JP2004235446A

JP2004235446A - 研磨パッド

Info

Publication number: JP2004235446A
Application number: JP2003022287A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Shimomura; 哲生下村; Masahiko Nakamori; 雅彦中森; Takatoshi Yamada; 孝敏山田
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】樹脂中に微粒子砥粒が分散された研磨層を有し、スラリーを使用しない研磨パッドにおいて、スクラッチの発生が少なく、研磨層の寿命が良好で研磨レートが安定した半導体ウエハ研磨用パッドを提供する。
【解決手段】樹脂中に微粒子砥粒が分散された研磨層を有する研磨パッドにおいて、前記樹脂が２０〜１５００ｅｑ／ｔｏｎの範囲でイオン性基を含有する樹脂であり、かつガラス転移温度が６０℃以上の樹脂（Ａ）と３０℃以下の樹脂（Ｂ）とを混合したものであり、前記樹脂（Ａ）が全樹脂量に対して５０〜７０質量％であることを特徴とする研磨パッド。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板を平坦化するための研磨材に関するものであり、特に、微細なパターンが形成された半導体ウエハ上のパターンの微小な凹凸を平坦化する研磨工程に使われる研磨パッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体ウエハは仕上げ加工工程や、デバイス化での多層配線プロセスにおいて、いわゆる化学的機械的研磨法（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）により鏡面研磨や、層間絶縁膜や導電膜の平坦化が行われている。この様な研磨では、ウエハ全面内での研磨量の均一性、凹凸段差の凸部の選択的研磨や、凹凸部の研磨後の平坦性などの特性が求められる。これらの要求に対して研磨パッドとしては、従来より、研磨中に高価な微粒子砥粒を懸濁させたスラリーを使用することが必要であった（例えば、特許文献１、２など）。この方式では、研磨工程の製造コストが高くなるため、研磨層中に砥粒を含有させた、いわゆる固定砥粒式研磨パッドが検討されている（例えば、特許文献３、４）。
特許文献３は、発泡ウレタン樹脂に酸化セリウム粒子を混合した構成の研磨パッドであるが、研磨層中の砥粒含有量を高くすることができず、研磨速度を上げたい場合には、スラリーを併用必要があり、特許文献４は、微粒子砥粒を２次凝集させた造粒粒子を用いてバインダー樹脂で基材上に固定して砥粒の含有量を高めた研磨パッドであるが、凝集体がスクラッチを生じやすいという問題があった。
【０００３】
そこで出願人は、先に出願した先願特許１において、水分散体樹脂に高濃度に砥粒を分散させてコーティングして、研磨層を得ることによって砥粒の含有量を高めることを可能にしたが、乾燥時にコート層にひび割れが発生したり、良好にコートできる場合でも砥粒層が削れ易く寿命が短かったり研磨レートが安定しないなどの問題が発生する場合があり、更なる改良が求められている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２１０２８号公報（請求項１など）
【特許文献２】
特開平１０−１５６７２４号公報（請求項１など）
【特許文献３】
特開２０００−３５４９５０号公報（請求項２、実施例など）
【特許文献４】
特開２０００−２３７９６２号公報（請求項１、実施例、図１など）
【先願特許１】
特願２００１−３０２９４１号（請求項１、実施例）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、樹脂中に微粒子砥粒が分散された研磨層を有し、スラリーを使用しない研磨パッドにおいて、スクラッチの発生が少なく、研磨層の寿命が良好で研磨レートが安定した半導体ウエハ研磨用パッドを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意検討の結果、塗液コートを行い乾燥時にひび割れが無く、且つ、該パッドを用いて研磨を行なう場合十分な寿命と研磨レートの安定性を得るためには最適な範囲が有ることを見出した。
即ち本発明は、以下の構成を採用するものである。
