかかると共に、面内での平面度誤差を数μｍ以下にす
るのが困難であるという問題があった。更に溝パターン
を切削加工で形成する方法は、同様に長時間がかかると
共に、溝幅０．４ｍｍ以下、深さ０．２ｍｍ以下の溝を
形成することが技術的に難しく、更に寸法精度の高い溝
の形成が難しいという問題があった。また更に切削によ
るくずが残り、この切削くずの除去に時間がかかるとい
う問題があった。

【００１３】本発明は以上の問題を解決し、加工時間が
短く、平面度誤差が小さく、且つ溝パターンの精度が高
い、これで研磨することによって、半導体デバイスパタ
ーンの段差解消特性が良く、且つ均一研磨性の良い研磨
パッドを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明は第１に「被研磨部材との間に研磨剤を介在
させ、前記被研磨部材との間に相対運動を与えることに
より前記被研磨部材を研磨する研磨パッドであって、前
記研磨パッドが、母材となる基材層の表面に塗布された
レジスト層をリソグラフィー法にて所望の形状にパター
ニングし、前記レジスト層をマスクとしてエッチング法
にて前記基材層の表面をエッチングする事により形成さ
れた溝を有する研磨材層を具える事を特徴とする研磨パ
ッド（請求項１）」を提供する。

【００１５】第２に「前記エッチング法がドライエッチ
ング法またはウエットエッチング法である事を特徴とす
る請求項１記載の研磨パッド（請求項２）」を提供す
る。第３に「前記リソグラフィー法が、ステッパーにて
所望の形状のパターンをレジスト面に露光する段階を有
することを特徴とする請求項１〜２何れか１項記載の研
磨パッド（請求項３）」を提供する。

【００１６】第４に「前記基材層が、前記基材層面上に
平坦化層を塗布し、エッチバックにて平坦化層と前記基
材層の表面とを概略同一のエッチングレートにてエッチ
ングバックし平坦化されている事を特徴とする請求項１
〜３何れか１項記載の研磨パッド（請求項４）」を提供
する。第５に「前記平坦化層として、レジスト層を用い
る事を特徴とする請求項４記載の研磨パッド（請求項
５）」を提供する。

【００１７】第６に「前記平坦化層としてポリイミド層
を用いる事を特徴とする請求項４記載の研磨パッド（請
求項６）」を提供する。第７に「前記基材層が、研磨装
置を用いて、研磨する事によって表面が平坦化されてい
ることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の研磨
パッド（請求項７）」を提供する。

【００１８】第８に「前記研磨材層の表面の平坦度が、
ｐ−ｐで±２μｍ以下である事を特徴とする請求項４〜
７何れか１項記載の研磨パッド（請求項８）」を提供す
る。第９に「前記溝の幅が、１００μｍ以下であること
を特徴とする請求項１〜８何れか１項記載の研磨パッド
（請求項９）」を提供する。第１０に「被研磨部材との
間に研磨剤を介在させ、前記被研磨部材との間に相対運
動を与えることにより前記被研磨部材を研磨する、研磨
材層を具える研磨パッドの製造方法であって、前記製造
方法が、前記研磨材層の母材となる基材層の表面に塗布
されたレジスト層をリソグラフィー法にて所望の形状に
パターニングする段階と、エッチング法にて前記レジス
ト層をマスクとして前記基材層をエッチングし前記基材
層の表面に溝を形成する段階とを有する事を特徴とする
研磨パッドの製造方法（請求項１０）」を提供する。

【００１９】第１１に「前記基材層の表面に塗布された
レジスト層をリソグラフィー法にて所望の形状にパター
ニングする段階の前に、更に、前記基材層の表面に平坦
化膜を塗布する段階と、前記平坦化膜と前記基材層の表
面とを概略同一のエッチングレートにてエッチバックし
平坦化する段階を有する事を特徴とする請求項１０記載
の研磨パッドの製造方法（請求項１１）」を提供する。

【００２０】第１２に「前記基材層の表面に塗布された
レジスト層をリソグラフィー法にて所望の形状にパター
ニングする段階の前に、更に、前記基材層の表面を研磨
装置で研磨することによって平坦化する段階を有する事
を特徴とする請求項１０記載の研磨パッドの製造方法
（請求項１２）」を提供する。第１３に「前記被研磨部
材が半導体ウェハであることを特徴とする請求項１〜９
何れか１項記載の研磨パッド（請求項１３）」を提供す
る。

