JP2004297061A - 研磨パッドおよび半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アルカリ性スラリーを用いて研磨を行う場合でも、使用開始から使用終了時までの長期にわたり高精度の光学的終点検知を維持し続けることができる研磨パッド、及び該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。
【解決手段】 ケミカルメカニカルポリッシングに用いられ、研磨領域および光透過領域を有する研磨パッドであって、前記光透過領域は、厚さが０．５〜４ｍｍであり、かつ波長５００〜７００ｎｍの全領域における光透過率が８０％以上であり、さらにｐＨ１１のＫＯＨ水溶液に２４時間浸漬した後の測定波長λにおける光透過率Ｔ_１（％）と、浸漬前の測定波長λにおける光透過率Ｔ₀（％）との差であるΔＴ（ΔＴ＝Ｔ₀−Ｔ₁）（％）が、測定波長４００〜７００ｎｍの全範囲内で１０（％）以内であることを特徴とする研磨パッド。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ウエハ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、アルカリ性スラリーを使用するＣＭＰにおいて、研磨状況等を光学的手段により検知するための窓を有する研磨パッド、及び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、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、スラリーともいう）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、被研磨対象物（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と被研磨対象物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には、被研磨対象物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。

従来、提案されている検知手段としては、
（１）ウエハとパッド間の摩擦係数をウエハ保持ヘッドや定盤の回転トルクの変化として検出するトルク検出法（特許文献１）
（２）ウエハ上に残る絶縁膜の厚さを検出する静電容量法（特許文献２）
（３）回転定盤内にレーザー光による膜厚モニター機構を組み込んだ光学的方法（特許文献３、特許文献４）
（４）ヘッドあるいはスピンドルに取り付けた振動や加速センサーから得る周波数スペクトルを解析する振動解析方法
（５）ヘッド内に内蔵した差動トランス応用検出法
（６）ウエハと研磨パッドとの摩擦熱やスラリーと被研磨対象物との反応熱を赤外線放射温度計で計測する方法（特許文献５）
（７）超音波の伝播時間を測定することにより被研磨対象物の厚みを測定する方法（特許文献６、特許文献７）
（８）ウエハ表面の金属膜のシート抵抗を計測する方法（特許文献８）
などが挙げられる。現在、（１）の方法が多く用いられているが、測定精度や非接触測定における空間分解能の点から（３）の方法が主流となりつつある。

（３）の方法で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。

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。

このような方法により、ウエハ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９、特許文献１３）。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３）。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）。さらに、透光性部材が非水溶性マトリックス材と、該非水溶性マトリックス材中に分散された水溶性粒子とを含有してなり、４００〜８００ｎｍの光線透過率が０．１％以上である研磨パッドが開示されている（特許文献１１、特許文献１２）。いずれも終点検知用の窓として用いることが開示されている。
米国特許第５０６９００２号明細書 米国特許第５０８１４２１号明細書 特開平９−７９８５号公報 特開平９−３６０７２号公報 米国特許第５１９６３５３号明細書 特開昭５５−１０６７６９号公報 特開平７−１３５１９０号公報 米国特許第５５５９４２８号明細書 特表平１１−５１２９７７号公報 特開平１０−８３９７７号公報 特開２００２−３２４７６９号公報 特開２００２−３２４７７０号公報 特開２００３−４８１５１号公報

前記のように、光ビームとしてはＨｅ−Ｎｅレーザー光やハロゲンランプを使用した白色光などが用いられているが、白色光を用いた場合には、さまざまな波長光をウエハ上にあてることができ、多くのウエハ表面のプロファイルが得られるという利点がある。この白色光を光ビームとして用いる場合には、広い波長範囲で検出精度を高める必要がある。

また今後、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、従来の終点検知用の窓は広い波長範囲で十分満足できるほどの精度を有していない。特に、研磨パッドの使用開始時にはある程度満足できる検出精度が得られても、アルカリ性研磨スラリーを使用して研磨した場合には、光透過領域が徐々に白濁や劣化して終点検知精度が低下してくるという問題があった。そのため、従来の窓は、使用開始から使用終了時までの長期にわたり高精度の光学的終点検知を維持し続けることはできなかった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、アルカリ性スラリーを用いて研磨を行う場合でも、使用開始から使用終了時までの長期にわたり高精度の光学的終点検知を維持し続けることができる研磨パッド、及び該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。

本発明者は、上述のような現状に鑑み鋭意研究を重ねた結果、研磨パッド用の光透過領域として、下記の光透過領域を用いることにより、上記課題を解決できることを見出した。

すなわち、本発明は、ケミカルメカニカルポリッシングに用いられ、研磨領域および光透過領域を有する研磨パッドであって、前記光透過領域は、厚さが０．５〜４ｍｍであり、かつ波長５００〜７００ｎｍの全領域における光透過率が８０％以上であり、さらにｐＨ１１のＫＯＨ水溶液に２４時間浸漬した後の測定波長λにおける光透過率Ｔ₁（％）と、浸漬前の測定波長λにおける光透過率Ｔ₀（％）との差であるΔＴ（ΔＴ＝Ｔ₀−Ｔ₁）（％）が、測定波長４００〜７００ｎｍの全範囲内で１０（％）以内であることを特徴とする研磨パッド、に関する。

