JP2008251915A - 研磨パッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】つなぎ目のない長尺の研磨パッドを製造する方法を提供する。また、研磨領域と光透過領域との間からのスラリー漏れを防止することができる研磨パッドを生産性よく製造する方法を提供する。
【解決手段】円筒状研磨領域２、４及び円筒状光透過領域３が積層されている円筒状樹脂ブロック１、又は円柱状研磨領域及び円柱状光透過領域が積層されている円柱状樹脂ブロックを作製する工程、該樹脂ブロックの軸５を中心に回転させながら該樹脂ブロックの表面部を所定厚みでスライスして帯状樹脂シート７を作製する工程を含む研磨パッドの製造方法。
【選択図】図１

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研磨パッドに関するものである。本発明の研磨パッドは、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。

高度の表面平坦性を要求される材料の代表的なものとしては、半導体集積回路（ＩＣ、ＬＳＩ）を製造するシリコンウエハと呼ばれる単結晶シリコンの円盤があげられる。シリコンウエハは、ＩＣ、ＬＳＩ等の製造工程において、回路形成に使用する各種薄膜の信頼できる半導体接合を形成するために、酸化物層や金属層を積層・形成する各工程において、表面を高精度に平坦に仕上げることが要求される。このような研磨仕上げ工程においては、一般的に研磨パッドはプラテンと呼ばれる回転可能な支持円盤に固着され、半導体ウエハ等の加工物は研磨ヘッドに固着される。そして双方の運動により、プラテンと研磨ヘッドとの間に相対速度を発生させ、さらに砥粒を含む研磨スラリーを研磨パッド上に連続供給することにより、研磨操作が実行される。

このような研磨操作に使用される研磨パッドとしては、例えば以下のものが提案されている。まず、高分子発泡微小エレメントを分散したポリウレタン発泡体、またはイソシアネートプレポリマーを界面活性剤の存在下に撹拌して気泡分散液を調製し、そこに鎖延長剤を添加して得られるポリウレタン発泡体をブロック状に製造する。その後、該ブロック状ポリウレタン発泡体をスライスして研磨シートを得て、それを円形に裁断加工等することにより製造される研磨パッドが提案されている（特許文献１、２）。

また、直線型のベルト状（ウェブ状）の研磨パッドも提案されている（特許文献３、４）。従来、このようなベルト状の研磨パッドは、上記のようにブロック状発泡体をスライスして研磨シートを得て、それをベルト状の他の材料（ステンレス製ベルトなど）上に複数枚貼り合わせることにより製造されていた。しかし、従来のベルト状研磨パッドは、複数枚の研磨シートを貼り合わせたものであるため、シート端部で剥がれが発生したり、シート端部で加工物が引っかかりやすくスムーズな研磨が行えないという問題を有していた。

上記問題を解決する方法として、研磨パッドの上端部にテーパー加工または丸め加工を施す方法、または隣接する研磨パッドの端部にそれぞれ設けた凹凸をかみ合わせる方法が提案されている（特許文献５）。しかしながら、該研磨パッドを用いることにより剥がれ等の問題をある程度改善できるとしても、完全に解決することはできない。

また、ＣＭＰを行う上で、ウエハ表面の平坦度の判定の問題がある。すなわち、希望の表面特性や平面状態に到達した時点を検知する必要がある。従来、酸化膜の膜厚や研磨速度等に関しては、テストウエハを定期的に処理し、結果を確認してから製品となるウエハを研磨処理することが行われてきた。

しかし、この方法では、テストウエハを処理する時間とコストが無駄になり、また、あらかじめ加工が全く施されていないテストウエハと製品ウエハでは、ＣＭＰ特有のローディング効果により、研磨結果が異なり、製品ウエハを実際に加工してみないと、加工結果の正確な予想が困難である。

そのため、最近では上記の問題点を解消するために、ＣＭＰプロセス時に、その場で、希望の表面特性や厚さが得られた時点を検出できる方法が望まれている。このような検知については、様々な方法が用いられているが、測定精度や非接触測定における空間分解能の点から、回転定盤内にレーザー光による膜厚モニタ機構を組み込んだ光学的検知方法（特許文献６、特許文献７）が主流となりつつある。

前記光学的検知手段とは、具体的には光ビームを窓（光透過領域）を通して研磨パッド越しにウエハに照射して、その反射によって発生する干渉信号をモニタすることによって研磨の終点を検知する方法である。

