(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が半導体ウェハに圧接される研磨層を有し、前記研磨層が発泡構造である、前記半導体ウェハの研磨のための研磨パッドであって、
前記表面における、気泡径が０．１ｍｍより大きい気泡の面積率が、４％以上１０％以下であって、前記面積率が、表面の面積に対する前記気泡（ポア）の面積の割合であり、
気泡径が１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である気泡の数が、前記表面の５０ｍｍ×５０ｍｍの面積当たり、２５個以上５０個以下であり、気泡径が２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下である気泡の数が、前記面積当たり、５個以下である
ことを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
前記研磨層の一層からなり、３０リットル／分の流量の空気を、一枚の当該研磨パッドに通気させた時の背圧が２０ｍｍＨ2Ｏ以上３０ｍｍＨ2Ｏ以下である請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記研磨層の密度が、０．４ｇ／ｃｍ3以上０．６ｇ／ｃｍ3である請求項１または２に記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記研磨層の表面粗さＲａが、５μｍ以上１０μｍ以下である請求項１ないし３のいずれか一項に記載の研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェハなどの半導体ウェハの研磨に好適な発泡構造を有する研磨パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハなどの平坦化処理には、化学機械研磨（ＣＭＰ）技術が用いられており、従来からＣＭＰ技術を用いた種々のＣＭＰ装置が提案されている。図３は、従来のＣＭＰ装置の概略構成図である。定盤１の表面に取付けられた研磨パッド２には、研磨用のスラリー３がスラリー供給装置４から供給される。被研磨物としての例えば、半導体ウェハ５は、研磨ヘッド６に、バッキングフィルム７を介して保持される。研磨ヘッド６に荷重が加えられることによって、半導体ウェハ５は、研磨パッド２に押し付けられる。
【０００３】
研磨パッド２上に供給されるスラリー３は、研磨パッド２上を広がって半導体ウェハ５に到達する。定盤１と研磨ヘッド６とは、矢符Ａで示すように同方向に回転して相対的に移動し、研磨パッド２と半導体ウェハ５との間にスラリー３が侵入して研磨が行われる。なお、８は研磨パッド２の表面を目立てするためのドレッサーである。
【０００４】
かかる研磨パッド２として、耐摩耗性等に優れた発泡ポリウレタンを使用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２３６２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発泡構造を有する研磨パッドでは、気泡（ポア）の分布やサイズ等気泡の特性が、被研磨物の平坦度、研磨レート、あるいは、被研磨物の外周の縁が過度に研磨される端面だれ（ロールオフ）などの研磨性能に大きく影響する。
【０００６】
特に、気泡の特性のばらつきによって、研磨レートの安定性が損なわれる。このため、研磨レートの安定性を維持して生産性を損なうことなく、近年、益々厳しくなっている被研磨物の平坦度および端面だれを改善した研磨パッドが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本件発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意研究した結果、発泡構造を有する研磨パッドにおいて、気泡の面積率を一定の範囲とすることによって、研磨レートを安定させながら、被研磨物の平坦度および端面だれを改善できることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明の研磨パッドは、表面が半導体ウェハに圧接される研磨層を有し、前記研磨層が発泡構造である、前記半導体ウェハの研磨のための研磨パッドであって、前記表面における、気泡径が０．１ｍｍより大きい気泡の面積率が、４％以上１０％以下であって、前記面積率が、表面の面積に対する前記気泡（ポア）の面積の割合であり、気泡径が１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である気泡の数が、前記表面の５０ｍｍ×５０ｍｍの面積当たり、２５個以上５０個以下であり、気泡径が２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下である気泡の数が、前記面積当たり、５個以下である。
