JP2008221368A - 積層研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】チップ内の平坦化特性を損なわずに、ウエハ外周部の過研磨を抑制できる積層研磨パッドを提供する。また、該積層研磨パッドを用いた半導体デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】研磨層８とクッション層９とが両面テープを介して積層されている積層研磨パッドにおいて、前記研磨層は、周端から最大で内部方向５０ｍｍまでの範囲のみに、該研磨層の厚さに対して８０％以上の深さの歪防止溝１２が複数設けられている積層研磨パッド。
【選択図】図３

Description

本発明はレンズ、反射ミラー等の光学材料やシリコンウエハ、ハードディスク用のガラス基板、アルミ基板、及び一般的な金属研磨加工等の高度の表面平坦性を要求される材料の平坦化加工を安定、かつ高い研磨効率で行うことが可能な積層研磨パッドに関するものである。本発明の積層研磨パッドは、特にシリコンウエハ並びにその上に酸化物層、金属層等が形成されたデバイスを、さらにこれらの酸化物層や金属層を積層・形成する前に平坦化する工程に好適に使用される。

半導体装置を製造する際には、ウエハ表面に導電性膜を形成し、フォトリソグラフィー、エッチング等をすることにより配線層を形成する形成する工程や、配線層の上に層間絶縁膜を形成する工程等が行われ、これらの工程によってウエハ表面に金属等の導電体や絶縁体からなる凹凸が生じる。近年、半導体集積回路の高密度化を目的として配線の微細化や多層配線化が進んでいるが、これに伴い、ウエハ表面の凹凸を平坦化する技術が重要となってきた。

ウエハ表面の凹凸を平坦化する方法としては、一般的にケミカルメカニカルポリシング（以下、ＣＭＰという）が採用されている。ＣＭＰは、ウエハの被研磨面を研磨パッドの研磨面に押し付けた状態で、砥粒が分散されたスラリー状の研磨剤（以下、スラリーという）を用いて研磨する技術である。ＣＭＰで一般的に使用する研磨装置は、例えば、図１に示すように、研磨パッド１を支持する研磨定盤２と、被研磨材（半導体ウエハ）４を支持する支持台（ポリシングヘッド）５とウエハの均一加圧を行うためのバッキング材と、研磨剤の供給機構を備えている。研磨パッド１は、例えば、両面テープで貼り付けることにより、研磨定盤２に装着される。研磨定盤２と支持台５とは、それぞれに支持された研磨パッド１と被研磨材４が対向するように配置され、それぞれに回転軸６、７を備えている。また、支持台５側には、被研磨材４を研磨パッド１に押し付けるための加圧機構が設けてある。

通常、研磨パッドの被研磨材と接触する研磨表面は、スラリーを保持・更新するための凹凸構造を有している。研磨表面に凹凸構造を有する研磨パッドとしては、例えば以下のようなものが提案されている。

深さが０．０２〜０．０５インチ（０．５〜１．２５ｍｍ）、幅が０．０１５〜０．０４インチ（０．３８〜１ｍｍ）、及びピッチが０．０９〜０．２４インチ（２．３〜６．１ｍｍ）である複数の円形溝を有する研磨表面を備える研磨パッドが開示されている（特許文献１）。

また、少なくともウェハーの周辺部が接する部分に研磨パッドと同心の複数の円形溝が形成されている研磨パッドが開示されている（特許文献２）。前記円形溝は、深さ０．０１５インチ（０．３８ｍｍ）、溝幅０．０１インチ（０．２５ｍｍ）、溝ピッチ０．０６インチ（１．５ｍｍ）であることが記載されている。

また、被研磨物の中心部分が圧接される第１領域における溝の加工形態と、前記第１領域以外の第２領域における溝の加工形態とを異ならせた研磨パッドが開示されている（特許文献３）。

近年、ウエハ１枚からできるだけ多くの半導体チップを製造するために、ウエハエッジ部まで均一に平坦化できる研磨パッドが求められている。しかしながら、上記の研磨パッドを用いた場合には、該パッドの変形によりウエハエッジ部に大きな圧力が加わり、「縁だれ」と呼ばれるエッジ部の過研磨が起こるという問題があった。

