JP2001225259A

JP2001225259A - 化学機械研磨方法

Info

Publication number: JP2001225259A
Application number: JP2000033472A
Authority: JP
Inventors: Masami Ota; 雅巳太田; Kazuhiko Hashisaka; 和彦橋阪; Kunitaka Jiyou; 邦恭城
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2001-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウェハの上に形成された絶縁層または金
属配線の表面を研磨により平滑にする化学機械研磨方法
において、より速くグローバル平坦性が得られる化学機
械研磨方法を提供するものである。【解決手段】半導体ウェハを化学機械的に研磨する装置
にマイクロゴムＡ硬度が８０度以上であり、研磨レート
が研磨圧力の２次関数で表される特性を有する研磨パッ
ドを該装置の研磨定盤に取り付けて、半導体ウェハを研
磨する事を特徴とする化学機械研磨方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨用パッドおよ
びそれを用いた半導体基板を研磨する方法に関するもの
であり、さらに、シリコンなど半導体基板上に形成され
る絶縁層の表面や金属配線の表面を機械的に平坦化する
工程での化学機械研磨に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体メモリに代表される大規模集積回
路（ＬＳＩ）は、年々集積化が進んでおり、それに伴い
大規模集積回路の製造技術も高密度化が進んでいる。さ
らに、この高密度化に伴い、半導体デバイス製造箇所の
積層数も増加している。その積層数の増加により、従来
は問題とならなかった積層にすることによって生ずる半
導体ウェハー主面の凹凸が問題となっている。その結
果、例えば日経マイクロデバイス１９９４年７月号５０
〜５７頁記載のように、積層することによって生じる凹
凸に起因する露光時の焦点深度不足を補う目的で、ある
いはスルーホール部の平坦化による配線密度を向上させ
る目的で、化学機械研磨技術を用いた半導体ウェハの平
坦化が検討されている。

【０００３】一般に化学機械研磨装置は、被処理物であ
る半導体ウェハを保持する研磨ヘッド、被処理物の研磨
処理をおこなうための研磨パッド、前記研磨パッドを保
持する研磨定盤から構成されている。そして、半導体ウ
ェハの研磨処理は研磨剤と薬液からなるスラリーを用い
て、半導体ウェハと研磨パッドを相対運動させることに
より、半導体ウェハ表面の層の突出した部分が除去され
てウェハ表面の層を滑らかにするものである。現状で
は、使用されている研磨パッドは硬質ポリウレタンの発
泡体であり、本研磨パッドは、研磨レートの圧力依存性
が圧力の一次関数で表される特性を有しておりグローバ
ル平坦性について若干不良であるという問題点を有して
いた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、半導
体ウェハの上に形成された絶縁層または金属配線の表面
を研磨により平滑にする化学機械研磨方法において、よ
り速くグローバル平坦性が得られる化学機械研磨方法を
提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】課題を解決するための手
段として、本発明は以下の構成からなる。「半導体ウェ
ハを化学機械的に研磨する装置にマイクロゴムＡ硬度が
８０度以上であり、研磨レートが研磨圧力の２次関数で
表される特性を有する研磨パッドを該装置の研磨定盤に
取り付けて、半導体ウェハを研磨することを特徴とする
化学機械研磨方法。」である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態について
説明する。

【０００７】まず本発明でいうマイクロゴムＡ硬度につ
いて説明する。この硬度は高分子計器（株）製マイクロ
ゴム硬度計“ＭＤ−１”で評価した値をさす。マイクロ
ゴム硬度計ＭＤ−１は、従来の硬度計では測定が困難で
あった薄物・小物の試料の硬さ測定を実現するもので、
スプリング式ゴム硬度計（デュロメータ）Ａ型の約１／
５の縮小モデルとして、設計・製作されているためその
測定値は、スプリング式ゴム硬度計Ａ型の硬度と一致し
た値が得られる。マイクロゴム硬度計“ＭＤ−１”は、
押針寸法が直径０．１６ｍｍ円柱形で高さが０．５ｍｍ
の大きさのものである。荷重方式は、片持ばり形板バネ
で、ばね荷重は、０ポイントで２．２４ｍＮ、１００ポ
イントで３３．８５ｍＮである。針の降下速度は１０〜
３０ｍｍ／ｓｅｃの範囲をステッピングモータで制御し
て測定する。通常の研磨パッドは、研磨層または硬質層
の厚みが５ｍｍを切るので、スプリング式ゴム硬度計Ａ
型では薄すぎる為に評価できないので、該マイクロゴム
硬度計“ＭＤ−１”で評価できる。

