(57)【要約】【課題】被研磨体の研磨後の面内均一が十分に図られるＣＭＰ用研磨パッドを提供すること。【解決手段】硬質発泡ポリウレタンでなるＣＭＰ用研磨パッドにおいて、研磨面が円形の内側領域と内側領域を取り囲むドーナツ形の外側領域とを有し、気泡密度は内側領域の方が外側領域よりも大きく、アスカーＤ硬度は外側領域及び内側領域共に４５〜７０であり、両者の硬度差が３以下である、ＣＭＰ用研磨パッド。【選択図】図３
2010268012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質発泡ポリウレタンでなるＣＭＰ用研磨パッドにおいて、研磨面が円形の内側領域と内側領域を取り囲むドーナツ形の外側領域とを有し、気泡密度は内側領域の方が外側領域よりも大きく、アスカーＤ硬度は外側領域及び内側領域共に４５〜７５であり、両者の硬度差が３以下である、ＣＭＰ用研磨パッド。
【請求項２】
前記内側領域の気泡密度が２００〜６００個／ｍｍ2であり、前記外側領域の気泡密度が０〜４００個／ｍｍ2である請求項１記載のＣＭＰ用研磨パッド。
【請求項３】
前記内側領域と前記外側領域とのテーバー磨耗減量の差が５０％以下である請求項１又は２記載のＣＭＰ用研磨パッド。
【請求項４】
硬質発泡ポリウレタンでなるＣＭＰ用研磨パッドにおいて、研磨面が円形の内側領域と内側領域を取り囲むドーナツ形の中間領域と中間領域を取り囲むドーナツ形の外側領域とを有し、気泡密度は中間領域の方が内側領域及び外側領域よりも大きく、アスカーＤ硬度は外側領域、中間領域及び内側領域共に４５〜７５であり、３者の硬度差が３以下である、ＣＭＰ用研磨パッド。
【請求項５】
前記中間領域の気泡密度が２００〜６００個／ｍｍ2であり、前記内側領域及び外側領域の気泡密度が０〜４００個／ｍｍ2である請求項４記載のＣＭＰ用研磨パッド。
【請求項６】
前記中間領域と前記内側領域及び外側領域とのテーバー磨耗減量の差が５０％以下である請求項４又は５記載のＣＭＰ用研磨パッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか記載のＣＭＰ用研磨パッドを研磨装置のプラテンに固定する工程；
被研磨体を研磨パッドの研磨面に対面するように研磨装置の支持台に固定する工程；
研磨パッドの研磨面において、気泡密度が高い領域が被研磨体の中央部に当るように、被研磨体を研磨パッドの研磨面に接触させる工程；
研磨スラリーを供給しながら研磨を行う工程；
を包含する研磨方法。
【請求項８】
被研磨体が半導体ウェハである請求項７記載の研磨方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法により研磨して得られる半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハなどの被研磨体の凹凸をケミカルメカニカルポリッシング（化学的機械研磨またはＣＭＰ）法により平坦化する時に用いるＣＭＰ用研磨パッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを製造する際には、ウェハ表面に導電性膜を形成し、フォトリソグラフィ、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ェ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、ウェハ表面の凹凸を平坦化する技術が重要となってきた。デバイス構造の高低差を平坦化する方法として、最近では、シリコンウェハの鏡面加工を応用したＣＭＰ法が採用されている。
【０００３】
ＣＭＰで一般的に使用する研磨装置は、例えば、研磨パッドを支持する研磨定盤と、被研磨体（ウェハなど）を支持する支持台とウェ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。研磨パッドは、例えば、両面テープで貼り付けることにより、研磨定盤に装着される。研磨定盤と支持台とは、それぞれに支持された研磨パッドと被研磨体が対向するように配置され、それぞれに回転軸を備えている。また、支持台には、被研磨体を研磨パッドに押し付けるための加圧機構が設けてある。
【０００４】
一般に、ＣＭＰ法においては、研磨パッドをドレッサーによりドレッシング（研削）した後に、研磨プレート回転軸およびキャリア回転軸を回転させ、研磨スラリー供給ノズルから研磨パッドの中心部に研磨スラリーを供給しながら、研磨圧力調整機構により被研磨体を研磨パッド上に押圧させて研磨が行われる。このようなＣＭＰ法では、被研磨体の周辺部付近の研磨面に対する相対速度は、中央部と比べて早くなる。そのため被研磨体中央部の研磨レートは周辺部よりも遅くなり、均一に研磨が行われないこと等が問題となっている。
