JP2005177945A - 研磨パッドおよび半導体ウエハの研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体ウエハなど被研磨対象物の表面上に微細なパターンが形成されており、該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おいて、スラリーレスで研磨ができかつスクラッチの発生が少ない研磨用パッドとこの研磨パッドを使用しての半導体ウエハの研磨方法を提供する。
【解決手段】 研磨領域がポリウレタン樹脂で構成される研磨領域を有する研磨パッドであって、該研磨領域表面に溝が形成され、該溝に砥粒分散用樹脂中に微粒子砥粒が分散された組成物を、充填もしくは塗膜形成させたことを特徴とする研磨用パッドとこの研磨パッドを使用する半導体ウエハの研磨方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体ウエハなどの被研磨体表面の凹凸をＣＭＰ（化学的機械研磨またはケミカルメカニカルポリシング）で平坦化する際に使用される研磨パッド及び該研磨パッドを用いた半導体ウエハの研磨方法に関する。

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（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）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、下記に挙げられるような構成の物が従来開発、検討されてきた。

１弾性ポリウレタン層に研磨層である合成皮革層が積層されたもの（特許文献１参照）。
２発泡ポリウレタン層にポリウレタン含浸不織布を貼り合わせた構成のもの（特許文献２参照）。
３研磨表面が設けられており、前記研磨表面に隣接し選択した厚さ及び剛性の剛性要素が設けられており、前記剛性要素へ実質的に一様な力を付与するために前記剛性要素に隣接して弾性要素が設けられており、前記剛性要素及び前記弾性要素が前記研磨表面へ弾性的屈曲力を付与して前記研磨表面に制御した屈曲を誘起させ、それが前記加工物の表面の全体的な形状に適合し且つ前記加工物表面の局所的な形状に関して制御した剛性を維持することを特徴とする研磨用パッド（特許文献３参照）。
４縦弾性係数Ｅ_Ａの大きい表層Ａと、縦弾性係数Ｅ_Ｂの小さい下層Ｂとを有し、両層Ａ、Ｂとの間に上記Ｂ層よりも少なくとも縦弾性係数の大きい中間層Ｍを設けたことを特徴とする研磨布（特許文献４参照）。

５研磨層と、研磨層より弾性の高い中間層と、柔らかい下地層の構成で、中間層が分割されているパッド（特許文献５参照）。
６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。
７溶剤に溶解したバインダー溶液に砥粒を分散させ、フィルム上にコーティングした構成の研磨パッド。
米国特許３５０４４５７号明細書 特開平０６−０２１０２８号公報 特開平０６−０７７１８５号公報 特開平１０−１５６７２４号公報 特開平１１−０４８１３１号公報

前述の各種研磨パッドは次のような問題点を有している。
１この方式では、全面の均一性に関しては、弾性ポリウレタン層がウエハにかかる荷重を均一にする役目を果たしているが、最表層研磨層に、柔らかい合成皮革を使用しているため、スクラッチ等の問題は無いが、微小領域での平坦化特性が良くないという問題点がある。

２ポリウレタンと不織布の積層でも、不織布層が前述１の弾性ポリウレタン層と同等の役目を果たし、均一性を得ている。また、研磨層も硬質の発泡ポリウレタン層を有している為、合成皮革に比べて平坦化特性も優れているが、近年、微小領域での平坦化特性の要求レベルの向上や、金属膜の研磨においては、要求レベルに達していない。また、硬質ウレタン層の硬度を更に上げる事で平坦化特性の向上を図れるが、この場合、スクラッチの多発を招き実用的ではない。

３研磨層、剛性層、弾性層の構造のものは、表層の研磨層でスクラッチの起きない適度の硬度を持たせ、硬度が上げられず劣化する平坦化特性を第２層の剛性層で改善させる構成のものである。これは、前述２の方式の問題点を解決するものであるが、この場合、研磨層の厚さが０．００３インチ以下が指定されており、この厚さでは実際に使用した場合、研磨層も削れてしまい、製品寿命が短い欠点がある。