１．樹脂中に微粒子砥粒が分散された研磨層を有する研磨パッドにおいて、前記樹脂が２０〜１５００ｅｑ／ｔｏｎの範囲でイオン性基を含有する樹脂であり、かつガラス転移温度が６０℃以上の樹脂（Ａ）と３０℃以下の樹脂（Ｂ）とを混合したものであり、前記樹脂（Ａ）が全樹脂量に対して５０〜７０質量％であることを特徴とする研磨パッド。
２．第１の発明の微粒子砥粒の平均粒子径が５〜１０００ｎｍであることを特徴とする研磨パッド。
３．第１及び２の発明における研磨層が高分子基板または高分子発泡体上にコーティングされてなることを特徴とする研磨パッド。
４．第３の発明における高分子基板がポリエステルシート、アクリル樹脂シート、ＡＢＳ樹脂シート、ポリカーボネートシート、塩化ビニル樹脂シートのいずれかであることを特徴とする研磨パッド。
５．第３の発明における高分子発泡体がポリエステル発泡体、ポリウレタン発泡体、ポリエチレン発泡体であることを特徴とする研磨パッド。
６．微粒子砥粒が酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化第２鉄、酸化クロム、ダイヤモンドから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする第１〜５の発明のいずれかに記載の研磨パッド。
７．研磨層中の微粒子砥粒の含有量が６０〜９０質量％であることを特徴とする第１〜６の発明のいずれかに記載の研磨パッド。
８．研磨パッドの一部に光透過性領域を設けたことを特徴とする第１〜７の発明のいずれかに記載の研磨パッド。
９．第１〜８の発明のいずれかの研磨パッドを用いて凹凸のある半導体ウエハを研磨することを特徴とする半導体加工方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の研磨層の形成に用いられる樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂が好ましい例として挙げられ、特にポリエステル樹脂が好ましい。このポリエステル樹脂はウレタン化やアクリル系化合物によるグラフト重合などの変性をしても良い。
本発明においては、ガラス転移温度が６０℃以上の樹脂（Ａ）とガラス転移温度が３０℃以下の樹脂（Ｂ）とが混合されて研磨樹脂層を形成するが、ガラス転移温度が６０℃以上の樹脂（Ａ）は、全樹脂量に対して５０〜７０質量％であり、好ましくは５０〜６７質量％であり、５０質量％よりも少ないと、シリコンウエハを研磨した前後の研磨パッドの表面形状が著しく変化してしまい、安定した研磨レートが得られない。また、樹脂（Ａ）が７０質量％よりも多くなると研磨パッドの磨耗が激しくなり寿命が短くなる傾向がある。
【０００８】
本発明におけるポリエステル樹脂は多価カルボン酸と多価アルコ−ルとを縮重合して得られるものである。
多価カルボン酸としては、主としてジカルボン酸類からなる。ジカルボン酸類としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、１，５−ナフタル酸などの芳香族ジカルボン酸、ｐ−オキシ安息香酸、ｐ−（ヒドロキシエトキシ）安息香酸などの芳香族オキシカルボン酸、等を用いることができる。芳香族ジカルボン酸は多価カルボン酸成分の４０ｍｏｌ％以上を用いることが好ましく、６０ｍｏｌ％以上がさらに好ましい。芳香族ジカルボン酸の含有率がこの範囲に満たない場合には樹脂のガラス転移温度が低下する傾向がある。本発明において好ましく用いられるジカルボン酸類としてはテレフタル酸、イソフタル酸である。これらは芳香族ジカルボン酸の内５０ｍｏｌ％以上使用されることが好ましい。
【０００９】
上記以外の他のジカルボン酸類としては、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸、フマ−ル酸、マレイン酸、イタコン酸、ヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、等の不飽和脂肪族ジカルボンサン、および、シクロヘキサンジカルボン酸、シクロヘキセンジカルボン酸、ダイマー酸、トリマー酸、テトラマー酸等の（不飽和）脂環族ジカルボン酸等を使用することができる。本発明においては必要によりトリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸等のトリおよびテトラカルボン酸を少量含んでも良い。
【００１０】