【０００５】
特許文献１には、研磨面に同心円状の溝を複数有するＣＭＰ用研磨パッドにおいて、被研磨体の中央部が研磨される領域の溝の密度を、被研磨体の周辺部付近が研磨される領域よりも高めたものが記載されている。また、特許文献２には、被研磨体の中央部が研磨される研磨面の領域に、開口部を複数有するＣＭＰ用研磨パッドが記載されている。これらの研磨パッドでは、研磨面の被研磨体中央部があたる領域について、研磨スラリの保持量を多くして研磨能力を高め、被研磨体中央部の研磨レートを周辺部よりも高めることを目的としている。
【０００６】
しかしながら、同一材料で一体的に形成されている研磨パッドに、溝や開口部を不均一に形成すると、その領域間で表面の物性が変化してしまう。例えば、特許文献１の研磨パッドにおいて、高い密度で溝が形成された研磨面の領域は、低い密度の領域よりも剛性が低下する。また、特許文献２の研磨パッドにおいて、開口部が設けられた領域についても同様である。そのため、従来の技術では被研磨体中央部の研磨レートを十分高めることができず、また研磨面内で剛性が異なる領域が存在することになり、被研磨体の研磨後の面内均一を十分に図ることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−９４３０３号公報
【特許文献２】特許第３４２５２１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その目的とするところは被研磨体の研磨後の面内均一が十分に図られるＣＭＰ用研磨パッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は硬質発泡ポリウレタンでなるＣＭＰ用研磨パッドにおいて、研磨面が円形の内側領域と内側領域を取り囲むドーナツ形の外側領域とを有し、気泡密度は内側領域の方が外側領域よりも大きく、アスカーＤ硬度は外側領域及び内側領域共に４５〜７５であり、両者の硬度差が３以下である、ＣＭＰ用研磨パッドを提供するものである。
【００１０】
また、本発明は硬質発泡ポリウレタンでなるＣＭＰ用研磨パッドにおいて、研磨面が円形の内側領域と内側領域を取り囲むドーナツ形の中間領域と中間領域を取り囲むドーナツ形の外側領域とを有し、気泡密度は中間領域の方が内側領域及び外側領域よりも大きく、アスカーＤ硬度は外側領域、中間領域及び内側領域共に４５〜７５であり、３者の硬度差が３以下である、ＣＭＰ用研磨パッドを提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＣＭＰ用研磨パッドによれば、研磨面の被研磨体の中央部があたる領域について研磨能力が高められており、研磨面内で剛性のばらつきが少なく、研磨後の面内均一が十分に図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の一実施態様である２部構成研磨パッドの平面図である。
【図２】図２は本発明の一実施態様である３部構成研磨パッドの平面図である。
【図３】図３は本発明の研磨方法において、被研磨体と２部構成研磨面との位置関係を示す模式図である。
【図４】図４は本発明の研磨方法において、被研磨体と３部構成研磨面との位置関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ＣＭＰ用研磨パッドは被研磨体を研磨する層状の部材である。研磨パッドは研磨を行う際に研磨スラリーの担体として機能し、被研磨体と接触してこれを摩擦する研磨面を有している。研磨面は、一般に、硬質の弾性体から形成されている。本発明のＣＭＰ用研磨パッドの研磨面は発泡ポリウレタンにて形成することが好ましい。発泡ポリウレタンは耐摩耗性に優れ、原料組成や気泡密度等を種々変えることにより、物性の調節が容易だからである。
【００１４】
図１は本発明の一実施態様である２部構成研磨パッドの平面図である。研磨面１は内側領域２と外側領域３とを有する。内側領域２は円形であり、外側領域３は内側領域を取り囲むドーナツ形である。内側領域の大きさは、被研磨体であるウェハや研磨パッドのサイズに依存して適宜調節されてよい。一般には、内側領域の半径は外側領域の半径（外側半径）に対し約５０〜９０％、好ましくは約６０〜８５％とされる。
【００１５】
研磨面１の気泡密度は内側領域２の方が外側領域３よりも大きい。内側領域は主として被研磨体の中央部が接する範囲と考えられ、気泡密度を高めて研磨スラリーの保持力を高めるためである。例えば、内側領域の気泡密度は２００〜６００個／ｍｍ２、好ましくは３００〜６００個／ｍｍ２である。外側領域の気泡密度は０〜４００個／ｍｍ２、好ましくは１００〜４００個／ｍｍ２である。
