专利名称：研磨垫、其制造方法以及使用该研磨垫的研磨方法
技术领域：
本发明涉及用于半导体元件制造技术等中的化学机械研磨(CMP)、硬盘制造技术中的精密研磨等的研磨垫、其制造方法以及使用该研磨垫的研磨方法。
背景技术：
目前的超大规模集成电路倾向于提高安装密度，正在研究开发各种各样的微细加工技术。设计标准已为亚半微米级。为了满足这种严格的微细化要求而被开发的技术之一存在有CMP(化学机械研磨)。该技术是在半导体装置的制造工序中，使施加曝光的层完全地平坦化，减轻曝光技术的负担，从而有助于以高水平稳定制造成品率，其实施如下的研磨。在研磨垫上按压被研磨物，边向被研磨物和研磨垫之间供给浆液状的CMP研磨液，边使研磨垫在被研磨物之间相对地滑动，从而仅以期望量精密地去除被研磨物表面的膜。因此，其是进行例如层间绝缘膜和BPSG膜的平坦化、浅槽隔离等时所必须的技术。
供于这些CMP技术的研磨垫，使用发泡或不发泡的有机树脂制研磨垫(参照日本特表平8-511210号公报的权利书要求的范围和发明背景)。例如，一般使用形成有同心圆状或格子状沟的发泡聚氨酯树脂薄板。
此时的问题是磨粒以及研磨屑对研磨面的损伤(研磨损伤)。通常的发泡或不发泡的有机树脂制研磨垫的情况，为了减少研磨损伤，降低研磨垫的硬度是非常有效的。但是，如果降低该硬度，则研磨速度就会下降，进而沟槽部的凹陷也往往会恶化。同时满足这些是困难的。
另一方面，配线工艺逐渐从初期的A1配线发展到目前作为主流的对配线金属使用电阻低的Cu、对层间绝缘膜使用低介电常数材料的采用双重镶嵌(dual-damascene)的埋入式配线。
在所述的双重镶嵌法中，研磨液的选择以及研磨垫的选择越来越变得极为重要。尤其是，与层间绝缘膜相比较，金属富于化学反应性，并且柔软，所以容易因研磨损伤或腐蚀而引起缺陷。另一方面，越容易变形即弹性模量越小，凹陷就越大。但是，如果提高垫的弹性模量，则垫硬度一般会提高，从而成为上述研磨损伤等缺陷的原因。
另外，对于近年来正在发展的将低介电常数材料应用于层间绝缘膜的技术，由于伴随着绝缘层机械特性下降或者与金属的密合性下降，成为研磨时产生缺陷的主要因素，因此需要研磨时的机械负荷更加小的研磨系统。
进而，在这些浅槽隔离工序、双重镶嵌法中的金属配线研磨工序以及层间绝缘膜研磨工序中，在进行CMP研磨时，需要正确的研磨量管理。作为该方法，除了严格管理研磨时间以外，还有检测驱动研磨装置的马达伴随研磨时的垫与晶片的摩擦变化的扭矩变动的方法，以及测定被研磨物静电容量的方法等。但是，也在使用具备可光学检测伴随研磨的晶片表面状态变化的传感器的研磨装置，还有一种正在成为主流的技术是，从研磨装置侧经过研磨垫向晶片的研磨面照射激光或红外光，再次经过研磨垫由研磨装置的传感器检测其反射光，来管理晶片的研磨状态。尤其是，浅槽隔离工序、双重镶嵌法等由于在研磨终点的时候在晶片表面露出阻隔膜，所以如果检测时使用恰当波长的光，则能够得到大的反射率的变化，因此该光学方法是有用的。在不具有阻隔膜的绝缘膜的研磨工序中，可以由晶片表面的反射光与来自绝缘膜下的硅层的反射光的干涉，检测出研磨量。作为用于该光学方法的研磨垫的代表性例子，使用在发泡聚氨酯树脂板的一部分插入用来透过光的透明的窗材料的研磨垫。另外，还提出过对由聚氨酯、聚碳酸酯、尼龙、丙烯酸聚合物、聚酯等不发泡树脂构成的研磨垫透过光的技术(例如参照美国专利第5605760号说明书)。但是，这些研磨垫中存在的问题是，在以光学方式检测终点的同时，要在CMP研磨时减少研磨损伤和确保研磨速度，尤其对于镶嵌法来说，如上所述减少因研磨损伤或腐蚀而产生的缺陷是重要的。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题，通过研究了各种各样的研磨垫的结构而完成。
本发明提供在半导体元件制造工序中的层间绝缘膜、BPSG膜、浅槽隔离用绝缘膜等的平坦化以及金属配线部的形成等中使用的CMP技术中，可以有效实施平坦化及金属配线形成，同时可以抑制研磨面产生损伤或绝缘层产生不良情况的研磨垫、其制造方法以及使用该研磨垫的研磨方法。进而，提供一种适用于经过研磨垫向半导体晶片等被研磨物表面照射光、检测其反射率的变化以管理研磨终点的研磨工序的具有透光性并且可以抑制被研磨物发生研磨损伤的研磨垫以及使用该研磨垫进行研磨的研磨方法。
本发明涉及如下(1)、研磨垫，其特征在于，由含有有机纤维的纤维和保持该纤维的基体树脂构成，并且至少在被研磨物侧表面露出有机纤维。
(2)、研磨垫，其特征在于，由含有有机纤维的纤维和保持该纤维的基体树脂构成，并且至少在修整处理后的被研磨物侧表面露出有机纤维。
(3)、上述(1)或(2)所述的研磨垫，其特征在于，所述基体树脂至少含有一种热塑性树脂。
(4)、上述(1)～(3)中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，所述基体树脂由半结晶性热塑性树脂构成。
(5)、上述(1)～(4)中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，所述基体树脂中分散有弹性体。
(6)、上述(5)所述的研磨垫，其特征在于，所述弹性体的玻璃化转移温度为0℃或0℃以下。
(7)、上述(1)～(6)中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，纤维是由芳香族聚酰胺构成。
(8)、上述(1)～(7)中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，含有1～50重量％的有机纤维。
(9)、上述(1)～(8)中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，有机纤维的直径为1mm或1mm以下。
(10)、上述(1)～(9)中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，有机纤维的长度为1cm或1cm以下。
(11)、上述(1)～(10)中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，由在被研磨物侧表面露出的有机纤维保持研磨粒子。
(12)、上述(1)～(11)中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，所述露出的有机纤维的最大露出部长度为0.1mm或0.1mm以下。
(13)、上述(12)所述的研磨垫，其特征在于，所述露出的有机纤维由聚酯构成。
(14)、上述(12)或(13)所述的研磨垫，其特征在于，在基体树脂中分散有碎块状的聚酯纤维。
(15)、上述(12)或(13)所述的研磨垫，其特征在于，在基体树脂中层积有聚酯无纺布。
