JP4744087B2 - 研磨パッド及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
(1)ウエハとパッド間の摩擦係数をウエハ保持ヘッドや定盤の回転トルクの変化として検出するトルク検出法(特許文献1)
(2)ウエハ上に残る絶縁膜の厚さを検出する静電容量法(特許文献2)
(3)回転定盤内にレーザー光による膜厚モニタ機構を組み込んだ光学的方法(特許文献3、特許文献4)
(4)ヘッドあるいはスピンドルに取り付けた振動や加速センサーから得る周波数スペクトルを解析する振動解析方法
(5)ヘッド内に内蔵した差動トランス応用検出法
(6)ウエハと研磨パッドとの摩擦熱やスラリーと被研磨体との反応熱を赤外線放射温度計で計測する方法(特許文献5)
(7)超音波の伝播時間を測定することにより被研磨体の厚みを測定する方法(特許文献6、特許文献7)
(8)ウエハ表面の金属膜のシート抵抗を計測する方法(特許文献8)
などが挙げられる。現在、(1)の方法が多く用いられているが、測定精度や非接触測定における空間分解能の点から(3)の方法が主流となりつつある。
光透過率バラツキ(%)={(TRmax −TRmin )/TRave }×100
研磨に際して光透過領域を有する範囲内でレーザー干渉計を直径方位に適宜移動させることにより広範囲なウエハの研磨プロファイルを得ることができるが、光透過領域の直径方向の各位置によって光透過率に大きなバラツキがあると(光透過率バラツキが30%を超える場合)、結果的に研磨プロファイルにも大きなバラツキが生じ、研磨プロセスの終点を的確に判断することが困難となる傾向にある。前記光透過率バラツキは15%以下であることがさらに好ましく、特に好ましくは3%以下である。
圧縮率(%)={(T1―T2)/T1}×100
T1:微細発泡体に無負荷状態から30KPa (300g/cm2 )の応力の負荷を60秒間保持した時の微細発泡体の厚み
T2:T1の状態から180KPa (1800g/cm2 )の応力の負荷を60秒間保持した時の微細発泡体の厚み
また、前記微細発泡体の圧縮回復率は、50〜100%であることが好ましく、さらに好ましくは60〜100%である。50%未満の場合には、研磨中に繰り返しの荷重が研磨領域にかかるにつれて、研磨領域の厚みに大きな変化が現れ、研磨特性の安定性が低下する傾向にある。なお、圧縮回復率は下記式により算出される値である。
圧縮回復率(%)={(T3―T2)/(T1―T2)}×100
T1:微細発泡体に無負荷状態から30KPa (300g/cm2 )の応力の負荷を60秒間保持した時の微細発泡体の厚み
T2:T1の状態から180KPa (1800g/cm2 )の応力の負荷を60秒間保持した時の微細発泡体の厚み
T3:T2の状態から無負荷状態で60秒間保持し、その後、30KPa (300g/cm2 )の応力の負荷を60秒間保持した時の微細発泡体の厚み
また、前記微細発泡体の40℃、1Hzにおける貯蔵弾性率が、200MPa以上であることが好ましく、さらに好ましくは250MPa以上である。貯蔵弾性率が200MPa未満の場合には、研磨領域の表面の強度が低下し、被研磨体のプラナリティが低下する傾向にある。なお、貯蔵弾性率とは、微細発泡体に動的粘弾性測定装置で引っ張り試験用治具を用い、正弦波振動を加え測定した弾性率をいう。
1) イソシアネート末端プレポリマーの気泡分散液を作製する撹拌工程
イソシアネート末端プレポリマーにシリコーン系界面活性剤を添加し、非反応性気体と撹拌し、非反応性気体を微細気泡として分散させて気泡分散液とする。イソシアネート末端プレポリマーが常温で固体の場合には適宜の温度に予熱し、溶融して使用する。
2) 硬化剤(鎖延長剤)混合工程
上記の気泡分散液に鎖延長剤を添加し、混合撹拌する。
3) 硬化工程