【００１６】
内側領域及び外側領域は共にアスカーＤ硬度が４５〜７５、好ましくは５０〜６５である。アスカーＤ硬度が４５未満であると半導体ウエハを研磨した際、平坦化特性が悪化し、７５を越えると平坦化特性は良好であるが、半導体ウエハの研磨の均一性が悪化してしまう。また、両者の硬度差は３以下、好ましくは２以下である。両者の硬度差が３を越えると研磨面内で剛性のばらつきが生じて、研磨後の面内均一が不十分となる。
【００１７】
内側領域と外側領域とはテーバー磨耗減量の差が５０％以下、好ましくは３０％以下である。両者のテーバー磨耗減量の差が５０％を越えると半導体ウエハの研磨処理枚数が増えるに従って領域間での厚み差（段差）が大きくなり、研磨特性に悪影響を及ぼす。
【００１８】
図２は本発明の一実施態様である３部構成研磨パッドの平面図である。研磨面１１は内側領域１２と中間領域１３と外側領域１４とを有する。内側領域１２は円形であり、中間領域１３は内側領域を取り囲むドーナツ形であり、外側領域１４は中間領域１３を取り囲むドーナツ形である。中間領域及び内側領域の大きさは、被研磨体であるウェハや研磨パッドのサイズに依存して適宜調節されてよい。一般には、中間領域の半径（外側半径）は外側領域の半径（外側半径）に対し約５０〜９０％、好ましくは約６０〜８５％とされる。また、内側領域の半径は外側領域の半径（外側半径）に対し約２０〜５０％、好ましくは約２０〜４０％とされる。更に、中間領域の幅（外側半径と内側半径との差）はウェハ直径の２０〜８０％、好ましくは２５〜７０％とされる。
【００１９】
研磨面１１の気泡密度は中間領域１３が内側領域１２及び外側領域１４よりも大きい。中間領域は主として被研磨体の中央部が接する範囲と考えられ、気泡密度を高めて研磨スラリーの保持力を高めるためである。例えば、中間領域の気泡密度は２００〜６００個／ｍｍ２、好ましくは３００〜６００個／ｍｍ２である。内側領域及び外側領域の気泡密度は０〜４００個／ｍｍ２、好ましくは１００〜４００個／ｍｍ２である。
【００２０】
内側領域、中間領域及び外側領域は共にアスカーＤ硬度が４５〜７５、好ましくは５０〜６５である。アスカーＤ硬度が４５未満であると半導体ウエハを研磨した際、平坦化特性が悪化し、７５を越えると平坦化特性は良好であるが、半導体ウエハの研磨の均一性が悪化してしまう。また、３者の硬度差は３以下、好ましくは２以下である。両者の硬度差が３を越えると研磨面内で剛性のばらつきが生じて、研磨後の面内均一が不十分となる。
【００２１】
中間領域と内側領域及び外側領域とはテーバー磨耗減量の差が５０％以下、好ましくは３０％以下である。両者のテーバー磨耗減量の差が５０％を越えると半導体ウエハの研磨処理枚数が増えるに従って領域間での厚み差（段差）が大きくなり、研磨特性に悪影響を及ぼす。好ましい実施態様では、内側領域及び外側領域は気泡密度、アスカーＤ硬度及びテーバー磨耗減量が同一の硬質発泡ポリウレタンで形成される。
【００２２】
一般に、同一組成の発泡ポリウレタン樹脂において気泡密度を変化させると硬度等の物性は大きく変化する。そのため、一体成形された研磨パッド中で部分的に気泡密度を変化させながら、研磨面全面の硬度を均一化することは非常に困難である。そこで、本発明の研磨パッドは、例えば、内側領域、中間領域、外側領域に相当する形状及び物性を有する部材を別々に作製し、これらを図１及び図２に示される構成になるように組み合わせて製造することができる。
【００２３】
これら内側領域、中間領域、外側領域に相当する部材は、硬質発泡ポリウレタンのブロックを所定の厚みにスライスして研磨材シートを得、円形やドーナツ形に打ち抜くことによって得られる。研磨材シートの厚さは一般に０．８〜３ｍｍ、好ましくは２．５ｍｍである。
【００２４】
ポリウレタン樹脂は、有機ポリイソシアネート、ポリオール、鎖延長剤からなるものである。使用する有機ポリ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１種で用いても、２種以上を混合しても差し支えない。
【００２５】