４同方式は、基本的思想は前述３の方式と同様であり、各層の弾性率の範囲を限定して、より効率的な範囲を得ようとしているが、該方式の中では実質的に何ら実現する手段がなく、研磨パッドを製作することは困難である。

５この方式でも、基本的思想は前述３と同様であるが、ウエハ面内の均一性をより向上するために中間剛性層をある所定の大きさにて分割している。しかし、この分割する工程にコストが掛かり、安価な研磨パッドを供給することは出来ない。
さらに、これら、１から５の研磨パッドは、研磨中に高価なスラリーを流す必要があり製造コストの増加につながる。

前記６及び７の方式は、砥粒をパッド内に含有するが、６では砥粒の濃度が高くなく、スラリーと併用せざるを得ない場合がある。また、７では、単に溶剤中で樹脂と砥粒を混合しているだけなので粒子の凝集を引き起こし、スクラッチの要因となる。

本発明は、半導体ウエハ上に微細なパターンが形成されており、該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おいて、スラリーレス対応で、スクラッチの発生の少ない研磨用パッドを提供するものである。

すなわち本発明は、研磨領域がポリウレタン樹脂で構成される研磨領域を有する研磨パッドであって、該研磨領域表面に溝が形成され、該溝に砥粒分散用樹脂中に微粒子砥粒が分散された組成物を、充填もしくは塗膜形成させたことを特徴とする研磨用パッドであり、また前記ポリウレタン樹脂が微細発泡体である研磨用パッドであり、また微細発泡体の平均気泡径が、７０μｍ以下である前記の研磨パッドであり、また微細発泡体の比重が、０．５〜１．０ｇ／ｃｍ^３である前記の研磨用パッドであり、また微細発泡体の硬度が、アスカーＤ硬度で４５〜６５度である前記の研磨用パッドである。

また砥粒分散用樹脂が２０〜１５００ｅｑ／ｔｏｎの範囲でイオン性基を含有する樹脂である前記の研磨用パッドであり、また微粒子砥粒の平均粒子径が５ｎｍ〜１０００ｎｍである前記の研磨用パッドであり、また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種以上からなるものである前記の研磨用パッドであり、また砥粒分散用樹脂中に微粒子砥粒が分散されたものにおける、微粒子砥粒の含有量が２０〜９５重量％である前記の研磨用パッドであり、また砥粒分散用樹脂の比重が１．０５〜１．３５の範囲にあり、ガラス転移温度が６０℃以上の樹脂と３０℃以下の樹脂の少なくとも２種類の樹脂で構成されている前記の研磨用パッドである。

さらに、前記の研磨パッドを用いて半導体ウエハの平坦化加工を行うことを特徴とする半導体ウエハの研磨方法である。

本発明の半導体ウエハを研磨する研磨パッドであって、該研磨パッドの研磨領域（研磨層）がポリウレタン樹脂で構成され、該研磨パッド研磨領域表面に溝が形成され、砥粒分散用樹脂中に微粒子砥粒が分散された砥粒分散組成物を、前記溝に充填および／または塗膜形成させた半導体ウエハ研磨用パッドは、スラリーレスでかつスクラッチの少ない研磨が可能となり、コスト的にも生産性上も有利となり、半導体ウエハの研磨ひいては半導体デバイス製造にきわめて有効である。

本発明では、前記ポリウレタン樹脂が微細発泡体であることが好ましく、微細発泡体であることで、固定砥粒層から離脱した砥粒を効率的にウレタン樹脂上で細くすることが出来、研磨効率が向上する。また、この微細発泡体の平均気泡径は７０μｍ以下が好ましい。７０μｍを超える場合、前述の砥粒補足効果が小さくなってしまう。
本発明では、前記微細発泡体の比重が０．５〜１．０ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。比重が０．５ｇ／ｃｍ^３未満の場合、全体の剛性が小さくなり、平坦化特性が悪化してしまう。また、比重が１．０ｇ／ｃｍ^３を超えた場合、気泡の数が減り、また気泡の大きさが大きくなってしまい、前述の砥粒補足効果が小さくなってしまう。