【０００８】本発明の研磨パッドは、マイクロゴムＡ硬
度で８０度以上、好ましくは９０度以上が必要である。
マイクロゴムＡ硬度が８０度を満たない場合は、半導体
基板の局所的凹凸の平坦性が不良となるので好ましくな
い。本発明の研磨パッドは、研磨レートが研磨圧力の二
次関数で表される特性を有している。従来の研磨パッド
は、研磨レートの圧力依存性が研磨圧力の一次関数で表
される様な特性を有しているが、本発明の研磨パッドで
あれば、半導体ウェハ表面の層の突出した部分が他の部
分に比べてより研磨されやすい。研磨レートが研磨圧力
の二次関数で表される特性として、研磨圧力が０．０１
ＭＰａから０．０５ＭＰａの範囲で、研磨レート（オン
グストローム／分）＝Ａ×研磨圧力（ＭＰａ）×研磨圧
力（ＭＰａ）＋Ｂ×研磨圧力（ＭＰａ）＋Ｃで表される
二次関数でＡは３０００００以上４０００００以下の係
数、Ｂは１３０００以上２００００以下の係数、Ｃは０
以上１０以下が平坦化特性が高いので好ましい。

【０００９】本発明の研磨レートの圧力依存性が研磨圧
力の二次関数で表される様な特性を有している研磨パッ
ドとして、発泡ポリウレタンにビニル化合物を含浸した
後、重合して得られる研磨パッドを挙げることができ
る。この研磨パッドの密度は０．４〜１．１ｇ／ｃｍ³
の範囲にあることが好ましい。密度が０．４ｇ／ｃｍ³
に満たない場合、局所的な凹凸の平坦性が不良となり、
グローバル段差が大きくなるので好ましくない。密度が
１．１ｇ／ｃｍ³を越える場合は、スクラッチが発生し
やすくなるので好ましくない。さらに好ましい密度は、
０．６〜０．９ｇ／ｃｍ³の範囲である。また、さらに
好ましい密度は０．６５〜０．８５ｇ／ｃｍ³の範囲で
ある。

【００１０】この研磨パッドでのポリウレタンとは、ポ
リイソシアネートの重付加反応または重合反応に基づき
合成される高分子である。ポリイソシアネートの対象と
して用いられる化合物は、含活性水素化合物、すなわ
ち、二つ以上のポリヒドロキシ、あるいはアミノ基含有
化合物である。ポリイソシアネートとして、トリレンジ
イソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、
ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネー
ト、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイ
ソシアネートなど挙げることができるがこれに限定され
るわけではない。ポリヒドロキシとしてポリオールが代
表的であるが、ポリオールとしてポリエーテルポリオー
ル、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエ
ーテルグリコール、エポキシ樹脂変性ポリオール、ポリ
エステルポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジ
エンポリオール、シリコーンポリオール等が挙げられ
る。この中で、ポリイソシアネートとしてトリレンジイ
ソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポ
リオールとして、ポリプロピレングリコール、ポリテト
ラメチレンエーテルグリコールとの組み合わせで得られ
るポリウレタンが成形性に優れ、汎用的に使用されてい
るので好ましい。

【００１１】この研磨パッドでのビニル化合物とは、炭
素炭素二重結合のビニル基を有する化合物である。具体
的にはメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、
プロピルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、
イソブチルメタクリレート、メチル（α−エチル）アク
リレート、エチル（α−エチル）アクリレート、プロピ
ル（α−エチル）アクリレート、ブチル（α−エチル）
アクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、イ
ソデシルメタクリレート、ｎ−ラウリルメタクリレー
ト、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロ
キシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルア
クリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、２
−ヒドロキシブチルメタクリレート、ジメチルアミノエ
チルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレ
ート、メタクリル酸、グリシジルメタクリレート、エチ
レングリコールジメタクリレート、フマル酸、フマル酸
ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジプロピル、マ
レイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、
マレイン酸ジプロピル、アクリロニトリル、アクリルア
ミド、塩化ビニル、スチレン、α−メチルスチレン等が
挙げられる。その中で好ましいビニル化合物は、メチル
メタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタ
クリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、イソブチルメ
タクリレート、メチル（α−エチル）アクリレート、エ
チル（α−エチル）アクリレート、プロピル（α−エチ
ル）アクリレート、ブチル（α−エチル）アクリレート
である。

