专利名称：Cmp用研磨垫片、使用它的基板的研磨方法及cmp用研磨垫片的制造方法
技术领域：
本发明涉及在用于半导体元件制造技术的化学机械研磨(CMP)方法、以及硬盘制造技术中的研磨方法等中使用的CMP用研磨垫片、使用该研磨垫片的基板的研磨方法及研磨垫片的制造方法。
背景技术：
目前的超大规模集成电路中，趋向于提高实装密度，各种各样的微细加工技术正在被研究和开发。设计尺寸已达到次半(サブハ-フ)微米级。为满足这种严格的微细化的要求而开发的技术之一就是CMP(化学机械研磨，Chemical Mechanical Polishing)技术。由于该技术在半导体装置的制造工序中，可完全平坦化施加曝光的层，减轻曝光技术的负担，稳定成品率，因此，是在进行例如层间绝缘膜、BPSG膜的平坦化、浅槽分离(シヤロ一·トレンチ)等时必须的技术。
以往，在半导体装置的制造工序中，作为平坦化由等离子体-CVD(Chemical Vapor Deposition，化学蒸镀法)、低压-CVD等方法形成的氧化硅绝缘膜等无机绝缘膜层的研磨方法，是把形成有研磨膜的基板接触到研磨垫片进行加压，边在研磨膜和研磨垫片之间供给研磨剂，边活动基板或研磨垫片。
此时，作为研磨垫片通常使用发泡聚氨酯系，但在无机绝缘膜的研磨中不具有充分的研磨速度，并且，同时研磨过程中由研磨粒子等引起的氧化膜表面研磨损伤的发生也是大问题。通常使用的发泡或非发泡树脂垫片，降低了垫片表面硬度，有效减少了研磨损伤，但是采用硬度低的材料时，在高效率地进行为制作半导体装置的凹凸平坦化方面存在问题。因此，为了减少研磨损伤和提高平坦性，垫片材料采用了权衡两者的硬度的材质，但还是无法充分消除研磨损伤。
发明内容
本发明提供平坦化在半导体元件制造工序中的层间绝缘膜、BPSG膜、浅槽分离用绝缘膜等的CMP技术中，可以有效并高速地进行氧化硅膜等被研磨物的凹凸平坦化，同时减少基板上研磨损伤发生的研磨垫片及基板的研磨方法。另外，本发明提供上述研磨垫片的制造方法。
本发明是发现在弹性体表面具有极薄的纤维层的CMP研磨剂用垫片可在平坦化层间绝缘膜、BPSG膜、浅槽分离用绝缘膜等的CMP技术中高速地进行氧化硅膜的研磨并且能够减少研磨损伤发生而进行的。
即，本发明涉及一种研磨垫片，其用于研磨基板或在基板上形成的薄膜，其特征为，在该研磨垫片的表面上有机纤维处于露出的状态。
另外，本发明涉及在上述研磨垫片之上层积不同弹性率的层，制成多层结构的研磨垫片。
另外，本发明涉及适合用于制造本发明研磨垫片的研磨垫片材料，其特征在于，由纤维被树脂固定的板状体构成，至少一侧的表层是由有机纤维被树脂固定而实质上并非多孔质的层构成。
另外，本发明涉及有利于构成上述研磨垫片的制造研磨垫片的方法。
即，本发明涉及研磨垫片的制造方法(第一制造方法)，其特征在于，使用由纤维被树脂固定的板状体构成，至少一侧的表层是由有机纤维被树脂固定而实质上并非多孔质的层构成的研磨垫片材料，通过机械研磨该表层的表面，使有机纤维以露出的状态存在于该表层的表面上。
另外，本发明涉及研磨垫片的制造方法(第二制造方法)，其特征在于，使用浸渍树脂片状纤维基材和未浸渍树脂片状纤维基材，层积上述基材，使至少一侧的表面上配置有未浸渍树脂片状纤维基材，使上述表面的未浸渍树脂片状纤维基材由有机纤维构成，通过加热加压成型使其一体化。这样，使有机纤维以露出的状态存在于研磨垫片的至少一侧的表面上。
另外，本发明涉及研磨垫片的制造方法(第三制造方法)，其特征在于，使用浸渍树脂片状纤维基材和未浸渍树脂片状纤维基材，层积上述基材，使至少一侧的表面上配置有未浸渍树脂片状纤维基材，使上述表面的未浸渍树脂片状纤维基材由有机纤维构成，通过加热加压成型使其一体化，形成在表面上未露出有机纤维的研磨垫片材料，机械研磨该研磨垫片材料的配置有未浸渍树脂片状纤维基材一侧的表面，使有机纤维露出。
另外，本发明涉及基板的研磨方法，其特征在于，把给定基板接触到研磨垫片的有机纤维露出的表面，边在基板和研磨垫片之间供给研磨剂，边相对滑动基板和研磨垫片进行研磨。
若使用本发明的在表面上形成有机纤维的纤维露出层的研磨垫片研磨半导体基板，可实现在高研磨速度下进行平坦化以及降低研磨损伤。其原因推断如下。研磨速度高被认为是由于研磨粒子有效保持在垫片表面的纤维间及纤维表面上，提高了与被研磨面的接触频率。另外，被研磨物损伤发生的降低被推测是因为当被认为是损伤发生的主要原因的杂质或研磨粒子中的极大物质夹在被研磨物表面和有机纤维露出层之间时，这些杂质或粒子沉入到纤维束之间，避免了与被研磨物的高应力接触。
由本发明第二制造方法制造的研磨垫片是通过把未浸渍树脂的片状纤维基材(由有机纤维构成)配置在表面来成型，因此，虽然在表面上保持一部分成型时从下层渗出的树脂，但是表面的树脂含量少，从而使表面能够设有有机纤维良好的露出层。渗出到上述表面的树脂确实地固定有机纤维的基部，长期维持有机纤维的露出层。