研磨パッドの光透過領域を通過する光の強度の減衰が少ないほど研磨終点の検出精や膜厚の測定精度を高めることができる。そのため、使用する測定光の波長における光透過率の度合いは、研磨終点の検出精度や膜厚の測定精度を決定づけるため重要となる。本発明の光透過領域は、特に短波長側での光透過率の減衰が小さく、広い波長範囲で検出精度を高く維持することが可能である。

上記のように一般的に用いられている研磨装置は、５００〜７００ｎｍ付近に発信波長を持つレーザーを用いているため、該波長領域での光透過率が８０％以上であれば高い反射光が得られ、終点検出精度や膜厚検出精度を向上させることができる。該波長領域での光透過率は９０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは９５％以上である。光透過率が８０％未満の場合には、反射光が小さくなり終点検出精度や膜厚検出精度が低下する。

さらに本発明の光透過領域は、前記ＫＯＨ水溶液への浸漬前後の光透過率の差であるΔＴ（％）〔ΔＴ＝（浸漬前の光透過率Ｔ₀）−（浸漬後の光透過率Ｔ₁）〕が、測定波長４００〜７００ｎｍの全範囲内で１０（％）以内であり、耐アルカリ性に優れるため、研磨時に使用されるアルカリ性スラリーの繰り返し使用に十分耐えることができる。そのため、光透過領域が徐々に白濁したり劣化することがなく、使用開始から使用終了時までの長期にわたり高精度の光学的終点検知を維持し続けることができる。前記ΔＴ（％）は９（％）以内であることが好ましい。ΔＴ（％）が１０（％）より大きい場合には、アルカリ性スラリーとの接触により光透過領域の透明性が徐々に低下してくるため、長期にわたり高精度の光学的終点検知を維持し続けることができない。

前記光透過領域は、ＫＯＨ水溶液浸漬前において、下記式で表される測定波長４００〜７００ｎｍでの光透過率の変化率が５０（％）以下であることが好ましく、さらに好ましくは２５（％）以下である。

変化率（％）＝｛（４００〜７００ｎｍにおける最大光透過率−４００〜７００ｎｍにおける最小光透過率）／４００〜７００ｎｍにおける最大光透過率｝×１００
光透過率の変化率が５０（％）を超える場合には、短波長側での光透過領域を通過する光の強度の減衰が大きくなり、干渉光の振幅が小さくなるため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。

また、前記光透過領域は、ＫＯＨ水溶液浸漬前において、測定波長４００ｎｍにおける光透過率が２０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは５０％以上である。波長４００ｎｍにおける光透過率が２０％以上であれば、４００〜７００ｎｍ付近に発信波長を有するレーザーを用いることができ、より多くのウエハ表面のプロファイルが得られるため、研磨終点検出精度や膜厚測定精度をさらに高めることができる。

また、前記光透過領域は、ＫＯＨ水溶液浸漬前において、測定波長５００〜７００ｎｍにおける各光透過率の差が５（％）以内であることが好ましく、さらに好ましくは３（％）以内である。各波長における光透過率の差が５（％）以内であれば、ウエハの膜厚を分光解析する場合に、ウエハ上へ一定の入射光を照射でき、正確な反射率を算出できるため検出精度を高めることができる。

なお、本発明における光透過領域の光透過率は、光透過領域の厚みが１ｍｍの場合の値、又は１ｍｍの厚みに換算した場合の値である。一般に、光透過率は、Ｌａｍｂｅｒｔ―Ｂｅｅｒの法則より、光透過領域の厚みによって変化する。厚みが大きいほど、光透過率は低下するため、厚みを一定にした時の光透過率を算出する必要がある。

本発明において、前記光透過領域の形成材料は無発泡体であることが好ましい。無発泡体であれば光の散乱を抑制することができるため、正確な反射率を検出することができ、研磨の光学終点の検出精度を高めることができる。

また、前記光透過領域の研磨側表面に研磨液を保持・更新する凹凸構造を有しないことが好ましい。光透過領域の研磨側表面にマクロな表面凹凸があると、凹部に砥粒等の添加剤を含有したスラリーが溜まり、光の散乱・吸収が起こり、検出精度に影響を及ぼす傾向にある。さらに、光透過領域の他面側表面もマクロな表面凹凸を有しないことが好ましい。マクロな表面凹凸があると、光の散乱が起こりやすく、検出精度に影響を及ぼすおそれがあるからである。