【００１２】本発明でのビニル化合物から重合される重
合体とは、上記ビニル化合物を重合して得られる重合体
であり、具体的にはポリメチルメタクリレート、ポリエ
チルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレート、ポ
リ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリイソブチルメタ
クリレート、ポリメチル（α−エチル）アクリレート、
ポリエチル（α−エチル）アクリレート、ポリプロピル
（α−エチル）アクリレート、ポリブチル（α−エチ
ル）アクリレート、ポリ（２−エチルヘキシルメタクリ
レート）、ポリイソデシルメタクリレート、ポリ（ｎ−
ラウリルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチ
ルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルメ
タクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレ
ート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルアクリレー
ト）、ポリ（２−ヒドロキシブチルメタクリレート）、
ポリジメチルアミノエチルメタクリレート、ポリジエチ
ルアミノエチルメタクリレート、ポリメタクリル酸、ポ
リグリシジルメタクリレート、ポリエチレングリコール
ジメタクリレート、ポリフマル酸、ポリフマル酸ジメチ
ル、ポリフマル酸ジエチル、ポリフマル酸ジプロピル、
ポリマレイン酸、ポリマレイン酸ジメチル、ポリマレイ
ン酸ジエチル、ポリマレイン酸ジプロピル、ポリアクリ
ロニトリル、ポリアクリルアミド、ポリ塩化ビニル、ポ
リスチレン、ポリ（α−メチルスチレン）等が挙げられ
る。この中で、好ましい重合体としてポリメチルメタク
リレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルメ
タクリレート、ポリ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポ
リイソブチルメタクリレート、ポリメチル（α−エチ
ル）アクリレート、ポリエチル（α−エチル）アクリレ
ート、ポリプロピル（α−エチル）アクリレート、ポリ
ブチル（α−エチル）アクリレートが研磨パッドの硬度
を高くでき、平坦化特性を良好にできる。

【００１３】本発明でのビニル化合物から重合される重
合体の含有率が５０重量％以上９０重量％以下であるこ
とが好ましい。含有率が５０重量％を満たない場合は、
研磨パッドの硬度が低くなるので好ましくない。含有率
が９０重量％を越える場合は、パッドの有している弾力
性が損なわれるので好ましくない。研磨パッド中のポリ
ウレタンまたはビニル化合物から重合される重合体の含
有率は、研磨パッドを熱分解ガスクロマトグラフィー／
質量分析手法で測定することが可能である。本手法で使
用できる装置は、熱分解装置としてダブルショットパイ
ロライザー“ＰＹ−２０１０Ｄ”（フロンティア・ラボ
社製）を、ガスクロマトグラフ／質量分析装置として
“ＴＲＩＯ−１”（ＶＧ社製）を挙げることができる。

【００１４】この研磨パッドの作成方法として、好まし
い方法は、あらかじめ平均気泡径が１０００μｍ以下の
独立気泡を有し、かつ密度が０．１〜１．０ｇ／ｃｍ³
の範囲にある発泡ポリウレタンシートにビニル化合物を
膨潤させた後、発泡ポリウレタンシート内でビニル化合
物を重合させる方法である。この方法だと独立気泡を有
した構造でポリウレタンとビニル化合物から重合される
重合体が一体化して含有される研磨パッドを作成でき
る。さらに好ましい方法は、あらかじめ平均気泡径が５
００μｍ以下の独立気泡を有し、かつ密度が０．４〜
０．９ｇ／ｃｍ³の範囲にある発泡ポリウレタンシート
にビニル化合物を膨潤させた後、発泡ポリウレタンシー
ト内でビニル化合物を重合させる方法である。

【００１５】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。

【００１６】本発明の研磨パッドを研磨機の研磨定盤
（プラテン）に固着させる。ウェハーはウェハー保持試
料台（キャリアー）に真空チャック方式により固定され
る。研磨定盤を回転させ、同方向でウェハー保持試料台
を回転させて、研磨パッドに押しつける。この時に、研
磨パッドと半導体ウェハの間にスラリーが入り込む様な
位置からスラリーを供給する。スラリーの供給量は、研
磨パッドの単位面積あたり０．００５〜０．０５（ｃｃ
／分）が最適な範囲である。スラリーの供給量が０．０
０５（ｃｃ／分）を下回る場合は、スラリーの潤滑効果
が十分得られない為、半導体ウェハ表面にスクラッチが
発生したり、半導体ウェハが研磨パッド上で円滑に回転
が起きにくいので面内均一性が損なわれるので好ましく
ない。スラリーの供給量が０．０５（ｃｃ／分）を越え
る場合は、半導体ウェハと研磨パッド表面との間にスラ
リーの液膜が生じやすくなり、平坦化特性が悪くなるの
で好ましくない。