图1为本发明一个方案的研磨垫片的剖面图。
具体实施例方式
本发明中，在研磨垫片表面上有机纤维露出的状态是指从由弹性体等构成的底层的至少一侧的表面有机纤维突出露出的状态。
使用图1对本发明一个方案的在弹性体表面上形成极薄的纤维露出层的垫片进行说明。图1为表示该本发明研磨垫片的剖面的模式图。有机纤维在由树脂或FRP(纤维强化塑料)构成的弹性体层1上露出，形成极薄的纤维露出层2。
本发明研磨垫片的结构只要是至少在使用时与被研磨物接触的表面上有机纤维露出，则不做特别限制。例如，优选由含有有机纤维的树脂构成的结构。可以使用在表面露出的有机纤维长度小于等于1cm的，但优选小于等于3mm。例如，有机纤维在表面上露出的部分的纤维长度优选10μm～1cm，更优选10μm～3mm，进一步优选50～500μm。另外，在表面上露出的有机纤维的纤维直径优选小于等于1mm，例如优选1μm～1mm，更优选10～50μm。研磨垫片的总厚度优选0.1～5mm，更优选0.5～2mm。
对于研磨垫片表面的有机纤维的露出程度，优选露出上述长度的有机纤维在垫片表面上以大于等于平均1根/mm2而存在，越多越好。另外，露出长度超过上述优选的露出长度的纤维即使在研磨垫片表面上混杂少量例如小于等于平均1根/cm2程度也没有问题。在表面露出的有机纤维的直径由后述材料的有机纤维直径决定，但也可以是进一步集结有机纤维的纤维束绽开而以更细的状态存在。
有机纤维是芳纶、聚酯、聚酰亚胺等材质的有机纤维。当研磨垫片是由含有有机纤维的树脂构成的结构时，底层中可以是把有机纤维的单纤维切断成规定长度的碎块或打浆碎块的浆粕以单个独立的状态存在于树脂中，也可以是以织物或无纺布形态存在于树脂中。但是，研磨垫片的至少一侧的表面需要有机纤维从底层突出露出。无纺布形态的有机纤维由树脂牢固地固定，在表面上露出的部分在研磨垫片表面呈良好的毛绒状态。优选在研磨垫片表面上不显现纹路。
有机纤维优选芳纶纤维(单独使用或作为主要纤维使用)。这是因为，芳纶纤维比一般的有机纤维剪切强度高，在对研磨垫片材料表面进行机械研磨时容易得到良好的纤维露出状态。并且，拉伸强度高，能够提高研磨垫片的耐久性，延长使用寿命。进而，芳纶纤维有对位系和间位系，对位芳纶纤维与间位芳纶纤维相比，纤维自身的力学物性值(拉伸强度等)高，因此，从抑制研磨垫片的摩耗消耗延长寿命的角度来看，优选对位芳纶纤维。对位芳纶纤维的吸湿性也比间位芳纶纤维小，因此，适合于有水分的研磨环境。作为对位芳纶纤维市场上有聚对苯(撑)对苯二甲酰胺纤维和聚对苯(撑)二苯醚对苯二甲酰胺纤维出售，可以使用这些。
另外，纤维露出层(在表面上露出的有机纤维层)的底层优选是弹性率高的树脂基板等的弹性体层，与仅由弹性率低的树脂形成的垫片或在弹性率低的树脂基板表面上粘连有机纤维形成的垫片相比，能够提高凹凸平坦化的效率。而且，用含有与在表面露出的有机纤维相同的有机纤维的树脂即FRP制作底层弹性体层时，由于因研磨产生的摩耗或通过使用研磨装置附带的金刚石砾石等粗糙化垫片表面的修整处理而消失的露出纤维可通过底层树脂中纤维重新露出而再生，维持表面的纤维露出层。这样，可提供兼顾研磨损伤和平坦性，并且，在生产率方面，具有充分耐久性、稳定性的CMP研磨垫片。作为弹性率低的树脂，可以举出聚氨酯、聚乙烯等，作为弹性率高的树脂，可以举出环氧树脂、丙烯酸系树脂、聚苯乙烯等。
另外，也可以层积弹性率不同的树脂或FRP层，使底层成为多层结构。例如，通过在弹性率高的层的表面形成有机纤维的纤维露出层，使该层的下层为弹性率低的层，从而得到使被研磨物基板面内的研磨速度分布稳定的效果。
作为用于本发明的研磨垫片的材质，在表面上露出的有机纤维可以使用如上所述芳纶、聚酯、聚酰亚胺等有机纤维，作为树脂可以使用以环氧树脂为代表的可成型为板状的树脂。作为本发明的研磨垫片的制作方法优选如下，事先混合纤维和热固性树脂制成预成型料，通过对满足需要的片数的预成型料加热加压成型(热压固化)，成型为板状，在成型的同时使有机纤维在表面上露出，或者成型后通过修整处理等机械研磨使有机纤维露出。作为材料使用的有机纤维的纤维直径可以使用小于等于1mm的，但优选小于等于50μm。有机纤维的纤维直径优选1μm～1mm，更优选10～50μm。用于为了使有机纤维在研磨垫片表面上露出而使用的表面预成型料以外的预成型料的纤维可以使用玻璃纤维等无机纤维。此时，无机纤维可以是以规定长度切断单纤维的碎块或者打浆碎块的浆粕，也可以是织物或无纺布的形态。作为热固性树脂，优选双酚A型环氧树脂等环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等，尤其更优选环氧树脂。
