專利名稱：研磨墊、其制造方法以及使用該研磨墊的研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體元件制造技術(shù)等中的化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)、硬盤制造技術(shù)中的精密研磨等的研磨墊、其制造方法以及使用該研磨墊的研磨方法。
背景技術(shù)：
目前的超大規(guī)模集成電路傾向于提高安裝密度，正在研究開發(fā)各種各樣的微細(xì)加工技術(shù)。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已為亞半微米級。為了滿足這種嚴(yán)格的微細(xì)化要求而被開發(fā)的技術(shù)之一存在有CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)。該技術(shù)是在半導(dǎo)體裝置的制造工序中，使施加曝光的層完全地平坦化，減輕曝光技術(shù)的負(fù)擔(dān)，從而有助于以高水平穩(wěn)定制造成品率，其實(shí)施如下的研磨。在研磨墊上按壓被研磨物，邊向被研磨物和研磨墊之間供給漿液狀的CMP研磨液，邊使研磨墊在被研磨物之間相對地滑動，從而僅以期望量精密地去除被研磨物表面的膜。因此，其是進(jìn)行例如層間絕緣膜和BPSG膜的平坦化、淺槽隔離等時(shí)所必須的技術(shù)。
供于這些CMP技術(shù)的研磨墊，使用發(fā)泡或不發(fā)泡的有機(jī)樹脂制研磨墊(參照日本特表平8-511210號公報(bào)的權(quán)利書要求的范圍和發(fā)明背景)。例如，一般使用形成有同心圓狀或格子狀溝的發(fā)泡聚氨酯樹脂薄板。
此時(shí)的問題是磨粒以及研磨屑對研磨面的損傷(研磨損傷)。通常的發(fā)泡或不發(fā)泡的有機(jī)樹脂制研磨墊的情況，為了減少研磨損傷，降低研磨墊的硬度是非常有效的。但是，如果降低該硬度，則研磨速度就會下降，進(jìn)而溝槽部的凹陷也往往會惡化。同時(shí)滿足這些是困難的。
另一方面，配線工藝逐漸從初期的A1配線發(fā)展到目前作為主流的對配線金屬使用電阻低的Cu、對層間絕緣膜使用低介電常數(shù)材料的采用雙重鑲嵌(dual-damascene)的埋入式配線。
在所述的雙重鑲嵌法中，研磨液的選擇以及研磨墊的選擇越來越變得極為重要。尤其是，與層間絕緣膜相比較，金屬富于化學(xué)反應(yīng)性，并且柔軟，所以容易因研磨損傷或腐蝕而引起缺陷。另一方面，越容易變形即彈性模量越小，凹陷就越大。但是，如果提高墊的彈性模量，則墊硬度一般會提高，從而成為上述研磨損傷等缺陷的原因。
另外，對于近年來正在發(fā)展的將低介電常數(shù)材料應(yīng)用于層間絕緣膜的技術(shù)，由于伴隨著絕緣層機(jī)械特性下降或者與金屬的密合性下降，成為研磨時(shí)產(chǎn)生缺陷的主要因素，因此需要研磨時(shí)的機(jī)械負(fù)荷更加小的研磨系統(tǒng)。
進(jìn)而，在這些淺槽隔離工序、雙重鑲嵌法中的金屬配線研磨工序以及層間絕緣膜研磨工序中，在進(jìn)行CMP研磨時(shí)，需要正確的研磨量管理。作為該方法，除了嚴(yán)格管理研磨時(shí)間以外，還有檢測驅(qū)動研磨裝置的馬達(dá)伴隨研磨時(shí)的墊與晶片的摩擦變化的扭矩變動的方法，以及測定被研磨物靜電容量的方法等。但是，也在使用具備可光學(xué)檢測伴隨研磨的晶片表面狀態(tài)變化的傳感器的研磨裝置，還有一種正在成為主流的技術(shù)是，從研磨裝置側(cè)經(jīng)過研磨墊向晶片的研磨面照射激光或紅外光，再次經(jīng)過研磨墊由研磨裝置的傳感器檢測其反射光，來管理晶片的研磨狀態(tài)。尤其是，淺槽隔離工序、雙重鑲嵌法等由于在研磨終點(diǎn)的時(shí)候在晶片表面露出阻隔膜，所以如果檢測時(shí)使用恰當(dāng)波長的光，則能夠得到大的反射率的變化，因此該光學(xué)方法是有用的。在不具有阻隔膜的絕緣膜的研磨工序中，可以由晶片表面的反射光與來自絕緣膜下的硅層的反射光的干涉，檢測出研磨量。作為用于該光學(xué)方法的研磨墊的代表性例子，使用在發(fā)泡聚氨酯樹脂板的一部分插入用來透過光的透明的窗材料的研磨墊。另外，還提出過對由聚氨酯、聚碳酸酯、尼龍、丙烯酸聚合物、聚酯等不發(fā)泡樹脂構(gòu)成的研磨墊透過光的技術(shù)(例如參照美國專利第5605760號說明書)。但是，這些研磨墊中存在的問題是，在以光學(xué)方式檢測終點(diǎn)的同時(shí)，要在CMP研磨時(shí)減少研磨損傷和確保研磨速度，尤其對于鑲嵌法來說，如上所述減少因研磨損傷或腐蝕而產(chǎn)生的缺陷是重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述問題，通過研究了各種各樣的研磨墊的結(jié)構(gòu)而完成。
本發(fā)明提供在半導(dǎo)體元件制造工序中的層間絕緣膜、BPSG膜、淺槽隔離用絕緣膜等的平坦化以及金屬配線部的形成等中使用的CMP技術(shù)中，可以有效實(shí)施平坦化及金屬配線形成，同時(shí)可以抑制研磨面產(chǎn)生損傷或絕緣層產(chǎn)生不良情況的研磨墊、其制造方法以及使用該研磨墊的研磨方法。進(jìn)而，提供一種適用于經(jīng)過研磨墊向半導(dǎo)體晶片等被研磨物表面照射光、檢測其反射率的變化以管理研磨終點(diǎn)的研磨工序的具有透光性并且可以抑制被研磨物發(fā)生研磨損傷的研磨墊以及使用該研磨墊進(jìn)行研磨的研磨方法。
本發(fā)明涉及如下(1)、研磨墊，其特征在于，由含有有機(jī)纖維的纖維和保持該纖維的基體樹脂構(gòu)成，并且至少在被研磨物側(cè)表面露出有機(jī)纖維。
(2)、研磨墊，其特征在于，由含有有機(jī)纖維的纖維和保持該纖維的基體樹脂構(gòu)成，并且至少在修整處理后的被研磨物側(cè)表面露出有機(jī)纖維。
(3)、上述(1)或(2)所述的研磨墊，其特征在于，所述基體樹脂至少含有一種熱塑性樹脂。
(4)、上述(1)～(3)中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，所述基體樹脂由半結(jié)晶性熱塑性樹脂構(gòu)成。
(5)、上述(1)～(4)中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，所述基體樹脂中分散有彈性體。
(6)、上述(5)所述的研磨墊，其特征在于，所述彈性體的玻璃化轉(zhuǎn)移溫度為0℃或0℃以下。
(7)、上述(1)～(6)中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，纖維是由芳香族聚酰胺構(gòu)成。
(8)、上述(1)～(7)中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，含有1～50重量％的有機(jī)纖維。
(9)、上述(1)～(8)中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，有機(jī)纖維的直徑為1mm或1mm以下。
(10)、上述(1)～(9)中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，有機(jī)纖維的長度為1cm或1cm以下。
(11)、上述(1)～(10)中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，由在被研磨物側(cè)表面露出的有機(jī)纖維保持研磨粒子。
(12)、上述(1)～(11)中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，所述露出的有機(jī)纖維的最大露出部長度為0.1mm或0.1mm以下。
(13)、上述(12)所述的研磨墊，其特征在于，所述露出的有機(jī)纖維由聚酯構(gòu)成。
(14)、上述(12)或(13)所述的研磨墊，其特征在于，在基體樹脂中分散有碎塊狀的聚酯纖維。
