JP2003291060A

JP2003291060A - 研磨用積層パッド

Info

Publication number: JP2003291060A
Application number: JP2002093640A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Furukawa; 剛古川
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウエハー等の表面平坦化加工に好適に
用いられる研磨パッドにおいて、低コストで効率よく生
産でき、適度な剛性を持つ層と反りに追従できるだけの
弾性を持つ層とを合わせ持ち、安定した研磨性能を有す
る研磨用積層パッドを提供することである。【解決手段】プラスチック粒子として、研磨層（上
層）には、平均粒径１００μｍと１５μｍの熱可塑性ウ
レタン樹脂の球状粒子を混合したものを、被研磨層（下
層）には、平均粒径１００μｍの熱可塑性ウレタン樹脂
の球状粒子を使用し、直径６００ｍｍφ、厚み２．３ｍ
ｍ（上層は１．２ｍｍ、下層は１．１ｍｍ）の円盤状の
研磨用積層パッドを成形した。研磨用積層パッド表面
を、まずはイオン交換水を滴下しながら、ダイヤモンド
ディスクによりドレッシングした後に、研磨スラリーを
滴下しながら、Ｃｕ膜を研磨した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体、各種メモ
リーハードディスク用基板等の研磨に使用される研磨パ
ッドに関し、その中でも特に層間絶縁膜や金属配線等
の、半導体のデバイスウエハーの表面平坦化加工に好適
に用いられる研磨パッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウエハー等の研磨パッドに
は、一般的に厚み方向に弾性率等の性質の異なる積層パ
ッドが広く用いられている。これは、研磨する面にスラ
リーを保持し、適度な剛性を持つ硬質層、下層にウエハ
ーのうねり、反りに追従できるだけの弾性を持つ軟質層
を積層したものであり、例えばロデール社製のＩＣ１４
００（商品名）等が、標準的に使用されてきた。このよ
うな従来の積層パッドでは、各層ごとに異なる性質の材
料を用い、また接着層を介して硬質層と軟質層とを貼り
合わせるといった作業が必要となり、高コスト、生産性
の低下を招くといった問題を有していた。

【０００３】また研磨パッド内における密度分布に起因
する部分的な研磨性能ばらつきが、ウエハー面内の不均
一性の一因となり、例えばロットによっては所望の平坦
性が得られないという問題があった。この密度分布は、
研磨パッド面内のみならず、厚み方向においても生じる
ため、研磨の進行による研磨パッド自身の摩耗に伴って
も、研磨性能ばらつきが発現する可能性を従来研磨パッ
ドは有していた。さらには、従来の研磨パッドは、使用
前に気泡を開口させるため、必ずドレッシング処理を必
要としたが、研磨パッドを構成するマトリックス樹脂
が、例えば耐摩耗性の高いポリウレタン等である場合
は、ドレッシングに長時間を要する点が、スループット
を低下させる一因ともなっていた。