上記問題を解決するために、リテーナリングを独立に加圧する機構を有するキャリアヘッドを用いる方法が提案されている。また、二層以上の積層構造とし、研磨対象物が当接する層に続く次の層の表面まで達する溝を有する研磨パッドが提案されている（特許文献４）。しかし、上記のキャリアヘッド又は研磨パッドを用いた場合には、エッジ部の過研磨は抑制できるが、全ての溝が次の層まで達しているため研磨層の剛性が低くなり、チップ内の平坦性が悪くなる。また、全ての溝が次の層まで達しているためスラリーの消費量が多くなり、コスト面でデメリットがあった。

特開平１１−７０４６３号公報 特開２０００−２３７９５０号公報 特開２００４−３２７５６７号公報 特開２００３−５３６５７号公報

本発明は、チップ内の平坦化特性を損なわずに、ウエハ外周部の過研磨を抑制できる積層研磨パッドを提供することを目的とする。また、該積層研磨パッドを用いた半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す積層研磨パッドにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、研磨層とクッション層とが両面テープを介して積層されている積層研磨パッドにおいて、前記研磨層は、周端から最大で内部方向５０ｍｍまでの範囲のみに、該研磨層の厚さに対して８０％以上の深さの歪防止溝が複数設けられていることを特徴とする積層研磨パッド、に関する。

ウエハの周端から内部方向に５〜２０ｍｍの範囲で過研磨が発生しやすくなる原因としては以下のように考えられる。図２に示すように、通常、ウエハ４はポリシングヘッドから外れないようにするために、リテーナリング１０によってその周囲を保持されている。研磨時には加圧機構によってリテーナリングと共にウエハが研磨層８表面に押し付けられる。その際にリテーナリング下の研磨層が圧力によって圧縮変形し、それによりリテーナリングの内側の研磨層が突出する。この研磨層の突出部分１１は研磨中にウエハの周端から内部方向に５〜２０ｍｍの範囲で接触し、かつ研磨層の他の部分より大きい圧力でウエハに接触することになるため上記範囲で過研磨が発生しやすくなると考えられる。

本発明者らは、図３に示すように、研磨層の周端から最大で内部方向５０ｍｍまでの範囲のみに、該研磨層の厚さに対して８０％以上の深さの歪防止溝１２を複数設けることにより、研磨時におけるリテーナリング下の研磨層の歪を吸収させることができ、リテーナリングの内側の研磨層の突出を効果的に抑制できることを見出した。歪防止溝１２を内部方向５０ｍｍを越える領域に形成すると、ウエハ外周部の過研磨は抑制できるが、研磨層全体の剛性が低くなって平坦化特性に悪影響を及ぼすため好ましくない。

本発明においては、前記歪防止溝がクッション層内部まで達していることが好ましい。また、前記歪防止溝は、同心円状溝、ＸＹ格子状溝、又は同心円状溝と放射状溝との複合溝であることが好ましい。それにより上記効果がより顕著に発現する。

また、前記歪防止溝は、溝幅が０．２〜２ｍｍであることが好ましい。溝幅が０．２ｍｍ未満の場合にはスラリーの溝詰まり等が発生しやすくなり、溝幅が２ｍｍを超える場合にはウエハとの有効接触面積が低下するため研磨不良が生じる傾向にある。

また、前記歪防止溝は、溝ピッチが５ｍｍ以下であることが好ましい。溝ピッチが５ｍｍを超える場合には研磨層の歪を吸収しにくくなる傾向にある。

また本発明は、前記研磨パッドを用いて半導体ウエハの表面を研磨する工程を含む半導体デバイスの製造方法、に関する。

本発明における研磨層は、微細気泡を有する発泡体であれば特に限定されるものではない。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）、エポキシ樹脂、感光性樹脂などの１種または２種以上の混合物が挙げられる。ポリウレタン樹脂は耐摩耗性に優れ、原料組成を種々変えることにより所望の物性を有するポリマーを容易に得ることができるため、研磨層の形成材料として特に好ましい材料である。以下、前記発泡体を代表してポリウレタン樹脂について説明する。

前記ポリウレタン樹脂は、イソシアネート成分、ポリオール成分（高分子量ポリオール、低分子量ポリオール）、及び鎖延長剤からなるものである。

イソシアネート成分としては、ポリウレタンの分野において公知の化合物を特に限定なく使用できる。イソシアネート成分としては、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等の芳香族ジイソシアネート；エチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサ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等の脂肪族ジイソシアネート；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、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネートが挙げられる。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。

