(57)【要約】【課題】高い平坦化能力を備えつつ高い研磨レートで平坦化処理できるようにした研磨パッド、研磨パッドの製造方法、及び研磨方法を提供する。【解決手段】実施形態の研磨パッドは、研磨対象物の研磨処理に寄与する領域が、無発泡の樹脂からなる無発泡セグメントと独立気孔を含む樹脂からなる発泡セグメントとを備えた研磨層を具備し、研磨層は、無発泡セグメント及び発泡セグメントが互いに同一の樹脂原料により構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象物の研磨処理に寄与する領域が、無発泡の樹脂からなる無発泡セグメントと独立気孔を含む樹脂からなる発泡セグメントとを備えた研磨層を具備し、
前記研磨層は、前記無発泡セグメント及び前記発泡セグメントが互いに同一の樹脂原料により構成されると共に、前記無発泡セグメントが平面的に格子状に配置されていると共に前記発泡セグメントは前記無発泡セグメント間に埋設され、研磨層の平面的な少なくとも一部において前記研磨層の表面側から裏面側まで連続して形成され、
前記研磨層は、その表面にスラリーを展開または保持するための保持パターンを備え、  前記保持パターンは、
前記無発泡セグメントと前記発泡セグメントとの配置パターンと異なるパターン、
前記無発泡セグメントと前記発泡セグメントとの配置パターンと同一又は類似で且つピッチが異なるパターン、または、
前記無発泡セグメントと前記発泡セグメントとの配置パターンと同一又は類似で且つ傾斜角度が異なるパターン、の何れかのパターンとされていることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
研磨対象物の研磨処理に寄与する領域が、無発泡の樹脂からなる無発泡セグメントと独立気孔を含む樹脂からなる発泡セグメントとを備えた研磨層を具備し、
前記研磨層は、前記無発泡セグメント及び前記発泡セグメントが互いに同一の樹脂原料により構成されていることを特徴とする研磨パッド。
【請求項３】
請求項２記載の研磨パッドにおいて、
前記無発泡セグメントが、前記研磨層の平面的な少なくとも一部において前記研磨層の表面側から裏面側まで連続して形成されていることを特徴とする研磨パッド。 
【請求項４】
請求項２記載の研磨パッドを用いて研磨対象物の表面を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項５】
独立気孔を含む発泡ペレットと前記独立気孔を含まない無発泡ペレットをそれぞれ同一の樹脂原料を用いて形成する工程と、
前記発泡ペレットと前記無発泡ペレットを混合し加熱成型し、発泡セグメントと無発泡セグメントを備えた一体の複合成型体を形成する工程と、を備えたことを特徴とする研磨パッドの製造方法。
【請求項６】
独立気孔を含む発泡樹脂原料と前記独立気孔を含まない無発泡樹脂原料をそれぞれ同一樹脂原料を用いて形成する工程と、
前記発泡樹脂原料と前記無発泡樹脂原料のいずれか一方を使用し溝を有する単独成型体を形成する工程と、
前記単独成型体を構成する原料とは異なる他方の原料を当該単独成型体上に導入して一体の複合成型体を形成する工程と、を備えたことを特徴とする研磨パッドの製造方法。
【請求項７】
請求項３記載の研磨パッドにおいて、
前記研磨層は、その表面にスラリーを展開または保持するための保持パターンを備え、  前記保持パターンは、
前記無発泡セグメントと前記発泡セグメントとの配置パターンと異なるパターン、
前記無発泡セグメントと前記発泡セグメントとの配置パターンと同一又は類似で且つピッチが異なるパターン、または、
