JP2009172727A - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】 長期間使用した場合であってもスラリー漏れを防止することができる研磨パッド及びその簡易な製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 研磨領域、クッション層、及び透明支持フィルムがこの順に積層されており、研磨領域及びクッション層を貫く開口部内かつ透明支持フィルム上に光透過領域が設けられている研磨パッド。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体ウエハなどの被研磨体表面の凹凸をケミカルメカニカルポリシング（ＣＭＰ）で平坦化する際に使用される研磨パッドに関し、詳しくは、研磨状況等を光学的手段により検知するための窓（光透過領域）を有する研磨パッド及びその製造方法、該研磨パッドを用いた半導体デバイスの製造方法に関する。

半導体装置を製造する際には、半導体ウエハ（以下、ウエハともいう）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ＣＭＰ法が採用されている。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、被研磨体（ウエハなど）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３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と被研磨体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、被研磨体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。

このようなＣＭＰを行う上で、ウエハ表面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光学的検知手段が主流となりつつある。

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ーすることによって研磨の終点を検知する方法である。

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１）。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２）。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３）。

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４、５、６）もなされている。これら研磨パッドはスラリー漏れを効果的に防止することができるが、研磨領域と下層を積層する際に、研磨領域の開口部と下層の開口部とを整合させることが難しく、生産性が悪いという問題があった。

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 特開２００３−６８６８６号公報

本発明は、長期間使用した場合であってもスラリー漏れを防止することができる研磨パッド及びその簡易な製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上述のような現状に鑑み鋭意研究を重ねた結果、下記構造の研磨パッドを用いることにより、長期間使用した場合であってもスラリー漏れを効果的に防止することができることを見出した。

すなわち本発明は、研磨領域、クッション層、及び透明支持フィルムがこの順に積層されており、研磨領域及びクッション層を貫く開口部内かつ透明支持フィルム上に光透過領域が設けられている研磨パッド、に関する。

本発明の研磨パッドは、光透過領域、研磨領域及びクッション層が透明支持フィルム上に成形されているため、研磨中に光透過領域と、研磨領域（又はクッション層）とを引き剥がす力が働いて両部材の境界からスラリーが漏れた場合であっても、透明支持フィルムより下にスラリーが漏れることがない。

本発明の研磨パッドの製造方法は、研磨領域とクッション層を積層する工程、研磨領域及びクッション層を貫く開口部を設ける工程、クッション層の片面に透明支持フィルムを積層する工程、及び研磨領域及びクッション層を貫く開口部内かつ透明支持フィルム上に光透過領域を設ける工程を含む。

本発明の製造方法においては、研磨領域及びクッション層を貫く開口部内かつ透明支持フィルム上に光透過樹脂組成物を注入して硬化させることにより光透過領域を形成することが好ましい。

本発明の製造方法では、研磨領域とクッション層を積層した後に、光透過領域を設けるための開口部を一度に形成しているため、従来の製造方法のように研磨領域の開口部とクッション層の開口部とを整合させながら研磨領域とクッション層を積層する必要がなく、生産効率の観点で有利である。

さらに本発明は、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。

図２は、本発明の研磨パッドの概略断面図である。図２に示すように、本発明の研磨パッド１は、研磨領域８、クッション層１１、及び透明支持フィルム１２がこの順に積層されており、研磨領域８及びクッション層１１を貫く開口部１０内かつ透明支持フィルム１２上に光透過領域９が設けられている。

光透過領域９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、ブタジエンゴムやイソプレンゴムなどのゴム、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。なお、熱硬化性樹脂は比較的低温で硬化するものが好ましい。光硬化性樹脂を使用する場合には、光重合開始剤を併用することが好ましい。

光硬化性樹脂は、光により反応して硬化する樹脂であれば特に制限されない。例えば、エチレン性不飽和炭化水素基を有する樹脂が挙げられる。具体的には、ジエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ヘキサプロピレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、１，９−ノナンジオールジアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、及びオリゴブタジエンジオールジアクリレートなどの多価アルコール系（メタ）アクリレート、２，２−ビス（４−（メタ）アクリロキシエトキシフェニル）プロパン、ビスフェノールＡ又はエピクロルヒドリン系エポキシ樹脂の（メタ）アクリル酸付加物などのエポキシ（メタ）アクリレート、無水フタル酸−ネオペンチルグリコール−アクリル酸の縮合物などの低分子不飽和ポリエステル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテルの（メタ）アクリル酸付加物、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートと２価アルコールと（メタ）アクリル酸モノエステルとの反応で得られるウレタン（メタ）アクリレート化合物、メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、フェノキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、及びノニルフェノキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレートなどを挙げることができる。これらは単独または２種以上を組み合わせて用いられる。