使用するポリオールとしては、ポリテトラメチレンエ−テルグリコ−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−トに代表されるポリエステルポリオ−ル、ポリカプロラクトンポリオ−ル、ポリカプロラクトンのようなポリエステルグリコ−ルとアルキレンカ−ボネ−トとの反応物などで例示されるポリエステルポリカ−ボネ−トポリオ−ル、エチレンカ−ボネ−トを多価アルコ−ルと反応させ、次いでえ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−ボネ−トポリオ−ル、ポリヒドキシル化合物とアリ−ルカ−ボネ−トとのエステル交換反応により得られるポリカ−ボネ−トポリオ−ルなどが挙げられる。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。
【００２６】
なお、これらポリオールの数平均分子量は、特に限定するものではないが、得られるポリウレタンの弾性特性等の観点から、５００から２０００までであることが望ましい。
【００２７】
このポリオールの数平均分子量が５００未満であると、これを用いて得られるポリウレタンは十分な弾性特性を有さず、脆いポリマーとなり、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、研磨対象である加工物の研磨面でのスクラッチの原因となり、好ましくない。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。
【００２８】
数平均分子量が２０００を超えると、これを用いて得られるポリウレタンから製造される研磨パッドは、軟らかくなり、十分に満足のいく平坦化加工ができないため好ましくない。
【００２９】
また、ポリオールとしては、上述した高分子量のポリオールの他に、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構わない。
【００３０】
ポリオールとしては、耐加水分解性、弾性特性、耐摩耗性等の観点より、ポリテトラメチレングリコールを含んでいてもよい。なお、このポリテトラメチレングリコールは、数平均分子量が５００から１６００までで、分子量分布（重量平均分子量／数平均分子量）が１．９未満であればよい。
【００３１】
この数平均分子量は、ＪＩＳ Ｋ １５５７に準じて測定した水酸基価から求めた値である。また、分子量分布は、次の測定条件により測定した値である。
【００３２】
また、分子量分布は、次の測定条件により測定した値である。
【表１】
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【００３３】
このテトラメチレングリコールの数平均分子量が５００未満であると、これを用いて得られるポリウレタンは十分な弾性特性を有さず、脆いポリマーとなり、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、研磨対象である加工物の研磨面のスクラッチの原因となり、好ましくない。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。
【００３４】
数平均分子量が１６００を超えると、これを用いて得られるポリウレタンから製造される研磨パッドは、軟らかくなり、十分に満足のいく平坦化加工ができないため好ましくない。
【００３５】
また、ポリテトラメチレングリコールの分子量分布が１．９以上となると、これから得られるポリウレタンの硬度（弾性率）の温度依存性が大きくなり、このポリウレタンから製造される研磨パッドは、温度による硬度（弾性率）の差が大きくなる。上述したように、研磨パッドと加工物との間に摩擦熱が発生することで、研磨時に研磨パッドの温度は変化している。従って、研磨特性に差が生じることになり、好ましくない。
【００３６】
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種以上を混合しても差し支えない。
【００３７】
該ポリウレタン樹脂における有機ポリイソシアネート、ポリオール、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）数に対する有機ポリイソシアネートのイソシアネート基数は０．９５〜１．１５の範囲が望ましく、好ましくは、０．９９〜１．１０であることがより望ましい。
【００３８】
また、ポリオール中の、高分子量成分と低分子量成分の比は、これらから製造される研磨パッドに要求される特性により決められる。  
【００３９】
該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。
【００４０】
該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、事前に有機ポリ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一般的である。なお、有機ポリ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本発明で使用するポリウレタンを重合することも可能である。