前記無発泡セグメントと前記発泡セグメントとの配置パターンと同一又は類似で且つ傾斜角度が異なるパターン、の何れかのパターンとされていることを特徴とする研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、研磨対象物を高精度で平坦化する化学的機械的研磨（ＣＭＰ）技術に関するもので、研磨パッド、研磨方法、および研磨パッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造技術分野において、化学的機械的研磨（ＣＭＰ:Chemical Mechanical Polishing）法は、層間絶縁膜の研磨処理、素子分離領域の形成、プラグの形成、埋込み金属配線を形成する際に欠かせない技術となっている。
【０００３】
一般に、ロータリー式のＣＭＰ装置はスラリーを研磨パッド上に供給しながら研磨対象物を研磨パッドに接触させ、研磨ヘッド及びテーブルを同時に回転しながら研磨対象物を研磨する。研磨パッドは研磨処理を行うときに研磨対象物と接触する。このため、研磨パッドの硬度、及び、スラリーの保持力が、最終的な平坦性能、すなわち欠陥発生の有無、研磨レート、均一性に大きな影響を与える。
【０００４】
研磨パッドの研磨層には各種樹脂が用いられる。研磨層の硬度が高いと平坦化能力は高いが、ウェハのうねり又は下地のグローバル段差への追従性が低く、膜残りや残膜厚不均一となる。逆に、研磨層の硬度が低いと変形性が高くなり、ウェハのうねり又は下地のグローバル段差への追従性は良好となるものの、平坦化能力が低下し、最外周において研磨パッドが変形することで過研磨されてしまうおそれがある。
【０００５】
研磨層の内部に２層構造を含む研磨パッドが提案されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、特許文献１記載の技術によれば、研磨パッドが軟質樹脂とこの軟質樹脂が可溶な溶媒に対する可溶性を有し軟質樹脂より硬質な物性の樹脂とを含んだ樹脂シートにより構成されている。そして、凝集樹脂は多数の微細孔が連通するように形成され且つ微細孔の平均径より大きい平均径を有する形状で均等に分散形成されている。しかし、例えば半導体ウェハの外縁部では研磨パッドが変形しやすい。特許文献１記載の凝集樹脂は２００μｍ未満のサイズとなっているため、半導体ウェハの外縁部における研磨パッドの変形を抑制しきれない。
【０００６】
近年、メモリ製造プロセスは微細化技術が極端に要求されており、ウェハの平面方向の微細化限界が近付いている。このため、ウェハ表面の垂直方向に素子を積層した３Ｄメモリの開発が行われている。この３Ｄメモリ製造プロセスは、素子を積層した後に垂直方向に数μｍレベルの大きな段差を生じる。このため、高い平坦化能力、高い研磨レートで段差を処理することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１０１３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高い平坦化能力を備えつつ高い研磨レートで平坦化処理できるようにした研磨パッド、研磨方法、及び、研磨パッドの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の研磨パッドは、研磨対象物の研磨処理に寄与する領域が、無発泡の樹脂からなる無発泡セグメントと独立気孔を含む樹脂からなる発泡セグメントとを備えた研磨層を具備し、研磨層は、無発泡セグメント及び発泡セグメントが互いに同一の樹脂原料により構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態において、（Ａ）は研磨装置の外観構成の一例、（Ｂ）は研磨に寄与する領域の一例、を示す図である。
【図２】第１実施形態において、研磨パッドの研磨層の断面の一例である。
【図３】第１実施形態において、研磨パッドの構造断面の他の例である。
【図４】第１実施形態において、研磨パッドの製造工程の一例を概略的に示す図である。
【図５】第１実施形態において、研磨対象物の研磨前の構造断面の一例を示す模式図である。
【図６】第１実施形態において、研磨対象物の研磨処理後の構造断面の一例を示す模式図である。