【０００４】エレクトロニクス業界の最近の著しい発展
により、トランジスター、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩと進
化してきており、これら半導体素子における回路の集積
度が急激に増大するにつれて、半導体デバイスのデザイ
ンルールは、年々微細化が進み、デバイス製造プロセス
での焦点深度は浅くなり、パターン形成面の平坦性はま
すます厳しくなってきている。それに伴い、研磨パッド
に求められる研磨性能レベルが高まるにつれて、従来パ
ッドの問題点を克服し、高精度な研磨を実現できる研磨
パッドの出現が大望されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の研磨
パッドの、例えばウエハー面内の不均一性や高コスト、
生産性の低下といった問題を解決するためのもので、そ
の目的とするところは、低コストで効率よく生産でき、
適度な剛性を持つ層と反りに追従できるだけの弾性を持
つ層とを合わせ持ち、安定した研磨性能を有する研磨用
積層パッドを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記従来
の問題点を鑑み、鋭意検討を重ねた結果、以下の手段に
より、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は、
（１）平均粒径の異なるプラスチック粒子を成形してな
ることを特徴とする研磨用積層パッド、（２）研磨用積
層パッド成形前における、プラスチック粒子の平均粒径
が０．１μｍ以上、３００μｍ未満である（１）項記載
の研磨用積層パッド、（３）研磨側層に含まれるプラス
チック粒子が、平均粒径の異なるものを混合したもので
ある（１）項又は（２）項記載の研磨用積層パッド、
（４）研磨用パッドを構成するプラスチック粒子が一種
類である（１）〜（３）項記載の研磨用積層パッド、
（５）そのプラスチック粒子が熱可塑性ウレタン樹脂で
あることを特徴とする（１）〜（４）項記載の研磨用積
層パッドである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の研磨用積層パッドは平均
粒径の異なるプラスチック粒子を成形することにより製
造される。平均粒径の異なるプラスチック粒子を用いて
成形することにより、空隙率の制御の効果が得られる。
また平均粒径の異なるプラスチック粒子を混合したもの
が少なくとも一方の表面側層に含まれることがより好ま
しい。表面側層のプラスチック粒子が平均粒径の異なる
ものを混合することによって、機械的強度の向上の効果
が得られる。本発明のプラスチック粒子を成形する方法
は特に限定しないが、例えば、金型内に注入後、加熱圧
縮する方式、ノズル等から該プラスチック粒子を噴霧し
成形する方式等が挙げられる。これらの成形方式によれ
ば、所望の研磨パッド形状および表面状態を作り出すこ
とができるので好ましい。例えば、研磨用積層パッド表
面に、格子状、同心円状、渦巻き状等の溝を形成するこ
とができる。

【０００８】本発明のプラスチック粒子の成形前の平均
粒径は、例えば研磨対象の種類、スラリー構成、具体的
には、ｐＨ、砥粒の有無、砥粒有りの場合は砥粒の種
類、砥粒の平均径等を始めとする研磨条件、および目標
研磨レベル等によって異なるが、好ましくは０．１μｍ
以上、３００μｍ未満、さらに好ましくは、０．５μｍ
以上、２５０μｍ未満、最も好ましくは１μｍ以上、２
００μｍ未満である。いかなる研磨条件に対しても、平
均粒径が０．１μｍ未満であると、スラリーを保持する
ための空間体積が小さくなり、研磨性能、具体的には研
磨速度が著しく低下するので好ましくない。逆に平均粒
径が３００μｍ以上では、研磨パッド内の空間体積が大
きすぎるために、研磨面においてスラリーを保持できな
い、つまり研磨性能が著しく低下するので好ましくな
い。

【０００９】本発明の研磨用積層パッドを構成するプラ
スチック粒子の種類は特に限定しないが、熱可塑性ウレ
タン樹脂、ポリスチレン、ポリエステル、ポリプロピレ
ン、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、
ポリブテン、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシ
ド、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレー
ト、ポリカーボネート、ポリアリレート、芳香族系ポリ
サルホン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フッ
素樹脂、エチレン−プロピレン樹脂、エチレン−エチル
アクリレート樹脂、アクリル樹脂、ノルボルネン系樹
脂、スチレン共重合体（例えば、ビニルポリイソプレン
−スチレン共重合体、ブタジエン−スチレン共重合体、
アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリ
ル−ブタジエン−スチレン共重合体等）、あるいは熱可
塑性エラストマー類、天然ゴム、合成ゴム等が好まし
い。これらは単独で用いても良いし、混合あるいは共重
合させてもよいが、１種類の樹脂からなるプラスチック
粒子を用いることがより好ましい。中でも、研磨性能を
始め、加工性、コスト等の点から、熱可塑性ウレタン樹
脂が特に好ましい。

【００１０】

【実施例】以下に、実施例により本発明を具体的に説明
するが、本発明は、実施例の内容になんら限定されるも
のではない。＜研磨性能評価＞被研磨物として、６インチのシリコン
ウエハー上に、電解メッキで１００００ÅのＣｕを製膜
したものを準備した。研磨は定盤径６００ｍｍの片面研
磨機を用いた。研磨機の定盤には、研磨パッドを両面テ
ープで貼り付け、Ｃａｂｏｔ社製研磨スラリー（商品
名：ｉＣｕｅ５００３）を流しながら、１分間、Ｃｕ膜
を研磨した。