本発明では、研磨領域（研磨層）がウレタン樹脂製の研磨パッドに掘られた溝に充填または塗膜形成される固定砥粒部としての微粒子砥粒が分散された砥粒分散用樹脂が２０〜１５００ｅｑ／ｔｏｎの範囲でイオン性基を含有する樹脂であることが望ましい。該樹脂にイオン性基を含有することで砥粒の分散性が改善される。イオン性基の量が２０ｅｑ／ｔｏｎに満たない場合、イオン性基の効果が十分発生せず、砥粒の分散性が悪化する。また、イオン性基の量が１５００ｅｑ／ｔｏｎを超えた場合、分散性は改善されるものの、耐薬品性が悪化してしまう。

イオン性基の含有量測定方法としては、カルボキシル基を含有するイオン性基の場合は、樹脂０．２ｇを２０ｍｌのクロロホルムに溶解し、０．１ＮのＫＯＨエタノール溶液で滴定し、樹脂１ｋｇ当りのミリ当量（ｍｅｑ．／ｋｇ）を求めた。また、スルホン酸ナトリウム基を含有する樹脂の場合は、アルミホイル製の型に溶融状態の測定したい樹脂を流し込み、直径４ｃｍ、厚さ約５ｍｍのディスクを作製した。得られたディスクを蛍光Ｘ線分析装置を用い、Ｓ元素の定量を行った。得られたＳ元素の含有量（ｐｐｍ）をＳの原子量で割り返してイオン性基の当量を得た。

本発明では分散される微粒子砥粒は特に限定される物ではないが、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、ダイヤモンドから選ばれた少なくとも１種以上を含有することが好ましく、特に好ましくは、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化アルミニウムである。

特に研磨対象がシリコーン酸化物である場合、酸化セリウムが好適である。本発明に用いられる砥粒の大きさとしては、スクラッチを発生させないとの観点から、平均粒子径５ｎｍ〜１０００ｎｍが好ましい。砥粒の大きさが５ｎｍに満たない場合、スクラッチは激減するが十分な研磨速度が得られない。また、１０００ｎｍを超える砥粒を用いた場合、研磨速度は極めて速くなるが、多数のスクラッチを発生する。微粒子砥粒の平均粒子径の測定は一般的に用いられる粒子の測定法を用いることができる。たとえば遠心沈降法や、動的光散乱法などが例示できる。測定したい砥粒粒子は、純水中にいれ、超音波振動を用いて水中に分散させ、その後、測定器の規定濃度になるように濃度調節を行った後、各測定器（遠心沈降による装置又は動的光散乱法による装置）で測定を行った。

本発明では、固定砥粒部の主として砥粒分散用樹脂と微粒子砥粒とからなる組成における微粒子砥粒の含有量が２０〜９５重量％であることが好ましい。砥粒の含有量が２０重量％未満の場合は十分な研磨速度が得られない。また、９５重量％を超える場合は、砥粒と樹脂の塊が容易に脱落し、パッドの寿命が低下したり、大きなスクラッチを発生させる。

砥粒含有量の測定は、得られた砥粒分散組成物を、規定量計り取り、良溶媒に溶解した後、遠心沈降用のセルに入れ、回転数１００００ｒｐｍの遠心沈降装置に入れ１５分間沈降させた後、セルの上澄みを捨て、更に同様の良溶媒をセルに入れ再度攪拌した後、前期条件にて遠心沈降と再溶解作業を２回行い、最後に上澄みを捨て沈降した試料を取り出し、乾燥させた後重量を測定した。この重量を最初に計りとった砥粒分散組成物の規定量で割り１００倍した物を砥粒含有率とした。

前述の本発明に好ましく用いられ微細発泡ウレタン樹脂層として使用されるポリウレタン樹脂としては、イソシアネート末端ウレタンプレポリマーと有機ジアミン化合物とからなり、イソシアネート末端ウレタンプレポリマーは、ポリイソシアネートと高分子ポリオールと低分子ポリオールからなる。