【図７】第１実施形態において、研磨対象物の研磨中の構造断面の一例を示す模式図である（その１）。
【図８】第１実施形態において、研磨対象物の研磨中の構造断面の一例を示す模式図である（その２）。
【図９】第１実施形態において、半導体ウェハのうねりに形成された絶縁膜上のなだらかな凹部を研磨処理する際の構造断面の一例を示す模式図である（その１）。
【図１０】第１実施形態において、半導体ウェハのうねりに形成された絶縁膜上のなだらかな凹部を研磨処理する際の構造断面の一例を示す模式図である（その２）。
【図１１】第１実施形態において、無発泡樹脂からなる研磨パッドを用いて研磨対象物を研磨するとき、研磨パッドと半導体ウェハの最外周部との接触状態の一例を示す模式図である。
【図１２】第１実施形態において、発泡樹脂からなる研磨パッドを用いて研磨対象物を研磨するとき、研磨パッドと半導体ウェハの最外周部との接触状態の一例を示す模式図である。
【図１３】第１実施形態において、発泡セグメントと無発泡セグメントを備えた研磨パッドを用いて研磨対象物を研磨するとき、研磨パッドと半導体ウェハの最外周部との接触状態の一例を示す模式図である。
【図１４】第２実施形態において示す図２相当図である。
【図１５】第２実施形態において、研磨パッドの構造断面の他の例である（その１）。
【図１６】第２実施形態において、研磨パッドの構造断面の他の例である（その２）。
【図１７】（Ａ）〜（Ｆ）は第２実施形態における研磨パッドの製造工程の一例である。
【図１８】第２実施形態において示す図１３相当図
【図１９】第３実施形態において、発泡セグメントと無発泡セグメントの平面的な配置例を示す模式図である（その１）。
【図２０】第３実施形態において、発泡セグメントと無発泡セグメントの平面的な配置例を示す模式図である（その２）。
【図２１】第３実施形態において、発泡セグメントと無発泡セグメントの平面的な配置例を示す模式図である（その３）。
【図２２】第３実施形態において、発泡セグメントと無発泡セグメントの平面的な配置例を示す模式図である（その４）。
【図２３】第３実施形態において、発泡セグメントと無発泡セグメントの平面的な配置例を示す模式図である（その５）。
【図２４】第３実施形態において、発泡セグメントと無発泡セグメントの平面的な配置例を示す模式図である（その６）。
【図２５】第４実施形態において、研磨パッドの研磨層の溝の平面的な配置例を示す模式図である（その１）。
【図２６】第４実施形態において、研磨パッドの研磨層の溝の平面的な配置例を示す模式図である（その２）。
【図２７】第４実施形態において、研磨パッドの研磨層の溝の平面的な配置例を示す模式図である（その３）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、幾つかの実施形態を説明する。各実施形態間における構成要素が同一又は類似部分については同一又は類似符号を付して説明を必要に応じて省略し、各実施形態の特徴部分を中心に説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１（Ａ）は研磨装置の外観構成を模式的に示す。研磨装置１は、回転テーブル２、回転軸３、研磨パッド４、及び、研磨ヘッド５、などを備える。回転テーブル２は、回転軸３に下から支承されている。回転軸３が外部の駆動装置（図示せず）により回転駆動されることで回転テーブル２は所定速度で回転する。
【００１３】
研磨ヘッド５は、研磨対象物である半導体ウェハ６を最下部に保持するように構成されている。半導体ウェハ６は、その研磨対象面を研磨パッド４に対向するように設置されると共に研磨ヘッド５に保持される。
【００１４】
この研磨ヘッド５は、半導体ウェハ６を回転テーブル２に押圧可能なエアバッグ機構７と、半導体ウェハ６が研磨中に外周側に脱落することを防ぐためのリテーナリング８と、研磨ヘッド５の回転軸９と、を備える。研磨ヘッド５は、回転テーブル２の回転軸３の中心から偏心配置され、昇降、水平移動可能になっており、さらに回転軸９を中心に回転できるように設けられる。