本発明における多価アルコ−ル成分としては、例えば、エチレングリコ−ル、プロピレングリコ−ル、１，３−プロパンジオ−ル、１，４−ブタンジオ−ル、１，５−ペンタンジオ−ル、１，６−ヘキサンジオ−ル、ネオペンチルグリコ−ル、ジエチレングリコ−ル、ジプロピレングリコ−ル、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオ−ル、１，４−シクロヘキサンジメタノ−ル、スピログリコ−ル、１，４−フェニレングリコ−ル、１，４−フェニレングリコ−ルのエチレンオキサイド付加物、ポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、ポリテトラメチレングリコ−ル、トリシクロデカンジメタノール、ダイマージオール、水添ダイマージオール、等のジオ−ル、ビスフェノ−ルＡのエチレンオキサイド付加物およびプロピレンオキサイド付加物、水素化ビスフェノ−ルＡのエチレンオキサイド付加物およびプロピレンオキサイド付加物等々のジオ−ル類、さらに必要により、トリメチロ−ルエタン、トリメチロ−ルプロパン、グリセリン等のトリオ−ル、ペンタエルスリト−ル等のテトラオ−ル等、他に、ε−カプロラクトン等のラクトン類を開環重合して得られる、ラクトン系ポリエステルポリオ−ル類を用いることができる。
【００１１】
本発明では樹脂がイオン性基を有する。樹脂が有するイオン性基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、硫酸エステル基、リン酸基、もしくはそれらの塩（水素塩、金属塩、アンモニウム塩）の基等のアニオン性基、または第１級ないし第３級アミン基等のカチオン性基であり、好ましくは、カルボキシル基、カルボン酸アンモニウム塩基、スルホン酸基、スルホン酸アルカリ金属塩基等を用いることができる。
【００１２】
以下、ポリエステル樹脂の場合を例にして、イオン性基含有樹脂を説明する。これらイオン性基は樹脂に共重合された形態にて含有されることが好ましい。
ポリエステル樹脂に共重合可能なスルホン酸金属塩基含有化合物としては、スルホテレフタル酸、５−スルホイソフタル酸、４−スルホフタル酸、４−スルホナフタレン−２，７−ジカルボン酸、５〔４−スルホフェノキシ〕イソフタル酸等の金属塩をあげることができる。またスルホ安息香酸およびその金属塩等のモノカルボン酸を用いることにより高分子末端にイオン性基を導入することが出来る。勿論、ポリエステル樹脂末端に残存するカルボキシル基は、これを有効に使うことが出来る。なお、さらにポリエステル樹脂の重合末期に無水トリメリット、無水ピロメリット酸、無水フタル酸等、多価カルボン酸無水物を加えることにより、樹脂末端により多くのカルボキシル基を導入する事ができる。カルボキシル基は後処理により、アンモニア、アルカリ金属、アミン類等により中和することにより、イオン性基として有効に活用することができる。
【００１３】
これらイオン性基の含有量は、スルホン酸基およびまたはその塩の基を含め、該樹脂に対し、２０〜１５００ｅｑ／ｔｏｎ、好ましくは１００〜１０００ｅｑ／ｔｏｎである。
かかるイオン性基は、樹脂の可溶性、水分散性を発現させ、砥粒の分散を容易にするために必要とされる。
本発明における樹脂は、同じ種類だけでなく必要により異種の樹脂を併用することができる。また、溶融状態、溶液状態で、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、イソシアネ−ト化合物等と混合することもでき、またさらに、これらの化合物と一部反応させることもできる。
【００１４】
（水分散体製法）
本発明における樹脂は、水分散能を有するため、自己乳化させることによりミクロな水分散体を得ることが出来る。かかるミクロな分散体の粒子径は０．０１〜１μｍ程度である。
自己乳化の具体的な方法としては、イオン性基としてカルボキシル基、スルホン酸基、硫酸エステル基、リン酸基を有するポリエステル樹脂の場合、
（１）ポリエステル樹脂を水溶性有機化合物に溶解。
（２）中和するためのカチオンを添加。
（３）水を添加。
（４）水溶性有機化合物を共沸、透析などにより除去。
【００１５】
イオン性基としてカルボキシル基、スルホン酸基、硫酸エステル基、リン酸基の塩（金属塩、アンモニウム塩）の基等のアニオン性基、または第１級ないし第３級アミン基等のカチオン性基を有するポリエステル樹脂の場合、
（１）ポリエステル樹脂を水溶性有機化合物に溶解。
（２）水を添加。
（３）水溶性有機化合物を共沸、透析などにより除去。
なる手順を例示することができる。乳化の際に乳化剤、界面活性剤などを併用することも可能である。
【００１６】
ここに、水溶性有機化合物としてはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ブチルセロソルブ、エチルセロソルブなどの比較的低沸点の水溶性溶剤を好ましく使用することができる。