ポリイソシアネートとしては、一例として２，４−及び／または２，６−トルエンジイシアネート、２，２’−、２，４’−及び／または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−ト、ｐ−及びｍ−フェニレンジイソシアネ−ト、ダイメリルジイソシアネ−ト、キシリレンジイソシアネ−ト、ジフェニル−４，４’−ジイソシネ−ト、１，３−及び１，４−テトラメチルキシリデンジイソシアネ−ト、テトラメチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、シクロヘキサン−１,３−及び１，４ージイソシアネート、１−イソシアナト−３−イソシアナトメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキサン（＝イソホロンジイソシアネート）、ビス−（４−イソシアナトシクロヘキシル）メタン（＝水添ＭＤＩ）、２−及び４−イソシアナトシクロヘキシル−２’−イソシアナトシクロヘキシルメタン、１，３−及び１，４−ビス−（イソシアナトメチル）−シクロヘキサン、ビス−（４−イソシアナト−３−メチルシクロヘキシル）メタン、等が挙げられる。

また、高分子ポリオールとしては、例えばヒドロキシ末端ポリエステル、ポリカ−ボネ−ト、ポリエステルカ−ボネ−ト、ポリエ−テル、ポリエ−テルカ−ボネ−ト、ポリエステルアミド等が挙げられるが、これらのうち耐加水分解性の良好なポリエ−テル及びポリカ−ボネ−トが好ましく、価格面と溶融粘度面からはポリエ−テルが特に好ましい。ポリエ−テルポリオ−ルとしては、反応性水素原子を有する出発化合物と、例えば酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化ブチレン、酸化スチレン、テトラヒドロフラン、エピクロルヒドリンの様な酸化アルキレン又はこれら酸化アルキレンの混合物との反応生成物が挙げられる。反応性水素原子を有する出発化合物としては、水、ビスフェノ−ルＡ並びにポリエステルポリオ−ルを製造するべく上記した二価アルコ−ルが挙げられる。

さらにヒドロキシ基を有するポリカ−ボネ−トとしては、例えば、１，３−プロパンジオ−ル、１，４−ブタンジオ−ル、１，６−ヘキサンジオ−ル、ジエチレングリコ−ル、ポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル及び／又はポリテトラメチレングリコ−ルの様なジオ−ルとホスゲン、ジアリルカ−ボネ−ト（例えばジフェニルカ−ボネ−ト）もしくは環式カ−ボネ−ト（例えばプロピレンカ−ボネ−ト）との反応生成物が挙げられる。ポリエステルポリオ−ルとしては、二価アルコ−ルと二塩基性カルボン酸との反応生成物が挙げられるが、耐加水分解性向上の為には、エステル結合間距離が長い方が好ましく、いずれも長鎖成分の組み合わせが望ましい。

二価アルコ−ルとしては、特に限定はしないが、例えばエチレングリコ−ル、１，３−及び１，２−プロピレングリコ−ル、１，４−及び１，３−及び２，３−ブチレングリコ−ル、１，６−ヘキサングリコ−ル、１，８−オクタンジオ−ル、ネオペンチルグリコ−ル、シクロヘキサンジメタノ−ル、１，４−ビス−（ヒドロキシメチル）−シクロヘキサン、２−メチル−１，３−プロパンジオ−ル、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオ−ル、ジエチレングリコ−ル、ジプロピレングリコ−ル、トリエチレングリコ−ル、トリプロピレングリコ−ル、ジブチレングリコ−ル等が挙げられる。

二塩基性カルボン酸としては、脂肪族、脂環族、芳香族及び／又は複素環式のものがあるが、生成する末端ＮＣＯプレポリマーを液状又は低溶融粘度とする必要上から、脂肪族や脂環族のものが好ましく、芳香族系を適用する場合は脂肪族や脂環族のものとの併用が好ましい。これらカルボン酸としては、限定はしないが、例えばコハク酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸（ｏ−，ｍ−，ｐ−）、ダイマー−脂肪酸、例えばオレイン酸、等が挙げられる。これらポリエステルポリオールとしては、カルボキシル末端基の一部を有することもできる。例えば、ε−カプロラクトンの様なラクトン、又はε−ヒドロキシカプロン酸の様なヒドロキシカルボン酸のポリエステルも使用することができる。