イソシアネート成分としては、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。

上記のイソシアネート成分のうち、芳香族ジイソシアネートと脂環式ジイソシアネートを併用することが好ましく、特にトルエンジイソシアネートとジシクロへキシルメタンジイソシアネートを併用することが好ましい。

高分子量ポリオールとしては、ポリテトラメチレンエーテルグリコールに代表されるポリエーテルポリオール、ポリブチレンアジペートに代表されるポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカプロラクトンのようなポリエステルグリコールとアルキレンカーボネートとの反応物などで例示されるポリエステルポリカーボネートポリオール、エチレンカーボネートを多価アルコールと反応させ、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ーボネートポリオール、及びポリヒドキシル化合物とアリールカーボネートとのエステル交換反応により得られるポリカーボネートポリオー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。

高分子量ポリオールの数平均分子量は特に限定されるものではないが、得られるポリウレタン樹脂の弾性特性等の観点から５００〜２０００であることが好ましい。数平均分子量が５００未満であると、これを用いたポリウレタン樹脂は十分な弾性特性を有さず、脆いポリマーとなる。そのためこのポリウレタン樹脂から製造される研磨パッドは硬くなりすぎ、ウエハ表面のスクラッチの原因となる。また、摩耗しやすくなるため、パッド寿命の観点からも好ましくない。一方、数平均分子量が２０００を超えると、これを用いたポリウレタン樹脂は軟らかくなりすぎるため、このポリウレタン樹脂から製造される研磨パッドは平坦化特性に劣る傾向にある。

ポリオール成分として上述した高分子量ポリオールの他に、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、トリメチロールプロパン、グリセリン、１，２，６−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、テトラメチロールシクロヘキサン、メチルグルコシド、ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、スクロース、２，２，６，６−テトラキス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサノール、及びトリエタノールアミン等の低分子量ポリオールを併用することができる。また、エチレンジアミン、トリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、及びジエチレントリアミン等の低分子量ポリアミンを併用することもできる。これら低分子量ポリオール、低分子量ポリアミンは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。低分子量ポリオール、低分子量ポリアミンの配合量は特に限定されず、研磨パッドに要求される特性により適宜決定されるが、全ポリオール成分の２０〜７０モル％であることが好ましい。

ポリウレタン樹脂発泡体をプレポリマー法により製造する場合において、プレポリマーの硬化には鎖延長剤を使用する。鎖延長剤は、少なくとも２個以上の活性水素基を有する有機化合物であり、活性水素基としては、水酸基、第１級もしくは第２級アミノ基、チオール基（ＳＨ）等が例示できる。具体的には、４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）（ＭＯＣＡ）、２，６−ジクロロ−ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−メチレンビス（２，３−ジクロロアニリン）、３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミン、３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−トルエンジアミン、３，５−ジエチルトルエン−２，４−ジアミン、３，５−ジエチルトルエン−２，６−ジアミン、トリメチレングリコール−ジ−ｐ−アミノベンゾエート、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−ｐ−アミノベンゾエート、４，４’−ジアミノ−３，３’，５，５’−テトラエチルジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジイソプロピル−５，５’−ジメチルジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’，５，５’−テトライソプロピ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、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、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、ｍ−キシリレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、及びｐ−キシリレンジアミン等に例示されるポリアミン類、あるいは、上述した低分子量ポリオールや低分子量ポリアミン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。

本発明におけるイソシアネート成分、ポリオール成分、及び鎖延長剤の比は、各々の分子量や研磨パッドの所望物性などにより種々変え得る。所望する研磨特性を有する研磨パッドを得るためには、ポリオール成分と鎖延長剤の合計活性水素基（水酸基＋アミノ基）数に対するイソシアネート成分のイソシアネート基数は、０．８０〜１．２０であることが好ましく、さらに好ましくは０．９９〜１．１５である。イソシアネート基数が前記範囲外の場合には、硬化不良が生じて要求される比重及び硬度が得られず、研磨特性が低下する傾向にある。

ポリウレタン樹脂発泡体は、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。

ポリウレタン樹脂発泡体の製造は、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、事前にイソシアネート成分とポリオール成分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、得られるポリウレタン樹脂の物理的特性が優れており好適である。