(15)、上述(12)或(13)所述的研磨墊，其特征在于，在基體樹脂中層積有聚酯無紡布。
(16)、上述(1)、(2)～(4)、(7)、(9)～(11)中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，其是在研磨過程中適用于針對被研磨物表面以光學(xué)方式檢測研磨終點(diǎn)的研磨墊，由含有1～20重量％有機(jī)纖維的實(shí)質(zhì)上不發(fā)泡的基體樹脂構(gòu)成，具有輸送和保持研磨漿液粒子的功能，并且可透過190～3500nm范圍波長的光線。
(17)、上述(1)、(2)～(4)、(7)、(9)～(11)中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，其是在研磨過程中適用于針對被研磨物表面以光學(xué)方式檢測研磨終點(diǎn)的研磨墊，包括可透過190～3500nm范圍波長的光線的部分，該部分由含有1～20重量％有機(jī)纖維的實(shí)質(zhì)上不發(fā)泡的基體樹脂構(gòu)成，并且具有輸送和保持研磨漿液粒子的功能。
(18)、上述(16)或(17)所述的研磨墊，其特征在于，所述有機(jī)纖維是芳綸纖維。
(19)、研磨墊的制造方法，其特征在于，其是粘附到平臺上而使用，以進(jìn)行被研磨面的平坦化的研磨墊的制造方法，包括混合含有有機(jī)纖維的纖維和含有熱塑性樹脂的基體組合物而得到混合物的步驟、將該混合物制成球?；蚱瑒┑牟襟E以及將該球?；蚱瑒┩ㄟ^擠出成形或注塑成形而加工成板狀或片狀的步驟。
(20)、研磨墊的制造方法，其特征在于，其是粘附到平臺上而使用，以進(jìn)行被研磨面的平坦化的研磨墊的制造方法，包括對含有有機(jī)纖維的纖維基材浸漬基體樹脂組合物而制作樹脂浸漬片狀纖維基材的步驟、層積含有該樹脂浸漬片狀纖維基材的片狀纖維基材并實(shí)施加熱加壓成形的步驟。
(21)、上述(19)或(20)所述的研磨墊的制造方法，其特征在于，進(jìn)一步包括使表面露出纖維的步驟。
(22)、研磨方法，其特征在于，將被研磨物的被研磨面按壓到上述(1)～(18)中的任一項(xiàng)所述的研磨墊的有機(jī)纖維露出面上，一邊向被研磨面和研磨墊之間供給研磨液，一邊使被研磨物和墊相對地滑動，以研磨被研磨面。
(23)、上述(22)所述的研磨方法，其特征在于，所述被研磨面是由在形成有配線或溝槽的介電常數(shù)小于等于2.7的絕緣層上覆蓋了導(dǎo)體層、還有銅層的層積體構(gòu)成。
(24)、研磨方法，其特征在于，使用上述(16)～(18)中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，以光學(xué)方式檢測研磨終點(diǎn)。
該露出到表面的有機(jī)纖維，將會緩和研磨時(shí)研磨液中的磨?；虍愇锏扰c被研磨物之間的應(yīng)力，防止被研磨物表面產(chǎn)生損傷。另外，對于一般的僅由樹脂構(gòu)成的以往的研磨墊，發(fā)泡孔或表面的大小溝起到輸送和保持研磨液磨粒的作用，但對于本發(fā)明的研磨墊，露出到表面的有機(jī)纖維具有輸送和保持研磨液磨粒的能力，并起到獲得研磨速度與提高平坦性的作用。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的研磨墊的結(jié)構(gòu)由含有有機(jī)纖維的纖維和保持該纖維的基體樹脂構(gòu)成。有機(jī)纖維可以是纖維的一部分或者是全部，纖維則除了主要的有機(jī)纖維以外，還可以含有玻璃纖維等無機(jī)纖維。
另外，只要是在被研磨物側(cè)表面至少露出有機(jī)纖維的材料則沒有特別限制。本發(fā)明中，所謂露出有機(jī)纖維也包括修整處理后的被研磨物側(cè)表面，即至少在使用時(shí)至少露出有機(jī)纖維。
具體的研磨墊的結(jié)構(gòu)可以舉出在基體樹脂中分散有碎塊狀纖維的結(jié)構(gòu)、在基體樹脂中層積有無紡布或織造布狀的纖維的結(jié)構(gòu)等。
作為保持本發(fā)明的研磨墊的纖維的基體樹脂，只要是通常的熱固性樹脂和熱塑性樹脂就可以沒有特別限制地使用。優(yōu)選屬于相對彈性模量高的類別的樹脂，例如固化物的室溫彈性模量大于等于0.1GPa的樹脂，進(jìn)一步優(yōu)選大于等于0.5GPa的樹脂。如果彈性模量小，則平坦性往往會惡化。
作為熱固性樹脂，可以使用如雙酚A型環(huán)氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環(huán)氧樹脂等環(huán)氧樹脂；不飽和聚酯樹脂；丙烯酸樹脂；聚氨酯樹脂等。這些可以單獨(dú)或者混合兩種或其以上來使用。當(dāng)這些熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂時(shí)，通常會混合固化劑、固化促進(jìn)劑等。作為固化劑，可以使用二氰二酰胺、有機(jī)酸、有機(jī)酸酐、多胺等，固化促進(jìn)劑可以使用如2-乙基-4-甲基咪唑等。
作為熱塑性樹脂，例如可以舉出聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、AS(丙烯腈-苯乙烯共聚物)、ABS(丙烯腈-丁二烯橡膠-苯乙烯共聚物)、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、4-甲基-戊烯-1、乙烯-丙烯共聚物、乙烯醋酸乙烯共聚物、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亞胺、聚甲醛等。這些可以單獨(dú)或者混合兩種或其以上來使用。尤其是，如果使用半結(jié)晶性的熱塑性高分子樹脂作為基體樹脂，則可以得到耐磨耗性優(yōu)異的高耐久性的研磨墊。
本發(fā)明研磨墊的第一實(shí)施方式為上述基體樹脂至少含有一種熱塑性樹脂的研磨墊。這里，作為基體樹脂，只要是至少含有一種熱塑性樹脂，就可以沒有特別限制地使用，優(yōu)選主成分為熱塑性樹脂。
本發(fā)明研磨墊的第二實(shí)施方式為上述在被研磨面?zhèn)缺砻媛冻龅挠袡C(jī)纖維的最大露出部長度為0.1mm或0.1mm以下的研磨墊。這里，露出的有機(jī)纖維的最大露出部長度是指實(shí)質(zhì)上被固定在研磨墊表面上的纖維所露出的部分的長度中最大的長度。實(shí)際上，可以使用SEM(掃描電子顯微鏡)等觀察墊表面上的5處左右或以上來進(jìn)行計(jì)測。
本發(fā)明研磨墊的第三實(shí)施方式為在研磨過程中適用于針對被研磨物表面以光學(xué)方式檢測研磨終點(diǎn)的研磨墊，該研磨墊的一部分或全部是由可透過190～3500nm范圍波長的光線、且含有1～20重量％的有機(jī)纖維的實(shí)質(zhì)上不發(fā)泡的基體樹脂構(gòu)成，并且具有輸送和保持研磨漿液粒子的功能。
對于基體樹脂，尤其在上述第一實(shí)施方式中，除了上述熱塑性樹脂以外，還可以進(jìn)一步混合作為添加劑的交聯(lián)及未交聯(lián)的彈性體、交聯(lián)聚苯乙烯、交聯(lián)聚甲基丙烯酸甲酯等，而分散在基體樹脂中。更優(yōu)選加入熱塑性彈性體及交聯(lián)度低的彈性體。作為彈性體，只要是玻璃化轉(zhuǎn)移溫度小于等于室溫的材料，則可以沒有特別限制地使用，更優(yōu)選小于等于0℃的材料。例如，可以舉出烯烴系彈性體、苯乙烯系彈性體、氨酯系彈性體、酯系彈性體等、鏈烯基芳香族化合物-共軛二烯共聚物、聚烯烴系共聚物等彈性體等。這些彈性體的添加量越多，則樹脂的耐沖擊性就越高，粘附性越強(qiáng)，同時(shí)墊表而與金屬的摩擦力也會增加。
作為本發(fā)明研磨墊中的有機(jī)纖維，可以廣泛地使用芳綸、聚酯、聚酰亞胺等的做成纖維狀的材料。另外，也可以選擇、混合其中的兩種或其以上來使用。