(16)、上述(1)、(2)～(4)、(7)、(9)～(11)中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，其是在研磨过程中适用于针对被研磨物表面以光学方式检测研磨终点的研磨垫，由含有1～20重量％有机纤维的实质上不发泡的基体树脂构成，具有输送和保持研磨浆液粒子的功能，并且可透过190～3500nm范围波长的光线。
(17)、上述(1)、(2)～(4)、(7)、(9)～(11)中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，其是在研磨过程中适用于针对被研磨物表面以光学方式检测研磨终点的研磨垫，包括可透过190～3500nm范围波长的光线的部分，该部分由含有1～20重量％有机纤维的实质上不发泡的基体树脂构成，并且具有输送和保持研磨浆液粒子的功能。
(18)、上述(16)或(17)所述的研磨垫，其特征在于，所述有机纤维是芳纶纤维。
(19)、研磨垫的制造方法，其特征在于，其是粘附到平台上而使用，以进行被研磨面的平坦化的研磨垫的制造方法，包括混合含有有机纤维的纤维和含有热塑性树脂的基体组合物而得到混合物的步骤、将该混合物制成球粒或片剂的步骤以及将该球粒或片剂通过挤出成形或注塑成形而加工成板状或片状的步骤。
(20)、研磨垫的制造方法，其特征在于，其是粘附到平台上而使用，以进行被研磨面的平坦化的研磨垫的制造方法，包括对含有有机纤维的纤维基材浸渍基体树脂组合物而制作树脂浸渍片状纤维基材的步骤、层积含有该树脂浸渍片状纤维基材的片状纤维基材并实施加热加压成形的步骤。
(21)、上述(19)或(20)所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，进一步包括使表面露出纤维的步骤。
(22)、研磨方法，其特征在于，将被研磨物的被研磨面按压到上述(1)～(18)中的任一项所述的研磨垫的有机纤维露出面上，一边向被研磨面和研磨垫之间供给研磨液，一边使被研磨物和垫相对地滑动，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线或沟槽的介电常数小于等于2.7的绝缘层上覆盖了导体层、还有铜层的层积体构成。
(24)、研磨方法，其特征在于，使用上述(16)～(18)中的任一项所述的研磨垫，以光学方式检测研磨终点。
该露出到表面的有机纤维，将会缓和研磨时研磨液中的磨粒或异物等与被研磨物之间的应力，防止被研磨物表面产生损伤。另外，对于一般的仅由树脂构成的以往的研磨垫，发泡孔或表面的大小沟起到输送和保持研磨液磨粒的作用，但对于本发明的研磨垫，露出到表面的有机纤维具有输送和保持研磨液磨粒的能力，并起到获得研磨速度与提高平坦性的作用。
具体实施例方式
本发明的研磨垫的结构由含有有机纤维的纤维和保持该纤维的基体树脂构成。有机纤维可以是纤维的一部分或者是全部，纤维则除了主要的有机纤维以外，还可以含有玻璃纤维等无机纤维。
另外，只要是在被研磨物侧表面至少露出有机纤维的材料则没有特别限制。本发明中，所谓露出有机纤维也包括修整处理后的被研磨物侧表面，即至少在使用时至少露出有机纤维。
具体的研磨垫的结构可以举出在基体树脂中分散有碎块状纤维的结构、在基体树脂中层积有无纺布或织造布状的纤维的结构等。
作为保持本发明的研磨垫的纤维的基体树脂，只要是通常的热固性树脂和热塑性树脂就可以没有特别限制地使用。优选属于相对弹性模量高的类别的树脂，例如固化物的室温弹性模量大于等于0.1GPa的树脂，进一步优选大于等于0.5GPa的树脂。如果弹性模量小，则平坦性往往会恶化。
作为热固性树脂，可以使用如双酚A型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂等环氧树脂；不饱和聚酯树脂；丙烯酸树脂；聚氨酯树脂等。这些可以单独或者混合两种或其以上来使用。当这些热固性树脂为环氧树脂时，通常会混合固化剂、固化促进剂等。作为固化剂，可以使用二氰二酰胺、有机酸、有机酸酐、多胺等，固化促进剂可以使用如2-乙基-4-甲基咪唑等。
作为热塑性树脂，例如可以举出聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、AS(丙烯腈-苯乙烯共聚物)、ABS(丙烯腈-丁二烯橡胶-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、聚酰胺酰亚胺、聚甲醛等。这些可以单独或者混合两种或其以上来使用。尤其是，如果使用半结晶性的热塑性高分子树脂作为基体树脂，则可以得到耐磨耗性优异的高耐久性的研磨垫。
本发明研磨垫的第一实施方式为上述基体树脂至少含有一种热塑性树脂的研磨垫。这里，作为基体树脂，只要是至少含有一种热塑性树脂，就可以没有特别限制地使用，优选主成分为热塑性树脂。
本发明研磨垫的第二实施方式为上述在被研磨面侧表面露出的有机纤维的最大露出部长度为0.1mm或0.1mm以下的研磨垫。这里，露出的有机纤维的最大露出部长度是指实质上被固定在研磨垫表面上的纤维所露出的部分的长度中最大的长度。实际上，可以使用SEM(扫描电子显微镜)等观察垫表面上的5处左右或以上来进行计测。
本发明研磨垫的第三实施方式为在研磨过程中适用于针对被研磨物表面以光学方式检测研磨终点的研磨垫，该研磨垫的一部分或全部是由可透过190～3500nm范围波长的光线、且含有1～20重量％的有机纤维的实质上不发泡的基体树脂构成，并且具有输送和保持研磨浆液粒子的功能。
对于基体树脂，尤其在上述第一实施方式中，除了上述热塑性树脂以外，还可以进一步混合作为添加剂的交联及未交联的弹性体、交联聚苯乙烯、交联聚甲基丙烯酸甲酯等，而分散在基体树脂中。更优选加入热塑性弹性体及交联度低的弹性体。作为弹性体，只要是玻璃化转移温度小于等于室温的材料，则可以没有特别限制地使用，更优选小于等于0℃的材料。例如，可以举出烯烃系弹性体、苯乙烯系弹性体、氨酯系弹性体、酯系弹性体等、链烯基芳香族化合物-共轭二烯共聚物、聚烯烃系共聚物等弹性体等。这些弹性体的添加量越多，则树脂的耐冲击性就越高，粘附性越强，同时垫表而与金属的摩擦力也会增加。
作为本发明研磨垫中的有机纤维，可以广泛地使用芳纶、聚酯、聚酰亚胺等的做成纤维状的材料。另外，也可以选择、混合其中的两种或其以上来使用。
从研磨垫的耐久性或纤维对磨粒粒子的保持性的观点考虑，优选单独或主成分为芳纶即芳香族聚酰胺纤维，进一步优选单独为芳纶纤维。即芳纶纤维由于与其他一般的有机纤维相比，拉伸强度高，所以机械地使本发明的研磨垫表面粗糙化而露出纤维时，纤维容易留在表面，因此，可以有效地保持磨粒粒子。另外，还具有提高研磨垫的耐久性，延长使用寿命的效果。芳纶纤维尤其适合于上述第一个和第三实施方式的情况。