本発明においては、前記研磨領域の形成材料が、微細発泡体であることが好ましい。

また、前記研磨領域の研磨側表面に溝が設けられていることが好ましい。

また、前記微細発泡体の平均気泡径は、７０μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは５０μｍ以下である。平均気泡径が７０μｍ以下であれば、プラナリティ（平坦性）が良好となる。

また、前記微細発泡体の比重は、０．５〜１．０ｇ／ｃｍ³であることが好ましく、さらに好ましくは０．７〜０．９ｇ／ｃｍ³である。比重が０．５ｇ／ｃｍ³未満の場合、研磨領域の表面の強度が低下し、被研磨対象物のプラナリティが低下し、また、１．０ｇ／ｃｍ³より大きい場合は、研磨領域表面の微細気泡の数が少なくなり、プラナリティは良好であるが、研磨速度が小さくなる傾向にある。

また、前記微細発泡体の硬度は、アスカーＤ硬度で３５〜６５度であることが好ましく、さらに好ましくは３５〜６０度である。アスカーＤ硬度が３５度未満の場合には、被研磨対象物のプラナリティが低下し、６５度より大きい場合には、プラナリティは良好であるが、被研磨対象物のユニフォーミティ（均一性）が低下する傾向にある。

また、前記微細発泡体の圧縮率は、０．５〜５．０％であることが好ましく、さらに好ましくは０．５〜３．０％である。圧縮率が前記範囲内にあれば十分にプラナリティとユニフォーミティを両立させることが可能となる。なお、圧縮率は下記式により算出される値である。

圧縮率（％）＝｛（Ｔ１―Ｔ２）／Ｔ１｝×１００
Ｔ１：微細発泡体に無負荷状態から３０ＫＰa （３００ｇ／ｃｍ²）の応力の負荷を６０秒間保持した時の微細発泡体の厚み
Ｔ２：Ｔ１の状態から１８０ＫＰa （１８００ｇ／ｃｍ²）の応力の負荷を６０秒間保持した時の微細発泡体の厚み
また、前記微細発泡体の圧縮回復率は、５０〜１００％であることが好ましく、さらに好ましくは６０〜１００％である。５０％未満の場合には、研磨中に繰り返しの荷重が研磨領域にかかるにつれて、研磨領域の厚みに大きな変化が現れ、研磨特性の安定性が低下する傾向にある。なお、圧縮回復率は下記式により算出される値である。

圧縮回復率（％）＝｛（Ｔ３―Ｔ２）／（Ｔ１―Ｔ２）｝×１００
Ｔ１：微細発泡体に無負荷状態から３０ＫＰa （３００ｇ／ｃｍ²）の応力の負荷を６０秒間保持した時の微細発泡体の厚み
Ｔ２：Ｔ１の状態から１８０ＫＰa （１８００ｇ／ｃｍ²）の応力の負荷を６０秒間保持した時の微細発泡体の厚み
Ｔ３：Ｔ２の状態から無負荷状態で６０秒間保持し、その後、３０ＫＰa （３００ｇ／ｃｍ²）の応力の負荷を６０秒間保持した時の微細発泡体の厚み
また、前記微細発泡体の４０℃、１Ｈｚにおける貯蔵弾性率が、１５０ＭＰａ以上であることが好ましく、さらに好ましくは２５０ＭＰａ以上である。貯蔵弾性率が１５０ＭＰａ未満の場合には、研磨領域の表面の強度が低下し、被研磨対象物のプラナリティが低下する傾向にある。なお、貯蔵弾性率とは、微細発泡体に動的粘弾性測定装置で引っ張り試験用治具を用い、正弦波振動を加え測定した弾性率をいう。

また、本発明は、前記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、に関する。

本発明の研磨パッドは、研磨領域および光透過領域を少なくとも有する。

光透過領域は、厚さが０．５〜４ｍｍであり、かつ波長５００〜７００ｎｍの全領域における光透過率が８０％以上であり、さらにｐＨ１１のＫＯＨ水溶液に２４時間浸漬した後の測定波長λにおける光透過率Ｔ₁（％）と、浸漬前の測定波長λにおける光透過率Ｔ₀（％）との差であるΔＴ（ΔＴ＝Ｔ₀−Ｔ₁）（％）が、測定波長４００〜７００ｎｍの全範囲内で１０（％）以内であることが必要である。

前記光透過領域の形成材料は、前記特性を発現する材料であれば特に制限されないが、
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。