從研磨墊的耐久性或纖維對磨粒粒子的保持性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選單獨(dú)或主成分為芳綸即芳香族聚酰胺纖維，進(jìn)一步優(yōu)選單獨(dú)為芳綸纖維。即芳綸纖維由于與其他一般的有機(jī)纖維相比，拉伸強(qiáng)度高，所以機(jī)械地使本發(fā)明的研磨墊表面粗糙化而露出纖維時(shí)，纖維容易留在表面，因此，可以有效地保持磨粒粒子。另外，還具有提高研磨墊的耐久性，延長使用壽命的效果。芳綸纖維尤其適合于上述第一個(gè)和第三實(shí)施方式的情況。
芳綸纖維有對位型和間位型，由于對位系芳綸纖維比間位型纖維力學(xué)強(qiáng)度高且吸濕性低，所以更加適合。作為對位系芳綸纖維，可以使用市售的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維和聚對苯撐二苯基醚對苯二甲酰胺纖維。
另外，從調(diào)節(jié)最大露出長度和表面粗糙度的方面考慮，優(yōu)選主成分為聚酯的纖維。這是因?yàn)?，?dāng)露出該研磨墊的纖維時(shí)，聚酯纖維的剪切強(qiáng)度小于硬質(zhì)的纖維，可以減小最大露出長度。對于上述第二實(shí)施方式的研磨墊的情況尤其理想。另一方面，使用其他芳綸纖維、聚酰亞胺纖維等硬質(zhì)纖維時(shí)，可以通過微細(xì)化使用的磨粒粒徑來調(diào)節(jié)最大露出長度。此時(shí)，墊表面的粗糙度取決于上述磨粒粒徑，因此墊自身的表面的凹凸必然會受到影響而影響研磨速度。相對于此，使用聚酯時(shí)，即使使用任意粒徑的磨粒，露出長度也幾乎不變。因此，在纖維長度一定的情況下可以任意地調(diào)節(jié)墊自身的表而粗糙度。
這里，也可以在聚酯纖維中混合其他的上述硬質(zhì)纖維而使用。此時(shí)，硬質(zhì)纖維的比例適宜為40～100重量％，優(yōu)選為70～100重量％，更優(yōu)選為80～100重量％。如果聚酯纖維多，則纖維露出層會變小，相反，如果硬質(zhì)纖維多，則會變增厚，往往會使平坦性惡化。
有機(jī)纖維適宜使用纖維徑(直徑)小于等于1mm的纖維，理想的是小于等于200μm。優(yōu)選為1～200μm，更優(yōu)選為5～150μm。如果太粗，則機(jī)械強(qiáng)度就會過高，會成為研磨損傷或修整不良的原因。如果太細(xì)，則操作性就會下降，可能會由于強(qiáng)度不足而引起墊的耐久性下降。
纖維長度沒有特別的限制，當(dāng)纖維在樹脂中以碎塊狀分散的研磨墊時(shí)，優(yōu)選小于等于10mm，更優(yōu)選小于等于5mm，進(jìn)一步優(yōu)選為0.1～3mm。如果太短，則以機(jī)械方式對墊表面粗糙化時(shí)露出的纖維就不會有效地保持在墊上，如果太長，則與樹脂混合時(shí)會增稠而變得難以成型。這些，可以使用將短纖維切斷成規(guī)定長度的切碎物，也可以混合使用多種纖維長度的物質(zhì)。
另外，為了提高與樹脂的親和性，可以事先對纖維表面進(jìn)行機(jī)械性或化學(xué)性的粗糙化，或者采用偶合劑進(jìn)行改性。從操作性方面考慮，可以使用把短纖維切碎物用極少量樹脂涂布而制成束的物質(zhì)。這里，其只要是能夠根據(jù)與基體樹脂混合時(shí)的加熱、或者所施加的剪切力，使短纖維分散到基體樹脂中這種程度具有保持力的程度即可。
另外，對于層積有無紡布或織造布的研磨墊，使用無紡布時(shí)，可以使用把長度在1mm或1mm以上的與上述相同的纖維、利用纖維自身的熔合力或膠粘劑成型為片狀的無紡布。膠粘劑可以使用水溶性環(huán)氧樹脂粘合劑等由環(huán)氧樹脂構(gòu)成的膠粘劑。使用膠粘劑時(shí)，對于其量沒有特別限制，但優(yōu)選相對于100重量份的纖維為3～20重量份，更優(yōu)選為5～15重量份。另外，把長纖維制成織物狀的織造布的情況，對于織造方法沒有特別限制。層積有這種纖維的研磨墊特別適合于本發(fā)明第二實(shí)施方式的研磨墊。
以上的無紡布和織造布的單位重量優(yōu)選為36～100g/m2，更優(yōu)選為55～72g/m2。
上述有機(jī)纖維的含量沒有特別限制，對墊全體使用碎塊狀纖維的情況，優(yōu)選為墊全體的1～50重量％，更優(yōu)選為1～20重量％，進(jìn)一步優(yōu)選為5～20重量％。如果纖維量少，則研磨面的研磨損傷就會變得顯著，如果過多，則成型性往往會變差。另一方面，織造布和無紡布的情況，優(yōu)選為大于等于50重量％，更優(yōu)選為60～80重量％。
尤其是第三實(shí)施方式的情況，上述具有透光性的部分的有機(jī)纖維的含量需要處于不妨礙透光性、并且可以檢測到晶片的研磨狀態(tài)的范圍內(nèi)。從而，優(yōu)選為研磨墊全體的1～20重量％，更優(yōu)選為2～10重量％。如果纖維量少，則研磨面的研磨損傷就會變得顯著，如果過多，則成型性往往會變差。
對于上述研磨墊，可以通過在成為基體的樹脂組合物中分散纖維并成型的方法、對含有纖維的織造布或無紡布浸漬樹脂漆而得到預(yù)浸料后進(jìn)行層積的方法等來制造，但并不限于這些方法。
下面，說明本發(fā)明研磨墊的制造方法。
第一個(gè)制造方法，包括混合含有有機(jī)纖維的纖維和基體樹脂組合物而得到混合物的步驟、將該混合物制成球?；蚱瑒┑牟襟E以及將該球?；蚱瑒┎捎脭D出成形或注塑成形加工成板狀或片狀的步驟。第二個(gè)制造方法則包括對含有有機(jī)纖維的纖維基材浸漬基體樹脂組合物而制作樹脂浸漬片狀纖維基材的步驟、層積含有該樹脂浸漬片狀纖維基材的片狀纖維基材并實(shí)施加熱加壓成形的步驟。纖維基材優(yōu)選主要含有聚酯纖維。
用來制造本發(fā)明研磨墊的基體樹脂組合物的調(diào)制方法或與纖維的混合方法，可以使用以往公知的方法，沒有特別限制。
即，作為第一個(gè)制造方法直接將碎塊狀纖維分散在基體樹脂組合物中時(shí)，例如把形成基體的各樹脂組合物用亨舍爾混合機(jī)、高速混合機(jī)、滾筒混合機(jī)、螺帶式混合機(jī)等均勻地混合(干混)后，用單軸擠出機(jī)或雙軸擠出機(jī)、班伯里混煉機(jī)等熔融混煉。進(jìn)而，加入纖維同樣地熔融混煉。然后冷卻，制成球?；蚱瑒＠鋮s中使用水時(shí)，需要充分干燥，脫水。
將得到的上述球?；蚱瑒┰俅斡脭D出成形機(jī)通過模具擠出、用軋輥壓延，可以制作片狀或板狀成形物。
另一方面，當(dāng)基體樹脂組合物為液狀熱固性樹脂組合物時(shí)，通過將碎塊狀纖維以給定量分散到液狀熱固性樹脂組合物中，再澆入金屬模具等通過減壓去除氣泡后，進(jìn)行加熱固化，可以制作成形物。其也可以與上述的相同，對金屬模具在加熱狀態(tài)下加壓并澆入而制作。
另外，上述第二個(gè)制造方法也可以采用以往公知的方法，尤其適合于上述第二實(shí)施方式的研磨墊的制造。例如，使用織造布、無紡布作為纖維基材時(shí)，準(zhǔn)備如上所述的樹脂浸漬片狀纖維基材或樹脂浸漬片狀纖維基材及樹脂未浸漬片狀纖維基材(即織造布或無紡布)。通過加熱加壓成形將它們一體化，可以得到成形物。另外，此時(shí)優(yōu)選通過在至少一個(gè)表面配置樹脂未浸漬片狀纖維基材，形成在表面露出有機(jī)纖維的狀態(tài)。
上述樹脂浸漬片狀纖維基材是對樹脂未浸漬片狀纖維基材浸漬樹脂組合物的基材，通常被稱作預(yù)浸料。預(yù)浸料的制作方法沒有特別限制，可以通過在有機(jī)溶劑中溶解上述基體樹脂組合物成分而制作成清漆，并浸漬于樹脂未浸漬片狀纖維基材后加熱干燥而得到。對于溶劑的種類，只要是能夠均勻地溶解樹脂組合物，就可以沒有特別限制地使用。例如，可以舉出甲基乙基酮、甲基異丁基酮、丙酮等酮類；乙醇、丙醇、異丙醇等低級醇類；二甲基甲酰胺、甲酰胺等酰胺類等，這些物質(zhì)也可以混合使用。相對于合計(jì)100重量份的樹脂組合物和粘接劑，樹脂浸漬片狀纖維基材中的纖維含量優(yōu)選為60～140重量份，更優(yōu)選為90～120重量份。
另外，對于樹脂未浸漬片狀纖維基材在全體中所占的比例，考慮研磨墊中的纖維的含量、尤其是將會按壓在被研磨物上的表面層的有機(jī)纖維含量而決定。根據(jù)該方法，可以改變研磨墊的纖維含量，因此，不需要改變制造上述預(yù)浸料時(shí)的樹脂含量，而通過改變樹脂未浸漬片狀纖維基材的使用比例就可以調(diào)節(jié)。