【００４１】
また、該ポリウレタン樹脂に対して、必要に応じて、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、その他の添加剤を加えても差し支えない。
【００４２】
発泡ポリウレタン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、化学的発泡法等により発泡体とする方法などが挙げられるが、これらには限定されない。各方法を併用してもよいが、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ーン系界面活性剤を使用した機械的発泡法がより好ましい。かかる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。
【００４３】
研磨層を構成する独立気泡タイプの発泡ポリウレタンを製造する方法の例について以下に説明する。かかる発泡ポリウレタンの製造方法は、典型的には以下の（１）〜（４）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ーン系界面活性剤を添加し、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。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）キャスト工程
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する。
（４）硬化工程
注型されたポリマーを加熱硬化させる。
【００４４】
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。
【００４５】
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が微細気泡を得られ、好ましい。
【００４６】
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。
【００４７】
発泡ポリウレタンをブロックにする方法は、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、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、この際には、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、常圧で行うことが、気泡形状が安定するために好ましい。
【００４８】
該ポリウレタン樹脂において、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。
【００４９】
硬質発泡ポリウレタンのブロックの気泡密度、アスカーＤ硬度、及びテーバー磨耗減量の調節は、当業者に知られた方法で行なえばよい。例えば、気泡密度は中空状微粒子を添加する場合、添加量により制御できる。機械的に気泡を成形させる場合、撹拌する時の撹拌翼の回転数、形状、および時間の制御や気泡成形の助剤として加える界面活性剤の添加量を変えることにより制御できる。アスカーＤ硬度は研磨層を形成するポリウレタン樹脂の原料の種類（イソシアネート、ポリオール、鎖延長剤、その他添加剤）やその配合割合を変えたり、気泡密度を変化させることによって調節する。テーバー磨耗減量についても上記と同様、原料の種類や配合割合、気泡密度を変化させるなどの方法によって調節する。
【００５０】
このようにして得られた内側領域、中間領域、外側領域に相当する部材は、適宜配置され、下地層等に貼り付け等されて、本発明の研磨パッドが得られる。貼り付け方法としては、例えば、上記部材を粘着テープに貼り付ける方法等が挙げられる。これに追加してクッション層等の下地層を設けてもよい。
【００５１】
本発明の研磨方法では、本発明の研磨パッドを使用してＣＭＰ法が行われる。つまり、研磨パッドの表面に対して研磨スラリーを供給しながら、被研磨体を所望の研磨圧で押し付けながら回転させて前記研磨パッドの移動方向に対して交差する方向に揺動させることによって、前記研磨パッドの表面と被研磨体の表面との間に供給された研磨スラリーの化学的および機械的な作用によって被研磨体の表面を研磨する。
【００５２】
例えば、上述したＣＭＰ用研磨パッドを研磨装置のプラテンに固定し、