前記光透過領域の波長５００〜７００ｎｍの全領域における光透過率を８０％以上にする手段としては、前記各樹脂の構造として、波長５００〜７００ｎｍの光に対して吸収帯をもつ骨格をなくすこと、または要求される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、各樹脂中の分子鎖方向への電子の流れである共鳴の長さを低減させることも一つの手段である。なぜなら、樹脂を構成する各モノマーの骨格が上記波長領域で大きな吸収を持っていなくても、各モノマーが重合することで、分子鎖方向への電子の流れである共鳴構造が発達すると、樹脂の光吸収帯が長波長側にシフトしやすくなると考えられるからである。そのため、共鳴構造を切断する骨格を分子内に挿入することなどが好まし手段である。さらに、分子間の電荷移動を低減させることも一つである。そのため、屈曲性のある高分子鎖、バルキーな官能基を持った高分子鎖、又は電子吸引性や電子供与性の高い骨格を多く含まない高分子鎖等からなる樹脂を用いることが好ましい。

また、ｐＨ１１のＫＯＨ水溶液への浸漬前後の光透過率の変化を少なくする手段としては、アルカリ水溶液に対する光透過領域に用いる材料の耐久性を高める方法が考えられる。アルカリ水溶液に対する耐久性の低い材料を用いた場合、材料表面から劣化が進行し、光透過率を低下させることになる。

また、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。

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（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。

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。

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）やデュラネート（旭化成工業社製）など、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。

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好ましい。特に、アルカリ水溶液に対する耐久性を向上させるために、ポリエーテルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエステルポリカーボネートポリオールなどを用いることが好ましい。メチレン鎖の短いグリコールアジペート系を使用する場合には、芳香族系の酸と共重合することが好ましい。また、光透過率を向上させるために、長い共鳴構造を持たない高分子量ポリオールや、電子吸引性・電子供与性の高い骨格構造をあまり持たない高分子量ポリオールを用いることが好ましい。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。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。

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好ましい。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ポリウレタン樹脂を合成することも可能である。

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、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、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。
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、研磨領域の開口部と同様の形状、大きさにすることが好ましい。

光透過領域の厚さは０．５〜４ｍｍであり、好ましくは０．６〜３．５ｍｍである。光透過領域は、研磨領域の厚みと同一厚さ、又はそれ以下にすることが好ましい。光透過領域が研磨領域より厚い場合には、研磨中に突き出た部分によりウエハを傷つけるおそれがある。一方、薄すぎる場合には耐久性が不十分になる。

また、光透過領域の厚みのバラツキは、１００μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは５０μｍ以下である。厚みのバラツキが１００μｍを越える場合には、大きなうねりを持ったものとなり、ウエハに対する接触状態が異なる部分が発生するため研磨特性に影響を及ぼす傾向にある。

厚みのバラツキを抑える方法としては、所定厚みにしたシート表面をバフィングする方法が挙げられる。バフィングは、粒度などが異なる研磨シートを用いて段階的に行うことが好ましい。なお、光透過領域をバフィングする場合には、表面粗さは小さければ小さい程良い。表面粗さが大きい場合には、光透過領域表面で入射光が乱反射するため光透過率が下がり、検出精度が低下する傾向にある。

研磨領域の形成材料は、研磨層の材料として通常用いられるものであれば特に制限なく使用できるが、本発明においては微細発泡体を用いることが好ましい。微細発泡体とすることにより表面にある気泡部分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。

研磨領域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。

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（高分子量ポリオール、低分子量ポリオール）、鎖延長剤からなるものである。

使用する有機イソシアネートは特に制限されず、例えば、前記有機イソシアネートが挙げられる。

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パッド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。

また、ポリオール中の高分子量ポリオールと低分子量ポリオールの比は、これらから製造される研磨領域に要求される特性により決められる。

鎖延長剤としては、４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）、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）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種以上を併用してもよい。

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、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、充填剤、帯電防止剤、その他の添加剤を添加してもよい。

前記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って活性水素基を有しないシリコーン系界面活性剤を使用した機械的発泡法が好ましい。該シリコー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）等が好適な化合物として例示される。

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。

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、そして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。

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、混合撹拌する。

３）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の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。

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。

本発明の研磨領域は、ウエハと接触する研磨側表面に、スラリーを保持・更新するための溝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、またウエハとの吸着によるウエハの破壊を防ぐためにも、研磨側表面に溝を有することが好ましい。溝は、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、これらの溝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。

前記溝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金型に樹脂を流しこみ硬化させる方法、所定の表面形状を有したプレス板で樹脂をプレスして形成する方法、フォトリソグラフィーを用いて形成する方法、印刷手法を用いて形成する方法、及び炭酸ガスレーザーなどを用いたレーザー光により形成する方法などが挙げられる。

研磨領域の厚みは特に限定されるものではないが、０．８〜４ｍｍ程度である。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。

また、研磨領域の厚みのバラツキは、１００μｍ以下であることが好ましく、特に５０μｍ以下であることが好ましい。厚みのバラツキが１００μｍを越える場合には、研磨領域が大きなうねりを持ったものとなり、ウエハに対する接触状態が異なる部分ができ、研磨特性に悪影響を与える傾向にある。また、研磨領域の厚みのバラツキを解消するため、一般的には研磨初期に研磨領域の表面をダイヤモンド砥粒を電着、又は融着させたドレッサーを用いてドレッシングするが、上記範囲を超えたものは、ドレッシング時間が長くなり、生産効率を低下させることになる。また、厚みのバラツキを抑える方法としては、所定厚みにした研磨領域表面をバフィングする方法もある。バフィングする際には、粒度などが異なる研磨シートで段階的に行うことが好ましい。