現在、光ビームとしては、６００ｎｍ付近の波長光を持つＨｅ―Ｎｅレーザー光や３８０〜８００ｎｍに波長光を持つハロゲンランプを使用した白色光が一般的に用いられている。

このような方法では、ウエハの表面層の厚さの変化をモニターして、表面凹凸の近似的な深さを知ることによって終点が決定される。このような厚さの変化が凹凸の深さに等しくなった時点で、ＣＭＰプロセスを終了させる。また、このような光学的手段による研磨の終点検知法およびその方法に用いられる研磨パッドについては様々なものが提案されてきた。

例えば、固体で均質な１９０ｎｍから３５００ｎｍの波長光を透過する透明なポリマーシートを少なくとも一部分に有する研磨パッドが開示されている（特許文献８）。また、段付の透明プラグが挿入された研磨パッドが開示されている（特許文献９）。また、ポリシング面と同一面である透明プラグを有する研磨パッドが開示されている（特許文献１０）。

一方、スラリーが研磨領域と光透過領域との境界（継ぎ目）から漏れ出さないための提案（特許文献１１、１２）もなされている。しかし、これら透明な漏れ防止シートを設けた場合でも、スラリーが研磨領域と光透過領域との境界（継ぎ目）から研磨層下部に漏れ出し、この漏れ防止シート上にスラリーが堆積して光学的終点検知に問題が生じる。

今後、半導体製造における高集積化・超小型化において、集積回路の配線幅はますます小さくなっていくことが予想され、その際には高精度の光学的終点検知が必要となるが、従来の終点検知用窓は、上記スラリー漏れの問題を十分に解決できていない。

特許第３４５５５１７号明細書 特許第３５１６８７４号明細書 特開２００１−１５６０３１号公報 特表２００５−５１０３６８号公報 特開２００５−１９６６９号公報 米国特許第５０６９００２号明細書 米国特許第５０８１４２１号明細書 特表平１１−５１２９７７号公報 特開平９−７９８５号公報 特開平１０−８３９７７号公報 特開２００１−２９１６８６号公報 特表２００３−５１０８２６号公報

本発明は、つなぎ目のない長尺の研磨パッドを製造する方法を提供することを目的とする。また、研磨領域と光透過領域との間からのスラリー漏れを防止することができる研磨パッドを生産性よく製造する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、以下に示す製造方法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、円筒状研磨領域及び円筒状光透過領域が積層されている円筒状樹脂ブロック、又は円柱状研磨領域及び円柱状光透過領域が積層されている円柱状樹脂ブロックを作製する工程、該樹脂ブロックの軸を中心に回転させながら該樹脂ブロックの表面部を所定厚みでスライスして帯状樹脂シートを作製する工程を含む研磨パッドの製造方法、に関する。

前記円筒状樹脂ブロックは、第１円筒状研磨領域、円筒状光透過領域、及び第２円筒状研磨領域がこの順で積層されている３層構造を有することが好ましく、前記円柱状樹脂ブロックは、第１円柱状研磨領域、円柱状光透過領域、及び第２円柱状研磨領域がこの順で積層されている３層構造を有することが好ましい。

前記研磨領域はポリウレタン発泡体からなり、前記光透過領域はポリウレタン無発泡体からなることが好ましい。

また、前記樹脂ブロックは、直径が１０ｃｍ以上であることが好ましい。ブロックの直径が１０ｃｍ未満の場合には、スライスして得られる帯状樹脂シートが丸まりやすくなったり、うねりが発生しやすくなる。その結果、ベルト状の他の材料に研磨パッドを貼り合わせる際に浮きが発生したり、研磨特性が悪くなる傾向にある。

また、前記帯状樹脂シートは、厚さが０．１〜３ｍｍであることが好ましい。厚さが０．１ｍｍ未満の場合には剛性が低下するため平坦化特性が悪くなり、一方、厚さが３ｍｍを超える場合には丸まりやすくなったり、うねりが発生しやすくなる傾向にある。

また、前記帯状樹脂シートは、加工物の研磨効率及び生産効率等の観点から、長さが５ｍ以上であることが好ましい。

さらに、本発明は、前記製造方法によって得られる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。

本発明の研磨パッドの製造方法は、円筒状研磨領域及び円筒状光透過領域が積層されている円筒状樹脂ブロック、又は円柱状研磨領域及び円柱状光透過領域が積層されている円柱状樹脂ブロックを作製する工程、該樹脂ブロックの軸を中心に回転させながら該樹脂ブロックの表面部を所定厚みでスライスして帯状樹脂シートを作製する工程を含む。