【００１７】
中和するためのカチオンの供給源としては、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ金属の炭酸水素塩、アンモニア、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、モノエチル時エタノールアミン、イソホロン、等のアミン類、アミノアルコール類、環状アミン等を用いることができる。
【００１８】
また、本発明では、イオン性基を持つ樹脂を２種類以上混合する。
本発明に用いられる微粒子砥粒は、５〜１０００ｎｍであることが好ましい。粒子径が５ｎｍ未満の場合、該ポリエステル樹脂と分散する場合に、その混合が非常に困難となり、実質的に製造することが出来ない。また、粒子径が１０００ｎｍを超えた場合、これを用いて製作した研磨材にて研磨を行った際に、被研磨物に大きな傷を与えてしまう可能性がある。
本発明に用いられる微粒子砥粒はいかなる材質でも良いが、好ましくは酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化第２鉄、酸化クロム、ダイヤモンドから少なくとも１種類以上含まれているものが良く、特に好ましくは酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化アルミニウムがよい。研磨対象がシリコンベアウエハの場合や、Ｃｕ、Ａｌ等のメタル膜研磨の場合は、酸化ケイ素、酸化アルミニウムが特に好ましく、シリコン酸化膜を研磨する場合は酸化セリウムを用いることが特に好ましい。
【００１９】
本発明では、前記砥粒が、研磨層中に含有される量として６０〜９０質量％が好ましく、特に好ましくは７５〜９０質量％である。砥粒量が６０質量％を下回った場合、有効に研磨に関与できる砥粒の数が減り、研磨レートが出なくなってしまう。一方、砥粒の量が９０質量％を超えた場合、砥粒を結着させる樹脂の量が少なくなり砥粒の脱落が多くなり研磨パッドの寿命が短くなったり、脱落した砥粒の塊がスクラッチの原因となってしまう。
【００２０】
さらに、本発明においては、微粒子砥粒を分散した樹脂自体でバルクまたはシート状の研磨層単独の研磨材（パッド）であっても良いが、高分子基板や高分子発泡体などの基材上にコーティングなどで研磨樹脂層を形成した構成の研磨材であることが好ましい。コーティングする場合に用いる基材は、特に限定される物ではないが、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリアミドイミド系、アクリル系、セルロース系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリカーボネート、フェノール系、ウレタン系樹脂などが挙げられるが、特に好ましくは、接着性、強度、環境負荷などの観点から、ポリエステル系樹脂ないしはポリカーボネート樹脂が好ましい。
【００２１】
基材として高分子発泡体を用いる場合、いかなる高分子発泡体を用いても良いが、好ましくはポリエステル樹脂発泡体、ポリウレタン樹脂発泡体、ポリエチレン樹脂発泡体などが挙げられる。
【００２２】
本発明における研磨砥粒コーティング層（研磨層）の厚さが、好ましくは３５０μｍ以上２ｍｍ以下であり、特に好ましくは４００μｍ以上１ｍｍ以下である。コーティング層の厚さが３５０μｍ未満の場合、実際に研磨を行なった場合、コーティング層が磨り減ってしまい研磨材の寿命が短くなり実用的ではない。一方コーティング層の厚さが２ｍｍを超える場合、コーティング後乾燥した場合、表面に大きなひび割れが発生し、綺麗な塗膜を得ることが出来ない。
【００２３】
本発明の研磨パッドにおいて前述のコーティングされた研磨層には、溝が形成されていても良い。溝形状としてはその溝ピッチが１０ｍｍ以下が好ましい。さらに、より好ましくは、溝ピッチが１０ｍｍ以下でかつ、溝幅が０．５ｍｍ以上で、溝深さは少なくともコーティング層の厚さの０．８倍以上あることが良い。更に特に好ましくは、溝ピッチが４ｍｍから８ｍｍの範囲で、溝幅が０．５ｍｍから２ｍｍの範囲で且つ、溝深さがコーティング厚さの０．８倍から１．１倍が好ましい。
本発明での溝の形成法としては、好ましくは機械的切削加工が好ましく、例えばセラミックや金属刃による切削や、セラミック砥石等による研削によって溝を形成することが出来る。
【００２４】