研磨領域および光透過領域を有する研磨パッドの作成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。なお、下記具体例ではクッション層を設けた研磨パッドについて記載しているが、クッション層を設けない研磨パッドであってもよい。

まず１つめの例は、図２に示すように、所定の大きさに開口した研磨領域９を両面テープ１０と貼り合わせ、その下に研磨領域９の開口部に合わせるように、所定の大きさに開口したクッション層１１を貼り合わせる。次に、クッション層１１に離型紙１３のついた両面テープ１２を貼りあわせ、研磨領域９の開口部に光透過領域８をはめ込み、貼り合わせる方法である。

２つめの具体例としては、図３に示すように、所定の大きさに開口した研磨領域９を両面テープ１０と貼り合わせ、その下にクッション層１１を貼り合わせる。その後、研磨領域９の開口部に合わせるように、両面テープ１０、及びクッション層１１を所定の大きさに開口する。次に、クッション層１１に離型紙１３のついた両面テープ１２を貼りあわせ、研磨領域９の開口部に光透過領域８をはめ込み、貼り合わせる方法である。

３つめの具体例としては、図４に示すように、所定の大きさに開口した研磨領域９を両面テープ１０と貼り合わせ、その下にクッション層１１を貼り合わせる。次に、クッション層１１の反対面に離型紙１３のついた両面テープ１２を貼りあわせ、その後、研磨領域９の開口部に合わせるように、両面テープ１０から離型紙１３まで所定の大きさに開口する。研磨領域９の開口部に光透過領域８をはめ込み、貼り合わせる方法である。なおこの場合、光透過領域８の反対側が開放された状態になり、埃等がたまる可能性があるため、それを塞ぐ部材１４を取り付けることが好ましい。

４つめの具体例としては、図５に示すように、離型紙１３のついた両面テープ１２を貼り合わせたクッション層１１を所定の大きさに開口する。次に所定の大きさに開口した研磨領域９を両面テープ１０と貼り合わせ、これらを開口部が合うように貼りあわせる。そして研磨領域９の開口部に光透過領域８をはめ込み、貼り合わせる方法である。なおこの場合、研磨領域の反対側が開放された状態になり、埃等がたまる可能性があるため、それを塞ぐ部材１４を取り付けることが好ましい。

前記研磨パッドの作成方法において、研磨領域やクッション層などを開口する手段は特に制限されるものではないが、例えば、切削能力をもつ治具をプレスして開口する方法、炭酸レーザーなどによるレーザーを利用する方法、及びバイトのような治具にて研削する方法などが挙げられる。なお、研磨領域の開口部の大きさ及び形状は特に制限されない。

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。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９に用いられる研磨層とクッション層１１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１１と両面テープ１２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。

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。

前記部材１４は、開口部を塞ぐものであれば特に制限されるものではない。但し、研磨を行う際には、剥離可能なものでなければならない。

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、アルカリ性の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。

（浸漬前の光透過率の測定）
作製した光透過領域部材を２ｃｍ×６ｃｍ（厚み：任意）の大きさに切り出して光透過率測定用試料とした。分光光度計（日立製作所製、Ｕ−３２１０ Ｓｐｅｃｔｒｏ Ｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）を用いて、測定波長域４００〜７００ｎｍで測定した。これらの光透過率の測定結果をＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則を用いて、厚み１ｍｍの光透過率に換算した。

（ｐＨ１１のＫＯＨ水溶液に２４時間浸漬した後の光透過率の測定）
作製した光透過領域部材を２ｃｍ×６ｃｍ（厚み：任意）の大きさに切り出して光透過率測定用試料を得て、それをｐＨ１１に調整したＫＯＨ水溶液（５０ｍｌ、６０℃）中に２４時間浸漬した。その後、試料を取り出し、表面の水溶液をふき取り、前記分光光度計を用いて、測定波長域４００〜７００ｎｍで測定した。これらの光透過率の測定結果をＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則を用いて、厚み１ｍｍの光透過率に換算した。

（浸漬前後の光透過率の差であるΔＴ（％）の算出）
ｐＨ１１のＫＯＨ水溶液に２４時間浸漬した後の測定波長λにおける光透過率Ｔ₁（％）と、浸漬前の測定波長λにおける光透過率Ｔ₀（％）との差からΔＴ（％）を算出した。測定波長範囲は４００〜７００ｎｍであり、測定波長λとして７００、６００、５００、及び４００ｎｍにおける各光透過率を用いて評価を行った。
ΔＴ（％）＝（浸漬前の光透過率Ｔ₀）−（浸漬後の光透過率Ｔ₁）