低分子ポリオ−ルとしては、前述のポリエステルポリオ−ルを製造するのに用いられる二価アルコ−ルが挙げられるが、本発明の低分子ポリオールとは、ジエチレングリコール、１，３−ブチレングリコール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール及び１，６−ヘキサメチレングリコールのいずれか１種又はそれらの混合物を用いることが好ましい。本発明以外の低分子ポリオールであるエチレングリコールや１，４−ブチレングリコールを用いると、注型成形時の反応性が速くなり過ぎたり、最終的に得られるポリウレタン研磨 材成形物の硬度が高くなりすぎる為、本発明の研磨材としては、脆くなったり又ＩＣ表面に傷がつき易くなる。他方、１，６−ヘキサメチレングリコールよりも長鎖の二価アルコールを用いると、注型成形時の反応性や、最終的に得られるポリウレタン研磨材成形物の硬度が適切なものが得られる場合もあるが、価格的に高くなり過ぎ、実用的ではない。

イソシアネート成分は、注型成形時に必要とされるポットライフに応じて適宜に選定されると共に、生成する末端ＮＣＯプレポリマーを低溶融粘度とすることが必要である為、単独又は２種以上の混合物で適用される。それらの具体例としては、特に限定はしないが、２，４−及び／または２，６−トルエンジイソシアネート、２，２’−、２，４’−及び／または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−ト、ｐ−及びｍ−フェニレンジイソシアネ−ト、ダイメリルジイソシアネ−ト、キシリレンジイソシアネ−ト、ジフェニル−４，４’−ジイソシネ−ト、１，３−及び１，４−テトラメチルキシリデンジイソシアネ−ト、テトラメチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、シクロヘキサン−１，３−及び１，４ージイソシアネート、１−イソシアナト−３−イソシアナトメチル−３,５,５−トリメチルシクロヘキサン（＝イソホロンジイソシアネート）、ビス−（４−イソシアナトシクロヘキシル）メタン（＝水添ＭＤＩ）、２−及び４−イソシアナトシクロヘキシル−２’−イソシアナトシクロヘキシルメタン、１，３−及び１，４−ビス−（イソシアナトメチル）−シクロヘキサン、ビス−（４−イソシアナト−３−メチルシクロヘキシル）メタン、等が挙げられる。本発明で使用される有機ジアミン化合物としては、特に限定は無いが、例えば、３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、クロロアニリン変性ジクロロジアミノジフェニルメタン、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）−２，６−トルエンジアミン等が挙げられる。

研磨層（研磨領域）に用いられる独立気泡タイプのポリウレタン発泡体を製造する方法の例について以下に説明する。かかるポリウレタン発泡体の製造方法は、以下の工程を有する。

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。
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。
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。

微細気泡を形成するために使用される非反応性気体としては、可燃性でないものが好ましく、具体的には窒素、酸素、炭酸ガス、ヘリウムやアルゴン等の希ガスやこれらの混合気体が例示され、乾燥して水分を除去した空気の使用がコスト的にも最も好ましい。

非反応性気体を微細気泡状にしてシリコーン系界面活性剤を含むイソシアネート末端プレポリマーに分散させる撹拌装置としては、公知の撹拌装置を特に限定なく使用可能であり、具体的にはホモジナイザー、ディゾルバー、２軸遊星型ミキサー（プラネタリーミキサー）等が例示される。撹拌装置の撹拌翼の形状も特に限定されないが、ホイッパー型の撹拌翼を使用すると微細気泡が得られるため好ましい。

なお、撹拌工程において気泡分散液を作成する撹拌と、混合工程における鎖延長剤を添加して混合する撹拌は、異なる撹拌装置を使用することも好ましい態様である。特に混合工程における撹拌は気泡を形成する撹拌でなくてもよく、大きな気泡を巻き込まない撹拌装置の使用が好ましい。このような撹拌装置としては、遊星型ミキサーが好適である。撹拌工程と混合工程の撹拌装置を同一の撹拌装置を使用しても支障はなく、必要に応じて撹拌翼の回転速度を調整する等の撹拌条件の調整を行って使用することも好適である。