【００１５】
回転テーブル２の上方にはスラリー１０を吐出するノズル１１が配置されている。このノズル１１の配設位置は図１（Ａ）中では回転軸３の直上方とし回転テーブル２の中央としているが、回転テーブル２の中央でなくても良い。このスラリー１０は、例えば二酸化セリウムを砥粒としたものである。
【００１６】
研磨処理時には、ノズル１１から研磨パッド４上にスラリー１０を供給し、研磨ヘッド５を降下させることによって半導体ウェハ６を研磨パッド４に接触させる。そして、回転テーブル２および研磨ヘッド５について回転軸３、９をそれぞれ中心軸として同一方向に回転させる。このとき、エアバッグ機構７が半導体ウェハ６を加圧することで半導体ウェハ６を研磨する。図１（Ｂ）は、半導体ウェハ６が研磨プロセス時に通過する領域Ｒ１を示しており、この領域Ｒ１は中心位置Ｃを中心とした円環領域となっている。この領域Ｒ１が、研磨パッド４のうち半導体ウェハ６の研磨処理に寄与する領域となる。
【００１７】
また、研磨装置１には、研磨パッド４の目立てを行うドレッシング機構１２が設けられている。このドレッシング機構１２にはその先端にドレッサー１３が構成されている。このドレッサー１３は多数のダイヤモンド砥粒が付着されることによって構成されている。ドレッシング機構１２は、半導体ウェハ６の研磨中または研磨前後にドレッサー１３を回転させ、ドレッサー１３を揺動させながら研磨パッド４の目立てを行う。ドレッシング機構１２が設けられていると、半導体ウェハ６の通過領域Ｒ１の表面を万遍なく目立てできる。
【００１８】
半導体ウェハ６を研磨する際の回転テーブル２及び研磨ヘッド５の回転数条件、圧力条件の一例としては、回転テーブル２の回転数を１００回転／分、研磨ヘッド５の回転数を１０３回転／分、半導体ウェハ６に加える圧力を４００ｈＰａとする。
【００１９】
図２は研磨パッドの模式断面の一例を示す。図２に示す研磨パッド４は研磨層２２の１層のみで構成されている。この研磨層２２は、それぞれ独立した微小気孔２３を備えた発泡セグメント２４と、微小気孔２３を有していない無発泡セグメント２５とを備える。図２には一部のみを示しているが、発泡セグメント２４と無発泡セグメント２５とはそれぞれランダムに配置されている。
【００２０】
発泡セグメント２４中に存在する微小気孔２３は、直径３００μｍ以下であることが望ましい。微小気孔２３の体積が大きくなると、研磨層２２の硬度が低下し平坦化能力が低下する。他方、表面に開口した微小気孔２３の表面積が大きいほど、スラリー１０の保持力が向上し研磨レートが向上する。研磨層２２は、その体積に対する表面積の割合を大きくするため、微小気孔２３の直径を３００μｍ以下に小さくすると良い。
【００２１】
図３は研磨パッドの他の例の模式断面を示す。図３に示す研磨パッド２６は、図２に示す研磨層２２と当該研磨層２２の下層に密着したクッション層２７とを備える。クッション層２７は軟質のポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、又は不織布等を使用できる。
【００２２】
本実施形態では図２に示す研磨パッド４を用いて説明する。研磨層２２の発泡セグメント２４と無発泡セグメント２５は原材料が互いに同一樹脂により構成されていることが必要である。この樹脂は例えばポリウレタン樹脂またはエポキシ樹脂による。
【００２３】
これは、発泡セグメント２４と無発泡セグメント２５の原材料が異なると、研磨パッド４の目立ての際に発泡セグメント２４と無発泡セグメント２５の切削レートに差を生じてしまうためである。この場合、発泡セグメント２４と無発泡セグメント２５の界面に段差を生じてしまい、この段差の凹形状となる領域が研磨処理に寄与しなくなってしまうためである。このため本実施形態では同一の原材料を用いて構成する。
【００２４】