被研磨体を研磨パッドの研磨面に対面するように研磨装置の支持台に固定し、
被研磨体を研磨パッドの研磨面に接触させ、
研磨スラリーを供給しながら研磨を行なえばよい。
【００５３】
但し、被研磨体を研磨パッドの研磨面に接触させる際には、研磨パッドの気泡密度が高い領域が被研磨体の中央部に当るように被研磨体又は研磨パッドの位置を調節する必要がある。つまり、ウェハの中央部付近を研磨する領域の研磨層の気泡数を被研磨体の周辺部を研磨する領域に比べて多くする。これによりウェハ中央部付近を研磨するためのスラリーの保持力が上がり、研磨能力が高まって、被研磨体の研磨後の面内均一を図ることができる。
【００５４】
図３は本発明の研磨方法において、被研磨体と２部構成研磨面との位置関係を示す模式図である。被研磨体４は研磨面１の上に所望の研磨圧で押し付けられている。被研磨体の中央部は気泡密度が高い内側領域２に当っており、被研磨体の周辺部は気泡密度が低い外側領域３に当っている。被研磨体４と研磨面１とは各々矢印に示す方向に回転させて研磨が行われる。そうすると、被研磨体４の中央部が内側領域３と接触する時間は周辺部と比較して長くなる。そのために、被研磨体中央部の研磨レートは被研磨体周辺部よりも高くなる。
【００５５】
図４は本発明の研磨方法において、被研磨体と３部構成研磨面との位置関係を示す模式図である。被研磨体１５は研磨面１１の上に所望の研磨圧で押し付けられている。被研磨体の中央部は気泡密度が高い中間領域１３に当っており、被研磨体の周辺部は気泡密度が低い内側領域１２及び外側領域１４に当っている。被研磨体１５と研磨面１１とは各々矢印に示す方向に回転させて研磨が行われる。そうすると、被研磨体１５の中央部が中間領域１３と接触する時間は周辺部と比較して長くなる。そのために、被研磨体中央部の研磨レートは被研磨体周辺部よりも高くなる。
【００５６】
半導体デバイスは、上述の研磨方法を用いて半導体ウェハの表面を研磨する工程を経て製造される。半導体ウェハとは、一般にシリコンウェハ上に配線金属及び酸化膜を積層したものである。これにより半導体ウェハ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。
【００５７】
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、実施例などにおける評価項目は下記のようにして測定した。
【実施例】
【００５８】
（気泡密度）
得られた研磨パッド用研磨シートをミクロトームで断面を切り出し、その断面の２００倍の顕微鏡画像を画像処理装置イメージアナライザーＶ１０（東洋紡績社製）にて気泡を分離し、単位面積あたりの気泡数を測定することにより、気泡密度を算出した。
【００５９】
（アスカーＤ硬度）
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。
【００６０】
（テーバー磨耗減量）
得られた研磨シートを、テーバー磨耗試験機（テーバー社製モデル１７４）を用い、荷重１０００ｇ、磨耗輪Ｈ−２２、１０００回転の条件で磨耗試験を行い、試験前後の重量を測定することにより磨耗性を評価した。磨耗原料の差は以下の式により算出した。
【００６１】
【数１】
2010268012.tif 000004
【００６２】
（面内均一性）
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ェハに熱酸化膜を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、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１５０ｍｌ／分にて添加した。研磨荷重としては３５０ｇ／ｃｍ2、研磨定盤回転数３５ｒｐｍ、ウェハ回転数３０ｒｐｍとした。さらに、揺動速度１ｍｍ／秒、揺動距離２０ｍｍとした。
【００６３】
面内均一性は、ウェハの任意２５点の膜厚測定値より下記式により算出した。なお、面内均一性の値が小さいほどウェハ表面の均一性が高いことを表す。
【００６４】
【数２】
2010268012.tif 000005
【００６５】
（調製例１）
ブロックＡの作製