【００２１】第１４に「前記被研磨部材が半導体ウェハ
であることを特徴とする請求項１０〜１２何れか１項記
載の研磨パッドの製造方法（請求項１４）」を提供す
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の研磨パッドの作製に於い
て、先ず基材層をその主平面を略平面に成型したあと
に、基材層に平坦化膜が塗布され、これがエッチングバ
ック法、または研磨法により基材層の主平面が平坦化さ
れる。このあと、基材層にはレジスト層が塗布され、溝
パターンが投影露光され、現像の後、溝パターンに対応
するレジストパターンが形成される。この後、このレジ
ストパターンをマスクとして基材層のエッチングが行わ
れ、その結果、溝パターンが形成された研磨材層が作製
される。研磨材層はそのまま研磨パッドとして供しても
良いし、研磨材層を適当な弾性の単層構造または積層構
造のシートに貼りつけて多層構造の研磨パッドとしても
良い。

【００２３】ここで基材層の材料は好ましくは、エポキ
シ樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹
脂、ポリエステル樹脂から選ばれた一つである。平坦化
層の材料は、基材層とエッチングレートが同じになるよ
う選ばれるが、好ましくは、ポリイミド膜、有機系ＳＯ
Ｇ（ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ）膜、ノボラック系樹
脂のレジスト膜、ナフトキノン系樹脂のレジスト膜から
選ばれた一つである。更に、平坦化膜と基材層のエッチ
ングレートが同じになるよう、平坦化膜の焼成条件が調
整される。

【００２４】レジスト膜の露光は、ステッパー（縮小投
影露光装置）で行ってもアライナーで行っても良い。溝
パターンの幅としては１００μｍ以下が好ましい。溝パ
ターンの幅とは、溝パターンが、谷山（凹凸）の周期パ
ターンであることを前提とし、谷の幅を指す。

【００２５】また、基材層のエッチングはドライ方式、
またはウエット方式が好ましい。以下実施例１、２によ
り本発明を具体的に説明する。［実施例１］本発明による研磨パッド及び研磨パッドの
製造工程を図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）を用い
て説明する。（１）まず図１（ａ）に示す如く、エポキ
シ樹脂を重合後シート状に形成され、粗い面出しが行わ
れた基材層１１の主表面側（研磨に使用される面側）に
対して平坦化層１２を形成する。平坦化層１２は、回転
塗布型の装置にて塗布し、ベークする事によって形成す
る。平坦化層の材料としてポリイミド樹脂は好ましく、
厚みは２〜２０μｍの範囲が好ましい。ここで、ポリイ
ミド層は複数回重ね塗りをしても良く、例えば２μｍ厚
で５回の重ね塗りをすれば１０μｍ形成する事ができ
る。ベークは１回の塗布毎に行っても、または数回塗布
毎に、または全回即ち全膜厚塗布後に行っても良い。ベ
ーク条件は、１４０〜４００℃にて３０〜３００分の範
囲で行うのが好ましい。そして、酸素を主成分としたド
ライエッチング装置にて、基材層１１の主表面全面を平
坦化層１２の側から完全に平坦化層１２が無くなるまで
（図１（ａ）の３８で示された面まで）ドライエッチン
グする。平坦化層１２を塗布した段階で平坦化層１２の
表面は平坦であり、且つ平坦化膜と基材層は同一エッチ
ングレートになるよう平坦化膜の材料を選んであるの
で、主表面（３８の面）の平坦性が極めて良好な基材層
を得ることができる。（２）次に図１（ｂ）に示す如く
通常の半導体フォトリソグラフィ技術にて、溝形成用レ
ジストマスクパターン１３を形成し、酸素を主成分ガス
としたプラズマエッチング装置にてドライエッチングを
行う。（３）（２）のエッチングにより溝１４が形成さ
れるが、溝の深さや溝の傾斜角については、ドライエッ
チング条件及び時間を制御することにて所望の形状を得
ることができる。次いでレジスト膜１３を剥離除去する
事により、図１（ｃ）に示す如く、所望の形状の溝パタ
ーンを有する研磨材層を得ることができる。