【０００９】
面積率とは、表面の面積に対する気泡（ポア）の面積の割合、すなわち、表面の全面積に占める気泡の面積の割合をいう。
【００１０】
気泡の面積率が、４％未満では、スラリーを十分に保持することができず、研磨レートが低下し、逆に１０％を越えると、気泡間の樹脂面積が小さくなり荷重方向に対する剛性が低下することで研磨パッドが弾性変形しやすくなり、その結果平坦度が悪化することになって好ましくない。
【００１２】
気泡径が１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である気泡の数が、２５個未満であると、研磨レートが低下し、目詰まりが生じ易くなって好ましくなく、逆に５０個を越えると、被研磨物の端面だれが大きくなって好ましくない。
【００１３】
また、気泡径が２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下である気泡の数が、５個を越えると、被研磨物の端面だれが大きくなって好ましくない。
【００１４】
一つの実施形態では、前記研磨層の一層からなり、３０リットル／分の流量の空気を、一枚の当該研磨パッドに通気させた時の背圧が２０ｍｍＨ２Ｏ以上３０ｍｍＨ２Ｏ以下である。
【００１５】
他の実施形態では、前記研磨層の密度が、０．４ｇ／ｃｍ３以上０．６ｇ／ｃｍ３である。
【００１６】
更に他の実施形態では、前記研磨層の表面粗さＲａが、５μｍ以上１０μｍ以下である。
【００１７】
この表面粗さＲａは、表面の開口している気泡以外の領域の表面粗さである。
【００１８】
本発明の研磨パッドによると、発泡構造の研磨層の表面における、気泡径が０．１ｍｍより大きい気泡の面積率を一定の範囲にしているので、研磨レートの安定性を損なうことなく、被研磨物の平坦度を改善することができ、更に、気泡径が１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である気泡、および、気泡径が２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下である気泡の数を一定範囲としているので、研磨レートの安定性を損なうことなく、端面だれ改善することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、発泡構造の研磨層の表面における、気泡径が０．１ｍｍより大きい気泡の面積率を一定の範囲とし、更に、気泡径が１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である気泡、および、気泡径が２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下である気泡の数を一定範囲にしているので、研磨レートの安定性を損なうことなく、被研磨物の平坦度および端面だれを改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面によって本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
この実施形態の研磨パッドは、発泡ポリウレタンからなり、イソシアネート基含有化合物であるイソシアネート末端プレポリマーと、活性水素含有化合物である芳香族アミンとを、発泡剤（水）と共に混合攪拌し、所定の型に注型し、反応硬化させて発泡ポリウレタンの成型体を得る。
【００２２】
更に、発泡ポリウレタンの成型体を、所定の厚さのシート状に裁断し、それを打ち抜いて研磨パッドを得るものである。
【００２３】
イソシアネート末端プレポリマーは、ポリイソシアネートとポリオールとを、通常用いられる条件で反応させて得られるものである。このイソシアネート末端プレポリマーは、市販されているものを用いてもよいし、ポリオールとポリイソシアネートとから合成して用いてもよい。
【００２４】
ポリイソシアネートとしては、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレ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、ナフタレン−１，５−ジイソシアネート等が挙げられる。