使用由含有如上所述加热加压成型得到的有机纤维的树脂构成的研磨垫片材料，通过机械研磨该研磨垫片材料的表面，使有机纤维在表面上露出，形成纤维露出层，可以制造本发明研磨垫片。
例如，用于本发明第一制造方法的研磨垫片材料是由纤维被树脂固定的板状体构成，至少一侧的表层是由有机纤维被树脂固定而实质上并非多孔质的层构成。该研磨垫片材料不仅是表层，也可以整个研磨垫片材料为有机纤维被树脂固定而实质上并非多孔质。表层(或者整个研磨垫片材料中)的有机纤维由材质、形状、纤维直径、纤维长度中的至少一种不同的两种或两种以上有机纤维的组合构成的研磨用垫片，通过选择其纤维的组合方式而起到特有效果。即使是相同纤维材质，若组合相对粗的纤维(直径1.5旦左右，例如直径8～16μm)和相对细的纤维(直径0.1旦左右，例如直径0.5～1.5μm)，通过两种纤维的相互作用可有效确保研磨速度和研磨平坦度两个特性。前者纤维有助于提高研磨速度，后者纤维有助于确保平坦度。例如，对位芳纶纤维的碎块和浆粕的组合。也可以组合相对长的纤维(长度5mm左右，如3～8mm)和相对短的纤维(长度1mm左右，如0.5～2mm)。上述不同有机纤维的组合可以通过采用混合不同种类有机纤维得到的无纺布形态来实现。另外，在研磨垫片材料的厚度方向变化纤维种类时，通过选择其纤维的组合方式来起到特有效果。例如，使用表层采用弹性率高的纤维(如芳纶纤维)、所述表层的内衬层采用弹性率低的纤维(如聚酯纤维)的研磨垫片材料，通过机械研磨使弹性率高的纤维从表层露出时，若用于研磨时应力大的情况，弹性率高的表层不易变形，通过弹性率低的内衬层吸收应力，可使研磨面内各处的研磨速度等同。作为固定有机纤维的树脂可以选择各种树脂，例如，可以举出热塑性树脂丙烯酸系树脂或ABS树脂等，热固性树脂酚醛树脂或环氧树脂或聚酰亚胺等。热固性树脂的弹性率高于热塑性树脂，因此，研磨或修整引起的摩耗少，耐久性优异，所以优选。特别优选粘接性高的环氧树脂。表层中有机纤维的含有率优选大于等于50重量％，更优选70重量％～90重量％。这样，在研磨表层形成纤维露出层时，在研磨垫片表面露出的有机纤维量多，有效减少研磨损伤的发生。
用于本发明第一制造方法的研磨垫片材料的表层使用的有机纤维如上所述，优选无纺布形态。使用以有机纤维无纺布为代表的片状形态的有机纤维基材的研磨垫片材料通过加热加压成型在该有机纤维基材上浸渍树脂并加热干燥得到的预成型料层来制造。可与成型电绝缘用层积板相同地实施，例如，把在有机纤维基材上浸渍热固性树脂并干燥得到的预成型料层用脱模薄膜覆盖并夹入到金属制镜面板中，在压热盘间加热加压成型。预成型料层可以是1片或多片预成型料。可以根据硅基板等被研磨物的种类或研磨条件，变化预成型料的使用片数或适当选择其他纤维基材的预成型料来组合。组合的例子可以举出用芳纶纤维基材预成型料构成表层，用聚酯纤维基材预成型料构成内衬层的研磨用垫片。
作为机械研磨上述研磨垫片材料的表层形成纤维露出层的方法，可以事先使用陶瓷辊、喷沙器等研磨起绒研磨垫片材料表面，也可以在安装到基板的研磨装置中以后，进行上述的修整处理，即使用金刚石砾石削掉由上述板材构成的垫片表面的树脂，使纤维露出。也可以使用钢丝刷、金属刮刀、树脂制刷、玻璃或氧化铝陶瓷板等代替金刚石砾石。
修整处理的条件为，如使用金刚石砾石时，优选附着在金刚石砾石的金刚石粒子为大于等于JIS-B-4130规定的粒子直径的#60号小于等于#400号，更优选大于等于#100号小于等于#320号。修整处理时的压力需要根据使用的研磨机和研磨垫片材料而定，通常为1～20kPa。修整处理时的转速由所用研磨机决定，如AMAT公司的Mirra机(定盘直径50cm)的情况，在10～100rpm左右使用时效率高。
在修整处理形成的表面上露出有机纤维的状态的形成，可以在基板的研磨操作之前事先进行，也可以在每次基板研磨时进行。另外，也可以不进行修整处理，把研磨垫片材料用于基板的研磨，通过与基板的研磨同时进行的研磨垫片表面的摩耗，也可以形成纤维露出层。
本发明的研磨垫片也可以通过在加热加压含有有机纤维及树脂的成型材料时、加热加压以后制成有机纤维在研磨垫片表面露出的成型材料来制造。通过这种方法，可以不进行修整处理等机械研磨，就可以使有机纤维在研磨垫片表面上露出。例如，成型压制树脂或预成型料等FRP材料等的成型材料产生的板状体时，也可以用在成型材料表面押紧无纺布形态等的有机纤维来成型的方法转印有机纤维。本发明的第二制造方法也是该制造方法的一个优选方案。
本发明的第二制造方法中，使用浸渍树脂片状纤维基材和未浸渍树脂片状纤维基材，层积上述基材，使至少一侧的表面配置有未浸渍树脂片状纤维基材，通过加热加压成型使其一体化。此时，用有机纤维构成上述表面的未浸渍树脂片状纤维基材。这样，就可以使有机纤维在表面上以露出的状态存在。
