JP2014113644A - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、研磨対象物表面にスクラッチを生じさせ難い研磨パッドを提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の研磨パッドは、研磨領域及び光透過領域を有する研磨層を備えており、前記光透過領域は、パッド表面側に位置する表層と、表層の下に積層された少なくとも１層の軟質層とを含み、軟質層は表層よりも硬度が低いことを特徴とする。
【選択図】 図２

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、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、研磨対象物（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、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。

窓を有する研磨パッドとしては、例えば、２枚以上の透明材料が積層された窓を有する研磨体であって、研磨対象物側の透明材料の圧縮弾性率が、研磨対象物側の反対側の透明材料の圧縮弾性率より小さいことを特徴とする研磨体が開示されている（特許文献１）。

また、研磨層と透光窓部材とを有する研磨パッドであって、少なくとも透光窓部材の研磨面側の最表層がマイクロゴムＡ硬度６０度以下の軟質透光層で構成されていることを特徴とする研磨パッドが開示されている（特許文献２）。

また、研磨層と透光窓部材とを有する研磨パッドであって、該透光窓部材はマイクロゴムＡ硬度６０度以下の軟質透光層と、マイクロゴムＡ硬度８０度以上の硬質透光層が少なくとも積層され、かつ、前記軟質透光層は研磨面側の最表層に位置することを特徴とする研磨パッドが開示されている（特許文献３）。

また、研磨領域および光透過領域を有する研磨パッドにおいて、前記光透過領域は、パッド表面側に位置する超軟質層とパッド裏面側に位置する軟質層とが積層されたものであり、前記超軟質層のアスカーＡ硬度は２５〜５５度であり、前記軟質層のアスカーＡ硬度は３０〜７５度であり、かつ前記軟質層のアスカーＡ硬度は超軟質層のアスカーＡ硬度より大きいことを特徴とする研磨パッドが開示されている（特許文献４）。

上記特許文献１〜４に記載の研磨パッドは、窓の最表層に軟質材料を使用しているため、ある程度スクラッチの発生を抑制することができるが、十分とは言えない。

特開２００１−１６２５２０号公報 特開２００３−２８５２５８号公報 特開２００３−２８５２５９号公報 特開２００５−３２２７８８号公報

本発明は、研磨対象物表面にスクラッチを生じさせ難い研磨パッドを提供することを目的とする。

本発明者は、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、研磨領域及び光透過領域を有する研磨層を備えた研磨パッドにおいて、前記光透過領域は、パッド表面側に位置する表層と、表層の下に積層された少なくとも１層の軟質層とを含み、軟質層は表層よりも硬度が低いことを特徴とする研磨パッド、に関する。

本発明のように、光透過領域の表層の下に、表層よりも硬度が低い軟質層を積層することにより、研磨対象物表面と光透過領域の表層とが研磨作業中に接触した際に、光透過領域にクッション性を付与することができる。それにより、研磨対象物表面にスクラッチが生じ難くなる。従来のように光透過領域の表層を軟らかくしすぎると、表層の表面にスラリー中の砥粒が刺さりやすくなり、刺さった砥粒によって研磨対象物表面にスクラッチが生じやすくなる。本発明は、従来のように光透過領域の表層を軟らかくすることなく、光透過領域にクッション性を付与することによりスクラッチの問題を解決した。

表層のアスカーＡ硬度は３５〜８０度であり、軟質層のアスカーＡ硬度は３０〜６０度であることが好ましい。表層のアスカーＡ硬度が３５度未満の場合は、軟らかすぎるため表層の表面にスラリー中の砥粒が刺さりやすくなり、刺さった砥粒によって研磨対象物表面にスクラッチが生じやすくなる傾向にある。一方、表層のアスカーＡ硬度が８０度を超える場合には、研磨対象物表面にスクラッチが生じやすくなり、また表層の表面に傷がつきやすくなるために透明性が低下し、研磨の光学終点検知精度が低下する傾向にある。また、軟質層のアスカーＡ硬度が３０度未満の場合には、光透過領域全体の剛性が不十分となる傾向にある。一方、軟質層のアスカーＡ硬度が６０度を超える場合には、光透過領域のクッション性が低下するため、研磨対象物表面にスクラッチが生じやすくなる傾向にある。