鎖延長剤を混合したイソシアネート末端プレポリマーを注型し、加熱硬化させる。
光透過領域の厚みバラツキは、デジマチックマイクロメーター(Mitutoyo社製)を用いて測定した。作製した光透過領域の厚みをD方向(研磨パッドを作製した際の直径方向)の直線上で5mm間隔で測定し、その測定値の最大値と最小値の差を算出した。そして、前記と同様の測定を3回行って、その平均値を光透過領域の厚みバラツキとした。
JIS B633に準拠して、ケーエルエー・テンコール社製のP−15を使用してRaを測定した(スタイラス:L−スタイラス2.0μmR、60°)。作製した光透過領域の裏面側又は表面側のD方向(研磨パッドを作製した際の直径方向)及びL方向(研磨パッドを作製した際の円周方向)について、それぞれ5mm間隔で走査させて測定し、その全測定値の平均値を算出した。そして、前記と同様の測定を3回行って、その平均値を算術平均粗さRaとした。
光透過領域の光透過率を分光光度計(日立製作所製、U−3210 Spectro Photometer)を用いて、測定波長範囲400〜700nmで測定した。光透過率バラツキは、D方向(研磨パッドを作製した際の直径方向)における直線上の任意数箇所(5mm間隔)で測定した任意波長における光透過率の最大値(TRmax )と最小値(TRmin )と平均光透過率(TRave )とを下記式に代入して算出される値である。そして、前記と同様の測定を3回行って値を算出し、その平均値を光透過率バラツキとした。光透過率バラツキ(%)={(TRmax −TRmin )/TRave }×100
(平均気泡径測定)
厚み1mm程度になるべく薄くミクロトームカッターで平行に切り出した研磨領域を平均気泡径測定用試料とした。試料をスライドガラス上に固定し、画像処理装置(東洋紡社製、Image Analyzer V10)を用いて、任意の0.2mm×0.2mm範囲の全気泡径を測定し、平均気泡径を算出した。
JIS Z8807−1976に準拠して行った。4cm×8.5cmの短冊状(厚み:任意)に切り出した研磨領域を比重測定用試料とし、温度23℃±2℃、湿度50%±5%の環境で16時間静置した。測定には比重計(ザルトリウス社製)を用い、比重を測定した。
JIS K6253−1997に準拠して行った。2cm×2cm(厚み:任意)の大きさに切り出した研磨領域を硬度測定用試料とし、温度23℃±2℃、湿度50%±5%の環境で16時間静置した。測定時には、試料を重ね合わせ、厚み6mm以上とした。硬度計(高分子計器社製、アスカーD型硬度計)を用い、硬度を測定した。
直径7mmの円(厚み:任意)に切り出した研磨領域(研磨層)を圧縮率および圧縮回復率測定用試料とし、温度23℃±2℃、湿度50%±5%の環境で40時間静置した。測定には熱分析測定器 TMA(SEIKO INSTRUMENTS製、SS6000)を用い、圧縮率と圧縮回復率を測定した。また、圧縮率と圧縮回復率の計算式を下記に示す。
T1:研磨層に無負荷状態から30KPa (300g/cm2 )の応力の負荷を60秒間保持した時の研磨層厚み
T2:T1の状態から180KPa (1800g/cm2 )の応力の負荷を60秒間保持した時の研磨層厚み
圧縮回復率(%)={(T3―T2)/(T1―T2)}×100
T1:研磨層に無負荷状態から30KPa (300g/cm2 )の応力の負荷を60秒間保持した時の研磨層厚み
T2:T1の状態から180KPa (1800g/cm2 )の応力の負荷を60秒間保持した時の研磨層厚み
T3:T2の状態から無負荷状態で60秒間保持し、その後、30KPa (300g/cm2 )の応力の負荷を60秒間保持した時の研磨層厚み
(貯蔵弾性率測定)