【００２５】
ポリオールとしては、ポリ（オキシテトラメチレン）グリコールやポリ（オキシプロピレン）グリコール等のポリエーテル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール、ポリエステル系ポリオール等が挙げられる。
【００２６】
研磨用としては、加水分解を起こさないエーテル系のポリオールが好ましく、エーテル系のポリオールとして、ＰＰＧ（ポリプロピレングリコール）、ＰＴＭＧ（ポリテトラメチレンエーテルグリコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）等の−Ｏ−結合を有するものが好ましく、その中でも一般的には、物性（引張り特性）の良好なＰＴＭＧ系が好ましい。特に、分子量ＭＷ＝５００〜５０００のＰＴＭＧが好ましい。
【００２７】
活性水素含有化合物である芳香族アミンとしては、例えば、ジアミン系化合物として、３，３´−ジクロロ−４，４´−ジアミノジフェニルメタン（ＭＯＣＡ ）、クロロアニリン変性ジクロロジアミノジフェニルメタン、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−トルエンジアミン等が挙げられる。
【００２８】
この実施形態の研磨パッドは、表面における、気泡径が０．１ｍｍより大きい気泡の面積率が、４％以上１０％以下である。また、気泡径が１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である気泡の数が、表面の５０ｍｍ×５０ｍｍの面積当たり、２５個以上５０個以下であり、気泡径が２．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下である気泡の数が、前記面積当たり、５個以下である。
【００２９】
更に、３０リットル／分の流量の空気を、一枚の当該研磨パッドに通気させた時の背圧が２０ｍｍＨ２Ｏ以上３０ｍｍＨ２Ｏ以下であるのが好ましい。
【００３０】
また、密度が、０．４ｇ／ｃｍ３以上０．６ｇ／ｃｍ３であるのが好ましく、研磨層の表面粗さＲａが、５μｍ以上１０μｍ以下であるのが好ましい。
【００３１】
以下、本発明を、実施例に基づいて、更に詳細に説明する。
【実施例】
【００３２】
上記製法によって、実施例１，２、比較例１，２の４種類の発泡ポリウレタンからなる厚みが１ｍｍ〜１．３ｍｍの研磨パッドを製造し、研磨面となる表面における気泡（ポア）の面積率、表面粗さＲａ、気泡径１．５ｍｍ〜２．０ｍｍの気泡の単位面積（５０ｍｍ×５０ｍｍ）当たりの個数、気泡径２．５ｍｍ〜３．５ｍｍの気泡の前記単位面積当たりの個数、通気性ＡＰＲを計測した。その結果を、下記表１に示す。
【００３３】
【表１】
0005583331.tif 000002
研磨パッドの表面における気泡径および気泡の数は、研磨パッドの表面を撮像した画像を、画像解析ソフトウェアであるＷｉｎＲｏｏｆ Ｖｅｒ５．６．２（三谷商事製）を用いて、図１に示すように、円形近似した気泡の部分１０とパッドの部分１１とに２値化して計測し、気泡径の分布および面積率を算出した。
【００３４】
計測範囲は、４×４ｍｍの３箇所について行い、２値化の決定法は、Ｐタイル法によって、２値化する割合を８８％とした。
【００３５】
また、計測する気泡は、気泡径０．１ｍｍより大きいものとした。
【００３６】
通気性（通気抵抗値ＡＰＲ）の計測は、図２に示すように、３０リットル／分の流量のエアーを研磨パッド１２に通気させた時の背圧を測定することにより、行った。
【００３７】
各実施例１，２及び各比較例１，２は、いずれも気泡の面積率が、４％〜１０％の範囲にあり、表面粗さＲａについては、実施例１，比較例２が、５μｍ〜１０μｍの好ましい範囲にあり、気泡径１．５ｍｍ〜２．０ｍｍの気泡の単位面積（５０ｍｍ×５０ｍｍ）当たりの個数については、実施例１，２が、２５個〜５０個の好ましい範囲にあり、気泡径２．５ｍｍ〜３．５ｍｍの気泡の前記単位面積当たりの個数については、実施例１，２及び比較例２が、５個以下の好ましい範囲にあり、通気性ＡＰＲについては、実施例１，２及び比較例１が、２０ｍｍＨ2Ｏ〜３０ｍｍＨ2Ｏの好ましい範囲にある。
【００３８】