テフロン（登録商標）コーティングした反応容器内に、フィルタリングしたプレポリマーＬ３２５（ユニロイヤル社製、ＮＣＯ％＝９．１５）２５ｋｇとフィルタリングしたシリコン系界面活性剤ＳＨ１９２（東レ・ダウコーニングシリコーン社製）０．７５ｋｇとを混合し、反応温度を８０℃に調整した。テフロン(登録商標)コーティング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６分間撹拌を行った（１次撹拌）。そこへ予め１２０℃で溶融させ、フィルタリングした４，４’一メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）（イハラケミカル杜製  イハラキュアミンＭＴ：以下ＭＢＯＣＡと略す）を６．５ｋｇ添加した。約１分間撹拌（２次撹拌）を続けた後、テフロン（登録商標）コーテイングしたパン型のオーブンモールド（寸法９００×９００ｍｍ）へ反応溶液を流し込んだ。この反応溶液に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その後室温まで徐冷し微細気泡ポリウレタン発泡体ブロックを作製した。
【００６６】
（調製例２）
ブロックＢの作製
界面活性剤ＳＨ１９２の添加量を２．００ｋｇとし、１次撹拌の時間を４分間とした以外はブロックＡと同様の方法でブロックを作製した。
【００６７】
（調製例３）
ブロックＣの作製
界面活性剤ＳＨ１９２の添加量を０．７５ｋｇとし、１次撹拌の時間を４分間とした以外はブロックＡと同様の方法でブロックを作製した。
【００６８】
（調製例４）
ブロックＤの作製
プレポリマーとしてコロネート６９１２（日本ポリウレタン社製、ＮＣＯ％＝７．７％）２５ｋｇを用い、界面活性剤ＳＨ１９２の添加量を０．７５ｋｇ、ＭＢＯＣＡを５．５ｋｇとし、１次撹拌時間を３０秒とした以外はブロックＡと同様の方法でブロックを作製した。
【００６９】
（調製例５）
ブロックＥの作製
ブロックＡの作製方法において１次撹拌時間を８分間とした以外はブロックＡと同様の方法でブロックを作製した。
【００７０】
（調製例６）
ブロックＦの作製
プレポリマーとしてコロネート４０９９（日本ポリウレタン社製、ＮＣＯ％＝８．０％）２５ｋｇを用い、ＭＢＯＣＡを５．７ｋｇとし、１次撹拌時間を３分間とした以外はブロックＡと同様の方法でブロックを作製した。
【００７１】
（実施例１）
ブロックＡをアミテック社製スライサーにて１．５ｍｍの厚さにスライスし、直径４２０ｍｍの円形に切り出し、内側領域の部材とした。この部材の比重は０．８０、Ｄ硬度は５０、気泡密度は３５０個／ｍｍ２であった。次にブロックＢを１．５ｍｍの厚さにスライスし、内径４２０ｍｍ、外径６００ｍｍのドーナツ形に切り出し、外側領域の部材とした。この部材の比重は０．８７、Ｄ硬度は５１、気泡密度は２４０個／ｍｍ２であった。外側領域部材の内側に内側領域部材を配置し、研磨層の裏側に研磨装置の定盤に貼り付けるための両面テープを貼り付け、研磨パッドを作製した。得られた研磨パッドを用いて研磨試験を行い、被研磨面について面内均一性を評価した。結果を表１に示す。
【００７２】
（実施例２）
ブロックＣから得られたシート（比重０．８７、Ｄ硬度５４、気泡密度２５０個／ｍｍ２）を内側領域部材とし、ブロックＤから得られたシート（比重１．０５、Ｄ硬度５２、気泡密度５０個／ｍｍ２）を外側領域部材として実施例１と同様の方法にて研磨パッドを作製し、研磨試験を行った。試験の結果を表１に示す。
【００７３】
（実施例３）
ブロックＥから得られたシート（比重０．７３、Ｄ硬度４６、気泡密度５４０個／ｍｍ２）を内側領域部材とし、ブロックＦから得られたシート（比重０．９３、Ｄ硬度４６、気泡密度２００個／ｍｍ２）を外側領域部材として実施例１と同様の方法にて研磨パッドを作製し、研磨試験を行った。試験の結果を表１に示す。
【００７４】
（比較例１）
ブロックＣを１．５ｍｍの厚さにスライスし、直径６００ｍｍの円形に切り出し、研磨層（比重０．８７、Ｄ硬度５４、気泡密度２５０個／ｍｍ２）とし、研磨パッドを作製した。得られた研磨パッドを用いて研磨試験を行い、被研磨面について面内均一性を評価した。結果を表１に示す。
【００７５】
（比較例２）
ブロックＢから得られたシート（比重０．８７、Ｄ硬度５１、気泡密度２４０個／ｍｍ２）を内側領域部材とし、ブロックＡから得られたシート（比重０．８０、Ｄ硬度５０、気泡密度３５０個／ｍｍ２）を外側領域部材として実施例１と同様の方法にて研磨パッドを作製し、研磨試験を行った。試験の結果を表１に示す。
【００７６】
【表２】
2010268012.tif 000006
【００７７】
（実施例４）
ブロックＢをアミテック社製スライサーにて１．５ｍｍの厚さにスライスし、直径２２０ｍｍの円形に切り出し、内側領域の部材とした。この部材の比重は０．８７、Ｄ硬度は５１、気泡密度は２４０個／ｍｍ２であった。ブロックＡを１．５ｍｍの厚さにスライスし、内径２２０ｍｍ、外径４２０ｍｍのドーナツ形に切り出し、中間領域の部材とした。この部材の比重は０．８０、Ｄ硬度は５０、気泡密度は３５０個／ｍｍ２であった。更に、ブロックＢを１．５ｍｍの厚さにスライスしたシートを、内径４２０ｍｍ、外径６００ｍｍのドーナツ形に切り出し、外側領域の部材とした。