JIS K7198−1991に準拠して行った。3mm×40mmの短冊状(厚み;任意)に切り出した研磨領域を動的粘弾性測定用試料とし、23℃の環境条件で、シリカゲルを入れた容器内に4日間静置した。切り出した後の各シートの正確な幅および厚みの計測は、マイクロメータにて行った。測定には動的粘弾性スペクトロメーター(岩本製作所製、現アイエス技研)を用い、貯蔵弾性率E’を測定した。その際の測定条件を下記に示す。
<測定条件>
測定温度 : 40℃
印加歪 : 0.03%
初期荷重 : 20g
周波数 : 1Hz
(研磨特性の評価)
研磨装置としてSPP600S(岡本工作機械社製)を用い、作製した研磨パッドを用いて、研磨特性の評価を行った。研磨レートは、8インチのシリコンウエハに熱酸化膜を1μm製膜したものを、約0.5μm研磨して、このときの時間から算出した。酸化膜の膜厚測定には、干渉式膜厚測定装置(大塚電子社製)を用い、光透過領域を有する範囲内で研磨パッドの直径方向に移動させることにより測定をした。研磨条件としては、スラリーとしてシリカスラリー(SS12、キャボット社製)を研磨中に流量150ml/minにて添加した。研磨荷重としては350g/cm2 、研磨定盤回転数35rpm、ウエハ回転数30rpmとした。
(膜厚検出評価)
ウエハの膜厚の光学的検出評価は以下のような手法で行った。ウエハとして、8インチのシリコンウエハに熱酸化膜を1μm製膜したものを用い、その上に、作製した光透過領域を設置した。干渉式膜厚測定装置(大塚電子社製)を用い、波長領域400〜700nmにおいて膜厚測定を数回行った。算出される膜厚結果、及び干渉光の山と谷の状況確認を行い、以下のような基準で検出評価した。
◎:極めて再現性よく、膜厚が測定されている。
○:再現性よく、膜厚が測定されている。
×:再現性が悪く、検出精度が不十分である。
製造例1
70℃に温調したイソシアネート末端プレポリマー(ユニロイヤル社製、L−325、NCO含有率:9.15重量%)50重量部を減圧タンクに計量し、減圧(約10Torr)によりプレポリマー中に残存している気体を脱泡させた。脱泡した上記プレポリマーに、120℃で溶解させた4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(イハラケミカル社製、イハラキュアミンMT)13重量部を加え、ハイブリッドミキサー(キーエンス社製)を用いて1分間撹拌し、脱泡した。そして該混合物を型に流し込み、110℃のオーブン中で8時間ポストキュアを行い、長方形のポリウレタン樹脂シート(縦:57mm、横:19mm)を作製した。そして、前記ポリウレタン樹脂シートの両面を240番手のサンドペーパーを用いてバフィングして光透過領域(重心部分の厚さ:約1.98mm)を作製した。得られた光透過領域の諸物性の測定結果を表1に示す。
製造例1と同様の方法によりポリウレタン樹脂シート(縦:57mm、横:19mm)を作製した。そして、前記ポリウレタン樹脂シートの両面を、まず240番手のサンドペーパーを用いてバフィングし、その後800番手のサンドペーパーを用いてバフィングして光透過領域(重心部分の厚さ:約1.98mm)を作製した。得られた光透過領域の諸物性の測定結果を表1に示す。
アジピン酸とヘキサンジオールとを重合させてなるポリエステルポリオール(数平均分子量:2440)125重量部と、1, 4−ブタンジオール31重量部とを混合し、70℃に温調した。この混合液に、予め70℃に温調した4, 4’−ジフェニルメタンジイソシアネート100重量部を加え、ハイブリッドミキサー(キーエンス社製)を用いて1分間撹拌し、脱泡した。そして、100℃に保温した容器中に該混合液を流し込み、100℃で8時間ポストキュアを行ってポリウレタン樹脂を製造した。このポリウレタン樹脂を用いて、インジェクション成型で光透過領域(縦:57mm、横:19mm、重心部分の厚さ:約1.98mm)を作製した。得られた光透過領域の諸物性の測定結果を表1に示す。