なお、イソシアネート末端プレポリマーは、分子量が８００〜５０００程度のものが加工性、物理的特性等が優れており好適である。

前記ポリウレタン樹脂発泡体の製造は、イソシアネート基含有化合物を含む第１成分、及び活性水素基含有化合物を含む第２成分を混合して硬化させるものである。プレポリマー法では、イソシアネート末端プレポリマーがイソシアネート基含有化合物となり、鎖延長剤が活性水素基含有化合物となる。ワンショット法では、イソシアネート成分がイソシアネート基含有化合物となり、鎖延長剤及びポリオール成分が活性水素基含有化合物となる。

ポリウレタン樹脂発泡体の製造方法としては、中空ビーズを添加させる方法、機械的発泡法、化学的発泡法などが挙げられる。

特に、ポリアルキルシロキサンとポリエーテルの共重合体であって活性水素基を有しないシリコン系界面活性剤を使用した機械的発泡法が好ましい。かかるシリコン系界面活性剤としては、ＳＨ−１９２（東レダウコーニングシリコン製）、Ｌ−５３４０（日本ユニカ製）等が好適な化合物として例示される。

なお、必要に応じて、酸化防止剤等の安定剤、滑剤、顔料、充填剤、帯電防止剤、その他の添加剤を加えてもよい。

微細気泡タイプのポリウレタン樹脂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樹脂発泡体の製造方法は、以下の工程を有する。
１）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発泡工程
イソシアネート末端プレポリマー（第１成分）にシリコン系界面活性剤を添加し、非反応性気体の存在下で撹拌し、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。前記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。
２）硬化剤（鎖延長剤）混合工程
上記の気泡分散液に鎖延長剤（第２成分）を添加、混合、撹拌して発泡反応液とする。
３）注型工程
上記の発泡反応液を金型に流し込む。
４）硬化工程
金型に流し込まれた発泡反応液を加熱し、反応硬化させる。

前記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ン系界面活性剤を含む第１成分に分散させる撹拌装置としては、公知の撹拌装置は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の使用にて微細気泡が得られ好ましい。

ポリウレタン樹脂発泡体の製造方法においては、発泡反応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。金型に発泡反応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。

ポリウレタン樹脂発泡体において、第３級アミン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。

ポリウレタン樹脂発泡体の製造は、各成分を計量して容器に投入し、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。

また、ポリウレタン樹脂発泡体の原料となるプレポリマーを反応容器に入れ、その後鎖延長剤を投入、撹拌後、所定の大きさの注型に流し込みブロックを作製し、そのブロックを鉋状、あるいはバンドソー状のスライサーを用いてスライスする方法、又は前述の注型の段階で、薄いシート状にしても良い。また、原料となる樹脂を溶解し、Ｔダイから押し出し成形して直接シート状のポリウレタン樹脂発泡体を得ても良い。

前記ポリウレタン樹脂発泡体の平均気泡径は、３０〜８０μｍであることが好ましく、より好ましくは３０〜６０μｍである。この範囲から逸脱する場合は、研磨速度が低下したり、研磨後の被研磨材（ウエハ）のプラナリティ（平坦性）が低下する傾向にある。

前記ポリウレタン樹脂発泡体の比重は、０．５〜１．３であることが好ましい。比重が０．５未満の場合、研磨層の表面強度が低下し、被研磨材のプラナリティが低下する傾向にある。また、１．３より大きい場合は、研磨層表面の気泡数が少なくなり、プラナリティは良好であるが、研磨速度が低下する傾向にある。

前記ポリウレタン樹脂発泡体の硬度は、アスカーＤ硬度計にて、４５〜７０度であることが好ましい。アスカーＤ硬度が４５度未満の場合には、被研磨材のプラナリティが低下し、また、７０度より大きい場合は、プラナリティは良好であるが、被研磨材のユニフォーミティ（均一性）が低下する傾向にある。

研磨層の被研磨材と接触する研磨表面は、スラリーを保持・更新するための凹凸構造を有していてもよい。発泡体からなる研磨層は、研磨表面に多くの開口を有し、スラリーを保持・更新する働きを持っているが、研磨表面に凹凸構造を形成することにより、スラリーの保持と更新をさらに効率よく行うことができ、また被研磨材との吸着による被研磨材の破壊を防ぐことができる。凹凸構造は、スラリーを保持・更新する形状であれば特に限定されるものではなく、例えば、ＸＹ格子溝、同心円状溝、貫通孔、貫通していない穴、多角柱、円柱、螺旋状溝、偏心円状溝、放射状溝、及びこれらの溝を組み合わせたものが挙げられる。また、これらの凹凸構造は規則性のあるものが一般的であるが、スラリーの保持・更新性を望ましいものにするため、ある範囲ごとに溝ピッチ、溝幅、溝深さ等を変化させることも可能である。通常、溝ピッチは１．５〜５０ｍｍ程度、溝幅は０．２〜３ｍｍ程度、溝深さは０．２〜１ｍｍ程度（研磨層の厚さの４０％以下）である。