すなわち、気泡の面積率、表面粗さＲａ、気泡径１．５ｍｍ〜２．０ｍｍの気泡の個数、気泡径２．５ｍｍ〜３．５ｍｍの気泡の個数、および、通気性ＡＰＲの全ての項目が好ましい範囲のあるのは、実施例１のみであり、表面粗さＲａ以外の項目が好ましい範囲にあるのは、実施例２であり、気泡径１．５ｍｍ〜２．０ｍｍの気泡の個数および通気性ＡＰＲ以外の項目が好ましい範囲にあるのは、比較例２であり、表面粗さＲａ、気泡径１．５ｍｍ〜２．０ｍｍの気泡の個数および気泡径２．５ｍｍ〜３．５ｍｍの気泡の個数以外の項目が好ましい範囲にあるのは、比較例１である。
【００３９】
次に、表１の実施例１，２、比較例１，２の研磨パッドを用いて、シリコンウェハの研磨を行い、研磨レートの標準偏差（ＲＲσ）、平坦度（ＧＢＩＲ）の平均（ＧＢＩＲ＿ＡＶＧ）、平坦度（ＳＦＱＲ）の平均（ＳＦＱＲ＿ＡＶＧ）、端面だれ（ＲＯＬＬＯＦＦ）の平均（ＲＯＬＬＯＦＦ＿ＡＶＧ）を計測した。
【００４０】
なお、研磨条件は、次の通りであり、平坦度は、ＡＤＥ９５００（日本エーディーイー株式会社製）を用いて計測し、ＲＯＬＬＯＦＦ（ＲＯＡ）は、ＬＥＲ−３１０Ｍ（株式会社 コベルコ科研製）を用いて計測した。
【００４１】
研磨条件
スラリー：ＮＰ６２２０コロイダルスラリー（１:１９希釈）（ニッタ・ハース社製）
ウェハ：２００ｍｍエッチドウェハP(１００)
荷重：７５〜２５０g/cm2
回転数：３０ｒｐｍ
その計測結果およびその判定結果を下記表２に示す。
【００４２】
【表２】
0005583331.tif 000003
表２における研磨レートＲＲ（μｍ／ｍｉｎ）の標準偏差σ、平坦度の平均ＧＢＩＲ＿ＡＶＧ（μｍ）、平坦度の平均ＳＦＱＲ＿ＡＶＧ（μｍ）、端面だれの平均ＲＯＬＬＯＦＦ＿ＡＶＧ（μｍ）の各項目の判定基準を、下記表３に示す。
【００４３】
【表３】
0005583331.tif 000004
表３に示すように、研磨レートの標準偏差については、０．０３未満を◎、０．０３以上０．０５未満を○、０．０５以上０．０７未満を△、０．０７≦を×と判定した。
【００４４】
平坦度の平均ＧＢＩＲ＿ＡＶＧについては、１．２５未満を◎、１．２５以上１．３５未満を○、１．３５以上１．４５未満を△、１．４５以上を×と判定した。
【００４５】
平坦度の平均ＳＦＱＲ＿ＡＶＧについては、０．１２未満を◎、０．１２以上０．１５未満を○、０．１５以上０．１８未満を△、０．１８以上を×と判定した。
【００４６】
端面だれの平均ＲＯＬＬＯＦＦ＿ＡＶＧについては、０．４未満を◎、０．４以上０．４５未満を○、０．４５以上０．５未満を△、０．５以上を×と判定した。
更に、実施例及び比較例毎に、下記表４の総合判定基準に従って◎、○、△、×の４段階で総合判定を行った。その結果を、併せて表２に示す。
【００４７】
【表４】
0005583331.tif 000005
総合判定では、表２に示される研磨レートＲＲ（μｍ／ｍｉｎ）の標準偏差σ、平坦度の平均ＧＢＩＲ＿ＡＶＧ（μｍ）、平坦度の平均ＳＦＱＲ＿ＡＶＧ（μｍ）、端面だれの平均ＲＯＬＬＯＦＦ＿ＡＶＧ（μｍ）についての◎、○、△、×の４段階の判定結果に対して、◎は３点、○は２点、△は１点、×は０点を割り当て、その合計点が、０点〜１点は×、２点〜４点は△、５点〜７点は○、８点〜１１点は◎と総合判定した。
【００４８】
全ての項目が好ましい範囲にある実施例１は、表２に示すように、研磨レートＲＲ（μｍ／ｍｉｎ）の標準偏差σ、平坦度の平均ＧＢＩＲ＿ＡＶＧ（μｍ）、平坦度の平均ＳＦＱＲ＿ＡＶＧ（μｍ）、端面だれの平均ＲＯＬＬＯＦＦ＿ＡＶＧ（μｍ）のいずれも優れていた。
【００４９】
表面粗さＲａ以外の項目が好ましい範囲にある実施例２は、表２に示すように、研磨レートＲＲ（μｍ／ｍｉｎ）の標準偏差σ以外は、いずれも良好であり、総合判定も良好であった。
【００５０】
このように、気泡の面積率、気泡径１．５ｍｍ〜２．０ｍｍの気泡の個数、気泡径２．５ｍｍ〜３．５ｍｍの気泡の個数、および、通気性ＡＰＲの項目が好ましい範囲にある実施例１，２は、研磨レートも安定し、平坦度および端面だれを改善できることが分る。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、シリコンウェハ等の研磨に用いる研磨パッドとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】気泡の分布測定を示す研磨パッド表面の概略図である。
【図２】通気性測定方法を説明するための図である。
【図３】ＣＭＰ装置の概略構成図
【符号の説明】
【００５３】
２  研磨パッド
５  半導体ウェハ
【図１】
0005583331.tif 000006
【図２】
0005583331.tif 000007
【図３】
0005583331.tif 000008