对于用于该制造方法的浸渍树脂片状纤维基材和未浸渍树脂片状纤维基材的各自片数没有特别限制，可以根据目标研磨垫片的厚度适当选择。另外，只要由有机纤维构成的未浸渍树脂片层积位于一侧的表面上，则对这些片状纤维基材的层积顺序不做特别限制。例如，可以层积多个浸渍树脂片状纤维基材再层积至少1片优选1～3片的未浸渍树脂片状纤维基材，也可以交替层积多片浸渍树脂片状纤维基材和多片未浸渍树脂片状纤维基材。
表面的由有机纤维构成的未浸渍树脂片状纤维基材的下层不管是否浸渍树脂，可以使用片状玻璃纤维基材等有机纤维以外的纤维的片状纤维基材，更优选用于下层的浸渍或未浸渍树脂片状纤维基材也是由有机纤维构成。此时，通过研磨产生的摩耗或粗糙化表面的修整而消失的有机纤维的露出将通过下层树脂中的有机纤维重新露出而再生，维持表面的有机纤维露出层。
未浸渍树脂片状纤维基材可以通过纤维自身的熔接力纤维之间粘合而形成，也可以通过使用粘接剂使纤维之间粘合而形成。作为粘接剂，可以使用水溶性环氧树脂粘接剂等由环氧树脂等构成的粘接剂。使用粘接剂时对其使用量不做特别限制，但优选对100重量份纤维使用3～20重量份，更优选5～15重量份。另外，未浸渍树脂片状纤维基材的单位重量优选36～100g/m2，更优选55～72g/m2。
浸渍树脂片状纤维基材是使树脂浸渍到未浸渍树脂片状纤维基材中的物质。浸渍树脂片状纤维基材中的纤维基材的量优选相对于树脂及粘接剂的总计100重量份为60～140重量份，更优选为90～120重量份。
另外，未浸渍树脂片状纤维基材在全体中所占使用比例可考虑研磨垫片中纤维的含有率、尤其是将要接触到被研磨物的表层的有机纤维含有率来决定。根据这种方法，可改变研磨垫片的纤维含有率，因此，不必改变预成型料制造时的树脂浸渍量，通过改变未浸渍树脂片状纤维基材的使用比例可以对应研磨垫片的纤维含有率变化。
加热加压成型中，加热温度通常为150～200℃，优选160～180℃，压力通常为50～500kPa，优选200～400kPa。
另外，根据第二制造方法，即使不进行机械研磨，也能够形成在表面上露出有机纤维的状态，但也可以根据需要进行修整处理等研磨，调整有机纤维的露出状态。
另外，也可以通过变更第二制造方法的工序以使仅用于纤维含量的调整，制造在表面上未露出纤维的研磨垫片材料，然后在该表面上进行上述机械研磨，形成有机纤维的露出状态。这种方法即为第三制造方法，首先，使用浸渍树脂片状纤维基材和未浸渍树脂片状纤维基材，层积上述基材，使在至少一侧的表面上配置有未浸渍树脂片状纤维基材，使上述表面的未浸渍树脂片状纤维基材由有机纤维构成，通过加热加压成型使它们一体化，成型在表面上未露出有机纤维的研磨垫片材料。接着，机械研磨得到的研磨垫片材料的配置有未浸渍树脂片状纤维基材的一侧表面，使有机纤维露出，得到本发明研磨垫片。
本发明基板的研磨方法中，在基板的被研磨面接触本发明研磨垫片的露出有机纤维的表面时，边在基板和研磨垫片之间供给研磨剂(CMP研磨剂)，边相对滑动基板和研磨垫片来研磨。
对本发明中使用的CMP研磨剂不做特别限定，例如，分散由氧化铈粒子、分散剂和水构成的组成物，并进一步添加添加剂来得到，氧化铈粒子的含量优选在大于等于0.5重量％小于等于20重量％的范围。对氧化铈粒子的制造方法不做限制，但优选CMP研磨剂中氧化铈粒子的平均粒径为0.01μm～1.0μm。这是因为若氧化铈粒子的平均粒径不足0.01μm，则研磨速度过低，若超过1.0μm，研磨膜容易发生损伤。
基板可以使用在半导体基板上即形成了电路元件和配线图案的阶段的半导体基板、形成了电路元件的阶段的半导体基板上形成有氧化硅膜层或氮化硅膜层的基板。通过用上述CMP研磨剂研磨在上述半导体基板上形成的氧化硅膜层或氮化硅膜层，可以消除氧化硅膜层表面的凹凸，使整个半导体基板面都成为平滑的面。并且，还能用于浅槽分离。
研磨装置不做特别限制，可使用圆盘形研磨装置、线形研磨装置、波形研磨装置。其中一例是具有保持半导体基板的固定器和粘贴研磨垫片(安装可变化转速的电动机等)的定盘的普通圆盘形研磨装置。研磨条件不做特别限制，可根据研磨对象适当调节。研磨过程中用泵等向研磨垫片连续供给浆料。对于其供给量不做特别限制，但优选研磨垫片表面一直由浆料覆盖。
结束研磨后的半导体基板优选在流水中仔细洗净后，用旋转式脱水机等甩掉附着在半导体基板上的水滴，然后进行干燥。
本发明研磨垫片除了形成于半导体基板上的氧化硅膜外，还可以研磨形成于具有规定配线的配线板上的氧化硅膜、玻璃、氮化硅等无机绝缘膜、多晶硅、主要含有Al、Cu、Ti、TiN、W、Ta、TaN等的膜、光掩膜·镜片·棱镜等光学玻璃、ITO等无机导电膜、由玻璃及晶体材料构成的光集成电路·光开关元件·光波导、光纤的端面、闪烁器等光学用单晶体、固体激光单晶体、蓝色激光LED用蓝宝石基板、SiC、GaP、GaAS等半导体单晶体、磁盘用玻璃或铝基板、磁头等。