研磨層２２は、例えば図４に示す製造工程を用いて製造できる。まず、例えばポリウレタン樹脂を原料樹脂２８として用意する。微小気孔を備えるマイクロバルーン２９を原料樹脂２８に混合し、発泡ペレット３０を例えば直方体状に構成する（図４のＡ）。なお、発泡ペレット３０を形成する際には、マイクロバルーン２９を混合する代わりに気体を原料に混合して作成しても良い。
【００２５】
マイクロバルーン２９を混合しない無発泡ペレット３１を例えば直方体状に形成する（図４のＢ）。発泡ペレット３０と無発泡ペレット３１とをランダムに有底の金型３２内に挿入する（図４のＣ）。金型３２内の発泡ペレット３０と無発泡ペレット３１とを加熱成型する（図４のＤ）。すると研磨層２２を形成できる。研磨層２２は発泡セグメント２４と無発泡セグメント２５とがランダムに配置された状態で構成できる。このとき、発泡セグメント２４に含まれる微小気孔の平均径を例えば５０μｍとする。
【００２６】
また、後述の第４実施形態で一例を説明するが、研磨パッド４の研磨層２２の表面には、スラリー１０を研磨パッド４の表面に展開または保持させることを目的とした溝８０（保持パターン相当：例えば格子溝等）や貫通孔などを全体に設けている。
【００２７】
図５は半導体ウェハ６の研磨面の断面の一例を模式的に示す。この図５に示すように、半導体基板４０上に３Ｄメモリ素子４１が形成されており、その３Ｄメモリ素子４１上に絶縁膜４２が形成されている。３Ｄメモリ素子４１は多数のメモリ素子層が積層されて構成される。これらの３Ｄメモリ素子４１は概ね上に凸となる台形状に形成され、３Ｄメモリ素子４１の隣り合う一群間に絶縁膜４２が埋込まれることになる。この絶縁膜４２が一定の膜厚で埋込まれると、原理的に３Ｄメモリ素子４１の高さ分の段差Ｈを生じることになる。
【００２８】
絶縁膜４２を埋込んだ後には当該絶縁膜４２上に配線を形成することになるが、この配線を形成するときには、リソグラフィ及びエッチング処理を施すため、この段差Ｈの存在によりデフォーカス問題等が引き起こされる。したがって、研磨処理することで図６に示すように絶縁膜４２の上面を平坦化処理し段差Ｈをほぼ０とする。
【００２９】
本実施形態では、３Ｄメモリ素子４１を形成したときには、数μｍ（例えば２μｍ）の下地段差が存在することになることもあるが、この上に絶縁膜４２を数μｍ（例えば３μｍ）だけ積層した半導体ウェハ６を研磨し平坦化処理する。
【００３０】
発泡セグメント２４と無発泡セグメント２５の径の大きさは、前述の発泡ペレット３０と無発泡ペレット３１の大きさを変えることで調整できる。また、発泡セグメント２４と無発泡セグメント２５の割合を調整することで所望の研磨特性が得られる。例えば、より平坦性を高めたい場合には、無発泡セグメント２５の体積割合を大きくすれば良い。
【００３１】
図７、図８に示すように、３Ｄメモリ素子４１に起因した局所凸部４３を研磨する場合について説明する。図７、図８は研磨処理する際の向きを考慮して示したもので、絶縁膜４２の局所凸部４３は下向きに設置される。図７は局所凸部４３が発泡セグメント２４に表面研磨されている最中の図面を示し、図８は局所凸部４３が無発泡セグメント２５に表面研磨されている最中の図面を示す。
【００３２】
研磨パッド４の研磨層２２は、発泡セグメント２４と無発泡セグメント２５とをランダムに混在する。このため、図７、図８に示すように、局所凸部４３が発泡セグメント２４上と無発泡セグメント２５上とを交互に通過しながら研磨処理が行われることになり、実際の研磨処理はこれらの図７、図８に示す状態が繰り返されることになる。
【００３３】