本発明では、研磨パッドの一部に光透過性領域を設けても良い。光透過領域は研磨を行なう上で、研磨の終点を検出するのに非常に有効である。光透過性領域は、研磨パッドの一部に穴をあけるだけでも良いが、好ましくは穴を空けた部分に光透過性高分子材料をはめ込む構造が良い。本発明に用いられる光透過性高分子材料は、特に限定される物ではないが、波長４００〜７００ｎｍの全領域における光透過率が５０％以上であれば特に制限されない。例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ハロゲン系樹脂（ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなど）、ポリスチレン、オレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）、及びエポキシ樹脂などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。なお、研磨領域に用いられる形成材料や研磨領域の物性に類似する材料を用いることが好ましい。特に、研磨中のドレッシング痕による光透過領域の光散乱を抑制できる耐摩耗性の高いポリウレタン樹脂が望ましい。
【００２５】
前記ポリウレタン樹脂は、有機イソシアネート、ポリオール、及び鎖延長剤からなるものである。
有機イソシアネートとしては、２，４−トルエンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−キシリレンジイソシアネート、ｍ−キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、４，４’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２６】
有機イソシアネートとしては、上記ジイソシアネート化合物の他に、３官能以上の多官能ポリイソシアネート化合物も使用可能である。多官能のイソシアネート化合物としては、デスモジュール−Ｎ（バイエル社製）や商品名デュラネート（旭化成工業社製）として一連のジイソシアネートアダクト体化合物が市販されている。これら３官能以上のポリイソシアネート化合物は、単独で使用するとプレポリマー合成に際して、ゲル化しやすいため、ジイソシアネート化合物に添加して使用することが好ましい。
【００２７】
ポリオールとしては、ポリテトラメチレンエ−テルグリコ−ルに代表されるポリエ−テルポリオール、ポリブチレンアジペ−トに代表されるポリエステルポリオ−ル、ポリカプロラクトンポリオ−ル、ポリカプロラクトンのようなポリエステルグリコ−ルとアルキレンカ−ボネ−トとの反応物などで例示されるポリエステルポリカ−ボネ−トポリオ−ル、エチレンカ−ボネ−トを多価アルコ−ルと反応させ、次いで得られた反応混合物を有機ジカルボン酸と反応させたポリエステルポリカ−ボネ−トポリオ−ル、及びポリヒドキシル化合物とアリ−ルカ−ボネ−トとのエステル交換反応により得られるポリカ−ボネ−トポリオ−ルなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２８】
また、ポリオールとして上述したポリオールの他に、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，４−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン等の低分子量ポリオールを併用してもよい。
【００２９】
鎖延長剤としては、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，４−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン等の低分子量ポリオール類、あるいは２，４−トルエンジアミン、２，６−トルエンジアミン、３，５ −ジエチル−２，４ −トルエンジアミン、４，４’−ジ−ｓｅｃ−ブチルージアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、２，２’，３，３’−テトラクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジエチル−５，５’−ジメチルジフェニルメタン、３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−メチレン−ビスーメチルアンスラニレート、４，４’−メチレン−ビスーアンスラニリックアシッド、４，４’−ジアミノジフェニルスルフォン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−メチレン−ビス（３−クロロ−２，６−ジエチルアミン）、３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノ−５，５’−ジエチルジフェニルメタン、１，２−ビス（２−アミノフェニルチオ）エタン、トリメチレングリコールージ−ｐ−アミノベンゾエート、３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミン等に例示されるポリアミン類を挙げることができる。