（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（東洋紡績社製、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。

（圧縮率および圧縮回復率測定）
直径７ｍｍの円（厚み：任意）に切り出した研磨領域（研磨層）を圧縮率および圧縮回復率測定用試料とし、温度２３℃±２℃、湿度５０％±５％の環境で４０時間静置した。測定には熱分析測定器ＴＭＡ（ＳＥＩＫＯ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ製、ＳＳ６０００）を用い、圧縮率と圧縮回復率を測定した。圧縮率と圧縮回復率の計算式を下記に示す。

圧縮率（％）＝｛（Ｔ１―Ｔ２）／Ｔ１｝×１００
Ｔ１：研磨層に無負荷状態から３０ＫＰa （３００ｇ／ｃｍ²）の応力の負荷を６０秒間保持した時の研磨層厚み
Ｔ２：Ｔ１の状態から１８０ＫＰa （１８００ｇ／ｃｍ²）の応力の負荷を６０秒間保持した時の研磨層厚み
圧縮回復率（％）＝｛（Ｔ３―Ｔ２）／（Ｔ１―Ｔ２）｝×１００
Ｔ１：研磨層に無負荷状態から３０ＫＰa （３００ｇ／ｃｍ²）の応力の負荷を６０秒間保持した時の研磨層厚み
Ｔ２：Ｔ１の状態から１８０ＫＰa （１８００ｇ／ｃｍ²）の応力の負荷を６０秒間保持した時の研磨層厚み
Ｔ３：Ｔ２の状態から無負荷状態で６０秒間保持し、その後、３０ＫＰa （３００ｇ／ｃｍ²）の応力の負荷を６０秒間保持した時の研磨層厚み

（貯蔵弾性率測定）
ＪＩＳ Ｋ７１９８−１９９１に準拠して行った。３ｍｍ×４０ｍｍの短冊状（厚み：任意）に切り出した研磨領域を動的粘弾性測定用試料とし、２３℃の環境条件で、シリカゲルを入れた容器内に４日間静置した。切り出した後の各シートの正確な幅および厚みの計測は、マイクロメータにて行った。測定には動的粘弾性スペクトロメーター（岩本製作所製、現アイエス技研）を用い、貯蔵弾性率Ｅ’を測定した。その際の測定条件を下記に示す。
＜測定条件＞
測定温度 ： ４０℃
印加歪 ： ０．０３％
初期荷重 ： ２０ｇ
周波数 ： １Ｈｚ

（膜厚検出評価Ａ）
ウエハの膜厚の光学的検出評価Ａは以下のような手法で行った。ウエハとして、８インチのシリコンウエハに熱酸化膜を１μｍ製膜したものを用い、その上に、まず前記浸漬前の光透過領域（厚さ：１．２５ｍｍ）を設置した。干渉式膜厚測定装置（大塚電子社製）を用い、波長領域４００〜７００ｎｍにおいて膜厚測定を数回行った。算出される膜厚結果、及び各波長での干渉光の山と谷の状況確認を行い、浸漬前の光透過領域の膜厚検出を以下のような基準で評価した。その後、前記浸漬後の光透過領域を設置し、同様の測定を行った。そして、浸漬前の結果と比較し、ＫＯＨ水溶液浸漬前後での膜厚検出変化を以下のような基準で評価した。
浸漬前評価
○：非常に再現性良く膜厚が測定されている。
△：再現性良く膜厚が測定されている。
×：再現性が悪く、検出精度が不十分である。
浸漬前後評価
○：浸漬前後で再現性よく膜厚が測定されている。
×：浸漬前後で再現性が悪く、ＫＯＨ水溶液浸漬により膜厚検出精度が低下した。

（膜厚検出評価Ｂ）
ウエハの膜厚の光学的検出評価Ｂは以下のような手法で行った。ウエハとして、８インチのシリコンウエハに熱酸化膜を１μｍ製膜したものを用い、その上に、まず前記浸漬前の光透過領域（厚さ：１．２５ｍｍ）を設置した。Ｈｅ−Ｎｅレーザーによる干渉式膜厚測定装置を用い、波長６３３ｎｍにおいて膜厚測定を数回行った。算出される膜厚結果、及び各波長での干渉光の山と谷の状況確認を行い、浸漬前の光透過領域の膜厚検出を以下のような基準で評価した。その後、前記浸漬後の光透過領域を設置し、同様の測定を行った。浸漬前の結果と比較し、ＫＯＨ水溶液浸漬前後での膜厚検出変化を以下のような基準で検出評価した。
浸漬前評価
○：再現性良く膜厚が測定されている。
×：再現性が悪く、検出精度が不十分である。
浸漬前後評価
○：浸漬前後で再現性よく膜厚が測定されている。
×：浸漬前後で再現性が悪く、ＫＯＨ水溶液浸漬により膜厚検出精度が低下した。