在加熱加壓成形中，一般來說，加熱溫度通常為150～200℃，壓力為50～500kPa。這些可以根據(jù)所使用的熱固性樹脂的種類、含量來適當(dāng)調(diào)節(jié)。
把這些成形物根據(jù)需要對應(yīng)于給定研磨裝置的平臺形狀而適當(dāng)加工，可以得到最終制品的研磨墊。作為其一例，通過把上述片狀成形物切割成圓形，可以做成最終制品研磨墊。
研磨墊的全體厚度優(yōu)選為0.1～5mm，更優(yōu)選為0.5～2mm。另外，也可以在上述墊的研磨面使用NC轉(zhuǎn)盤等加工作為研磨液和研磨屑的流道的溝槽，形成為同心圓狀、格子狀等。
為了得到本發(fā)明的至少在被研磨物側(cè)表面露出有機(jī)纖維的研磨墊，根據(jù)需要處理墊的被研磨物側(cè)表面，以露出纖維。作為該露出纖維的形成方法，可以采用修整處理，即使用金剛石等磨石削掉墊表面的樹脂，以露出纖維的方法。也可以使用金屬絲刷、金屬刮刀、樹脂刷、玻璃或陶瓷板來代替磨石。
為了控制纖維的露出長度，需要很好地調(diào)節(jié)它們的使用條件。最大露出纖維長度受纖維硬度的很大影響，如果將聚酯纖維使用于墊，可以容易調(diào)節(jié)得短。
有機(jī)纖維在表面露出的部分的最大長度為，一般來說，實(shí)用的是小于等于1mm，優(yōu)選小于等于200μm。更優(yōu)選為1～200μm，進(jìn)一步優(yōu)選為10～150μm。如果太短，則研磨液的保持性就會下降而使研磨速度變小；如果太長，則往往會對平坦性帶來壞影響。
尤其對于本發(fā)明第二實(shí)施方式的研磨墊，上述露出的有機(jī)纖維的最大露出部長度小于等于0.1mm。這里，只要是最大露出部長度小于等于0.1mm，就可以沒有特別限制地使用，但優(yōu)選為1～50μm，進(jìn)一步優(yōu)選為1～25μm。如果最大露出部長度太長，則平坦性就會下降；如果太小，則研磨速度往往會下降。
通過這種在被研磨物側(cè)表面露出的有機(jī)纖維，在研磨時(shí)可以有效地保持后述研磨液中的研磨粒子(磨粒)。
接著，說明本發(fā)明第三實(shí)施方式的研磨墊。該研磨墊以光學(xué)方式檢測被研磨物的研磨量，以管理其終點(diǎn)，并且在維持高的研磨速度與均勻性的同時(shí)，可以抑制研磨時(shí)發(fā)生研磨損傷。這種構(gòu)成，可以通過研究研磨墊的結(jié)構(gòu)、樹脂組成、填充物等來實(shí)現(xiàn)。
該研磨墊的結(jié)構(gòu)為研磨墊的材質(zhì)具有對190～3500nm范圍波長光的透過性、或者是研磨墊的一部分由該具有透光性的材質(zhì)形成。后者是例如把該研磨墊的部件成形為小片、作為用來透過光的窗部而插入到其他不具有充分的透光性的研磨墊的一部分上。
這樣，由于研磨墊或其一部分會透過190～3500nm范圍波長的光線，因此經(jīng)過研磨墊向被研磨物的研磨面照射光，并檢測其反射率的變化，從而可以管理研磨終點(diǎn)。本發(fā)明中，透過190～3500nm范圍波長的光線通常是指露出有機(jī)纖維之前的研磨墊或其一部分的該波長光線的透過率為10～100％。優(yōu)選該透過率為30～100％。
作為用于具有這樣透光性的材質(zhì)的基體樹脂，優(yōu)選屬于彈性模量比較高的類別的樹脂，上述的各樹脂可以沒有特別限制地使用。尤其是如果使用半結(jié)晶性熱塑性高分子樹脂，則可以得到耐磨耗性優(yōu)異的高耐久性的研磨墊。另外，該樹脂優(yōu)選為實(shí)質(zhì)上沒有發(fā)泡孔的形態(tài)。這是因?yàn)?，具有發(fā)泡孔的形態(tài)會妨礙透光，有損晶片研磨狀態(tài)的檢測。作為有機(jī)纖維優(yōu)選單獨(dú)或者主要成分為芳綸纖維。
制造方法與上述的制造方法相同，通過把各成形物對應(yīng)于規(guī)定研磨裝置的平臺形狀而切割成圓形等，可以形成研磨墊，或者把該成形物加工成小片，作為透光性窗部而插入切取了一部分的其他透光性低的研磨墊，形成可檢測光的研磨墊。對于后者的情況，為了提高本發(fā)明的效果，優(yōu)選插入窗部的透光性低的研磨墊也同樣由含有有機(jī)纖維的樹脂板等形成，但是對于纖維含量沒有特別限制。另外，插入的窗部在研磨時(shí)需要在墊表面與被研磨物接觸。這是因?yàn)椋绻安颗c被研磨物之間的間隙大，則研磨液會流入，導(dǎo)致透過來的光發(fā)生散射，從而妨礙光檢測。窗部的形狀沒有特別限制，但其尺寸需要能夠確保進(jìn)行光檢測的研磨裝置附帶的由光照射和檢測傳感器所構(gòu)成的系統(tǒng)工作所需的光路的面積，并且優(yōu)選為研磨墊表面全體的0.1～10％左右的面積。
下面，說明使用本發(fā)明研磨墊的研磨方法。
本發(fā)明的研磨方法是將被研磨物的被研磨面按壓到上述本發(fā)明中任一研磨墊的有機(jī)纖維露出面上，一邊向被研磨面和研磨墊之間供給研磨液，一邊使被研磨物和墊相對地滑動，以研磨被研磨面的研磨方法。
作為被研磨物，在淺槽隔離工序中可以舉出如下基片制作由氮化硅膜成形的器件圖案后，刻蝕Si露出部，在其上通過TEOS(四乙基原硅酸鹽)-等離子體CVD法等形成氧化硅膜。另外在鑲嵌法中可以舉出如下基片在采用干刻蝕形成有貫通孔和配線溝槽的層間絕緣膜上成長可完全覆蓋開口部和內(nèi)壁的阻隔導(dǎo)體膜，進(jìn)而在其上成長Cu膜，從而完全埋入開口部。
用于本發(fā)明研磨方法的CMP研磨液沒有特別限制，例如，作為絕緣膜用研磨液，可以舉出將由氧化鈰粒子(鈰土)或氧化硅(硅石)與分散劑構(gòu)成的組合物分散到水等分散介質(zhì)中，進(jìn)而加入添加劑而得到的物質(zhì)。作為Cu等金屬層用研磨液，可以舉出將硅石、礬土、鈰土、氧化鈦、鋯土及氧化鍺等磨粒、添加劑和防腐劑分散到水中，進(jìn)而添加過氧化物所形成的研磨液。作為磨粒尤其優(yōu)選膠態(tài)硅石粒子或氧化鋁粒子。另外，磨粒粒子含量優(yōu)選為0.1～20重量％。該磨粒粒子的制造方法沒有特別限制，但其平均粒徑優(yōu)選為0.01～1.0μm。如果平均粒徑不足0.01μm，則研磨速度會過于小，如果超過1.0μm，則會容易引起損傷。
研磨的裝置沒有特別限制，可以使用圓托板型研磨裝置、線型研磨裝置。例如，可以使用具有用來保持被研磨物的支架、以及粘附有研磨墊并且安裝有可改變轉(zhuǎn)數(shù)的馬達(dá)等的研磨平臺的普通的研磨裝置。作為其一例，可以使用(株)荏原制作所制造的研磨裝置型號EP0111。
尤其是以光學(xué)方式檢測研磨終點(diǎn)的使用第三實(shí)施方式的研磨墊的研磨方法中，使用該研磨墊，如前面所述使被研磨物和研磨墊相對地滑動，來研磨被研磨面，同時(shí)經(jīng)過研磨墊向被研磨物的研磨面照射波長190～3500nm的光線，通過檢測其反射率的變化來管理研磨終點(diǎn)。
使用第三實(shí)施方式的研磨墊時(shí)，研磨裝置需要像美國Applied Material公司制造的MIRRA研磨裝置那樣具有用來向粘附有研磨墊的平臺照射激光以及檢測反射光的器件。研磨條件沒有特別限制，可以根據(jù)研磨對象而選擇最佳條件。為了精度良好地研磨，在淺槽隔離工序中針對氮化硅膜的露出、在鑲嵌法中針對阻隔膜的露出檢測照射到晶片表面的光的反射，從而在研磨裝置側(cè)管理研磨終點(diǎn)。此時(shí)，控制研磨進(jìn)程的程序是事先裝入到研磨裝置。
為了把本發(fā)明的研磨墊固定在研磨裝置的平臺上，可以在研磨面的反側(cè)使用雙面膠帶等粘接劑。另外，也可以隔著由發(fā)泡聚氨酯等構(gòu)成的低彈性模量的襯墊來安裝。
為了在將被研磨物的被研磨面按壓到研磨墊上的狀態(tài)使研磨墊和被研磨物相對地滑動來研磨，具體來說可以移動被研磨物和研磨平臺中的至少一者。除了將研磨平臺旋轉(zhuǎn)以外，還可以旋轉(zhuǎn)或滑動支架來研磨。另外，可以舉出使研磨平臺行星式旋轉(zhuǎn)的研磨方法、使帶狀的研磨墊在長度方向以一個(gè)方向直線狀移動的研磨方法等。這里，支架可以是固定、旋轉(zhuǎn)、搖動的任意狀態(tài)。這些研磨方法只要是使研磨墊和被研磨物相對地移動的方法，則可以根據(jù)被研磨面或研磨裝置而適當(dāng)選擇。