下面，根据实施例说明本发明。本发明并不限定于这些实施例。
实施例实施例1～2及比较例1～3(垫片的制作)作为材料的有机纤维准备如下。
混合对位芳纶纤维碎块(纤维直径12.5μm、纤维长度5mm、帝人公司制造的“テクノ-ラ”)和间位芳纶纤维碎块(纤维直径25μm、纤维长度6mm、软化温度280℃、未拉伸，帝人公司制造的“コ-ネツクス(康纳克斯，Conex)”)，喷雾水溶性环氧树脂粘合剂(玻璃转化温度110℃、大日本油墨化学公司制造，商品名Vコ-ト)的20重量％水溶液，加热干燥(150℃、3分钟)制成单位重量70g/m2的无纺布。对位芳纶纤维/间位芳纶纤维/树脂粘合剂的配合重量比为85/5/10。进一步，把该无纺布在一对热辊之间(温度300℃、线压力196kN/m)通过，进行加热压缩，得到把间位芳纶纤维热熔接到对位芳纶纤维上的无纺布芳纶纤维基材1。上述对位芳纶纤维具体来说是聚对苯(撑)3，4-二苯醚对苯二甲酰胺纤维。
作为材料的树脂可准备如下。
首先，准备配合固化剂双氰胺和固化促进剂2-乙基-4-甲基咪唑的双酚A型环氧树脂(油化シエル公司制造，商品名EP-828SK)油漆(A)。调制油漆(A)时，相对于100重量份双酚A型环氧树脂使用20重量份固化剂、0.1重量份固化促进剂、40重量份溶剂甲基乙基酮。
组合纤维和树脂材料制作层积用的预成型料薄片。
将油漆(A)浸渍到芳纶纤维基材1上，加热干燥(170℃，5分钟)制成预成型料。调节树脂附着量使加热加压成型后的厚度为0.1mm。纤维含有率为50重量％。
实施例1在重叠有15片预成型料1的预成型料层的两个表面上配置脱模薄膜(50μm厚的聚丙烯薄膜)，将其夹入到镜面板，通过由牛皮纸层构成的厚度10mm的缓冲材料在加压热盘之间进行加热加压成型(温度175℃，压力400kPa，时间120分钟)，得到厚度1.5mm的层积板。把该层积板粘贴在研磨机的定盘上，用#70号金刚石砾石在压力8820Pa(90g/cm2)、转速38rpm条件下进行10分钟修整处理，形成在表面上露出芳纶纤维的极薄层，得到研磨垫片。在表面上露出的芳纶纤维的纤维长度为1mm，纤维直径为12.5μm。
实施例2把与实施例1同样制作的层积板粘贴到研磨机的定盘上，用#150号金刚石砾石在压力8820Pa(90g/cm2)、转速38rpm条件下进行10分钟修整处理，形成在表面上露出芳纶纤维的极薄层，得到研磨垫片。此时露出的纤维的纤维长度为500μm，比实施例1短，纤维直径为12.5μm。
比较例1在重叠有15片预成型料1的预成型料的两侧重叠表面粗化了(35μm)的铜箔，通过脱模薄膜(50μm厚的聚丙烯薄膜)将其夹入到镜面板中，通过由牛皮纸层构成的厚度10mm的缓冲材料在加压热盘之间进行与实施例1相同条件的加热加压成型，得到厚度1.5mm的层积板。把该层积板用过硫酸铵水溶液刻蚀去除铜箔，制作赋予表面中心线平均粗糙度Ra0.9μm的凹凸的垫片。把该层积板粘贴到研磨机的定盘上后，不进行使用金刚石砾石的修整处理等，不使表面上露出纤维。赋予垫片表面中心线平均粗糙度Ra0.9μm是因为在CMP研磨中要使其维持研磨粒子。
比较例2使用由发泡聚氨酯树脂构成的现有研磨垫片(ロデ-ル公司制造，IC-1000)，粘贴到研磨机的定盘上，用#70号金刚石砾石在压力8820Pa(90g/cm2)、转速38rpm条件下进行10分钟修整处理。
比较例3把用低弹性发泡聚氨酯树脂浸渍由聚酯纤维束构成的无纺布的垫片粘贴到研磨机的定盘上后，不进行通过金刚石砾石的修整等而直接使用。该垫中，在表面上纤维没有露出。并且，为了后述研磨特性的评价进行研磨后，纤维也没有在表面上露出。
这些实施例及比较例的垫片的研磨特性用以下方法评价。
(氧化铈浆料的制作)作为研磨剂，用以下方法准备CMP浆料。
把2kg碳酸铈水合物放入铂制容器内，通过在800℃空气中烧结2小时得到氧化铈粉末1kg，使用喷射碾机对其进行干式粉碎。对其混合聚丙烯酸铵盐水溶液(40重量％)23g和去离子水8977g，边搅拌进行10分钟超声波分散。把所得浆料用1微米过滤器进行过滤，进一步添加去离子水得到5wt.％浆料。浆料pH为8.3。为了用激光衍射式粒度分布仪测定浆料粒子，稀释成适当浓度测定的结果，粒径的D99％为0.99μm。
(绝缘膜基板(研磨对象)的准备)作为研磨对象，准备在φ127mm Si基板上用TEOS-等离子体CVD法形成有2000nm氧化硅膜的覆盖晶片和在φ200m的Si基板上以0.1mm宽、1mm厚度、0.1mm间隔等图案设置铝配线、并在其上用TEOS-等离子体CVD法形成有2000nm氧化硅膜的测试晶片。