前記研磨領域の形成材料は特に制限されず、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、及び感光性樹脂などの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、研磨領域の形成材料として特に好ましい材料である。以下、形成材料の代表として、ポリウレタン樹脂（熱硬化性ポリウレタン樹脂）を用いた場合について説明する。

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等）、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。

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領域は硬くなりすぎ、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領域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）ベンゼン等の低分子量ポリオールを併用することが好ましい。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、ジエチレントリアミン等の低分子量ポリアミンを用いてもよい。

ポリウレタン樹脂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、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。

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領域を得るためには、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。

一方、前記光透過領域の形成材料は特に制限されないが、研磨を行っている状態で高精度の光学終点検知を可能とし、波長４００〜７００ｎｍの全範囲で光透過率が２０％以上である材料を用いることが好ましく、さらに好ましくは光透過率が５０％以上の材料である。そのような材料としては、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、及びアクリル樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース系樹脂、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、及びオレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）などの熱可塑性樹脂、紫外線や電子線などの光により硬化する光硬化性樹脂、及び感光性樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。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。

以下、円筒状研磨領域及び円筒状光透過領域が積層されている円筒状樹脂ブロック、又は円柱状研磨領域及び円柱状光透過領域が積層されている円柱状樹脂ブロックの製造方法について説明する。

前記円筒状樹脂ブロックは、円筒状研磨領域及び円筒状光透過領域が１つずつ積層された２層構造であってもよく、円筒状研磨領域及び円筒状光透過領域が順次積層された多層構造であってもよい。前記円柱状樹脂ブロックについても同様である。

本発明において、前記円筒状樹脂ブロックは、第１円筒状研磨領域、円筒状光透過領域、及び第２円筒状研磨領域がこの順で積層されている３層構造を有することが好ましく、前記円柱状樹脂ブロックは、第１円柱状研磨領域、円柱状光透過領域、及び第２円柱状研磨領域がこの順で積層されている３層構造を有することが好ましい。

３層構造の円筒状樹脂ブロックの製造方法としては、例えば、（１）円柱モールドにポリウレタン樹脂組成物Ａを注入して硬化させて第１円柱状研磨領域を形成し、その後、該第１円柱状研磨領域上にポリウレタン樹脂組成物Ｂを注入して硬化させて円柱状光透過領域を形成し、その後、該円柱状光透過領域上に再びポリウレタン樹脂組成物Ａを注入して硬化させて第２円柱状研磨領域を形成して円柱状樹脂ブロックを作製する。そして、該円柱状樹脂ブロックの中心部に貫通孔を設けて円筒状樹脂ブロックを作製する方法、（２）円筒モールドを用いて、前記方法と同様の方法で円筒状樹脂ブロックを作製する方法、（３）円柱状光透過領域を円柱モールドにセットし、該円柱状光透過領域の両側にポリウレタン樹脂組成物を注入して硬化させて第１及び第２円柱状研磨領域を形成して円柱状樹脂ブロックを作製する。そして、該円柱状樹脂ブロックの中心部に貫通孔を設けて円筒状樹脂ブロックを作製する方法、（４）モールド成型により、第１円筒状研磨領域、円筒状光透過領域、及び第２円筒状研磨領域をそれぞれ作製し、接着剤又は両面テープを用いてこれら部材を貼り合わせて円筒状樹脂ブロックを作製する方法、などが挙げられる。

３層構造の円柱状樹脂ブロックは、貫通孔を設けない以外は前記と同様の方法で作製することができる。また、２層構造や多層構造の円筒状樹脂ブロック及び円柱状樹脂ブロックも前記方法を応用して作製することができる。

３層構造の樹脂ブロックの場合、円筒状光透過領域又は円柱状光透過領域は、樹脂ブロックの幅方向の中央又は幅方向の端部に配置してもよく、使用する研磨装置との関係を考慮して適宜位置を調整する。

前記研磨領域はポリウレタン発泡体であることが好ましく、前記光透過領域はポリウレタン無発泡体であることが好ましい。

ポリウレタン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、Ｌ−５３４０（東レダウコーニングシリコーン社製）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。