70℃に温調したイソシアネート末端プレポリマー(ユニロイヤル社製、L−325、NCO含有率:9.15重量%)50重量部を減圧タンクに計量し、減圧(約10Torr)によりプレポリマー中に残存している気体を脱泡させた。脱泡した上記プレポリマーに、120℃で溶解させた4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(イハラケミカル社製、イハラキュアミンMT)13重量部を加え、ハイブリッドミキサー(キーエンス社製)を用いて、1分間撹拌し、脱泡した。そして該混合物を型に流し込み、110℃のオーブン中で8時間ポストキュアを行いポリウレタン樹脂ブロックを作製した。該ポリウレタン樹脂ブロックをバンドソータイプのスライサー(フェッケン社製)を用いてスライスして光透過領域(縦:57mm、横:19mm、重心部分の厚さ:約1.98mm)を作製した。得られた光透過領域の諸物性の測定結果を表1に示す。
70℃に温調したイソシアネート末端プレポリマー(ユニロイヤル社製、L−325、NCO含有率:9.15重量%)50重量部を減圧タンクに計量し、減圧(約10Torr)によりプレポリマー中に残存している気体を脱泡させた。脱泡した上記プレポリマーに、120℃で溶解させた4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(イハラケミカル社製、イハラキュアミンMT)13重量部を加え、ハイブリッドミキサー(キーエンス社製)を用いて1分間撹拌し、脱泡した。そして該混合物を型に流し込み、110℃のオーブン中で8時間ポストキュアを行いポリウレタン樹脂ブロックを作製した。該ポリウレタン樹脂ブロックをバンドソータイプのスライサー(フェッケン社製)を用いてスライスし、円形に打ち抜いて光透過領域(直径:30mm、中心部分の厚さ:約1.98mm)を作製した。得られた光透過領域の諸物性の測定結果を表1に示す。
70℃に温調したイソシアネート末端プレポリマー(ユニロイヤル社製、L−325、NCO含有率:9.15重量%)50重量部を減圧タンクに計量し、減圧(約10Torr)によりプレポリマー中に残存している気体を脱泡させた。脱泡した上記プレポリマーに、120℃で溶解させた4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(イハラケミカル社製、イハラキュアミンMT)13重量部を加え、ハイブリッドミキサー(キーエンス社製)を用いて1分間撹拌し、脱泡した。そして該混合物を型に流し込み、110℃のオーブン中で8時間ポストキュアを行い、光透過領域(縦:57mm、横:19mm、重心部分の厚さ:約1.98mm)を作製した。得られた光透過領域の諸物性の測定結果を表1に示す。
フッ素コーティングした反応容器内に、フィルタリングしたポリエーテル系プレポリマー(ユニロイヤル社製、アジプレンL−325、NCO濃度:2.22meq/g)1000重量部,及びフィルタリングしたシリコーン系ノニオン界面活性剤(東レ・ダウシリコーン社製、SH192)30重量部を混合し、温度を80℃に調整した。フッ素コーティングした撹拌翼を用いて、回転数900rpmで反応系内に気泡を取り込むように約4分間激しく撹拌を行った。そこへ予め120℃で溶融し、フィルタリングした4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(イハラケミカル社製、イハラキュアミンMT)260重量部を添加した。その後、約1分間撹拌を続けてフッ素コーティングしたパン型のオープンモールドへ反応溶液を流し込んだ。この反応溶液の流動性がなくなった時点でオーブン内に入れ、110℃で6時間ポストキュアを行いポリウレタン樹脂発泡体ブロックを得た。このポリウレタン樹脂発泡体ブロックをバンドソータイプのスライサー(フェッケン社製)を用いてスライスし、ポリウレタン樹脂発泡体シートを得た。