これらは１種で用いても、２種以上を混合しても差し支えない。ただし、ポリアミン類については自身が着色していたり、これらを用いてなる樹脂が着色する場合も多いため、物性や光透過性を損なわない程度に配合することが好ましい。また、芳香族炭化水素基を有する化合物を用いると短波長側での光透過率が低下する傾向にあるため、このような化合物を用いないことが特に好ましいが、要求される光透過性を損なわない程度に配合してもよい。
【００３０】
前記ポリウレタン樹脂における有機イソシアネート、ポリオール、及び鎖延長剤の比は、各々の分子量やこれらから製造される光透過領域の所望物性などにより適宜変更できる。光透過領域が前記特性を得るためには、ポリオールと鎖延長剤の合計官能基（水酸基＋アミノ基）数に対する有機イソシアネートのイソシアネート基数が０．９５〜１．１５であることが好ましく、さらに好ましくは０．９９〜１．１０である。
【００３１】
前記ポリウレタン樹脂は、溶融法、溶液法など公知のウレタン化技術を応用して製造することができるが、コスト、作業環境などを考慮した場合、溶融法で製造することが好ましい。
前記ポリウレタン樹脂の重合手順としては、プレポリマー法、ワンショット法のどちらでも可能であるが、事前に有機イソシアネートとポリオールからイソシアネート末端プレポリマーを合成しておき、これに鎖延長剤を反応させるプレポリマー法が一般的である。なお、有機イソシアネートとポリオールから製造されるイソシアネート末端プレポリマーが市販されているが、本発明に適合するものであれば、それらを用いて、プレポリマー法により本発明で使用するポリウレタンを重合することも可能である。
【００３２】
光透過領域の作製方法は特に制限されず、公知の方法により作製できる。例えば、前記方法により製造したポリウレタン樹脂のブロックをバンドソー方式やカンナ方式のスライサーを用いて所定厚みにする方法や所定厚みのキャビティーを持った金型に樹脂を流し込み硬化させる方法や、コーティング技術やシート成形技術を用いた方法などが用いられる。
光透過領域の形状は特に制限されるものではないが、研磨領域の開口部と同様の形状にすることが好ましい。
【００３３】
本発明の研磨材で表面にパターンが形成された凹凸のシリコンウエハを研磨する場合、該研磨材は研磨対象であるシリコンウエハとある荷重を印加して接触させ相対的に移動することで研磨を行い、シリコンウエハを平坦化することが出来る。この場合、シリコンウエハと研磨材の動きは直線的な動きでも、曲線状の動きでも良い。また、本発明でシリコンウエハを研磨する場合、シリコンウエハと研磨材との間には何も介さなくても研磨することは可能であるが、スクラッチ等の低減の為には、好ましくは純水を流しながら研磨をしても良い。研磨対象物がシリコンウエハ上のシリコン酸化物の場合は、好ましくは、アルカリ性水溶液を流しても良く、また、シリコンウエハ上の研磨対象物がアルミ、タングステン、銅等の金属の場合、それら金属表面を酸化させることの出来る酸性水溶液を流しながら研磨しても良い。これらの場合、供給する純水、アルカリ水溶液、酸性水溶液はパッドの面積あたり少なくとも１５ｍｇ／ｃｍ^２・ｍｉｎの量を供給するのが良い。
【００３４】
本発明に於いては、ウエハと研磨材の摩擦抵抗の低減や、スクラッチの低減、研磨速度の制御をする目的で、界面活性剤を滴下しながら研磨を行なっても良い。界面活性剤は、それ単独で本発明研磨材上に滴下しても良くまた、前述の純水中又はアルカリ水溶液、酸性水溶液中に予め混合して滴下しても良い。
【００３５】
【実施例】
以下に、本発明を実施例によって説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。
なお、本発明において採用した研磨パッドの評価方法は以下のとおりである。
【００３６】
（研磨特性の評価）