前記凹凸構造の作製方法は特に限定されるものではないが、例えば、所定サイズのバイトのような治具を用い機械切削する方法、所定の表面形状を有した金型に樹脂を流しこみ、硬化させることにより作製する方法、所定の表面形状を有したプレス板で樹脂をプレスし作製する方法、フォトリソグラフィを用いて作製する方法、印刷手法を用いて作製する方法、炭酸ガスレーザーなどを用いたレーザー光による作製方法などが挙げられる。

研磨層の厚みは特に限定されるものではないが、通常０．８〜４ｍｍ程度であり、１．５〜２．５ｍｍであることが好ましい。前記厚みの研磨層を作製する方法としては、前記微細発泡体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、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、及び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挙げられる。

研磨層の大きさは特に限定されるものではないが、通常半径５０〜８０ｃｍ程度である。

本発明の積層研磨パッドは、前記研磨層とクッション層とを両面テープや接着剤などで貼り合わせて作製される。また、クッション層上に直接研磨層を形成して積層研磨パッドを作製してもよい。

前記クッション層は、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材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、被研磨材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。本発明の積層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。

前記クッション層としては、例えば、ポリエステル不織布、ナイロン不織布、及び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及びポリエチレンフォームなどの高分子樹脂発泡体；ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ナイロンフィルム、及びポリエチレンナフタレートフィルムなどの樹脂フィルム；ブタジエンゴム及びイソプレンゴムなどのゴム性樹脂；感光性樹脂などが挙げられる。

本発明の研磨層には、周端から最大で内部方向５０ｍｍまでの範囲のみに、該研磨層の厚さに対して８０％以上の深さの歪防止溝が複数設けられている。歪防止溝の深さは研磨層の厚さに対して９０％以上であることが好ましく、より好ましくは研磨層の厚さと同じである。特に、歪防止溝は研磨層を貫通してクッション層内部まで達していることが好ましい。また、歪防止溝は、島構造の研磨層が形成されるように、複数設けられていることが必要である。また、歪防止溝は、周端から研磨層の半径の５〜２０％の範囲のみに設けられていることが好ましい。

歪防止溝の形状は、島構造の研磨層が形成されれば特に制限されないが、同心円状溝、ＸＹ格子状溝、又は同心円状溝と放射状溝との複合溝であることが好ましい。また、歪防止溝の溝幅は０．２〜２ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．３〜１ｍｍである。また、歪防止溝の溝ピッチは５ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４ｍｍ以下である。

歪防止溝の形成方法は特に制限されないが、例えば、所定サイズのバイトのような治具を用い研磨層表面を機械切削する方法、所定の表面形状を有した金型に樹脂を流しこみ、硬化させることにより作製する方法、所定の表面形状を有したプレス板で樹脂をプレスし作製する方法、フォトリソグラフィを用いて作製する方法、印刷手法を用いて作製する方法、炭酸ガスレーザーなどを用いたレーザー光による作製方法などが挙げられる。

本発明の積層研磨パッドは、プラテンと接着する面に両面テープが設けられていてもよい。該両面テープとしては、上述と同様に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を用いることができる。基材としては、例えば不織布やフィルム等が挙げられる。研磨パッドの使用後のプラテンからの剥離を考慮すれば、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。