(研磨方法和研磨特性的评价)在附着有晶片基板安装用吸附垫片的固定器上安装上述晶片，使绝缘膜面向下将固定器装载到粘贴如上制作的研磨垫片的φ380mm的定盘上，进一步设定加工载荷为300gf/cm2(3.04×104Pa)。一边以150cc/min的速度向定盘上滴氧化铈研磨剂(固形组分1重量％)，一边以38rpm使定盘和晶片旋转2分钟，研磨绝缘膜。研磨后的晶片用纯净水仔细清洗后，干燥。使用光干涉式膜厚测定装置，测定研磨前后的膜厚差，计算研磨速度。关于研磨损伤评价，用显微镜在暗视野中观察研磨后的晶片表面，计数晶片表面上存在的因研磨引起的损伤。
另外，关于平坦性的评价，削去TEG晶片的凸部和凹部间的段差1μm，测定凸部的铝露出之前的最终段差。
将实施例和比较例中制作的研磨垫片的这些评价结果示于表1。从这里可以知道，在表面上露出有机纤维的本发明实施例与比较例(现有)相比，具有高的研磨速度，并且研磨损伤少，还可以确保平坦性。从实施例1和2的结果可以知道，在表面上露出的纤维若长则研磨损伤少，若短则平坦性好，因此，通过调节纤维长度，可以得到符合目的的研磨特性。
表1
实施例3～7(垫片的制作)作为材料的有机纤维，准备如下。
由纤维直径12.5μm、纤维长度5mm的聚酯纤维构成的单位质量70g/m2的无纺布(日本バイリ-ン公司制作的“EPM-4070TE”)[芳纶纤维基材2]混合对位芳纶纤维碎块(纤维直径12.5μm，纤维长度5mm，杜邦公司制造的“ケブラ-(凯芙拉，Kevlar)”和对位芳纶纤维浆粕(纤维直径0.83μm，纤维长度1mm，杜邦公司制造的“クブラ—(凯芙拉，Kevlar)”和间位芳纶纤维碎块(纤维直径25μm，纤维长度6mm，软化温度280℃，帝人公司制造的“コ-ネツクス(康纳克斯，Conex)”)，喷雾水溶性环氧树脂粘合剂(玻璃转化温度110℃、大日本油墨化学公司制造，商品名Vコ-ト)的20重量％水溶液，进行加热干燥(150℃，3分钟)，进一步，在一对热辊之间通过，进行加热压缩(温度300℃，线压力196kN/m)，得到间位芳纶纤维碎块热熔接到对位芳纶纤维碎块的无纺布芳纶纤维基材2。该芳纶纤维基材2为单位质量70g/m2，对位芳纶纤维碎块/对位芳纶纤维浆粕/间位芳纶纤维碎块/环氧树脂粘合剂的配合质量比为58/17/8/17。上述对位芳纶纤维具体来说是聚对苯(撑)对苯二甲酰胺纤维。
组合纤维和树脂材料制作层积用的预成型料薄片。
将油漆(A)浸渍到聚酯纤维基材1上，加热干燥(170℃，5分钟)制成预成型料。该预成型料通过调节树脂附着量，其加热加压成型后的厚度为0.1mm。加热加压成型后的聚酯纤维含有率为50重量％。
将油漆(A)浸渍到芳纶纤维基材2上，在与预成型料2相同条件下加热干燥制成预成型料。该预成型料通过调节树脂附着量，其加热加压成型后的厚度为0.1mm。加热加压成型后的芳纶纤维含有率为50重量％。
将油漆(A)浸渍到玻璃纤维织物上(单位重量107g/m2，旭シコエ-ベル制造的“GC-216”)，在与预成型料2相同条件下加热干燥制成预成型料。该预成型料通过调节树脂附着量，其加热加压成型后的厚度为0.1mm。加热加压成型后的玻璃纤维含有率为60重量％。
实施例3将每一片预成型料2和未浸渍树脂聚酯纤维基材1交替地重叠，总共使用10片预成型料2，10片未浸渍树脂聚酯纤维基材1，与实施例1同样加热加压成型得到厚度1.5mm的层积板。整个层积板的纤维含有率为67重量％。对该层积板表面(由未浸渍树脂聚酯纤维基材1构成的面)参照实施例2进行修整处理，形成在表面上露出聚酯纤维的极薄层(露出的聚酯纤维的纤维长度为500μm，纤维直径为12.5μm)，得到研磨垫片。
实施例4将每一片预成型料3和未浸渍树脂芳纶纤维基材2交替地重叠，总共使用10片预成型料3，10片未浸渍树脂芳纶纤维基材2，与实施例1同样加热加压成型得到厚度1.5mm的层积板。整个层积板的纤维含有率为67重量％。对该层积板表面(由未浸渍树脂的纤维基材2构成的面)参照实施例2进行修整处理，形成在表面上露出芳纶纤维的极薄层(露出的芳纶纤维的纤维长度为500μm，纤维直径为12.5μm)，得到研磨垫片。
实施例5在实施例4中对层积板表面不进行修整处理，直接作为研磨垫片。这时，由未浸渍树脂的纤维基材2构成的面虽然不如实施例4，但也形成了在表面上露出芳纶纤维的极薄层(露出的芳纶纤维的纤维长度为2mm，纤维直径为12.5μm)。
实施例6在重叠14片预成型料3的表面上重叠2片未浸渍树脂芳纶纤维基材2，与实施例1同样加热加压成型得到厚度1.5mm的层积板。层积板表层(由未浸渍树脂芳纶纤维基材2和成型时从下层渗出而部分保持在未浸渍树脂芳纶纤维基材2中的树脂构成的层)的纤维含有率为67重量％。对该层积板表面(由未浸渍树脂的纤维基材2构成的面)参照实施例2进行修整处理，形成在表面上露出芳纶纤维的极薄层(露出的芳纶纤维的纤维长度为500μm，纤维直径为12.5μm。)，得到研磨垫片。