研磨装置として岡本工作機械社製ＳＰＰ６００Ｓを用いて、研磨特性の評価を行った。酸化膜の膜厚測定には大塚電子社製の干渉式膜厚測定装置を用いた。研磨条件としては、薬液とし、超純水のみ又は、超純水にＫＯＨを添加してｐＨ１１にした物を、研磨中に流量１５０ｍｌ／ｍｉｎで滴下した。研磨荷重としては２５０ｇ／ｃｍ^２、研磨定板回転数３５ｒｐｍ、ウエハ回転数３０ｒｐｍとした。
【００３７】
研磨特性の評価では、８インチシリコンウエハに熱酸化膜を全面に渡って均一に１μｍ堆積させたウエハを前記研磨装置にて、研磨を行なった後、ウエハ面内の任意の場所２５箇所の酸化膜の膜厚を干渉式膜厚測定器（大塚電子社製）に測定した。この膜厚の平均値を研磨時間で割ることで平均研磨速度を求めた。
研磨速度の変化を調べる為、連続してウエハを１０枚処理した後、１０枚目のウエハの研磨速度を前述と同様に測定して、１０枚目のウエハの研磨速度を算出した。
スクラッチ評価は、研磨し終えた８インチシリコンウエハの酸化膜表面を、トプコン社製ウエハ表面検査装置ＷＭ２５００にて０．２μｍ以上の条痕が幾つあるかを評価した。
【００３８】
（実施例１）
攪拌翼を備えたフラスコに、水分散体ポリエステル樹脂ＴＡＤ１０００（東洋紡績社製ガラス転移温度６５℃ イオン性基量８１６ｅｑ／ｔｏｎ固形分濃度３０質量％）６５質量部、同じく水分散体ポリエステル樹脂ＴＡＤ３０００（東洋紡績社製ガラス転移温度３０℃ イオン性基量８１５ｅｑ／ｔｏｎ固形分濃度３０質量％）３５質量部、架橋剤サイメル３２５（三井サイテック社製）４質量部及び消泡剤サーフィノールＤＦ７５（日信化学工業社製）０．７質量部を攪拌混合した後、酸化セリウムパウダー（バイコウスキー社製平均粒子径０．２μｍ）１００質量部を逐次添加し、均一になるように攪拌した。得られた塗液はペースト状であり、これを、テーブル状ダイコーターを用いて、厚さ０．８ｍｍの発泡ポリウレタンシート（積水化学社製ＴＨＭＳｈｏｒｅＡ硬度６７）と、厚さ０．５ｍｍポリカーボネート基板（三菱エンジニアリングプラスティック社製ＳｈｏｒｅＡ９５以上）とを両面テープ＃５７８２（積水化学工業社製）で面荷重１ｋｇ／ｃｍ^２を印加しながら貼り合せた基材に約４００μｍの厚さでコーティングを行なった。得られたシートは１１０℃の熱風オーブンにて約６０分間乾燥を行い徐冷後取り出した。得られた塗膜は発泡ポリウレタン基板上に約３５０μｍの厚さがあり、その断面を走査型電子顕微鏡にて観察を行なったところ、酸化セリウム微粒子が凝集することなく均一に分散されていることが確認された。
得られた研磨パッドの研磨特性に関しては表１に示す。得られた研磨パッドは研磨レートが高く、１０枚目のウエハでの研磨速度に大きな変化は無く安定した研磨レートが得られた。
【００３９】
（実施例２）
実施例１のＴＡＤ１０００を５０質量部、ＴＡＤ３０００を５０質量部に変更した以外は同様にして研磨パッドを作製した。得られた研磨パッドの研磨特性に関しては表１に示す。得られた研磨パッドは研磨レートが高く、１０枚目のウエハでの研磨速度に大きな変化は無く安定した研磨レートが得られた。
【００４０】
（実施例３）
実施例１と同様に水分散ポリエステル樹脂ＴＡＤ３０００に変えてＴＡＤ２０００（東洋紡績社製ガラス転移温度２０℃ イオン性基量１０２０ｅｑ／ｔｏｎ固形分濃度３０質量％）を用いて、また、コーティングする基材を発泡ポリウレタン樹脂からスチレンブタジエンゴム（ＳｈｏｒｅＡ５５）に変えて、それ以外は実施例１と同様に研磨パッドを製作した。同じく結果を表１に併記するが、研磨レートが高く、１０枚目のウエハでの研磨速度に大きな変化は無く安定した研磨レートが得られた。
【００４１】
（実施例４）
実施例１と同様に水分散ポリエステル樹脂ＴＡＤ１０００に変えてＭＤ１２００（東洋紡績社製ガラス転移温度６７℃ イオン性基量３００ｅｑ／ｔｏｎ固形分濃度３４質量％）を用いて、それ以外は実施例１と同様に研磨パッドを製作した。同じく結果を表１に併記するが、研磨レートが高く、１０枚目のウエハでの研磨速度に大きな変化は無く安定した研磨レートが得られた。
【００４２】
（実施例５）
実施例１と同様に発泡ポリウレタン樹脂上にコーティングを行なった後、再度そのコート面に約４００μｍの厚さでコーティングを行い、それ以降は同様に製作を行なった。得られた塗膜の厚さは、約７００μｍとなり、この研磨パッドを用いて研磨を行なったところ、研磨レートが高く、１０枚目のウエハでの研磨速度に大きな変化は無く安定した研磨レートが得られた。
【００４３】
（比較例１）
実施例１のＴＡＤ１０００を４０質量部、ＴＡＤ３０００を６０質量部に変更した以外は同様にして研磨パッドを作製した。得られた研磨パッドの研磨特性に関しては表１に示す。得られた研磨パッドは実用的な初期の研磨レートがえら得たが、数枚ウエハを加工すると徐々に研磨レートが低下してしまった。