光硬化性樹脂の光硬化性を高めるために、光重合開始剤や増感剤等を添加する事ができる。これらは、特に制限されるものではなく、用いる光源、波長域に応じて選択して使用する。

ｉ線（３６５ｎｍ）付近の紫外線を光源に用いる場合には、例えば、ベンゾフェノン、４，４’−ビス（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４’−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン、４−メトキシ−４’−ジメチルアミノベンゾフェノン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフェニル）−ブタン−１−オン、２−エチルアントラキノン、及びフェナントレンキノンなどの芳香族ケトン類、メチルベンゾイン、エチルベンゾインなどのベンゾイン類、ベンジルジメチルケタールなどのベンジル誘導体、２−（ｏ−クロロフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール二量体、２−（ｏ−クロロフェニル）−４，５−ジ（ｍ−メトキシフェニル）イミダゾール二量体、２−（ｏ−フルオロフェニル）−４，５−フェニルイミダゾール二量体、２−（ｏ−メトキシフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール二量体、２−（ｐ−メトキシフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール二量体、２−（２，４−ジメトキシフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール二量体などのイミダゾール類、９−フェニルアクリジン、１，７−ビス（９，９’−アクリジニル）ヘプタンなどのアクリジン誘導体、Ｎ−フェニルグリシンなどが挙げられる。これらは単独または２種以上を組み合わせて用いられる。

感光性樹脂としては、光により化学反応する樹脂であれば特に制限されず、具体的には、（１）活性エチレン基を含む化合物や芳香族多環化合物を高分子の主鎖や側鎖に導入したもの；ポリビニルシンナメート、ｐ−フェニレンジアクリル酸をグリコールと縮重合した不飽和ポリエステル、シンナミリデン酢酸をポリビニルアルコールでエステル化したもの、シンナモイル基、シンナミリデン基、カルコン残基、イソクマリン残基、２，５−ジメトキシスチルベン残基、スチリルピリジニウム残基、チミン残基、α−フェニルマレイミド、アントラセン残基、及び２−ピロン等の感光性官能基を高分子の主鎖や側鎖に導入したものなどが挙げられる。
（２）ジアゾ基やアジド基を高分子の主鎖や側鎖に導入したもの；ｐ−ジアゾジフェニルアミンのパラホルムアルデヒド縮合物、ベンゼンジアゾジウム−４−（フェニルアミノ）−ホスフェートのホルムアルデヒド縮合物、メトキシベンゼンジアゾジウム−４−（フェニルアミノ）の塩付加物のホルムアルデヒド縮合物、ポリビニル−ｐ−アジドベンザル樹脂、アジドアクリレートなどが挙げられる。
（３）主鎖または側鎖中にフェノールエステルが導入された高分子；（メタ）アクリロイル基等の不飽和炭素−炭素二重結合が導入された高分子、不飽和ポリエステル、不飽和ポリウレタン、不飽和ポリアミド、側鎖にエステル結合で不飽和炭素−炭素二重結合が導入されたポリ（メタ）アクリル酸、エポキシ（メタ）アクリレート、及びノボラック（メタ）アクリレートなどが挙げられる。

また、種々の感光性ポリイミド、感光性ポリアミド酸、感光性ポリアミドイミド、またフェノール樹脂とアジド化合物との組み合わせで使用できる。また、エポキシ樹脂や化学架橋型部位の導入したポリアミドと光カチオン重合開始剤との組み合わせで使用できる。さらに、天然ゴム、合成ゴム、又は環化ゴムとビスアジド化合物との組み合わせで使用できる。

光透過領域９に用いる材料は、研磨領域８に用いる材料よりも研削性が同じか大きいものが好ましい。研削性とは、研磨中に被研磨体やドレッサーにより削られる度合いをいう。上記のような場合、光透過領域９が研磨領域８の表面から突き出ることがなく、被研磨体へのスクラッチや研磨中のデチャックエラーを防ぐことができる。

また、研磨領域８に用いられる形成材料や研磨領域８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９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。

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や低分子量ポリオールなど）、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、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。