微細気泡タイプの円筒状又は円柱状研磨領域を作製する方法の例について以下に説明する。かかる研磨領域の製造方法は、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機械撹拌し、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を添加し、撹拌混合して発泡反応液とする。
３）注型工程
上記の発泡反応液をモールドに流し込む。
４）硬化工程
流し込んだ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組成物中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形成されやすいため好ましい。

なお、発泡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。発泡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。

ポリウレタン発泡体の製造方法においては、発泡反応液をモールド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。なお、モールドに発泡反応液を流し込んで、該モールド内で加熱して発泡体を完全に硬化させてもよく、または流動性がなくなった段階でモールドから発泡体を取り出し、それを加熱オーブン中に入れて完全に硬化させてもよい。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。

ポリウレタン発泡体の作製において、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、所定形状のモールドに流し込む流動時間を考慮して適宜選択する。

このような方法で作製された円筒状又は円柱状樹脂ブロックの直径は１０ｃｍ以上であることが好ましく、より好ましくは３０ｃｍ以上である。また、該樹脂ブロックの幅は、今後ウエハのサイズが大きくなることを考慮すると３０ｃｍ以上であることが好ましく、より好ましくは５０ｃｍ以上、特に好ましくは１００ｃｍ以上である。また、円筒状光透過領域及び円柱状光透過領域の幅は特に制限されないが、通常１０〜３０ｍｍ程度である。

本発明では、前記方法で作製した円筒状樹脂ブロック又は円柱状樹脂ブロックを軸を中心に回転させながら、該樹脂ブロックの表面部を所定厚みでスライスして、研磨領域と光透過領域とからなる帯状樹脂シートを作製する。

図１は、第１円筒状研磨領域２、円筒状光透過領域３、及び第２円筒状研磨領域４がこの順で積層されている円筒状樹脂ブロック１を円筒軸５を中心に回転させながらスライサー６を用いてスライスする工程を示す概略図である。該樹脂ブロックの回転速度は３０〜３００ｒｐｍであることが好ましい。回転速度が３０ｒｐｍ未満の場合にはスライス時のトルクが大きくなり、一方３００ｒｐｍを超える場合にはスライス時に発熱して帯状樹脂シートが変質や変形しやすくなる傾向にある。また、スライスする際には、該樹脂ブロックを８０〜１２０℃に加温しておくことが好ましい。樹脂ブロックの温度が８０℃未満の場合には、スライス時のトルクが大きくなり、一方１２０℃を超える場合には、スライス時に帯状樹脂シートが変質や変形しやすくなる傾向にある。

スライスされた帯状樹脂シート７の厚さは特に制限されないが、０．１〜３ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．５〜１．５ｍｍである。

また、帯状樹脂シート７の長さは特に制限されないが、５ｍ以上であることが好ましく、より好ましくは７ｍ以上である。

研磨領域が発泡体である場合、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、研磨後のウエハのプラナリティ（平坦性）が低下する傾向にある。

また、研磨領域の比重は、０．５〜１．０であることが好ましい。比重が０．５未満の場合には、研磨領域の表面強度が低下し、ウエハのプラナリティが低下する傾向にある。また、１．０より大きい場合は、研磨領域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。

また、研磨領域の硬度は、アスカーＤ硬度計にて、４５〜６５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、ウエハのプラナリティが低下し、一方、６５度より大きい場合は、プラナリティは良好であるが、ウエハのユニフォーミティ（均一性）が低下する傾向にある。

研磨領域のウエハ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することが好ましい。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効率よく行うことができ、またウエハとの吸着によるウエハ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。

前記凹凸構造の形成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プレス板でシートをプレスする方法、フォトリソグラフィを用いて形成する方法、印刷手法を用いて形成する方法、炭酸ガスレーザーなどを用いたレーザー光による形成方法などが挙げられる。

作製した帯状樹脂シート７は、そのまま長尺の研磨パッド（研磨層）として使用してもよく、裁断機により所望の形状（例えば円形）に裁断して短尺の研磨パッド（研磨層）を製造してもよい。円形に裁断する場合、直径は３０〜１００ｃｍ程度であり、好ましくは５０〜８０ｃｍである。