【００１１】研磨条件としては、ウエハーに加える荷重
を３５０ｇ／ｃｍ²、定盤の回転数を５０ｒｐｍ、ウエ
ハー回転数を５０ｒｐｍ、研磨スラリーの流量を２２０
ｍｌ／ｍｉｎとした。研磨後のウエハーを洗浄、乾燥
後、４探針シート抵抗測定機を用いて、Ｃｕ膜厚をウエ
ハー面内で測定し、面内均一性を従来パッドと比較し
た。

【００１２】（実施例１）プラスチック粒子として、研
磨層（上層）には、平均粒径１００μｍと１５μｍの熱
可塑性ウレタン樹脂の球状粒子を混合したものを、被研
磨層（下層）には、平均粒径１００μｍの熱可塑性ウレ
タン樹脂の球状粒子を使用し、直径６００ｍｍφ、厚み
２．３ｍｍ（上層は１．２ｍｍ、下層は１．１ｍｍ）の
円盤状の研磨用積層パッドを成形した。研磨用積層パッ
ド表面を、まずはイオン交換水を滴下しながら、ダイヤ
モンドディスクによりドレッシングした後に、研磨スラ
リーを滴下しながら、Ｃｕ膜を研磨した。

【００１３】（実施例２）プラスチック粒子として、平
均粒径７０μｍで粘度の異なる２種類の熱可塑性ウレタ
ン樹脂の球状粒子を用意し、研磨層（上層）には粘度の
高い粒子を、被研磨層（下層）には粘度の低い粒子を使
用し、直径６００ｍｍφ、厚み２．４ｍｍ（上層は１．
２ｍｍ、下層は１．２ｍｍ）の円盤状の研磨用積層パッ
ドを成形した。研磨用積層パッド表面を、まずはイオン
交換水を滴下しながら、ダイヤモンドディスクによりド
レッシングした後に、研磨スラリーを滴下しながら、Ｃ
ｕ膜を研磨した。

【００１４】（比較例）研磨パッドとして、ＩＣ１４０
０（ロデール製）を、まずはイオン交換水を滴下しなが
ら、ダイヤモンドディスクによりドレッシングした後
に、研磨スラリーを滴下しながら、Ｃｕ膜を研磨した。
＜評価結果＞

【００１５】（実施例１）および（実施例２）は、（比
較例）に対し面内均一性が向上した。また、（実施例
１）および（実施例２）のドレッシングに要する時間
は、（比較例）の２分の１以下であった。

【００１６】

【発明の効果】本発明のプラスチック粒子を成形してな
る研磨用積層パッドによれば、従来の問題点であったウ
エハー面内の不均一性が改善され、生産性を向上でき、
低コストで安定した研磨性能を有する研磨用積層パッド
が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）の標準的なプ
ロセスの一例である。

【図２】本発明の研磨用積層パッド断面の一例であ
る。

【符号の説明】

１半導体ウエハー２定盤３ドレッシングディスク４研磨スラリー５試料ホルダー６研磨用積層パッド７回転軸８ウエハー固定用治具９ドレッシングディスクホルダー１０スラリー供給用配管１１バッキング材１２プラスチック粒子１３プラスチック粒子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒径の異なるプラスチック粒子を成
形してなることを特徴とする研磨用積層パッド。
【請求項２】研磨用積層パッド成形前における、プラ
スチック粒子の平均粒径が０．１μｍ以上、３００μｍ
未満である請求項１記載の研磨用積層パッド。
【請求項３】研磨側層に含まれるプラスチック粒子
が、平均粒径の異なるものを混合したものである請求項
１又は２記載の研磨用積層パッド。
【請求項４】研磨用積層パッドを構成するプラスチッ
ク粒子が１種類の樹脂からなるプラスチック粒子である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨用積層パッ
ド。
【請求項５】そのプラスチック粒子が熱可塑性ウレタ
ン樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
１項に記載の研磨用積層パッド。