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−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。

また、ポリオール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してもよい。

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−メチルアンスラニレート、４，４’−メチレン−ビス−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−ジエチルアニリン）、４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）、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。また、ハロゲン基やチオ基などの電子供与性基又は電子吸引性基が芳香環等に結合している化合物は、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。ただし、短波長側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。

前記ポリウレタン樹脂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。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は、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。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、研磨時のポリウレタン樹脂の安定性及び透明性の観点から、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好ましい。また、前記プレポリマーのＮＣＯ重量％は２〜８重量％程度であることが好ましく、さらに好ましくは３〜７重量％程度である。ＮＣＯ重量％が２重量％未満の場合には、反応硬化に時間がかかりすぎて生産性が低下する傾向にあり、一方ＮＣＯ重量％が８重量％を超える場合には、反応速度が速くなり過ぎて空気の巻き込み等が発生し、ポリウレタン樹脂の透明性や光透過率等の物理特性が悪くなる傾向にある。なお、光透過領域に気泡がある場合には、光の散乱により反射光の減衰が大きくなり研磨終点検出精度や膜厚測定精度が低下する傾向にある。したがって、このような気泡を除去して光透過領域を無発泡体にするために、前記材料を混合する前に１０Ｔｏｒｒ以下に減圧することにより材料中に含まれる気体を十分に除去することが好ましい。また、混合後の撹拌工程においては気泡が混入しないように、通常用いられる撹拌翼式ミキサーの場合には、回転数１００ｒｐｍ以下で撹拌することが好ましい。また、撹拌工程においても減圧下で行うことが好ましい。さらに、自転公転式混合機は、高回転でも気泡が混入しにくいため、該混合機を用いて撹拌、脱泡を行うことも好ましい方法である。

光透過領域９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９の形状、大きさは特に制限されるものではないが、研磨領域８及びクッション層１１の開口部１０と同様の形状、大きさにすることが好ましい。

光透過領域９の厚さは特に制限されるものではないが、開口部１０内に設けた際に研磨領域８の表面以下になる厚さに調整することが好ましい。光透過領域９が研磨領域８の表面から突出する場合には、研磨中に突き出た部分によりシリコンウエハを傷つける恐れがある。一方、薄すぎる場合には、光透過領域９の上面に大きな凹部が生じて多量のスラリーが溜まり、光学終点検知精度が低下する恐れがある。そのため、光透過領域９を開口部１０内に設けた際に、研磨領域８の表面と光透過領域９の表面との高さの差は５００μｍ以下であることが好ましい。

光透過領域９のアスカーＤ硬度は、３０〜６０度であることが好ましい。該硬度の光透過領域を用いることにより、ウエハ表面のスクラッチの発生や光透過領域の変形を抑制できる。また、光透過領域表面の傷の発生も抑制することができ、それにより高精度の光学終点検知を安定的に行うことが可能になる。光透過領域のアスカーＤ硬度は３０〜５０度であることが好ましい。

光透過領域９の研磨面側の表面には予め粗面化処理を施しておいてもよい。それにより、使用時における光透過領域の光透過率の変化を抑制でき、初期の光透過率（光反射率）に対応したプログラムにより終点検知を行う場合に、研磨パッドの使用初期から終期まで、光透過率の変化に伴う終点検出エラーの発生を防止することができる。

光透過領域９の片面を粗面化する方法としては、例えば、１）樹脂シートの片面にサンドブラスト処理、シボ処理（エンボス処理）、エッチング処理、コロナ放電処理、又はレーザー照射処理等を行う方法、２）シボ加工した金型を用いて射出成形又はモールド成形する方法、３）樹脂シートを押出成形する際に片面にパターンを形成する方法、４）所定の表面形状のメタルロール、ゴムロール、又はエンボスロールを用いて樹脂シートの片面にパターンを形成する方法、及び５）サンドペーパーなどの研磨材を用いてバフィングする方法などが挙げられる。

粗面化処理面の形状は特に制限されず、例えば、連続パターン、非連続パターン、線形パターン、非線形パターン、シボ模様、及び梨子地模様などが挙げられる。特に、シボ模様であることが好ましい。

粗面化処理面の算術平均粗さ（Ｒａ）は１〜２．２μｍであることが好ましく、より好ましくは１．１〜１．９μｍである。なお、粗面化処理を行っていない研磨定盤側の光透過領域表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は通常０．３μｍ程度である。