（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、アルカリ性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／ｃｍ²、研磨定盤回転数３５ｒｐｍ、ウエハ回転数３０ｒｐｍとした。面内均一性の評価は、上記のように研磨を行ったウエハの面内膜厚を２８点測定し、下記式により面内均一性を求めた。面内均一性は値が小さいほど均一性が優れている。
面内均一性（％）＝｛（最大膜厚−最小膜厚）／（最大膜厚＋最小膜厚）｝×１００

〔光透過領域の作製〕
製造例１
アジピン酸とヘキサンジオールとエチレングリコールからなるポリエステルポリオール（数平均分子量２４００）１２８重量部、及び１，４−ブタンジオール３０重量部を混合し、７０℃に温調した。この混合液に、予め７０℃に温調した４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート１００重量部を加え、約１分間撹拌した。そして、１００℃に保温した容器中に該混合液を流し込み、１００℃で８時間ポストキュアを行ってポリウレタン樹脂を作製した。作製したポリウレタン樹脂を用い、インジェクション成型にて光透過領域（縦５７ｍｍ、横１９ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍ）を作製した。

製造例２
製造例１において、アジピン酸とヘキサンジオールとエチレングリコールからなるポリエステルポリオール（数平均分子量２０００）８９重量部、及び１, ４−ブタンジオール３１重量部に変更した以外は製造例１と同様の方法により光透過領域（縦５７ｍｍ、横１９ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍ）を作製した。

製造例３
製造例１において、ポリエステルポリオールの代わりにポリテトラメチレングリコール（数平均分子量８９０）７５重量部を用い、１，４−ブタンジオールの添加量を２８重量部に変更した以外は製造例１と同様の方法により光透過領域（縦５７ｍｍ、横１９ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍ）を作製した。

製造例４
製造例１において、ポリエステルポリオールの代わりにポリカプロラクトンポリオール（数平均分子量２０００）１２０重量部、及び１, ４−ブタンジオール３１重量部に変更した以外は製造例１と同様の方法により光透過領域（縦５７ｍｍ、横１９ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍ）を作製した。

製造例５
反応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）１４７９０重量部、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート３９３０重量部、ポリテトラメチレングリコール（数平均分子量：１００６、分子量分布：１．７）２５１５０重量部、ジエチレングリコール２７５６重量部を入れ、８０℃で１２０分間、加熱撹拌し、イソシアネート末端プレポリマー（イソシアネート当量：２．１ｍｅｑ／ｇ）を得た。このプレポリマー１００重量部を減圧タンクに計量し、減圧（約１０Ｔｏｒｒ）によりプレポリマー中に残存している気体を脱泡させた。脱泡した上記プレポリマーに、予め１２０℃で溶融させておいた４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）２９重量部を添加し、自転公転式ミキサー（シンキー社製）を用いて、回転数８００ｒｐｍで約３分間撹拌した。そして該混合物を型に流し込み、１１０℃のオーブン中で９時間ポストキュアを行い、ポリウレタン樹脂シートを得た。その後、該ポリウレタン樹脂シートの両面をバフ研磨し、光透過領域（縦５７ｍｍ、横１９ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍ）を作製した。

製造例６
製造例１において、アジピン酸とヘキサンジオールとエチレングリコールからなるポリエステルポリオールの代わりに、アジピン酸とエチレングリコールからなるポリエステルポリオール（数平均分子量２０００）１２０重量部、及び１, ４−ブタンジオール３１重量部に変更した以外は製造例１と同様の方法により光透過領域（縦５７ｍｍ、横１９ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍ）を作製した。

製造例７
製造例５において、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートを４，４’−ジイソシアネートジフェニルエーテル３７７８重量部に変更した以外は製造例５と同様の方法により光透過領域（縦５７ｍｍ、横１９ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍ）を作製した。

〔研磨領域の作製〕
トルエンジイソシアネート（２，４−体／２，６−体＝８０／２０の混合物）１４７９０重量部、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート３９３０重量部、ポリテトラメチレングリコール（数平均分子量：１００６、分子量分布：１．７）２５１５０重量部、及びジエチレングリコール２７５６重量部を混合し、８０℃で１２０分間、加熱撹拌してイソシアネート末端プレポリマー（イソシアネート当量：２．１ｍｅｑ／ｇ）を得た。反応容器内に、フィルタリングした前記プレポリマー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。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。約１分間撹拌を続け、その後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、その後、この溝加工したシートの所定位置に光透過領域をはめ込むための穴（厚み１．２７ｍｍ、５７．５ｍｍ×１９．５ｍｍ）を打ち抜いて両面テープ付き研磨領域を作製した。作製した研磨領域の各物性は、平均気泡径４５μｍ、比重０．８６ｇ／ｃｍ³、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。