表層のアスカーＡ硬度と軟質層のアスカーＡ硬度との差は５度以上であることが好ましい。アスカーＡ硬度の差が５度未満の場合には、研磨作業中に光透過領域の形状安定性が低下し、剥がれや水漏れなどの不具合が発生する恐れがある。

軟質層は１層であり、光透過領域は表層と軟質層の２層構造であることが好ましい。

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。

本発明の研磨パッドは、上記構造の光透過領域を有するため、研磨対象物表面にスクラッチを生じさせ難い。

ＣＭＰ研磨で使用する研磨装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の研磨パッドの構造の一例を示す概略断面図である。 本発明の研磨パッドの構造の他の一例を示す概略断面図である。

本発明の研磨パッドは、研磨層のみであってもよく、研磨層と他の層（例えばクッション層、接着剤層、及び支持フィルムなど）との積層体であってもよい。

図２は、本発明の研磨パッドの構造の一例を示す概略断面図である。図２に示すように、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（表層９ａ、軟質層９ｂ）が設けられている。

図３は、本発明の研磨パッドの構造の他の一例を示す概略断面図である。図３に示すように、研磨パッド１は、研磨領域８及び光透過領域９（表層９ａ、軟質層９ｂ）を有する研磨層と、貫通孔１５を有するクッション層１１とが、前記光透過領域９と前記貫通孔１５とが重なるように両面接着シート１３を介して積層されている。

光透過領域９は、パッド表面側に位置する表層９ａと、表層９ａの下に積層された少なくとも１層の軟質層９ｂとを含み、軟質層９ｂは表層９ａよりも硬度が低いものである。軟質層９ｂは硬度が異なる層を２層以上積層したものであってもよいが、通常は１層である。

表層のアスカーＡ硬度は３５〜８０度であることが好ましく、より好ましくは５０〜７５度である。軟質層のアスカーＡ硬度は３０〜６０度であることが好ましく、より好ましくは３０〜５０度である。

また、表層のアスカーＡ硬度と軟質層のアスカーＡ硬度との差は５度以上であることが好ましく、より好ましくは１０度以上であり、さらに好ましくは２０度以上である。

表層及び軟質層の形成材料は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。これらのなかで、ポリウレタン樹脂は、耐摩耗性が高く、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することができるため好ましい材料である。

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）、及び鎖延長剤等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。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。

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表層及び軟質層の所望物性などにより適宜変更できる。表層及び軟質層のアスカーＡ硬度を前記範囲内にそれぞれ調整するためには、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０．９〜１．２であることが好ましく、さらに好ましくは０．９５〜１．０５である。

表層及び軟質層のアスカーＡ硬度を前記範囲内にそれぞれ調整するために、ポリウレタン樹脂には可塑剤を添加することが好ましい。可塑剤は、公知のものを特に制限なく使用可能である。例えば、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジ（２−エチルヘキシル）、フタル酸ジノニル、及びフタル酸ジラウリルなどのフタル酸ジエステル、アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ジ（２−エチルヘキシル）、アジピン酸ジイソノニル、セバシン酸ジブチル、セバシン酸ジオクチル、及びセバシン酸ジ（２−エチルヘキシル）などの脂肪族二塩基酸エステル、リン酸トリクレジル、リン酸トリ（２−エチルヘキシル）、及びリン酸トリ（２−クロロプロピル）などのリン酸トリエステル、ポリエチレングリコールエステル、及びジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどのグリコールエステル、エポキシ化大豆油、及びエポキシ脂肪酸エステルなどのエポキシ化合物などが挙げられる。これらの中で、ポリウレタン樹脂やスラリーとの相溶性の観点から、グリコールエステル系可塑剤を用いることが好ましい。

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。

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、高い透明性を確保するため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。プレポリマー法の場合、均一に分散させるために、可塑剤はイソシアネート末端プレポリマーに添加しておくことが好ましい。

表層と軟質層とを含む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、１）各層を形成して接着剤などで貼り合わせる方法、２）軟質層を形成した後に、注型成形により軟質層上に表層を形成する方法などにより作製することができる。