前記ポリウレタン微細発泡体の製造方法においては、気泡分散液を型に流し込んで流動しなくなるまで反応した発泡体を加熱、ポストキュアすることは、発泡体の物理的特性を向上させる効果があり極めて好適である。金型に気泡分散液を流し込んで直ちに加熱オーブン中に入れてポストキュアを行う条件としてもよく、そのような条件下でもすぐに反応成分に熱が伝達されないので気泡径が大きくなることはない。硬化反応は、常圧で行うと気泡形状が安定するため好ましい。

前記ポリウレタン樹脂の製造において、第３級アミン系、有機スズ系等の公知のポリウレタン反応を促進する触媒を使用してもかまわない。触媒の種類、添加量は、混合工程後、所定形状の型に流し込む流動時間を考慮して選択する。

前記ポリウレタン発泡体の製造は、容器に各成分を計量して投入し、撹拌するバッチ方式であっても、また撹拌装置に各成分と非反応性気体を連続して供給して撹拌し、気泡分散液を送り出して成形品を製造する連続生産方式であってもよい。

研磨層となる研磨領域は、以上のようにして作製されたポリウレタン発泡体を、所定のサイズに裁断して製造される。

本発明における研磨パッドとして、従来一般に使用されている単層型パッド、またはウエハ等被研磨体に当接する研磨領域である研磨層およびこの研磨層とプラテンとの間に位置するクッション層の少なくとも２層を有する積層パッドであってもよいし、さらに他層を重ねての多層研磨パッドのような積層研磨パッドであってもよい。生産上、性能上、研磨層とプラテン（定盤）との間に位置するクッション層の少なくとも２層を有するものが好ましい。
本発明はこのように単層、積層の研磨パッドに限定されるものではない。

前記クッション層は、研磨領域（研磨層）の特性を補うものである。クッション層は、ＣＭＰにおいて、トレードオフの関係にあるプラナリティとユニフォーミティの両者を両立させるために必要なものである。プラナリティとは、パターン形成時に発生する微小凹凸のある被研磨対象物を研磨した時のパターン部の平坦性をいい、ユニフォーミティとは、被研磨対象物全体の均一性をいう。研磨層の特性によって、プラナリティを改善し、クッション層の特性によってユニフォーミティを改善することを行う。本発明の研磨パッドにおいては、クッション層は研磨層より柔らかいものを用いることが好ましい。

前記クッション層の形成材料は特に制限されないが、例えば、ポリエステル不織布、ナイロン不織布、アクリル不織布などの繊維不織布、ポリウレタンを含浸したポリエステル不織布のような樹脂含浸不織布、ポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォームなどの高分子樹脂発泡体、ブタジエンゴム、イソプレンゴムなどのゴム性樹脂、及び感光性樹脂などが挙げられる。

研磨領域に用いられる研磨層とクッション層とを貼り合わせる手段としては、例えば、研磨領域とクッション層を両面テープで挟み、プレスする方法が挙げられる。

両面テープは、不織布やフィルム等の基材の両面に接着層を設けた一般的な構成を有するものである。クッション層へのスラリーの浸透等を防ぐことを考慮すると、基材にフィルムを用いることが好ましい。また、接着層の組成としては、例えば、ゴム系接着剤やアクリル系接着剤等が挙げられる。金属イオンの含有量を考慮すると、アクリル系接着剤は金属イオン含有量が少ないため好ましい。また、研磨領域とクッション層は組成が異なることもあるため、両面テープの各接着層の組成を異なるものとし、各層の接着力を適正化することも可能である。

クッション層と両面テープとを貼り合わせる手段としては、クッション層に両面テープをプレスして接着する方法が挙げられる。
該両面テープは、上述と同様に不織布やフィルム等の基材の両面に接着層を設けた一般的な構成を有するものである。研磨パッドの使用後に、プラテンから剥がすことを考慮すると、基材にフィルムを用いるとテープ残り等を解消することができるため好ましい。また、接着層の組成は上述と同様である。

本発明に用いられる固定砥粒部に用いられる砥粒分散用樹脂としては、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、アクリル等で変性しても良い。
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。