芳纶纤维有对位型和间位型，由于对位系芳纶纤维比间位型纤维力学强度高且吸湿性低，所以更加适合。作为对位系芳纶纤维，可以使用市售的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚对苯撑二苯基醚对苯二甲酰胺纤维。
另外，从调节最大露出长度和表面粗糙度的方面考虑，优选主成分为聚酯的纤维。这是因为，当露出该研磨垫的纤维时，聚酯纤维的剪切强度小于硬质的纤维，可以减小最大露出长度。对于上述第二实施方式的研磨垫的情况尤其理想。另一方面，使用其他芳纶纤维、聚酰亚胺纤维等硬质纤维时，可以通过微细化使用的磨粒粒径来调节最大露出长度。此时，垫表面的粗糙度取决于上述磨粒粒径，因此垫自身的表面的凹凸必然会受到影响而影响研磨速度。相对于此，使用聚酯时，即使使用任意粒径的磨粒，露出长度也几乎不变。因此，在纤维长度一定的情况下可以任意地调节垫自身的表而粗糙度。
这里，也可以在聚酯纤维中混合其他的上述硬质纤维而使用。此时，硬质纤维的比例适宜为40～100重量％，优选为70～100重量％，更优选为80～100重量％。如果聚酯纤维多，则纤维露出层会变小，相反，如果硬质纤维多，则会变增厚，往往会使平坦性恶化。
有机纤维适宜使用纤维径(直径)小于等于1mm的纤维，理想的是小于等于200μm。优选为1～200μm，更优选为5～150μm。如果太粗，则机械强度就会过高，会成为研磨损伤或修整不良的原因。如果太细，则操作性就会下降，可能会由于强度不足而引起垫的耐久性下降。
纤维长度没有特别的限制，当纤维在树脂中以碎块状分散的研磨垫时，优选小于等于10mm，更优选小于等于5mm，进一步优选为0.1～3mm。如果太短，则以机械方式对垫表面粗糙化时露出的纤维就不会有效地保持在垫上，如果太长，则与树脂混合时会增稠而变得难以成型。这些，可以使用将短纤维切断成规定长度的切碎物，也可以混合使用多种纤维长度的物质。
另外，为了提高与树脂的亲和性，可以事先对纤维表面进行机械性或化学性的粗糙化，或者采用偶合剂进行改性。从操作性方面考虑，可以使用把短纤维切碎物用极少量树脂涂布而制成束的物质。这里，其只要是能够根据与基体树脂混合时的加热、或者所施加的剪切力，使短纤维分散到基体树脂中这种程度具有保持力的程度即可。
另外，对于层积有无纺布或织造布的研磨垫，使用无纺布时，可以使用把长度在1mm或1mm以上的与上述相同的纤维、利用纤维自身的熔合力或胶粘剂成型为片状的无纺布。胶粘剂可以使用水溶性环氧树脂粘合剂等由环氧树脂构成的胶粘剂。使用胶粘剂时，对于其量没有特别限制，但优选相对于100重量份的纤维为3～20重量份，更优选为5～15重量份。另外，把长纤维制成织物状的织造布的情况，对于织造方法没有特别限制。层积有这种纤维的研磨垫特别适合于本发明第二实施方式的研磨垫。
以上的无纺布和织造布的单位重量优选为36～100g/m2，更优选为55～72g/m2。
上述有机纤维的含量没有特别限制，对垫全体使用碎块状纤维的情况，优选为垫全体的1～50重量％，更优选为1～20重量％，进一步优选为5～20重量％。如果纤维量少，则研磨面的研磨损伤就会变得显著，如果过多，则成型性往往会变差。另一方面，织造布和无纺布的情况，优选为大于等于50重量％，更优选为60～80重量％。
尤其是第三实施方式的情况，上述具有透光性的部分的有机纤维的含量需要处于不妨碍透光性、并且可以检测到晶片的研磨状态的范围内。从而，优选为研磨垫全体的1～20重量％，更优选为2～10重量％。如果纤维量少，则研磨面的研磨损伤就会变得显著，如果过多，则成型性往往会变差。
对于上述研磨垫，可以通过在成为基体的树脂组合物中分散纤维并成型的方法、对含有纤维的织造布或无纺布浸渍树脂漆而得到预浸料后进行层积的方法等来制造，但并不限于这些方法。
下面，说明本发明研磨垫的制造方法。
第一个制造方法，包括混合含有有机纤维的纤维和基体树脂组合物而得到混合物的步骤、将该混合物制成球粒或片剂的步骤以及将该球粒或片剂采用挤出成形或注塑成形加工成板状或片状的步骤。第二个制造方法则包括对含有有机纤维的纤维基材浸渍基体树脂组合物而制作树脂浸渍片状纤维基材的步骤、层积含有该树脂浸渍片状纤维基材的片状纤维基材并实施加热加压成形的步骤。纤维基材优选主要含有聚酯纤维。
用来制造本发明研磨垫的基体树脂组合物的调制方法或与纤维的混合方法，可以使用以往公知的方法，没有特别限制。
即，作为第一个制造方法直接将碎块状纤维分散在基体树脂组合物中时，例如把形成基体的各树脂组合物用亨舍尔混合机、高速混合机、滚筒混合机、螺带式混合机等均匀地混合(干混)后，用单轴挤出机或双轴挤出机、班伯里混炼机等熔融混炼。进而，加入纤维同样地熔融混炼。然后冷却，制成球粒或片剂。冷却中使用水时，需要充分干燥，脱水。
将得到的上述球粒或片剂再次用挤出成形机通过模具挤出、用轧辊压延，可以制作片状或板状成形物。
另一方面，当基体树脂组合物为液状热固性树脂组合物时，通过将碎块状纤维以给定量分散到液状热固性树脂组合物中，再浇入金属模具等通过减压去除气泡后，进行加热固化，可以制作成形物。其也可以与上述的相同，对金属模具在加热状态下加压并浇入而制作。
另外，上述第二个制造方法也可以采用以往公知的方法，尤其适合于上述第二实施方式的研磨垫的制造。例如，使用织造布、无纺布作为纤维基材时，准备如上所述的树脂浸渍片状纤维基材或树脂浸渍片状纤维基材及树脂未浸渍片状纤维基材(即织造布或无纺布)。通过加热加压成形将它们一体化，可以得到成形物。另外，此时优选通过在至少一个表面配置树脂未浸渍片状纤维基材，形成在表面露出有机纤维的状态。
上述树脂浸渍片状纤维基材是对树脂未浸渍片状纤维基材浸渍树脂组合物的基材，通常被称作预浸料。预浸料的制作方法没有特别限制，可以通过在有机溶剂中溶解上述基体树脂组合物成分而制作成清漆，并浸渍于树脂未浸渍片状纤维基材后加热干燥而得到。对于溶剂的种类，只要是能够均匀地溶解树脂组合物，就可以没有特别限制地使用。例如，可以举出甲基乙基酮、甲基异丁基酮、丙酮等酮类；乙醇、丙醇、异丙醇等低级醇类；二甲基甲酰胺、甲酰胺等酰胺类等，这些物质也可以混合使用。相对于合计100重量份的树脂组合物和粘接剂，树脂浸渍片状纤维基材中的纤维含量优选为60～140重量份，更优选为90～120重量份。
另外，对于树脂未浸渍片状纤维基材在全体中所占的比例，考虑研磨垫中的纤维的含量、尤其是将会按压在被研磨物上的表面层的有机纤维含量而决定。根据该方法，可以改变研磨垫的纤维含量，因此，不需要改变制造上述预浸料时的树脂含量，而通过改变树脂未浸渍片状纤维基材的使用比例就可以调节。
在加热加压成形中，一般来说，加热温度通常为150～200℃，压力为50～500kPa。这些可以根据所使用的热固性树脂的种类、含量来适当调节。