図７に示すように、局所凸部４３が発泡セグメント２４上を通過すると、発泡セグメント２４の硬度が低いため、局所凸部４３は発泡セグメント２４の上面の一部に埋没しやすくなる。したがって発泡セグメント２４は局所凸部４３の表面形状に追従することになり、局所凸部４３にかかる圧力とそれ以外の箇所にかかる圧力の差が小さくなる。逆に、図８に示すように、局所凸部４３が無発泡セグメント２５上を通過すると、無発泡セグメント２５の硬度が高いため、局所凸部４３は無発泡セグメント２５の表面形状に追従し難い。局所凸部４３の研磨後の表面平坦性は、研磨途中の最も平坦化能力が高い状態で到達可能な平坦性能により定まるため、研磨層２２を有する研磨パッド４を使用した場合には、無発泡セグメント２５のみで構成された研磨パッドと同等の高い平坦性能を実現できる。
【００３４】
図９、図１０は、半導体ウェハ６のうねり４５に形成された絶縁膜４６上のなだらかな凹部４７およびその周辺を研磨パッド４の研磨層２２によって研磨する場合を示している。このような、うねり４５などの下地段差上では残膜厚を均一にすることが求められる。図９はこのうねり４５に対応した絶縁膜４６の凹部４７の周辺部分が発泡セグメント２４に表面研磨されている最中の図面を示し、図１０はうねり４５に対応した絶縁膜４６の凹部４７の周辺部分が無発泡セグメント２５に研磨されている最中の図面を示す。実際の研磨処理は、これらの図９、図１０に示す研磨状態が繰り返されることになる。図９、図１０は研磨処理する際の向きを考慮して示したもので、絶縁膜４２の局所凸部４３は下向きに設置される。
【００３５】
図１０に示すように、うねり４５が無発泡セグメント２５上を通過し、絶縁膜４６の凹部４７の周辺部分が研磨されるときには、無発泡セグメント２５は凹部４７に追従し難い。このため、凹部４７にかかる圧力がそれ以外の箇所にかかる圧力より小さくなり研磨速度が遅くなる。逆に図９に示すように、発泡セグメント２４はなだらかな凹部４７に追従しやすい。すると、凹部４７にかかる圧力が高くなり、当該凹部４７にかかる圧力とその他の箇所にかかる圧力との差を小さくできる。本実施形態の研磨層２２を有する研磨パッド４を使用すると、無発泡樹脂のみで構成された研磨パッドを使用した場合に比較して、うねり４５等の下地段差があったとしても、残膜厚の均一性を高くできる。
【００３６】
このようなことが想定される場合、研磨層２２の発泡セグメント２４の短径は１［ｍｍ］以上にすることが望ましい。特定条件下では、半導体基板４０のうねり４５の長さは１［ｍｍ］以上に及ぶこともある。このため発泡セグメント２４の短径が短いと、半導体基板４０のうねり４５に十分追従できない虞がある。このような場合には、研磨層２２の発泡セグメント２４の短径は１［ｍｍ］以上にすることが望ましい。
【００３７】
図１１は、無発泡樹脂製の研磨パッド１０５と、この研磨パッド１０５上の半導体ウェハの最外周部の比較対象例として示す。また、図１２は、発泡樹脂製の研磨パッド１０４と、この研磨パッド１０４上の半導体ウェハを当該ウェハの最外周部において比較対象例として示す。図１３は半導体ウェハの最外周部に当接した研磨パッド４の変形状態を示している。
【００３８】
半導体ウェハ５０はその外縁が面取りされており半導体ウェハ５０の中央側の上面にパターン５１が形成されている。半導体ウェハ５０の外縁にはパターン５１のエッジカット境界部５２が存在する。
【００３９】
研磨中の研磨レートは、研磨パッド４の表面のスラリー１０の保持量に依存する。スラリー１０の保持量は研磨パッド４の表面積に依存する。発泡樹脂で構成された研磨パッド１０４は、表面に開口した気孔により表面積が増加するため、無発泡樹脂で構成された研磨パッド１０５に比較してスラリー１０の保持量が多くなり研磨レートが高くなる。研磨パッド４は、発泡セグメント２４がスラリー１０の保持量を多くしているため研磨パッド１０５に比較して研磨レートを高くできる。
【００４０】
以下、第１実施形態のまとめを説明する。局所凸部４３を研磨パッド４により研磨処理するときには、局所凸部４３は、発泡セグメント２４の表面では追従しやすく無発泡セグメント２５の表面では追従し難い。研磨層２２を有する研磨パッド４により局所凸部４３を研磨した後の表面平坦性は、研磨途中の最も平坦化能力が高い状態で到達可能な表面平坦性能により定まる。このため、無発泡セグメント２５で構成された研磨パッドと同等の高い平坦性能を実現できる。