研磨條件沒有特別限制，但優(yōu)選根據(jù)被研磨物適當(dāng)選擇。例如，為了使被研磨物不至于飛出，研磨平臺的旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)選為200rpm或200rpm以下的低速旋轉(zhuǎn)；施加到被研磨物的壓力則優(yōu)選為研磨后不產(chǎn)生損傷的壓力，例如當(dāng)被研磨面為銅時(shí)優(yōu)選約為50kPa或50kPa以下。另外，使用具有低介電常數(shù)層間絕緣膜的被研磨物時(shí)，優(yōu)選為20kPa或20kPa以下。
研磨過程中，用泵等連續(xù)地向研磨墊和被研磨面之間供給研磨液。該供給量沒有特別限制，但優(yōu)選研磨墊表面時(shí)常由研磨液覆蓋。由研磨引起的墊或所露出有機(jī)纖維的磨損，將通過進(jìn)行修整而再生來維持。研磨結(jié)束后的被研磨物，優(yōu)選用流水充分清洗后，使用甩干機(jī)等甩掉附著在研磨面上的水滴，并干燥。
下面，作為本發(fā)明研磨方法的一個(gè)方案，按照半導(dǎo)體器件的配線形成工序，說明上述被研磨面由在形成有配線或溝槽的絕緣層上覆蓋阻隔導(dǎo)體層、還有銅等金屬層的層積體所構(gòu)成的研磨方法。
作為上述金屬層，可以舉出由銅、銅合金、銅的氧化物、銅合金的氧化物組成的組(以下稱作銅及其化合物)、鎢、鎢合金、銀、金等金屬為主成分的物質(zhì)，優(yōu)選銅及其化合物等銅為主成分的金屬層。
作為被金屬層覆蓋的阻隔導(dǎo)體層(以下叫做阻隔層)，在上述金屬中，優(yōu)選是對于上述銅及其化合物尤其是對銅和銅合金的阻隔層。阻隔層是為了防止金屬層向絕緣膜中擴(kuò)散，以及提高絕緣膜與金屬層的密合性而形成的。該導(dǎo)體的組成可以舉出鉭、鈦、鎢及它們的氮化物、氧化物、合金等化合物等。
作為絕緣膜可以舉出硅系覆膜或有機(jī)聚合物膜的層間絕緣膜。作為硅系覆膜可以舉出二氧化硅、氟硅酸鹽玻璃、以三甲基硅烷或二甲氧基二甲基硅烷為起始原料而得到的有機(jī)硅酸鹽玻璃、氧氮化硅、氫化倍半硅氧烷等硅系覆膜、碳化硅及氮化硅。另外，作為有機(jī)聚合物膜可以舉出全芳香族系低介電常數(shù)層間絕緣膜。尤其優(yōu)選層間絕緣膜的介電常數(shù)小于等于2.7。
首先，在硅基片上層積二氧化硅等層間絕緣膜。接著，通過形成抗蝕劑層，刻蝕等公知的方法，在層間絕緣膜表面形成規(guī)定圖案的凹部(基片露出部)，制成具有凸部和凹部的層間絕緣膜。在該層間絕緣膜上，采用蒸鍍法或CVD法沿著表面的凹凸，成膜用來覆蓋層間絕緣膜的鉭等阻隔層。進(jìn)而，采用蒸鍍法、鍍金法或CVD法等形成用來覆蓋阻隔層的銅等金屬層，以填充所述凹部。
接著，用本發(fā)明的研磨墊，邊供給研磨液邊采用CMP來研磨該基片表面的金屬層(第一個(gè)研磨工序)。由此，基片上的凸部的阻隔層露出到表面，凹部中殘留所述金屬膜，得到期望的配線圖案。進(jìn)行該研磨時(shí)，與金屬層一起同時(shí)研磨掉一部分凸部阻隔層也可以。第二個(gè)研磨工序中，使用可研磨金屬層、阻隔層及層間絕緣膜的研磨液，采用CMP來至少研磨所述露出的阻隔層及凹部的金屬層。凸部阻隔層下面的層間絕緣膜完全露出，而在凹部殘留將成為配線層的金屬層，在凸部與凹部的界限露出阻隔層的斷面而得到期望圖案時(shí)結(jié)束研磨。本發(fā)明的研磨墊至少用于第二個(gè)研磨工序，優(yōu)選如本實(shí)施方式也用于第一個(gè)研磨工序。
為了確保研磨結(jié)束時(shí)的更優(yōu)異的平坦性，也可以進(jìn)一步進(jìn)行過研磨(例如，當(dāng)?shù)诙€(gè)研磨工序中，至得到期望圖案的時(shí)間為100秒時(shí)進(jìn)一步追加50秒研磨的情況就稱作過研磨50％。)，研磨至包括凸部層間絕緣膜的一部分的深度。
本發(fā)明的研磨墊以及使用其的研磨方法，除了上述的埋入絕緣層復(fù)合開口部的、主要含有Cu、Ta、TaN和Al等金屬的膜以外，還可以適用于研磨在規(guī)定的配線板上形成的氧化硅膜、玻璃、氮化硅等無機(jī)絕緣膜、主要含有多晶硅的膜、光掩?！ね哥R·棱鏡等光學(xué)玻璃、ITO等無機(jī)導(dǎo)電膜、由玻璃和結(jié)晶材料構(gòu)成的光集成電路·光開關(guān)元件·光導(dǎo)·光纖的端面、閃爍器等光學(xué)用單晶、固體激光器單晶、藍(lán)色激光器LED用藍(lán)寶石基片、SiC、GaP、GaAs等半導(dǎo)體單晶、磁器件用玻璃或氧化鋁基片、磁頭等。
實(shí)施例下面，根據(jù)實(shí)施例說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1有機(jī)纖維使用聚對苯二甲酰對苯二胺纖維(杜邦公司制商品名“凱芙拉(Kevlar)”，纖維直徑12.5μm，纖維長度3mm)，基體組合物使用ABS樹脂球粒，用擠出成形機(jī)熔融混合，制成片劑。這里，聚對苯二甲酰對苯二胺纖維是調(diào)節(jié)成為10重量％。把片劑用大型干燥機(jī)在120℃干燥5小時(shí)后，用擠出成形機(jī)及軋輥，制成厚度1.2mm且寬度為1m的片狀成形品。在上面以1 5mm間隔的格子狀形成深度0.6mm、寬度2.0mm的矩形截面形狀的溝，然后切割成圓形。進(jìn)而，在進(jìn)行了溝加工的面的相反側(cè)粘接雙面膠帶，制成研磨墊。
實(shí)施例2除了基體組合物是以50∶50∶100的重量比混合聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯系彈性體以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行，得到研磨墊。
實(shí)施例3除了基體組合物是使用聚丙烯以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行，得到研磨墊。
比較例1除了不使用有機(jī)纖維以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行，制作研磨墊。
比較例2準(zhǔn)備發(fā)泡聚氨酯制研磨墊。
把上述研磨墊分別安裝到研磨裝置的平臺上，用附有#160號金剛石磨石的砂紙修整機(jī)，對表面進(jìn)行30分鐘的粗糙化。
研磨液的調(diào)制作為用于銅的研磨液，使用無磨粒研磨劑(日立化成工業(yè)株式會社制，商品名HS-C430漿液)，以及在其中添加二次粒子的平均粒徑為35nm的膠體氧化硅而調(diào)制成0.37重量％的有磨粒研磨劑。使用時(shí)，兩者都是以體積比混合成研磨液∶過氧化氫水＝7∶3。
基片的研磨使用在實(shí)施例和比較例制作的研磨墊和上述研磨液，如下所述研磨無配線或形成有配線的硅晶片基片，測定研磨速度、研磨損傷以及作為平坦性指標(biāo)的凹陷。
即，在研磨裝置的用于安裝晶片的粘附有吸附墊的支架上，安裝上述晶片。并且，在所述研磨裝置的研磨平臺上，粘附在實(shí)施例和比較例制作的研磨墊，在其上面使被研磨面朝下地把支架安裝到研磨裝置。以150cc/分鐘供給上述研磨液，以38rpm旋轉(zhuǎn)平臺和晶片，以加工荷重4×104Pa研磨，并評價(jià)。將結(jié)果示于表1。
研磨速度的評價(jià)使用形成有厚度1μm的銅膜且沒有形成配線的帶有二氧化硅膜層硅晶片基片(直徑13cm)，進(jìn)行2分鐘研磨。用ナプソン株式會社制RT-7型號測定電阻值，從電阻率計(jì)算膜厚，求出CMP前后的膜厚差，計(jì)算研磨前后的銅膜厚度。將結(jié)果示于表1。
研磨損傷的評價(jià)使用評價(jià)了研磨速度的晶片，目測評價(jià)損傷。將結(jié)果一并示于表1。
○研磨后的被研磨面的損傷少于5個(gè)×研磨后的被研磨面的損傷多于等于5個(gè)凹陷量在硅晶片上形成厚度300nm的二氧化硅膜，在二氧化硅中形成配線密度50％、深度0.5μm的溝，采用公知的濺射法形成厚度50nm的氮化鉭膜作為阻隔層，同樣地采用濺射法形成1.0μm銅膜，并采用公知的熱處理埋入，形成具有配線金屬部(銅)寬度100μm與絕緣膜(二氧化硅)部寬度100μm交互排列的條狀圖案部的表面形狀的硅基片(直徑13cm)，作為被研磨物準(zhǔn)備。