半導体デバイスは、前記研磨パッドを用いて半導体ウエハの表面を研磨する工程を経て製造される。半導体ウエハとは、一般にシリコンウエハ上に配線金属及び酸化膜を積層したものである。半導体ウエハの研磨方法、研磨装置は特に制限されず、例えば、図１に示すように研磨パッド１を支持する研磨定盤２と、半導体ウエハ４を支持する支持台（ポリシングヘッド）５とウエハへの均一加圧を行うためのバッキング材と、研磨剤３の供給機構を備えた研磨装置などを用いて行われる。研磨パッド１は、例えば、両面テープで貼り付けることにより、研磨定盤２に装着される。研磨定盤２と支持台５とは、それぞれに支持された研磨パッド１と半導体ウエハ４が対向するように配置され、それぞれに回転軸６、７を備えている。また、支持台５側には、半導体ウエハ４を研磨パッド１に押し付けるための加圧機構が設けてある。研磨に際しては、研磨定盤２と支持台５とを回転させつつ半導体ウエハ４を研磨パッド１に押し付け、スラリーを供給しながら研磨を行う。スラリーの流量、研磨荷重、研磨定盤回転数、及びウエハ回転数は特に制限されず、適宜調整して行う。

これにより半導体ウエハ４の表面の突出した部分が除去されて平坦状に研磨される。その後、ダイシング、ボンディング、パッケージング等することにより半導体デバイスが製造される。半導体デバイスは、演算処理装置やメモリー等に用いられる。

以下、本発明を実施例を上げて説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

［測定、評価方法］
（過研磨の有無の測定）
研磨装置としてＳＰＰ６００Ｓ（岡本工作機械社製）を用い、作製した積層研磨パッドを用いて、ウエハ周端から内部方向に１０ｍｍの位置における過研磨の有無を測定した。過研磨の有無は過研磨度により評価した。８インチ（２００ｍｍ）シリコンウエハに熱酸化膜が１μｍ堆積したものを用いて下記研磨条件にて熱酸化膜が０．５μｍになるまで研磨を行い、図４に示すようにウエハ上の特定位置７７点（５ｍｍ間隔）の研磨前後の膜厚測定値から平均研磨速度を算出した。また、ウエハ周端から内部方向に１０ｍｍの位置における研磨速度Ｘを測定した。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添加した。研磨荷重としては３００ｇ／ｃｍ^２、研磨定盤回転数５０ｒｐｍ、ウエハ回転数３０ｒｐｍとした。
過研磨度は下記式にて算出される。なお、過研磨度の値が１に近いほど過研磨が生じていないことを表す。
過研磨度＝研磨速度Ｘ／平均研磨速度

（平坦化特性の評価）
８インチシリコンウエハに熱酸化膜を０．５μｍ堆積させた後、所定のパターニングを行った後、ｐ−ＴＥＯＳにて酸化膜を１μｍ堆積させ、初期段差０．５μｍのパターン付きウエハを作製し、このウエハを前述条件にて研磨を行った。
平坦化特性としては削れ量を測定した。幅２７０μｍのラインが３０μｍのスペースで並んだパターンと幅３０μｍのラインが２７０μｍのスペースで並んだパターンにおいて、上記の２種のパターンのライン上部の段差が２０００Å以下になるときの２７０μｍのスペースの削れ量を測定した。スペースの削れ量が少ないと削れて欲しくない部分の削れ量が少なく平坦性が高いことを示す。ウエハ３００枚目における削れ量を表１に示す。

実施例１
容器にトルエンジイソシアネート（２，４−体／２，６−体＝８０／２０の混合物）１２２９重量部、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート２７２重量部、数平均分子量１０１８のポリテトラメチレンエーテルグリコール１９０１重量部、ジエチレングリコール１９８重量部を入れ、７０℃で４時間反応させてイソシアネート末端プレポリマーを得た。

該プレポリマー１００重量部及びシリコン系界面活性剤（東レダウコーニングシリコン製、ＳＨ−１９２）３重量部を重合容器内に加えて混合し、８０℃に調整して減圧脱泡した。その後、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激しく約４分間撹拌を行った。そこへ予め７０℃に温度調整したエタキュア３００（アルベマール社製、３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−トルエンジアミンと３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミンとの混合物）２１重量部を添加した。該混合液を約１分間撹拌した後、パン型のオープンモールド（注型容器）へ流し込んだ。この混合液の流動性がなくなった時点でオーブン内に入れ、１００℃で１６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。