把这些成形物根据需要对应于给定研磨装置的平台形状而适当加工，可以得到最终制品的研磨垫。作为其一例，通过把上述片状成形物切割成圆形，可以做成最终制品研磨垫。
研磨垫的全体厚度优选为0.1～5mm，更优选为0.5～2mm。另外，也可以在上述垫的研磨面使用NC转盘等加工作为研磨液和研磨屑的流道的沟槽，形成为同心圆状、格子状等。
为了得到本发明的至少在被研磨物侧表面露出有机纤维的研磨垫，根据需要处理垫的被研磨物侧表面，以露出纤维。作为该露出纤维的形成方法，可以采用修整处理，即使用金刚石等磨石削掉垫表面的树脂，以露出纤维的方法。也可以使用金属丝刷、金属刮刀、树脂刷、玻璃或陶瓷板来代替磨石。
为了控制纤维的露出长度，需要很好地调节它们的使用条件。最大露出纤维长度受纤维硬度的很大影响，如果将聚酯纤维使用于垫，可以容易调节得短。
有机纤维在表面露出的部分的最大长度为，一般来说，实用的是小于等于1mm，优选小于等于200μm。更优选为1～200μm，进一步优选为10～150μm。如果太短，则研磨液的保持性就会下降而使研磨速度变小；如果太长，则往往会对平坦性带来坏影响。
尤其对于本发明第二实施方式的研磨垫，上述露出的有机纤维的最大露出部长度小于等于0.1mm。这里，只要是最大露出部长度小于等于0.1mm，就可以没有特别限制地使用，但优选为1～50μm，进一步优选为1～25μm。如果最大露出部长度太长，则平坦性就会下降；如果太小，则研磨速度往往会下降。
通过这种在被研磨物侧表面露出的有机纤维，在研磨时可以有效地保持后述研磨液中的研磨粒子(磨粒)。
接着，说明本发明第三实施方式的研磨垫。该研磨垫以光学方式检测被研磨物的研磨量，以管理其终点，并且在维持高的研磨速度与均匀性的同时，可以抑制研磨时发生研磨损伤。这种构成，可以通过研究研磨垫的结构、树脂组成、填充物等来实现。
该研磨垫的结构为研磨垫的材质具有对190～3500nm范围波长光的透过性、或者是研磨垫的一部分由该具有透光性的材质形成。后者是例如把该研磨垫的部件成形为小片、作为用来透过光的窗部而插入到其他不具有充分的透光性的研磨垫的一部分上。
这样，由于研磨垫或其一部分会透过190～3500nm范围波长的光线，因此经过研磨垫向被研磨物的研磨面照射光，并检测其反射率的变化，从而可以管理研磨终点。本发明中，透过190～3500nm范围波长的光线通常是指露出有机纤维之前的研磨垫或其一部分的该波长光线的透过率为10～100％。优选该透过率为30～100％。
作为用于具有这样透光性的材质的基体树脂，优选属于弹性模量比较高的类别的树脂，上述的各树脂可以没有特别限制地使用。尤其是如果使用半结晶性热塑性高分子树脂，则可以得到耐磨耗性优异的高耐久性的研磨垫。另外，该树脂优选为实质上没有发泡孔的形态。这是因为，具有发泡孔的形态会妨碍透光，有损晶片研磨状态的检测。作为有机纤维优选单独或者主要成分为芳纶纤维。
制造方法与上述的制造方法相同，通过把各成形物对应于规定研磨装置的平台形状而切割成圆形等，可以形成研磨垫，或者把该成形物加工成小片，作为透光性窗部而插入切取了一部分的其他透光性低的研磨垫，形成可检测光的研磨垫。对于后者的情况，为了提高本发明的效果，优选插入窗部的透光性低的研磨垫也同样由含有有机纤维的树脂板等形成，但是对于纤维含量没有特别限制。另外，插入的窗部在研磨时需要在垫表面与被研磨物接触。这是因为，如果窗部与被研磨物之间的间隙大，则研磨液会流入，导致透过来的光发生散射，从而妨碍光检测。窗部的形状没有特别限制，但其尺寸需要能够确保进行光检测的研磨装置附带的由光照射和检测传感器所构成的系统工作所需的光路的面积，并且优选为研磨垫表面全体的0.1～10％左右的面积。
下面，说明使用本发明研磨垫的研磨方法。
本发明的研磨方法是将被研磨物的被研磨面按压到上述本发明中任一研磨垫的有机纤维露出面上，一边向被研磨面和研磨垫之间供给研磨液，一边使被研磨物和垫相对地滑动，以研磨被研磨面的研磨方法。
作为被研磨物，在浅槽隔离工序中可以举出如下基片制作由氮化硅膜成形的器件图案后，刻蚀Si露出部，在其上通过TEOS(四乙基原硅酸盐)-等离子体CVD法等形成氧化硅膜。另外在镶嵌法中可以举出如下基片在采用干刻蚀形成有贯通孔和配线沟槽的层间绝缘膜上成长可完全覆盖开口部和内壁的阻隔导体膜，进而在其上成长Cu膜，从而完全埋入开口部。
用于本发明研磨方法的CMP研磨液没有特别限制，例如，作为绝缘膜用研磨液，可以举出将由氧化铈粒子(铈土)或氧化硅(硅石)与分散剂构成的组合物分散到水等分散介质中，进而加入添加剂而得到的物质。作为Cu等金属层用研磨液，可以举出将硅石、矾土、铈土、氧化钛、锆土及氧化锗等磨粒、添加剂和防腐剂分散到水中，进而添加过氧化物所形成的研磨液。作为磨粒尤其优选胶态硅石粒子或氧化铝粒子。另外，磨粒粒子含量优选为0.1～20重量％。该磨粒粒子的制造方法没有特别限制，但其平均粒径优选为0.01～1.0μm。如果平均粒径不足0.01μm，则研磨速度会过于小，如果超过1.0μm，则会容易引起损伤。
研磨的装置没有特别限制，可以使用圆托板型研磨装置、线型研磨装置。例如，可以使用具有用来保持被研磨物的支架、以及粘附有研磨垫并且安装有可改变转数的马达等的研磨平台的普通的研磨装置。作为其一例，可以使用(株)荏原制作所制造的研磨装置型号EP0111。
尤其是以光学方式检测研磨终点的使用第三实施方式的研磨垫的研磨方法中，使用该研磨垫，如前面所述使被研磨物和研磨垫相对地滑动，来研磨被研磨面，同时经过研磨垫向被研磨物的研磨面照射波长190～3500nm的光线，通过检测其反射率的变化来管理研磨终点。
使用第三实施方式的研磨垫时，研磨装置需要像美国Applied Material公司制造的MIRRA研磨装置那样具有用来向粘附有研磨垫的平台照射激光以及检测反射光的器件。研磨条件没有特别限制，可以根据研磨对象而选择最佳条件。为了精度良好地研磨，在浅槽隔离工序中针对氮化硅膜的露出、在镶嵌法中针对阻隔膜的露出检测照射到晶片表面的光的反射，从而在研磨装置侧管理研磨终点。此时，控制研磨进程的程序是事先装入到研磨装置。
为了把本发明的研磨垫固定在研磨装置的平台上，可以在研磨面的反侧使用双面胶带等粘接剂。另外，也可以隔着由发泡聚氨酯等构成的低弹性模量的衬垫来安装。
为了在将被研磨物的被研磨面按压到研磨垫上的状态使研磨垫和被研磨物相对地滑动来研磨，具体来说可以移动被研磨物和研磨平台中的至少一者。除了将研磨平台旋转以外，还可以旋转或滑动支架来研磨。另外，可以举出使研磨平台行星式旋转的研磨方法、使带状的研磨垫在长度方向以一个方向直线状移动的研磨方法等。这里，支架可以是固定、旋转、摇动的任意状态。这些研磨方法只要是使研磨垫和被研磨物相对地移动的方法，则可以根据被研磨面或研磨装置而适当选择。