次にこのシートをバフ機(アミテック社製)を使用して、所定の厚さに表面バフをし、厚み精度を整えたシートとした(シート厚み:約2mm)。このバフ処理をしたシートを所定の直径(61cm)に打ち抜き、溝加工機(東邦鋼機社製)を用いて表面に溝幅0.25mm、溝ピッチ1.50mm、溝深さ0.40mmの同心円状の溝加工を行った。このシートの溝加工面と反対側の面にラミ機を使用して、両面テープ(積水化学工業社製、ダブルタックテープ)を貼り、両面テープ付き研磨領域を作製した。研磨領域の各物性は、平均気泡径50μm、比重0.86g/cm3 、アスカーD硬度52度、圧縮率1.1%、圧縮回復率65.0%、貯蔵弾性率260MPaであった。
実施例1
前記両面テープ付き研磨領域の中心部と周端部の間に光透過領域をはめ込むための穴(長方形、D(直径方向)=57.5mm、L(円周方向)=19.5mm)を打ち抜いた。そして、表面をバフがけし、コロナ処理したポリエチレンフォーム(東レ社製、トーレペフ、厚さ:0.8mm)からなるクッション層を両面テープ付き研磨領域の粘着面に、ラミ機を用いて貼り合わせた。さらにクッション層表面に両面テープを貼り合わせた。その後、研磨領域の光透過領域をはめ込むために打ち抜いた穴部分のうち、D(直径方向)=51mm、L(円周方向)=13mmの大きさ(長方形)でクッション層を打ち抜き、穴を貫通させた。その後、製造例1で作製した光透過領域をはめ込み、図4に記載のような研磨パッドを作製した。なお、光透過領域の直径方向の長さ(D)は円周方向の長さ(L)の3倍である。また、被研磨体であるウエハの直径に対する光透過領域の直径方向の長さ(D)は0.28倍であった。作製した研磨パッドの研磨特性を表2に示す。
実施例1において、製造例2で作製した光透過領域を用いた以外は実施例1と同様の方法で研磨パッドを作製した。作製した研磨パッドの研磨特性を表2に示す。
実施例1において、製造例3で作製した光透過領域を用いた以外は実施例1と同様の方法で研磨パッドを作製した。作製した研磨パッドの研磨特性を表2に示す。
前記両面テープ付き研磨領域の中心部と周端部の間に光透過領域をはめ込むための穴(長方形、D(直径方向)=19.5mm、L(円周方向)=57.5mm)を打ち抜いた。そして、表面をバフがけし、コロナ処理したポリエチレンフォーム(東レ社製、トーレペフ、厚さ:0.8mm)からなるクッション層を両面テープ付き研磨領域の粘着面に、ラミ機を用いて貼り合わせた。さらにクッション層表面に両面テープを貼り合わせた。その後、研磨領域の光透過領域をはめ込むために打ち抜いた穴部分のうち、D(直径方向)=13mm、L(円周方向)=51mmの大きさ(長方形)でクッション層を打ち抜き、穴を貫通させた。その後、製造例4−1で作製した光透過領域をはめ込み、図11に記載のような研磨パッドを作製した。なお、光透過領域の直径方向の長さ(D)は円周方向の長さ(L)の0.3倍である。また、被研磨体であるウエハの直径に対する光透過領域の直径方向の長さ(D)は0.09倍であった。作製した研磨パッドの研磨特性を表2に示す。
前記両面テープ付き研磨領域の中心部と周端部の間に光透過領域をはめ込むための穴(長方形、D(直径方向)=57.5mm、L(円周方向)=19.5mm)を打ち抜いた。そして、表面をバフがけし、コロナ処理したポリエチレンフォーム(東レ社製、トーレペフ、厚さ:0.8mm)からなるクッション層を両面テープ付き研磨領域の粘着面に、ラミ機を用いて貼り合わせた。さらにクッション層表面に両面テープを貼り合わせた。その後、研磨領域の光透過領域をはめ込むために打ち抜いた穴部分のうち、D(直径方向)=51mm、L(円周方向)=13mmの大きさ(長方形)でクッション層を打ち抜き、穴を貫通させた。その後、製造例4−2で作製した光透過領域をはめ込み、図4に記載のような研磨パッドを作製した。なお、光透過領域の直径方向の長さ(D)は円周方向の長さ(L)の3倍である。また、被研磨体であるウエハの直径に対する光透過領域の直径方向の長さ(D)は0.28倍であった。作製した研磨パッドの研磨特性を表2に示す。