使用該被研磨物，進(jìn)行由銅膜的研磨和阻隔層的研磨構(gòu)成的兩個(gè)階段研磨，用觸針式段差計(jì)(Veeco/Sloan公司制Dektak3030)，從上述條狀圖案部的表面形狀，測定對于絕緣膜部的配線金屬部的膜減量。將結(jié)果一并示于表1。這里，表中的“無法測定”是表示，由于研磨速度低而無法研磨基片、或者研磨損傷過多而無法測定的狀態(tài)。
在實(shí)施例1和比較例1制作的研磨墊為，基體樹脂相同，不同之處為含有或不含有纖維。本發(fā)明研磨墊實(shí)施例1與不含有有機(jī)纖維的比較例1相比，抑制了損傷的產(chǎn)生，效果良好。比較例1中研磨損傷嚴(yán)重，無法測定凹陷?？梢灾廊绻趯?shí)施例中使用無磨粒研磨劑，則幾乎無法研磨，而采用研磨速度高的與比較例1或比較例2不同的研磨裝置構(gòu)就可以研磨。
表1

接著，研磨液使用在上述研究中研磨速度高的有磨粒研磨劑，并且使加工荷重為2×104Pa，除此以外與上述相同地研磨，并將評價(jià)結(jié)果示于表2。這里，從表2可以確認(rèn)實(shí)施例中與上述研磨條件幾乎沒有研磨速度之差，即使低荷重即低摩擦力也可以研磨。另一方面，在比較例中如果是如該條件的低荷重，研磨速度就極端下降。
表2

從上述研究可以知道，如果使用本發(fā)明的研磨墊，進(jìn)行CMP時(shí)就可以在減少對絕緣層的負(fù)荷的同時(shí)提高平坦性。
接著，利用實(shí)施例說明適用于經(jīng)過研磨墊向半導(dǎo)體晶片表面照射光、檢測其反射率的變化以管理研磨終點(diǎn)的研磨工序的本發(fā)明研磨墊，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
準(zhǔn)備用來制作研磨墊的以下板材1～3。
板材1有機(jī)纖維使用聚對苯二甲酰對苯二胺纖維(杜邦公司制“凱芙拉”，纖維直徑12.5μm，纖維長度3mm)，基體樹脂使用AS樹脂球粒(日本エイアンドエル株式會社制，商品名“ライタツクA-100PC)，用擠出成形機(jī)熔融混合，制成片劑。這里，聚對苯二甲酰對苯二胺纖維是調(diào)節(jié)成為5重量％。把片劑用大型干燥機(jī)在120℃干燥5小時(shí)后，用擠出成形機(jī)及軋輥，制成厚度1.2mm且寬度為1m的片狀成形品。
板材2把AS樹脂球粒(同上)用擠出成形機(jī)熔融混合，制成片劑。把該片劑用大型干燥機(jī)在120℃干燥5小時(shí)后，用擠出成形機(jī)及軋輥，制成厚度1.2mm且寬度為1m的片狀成形品。該板材不含有有機(jī)纖維。
板材3混合對位系芳綸纖維切碎物(纖維直徑12.5μm，纖維長度5mm，杜邦公司制“凱芙拉”)和對位系芳綸纖維漿(纖維直徑1μm，纖維長度1mm，杜邦公司制“凱芙拉”)和間位系芳綸纖維切碎物(纖維直徑25μm，纖維長度6mm，軟化溫度280℃，帝人(株)制“コ一ネツクス”)，噴霧水溶性環(huán)氧樹脂粘合劑(玻璃化轉(zhuǎn)移溫度110℃，大日本油墨化學(xué)工業(yè)(株)制，商品名“Vコ一ト”)的20重量％水溶液，進(jìn)行加熱干燥(150℃，3min)，進(jìn)而，使其通過一對熱輥之間(溫度300℃，線壓力196kN/m)而加熱壓縮，得到將間位系芳綸纖維切碎物熱熔接在對位系芳綸纖維切碎物的無紡布。單位質(zhì)量為70g/m2，對位系芳綸纖維切碎物/對位系芳綸纖維漿/間位系芳綸纖維切碎物/環(huán)氧樹脂粘合劑的混合質(zhì)量比為58/17/8/17。
固化劑使用二氰二酰胺，固化促進(jìn)劑使用混合有2-乙基-4甲基咪唑的雙酚A型環(huán)氧樹脂(油化シエル(株)制，商品名“EP-828SK”)清漆。為了調(diào)節(jié)清漆，對于100重量份雙酚A型環(huán)氧樹脂，使用20重量份固化劑、0.1重量份固化促進(jìn)劑、40重量份作為溶劑的甲基乙基酮。
把該清漆浸漬于所述的芳綸纖維無紡布，加熱干燥(170℃，5min)制成預(yù)浸料。該預(yù)浸料是調(diào)節(jié)樹脂附著量為加熱加壓成形后的厚度成為0.08mm。芳綸纖維無紡布的含量為60重量％。
在重疊了12張?jiān)擃A(yù)浸料的預(yù)浸料層的兩個(gè)表面配置脫模薄膜(厚度50μm的聚丙烯薄膜)，用不銹鋼制鏡面板夾住，把其多組投入到加壓熱板間，在與熱板之間隔著由牛皮紙層構(gòu)成的厚度10mm的緩沖材料，進(jìn)行加熱加壓成形(溫度170℃，壓力300kPa，時(shí)間120min)，得到厚度1.0mm的層積板。
實(shí)施例3使用板材1，加工成φ500mm的圓板狀，在表面加工為了使研磨時(shí)供給的研磨液經(jīng)過用來保持晶片的夾具下面，流入晶片下面的溝(格子狀，溝寬2mm，溝間隔15mm，溝深0.6mm)，在其相反側(cè)的面粘附雙面膠帶而制成研磨墊。
實(shí)施例4把板材1加工成長56mm、寬19mm、且在角上具有半徑(曲率半徑1.0mm)的矩形小片。接著，使用板材3，與實(shí)施例3同樣地加工成φ500mm的圓板狀，在其表面進(jìn)行溝加工。把該圓板的從中心朝圓周的半徑的中間點(diǎn)挖成長56mm、寬19mm、且在角上具有與上述相同的半徑的矩形孔，并使長度方向處于半徑側(cè)。在該圓板的孔插入前面所述的由板材1構(gòu)成的矩形小片，作為檢測光用透光窗。最后在溝加工面的相反側(cè)粘附雙面膠帶而制成研磨墊。
以往例1準(zhǔn)備了由發(fā)泡聚氨酯系樹脂構(gòu)成的研磨墊，即具有由長56mm、寬19mm、且在角上具有半徑的矩形透明樹脂板構(gòu)成的檢測光用透光窗的市售品(厚度1.2mm，ロデ一ル公司制“IC-1000/Suba-400”)。
比較例3對板材2進(jìn)行與實(shí)施例3相同的加工，而制作研磨墊。
參考例1對板材3進(jìn)行與實(shí)施例3相同的加工，而制作研磨墊。該研磨墊不具有如實(shí)施例4的窗部。
測定這些實(shí)施例、以往例、參考例及比較例的研磨墊的透光率。對于具有透光窗的研磨墊是在窗部進(jìn)行測定，對于不具有透光窗的研磨墊則是用研磨墊本體的板材進(jìn)行測定。使用島津制作所(株)制分光光度計(jì)UV-2200測定透過率，設(shè)定測定波長為670nm。這里，測定值是使用朗伯-比爾定律換算成板厚1mm的透過率。
研磨裝置是使用美國Applied Material公司制MIRRA機(jī)，把各研磨墊粘附并固定在φ500mm的平臺上。具有檢測光用透光窗的研磨墊被對準(zhǔn)成，研磨裝置的平臺的窗與研磨墊的窗不錯(cuò)位。把各研磨墊粘附到平臺上后，對附屬于該研磨裝置的墊控制構(gòu)件安裝旭ダイヤモンド(株)制金剛石打磨機(jī)(磨粒#170，有丙烯酸涂層)，以9LB修整15分鐘。此時(shí)，觀察各研磨墊的表面狀態(tài)的結(jié)果，實(shí)施例3和參考例1的研磨墊可以看到表面露出了纖維(露出長度500μm左右)。實(shí)施例4的研磨墊也具有窗部，墊表面全體可以看到同樣露出纖維(露出長度500μm左右)。以往例1和比較例3的研磨墊則看不到這種露出纖維。
在表3總結(jié)了這些實(shí)施例、以往例、參考例及比較例的研磨墊的構(gòu)造、表面狀態(tài)及透光率。
表3

采用如上所述安裝到研磨裝置的各實(shí)施例、以往例、參考例及比較例的研磨墊和CMP研磨液，如下述實(shí)施硅晶片(絕緣膜覆蓋晶片及TEG晶片)的研磨，按照以下觀點(diǎn)評價(jià)其特性。將這些評價(jià)結(jié)果示于表4。