研磨条件没有特别限制，但优选根据被研磨物适当选择。例如，为了使被研磨物不至于飞出，研磨平台的旋转速度优选为200rpm或200rpm以下的低速旋转；施加到被研磨物的压力则优选为研磨后不产生损伤的压力，例如当被研磨面为铜时优选约为50kPa或50kPa以下。另外，使用具有低介电常数层间绝缘膜的被研磨物时，优选为20kPa或20kPa以下。
研磨过程中，用泵等连续地向研磨垫和被研磨面之间供给研磨液。该供给量没有特别限制，但优选研磨垫表面时常由研磨液覆盖。由研磨引起的垫或所露出有机纤维的磨损，将通过进行修整而再生来维持。研磨结束后的被研磨物，优选用流水充分清洗后，使用甩干机等甩掉附着在研磨面上的水滴，并干燥。
下面，作为本发明研磨方法的一个方案，按照半导体器件的配线形成工序，说明上述被研磨面由在形成有配线或沟槽的绝缘层上覆盖阻隔导体层、还有铜等金属层的层积体所构成的研磨方法。
作为上述金属层，可以举出由铜、铜合金、铜的氧化物、铜合金的氧化物组成的组(以下称作铜及其化合物)、钨、钨合金、银、金等金属为主成分的物质，优选铜及其化合物等铜为主成分的金属层。
作为被金属层覆盖的阻隔导体层(以下叫做阻隔层)，在上述金属中，优选是对于上述铜及其化合物尤其是对铜和铜合金的阻隔层。阻隔层是为了防止金属层向绝缘膜中扩散，以及提高绝缘膜与金属层的密合性而形成的。该导体的组成可以举出钽、钛、钨及它们的氮化物、氧化物、合金等化合物等。
作为绝缘膜可以举出硅系覆膜或有机聚合物膜的层间绝缘膜。作为硅系覆膜可以举出二氧化硅、氟硅酸盐玻璃、以三甲基硅烷或二甲氧基二甲基硅烷为起始原料而得到的有机硅酸盐玻璃、氧氮化硅、氢化倍半硅氧烷等硅系覆膜、碳化硅及氮化硅。另外，作为有机聚合物膜可以举出全芳香族系低介电常数层间绝缘膜。尤其优选层间绝缘膜的介电常数小于等于2.7。
首先，在硅基片上层积二氧化硅等层间绝缘膜。接着，通过形成抗蚀剂层，刻蚀等公知的方法，在层间绝缘膜表面形成规定图案的凹部(基片露出部)，制成具有凸部和凹部的层间绝缘膜。在该层间绝缘膜上，采用蒸镀法或CVD法沿着表面的凹凸，成膜用来覆盖层间绝缘膜的钽等阻隔层。进而，采用蒸镀法、镀金法或CVD法等形成用来覆盖阻隔层的铜等金属层，以填充所述凹部。
接着，用本发明的研磨垫，边供给研磨液边采用CMP来研磨该基片表面的金属层(第一个研磨工序)。由此，基片上的凸部的阻隔层露出到表面，凹部中残留所述金属膜，得到期望的配线图案。进行该研磨时，与金属层一起同时研磨掉一部分凸部阻隔层也可以。第二个研磨工序中，使用可研磨金属层、阻隔层及层间绝缘膜的研磨液，采用CMP来至少研磨所述露出的阻隔层及凹部的金属层。凸部阻隔层下面的层间绝缘膜完全露出，而在凹部残留将成为配线层的金属层，在凸部与凹部的界限露出阻隔层的断面而得到期望图案时结束研磨。本发明的研磨垫至少用于第二个研磨工序，优选如本实施方式也用于第一个研磨工序。
为了确保研磨结束时的更优异的平坦性，也可以进一步进行过研磨(例如，当第二个研磨工序中，至得到期望图案的时间为100秒时进一步追加50秒研磨的情况就称作过研磨50％。)，研磨至包括凸部层间绝缘膜的一部分的深度。
本发明的研磨垫以及使用其的研磨方法，除了上述的埋入绝缘层复合开口部的、主要含有Cu、Ta、TaN和Al等金属的膜以外，还可以适用于研磨在规定的配线板上形成的氧化硅膜、玻璃、氮化硅等无机绝缘膜、主要含有多晶硅的膜、光掩模·透镜·棱镜等光学玻璃、ITO等无机导电膜、由玻璃和结晶材料构成的光集成电路·光开关元件·光导·光纤的端面、闪烁器等光学用单晶、固体激光器单晶、蓝色激光器LED用蓝宝石基片、SiC、GaP、GaAs等半导体单晶、磁器件用玻璃或氧化铝基片、磁头等。
实施例下面，根据实施例说明本发明，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1有机纤维使用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(杜邦公司制商品名“凯芙拉(Kevlar)”，纤维直径12.5μm，纤维长度3mm)，基体组合物使用ABS树脂球粒，用挤出成形机熔融混合，制成片剂。这里，聚对苯二甲酰对苯二胺纤维是调节成为10重量％。把片剂用大型干燥机在120℃干燥5小时后，用挤出成形机及轧辊，制成厚度1.2mm且宽度为1m的片状成形品。在上面以1 5mm间隔的格子状形成深度0.6mm、宽度2.0mm的矩形截面形状的沟，然后切割成圆形。进而，在进行了沟加工的面的相反侧粘接双面胶带，制成研磨垫。
实施例2除了基体组合物是以50∶50∶100的重量比混合聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯系弹性体以外，与实施例1同样地进行，得到研磨垫。
实施例3除了基体组合物是使用聚丙烯以外，与实施例1同样地进行，得到研磨垫。
比较例1除了不使用有机纤维以外，与实施例1同样地进行，制作研磨垫。
比较例2准备发泡聚氨酯制研磨垫。
把上述研磨垫分别安装到研磨装置的平台上，用附有#160号金刚石磨石的砂纸修整机，对表面进行30分钟的粗糙化。
研磨液的调制作为用于铜的研磨液，使用无磨粒研磨剂(日立化成工业株式会社制，商品名HS-C430浆液)，以及在其中添加二次粒子的平均粒径为35nm的胶体氧化硅而调制成0.37重量％的有磨粒研磨剂。使用时，两者都是以体积比混合成研磨液∶过氧化氢水＝7∶3。
基片的研磨使用在实施例和比较例制作的研磨垫和上述研磨液，如下所述研磨无配线或形成有配线的硅晶片基片，测定研磨速度、研磨损伤以及作为平坦性指标的凹陷。
即，在研磨装置的用于安装晶片的粘附有吸附垫的支架上，安装上述晶片。并且，在所述研磨装置的研磨平台上，粘附在实施例和比较例制作的研磨垫，在其上面使被研磨面朝下地把支架安装到研磨装置。以150cc/分钟供给上述研磨液，以38rpm旋转平台和晶片，以加工荷重4×104Pa研磨，并评价。将结果示于表1。
研磨速度的评价使用形成有厚度1μm的铜膜且没有形成配线的带有二氧化硅膜层硅晶片基片(直径13cm)，进行2分钟研磨。用ナプソン株式会社制RT-7型号测定电阻值，从电阻率计算膜厚，求出CMP前后的膜厚差，计算研磨前后的铜膜厚度。将结果示于表1。
研磨损伤的评价使用评价了研磨速度的晶片，目测评价损伤。将结果一并示于表1。
○研磨后的被研磨面的损伤少于5个×研磨后的被研磨面的损伤多于等于5个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线密度50％、深度0.5μm的沟，采用公知的溅射法形成厚度50nm的氮化钽膜作为阻隔层，同样地采用溅射法形成1.0μm铜膜，并采用公知的热处理埋入，形成具有配线金属部(铜)宽度100μm与绝缘膜(二氧化硅)部宽度100μm交互排列的条状图案部的表面形状的硅基片(直径13cm)，作为被研磨物准备。