光透過領域の形状及び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及び大きさにすることが好ましい。

軟質層の厚さは表層の厚さの０．５〜２倍であることが好ましく、より好ましくは１〜１．５倍である。０．５倍未満の場合は光透過領域に十分なクッション性を付与することができず、２倍を超える場合には光透過領域の形状安定性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を特に制限なく使用できるが、微細発泡体を用いることが好ましい。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、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。

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）、及び鎖延長剤など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、例えば前記の有機イソシアネートが挙げられる。

使用するポリオールは特に制限されず、例えば前記のポリオールが挙げられる。なお、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、研磨対象物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、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。

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。

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。

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、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）にシリコー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。

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。

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。

研磨領域は、研磨対象物と接触する表面に、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。研磨領域は、微細発泡体により形成されているため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、また研磨対象物との吸着による研磨対象物の破壊を防ぐためにも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。

研磨領域の厚みは特に限定されるものではないが、０．８〜２．０ｍｍ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。

クッション層は、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、研磨対象物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。

図２の透明支持フィルム１２は、透明性が高い樹脂フィルムの片面又は両面に接着剤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。接着剤層の組成としては、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。透明支持フィルムの接着剤層は、前記樹脂フィルムをクッション層又は研磨定盤に貼り合わせるため、及び光透過領域を前記樹脂フィルム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。

図２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。その後、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。その後、開口部１０内かつ透明支持フィルム１２上に軟質層９ｂを設置する。その後、軟質層９ｂ上に表層形成組成物を注入して硬化させることにより表層９ａを形成する。

ケース３
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。その後、開口部１０内かつ透明支持フィルム１２上に軟質層形成組成物を注入して硬化させることにより軟質層９ｂを形成する。その後、軟質層９ｂ上に表層形成組成物を注入して硬化させることにより表層９ａを形成する。

また、図３の研磨パッド１の製造方法も特に制限されない。例えば、貫通孔１４を設けた研磨領域８と、貫通孔１５を設けたクッション層１１とを、貫通孔同士が重なるように両面接着シート１３の接着剤層にそれぞれ貼り合わせ、その後、貫通孔１４内の接着剤層に光透過領域９を貼り合わせることにより製造することができる。また、軟質層形成組成物及び表層形成組成物をそれぞれ注入して硬化させて軟質層９ｂ及び表層９ａを形成してもよい。クッション層１１の研磨定盤（プラテン）と接着する面には両面テープが設けられていてもよい。

研磨領域８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８とクッション層１１を両面接着シート１３で挟み、プレスする方法が挙げられる。両面接着シート１３は、不織布やフィルム等の基材の両面に接着剤層を設けた一般的な構成を有するものであり、一般的に両面テープと呼ばれるものである。接着剤層の組成としては、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８とクッション層１１は組成が異なることもあるため、両面接着シート１３の各接着剤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。

開口部１０、貫通孔１４及び１５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方法、炭酸レーザーなどのレーザーを利用する方法、貫通孔の形状を備えた金型に原料を流し込んで硬化させて形成する方法などが挙げられる。なお、開口部１０、貫通孔１４及び１５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、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］
（スクラッチの測定）
研磨装置としてＡＲＷ−８Ｃ１Ａ（ＭＡＴ社製）を用い、作製した研磨パッドを用いて、スクラッチの評価を行った。研磨条件としては、スラリーとして、セリアスラリー（日立化成社製）を研磨中に流量１５０ｍｌ／ｍｉｎ添加した。研磨荷重としては３５０ｇ／ｃｍ^２、研磨定盤回転数６５ｒｐｍ、ウエハ回転数６０ｒｐｍとした。前記条件で８インチのダミーウエハを４枚研磨し、その後、厚み１００００Åの熱酸化膜を堆積させた８インチのウエハを１分間研磨した。そして、ＫＬＡ テンコール社製の欠陥評価装置（Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ１）を用いて、研磨後のウエハ上に０．１９μｍ以上の条痕がいくつあるかを測定した。