【００７８】
外側領域部材の内側に中間領域部材、その内側に内側領域部材を配置し、研磨層の裏側に研磨装置の定盤に貼り付けるための両面テープを貼り付けて、研磨パッドを作製した。得られた研磨パッドを用いて研磨試験を行い、被研磨面について面内均一性を評価した。結果を表２に示す。
【００７９】
（比較例３）
ブロックＦから得られたシート（比重０．９３、Ｄ硬度４６、気泡密度２００個／ｍｍ２）を中間領域部材とし、ブロックＢから得られたシート（比重０．８７、Ｄ硬度５１、気泡密度２４０個／ｍｍ２）を内側領域部材及び外側領域部材として実施例４と同様の方法にて研磨パッドを作製し、研磨試験を行った。試験の結果を表２に示す。
【００８０】
【表３】
2010268012.tif 000007
【符号の説明】
【００８１】
１、１１…研磨面、
２、１２…内側領域、
１３…中間領域、
３、１４…外側領域、
４、１５…被研磨体。
【図１】
2010268012.tif 000008
【図２】
2010268012.tif 000009
【図３】
2010268012.tif 000010
【図４】
2010268012.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月2日(2010.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨面が円形の内側領域と内側領域を取り囲むドーナツ形の外側領域とを有し、気泡密度は内側領域の方が外側領域よりも大きい、硬質発泡ポリウレタンでなるＣＭＰ用研磨パッドの製造方法であって、
（ｉ）内側領域用ポリウレタン発泡体ブロックを作製し、該ブロックをスライスして内側領域用シートを作製し、該シートを円形に切り出して内側領域用部材を作製する工程、
（ii）外側領域用ポリウレタン発泡体ブロックを作製し、該ブロックをスライスして外側領域用シートを作製し、該シートをドーナツ形に切り出して外側領域用部材を作製する工程、および
（iii）該内側領域用部材および外側領域用部材から研磨パッドを作製する工程
を含むことを特徴とするＣＭＰ用研磨パッドの製造方法。
【請求項２】
前記内側領域の気泡密度が２００〜６００個／ｍｍ２であり、前記外側領域の気泡密度が０〜４００個／ｍｍ２である請求項１記載のＣＭＰ用研磨パッドの製造方法。
【請求項３】
前記内側領域と前記外側領域とのテーバー磨耗減量の差が５０％以下である請求項１又は２記載のＣＭＰ用研磨パッドの製造方法。
【請求項４】
研磨面が円形の内側領域と内側領域を取り囲むドーナツ形の中間領域と中間領域を取り囲むドーナツ形の外側領域とを有し、気泡密度は中間領域の方が内側領域及び外側領域よりも大きい、硬質発泡ポリウレタンでなるＣＭＰ用研磨パッドの製造方法であって、
（ｉ）内側領域用ポリウレタン発泡体ブロックを作製し、該ブロックをスライスして内側領域用シートを作製し、該シートを円形に切り出して内側領域用部材を作製する工程、
（ii）中間領域用ポリウレタン発泡体ブロックを作製し、該ブロックをスライスして中間領域用シートを作製し、該シートをドーナツ形に切り出して中間領域用部材を作製する工程、
（iii）外側領域用ポリウレタン発泡体ブロックを作製し、該ブロックをスライスして外側領域用シートを作製し、該シートをドーナツ形に切り出して外側領域用部材を作製する工程、および
（iv）該内側領域用部材、中間領域用部材および外側領域用部材から研磨パッドを作製する工程
を含むことを特徴とするＣＭＰ用研磨パッドの製造方法。
【請求項５】
前記中間領域の気泡密度が２００〜６００個／ｍｍ２であり、前記内側領域及び外側領域の気泡密度が０〜４００個／ｍｍ２である請求項４記載のＣＭＰ用研磨パッドの製造方法。
【請求項６】
前記中間領域と前記内側領域及び外側領域とのテーバー磨耗減量の差が５０％以下である請求項４又は５記載のＣＭＰ用研磨パッドの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか記載の製造方法により製造されたＣＭＰ用研磨パッドを研磨装置のプラテンに固定する工程；
被研磨体を研磨パッドの研磨面に対面するように研磨装置の支持台に固定する工程；
研磨パッドの研磨面において、気泡密度が高い領域が被研磨体の中央部に当るように、被研磨体を研磨パッドの研磨面に接触させる工程；
研磨スラリーを供給しながら研磨を行う工程；
を包含する研磨方法。
【請求項８】
被研磨体が半導体ウェハである請求項７記載の研磨方法。