使用该被研磨物，进行由铜膜的研磨和阻隔层的研磨构成的两个阶段研磨，用触针式段差计(Veeco/Sloan公司制Dektak3030)，从上述条状图案部的表面形状，测定对于绝缘膜部的配线金属部的膜减量。将结果一并示于表1。这里，表中的“无法测定”是表示，由于研磨速度低而无法研磨基片、或者研磨损伤过多而无法测定的状态。
在实施例1和比较例1制作的研磨垫为，基体树脂相同，不同之处为含有或不含有纤维。本发明研磨垫实施例1与不含有有机纤维的比较例1相比，抑制了损伤的产生，效果良好。比较例1中研磨损伤严重，无法测定凹陷。可以知道如果在实施例中使用无磨粒研磨剂，则几乎无法研磨，而采用研磨速度高的与比较例1或比较例2不同的研磨装置构就可以研磨。
表1
接着，研磨液使用在上述研究中研磨速度高的有磨粒研磨剂，并且使加工荷重为2×104Pa，除此以外与上述相同地研磨，并将评价结果示于表2。这里，从表2可以确认实施例中与上述研磨条件几乎没有研磨速度之差，即使低荷重即低摩擦力也可以研磨。另一方面，在比较例中如果是如该条件的低荷重，研磨速度就极端下降。
表2
从上述研究可以知道，如果使用本发明的研磨垫，进行CMP时就可以在减少对绝缘层的负荷的同时提高平坦性。
接着，利用实施例说明适用于经过研磨垫向半导体晶片表面照射光、检测其反射率的变化以管理研磨终点的研磨工序的本发明研磨垫，但本发明并不限于这些实施例。
准备用来制作研磨垫的以下板材1～3。
板材1有机纤维使用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(杜邦公司制“凯芙拉”，纤维直径12.5μm，纤维长度3mm)，基体树脂使用AS树脂球粒(日本エイアンドエル株式会社制，商品名“ライタツクA-100PC)，用挤出成形机熔融混合，制成片剂。这里，聚对苯二甲酰对苯二胺纤维是调节成为5重量％。把片剂用大型干燥机在120℃干燥5小时后，用挤出成形机及轧辊，制成厚度1.2mm且宽度为1m的片状成形品。
板材2把AS树脂球粒(同上)用挤出成形机熔融混合，制成片剂。把该片剂用大型干燥机在120℃干燥5小时后，用挤出成形机及轧辊，制成厚度1.2mm且宽度为1m的片状成形品。该板材不含有有机纤维。
板材3混合对位系芳纶纤维切碎物(纤维直径12.5μm，纤维长度5mm，杜邦公司制“凯芙拉”)和对位系芳纶纤维浆(纤维直径1μm，纤维长度1mm，杜邦公司制“凯芙拉”)和间位系芳纶纤维切碎物(纤维直径25μm，纤维长度6mm，软化温度280℃，帝人(株)制“コ一ネツクス”)，喷雾水溶性环氧树脂粘合剂(玻璃化转移温度110℃，大日本油墨化学工业(株)制，商品名“Vコ一ト”)的20重量％水溶液，进行加热干燥(150℃，3min)，进而，使其通过一对热辊之间(温度300℃，线压力196kN/m)而加热压缩，得到将间位系芳纶纤维切碎物热熔接在对位系芳纶纤维切碎物的无纺布。单位质量为70g/m2，对位系芳纶纤维切碎物/对位系芳纶纤维浆/间位系芳纶纤维切碎物/环氧树脂粘合剂的混合质量比为58/17/8/17。
固化剂使用二氰二酰胺，固化促进剂使用混合有2-乙基-4甲基咪唑的双酚A型环氧树脂(油化シエル(株)制，商品名“EP-828SK”)清漆。为了调节清漆，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重量份作为溶剂的甲基乙基酮。
把该清漆浸渍于所述的芳纶纤维无纺布，加热干燥(170℃，5min)制成预浸料。该预浸料是调节树脂附着量为加热加压成形后的厚度成为0.08mm。芳纶纤维无纺布的含量为60重量％。
在重叠了12张该预浸料的预浸料层的两个表面配置脱模薄膜(厚度50μm的聚丙烯薄膜)，用不锈钢制镜面板夹住，把其多组投入到加压热板间，在与热板之间隔着由牛皮纸层构成的厚度10mm的缓冲材料，进行加热加压成形(温度170℃，压力300kPa，时间120min)，得到厚度1.0mm的层积板。
实施例3使用板材1，加工成φ500mm的圆板状，在表面加工为了使研磨时供给的研磨液经过用来保持晶片的夹具下面，流入晶片下面的沟(格子状，沟宽2mm，沟间隔15mm，沟深0.6mm)，在其相反侧的面粘附双面胶带而制成研磨垫。
实施例4把板材1加工成长56mm、宽19mm、且在角上具有半径(曲率半径1.0mm)的矩形小片。接着，使用板材3，与实施例3同样地加工成φ500mm的圆板状，在其表面进行沟加工。把该圆板的从中心朝圆周的半径的中间点挖成长56mm、宽19mm、且在角上具有与上述相同的半径的矩形孔，并使长度方向处于半径侧。在该圆板的孔插入前面所述的由板材1构成的矩形小片，作为检测光用透光窗。最后在沟加工面的相反侧粘附双面胶带而制成研磨垫。
以往例1准备了由发泡聚氨酯系树脂构成的研磨垫，即具有由长56mm、宽19mm、且在角上具有半径的矩形透明树脂板构成的检测光用透光窗的市售品(厚度1.2mm，ロデ一ル公司制“IC-1000/Suba-400”)。
比较例3对板材2进行与实施例3相同的加工，而制作研磨垫。
参考例1对板材3进行与实施例3相同的加工，而制作研磨垫。该研磨垫不具有如实施例4的窗部。
测定这些实施例、以往例、参考例及比较例的研磨垫的透光率。对于具有透光窗的研磨垫是在窗部进行测定，对于不具有透光窗的研磨垫则是用研磨垫本体的板材进行测定。使用岛津制作所(株)制分光光度计UV-2200测定透过率，设定测定波长为670nm。这里，测定值是使用朗伯-比尔定律换算成板厚1mm的透过率。
研磨装置是使用美国Applied Material公司制MIRRA机，把各研磨垫粘附并固定在φ500mm的平台上。具有检测光用透光窗的研磨垫被对准成，研磨装置的平台的窗与研磨垫的窗不错位。把各研磨垫粘附到平台上后，对附属于该研磨装置的垫控制构件安装旭ダイヤモンド(株)制金刚石打磨机(磨粒#170，有丙烯酸涂层)，以9LB修整15分钟。此时，观察各研磨垫的表面状态的结果，实施例3和参考例1的研磨垫可以看到表面露出了纤维(露出长度500μm左右)。实施例4的研磨垫也具有窗部，垫表面全体可以看到同样露出纤维(露出长度500μm左右)。以往例1和比较例3的研磨垫则看不到这种露出纤维。
在表3总结了这些实施例、以往例、参考例及比较例的研磨垫的构造、表面状态及透光率。
表3
采用如上所述安装到研磨装置的各实施例、以往例、参考例及比较例的研磨垫和CMP研磨液，如下述实施硅晶片(绝缘膜覆盖晶片及TEG晶片)的研磨，按照以下观点评价其特性。将这些评价结果示于表4。