【００２６】このように作製した研磨材層をそのまま研
磨パッドとして研磨定盤に貼りつけて用いても良いし、
研磨材層を適当な弾性の単層構造または積層構造のシー
トに貼りつけて研磨パッドを作製し、これを研磨定盤に
貼りつけて用いても良い。［実施例２］本発明による研磨パッド及び研磨パッドの
製造工程を図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）を用い
て説明する。（１）まず図２（ａ）に示す如く、エポキシ樹脂を重合
後シート状に形成され、粗い面出しが行われた基材層２
１の主表面側（研磨に使用される面側）に対して平坦化
層２２を形成する。平坦化層２２は、回転塗布型の装置
にて塗布し、ベークする事によって形成する。平坦化層
の材料としてポリイミド樹脂は好ましく、厚みは２〜２
０μｍの範囲が好ましい。ここで、ポリイミド層は複数
回重ね塗りをしても良く、例えば２μｍ厚で５回の重ね
塗りをすれば１０μｍ形成する事ができる。ベークは１
回の塗布毎に行っても、または数回塗布毎に、または全
回即ち全膜厚塗布後に行っても良い。ベーク条件は、１
４０〜４００℃にて３０〜３００分の範囲で行うのが好
ましい。そして、平坦化層２２が塗布された基材層２１
を研磨装置４０にて研磨する。即ち、平坦化層２２が塗
布された基材層２１を研磨ヘッド３３に固定し、平坦化
層２２を研磨パッド４１に押し付ける。この状態で研磨
パッド４１を固定した研磨定盤２３は回転運動５０を与
えられ、且つ研磨ヘッド３３は揺動運動３７を与えられ
る。研磨パッド４１と平坦化膜２２との間には研磨剤
（図示されず）が供給され、平坦化膜２２が完全に除去
されるまで（図２（ａ）の３９で示された面まで）研磨
される。

【００２７】ここで、この研磨装置による加工は、一度
研磨装置を調整しておけば、多くの基材層を連続的に平
坦化する事ができる。しかしながら、研削で面出しを行
う場合には、基材層１枚毎に熟練と長時間を要する調整
が必要であった。研磨装置による加工によって、研磨パ
ッドの製造時間を飛躍的に短縮し、製造コストを飛躍的
に低減することができる。

【００２８】この実施例では平坦化膜を形成したが、平
坦化膜は必ずしも必要ではなく、平坦化膜なしで研磨し
て平坦化してもよい。（２）次に図２（ｂ）に示す如く通常の半導体フォトリ
ソグラフィ技術にて、溝形成用レジストマスクパターン
２４を形成し、酸素を主成分ガスとしたプラズマエッチ
ング装置にてドライエッチングを行う。（３）（２）のエッチングにより溝２５が形成される
が、溝の深さや溝の傾斜角については、ドライエッチン
グ条件及び時間を制御することにて所望の形状を得るこ
とができる。次いでレジスト膜２４を剥離除去する事に
より、図２（ｃ）に示す如く、所望の形状の溝パターン
を有する研磨材層を得ることができる。

【００２９】このように作製した研磨材層をそのまま研
磨パッドとして研磨定盤に貼りつけて用いても良いし、
研磨材層を適当な弾性の単層構造または積層構造のシー
トに貼りつけて研磨パッドを作製し、これを研磨定盤に
貼りつけて用いても良い。以上実施例１、２のように作
製された研磨パッドは、半導体装置製造に於ける、半導
体素子パターンが形成された半導体ウェハの研磨に使用
したとき、研磨の均一性、研摩速度、及び段差解消性に
優れていた。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
平坦化膜を塗布してエッチバックする方法または研磨装
置による研磨する方法にて極めて平坦性の良い研磨パッ
ド、即ち被研磨部材の研磨均一性の優れた研磨パッドを
得ることが出来る。また、研磨パッドを平坦化するため
に要する加工時間は、平坦化をエッチバックまたは研磨
によって行うので、極めて短いものとなり、安価な研磨
パッドを得ることが出来る。加えて、溝入れをリソグラ
フィー技術とドライエッチング技術とを用いて行うの
で、極めて高精度に且つ高スループットにて溝入れを行
うことができ、研磨特性に優れた安価な研磨パッドを得
ることができる。このようにして作製された研磨パッド
は、これで研磨する半導体デバイスパターンの段差解消
特性と均一研磨性が極めて良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明の実施例１の研磨パッドの製造方法を
示した図。