研磨領域８の形成材料としては、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、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が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。なお、研磨領域の形成材料は、光透過領域と同組成でも異なる組成であってもよいが、光透過領域に用いられる形成材料と同種の材料を用いることが好ましい。

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。

使用するイソシアネート成分は特に制限されず、例えば、前記イソシアネート成分が挙げられる。

使用する高分子量ポリオールは特に制限されず、例えば、前記高分子量ポリオールが挙げられる。なお、これら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は軟らかくなりすぎるため、このポリウレタン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。

また、ポリオールとしては、高分子量ポリオールの他に、前記低分子量ポリオールを併用することもできる。

鎖延長剤としては、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、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、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジエチルジフェニルメタン、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、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’−テトラエ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、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成分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。

ポリウレタン樹脂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、各々の分子量やこれらから製造される研磨領域の所望物性などにより種々変え得る。研磨特性に優れ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官能基（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０．９５〜１．１５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。

ポリウレタン樹脂は、前記方法と同様の方法により製造することができる。なお、必要に応じてポリウレタン樹脂に酸化防止剤等の安定剤、界面活性剤、滑剤、顔料、中実ビーズや水溶性粒子やエマルション粒子等の充填剤、帯電防止剤、研磨砥粒、その他の添加剤を添加してもよい。

研磨領域は、微細発泡体であることが好ましい。微細発泡体にすることにより表面の微細孔にスラリーを保持することができ、研磨速度を大きくすることができる。

ポリウレタン樹脂を微細発泡させる方法は特に制限されないが、例えば中空ビーズを添加する方法、機械的発泡法、及び化学的発泡法等により発泡させる方法などが挙げられる。なお、各方法を併用してもよいが、特にポリアルキルシロキサンとポリエーテルとの共重合体である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。該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ン製）等が好適な化合物として例示される。

微細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。
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。

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。

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。

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よく、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。

ポリウレタン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。

ポリウレタン発泡体の比重は、０．５〜１．３であることが好ましい。比重が０．５未満の場合、研磨領域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。

ポリウレタン発泡体の硬度は、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。

研磨領域８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。

研磨領域８は、ウエハと接触する研磨側表面に、スラリーを保持・更新するための凹凸構造（溝や孔）が設けられていることが好ましい。研磨領域が微細発泡体により形成されている場合には研磨表面に多くの開口を有し、スラリーを保持する働きを持っているが、更なるスラリーの保持性とスラリーの更新を効率よく行うため、またウエハの吸着によるデチャックエラーの誘発やウエハの破壊や研磨効率の低下を防ぐためにも、研磨側表面に凹凸構造を有することが好ましい。凹凸構造は、スラリーを保持・更新する表面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、溝ピッチ、溝幅、溝深さ等も特に制限されず適宜選択して形成される。さらに、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。

研磨領域８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。前記厚みの研磨領域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。

クッション層１１は、研磨領域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体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、被研磨体全体の均一性をいう。研磨領域の特性によって、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領域より柔らかいものを用いることが好ましい。

クッション層１１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。

透明支持フィルム１２は、透明性が高い樹脂フィルムの片面又は両面に接着層を設けたものである。樹脂フィルムの材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル；ポリエチレン；ポリプロピレン；ポリスチレン；ポリイミド；ポリビニルアルコール；ポリ塩化ビニル；ポリフルオロエチレンなどの含フッ素樹脂；ナイロン；セルロース；ポリカーボネートなどの汎用エンジニアリングプラスチック；ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリエーテルスルホンなどの特殊エンジニアリングプラスチックなどを挙げることができる。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。該接着層は、透明支持フィルム１２をクッション層１１又は研磨定盤２に貼り合わせるため、及び光透過領域９を透明支持フィルム１２に貼り合わせるために設けられる。

樹脂フィルムの厚さは特に制限されないが、透明性及び強度等の観点から２０〜２００μｍ程度であることが好ましい。

透明支持フィルム１２は、少なくとも開口部１０を完全に塞ぐ大きさのものを用いることが必要であり、通常はクッション層１１と同じ大きさのものを用いる。

本発明の研磨パッド１の製造方法は特に制限されず種々の方法が考えられるが、具体的な例を以下に説明する。

ケース１
研磨領域８とクッション層１１を貼り合わせ、その後、研磨領域８及びクッション層１１を貫く開口部１０を形成する。その後、クッション層１１の片面に透明支持フィルム１２を貼り合わせる。そして、開口部１０内かつ透明支持フィルム１２上に光透過領域９を設置する。