本発明の研磨パッドは、前記研磨層とクッションシート（クッション層）とを貼り合わせたものであってもよい。

前記クッションシートは、研磨層の特性を補うものである。クッションシートは、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ウエハ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、ウエハ全体の均一性をいう。発泡体シートの特性によって、プラナリティを改善し、クッションシートの特性によってユニフォーミティを改善する。本発明の研磨パッドにおいては、クッションシートは研磨領域より柔らかいものを用いることが好ましい。

前記クッションシートとしては、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や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、感光性樹脂などが挙げられる。

前記研磨層とクッションシートとを貼り合わせる手段としては、例えば、研磨層とクッションシートとを両面テープで挟みプレスする方法が挙げられる。

前記両面テープは、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。クッションシート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、発泡体シートとクッションシート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。

本発明の研磨パッドは、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、下記方法により研磨される。

図２は、ウェブ型の研磨装置を用いて半導体ウエハ８を研磨する方法を示す概略図である。最初に長尺研磨パッド９は主に供給ロール１０ａに巻きつけられている。そして、多数の半導体ウエハ８が研磨されると使用済領域の研磨パッドは、回収ロール１０ｂによって巻き取られ、それに伴い未使用領域の研磨パッドが供給ロール１０ａから送り出される。

図３は、直線型の研磨装置を用いて半導体ウエハ８を研磨する方法を示す概略図である。長尺研磨パッド９は、ロール１１の周りを回転するようにベルト状に配置されている。そして、直線的に動いている研磨パッド上で半導体ウエハ８が次々に研磨される。

図４は、往復型の研磨装置を用いて半導体ウエハ８を研磨する方法を示す概略図である。長尺研磨パッド９は、ロール１１間を往復するようにベルト状に配置されている。そして、左右に往復運動している研磨パッド上で半導体ウエハ８が次々に研磨される。

なお、図中には示していないが、通常上記研磨装置は、長尺研磨パッドを支持する研磨定盤（プラテン）、半導体ウエハを支持する支持台（ポリシングヘッド）、ウエハへの均一加圧を行うためのバッキング材、及び研磨剤（スラリー）の供給機構を備えている。研磨定盤と支持台とは、それぞれに支持された長尺研磨パッドと半導体ウエハとが対向するように配置され、支持台は回転軸を備えている。研磨に際しては、支持台を回転させつつ半導体ウエハを長尺研磨パッドに押し付け、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、及びウエハ回転数などは特に制限されず、適宜調整して行われる。

本発明の長尺研磨パッドを用いた場合には、一枚の研磨パッドで多くのウエハを研磨することができるため、従来の円形型研磨パッドに比べて作業効率が格段に優れる。また、本発明の長尺研磨パッドは、つなぎ目のない帯状の研磨パッドであるため、パッド端部で剥がれが発生したり、パッド端部でウエハが引っかかりやすくスムーズな研磨が行えないという従来のベルト状研磨パッドの問題を完全に解決することができる。

一方、円形型研磨パッドを用いる場合、図５に示すように円形型研磨パッド（研磨層）１２を支持する研磨定盤１３と、半導体ウエハ８を支持する支持台（ポリシングヘッド）１４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１５の供給機構を備えた研磨装置などを用いて研磨が行われる。円形型研磨パッド１２は、例えば、両面テープで貼り付けることにより、研磨定盤１３に装着される。研磨定盤１３と支持台１４とは、それぞれに支持された研磨パッド１２と半導体ウエハ８が対向するように配置され、それぞれに回転軸１６、１７を備えている。また、支持台１４側には、半導体ウエハ８を円形型研磨パッド１２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１３と支持台１４とを回転させつつ半導体ウエハ８を研磨パッド１２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８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。

［測定方法］
（平均気泡径測定）
作製した研磨領域を厚み１ｍｍ以下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もの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、ＳＥＭ（Ｓ−３５００Ｎ、日立サイエンスシステムズ（株））を用いて１００倍で観察した。得られた画像を画像解析ソフト（ＷｉｎＲｏｏｆ、三谷商事（株））を用いて、任意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。作製した研磨領域を４ｃｍ×８．５ｃｍの短冊状（厚み：任意）に切り出したもの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。

（硬度測定）
ＪＩＳ Ｋ６２５３−１９９７に準拠して行った。作製した研磨領域を２ｃｍ×２ｃｍ（厚み：任意）の大きさに切り出したもの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。