製造例１
〔光透過領域Ａの作製〕
７０℃に温調したイソシアネート末端プレポリマー（日本ポリウレタン社製、コロネート４０８０、ＮＣＯ含有率：３．０重量％）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、そこにリン酸トリ（２−クロロプロピル）１０重量部を加えて均一に混合した。そこに１２０℃で溶解させた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）８．６重量部を加え、ハイブリッドミキサー（キーエンス社製）を用いて約１分間撹拌して混合物を得た。そして、該混合物を型に流し込み、１００℃のオーブン中で１５時間ポストキュアを行い、ポリウレタン樹脂（可塑剤含有量：２．３重量％）からなる光透過領域表層（縦６０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍ、Ａ硬度７５度）を得た。
７０℃に温調したイソシアネート末端プレポリマー（日本ポリウレタン社製、コロネート４０８０、ＮＣＯ含有率：３．０重量％）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、そこにリン酸トリ（２−クロロプロピル）７０重量部を加えて均一に混合した。そこに１２０℃で溶解させた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）８．６重量部を加え、ハイブリッドミキサー（キーエンス社製）を用いて約１分間撹拌して混合物を得た。そして、該混合物を型内の前記光透過領域表層の下に流し込み、１００℃のオーブン中で８時間ポストキュアを行い、前記光透過領域表層の下にポリウレタン樹脂（可塑剤含有量：３９．２重量％）からなる第１軟質層（縦６０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ、Ａ硬度３２度）を形成して光透過領域Ａを作製した。

製造例２〜９
〔光透過領域Ｂ〜Ｉの作製〕
リン酸トリ（２−クロロプロピル）の添加量を表１記載のとおり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Ｂ〜Ｉを作製した。ただし、製造例５においては、第１軟質層（厚さ０．４ｍｍ）の片面にさらに第２軟質層（厚さ０．４ｍｍ）を積層して光透過領域Ｅを作製した。

実施例１
〔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、及びシリコーン系界面活性剤（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０．８６、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（厚さ：２．０ｍｍ）。このバフ処理をしたシートを直径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０．４０ｍｍ、溝ピッチ３．１ｍｍ、溝深さ０．７６ｍｍ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、厚さ：０．１０ｍｍ）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、両面に接着剤層を有する透明支持フィルム（基材：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フィルムに光透過領域Ａを貼り付けて図２記載の構造の研磨パッドを作製した。

実施例２
〔研磨領域の作製〕
実施例１と同様の方法で作製し、溝加工したポリウレタン発泡体シートに、６０ｍｍ×２０ｍｍの大きさの開口部を形成した。その後、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、厚さ：０．１０ｍｍ）を貼り合わせた。そして、前記開口部内の両面テープに光透過領域Ｂを貼り付けて、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、両面に接着剤層を有する透明支持フィルム（基材：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、積層体のクッション層と透明支持フィルムのみに６０ｍｍ×２０ｍｍの大きさの開口部を形成し、図３（透明支持フィルムは図示せず）記載の構造の研磨パッドを作製した。

実施例３〜６、比較例１〜３
光透過領域Ａの代わりに、光透過領域Ｃ〜Ｉのいずれかを用いた以外は実施例１と同様の方法で研磨パッドを作製した。

本発明の研磨パッドはレンズ、反射ミラー等の光学材料やシリコンウエハ、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できる。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できる。

１：研磨パッド
２：研磨定盤（プラテン）
３：研磨剤（スラリー）
４：研磨対象物（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
９ａ：表層
９ｂ：軟質層
１０：開口部
１１：クッション層
１２：透明支持フィルム
１３：両面接着シート
１４、１５：貫通孔

Claims (5)

1. 研磨領域及び光透過領域を有する研磨層を備えた研磨パッドにおいて、前記光透過領域は、パッド表面側に位置する表層と、表層の下に積層された少なくとも１層の軟質層とを含み、軟質層は表層よりも硬度が低いことを特徴とする研磨パッド。
2. 表層のアスカーＡ硬度が３５〜８０度であり、軟質層のアスカーＡ硬度が３０〜６０度である請求項１記載の研磨パッド。
3. 表層のアスカーＡ硬度と軟質層のアスカーＡ硬度との差が５度以上である請求項１又は２記載の研磨パッド。
4. 軟質層は１層である請求項１〜３のいずれかに記載の研磨パッド。
5. 請求項１〜４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。
   

Images