研磨損傷數(shù)量的評價(jià)在φ200mm硅晶片上采用TEOS-等離子體CVD法形成1μm的氧化硅膜，把該覆蓋晶片安裝到研磨裝置上。此時(shí)，晶片被保持在頭部，使氧化硅膜面與平臺上的研磨墊接觸。把研磨過程中施加到晶片表面的研磨壓力設(shè)定為21kPa(3PSI)，以氧化鈰系研磨液(日立化成工業(yè)(株)制HS-8005)供給量40mL/min及添加劑(日立化成工業(yè)(株)制HS-8102GP)供給量160mL/min進(jìn)行混合，邊滴落到平臺上，邊使平臺以100rpm、使頭以90rpm旋轉(zhuǎn)，研磨1分鐘晶片上的氧化硅膜。用純水充分清洗研磨后的硅晶片，然后干燥，用顯微鏡在暗視野觀察晶片表面全體，計(jì)數(shù)研磨損傷。
研磨速度的評價(jià)用光干涉式膜厚測定裝置測定結(jié)束研磨損傷數(shù)量評價(jià)的各覆蓋晶片的氧化硅膜厚度，從與研磨前測定的氧化硅膜厚度之差求出平均研磨速度。
均勻性的評價(jià)與研磨速度的測定相同，對于在各覆蓋晶片面內(nèi)的直行的直徑上從端部5mm到8mm上的45個(gè)點(diǎn)，測定各處的氧化硅膜的研磨速度，從標(biāo)準(zhǔn)偏差(1δ)求出研磨速度的不均勻度(1δ/平均研磨速度×100)。
可否終點(diǎn)管理的評價(jià)在φ200mm硅晶片上，用厚度100nm的氮化硅膜制作寬度和間隔為25～2000μm的線等圖案，然后將Si露出部以350nm深度刻蝕，在該晶片上用TEOS-等離子體CVD法形成氧化硅膜600nm，制作在表面具有450nm凹凸的TEG晶片。把該晶片用與前面所述的覆蓋晶片相同的條件研磨時(shí)，使用評價(jià)時(shí)所使用的研磨裝置(Applied Material Technology公司制MIRRA)附帶的、根據(jù)激光的ISRM終點(diǎn)管理系統(tǒng)，判斷可否檢測氮化硅膜的露出情況。
平坦性的評價(jià)由上述終點(diǎn)管理檢測氮化硅膜的露出情況，用觸針式段差計(jì)Dektak3030(SLOAN公司制)測定結(jié)束研磨的TEG晶片的氮化硅膜線(寬度100μm)與相鄰的氧化硅膜線(寬度300μm)的表面段差。
表4

從表4的實(shí)施例3及4的結(jié)果可以知道，通過使用本發(fā)明的研磨墊，可以根據(jù)光檢測管理終點(diǎn)，并且通過與以往例1及比較例3比較就可以知道，可以根據(jù)有機(jī)纖維的效果抑制產(chǎn)生研磨損傷。并且，還知道此時(shí)研磨速度高，均勻性也充分。另外，參考例1的研磨墊在研磨評價(jià)中所使用的TEG晶片時(shí)，通過光照射檢測終點(diǎn)時(shí)沒有看到有充分顯著的反射率的變化。這與參考例1的研磨墊在前面的研究中透光率低的結(jié)果是相應(yīng)的。
接著，說明有關(guān)最大露出纖維長度的實(shí)施例。
實(shí)施例5對于由纖維直徑12.5μm、纖維長度5mm的聚酯纖維構(gòu)成的單位質(zhì)量為70g/m2的無紡布(日本バイリ一ン(株)制“EPM-4070TE”)，浸漬下述清漆，在170℃干燥5分鐘，制成預(yù)浸料。
清漆是，對于100重量份雙酚A型環(huán)氧樹脂，加入20重量份固化劑二氰二酰胺、0.1重量份固化促進(jìn)劑2-乙基-4甲基咪唑，溶解到40重量份甲基乙基酮而制作的。
層積20張上述預(yù)浸料，在上下配置脫模薄膜(聚丙烯，厚度50μm)，用鏡面板夾住。隔著厚度10mm的緩沖紙?jiān)诩訅簾岚逯g進(jìn)行加熱加壓成形。這里，成形條件為，175℃、400kPa、120分鐘。其結(jié)果，得到了厚度1.5mm的層積板。層積板全體的纖維含量為50重量％。將其切成圓形，對表面用#70的金剛石磨石削入表面后，加工溝，制成研磨墊。這里，形成了間隔為15mm的格子狀溝，溝的寬度為2mm、深度為0.6mm。
實(shí)施例6
除了交替層積實(shí)施例5所示的預(yù)浸料10張和未浸漬樹脂的聚酯無紡布10張以外，與實(shí)施例5同樣地進(jìn)行，得到厚度1.5mm的層積板。層積板全體的纖維含量為70重量％。然后，與實(shí)施例5相同地削入表面，加工溝，制成研磨墊。
實(shí)施例7除了所使用的纖維是單位質(zhì)量為130g/m3的聚酯織造布(旭化成(株)制“BKEポプリン”，纖維直徑9μm)以外，與實(shí)施例5同樣地進(jìn)行，制作研磨墊。本實(shí)施例中，層積板全體的纖維含量為50重量％。
實(shí)施例8有機(jī)纖維使用纖維直徑12.5μm、纖維長度3mm的聚酯纖維(日本バイリ一ン(株)制)，基體組合物使用ABS樹脂球粒，用擠出成形機(jī)熔融混合，制成片劑。這里，調(diào)節(jié)成纖維含量為10重量％。把片劑用大型干燥機(jī)在120℃干燥5小時(shí)后，用擠出成形機(jī)及軋輥，制成厚度1.2mm且寬度為1m的片狀成形品。在上面以15mm間隔的格子狀形成深度0.6mm、寬度2.0mm的矩形截面形狀的溝后，切成圓形。進(jìn)而，在進(jìn)行了溝加工的面的相反側(cè)粘接雙面膠帶后，用#70的金剛石磨石將表面粗糙化，制成研磨墊。
參考例2混合對位系芳綸纖維切碎物(纖維直徑12.5μm，纖維長度5mm，帝人(株)制“テクノ一ラ”)和間位對位系芳綸纖維切碎物(纖維直徑25μm，纖維長度6mm，帝人(株)制“コ一ネツクス”)，對其噴霧水溶性環(huán)氧樹脂粘合劑(大日本油墨化學(xué)工業(yè)(株)制，商品名“Vコ一ト”)的20重量％水溶液后，在150℃干燥3分鐘，得到70g/m2的無紡布，進(jìn)而，使該無紡布通過溫度300℃、線壓力196kN/m的熱輥之間，加熱壓縮而得到無紡布。除了使用該無紡布以外，與實(shí)施例5同樣地進(jìn)行，制作研磨墊。另外，表面是用#150的金剛石磨石削入。本參考例中，層積板全體的纖維含量為50重量％。
比較例4使用厚度1.5mm的ABS(丙烯腈-丁二烯橡膠-苯乙烯共聚物)板，切成圓形，在表面加工間隔為15mm的格子狀溝，溝的寬度為2mm、深度為0.6mm。然后，用#70的金剛石磨石將表面粗糙化，制成研磨墊。
參考例3除了用#70的金剛石磨石削入表面以外，與實(shí)施例8同樣地進(jìn)行，制作研磨墊。
觀察表面用SEM(掃描電子顯微鏡)以100倍和200倍觀察墊表面的任意5個(gè)地方，測量所露出纖維的最大長度。
研磨液作為研磨液，按照以下方法準(zhǔn)備CMP漿液。
把2kg碳酸鈰水合物放入白金制容器內(nèi)，在800℃空氣中燒結(jié)2小時(shí)，對所得到氧化鈰粉末1kg，使用噴射式磨機(jī)進(jìn)行干式粉碎。在其中混合聚丙烯酸銨鹽水溶液(40重量％)23g和脫離子水8977g，邊攪拌邊施加10分鐘超聲波分散。把得到的漿液用1微米過濾器過濾，進(jìn)而加入脫離子水得到5wt％漿液。漿液pH為8.3。為了用激光衍射粒度分布儀測定漿液的粒子，稀釋成適當(dāng)濃度而測定的結(jié)果，粒徑的D99％為0.99μm。
研磨方法與研磨特性的評價(jià)準(zhǔn)備在φ127mm的Si基片上采用TEOS-等離子體CVD法形成2μm的氧化硅膜的覆蓋晶片，以及在φ200mm的Si基片上設(shè)置配置有正方形凸部的溝槽、在其上采用TEOS-等離子體CVD法形成600μm的Si3N4膜和氧化硅膜的測試晶片。溝槽是使用深度為0.35μm、密度為凸部60％、溝槽寬度為500μm的部分。
在研磨裝置的用于安裝晶片基片的粘附有吸附墊的支架上，安裝上述晶片，在粘附了如上述制作的研磨墊的φ380mm的平臺上，使絕緣膜面朝下地放置支架，進(jìn)而設(shè)定加工荷重為29kPa(300gf/cm2)。在平臺上一邊以150cc/分鐘的速度滴加上述氧化鈰研磨液，一邊以38rpm旋轉(zhuǎn)兩分鐘平臺和晶片，來研磨絕緣膜。用純水充分清洗研磨后的晶片，然后干燥。用光干涉式膜厚測定裝置測定研磨前后的膜厚之差，求出研磨速度。關(guān)于研磨損傷，用顯微鏡在暗視野觀察研磨后的晶片表面，計(jì)數(shù)晶片表面存在的由研磨引起的損傷。
另外，關(guān)于平坦性的評價(jià)，削掉TEG晶片的凸部和凹部的段差1μm，測定凸部Si3N4膜露出之前的最終段差。另外，對TEG晶片的上述溝槽部，用觸針式段差計(jì)測定凹陷。
在表5表示實(shí)施例、參考例及比較例的研磨特性。含有本發(fā)明聚酯纖維的實(shí)施例5、6、7及8，與含有高硬度纖維芳綸纖維的參考例2相比，容易減小露出纖維長度，平坦性優(yōu)異，還沒有研磨損傷。另外，將實(shí)施例5、6、7及8與不含有纖維的比較例4比較就可以清楚地知道，研磨速度提高，并且還沒有研磨損傷。