実施例１
６０℃に温度調節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−１００）１００重量部、及び１２０℃に温度調節した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）１２重量部を混合し脱気した。そして、１００℃に保温した円筒モールド（直径３０ｃｍ、貫通孔の直径３ｃｍ）中に前記混合液を流し込み、１００℃で６時間ポストキュアを行って円筒状光透過領域（厚さ１０ｍｍ）を作製した。

反応容器内に、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）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ーン社製、ＳＨ１９２）３重量部を混合し、温度を８０℃に調整した。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、約１分間撹拌を続けて気泡分散ポリウレタン樹脂組成物を調製した。

前記円筒状光透過領域を円筒モールド（直径３０ｃｍ、貫通孔の直径３ｃｍ）内の中央にセットし、該円筒状光透過領域の両側に前記気泡分散ポリウレタン樹脂組成物を流し込み、流動性がなくなるまで予備硬化させてブロックを得た。その後、該ブロックを円筒モールドから取り外してオーブン内に入れ、１１０℃で６時間ポストキュアを行って円筒状ポリウレタン樹脂ブロック（直径：３０ｃｍ、長さ：４０ｃｍ）を作製した。

作製した円筒状ポリウレタン樹脂ブロックをオーブン内で１００℃に加温した。その後、該ブロックを軸を中心に速度５ｒｐｍで回転させながらスライス装置（名南製作所社製）を用いて、その表面部を厚さ１．５ｍｍで連続的にスライスし、帯状ポリウレタン樹脂シート（幅：４０ｃｍ、長さ：８ｍ）を得た。次に、このシートをバフ機（アミテック社製）を用いて厚さが１．２７ｍｍになるように表面バフがけをし、さらに加工機を用いて研磨領域表面に溝幅１．０ｍｍ、溝ピッチ５ｍｍ、溝深さ０．６ｍｍのＸＹ格子溝の加工を行って長尺研磨パッドを製造した。なお、研磨領域の平均気泡径は５０μｍ、比重は０．８、アスカーＤ硬度は５２度であった。

円筒状ポリウレタン樹脂ブロックをスライサーを用いてスライスする工程を示す概略図 ウェブ型の研磨装置を用いて半導体ウエハを研磨する方法を示す概略図 直線型の研磨装置を用いて半導体ウエハを研磨する方法を示す概略図 往復型の研磨装置を用いて半導体ウエハを研磨する方法を示す概略図 ＣＭＰ研磨で使用する研磨装置の一例を示す概略図

符号の説明

１：円筒状樹脂ブロック
２：第１円筒状研磨領域
３：円筒状光透過領域
４：第２円筒状研磨領域
５：円筒軸
６：スライサー
７：帯状樹脂シート
８：半導体ウエハ
９：長尺研磨パッド
１０ａ：供給ロール
１０ｂ：回収ロール
１１：ロール
１２：円形型研磨パッド
１３：研磨定盤
１４：支持台（ポリシングヘッド）
１５：研磨剤
１６、１７：回転軸

Claims (7)

1. 円筒状研磨領域及び円筒状光透過領域が積層されている円筒状樹脂ブロック、又は円柱状研磨領域及び円柱状光透過領域が積層されている円柱状樹脂ブロックを作製する工程、該樹脂ブロックの軸を中心に回転させながら該樹脂ブロックの表面部を所定厚みでスライスして帯状樹脂シートを作製する工程を含む研磨パッドの製造方法。
2. 前記円筒状樹脂ブロックは、第１円筒状研磨領域、円筒状光透過領域、及び第２円筒状研磨領域がこの順で積層されている３層構造を有し、前記円柱状樹脂ブロックは、第１円柱状研磨領域、円柱状光透過領域、及び第２円柱状研磨領域がこの順で積層されている３層構造を有する請求項１記載の研磨パッドの製造方法。
3. 前記研磨領域はポリウレタン発泡体からなり、前記光透過領域はポリウレタン無発泡体からなる請求項１又は２記載の研磨パッドの製造方法。
4. 前記樹脂ブロックは、直径が１０ｃｍ以上である請求項１〜３のいずれかに記載の研磨パッドの製造方法。
5. 帯状樹脂シートは、厚さが０．１〜３ｍｍである請求項１〜４のいずれかに記載の研磨パッドの製造方法。
6. 帯状樹脂シートは、長さが５ｍ以上である請求項１〜５のいずれかに記載の研磨パッドの製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法によって得られる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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