实施例7在重叠14片预成型料4的表面上重叠2片未浸渍树脂芳纶纤维基材2，与实施例1同样加热加压成型得到厚度1.5mm的层积板。层积板表层的纤维含有率为67重量％。对该层积板表面(由未浸渍树脂的纤维基材2构成的面)参照实施例2进行修整处理，形成在表面上露出芳纶纤维的极薄层(露出的芳纶纤维的纤维长度为500μm，纤维直径为12.5μm。)，得到研磨垫片。
比较例4重叠15片预成型料3，与实施例1同样加热加压成型，不对表面进行修整处理，得到由厚度1.5mm的层积板构成的研磨垫片。整个层积板的纤维含有率为50重量％。在研磨垫片表面上只观察到环氧树脂，没有露出纤维。并且，在经过后述的研磨特性评价中的研磨后，也没有露出纤维。
用与上述方法相同的方法对实施例3～7和比较例4的研磨垫片的研磨特性进行评价，将其结果示于表2。
表2
实施例8～12(研磨垫片的制作)作为有机纤维，准备如下。
除了把对位芳纶纤维由聚对苯(撑)3，4-二苯醚对苯二甲酰胺纤维碎块替换成聚对苯(撑)对苯二甲酰胺纤维碎块(纤维直径1.5旦(12.5μm)、纤维长度5mm、杜邦公司制造的“クブラ-(凯芙拉，Kevlar)”)以外，进行与制造芳纶纤维基材1相同的操作，制作无纺布芳纶纤维基材3。
不使用对位芳纶纤维碎块，只使用间位芳纶纤维碎块(纤维直径3旦(25μm)、纤维长度6mm、软化温度280℃、帝人公司制造的“コ-ネツクス(康纳克斯，Conex)”)，进行与制造芳纶纤维基材1相同的操作，制作无纺布芳纶纤维基材4。
织物密度经48根/纬48根、单位质量130g/m2、纤维直径3.0旦(25μm)(旭化成制造的“BKEポプリン”)的织物。
作为预成型料，准备如下。
将油漆(A)浸渍到芳纶纤维基材3上，加热干燥(170℃，5分钟，以下同样)制成预成型料。该预成型料通过调节树脂附着量，其加热加压成型后的厚度为0.1mm，加热加压成型后的芳纶纤维含有率为50重量％。
将油漆(A)浸渍到芳纶纤维基材4上，进行加热干燥制成预成型料。该预成型料通过调节树脂附着量，其加热加压成型后的厚度为0.1mm，加热加压成型后的芳纶纤维含有率为50重量％。
将油漆(A)浸渍到聚酯纤维基材2上，进行加热干燥制成预成型料。该预成型料通过调节树脂附着量，其加热加压成型后的厚度为0.1mm，加热加压成型后的聚酯纤维含有率为50重量％。
实施例8使用15片预成型料3，与实施例1同样地加热加压成型，得到厚度1.5mm的层积板。
实施例9使用15片预成型料5，与实施例1同样地加热加压成型，得到厚度1.5mm的层积板。
实施例10使用15片预成型料6，与实施例1同样地加热加压成型，得到厚度1.5mm的层积板。
实施例11使用7片预成型料1层积用于表层，在其下面使用8片预成型料7层积用于内衬层，以这种组合与实施例1同样地加热加压成型，得到厚度1.5mm的层积板。
实施例12使用7片预成型料3层积用于表层，在其下面使用8片预成型料7层积用于内衬层，以这种组合与实施例1同样地加热加压成型，得到厚度1.5mm的层积板。
比较例5使用15片预成型料4，与实施例1同样地加热加压成型，得到厚度1.5mm的层积板。
把实施例8～12和比较例5中得到的层积板作为研磨垫片材料使用，参照实施例2进行修整处理，得到研磨垫片。将这些研磨垫片的研磨特性示于表3。研磨特性中，用与上述方法相同的方法评价研磨损伤数量、研磨速度及平坦性。研磨均匀性是通过测定硅晶片面内各处的氧化硅膜的研磨速度，并求出标准偏差(1δ)来进行评价，以平均研磨速度的％表示。研磨垫片耐久性通过假定作为现有研磨垫片的由比较例2的发泡聚氨酯树脂构成的研磨垫片(ロデ-ル公司制造，IC-1000)的使用寿命为100的指数来评价，其结果示于表3。
表3
比较实施例8和实施例2可以知道，通过组合相对粗的纤维和细的纤维，可有效提高基板研磨面的平坦性。另外，比较实施例9和实施例10可以知道，若用对位芳纶纤维代替间位芳纶纤维，可有效提高研磨垫片的耐久性。另外，从实施例11和实施例12的结果可以确认，通过在表层下设置使用弹性比表层纤维低的纤维的内衬层，可提高研磨均匀性。
产业上的利用可能性根据本发明在由树脂形成的弹性体表面露出有机纤维的CMP用研磨垫片及使用该垫的基板的研磨方法，可有效进行层间绝缘膜、BPSG(涂上硼和磷的二氧化硅膜)膜的平坦化工序、浅槽分离的形成工序，同时减少发生于基板上的研磨损伤。
根据本发明制造方法，可以容易地制造以在表面上露出有机纤维的状态存在的研磨垫片，并且可根据研磨垫片的使用目的容易地变更研磨垫片中所占有机纤维的含量。
权利要求
1.一种研磨垫片，其用于研磨基板或在基板上形成的薄膜，其特征在于该研磨垫片的表面上有机纤维处于露出的状态。