【００１７】研磨定盤の回転速度は半導体ウェハの中心
位置での研磨定盤の線速度が２０００〜５０００（ｃｍ
／分）の範囲にあることが好ましい。研磨定盤の線速度
が２０００（ｃｍ／分）を下回る場合は、平坦化速度が
遅くなるので好ましくない。研磨定盤の線速度が５００
０（ｃｍ／分）を越える場合はスクラッチが発生しやす
いので好ましくない。押し付け圧は、ウェーハ保持試料
台に加える力を制御することによりおこなう。押し付圧
として０．０１〜０．０７ＭＰａが局所的平坦性を得ら
れるので好ましい。

【００１８】

【実施例】以下、実施例にそってさらに本発明の詳細を
説明する。本実施例において各特性は以下の方法で測定
した。

【００１９】１．マイクロゴムＡ硬度：高分子計器
（株）のマイクロゴム硬度計“ＭＤ−１”で測定する。マイクロゴム硬度計“ＭＤ−１”の構成は下記のとおり
である。１．１センサ部（１）荷重方式：片持ばり形板バネ（２）ばね荷重：０ポイント２．２４ｇｆ１００ポイント３３．８５ｇｆ（３）ばね荷重誤差：±０．３２ｇｆ（４）押針寸法：直径：０．１６ｍｍ円柱形高さ
０．５ｍｍ（５）変位検出方式：歪ゲージ式（６）加圧脚寸法：外径４ｍｍ内径１．５ｍｍ１．２センサ駆動部（１）駆動方式：ステッピングモータによる上下駆動エアダンパによる降下速度制御（２）上下動ストローク：１２ｍｍ（３）降下速度：１０〜３０ｍｍ／ｓｅｃ（４）高さ調整範囲：０〜６７ｍｍ（試料テーブルとセ
ンサ加圧面の距離）１．３試料台（１）試料台寸法：直径８０ｍｍ（２）微動機構：ＸＹテーブルおよびマイクロメータヘ
ッドによる微動ストロークＸ軸、Ｙ軸とも１５ｍｍ（３）レベル調整器：レベル調整用本体脚および丸型水
準器。

【００２０】２．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：２μ
ｍ）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、ＲＩＥによって１０ｍ
ｍ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。この様にしてグローバル段差評価用テストウェ
ハを用意した。

【００２１】３．研磨パッドと研磨機：厚み１．２ｍ
ｍ、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０．０
４ＭＰａ、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１０ｃｃ／
分で供給しながら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１００ｃｃ／分流しながら
研磨パッド上を２分間洗浄し次に、酸化膜付き４インチ
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”）を所定供給量で研磨
パッド上に供給しながら、押しつけ圧力０．０１ＭＰ
ａ、０．０２ＭＰａ、０．０３ＭＰａ、０．０４ＭＰａ
で定盤回転数４５ｒｐｍ（ウェハの中心での線速度は３
０００（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、それぞれの圧力に対
する研磨レートを評価する。

【００２２】上記と同じコンディショニングを行い、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”）を所定供給量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、２０μｍラインと２３０
μｍライン上の酸化膜厚を測定して、その差をグローバ
ル段差とした。