【００４４】
（比較例２）
実施例１において、水分散ポリエステル樹脂ＴＡＤ１０００を混合せず、それ以外は実施例１と同様に研磨パッドを製作したところ、良好な塗膜を得たが、表面はややべたついていた。このような研磨パッドで研磨を実施したところ、ウエハが研磨パッド表面に貼り付き研磨中に激しい振動が発生し遂にはウエハがウエハホルダーより外れてしまった。
【００４５】
（比較例３）
熱可塑性ポリエステル樹脂（東洋紡績社製バイロンＲＶ２００）８００質量部と直径０．５μｍのシリカパウダー２００質量部を、樹脂のＴｇ以上の温度で溶融混合させ、離型剤の塗布またはコーティングされた容器に流し込み、厚さ１０ｍｍ、直径６０ｃｍの円盤状の研磨パッドを得た。得られた研磨パッドの断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、シリカ粒子が凝集し、数ミクロンの塊となっているのが観察された。得られたパッドで研磨を行なったところ、研磨速度は低く、しかも、１０枚後のウエハでの研磨速度は更に低下してしまった。また、スクラッチの数も多くなった。
【００４６】
（比較例４）
容器にポリエーテル系ウレタンプレポリマー（ユニローヤル社製アジプレンＬ−３２５）を３０００質量部と、界面活性剤（ジメチルポリシロキサン・ポリオキシアルキル共重合体東レダウコーニングシリコーン社製ＳＨ１９２）を１９質量部と酸化セリウム（シーベルヘグナーナノスケールセリア）６００質量部入れ、攪拌機にて約４００ｒｐｍで攪拌し混合溶液を作り、その後、攪拌機を交換し硬化剤（４，４′−メチレン−ビス〔２−クロロアニリン〕を７７０質量部を攪拌しながら投入する。約１分間攪拌した後、パン型のオープンモールドへ混合液を入れ、オーブンにて１１０℃、６時間ポストキュアを行い、発泡ポリウレタンブロックを製作した。得られた発泡ポリウレタンはＳｈｏｒｅＡ硬度にて６５、圧縮率０．５％、比重０．９５であり、平均気泡径３５μｍであった。得られた研磨パッドの断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、酸化セリウム粒子が凝集し、数ミクロンの塊となっているのが観察された。得られたパッドで研磨を行なったところ、研磨速度は低く、しかも、１０枚後のウエハでの研磨速度は更に低下してしまった。また、スクラッチの数も多くなった。
【００４７】
実施例及び比較例の結果を以下の表１にまとめた。
【表１】

【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨速度が高く、しかも安定した研磨速度を有するスラリーレスの研磨パッドを提供することができる。

Claims

樹脂中に微粒子砥粒が分散された研磨層を有する研磨パッドにおいて、前記樹脂が２０〜１５００ｅｑ／ｔｏｎの範囲でイオン性基を含有する樹脂であり、かつガラス転移温度が６０℃以上の樹脂（Ａ）と３０℃以下の樹脂（Ｂ）とを混合したものであり、前記樹脂（Ａ）が全樹脂量に対して５０〜７０質量％であることを特徴とする研磨パッド。
微粒子砥粒の平均粒子径が５〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
研磨層が高分子基板または高分子発泡体上にコーティングされてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨パッド。
高分子基板がポリエステルシート、アクリル樹脂シート、ＡＢＳ樹脂シート、ポリカーボネートシート、塩化ビニル樹脂シートのいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の研磨パッド。
高分子発泡体がポリエステル発泡体、ポリウレタン発泡体、ポリエチレン発泡体であることを特徴とする請求項３に記載の研磨パッド。
微粒子砥粒が酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化第２鉄、酸化クロム、ダイヤモンドから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜５に記載の研磨パッド。
研磨層中の微粒子砥粒の含有量が６０〜９０質量％であることを特徴とする請求項１〜６に記載の研磨パッド。
研磨パッドの一部に光透過性領域を設けたことを特徴とする請求項１〜７に記載の研磨パッド。
請求項１〜８のいずれかの研磨パッドを用いて凹凸のある半導体ウエハを研磨することを特徴とする半導体加工方法。