2.根据权利要求1所述的研磨垫片，其特征在于在研磨垫片表面上露出的纤维的长度小于等于1cm。
3.根据权利要求1所述的研磨垫片，其特征在于在研磨垫片表面上露出的纤维的直径小于等于1mm。
4.根据权利要求1所述的研磨垫片，其特征在于有机纤维为对位芳纶纤维或其主要成分为对位芳纶纤维。
5.根据权利要求4所述的研磨垫片，其特征在于对位芳纶纤维为聚对苯(撑)二苯醚对苯二甲酰胺纤维。
6.根据权利要求1所述的研磨垫片，其特征在于有机纤维为间位芳纶纤维或其主要成分为间位芳纶纤维。
7.根据权利要求1所述的研磨垫片，其特征在于研磨垫片是使用由含有有机纤维的树脂构成的研磨垫片材料制造的，在研磨垫片表面上露出有机纤维的状态是通过机械研磨该研磨垫片材料的表面，使有机纤维露出。
8.根据权利要求7所述的研磨垫片，其特征在于在研磨垫片表面上露出有机纤维的状态是通过使用研磨装置附属的修整器，机械研磨研磨垫片材料的表面，使有机纤维露出。
9.根据权利要求1所述的研磨垫片，其特征在于研磨垫片是通过加热加压含有有机纤维和树脂的成型材料制造的，在研磨垫片表面上露出有机纤维的状态是在研磨垫片加热加压成型时构成。
10.一种研磨垫片，其特征在于在权利要求1～9的任意一项中记载的研磨垫片上层积弹性率不同的层，制成多层结构。
11.一种研磨垫片材料，其特征在于由纤维被树脂固定的板状体构成，至少一侧的表层是由有机纤维被树脂固定而实质上并非多孔质的层构成。
12.一种研磨垫片的制造方法，其特征在于通过机械研磨权利要求11记载的研磨垫片材料的、由有机纤维被树脂固定而实质上并非多孔质的层构成的表层的表面，使有机纤维在该表层表面上以露出状态存在。
13.根据权利要求12所述的研磨垫片的制造方法，其特征在于研磨垫片材料的表层中的有机纤维是以无纺布状态存在。
14.根据权利要求12所述的研磨垫片的制造方法，其特征在于有机纤维为对位芳纶纤维或其主要成分为对位芳纶纤维。
15.根据权利要求14所述的研磨垫片的制造方法，其特征在于对位芳纶纤维为聚对苯(撑)二苯醚对苯二甲酰胺纤维。
16.根据权利要求12所述的研磨垫片的制造方法，其特征在于有机纤维为间位芳纶纤维或其主要成分为间位芳纶纤维。
17.根据权利要求12所述的研磨垫片的制造方法，其特征在于至少研磨垫片材料表层的有机纤维是由材质、形状、纤维直径、纤维长度中至少一种不同的两种或两种以上有机纤维组合而成。
18.根据权利要求17所述的研磨垫片的制造方法，其特征在于有机纤维的组合是由纤维直径相对粗的有机纤维和细的有机纤维组合而成。
19.根据权利要求12所述的研磨垫片的制造方法，其特征在于研磨垫片材料是由由有机纤维被树脂固定而实质上并非多孔质的层构成的内衬层和在内衬层一侧的表面上的表层构成，内衬层中的有机纤维的弹性比表层中的有机纤维要低。
20.一种研磨垫片的制造方法，其特征在于使用浸渍树脂片状纤维基材和未浸渍树脂片状纤维基材，层积所述基材，使至少一侧的表面上配置有未浸渍树脂片状纤维基材，使所述表面的未浸渍树脂片状纤维基材由有机纤维构成，通过加热加压成型使其一体化，使有机纤维在至少一侧的表面上以露出状态存在。
21.根据权利要求20所述的研磨垫片的制造方法，其特征在于构成表面的未浸渍树脂片状纤维基材的有机纤维，其纤维长度小于等于1cm，纤维直径小于等于1mm。
22.一种研磨垫片的制造方法，其特征在于使用浸渍树脂片状纤维基材和未浸渍树脂片状纤维基材，层积所述基材，使在至少一侧的表面上配置有未浸渍树脂片状纤维基材，使所述表面的未浸渍树脂片状纤维基材由有机纤维构成，通过加热加压成型使其一体化，形成在表面上未露出有机纤维的研磨垫片材料，机械研磨该研磨垫片材料的配置有未浸渍树脂片状纤维基材一侧的表面，使有机纤维露出。
23.根据权利要求22所述的研磨垫片的制造方法，其特征在于构成表面的未浸渍树脂片状纤维基材的有机纤维，其纤维长度小于等于1cm，纤维直径小于等于1mm。
24.一种基板的研磨方法，其特征在于将给定基板接触到权利要求1～9的任意一项记载的研磨垫片的露出有机纤维的表面，边在基板和研磨垫片之间供给研磨剂，边相对滑动基板和研磨垫片来研磨。
全文摘要
在平坦化半导体元件制造工序中的层间绝缘膜、BPSG膜、浅槽分离用绝缘膜等的CMP技术中，通过使用在接触被研磨物的表面上有机纤维处于露出状态的研磨垫片，有效并高速进行氧化硅膜等被研磨物的凹凸平坦化，同时减少基板上研磨损伤的发生。
文档编号B24B37/24GK1565048SQ0281988
公开日2005年1月12日 申请日期2002年10月8日 优先权日2001年10月9日
发明者西山雅也, 羽广昌信, 岩月保仁, 平冈宏一 申请人:日立化成工业株式会社, 新神户电机株式会社