ポリエステル樹脂に用いられる多価カルボン酸は、主としてジカルボン酸類からなり、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。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。

他のジカルボン酸類としてコハク酸、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。

ポリエステル樹脂に用いられる多価アルコ−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。

本発明における砥粒分散用樹脂はイオン性基を有することが好ましい。樹脂に含まれ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。

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酸。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。金属塩としてはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｆｅ等の塩があげられる。

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ふくめ、該樹脂に対し、２０〜１５００ｅｑ／ｔｏｎであることが好ましい。
かかるイオン性基は、樹脂の可溶性、水分散性を発現させるにおいて必要とされる。

本発明において砥粒分散用樹脂は、単独あるいは必要により２種以上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。

水分散体製法
本発明における砥粒分散用樹脂は、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、下記の例が挙げられる。
（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。

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、下記の例が挙げられる。
（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。
これらの乳化の際に乳化剤、界面活性剤などを併用することも可能である。

前期の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。

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。

粒子化製法
さらに本発明では、かかる水分散体を緩慢凝集させることにより、より大きな粒子径を有するポリエステル樹脂粒子を作製することができる。緩慢凝集を実現する手段としては、水分散体に電解質等のイオン性の化合物を添加し、系内のイオン強度を上げる方法が効果的である。また他に、（１）光分解、熱分解、あるいは加水分解等によるイオン性基の切り離し、（２）温度、ｐＨ等の走査によるイオン性基の解離度の制御、（３）対イオンによるイオン性基の封鎖、等の手段を用いることができる。

本発明において緩慢凝集させる手法として、アミノアルコールとカルボン酸のエステル化合物を系内に添加し、該エステル化合物を加水分解させることにより生じるアミノアルコールとカルボン酸を系内に生じせしめてイオン強度を上げる方法を例示することができる。かかる方法によれば、系内で局所的な濃度ムラを生じることなくイオン強度を増加させることが出来るため、粒子径の揃った良好なる樹脂粒子を得ることができる。

複合化
ポリエステル樹脂粒子と砥粒微粒子を複合化させる方法としては、いわゆるヘテロ凝集法を用いることが出来る。
以下、ポリエステル樹脂にスルホン酸ナトリウム基が導入された場合を例に説明する。スルホン酸ナトリウム基を導入されたポリエステル樹脂粒子の表面は常にマイナスに帯電している。一般に無機粒子はｐＨにより極性が変化することが知られている。例えば二酸化珪素の微粒子の場合は中性領域ではマイナスに帯電しているが低ｐＨではプラスに帯電する。中性付近に調整されたポリエステル樹脂粒子の水分散体と、同じく中性付近に調整された二酸化珪素微粒子の水分散体を混合すれば、両者は共に表面がマイナス帯電しているため、反発しあって、安定に分散状態を保持する。この系内に酸を滴下し、ｐＨを緩やかに低下せしめれば、ある時点より二酸化珪素微粒子の表面電荷が逆転し、ポリエステル樹脂粒子表面に二酸化珪素微粒子が、まぶされたような複合粒子を得ることができる。

以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定した。

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。

比重測定
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。

アスカーＤ硬度測定
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。

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。

研磨レートの評価は、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／ｃｍ^２、研磨定盤回転数３５ｒｐｍ、ウエハ回転数３０ｒｐｍとした。

均一性の評価は、研磨終了後のウエハの任意２５点の膜厚測定値より下記式により算出した。なお、均一性の値が小さいほどウエハ表面の均一性が高いことを表す。

スクラッチの評価は、研磨し終えた８ｉｎ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以上の条痕が幾つ有るかを評価した。

研磨シートの作製
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）１００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）３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）２６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：１．２７ｍｍ）。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い研磨層（研磨領域）を表面に有する研磨シートを作製した。作製した研磨領域の各物性は、平均気泡径４５μｍ、比重０．８６ｇ／ｃｍ^３、アスカーＤ硬度５３度、圧縮率１．０％、圧縮回復率６５．０％、貯蔵弾性率２７５ＭＰａであった。