【００２３】実施例１ポリプロピレングリコール３０重量部とジフェニルメタ
ンジイソシアネート４０重量部と水０．５重量部とトリ
エチルアミン０．３重量部とシリコン整泡剤１．７重量
部とオクチル酸スズ０．０９重量部をＲＩＭ成形機で混
合して、金型に吐出して加圧成型をおこない厚み２．２
ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝
３９度、密度：０．７１、独立気泡平均径：３７μｍ）
を作成した。該発泡ポリウレタンシートをアゾビスイソ
ブチルニトリル０．１重量部を添加したメチルメタアク
リレートに６５分間浸漬する。メチルメタアクリレート
が膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込
んで６５℃で６時間加熱後、１００℃で３時間加熱す
る。加熱後ガラス板から取り外して、５０℃で真空乾燥
をおこなう。得られた硬質発泡シートを両面研削して厚
みが１．２ｍｍの研磨パッドを作成する。得られた研磨
パッドのマイクロゴムＡ硬度は９８度、密度：０．６７
ｇ／ｃｍ³、独立気泡平均径：７５μｍ、研磨パッドの
中のポリメチルメタアクリレート含有率は６６重量％で
あった。クッション層“Ｓｕｂａ４００”を該研磨パッ
ドと貼り合わせして複合研磨パッドを作成した。酸化膜
付き４インチウェハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて
４５ｒｐｍ（ウェハの中心での線速度は３０００（ｃｍ
／分））で回転させ、該複合研磨パッドを研磨機のプラ
テンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同
じ方向に回転させ、説明書記載使用濃度のキャボット社
製スラリー（“ＳＣ−１”）を２５ｃｃ／分で研磨パッ
ド上に供給しながら、押しつけ圧力０．０１ＭＰａ、
０．０２ＭＰａ、０．０３ＭＰａ、０．０４ＭＰａ、そ
れぞれの圧力に対する研磨レートを評価した。圧力０．
０１ＭＰａの時の酸化膜研磨レートは１９６（オングス
トローム／分）、圧力０．０２ＭＰａの時の酸化膜研磨
レートは４６５（オングストローム／分）、圧力０．０
３ＭＰａの時の酸化膜研磨レートは８０９（オングスト
ローム／分）、圧力０．０４ＭＰａの時の酸化膜研磨レ
ートは１２２７（オングストローム／分）であり、研磨
レート（オングストローム／分）＝３７０７１４×研磨
圧力（ＭＰａ）×研磨圧力（ＭＰａ）＋１５８４１×研
磨圧力（ＭＰａ）＋０．１４２９という二次関数で表さ
れる特性を有している。グローバル段差評価用テストウ
ェハを研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回
転させ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着さ
せ４５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転
させ、スラリー“ＳＣ−１”を２５ｃｃ／分（研磨パッ
ド１ｃｍ２面積あたり０．０２２ｃｃ／分）で供給しな
がら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。グロー
バル段差評価用テストウェハの２０μｍ幅配線領域と２
３０μｍ幅配線領域のグローバル段差は０．２μｍにな
った研磨時間は１．８分であった。

【００２４】実施例２ポリプロピレングリコール３０重量部とジフェニルメタ
ンジイソシアネート４０重量部と水０．５重量部とトリ
エチルアミン０．３重量部とシリコン整泡剤１．７重量
部とオクチル酸スズ０．０９重量部をＲＩＭ成形機で混
合して、金型に吐出して加圧成型をおこない厚み２．２
ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝
３４度、密度：０．５１、独立気泡平均径：８０μｍ）
を作成した。該発泡ポリウレタンシートをアゾビスイソ
ブチルニトリル０．１重量部を添加したメチルメタアク
リレートに１時間浸漬する。メチルメタアクリレートが
膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込ん
で６５℃で２４時間加熱する。加熱後ガラス板から取り
外して、５０℃で真空乾燥をおこなう。得られた硬質発
泡シートを両面研削して厚みが１．２ｍｍの研磨パッド
を作成する。得られた研磨パッドのマイクロゴムＡ硬度
は９８度、密度：０．６５ｇ／ｃｍ³、独立気泡平均
径：１２０μｍ、研磨パッドの中のポリメチルメタアク
リレート含有率は７９重量％であった。クッション層
“Ｓｕｂａ４００”を該研磨パッドと貼り合わせして複
合研磨パッドを作成した。酸化膜付き４インチウェハを
研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転さ
せ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４
５ｒｐｍ（ウェハの中心での線速度は３０００（ｃｍ／
分））で研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、
説明書記載使用濃度のキャボット社製スラリー（“ＳＣ
−１”）を４０ｃｃ／分で研磨パッド上に供給しなが
ら、押しつけ圧力０．０１ＭＰａ、０．０２ＭＰａ、
０．０３ＭＰａ、０．０４ＭＰａで、それぞれの圧力に
対する研磨レートを評価した。圧力０．０１ＭＰａの時
の酸化膜研磨レートは２２６（オングストローム／
分）、圧力０．０２ＭＰａの時の酸化膜研磨レートは４
９５（オングストローム／分）、圧力０．０３ＭＰａの
時の酸化膜研磨レートは８３９（オングストローム／
分）、圧力０．０４ＭＰａの時の酸化膜研磨レートは１
２５７（オングストローム／分）であり、研磨レート
（オングストローム／分）＝３２７８５７×研磨圧力
（ＭＰａ）×研磨圧力（ＭＰａ）＋１８１５６×研磨圧
力（ＭＰａ）＋３．５７１４という二次関数で表される
特性を有している。グローバル段差評価用テストウェハ
を研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転さ
せ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４
５ｒｐｍで研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転さ
せ、スラリー“ＳＣ−１”を４０ｃｃ／分（研磨パッド
１ｃｍ２面積あたり０．０３５ｃｃ／分）で供給しなが
ら研磨圧力０．０４ＭＰａで研磨を実施した。グローバ
ル段差評価用テストウェハの２０μｍ幅配線領域と２３
０μｍ幅配線領域のグローバル段差は０．２μｍになっ
た研磨時間は２分であった。