研磨损伤数量的评价在φ200mm硅晶片上采用TEOS-等离子体CVD法形成1μm的氧化硅膜，把该覆盖晶片安装到研磨装置上。此时，晶片被保持在头部，使氧化硅膜面与平台上的研磨垫接触。把研磨过程中施加到晶片表面的研磨压力设定为21kPa(3PSI)，以氧化铈系研磨液(日立化成工业(株)制HS-8005)供给量40mL/min及添加剂(日立化成工业(株)制HS-8102GP)供给量160mL/min进行混合，边滴落到平台上，边使平台以100rpm、使头以90rpm旋转，研磨1分钟晶片上的氧化硅膜。用纯水充分清洗研磨后的硅晶片，然后干燥，用显微镜在暗视野观察晶片表面全体，计数研磨损伤。
研磨速度的评价用光干涉式膜厚测定装置测定结束研磨损伤数量评价的各覆盖晶片的氧化硅膜厚度，从与研磨前测定的氧化硅膜厚度之差求出平均研磨速度。
均匀性的评价与研磨速度的测定相同，对于在各覆盖晶片面内的直行的直径上从端部5mm到8mm上的45个点，测定各处的氧化硅膜的研磨速度，从标准偏差(1δ)求出研磨速度的不均匀度(1δ/平均研磨速度×100)。
可否终点管理的评价在φ200mm硅晶片上，用厚度100nm的氮化硅膜制作宽度和间隔为25～2000μm的线等图案，然后将Si露出部以350nm深度刻蚀，在该晶片上用TEOS-等离子体CVD法形成氧化硅膜600nm，制作在表面具有450nm凹凸的TEG晶片。把该晶片用与前面所述的覆盖晶片相同的条件研磨时，使用评价时所使用的研磨装置(Applied Material Technology公司制MIRRA)附带的、根据激光的ISRM终点管理系统，判断可否检测氮化硅膜的露出情况。
平坦性的评价由上述终点管理检测氮化硅膜的露出情况，用触针式段差计Dektak3030(SLOAN公司制)测定结束研磨的TEG晶片的氮化硅膜线(宽度100μm)与相邻的氧化硅膜线(宽度300μm)的表面段差。
表4
从表4的实施例3及4的结果可以知道，通过使用本发明的研磨垫，可以根据光检测管理终点，并且通过与以往例1及比较例3比较就可以知道，可以根据有机纤维的效果抑制产生研磨损伤。并且，还知道此时研磨速度高，均匀性也充分。另外，参考例1的研磨垫在研磨评价中所使用的TEG晶片时，通过光照射检测终点时没有看到有充分显著的反射率的变化。这与参考例1的研磨垫在前面的研究中透光率低的结果是相应的。
接着，说明有关最大露出纤维长度的实施例。
实施例5对于由纤维直径12.5μm、纤维长度5mm的聚酯纤维构成的单位质量为70g/m2的无纺布(日本バイリ一ン(株)制“EPM-4070TE”)，浸渍下述清漆，在170℃干燥5分钟，制成预浸料。
清漆是，对于100重量份双酚A型环氧树脂，加入20重量份固化剂二氰二酰胺、0.1重量份固化促进剂2-乙基-4甲基咪唑，溶解到40重量份甲基乙基酮而制作的。
层积20张上述预浸料，在上下配置脱模薄膜(聚丙烯，厚度50μm)，用镜面板夹住。隔着厚度10mm的缓冲纸在加压热板之间进行加热加压成形。这里，成形条件为，175℃、400kPa、120分钟。其结果，得到了厚度1.5mm的层积板。层积板全体的纤维含量为50重量％。将其切成圆形，对表面用#70的金刚石磨石削入表面后，加工沟，制成研磨垫。这里，形成了间隔为15mm的格子状沟，沟的宽度为2mm、深度为0.6mm。
实施例6
除了交替层积实施例5所示的预浸料10张和未浸渍树脂的聚酯无纺布10张以外，与实施例5同样地进行，得到厚度1.5mm的层积板。层积板全体的纤维含量为70重量％。然后，与实施例5相同地削入表面，加工沟，制成研磨垫。
实施例7除了所使用的纤维是单位质量为130g/m3的聚酯织造布(旭化成(株)制“BKEポプリン”，纤维直径9μm)以外，与实施例5同样地进行，制作研磨垫。本实施例中，层积板全体的纤维含量为50重量％。
实施例8有机纤维使用纤维直径12.5μm、纤维长度3mm的聚酯纤维(日本バイリ一ン(株)制)，基体组合物使用ABS树脂球粒，用挤出成形机熔融混合，制成片剂。这里，调节成纤维含量为10重量％。把片剂用大型干燥机在120℃干燥5小时后，用挤出成形机及轧辊，制成厚度1.2mm且宽度为1m的片状成形品。在上面以15mm间隔的格子状形成深度0.6mm、宽度2.0mm的矩形截面形状的沟后，切成圆形。进而，在进行了沟加工的面的相反侧粘接双面胶带后，用#70的金刚石磨石将表面粗糙化，制成研磨垫。
参考例2混合对位系芳纶纤维切碎物(纤维直径12.5μm，纤维长度5mm，帝人(株)制“テクノ一ラ”)和间位对位系芳纶纤维切碎物(纤维直径25μm，纤维长度6mm，帝人(株)制“コ一ネツクス”)，对其喷雾水溶性环氧树脂粘合剂(大日本油墨化学工业(株)制，商品名“Vコ一ト”)的20重量％水溶液后，在150℃干燥3分钟，得到70g/m2的无纺布，进而，使该无纺布通过温度300℃、线压力196kN/m的热辊之间，加热压缩而得到无纺布。除了使用该无纺布以外，与实施例5同样地进行，制作研磨垫。另外，表面是用#150的金刚石磨石削入。本参考例中，层积板全体的纤维含量为50重量％。
比较例4使用厚度1.5mm的ABS(丙烯腈-丁二烯橡胶-苯乙烯共聚物)板，切成圆形，在表面加工间隔为15mm的格子状沟，沟的宽度为2mm、深度为0.6mm。然后，用#70的金刚石磨石将表面粗糙化，制成研磨垫。
参考例3除了用#70的金刚石磨石削入表面以外，与实施例8同样地进行，制作研磨垫。
观察表面用SEM(扫描电子显微镜)以100倍和200倍观察垫表面的任意5个地方，测量所露出纤维的最大长度。
研磨液作为研磨液，按照以下方法准备CMP浆液。
把2kg碳酸铈水合物放入白金制容器内，在800℃空气中烧结2小时，对所得到氧化铈粉末1kg，使用喷射式磨机进行干式粉碎。在其中混合聚丙烯酸铵盐水溶液(40重量％)23g和脱离子水8977g，边搅拌边施加10分钟超声波分散。把得到的浆液用1微米过滤器过滤，进而加入脱离子水得到5wt％浆液。浆液pH为8.3。为了用激光衍射粒度分布仪测定浆液的粒子，稀释成适当浓度而测定的结果，粒径的D99％为0.99μm。
研磨方法与研磨特性的评价准备在φ127mm的Si基片上采用TEOS-等离子体CVD法形成2μm的氧化硅膜的覆盖晶片，以及在φ200mm的Si基片上设置配置有正方形凸部的沟槽、在其上采用TEOS-等离子体CVD法形成600μm的Si3N4膜和氧化硅膜的测试晶片。沟槽是使用深度为0.35μm、密度为凸部60％、沟槽宽度为500μm的部分。
在研磨装置的用于安装晶片基片的粘附有吸附垫的支架上，安装上述晶片，在粘附了如上述制作的研磨垫的φ380mm的平台上，使绝缘膜面朝下地放置支架，进而设定加工荷重为29kPa(300gf/cm2)。在平台上一边以150cc/分钟的速度滴加上述氧化铈研磨液，一边以38rpm旋转两分钟平台和晶片，来研磨绝缘膜。用纯水充分清洗研磨后的晶片，然后干燥。用光干涉式膜厚测定装置测定研磨前后的膜厚之差，求出研磨速度。关于研磨损伤，用显微镜在暗视野观察研磨后的晶片表面，计数晶片表面存在的由研磨引起的损伤。