【図２】は本発明の実施例２の研磨パッドの製造方法を
示した図。

【図３】はＣＭＰによる研磨を説明した図。

【図４】従来の研磨パッドの製造方法を示した図。

【符号の説明】

１１、２１・基材層１２、２２・平坦化膜１３、２４・溝パターン形成用レジストマスク１４、２５・溝２３・・・・研磨定盤３１・・・・研磨定盤３２・・・・研磨パッド３３・・・・研磨ヘッド３４・・・・ウェハ３５・・・・研磨剤供給ノズル３６・・・・研磨剤３７・・・・揺動運動４１・・・・切削用針４３・・・・ステージ４４・・・・溝パターン３６・・・・研磨剤３８、３９・平坦化された基材層表面４０・・・・研磨装置４１・・・・研磨パッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被研磨部材との間に研磨剤を介在させ、前
記被研磨部材との間に相対運動を与えることにより前記
被研磨部材を研磨する研磨パッドであって、前記研磨パ
ッドが、母材となる基材層の表面に塗布されたレジスト
層をリソグラフィー法にて所望の形状にパターニング
し、前記レジスト層をマスクとしてエッチング法にて前
記基材層の表面をエッチングする事により形成された溝
を有する研磨材層を具える事を特徴とする研磨パッド。
【請求項２】前記エッチング法がドライエッチング法ま
たはウエットエッチング法である事を特徴とする請求項
１記載の研磨パッド。
【請求項３】前記リソグラフィー法が、ステッパーにて
所望の形状のパターンをレジスト面に露光する段階を有
することを特徴とする請求項１〜２何れか１項記載の研
磨パッド。
【請求項４】前記基材層が、前記基材層面上に平坦化層
を塗布し、エッチバックにて平坦化層と前記基材層の表
面とを概略同一のエッチングレートにてエッチングバッ
クし平坦化されている事を特徴とする請求項１〜３何れ
か１項記載の研磨パッド。
【請求項５】前記平坦化層として、レジスト層を用いる
事を特徴とする請求項４記載の研磨パッド。
【請求項６】前記平坦化層としてポリイミド層を用いる
事を特徴とする請求項４記載の研磨パッド。
【請求項７】前記基材層が、研磨装置を用いて、研磨す
る事によって表面が平坦化されていることを特徴とする
請求項１〜３何れか１項記載の研磨パッド。
【請求項８】前記研磨材層の表面の平坦度が、ｐ−ｐで
±２μｍ以下である事を特徴とする請求項４〜７何れか
１項記載の研磨パッド。
【請求項９】前記溝の幅が、１００μｍ以下であること
を特徴とする請求項１〜８何れか１項記載の研磨パッ
ド。
【請求項１０】被研磨部材との間に研磨剤を介在させ、
前記被研磨部材との間に相対運動を与えることにより前
記被研磨部材を研磨する、研磨材層を具える研磨パッド
の製造方法であって、前記製造方法が、前記研磨材層の
母材となる基材層の表面に塗布されたレジスト層をリソ
グラフィー法にて所望の形状にパターニングする段階
と、エッチング法にて前記レジスト層をマスクとして前
記基材層をエッチングし前記基材層の表面に溝を形成す
る段階とを有する事を特徴とする研磨パッドの製造方
法。
【請求項１１】前記基材層の表面に塗布されたレジスト
層をリソグラフィー法にて所望の形状にパターニングす
る段階の前に、更に、前記基材層の表面に平坦化膜を塗
布する段階と、前記平坦化膜と前記基材層の表面とを概
略同一のエッチングレートにてエッチバックし平坦化す
る段階を有する事を特徴とする請求項１０記載の研磨パ
ッドの製造方法。
【請求項１２】前記基材層の表面に塗布されたレジスト
層をリソグラフィー法にて所望の形状にパターニングす
る段階の前に、更に、前記基材層の表面を研磨装置で研
磨することによって平坦化する段階を有する事を特徴と
する請求項１０記載の研磨パッドの製造方法。
【請求項１３】前記被研磨部材が半導体ウェハであるこ
とを特徴とする請求項１〜９何れか１項記載の研磨パッ
ド。
【請求項１４】前記被研磨部材が半導体ウェハであるこ
とを特徴とする請求項１０〜１２何れか１項記載の研磨
パッドの製造方法。