表5

從表5可以知道，如果使用最大露出纖維長度小于等于0.1mm的研磨墊，就可以沒有研磨損傷地提高平坦性、溝槽部的耐凹陷性，可以有效進(jìn)行以層間絕緣膜、BPSG膜的平坦化、淺槽隔離的形成為代表的半導(dǎo)體形成工藝。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如果使用本發(fā)明的研磨墊或者由本發(fā)明的制造方法制作的研磨墊進(jìn)行CMP，可以通過研磨墊的在被研磨物側(cè)表面露出的有機(jī)纖維，抑制被研磨物產(chǎn)生細(xì)小的研磨損傷。由此，可以在低荷重條件下進(jìn)行平坦的研磨。另外，也可以采用以光學(xué)方法檢測被研磨物的研磨狀態(tài)的系統(tǒng)，在沒有研磨損傷的條件下管理被研磨物的研磨終點(diǎn)。因此，可以提高被研磨物的生產(chǎn)率以及成品率。
因此，在例如半導(dǎo)體裝置的制造工序中，可以進(jìn)行對層間絕緣膜的負(fù)荷小且平坦性也優(yōu)異的研磨，容易地實(shí)施下一代的雙重鑲嵌法。
權(quán)利要求
1.一種研磨墊，其特征在于，由含有有機(jī)纖維的纖維和保持該纖維的基體樹脂構(gòu)成，并且至少在被研磨物側(cè)表面露出有機(jī)纖維。
2.一種研磨墊，其特征在于，由含有有機(jī)纖維的纖維和保持該纖維的基體樹脂構(gòu)成，并且至少在修整處理后的被研磨物側(cè)表面露出有機(jī)纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的研磨墊，其特征在于，所述基體樹脂至少含有一種熱塑性樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，所述基體樹脂由半結(jié)晶性熱塑性樹脂構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，所述基體樹脂中分散有彈性體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的研磨墊，其特征在于，所述彈性體的玻璃化轉(zhuǎn)移溫度為0℃或0℃以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，纖維是由芳香族聚酰胺構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，含有1～50重量％的有機(jī)纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，有機(jī)纖維的直徑為1mm或1mm以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，有機(jī)纖維的長度為1cm或1cm以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，由在被研磨物側(cè)表面露出的有機(jī)纖維保持研磨粒子。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～11中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，所述露出的有機(jī)纖維的最大露出部長度為0.1mm或0.1mm以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的研磨墊，其特征在于，所述露出的有機(jī)纖維由聚酯構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的研磨墊，其特征在于，在基體樹脂中分散有碎塊狀的聚酯纖維。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的研磨墊，其特征在于，在基體樹脂中層積有聚酯無紡布。
16.根據(jù)權(quán)利要求1、2～4、7、9～11中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，其是在研磨過程中適用于針對被研磨物表面以光學(xué)方式檢測研磨終點(diǎn)的研磨墊，由含有1～20重量％有機(jī)纖維的實(shí)質(zhì)上不發(fā)泡的基體樹脂構(gòu)成，具有輸送和保持研磨漿液粒子的功能，并且可透過190～3500nm范圍波長的光線。
17.根據(jù)權(quán)利要求1、2～4、7、9～11中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，其是在研磨過程中適用于針對被研磨物表面以光學(xué)方式檢測研磨終點(diǎn)的研磨墊，包括可透過190～3500nm范圍波長的光線的部分，該部分由含有1～20重量％有機(jī)纖維的實(shí)質(zhì)上不發(fā)泡的基體樹脂構(gòu)成，并且具有輸送和保持研磨漿液粒子的功能。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的研磨墊，其特征在于，所述有機(jī)纖維是芳綸纖維。
19.一種研磨墊的制造方法，其特征在于，其是粘附到平臺上而使用，以進(jìn)行被研磨面的平坦化的研磨墊的制造方法，包括混合含有有機(jī)纖維的纖維和含有熱塑性樹脂的基體組合物而得到混合物的步驟、將該混合物制成球?；蚱瑒┑牟襟E以及將該球?；蚱瑒┩ㄟ^擠出成形或注塑成形而加工成板狀或片狀的步驟。
20.一種研磨墊的制造方法，其特征在于，其是粘附到平臺上而使用，以進(jìn)行被研磨面的平坦化的研磨墊的制造方法，包括對含有有機(jī)纖維的纖維基材浸漬基體樹脂組合物而制作樹脂浸漬片狀纖維基材的步驟、層積含有該樹脂浸漬片狀纖維基材的片狀纖維基材并實(shí)施加熱加壓成形的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的研磨墊的制造方法，其特征在于，進(jìn)一步包括使表面露出纖維的步驟。
22.一種研磨方法，其特征在于，將被研磨物的被研磨面按壓到權(quán)利要求1～18中的任一項(xiàng)所述的研磨墊的有機(jī)纖維露出面上，一邊向被研磨面和研磨墊之間供給研磨液，一邊使被研磨物和墊相對地滑動，以研磨被研磨面。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的研磨方法，其特征在于，所述被研磨面是由在形成有配線或溝槽的介電常數(shù)小于等于2.7的絕緣層上覆蓋了導(dǎo)體層、還有銅層的層積體構(gòu)成。
24.一種研磨方法，其特征在于，使用權(quán)利要求16～18中的任一項(xiàng)所述的研磨墊，以光學(xué)方式檢測研磨終點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明的研磨墊為，由含有有機(jī)纖維的纖維和保持該纖維的基體樹脂構(gòu)成，并且至少在修整處理后的被研磨物側(cè)表面露出有機(jī)纖維。由此，可以抑制被研磨物產(chǎn)生細(xì)小的研磨損傷，能夠在低荷重條件下進(jìn)行平坦的研磨。另外，也可以采用以光學(xué)方法檢測被研磨物的研磨狀態(tài)的系統(tǒng)，在沒有研磨損傷的條件下管理被研磨物的研磨終點(diǎn)。因此，在例如半導(dǎo)體裝置的制造工序中，可以進(jìn)行對層間絕緣膜的負(fù)荷小且平坦性也優(yōu)異的研磨，容易地實(shí)施下一代的雙重鑲嵌法。
文檔編號B24B37/00GK1768417SQ20048000908
公開日2006年5月3日 申請日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月3日
發(fā)明者鈴木雅雄, 中川宏, 吉田誠人, 西山雅也, 島村泰夫, 平西智雄, 室川芳紀(jì), 巖月保仁, 高橋克治, 向田政信 申請人:日立化成工業(yè)株式會社