前記両面テープ付き研磨領域の中心部と周端部の間に光透過領域をはめ込むための穴(円形、直径30.5mm)を打ち抜いた。そして、表面をバフがけし、コロナ処理したポリエチレンフォーム(東レ社製、トーレペフ、厚さ:0.8mm)からなるクッション層を両面テープ付き研磨領域の粘着面に、ラミ機を用いて貼り合わせた。さらにクッション層表面に両面テープを貼り合わせた。その後、研磨領域の光透過領域をはめ込むために打ち抜いた穴部分のうち、直径24mmでクッション層を打ち抜き、穴を貫通させた。その後、製造例5で作製した光透過領域をはめ込み、図3に記載のような研磨パッドを作製した。また、被研磨体であるウエハの直径に対する光透過領域の直径の長さは0.15倍であった。作製した研磨パッドの研磨特性を表2に示す。
前記両面テープ付き研磨領域の中心部と周端部の間に光透過領域をはめ込むための穴(長方形、D(直径方向)=57.5mm、L(円周方向)=19.5mm)を打ち抜いた。そして、表面をバフがけし、コロナ処理したポリエチレンフォーム(東レ社製、トーレペフ、厚さ:0.8mm)からなるクッション層を両面テープ付き研磨領域の粘着面に、ラミ機を用いて貼り合わせた。さらにクッション層表面に両面テープを貼り合わせた。その後、研磨領域の光透過領域をはめ込むために打ち抜いた穴部分のうち、D(直径方向)=51mm、L(円周方向)=13mmの大きさ(長方形)でクッション層を打ち抜き、穴を貫通させた。その後、製造例6で作製した光透過領域をはめ込み、図4に記載のような研磨パッドを作製した。なお、光透過領域の直径方向の長さ(D)は円周方向の長さ(L)の3倍である。また、被研磨体であるウエハの直径に対する光透過領域の直径方向の長さ(D)は0.28倍であった。作製した研磨パッドの研磨特性を表2に示す。
2:定盤
3:研磨剤(スラリー)
4:被研磨体(ウエハ)
5:被研磨体(ウエハ)支持台(ポリシングヘッド)
6、7:回転軸
8:光透過領域
9:研磨領域
10、12:両面テープ
11:クッション層
13:離型紙(フィルム)
14:開口部を塞ぐ部材
15:レーザー干渉計
16:レーザービーム
Claims (4)
- ケミカルメカニカルポリッシングに用いられ、研磨領域および光透過領域を有する研磨パッドであって、前記光透過領域は、研磨パッドの中心部と周端部との間に設けられており、かつ研磨パッドの直径方向の長さ(D)に比べて円周方向の長さ(L)が短い形状をしており、さらに厚みバラツキが43μm以下、光透過率バラツキが29.8%以下、裏面側の算術平均粗さ(Ra)が0.93μm以下、表面側の算術平均粗さ(Ra)が0.91μm以下であり、前記光透過領域の形成材料が、無発泡ポリウレタン樹脂であり、前記研磨領域の形成材料が、微細発泡ポリウレタン樹脂であり、かつ光透過領域の形成材料である無発泡ポリウレタン樹脂の原料である有機イソシアネート、ポリオール、及び鎖延長剤は、研磨領域の形成材料である微細発泡ポリウレタン樹脂の原料である有機イソシアネート、ポリオール、及び鎖延長剤と同じ化合物であることを特徴とする研磨パッド。
- 光透過領域は、研磨側表面に研磨液を保持・更新する凹凸構造を有しない請求項1に記載の研磨パッド。
- 研磨領域は、研磨側表面に溝が設けられている請求項1又は2に記載の研磨パッド。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の研磨パッドを用いて半導体ウエハの表面を研磨する工程を含む半導体デバイスの製造方法。
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