固定砥粒層用ペーストの作製
攪拌翼を備えたフラスコに、砥粒分散用樹脂として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重量％）６０重量部と、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８１０ｅｑ／ｔｏｎ 固形分濃度３０ｗｔ％）４０重量部を用い、架橋剤サイメル３２５（三井サイテック社製）４重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重量部を共に攪拌混合した後、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重量部を逐次添加し、均一になるように攪拌した。得られた塗液としての分散体はペースト状となった。

前記ウレタン研磨シートの製作で得られた発泡ウレタン製研磨シートの表面に、前記固定砥粒層用ペーストとしての分散体を滴下塗布し、発泡ウレタン製研磨シートの溝のみに該分散体が入りこむように、発泡ウレタン製研磨シートの表面をシリコーンゴム製スキージにて走引し余分なペーストを除去した。その後、分散体塗布処理発泡ウレタン製研磨シートは１２０℃にて３０分間乾燥処理を行い分散体塗布処理済発泡ウレタン製研磨シートを得た。この分散体塗布処理済発泡ウレタン製研磨シート裏面に両面テープ（積水化学社製 ダブルタックテープ）をラミネートして、研磨パッドとした。得られた研磨パッドの研磨特性は表1に示すが、スラリーを用いなくても高い研磨特性を示した。

比較例１

前記ウレタン研磨シートの製作で得られた発泡ウレタン製研磨シートの裏面に両面テープ（積水化学社製 ダブルタックテープ）をラミネートし、発泡ウレタンのみによる研磨パッドを製作した。得られた研磨パッドの研磨特性を表1に示すが、スラリーを用いないと全く研磨レートが得られなかった。

比較例２

前記固定砥粒層用ペーストとしての分散体を、厚さ２５０μｍのＰＥＴシート（東洋紡績社製 コスモシャインＡ４１００）の表面に、テーブルダイコーターを用いて厚さ３００μｍでコーティングを行った。次に１２０℃で1時間乾燥を行った後、表面に溝加工機を用いて格子状の溝（幅２ｍｍピッチ１５ｍｍ溝深さ０．４０ｍｍ）を形成させ、更に、裏面に両面テープ（積水化学社製 ダブルタックテープ）をラミネートして研磨パッドとした。得られた研磨パッドの研磨特性を表1に示すが、スラリーを用いなくても高い研磨特性を示したが、スクラッチが多数発生した。

Claims (11)

1. 研磨領域がポリウレタン樹脂で構成される研磨領域を有する研磨パッドであって、該研磨領域表面に溝が形成され、該溝中に砥粒分散用樹脂中に微粒子砥粒を分散した砥粒分散組成物を充填もしくは塗膜形成させたことを特徴とする研磨用パッド。
2. ポリウレタン樹脂が微細発泡体である請求項１記載の研磨用パッド。
3. 微細発泡体の平均気泡径が、７０μｍ以下である請求項２記載の研磨パッド。
4. 微細発泡体の比重が、０．５〜１．０ｇ／ｃｍ^３である請求項２または３記載の研磨用パッド。
5. 微細発泡体の硬度が、アスカーＤ硬度で４５〜６５度である請求項２〜４いずれかに記載の研磨用パッド。
6. 砥粒分散用樹脂が２０〜１５００ｅｑ／ｔｏｎの範囲でイオン性基を含有する樹脂である請求項１記載の研磨用パッド。
7. 微粒子砥粒の平均粒子径が５ｎｍ〜１０００ｎｍである請求項１〜６いずれかに記載の研磨用パッド。
8. 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種以上からなるものである請求項１〜７いずれかに記載の研磨用パッド。
9. 砥粒分散組成物が微粒子砥粒２０〜９５重量％含有する請求項１〜８いずれかに記載の研磨用パッド。
10. 砥粒分散用樹脂の比重が１．０５〜１．３５の範囲にあり、ガラス転移温度が６０℃以上の樹脂と３０℃以下の樹脂の少なくとも２種類の樹脂で構成されている請求項１〜９いずれかに記載の研磨用パッド。
11. 請求項１〜１０いずれかに記載の研磨パッドを用いて半導体ウエハの平坦化加工を行うことを特徴とする半導体ウエハの研磨方法。