〔研磨パッドの作製〕
実施例１
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前記作製した両面テープ付き研磨領域の粘着面に、ラミ機を用いて貼り合わせた。さらにクッション層表面に両面テープを貼り合わせた。その後、研磨領域の光透過領域をはめ込むために打ち抜いた穴部分のうち、５１ｍｍ×１３ｍｍの大きさでクッション層を打ち抜き、穴を貫通させた。その後、製造例１で作製した光透過領域をはめ込み、研磨パッドを作製した。作製した研磨パッドの研磨特性等を表１に示す。

実施例２
製造例２で作製した光透過領域を用い、実施例１と同様の方法により研磨パッドを作製した。作製した研磨パッドの研磨特性等を表１に示す。

実施例３
製造例３で作製した光透過領域を用い、実施例１と同様の方法により研磨パッドを作製した。作製した研磨パッドの研磨特性等を表１に示す。

実施例４
製造例４で作製した光透過領域を用い、実施例１と同様の方法により研磨パッドを作製した。作製した研磨パッドの研磨特性等を表１に示す。

参考例１
製造例５で作製した光透過領域を用い、実施例１と同様の方法により研磨パッドを作製した。作製した研磨パッドの研磨特性等を表１に示す。

比較例１
製造例６で作製した光透過領域を用い、実施例１と同様の方法により研磨パッドを作製した。作製した研磨パッドの研磨特性等を表１に示す。

比較例２
製造例７で作製した光透過領域を用い、実施例１と同様の方法により研磨パッドを作製した。作製した研磨パッドの研磨特性等を表１に示す。

表１から、ΔＴが１０％以内である場合（実施例１〜４、参考例１）には、アルカリ性スラリーを用いて研磨を行っても長期にわたり高精度の光学的終点検知を維持し続けることができる。ΔＴが１０％を超える場合（比較例１）には、アルカリ性スラリーを用いて研磨を行った際に高精度の光学的終点検知を長期にわたり維持し続けることができない。波長５００〜７００ｎｍの全領域における光透過率が８０％未満の場合（比較例２）には、膜厚検出精度が不十分である。

ＣＭＰ研磨で使用する従来の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 本発明の研磨パッドの他の一例を示す概略断面図 本発明の研磨パッドの他の一例を示す概略断面図 本発明の研磨パッドの他の一例を示す概略断面図 本発明の終点検出装置を有するＣＭＰ研磨装置の一例を示す概略構成図

符号の説明

１：研磨パッド
２：定盤
３：研磨剤（スラリー）
４：被研磨対象物（ウエハ）
５：被研磨対象物（ウエハ）支持台（ポリシングヘッド）
６、７：回転軸
８：光透過領域
９：研磨領域
１０、１２：両面テープ
１１：クッション層
１３：離型紙（フィルム）
１４：開口部を塞ぐ部材
１５：レーザー干渉計
１６：レーザービーム

Claims (9)

1. ケミカルメカニカルポリッシングに用いられ、研磨領域および光透過領域を有する研磨パッドであって、前記光透過領域は、厚さが０．５〜４ｍｍであり、かつ波長５００〜７００ｎｍの全領域における光透過率が８０％以上であり、さらにｐＨ１１のＫＯＨ水溶液に２４時間浸漬した後の測定波長λにおける光透過率Ｔ₁（％）と、浸漬前の測定波長λにおける光透過率Ｔ₀（％）との差であるΔＴ（ΔＴ＝Ｔ₀−Ｔ₁）（％）が、測定波長４００〜７００ｎｍの全範囲内で１０（％）以内であることを特徴とする研磨パッド。
2. 前記光透過領域は、浸漬前において、下記式で表される測定波長４００〜７００ｎｍでの光透過率の変化率が５０（％）以下である請求項１記載の研磨パッド。
   変化率（％）＝｛（４００〜７００ｎｍにおける最大光透過率−４００〜７００ｎｍにおける最小光透過率）／４００〜７００ｎｍにおける最大光透過率｝×１００
3. 前記光透過領域は、浸漬前において、測定波長４００ｎｍにおける光透過率が２０％以上である請求項１又は２記載の研磨パッド。
4. 前記光透過領域は、浸漬前において、測定波長５００〜７００ｎｍにおける各光透過率の差が５（％）以内である請求項１〜３のいずれかに記載の研磨パッド。
5. 前記光透過領域の形成材料が、無発泡体である請求項１〜４のいずれかに記載の研磨パッド。
6. 前記研磨領域の形成材料が、微細発泡体である請求項１〜５のいずれかに記載の研磨パッド。
7. 前記光透過領域は、研磨側表面に研磨液を保持・更新する凹凸構造を有しない請求項１〜６のいずれかに記載の研磨パッド。
8. 前記研磨領域は、研磨側表面に溝が設けられている請求項１〜７のいずれかに記載の研磨パッド。
9. 請求項１〜８のいずれかに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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