約８０℃に加熱した前記ポリウレタン樹脂発泡体ブロックをスライサー（アミテック社製、ＶＧＷ−１２５）を使用してスライスし、ポリウレタン樹脂発泡体シートを得た。次に、バフ機（アミテック社製）を使用して、厚さ１．２７ｍｍになるまで該シートの表面バフ処理をし、厚み精度を整えたシートとした。このバフ処理をしたシートを直径６１ｃｍの大きさで打ち抜き、その表面に貫通孔（１．６ｍｍφ）を正方格子状に形成して研磨層を得た。該研磨層の溝加工面と反対側の面にラミ機を使用して、両面テープ（積水化学工業社製、ダブルタックテープ、厚み０．０８ｍｍ）を貼りつけた。更に、コロナ処理をしたクッションシート（東レ社製、ポリエチレンフォーム、トーレペフ、厚み１．２７ｍｍ）の表面をバフ処理し、それをラミ機を使用して前記両面テープに貼り合わせた。

その後、研磨層の周端から内部方向５０ｍｍまでの範囲に、溝加工機を用いて溝深さ１．５ｍｍ、溝幅０．５ｍｍ、溝ピッチ２ｍｍの同心円状の溝加工を行い、さらに、クッションシートの他面にラミ機を使用して前記両面テープを貼り合わせて積層研磨パッドを作製した。

実施例２
実施例１において、前記同心円状の溝を溝深さ１．３ｍｍ、溝幅１ｍｍ、溝ピッチ５ｍｍのＸＹ格子状の溝に変更した以外は実施例１と同様の方法で積層研磨パッドを作製した。

実施例３
実施例１において、前記同心円状の溝に加え、さらに溝深さ１．５ｍｍ、溝幅１ｍｍの放射状の溝を等間隔で５０本形成した以外は実施例１と同様の方法で積層研磨パッドを作製した。

比較例１
実施例１において、前記同心円状の溝を設けなかった以外は実施例１と同様の方法で積層研磨パッドを作製した。

比較例２
実施例１において、前記同心円状の溝を溝深さ０．６ｍｍ（研磨層の厚さの４７％）、溝幅０．５ｍｍ、溝ピッチ２ｍｍの同心円状の溝に変更した以外は実施例１と同様の方法で積層研磨パッドを作製した。

比較例３
実施例１において、前記同心円状の溝を溝深さ０．６ｍｍ（研磨層の厚さの４７％）、溝幅１ｍｍ、溝ピッチ５ｍｍのＸＹ格子状の溝に変更した以外は実施例１と同様の方法で積層研磨パッドを作製した。

比較例４
実施例１において、前記同心円状の溝の代わりに、溝深さ１．５ｍｍ、溝幅１．３ｍｍ、溝ピッチ５ｍｍのＸＹ格子状の溝を研磨層全面に形成した以外は実施例１と同様の方法で積層研磨パッドを作製した。

表１から、研磨層の周端から最大で内部方向５０ｍｍまでの範囲のみに歪防止溝を設けることにより、平坦化特性を損なわずに、ウエハ外周部の過研磨を抑制できることがわかる。

ＣＭＰ研磨で使用する研磨装置の一例を示す概略構成図 従来の積層研磨パッドを用いてＣＭＰ研磨する際のパッドの状態を示す概略図 本発明の積層研磨パッドを用いてＣＭＰ研磨する際のパッドの状態を示す概略図 ウエハ上の膜厚測定位置７７点を示す概略図

符号の説明

１：研磨パッド（積層研磨パッド）
２：研磨定盤
３：研磨剤（スラリー）
４：被研磨材（半導体ウエハ）
５：支持台（ポリシングヘッド）
６、７：回転軸
８：研磨層
９：クッション層
１０：リテーナリング
１１：突出部分
１２：歪防止溝

Claims (6)

1. 研磨層とクッション層とが両面テープを介して積層されている積層研磨パッドにおいて、前記研磨層は、周端から最大で内部方向５０ｍｍまでの範囲のみに、該研磨層の厚さに対して８０％以上の深さの歪防止溝が複数設けられていることを特徴とする積層研磨パッド。
2. 前記歪防止溝は、クッション層内部まで達している請求項１記載の積層研磨パッド。
3. 前記歪防止溝は、同心円状溝、ＸＹ格子状溝、又は同心円状溝と放射状溝との複合溝である請求項１又は２記載の積層研磨パッド。
4. 前記歪防止溝は、溝幅が０．２〜２ｍｍである請求項１〜３のいずれかに記載の積層研磨パッド。
5. 前記歪防止溝は、溝ピッチが５ｍｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の積層研磨パッド。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の積層研磨パッドを用いて半導体ウエハの表面を研磨する工程を含む半導体デバイスの製造方法。
   

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