ケース２
研磨領域８とクッション層１１を貼り合わせ、その後、研磨領域８及びクッション層１１を貫く開口部１０を形成する。その後、クッション層１１の片面に透明支持フィルム１２を貼り合わせる。そして、開口部１０内かつ透明支持フィルム１２上に光透過樹脂組成物を注入して加熱、光照射又は湿気等により硬化させることにより光透過領域を形成する。

研磨領域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。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。

研磨領域及びクッション層に開口部を形成する手段は特に制限されるものではないが、例えば、切削工具でプレス又は研削することにより開口する方法、炭酸レーザーなどによるレーザーを利用する方法などが挙げられる。なお、開口部の大きさや形状は特に制限されない。

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５（ポリシングヘッド）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、酸性スラリーを供給しながら研磨を行う。酸性スラリーの流量、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］

（平均気泡径測定）
作製したポリウレタン発泡体を厚み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。作製したポリウレタン発泡体を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。作製したポリウレタン発泡体又は光透過領域を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
〔光透過領域の作製〕
熱可塑性ポリウレタンＡ１０９８Ａ（東洋紡績社製）を用い、インジェクション成型にて光透過領域（縦６０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、Ｄ硬度４８度）を作製した。

〔研磨領域の作製〕
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、ＮＣＯ濃度：２．２２ｍｅｑ／ｇ）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、ＳＨ−１９２）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重量部を添加した。その後、約１分間撹拌を続けて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、ポリウレタン発泡体ブロックを得た。このポリウレタン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、ポリウレタン発泡体シート（平均気泡径５０μｍ、比重０．８２、Ｄ硬度５５度）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：２ｍｍ）。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）を用いて表面に同心円状の溝加工を行った。このシート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）を貼り合わせて両面テープ付き研磨領域を作製した。

〔研磨パッドの作製〕
表面をバフがけし、コロナ処理したポリエチレンフォーム（東レ社製、トーレペフ、厚さ：０．８ｍｍ）からなるクッション層を、作製した両面テープ付き研磨領域の接着面にラミ機を用いて貼り合わせて研磨シートを作製した。次に、研磨シートに６０ｍｍ×２０ｍｍの大きさの開口部を形成した。そして、透明支持シート（ポリエチレンテレフタレート、厚さ：５０μｍ）を研磨シートのクッション層に貼り合わせて積層体を得た。その後、該積層体の開口部内の透明支持シートに光透過領域を貼り合わせて図２記載の構造の研磨パッドを作製した。該研磨パッドは、ダミーウエハ１５枚を研磨してもスラリー漏れは発生しなかった。

実施例２
〔光透過樹脂組成物の調製〕
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−１００）１００重量部、及び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重量部を入れ、自転公転式ミキサー（シンキー社製）を用いて２分間撹拌して光透過樹脂組成物を調製した。

〔研磨パッドの作製〕
実施例１で作製した積層体の開口部内に前記光透過樹脂組成物をゆっくり注入し、硬化させることにより光透過領域（厚さ２．４ｍｍ、Ｄ硬度３６度）を形成して図２記載の構造の研磨パッドを作製した。該研磨パッドは、ダミーウエハ１５枚を研磨してもスラリー漏れは発生しなかった。

ＣＭＰ研磨で使用する研磨装置の一例を示す概略構成図 本発明の研磨パッドの一例を示す概略断面図

符号の説明

１：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：研磨領域
９：光透過領域
１０：開口部
１１：クッション層
１２：透明支持シート
１３：両面テープ

Claims (4)

1. 研磨領域、クッション層、及び透明支持フィルムがこの順に積層されており、研磨領域及びクッション層を貫く開口部内かつ透明支持フィルム上に光透過領域が設けられている研磨パッド。
2. 研磨領域とクッション層を積層する工程、研磨領域及びクッション層を貫く開口部を設ける工程、クッション層の片面に透明支持フィルムを積層する工程、及び研磨領域及びクッション層を貫く開口部内かつ透明支持フィルム上に光透過領域を設ける工程を含む研磨パッドの製造方法。
3. 研磨領域及びクッション層を貫く開口部内かつ透明支持フィルム上に光透過樹脂組成物を注入して硬化させることにより光透過領域を形成する請求項２記載の研磨パッドの製造方法。
4. 請求項１記載の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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