另外，关于平坦性的评价，削掉TEG晶片的凸部和凹部的段差1μm，测定凸部Si3N4膜露出之前的最终段差。另外，对TEG晶片的上述沟槽部，用触针式段差计测定凹陷。
在表5表示实施例、参考例及比较例的研磨特性。含有本发明聚酯纤维的实施例5、6、7及8，与含有高硬度纤维芳纶纤维的参考例2相比，容易减小露出纤维长度，平坦性优异，还没有研磨损伤。另外，将实施例5、6、7及8与不含有纤维的比较例4比较就可以清楚地知道，研磨速度提高，并且还没有研磨损伤。
表5
从表5可以知道，如果使用最大露出纤维长度小于等于0.1mm的研磨垫，就可以没有研磨损伤地提高平坦性、沟槽部的耐凹陷性，可以有效进行以层间绝缘膜、BPSG膜的平坦化、浅槽隔离的形成为代表的半导体形成工艺。
产业上利用的可能性如果使用本发明的研磨垫或者由本发明的制造方法制作的研磨垫进行CMP，可以通过研磨垫的在被研磨物侧表面露出的有机纤维，抑制被研磨物产生细小的研磨损伤。由此，可以在低荷重条件下进行平坦的研磨。另外，也可以采用以光学方法检测被研磨物的研磨状态的系统，在没有研磨损伤的条件下管理被研磨物的研磨终点。因此，可以提高被研磨物的生产率以及成品率。
因此，在例如半导体装置的制造工序中，可以进行对层间绝缘膜的负荷小且平坦性也优异的研磨，容易地实施下一代的双重镶嵌法。
权利要求
1.一种研磨垫，其特征在于，由含有有机纤维的纤维和保持该纤维的基体树脂构成，并且至少在被研磨物侧表面露出有机纤维。
2.一种研磨垫，其特征在于，由含有有机纤维的纤维和保持该纤维的基体树脂构成，并且至少在修整处理后的被研磨物侧表面露出有机纤维。
3.根据权利要求1或2所述的研磨垫，其特征在于，所述基体树脂至少含有一种热塑性树脂。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，所述基体树脂由半结晶性热塑性树脂构成。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，所述基体树脂中分散有弹性体。
6.根据权利要求5所述的研磨垫，其特征在于，所述弹性体的玻璃化转移温度为0℃或0℃以下。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，纤维是由芳香族聚酰胺构成。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，含有1～50重量％的有机纤维。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，有机纤维的直径为1mm或1mm以下。
10.根据权利要求1～9中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，有机纤维的长度为1cm或1cm以下。
11.根据权利要求1～10中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，由在被研磨物侧表面露出的有机纤维保持研磨粒子。
12.根据权利要求1～11中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，所述露出的有机纤维的最大露出部长度为0.1mm或0.1mm以下。
13.根据权利要求12所述的研磨垫，其特征在于，所述露出的有机纤维由聚酯构成。
14.根据权利要求12或13所述的研磨垫，其特征在于，在基体树脂中分散有碎块状的聚酯纤维。
15.根据权利要求12或13所述的研磨垫，其特征在于，在基体树脂中层积有聚酯无纺布。
16.根据权利要求1、2～4、7、9～11中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，其是在研磨过程中适用于针对被研磨物表面以光学方式检测研磨终点的研磨垫，由含有1～20重量％有机纤维的实质上不发泡的基体树脂构成，具有输送和保持研磨浆液粒子的功能，并且可透过190～3500nm范围波长的光线。
17.根据权利要求1、2～4、7、9～11中的任一项所述的研磨垫，其特征在于，其是在研磨过程中适用于针对被研磨物表面以光学方式检测研磨终点的研磨垫，包括可透过190～3500nm范围波长的光线的部分，该部分由含有1～20重量％有机纤维的实质上不发泡的基体树脂构成，并且具有输送和保持研磨浆液粒子的功能。
18.根据权利要求16或17所述的研磨垫，其特征在于，所述有机纤维是芳纶纤维。
19.一种研磨垫的制造方法，其特征在于，其是粘附到平台上而使用，以进行被研磨面的平坦化的研磨垫的制造方法，包括混合含有有机纤维的纤维和含有热塑性树脂的基体组合物而得到混合物的步骤、将该混合物制成球粒或片剂的步骤以及将该球粒或片剂通过挤出成形或注塑成形而加工成板状或片状的步骤。
20.一种研磨垫的制造方法，其特征在于，其是粘附到平台上而使用，以进行被研磨面的平坦化的研磨垫的制造方法，包括对含有有机纤维的纤维基材浸渍基体树脂组合物而制作树脂浸渍片状纤维基材的步骤、层积含有该树脂浸渍片状纤维基材的片状纤维基材并实施加热加压成形的步骤。
21.根据权利要求19或20所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，进一步包括使表面露出纤维的步骤。
22.一种研磨方法，其特征在于，将被研磨物的被研磨面按压到权利要求1～18中的任一项所述的研磨垫的有机纤维露出面上，一边向被研磨面和研磨垫之间供给研磨液，一边使被研磨物和垫相对地滑动，以研磨被研磨面。
23.根据权利要求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线或沟槽的介电常数小于等于2.7的绝缘层上覆盖了导体层、还有铜层的层积体构成。
24.一种研磨方法，其特征在于，使用权利要求16～18中的任一项所述的研磨垫，以光学方式检测研磨终点。
全文摘要
本发明的研磨垫为，由含有有机纤维的纤维和保持该纤维的基体树脂构成，并且至少在修整处理后的被研磨物侧表面露出有机纤维。由此，可以抑制被研磨物产生细小的研磨损伤，能够在低荷重条件下进行平坦的研磨。另外，也可以采用以光学方法检测被研磨物的研磨状态的系统，在没有研磨损伤的条件下管理被研磨物的研磨终点。因此，在例如半导体装置的制造工序中，可以进行对层间绝缘膜的负荷小且平坦性也优异的研磨，容易地实施下一代的双重镶嵌法。
文档编号B24B37/00GK1768417SQ20048000908
公开日2006年5月3日 申请日期2004年4月2日 优先权日2003年4月3日
发明者铃木雅雄, 中川宏, 吉田诚人, 西山雅也, 岛村泰夫, 平西智雄, 室川芳纪, 岩月保仁, 高桥克治, 向田政信 申请人:日立化成工业株式会社