【００２５】比較例１ポリエーテル系ウレタンポリマ（ユニローヤル社製アジ
プレンＬ−３２５）７８重量部と４，４'−メチレン−
ビス２−クロロアニリン２０重量部をＲＩＭ成形機で混
合しさらに中空高分子微小球体（エクスパンセル５５１
ＤＥ）１．８重量部を混合して厚み１２ｍｍの硬質発
泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝９２度、
密度＝０．７８、独立気泡平均径：３０μｍ）を作成し
た。この硬質発泡ポリウレタンシートをスライスして厚
み１．２ｍｍの研磨パッドを作成した。クッション層
“Ｓｕｂａ４００”を該研磨パッドと貼り合わせして複
合研磨パッドを作成した。酸化膜付き４インチウェハを
研磨機の研磨ヘッドに取り付けて４５ｒｐｍで回転さ
せ、該複合研磨パッドを研磨機のプラテンに固着させ４
５ｒｐｍ（ウェハの中心での線速度は３０００（ｃｍ／
分））で研磨ヘッドの回転方向と同じ方向に回転させ、
説明書記載使用濃度のキャボット社製スラリー（“ＳＣ
−１”）を４０ｃｃ／分で研磨パッド上に供給しなが
ら、押しつけ圧力０．０１ＭＰａ、０．０２ＭＰａ、
０．０３ＭＰａ、０．０４ＭＰａで、それぞれの圧力に
対する研磨レートを評価した。圧力０．０１ＭＰａの時
の酸化膜研磨レートは２７４（オングストローム／
分）、圧力０．０２ＭＰａの時の酸化膜研磨レートは５
４９（オングストローム／分）、圧力０．０３ＭＰａの
時の酸化膜研磨レートは８２３（オングストローム／
分）、圧力０．０４ＭＰａの時の酸化膜研磨レートは１
０９７（オングストローム／分）であり、研磨レート
（オングストローム／分）＝２７４３０×研磨圧力（Ｍ
Ｐａ）という一次関数で表される特性を有している。グ
ローバル段差評価用テストウェハを研磨機の研磨ヘッド
に取り付けて４５ｒｐｍで回転させ、該複合研磨パッド
を研磨機のプラテンに固着させ４５ｒｐｍで研磨ヘッド
の回転方向と同じ方向に回転させ、スラリー“ＳＣ−
１”を４０ｃｃ／分（研磨パッド１ｃｍ２面積あたり
０．０３５ｃｃ／分）で供給しながら研磨圧力０．０４
ＭＰａで研磨を実施した。グローバル段差評価用テスト
ウェハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域の
グローバル段差は０．２μｍになった研磨時間は４分で
あり実施例と比較して２倍以上の時間がかかった。

【００２６】

【発明の効果】本発明では、半導体ウェハの上に形成さ
れた絶縁層または金属配線の表面を研磨により平滑にす
る化学機械研磨方法において、より速くグローバル平坦
性が得られる化学機械研磨方法を提供できた。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウェハを化学機械的に研磨する装
置にマイクロゴムＡ硬度が８０度以上であり、研磨レー
トが研磨圧力の２次関数で表される特性を有する研磨パ
ッドを該装置の研磨定盤に取り付けて、半導体ウェハを
研磨することを特徴とする化学機械研磨方法。
【請求項２】研磨圧力が０．０１〜０．０７ＭＰａの
範囲であることを特徴とする請求項１記載の化学機械研
磨方法。
【請求項３】半導体ウェハの中心点での研磨定盤線速
度が２０００〜５０００（ｃｍ／分）である事を特徴と
する請求項１〜２いずれかに記載の化学機械研磨方法。