【００４１】
半導体基板４０のうねり４５など広い領域に渡る下地段差が存在するときには、発泡セグメント２４の通過時に研磨パッド４が変形することで追従できる。すなわち、研磨パッド４を使用すると、無発泡樹脂の研磨パッドを使用した場合に比較して膜残りや残膜均一性を改善できる。発泡セグメント２４は、スラリー１０を保持できるため無発泡樹脂単体の研磨パッドに比較して研磨レートを高めることができる。
【００４２】
また、研磨層２２が無発泡セグメント２５を備えることで完全発泡体に比べて半導体ウェハ６の荷重に対する研磨パッド４の変形量を抑制できる。これにより、半導体ウェハ６の最外周において研磨パッド４の変形による過研磨を抑制できる。
【００４３】
これにより、発泡セグメント２４と無発泡セグメント２５が存在する研磨パッド４を使用して研磨処理することで、高い平坦性と高い残膜均一性を両立させつつ、高い研磨レートで研磨することが出来る。しかも生産性を高めることができる。
【００４４】
研磨層２２の硬度は、樹脂原料自体の硬度、及び、独立した微小気孔２３の体積率により決定されるため、これらの条件を選定して決定すると良い。また、単一の研磨パッドを用いて所望の特性が満たせない場合には、複数種類の研磨パッドを使い分けて複数回研磨処理を行うこともあるが工程数が増加するという問題点がある。本実施形態では一種類の研磨パッド４で研磨処理を完遂できるようになる。
【００４５】
例えば、図５に示す３Ｄメモリ素子４１上の絶縁膜４２を平坦化処理するときには、無発泡セグメント２４はその短径を１［ｍｍ］から１０［ｃｍ］の範囲にすることが望ましい。ここで短径とは無発泡セグメント２５を平面的に観察したときの一番短い径を意味する。
【００４６】
無発泡セグメント２５は、スラリー１０の保持力が弱いため、隣接する発泡セグメント２４よりスラリー１０が供給される。しかし、直方体状の無発泡セグメント２５の短径が比較的長いと、無発泡セグメント２５の中央部でスラリー１０の保持量が不足し、研磨レートが落ちてしまう。他方、３Ｄメモリ素子４１はその平面的な構造長さが１［ｍｍ］以上に至ることもある。図５に示す表面段差Ｈを十分に平坦化するため、直方体状の無発泡セグメント２５の短径を１［ｍｍ］〜１０［ｃｍ］の範囲にすることが望ましい。
【００４７】
（第２実施形態）
図１４〜図１８は第２実施形態を示すもので前述実施形態と異なるところは、無発泡セグメントが表面側から裏面側まで連続して形成すると共に平面的に交互に配置されているところにある。
【００４８】
図１４に示す研磨パッド６０は研磨層６１を備える。この研磨層６１は独立の微小気孔６２を有する発泡セグメント６３と、微小気孔６２が存在しない無発泡セグメント６４とを備える。発泡セグメント６３は、前述の発泡セグメント２４に相当する構成であり、無発泡セグメント６４は前述の無発泡セグメント２５に相当する構成となっている。
【００４９】
発泡セグメント６３は、発泡セグメント２４と同様に微小気孔６２が独立して多数内在しているものの、発泡セグメント２４と異なるところは研磨層６１の表面から裏面まで連続し且つ疎らに配置されているところである。発泡セグメント６３に含まれる微小気孔６２の平均径は例えば５０μｍとする。
【００５０】
図１５は研磨パッドの他の例を示す。この研磨パッド６５は図１４の研磨層６１とこの研磨層６１の下層に設置されたクッション層６６とを備える。クッション層６６は、前述実施形態のクッション層２７に相当する構成となっている。
【００５１】
図１６は研磨パッドのさらに他の例の模式断面を示す。この研磨パッド６７は、図１４に示す研磨層６１を備えると共に、この研磨層６１の発泡セグメント６３及び無発泡セグメント６４の裏面（下面）に無発泡セグメント６４が一体に連続して構成されている。すなわち、研磨パッド６７は、その表面側では発泡セグメント６３と無発泡セグメント６４とが互い違いに露出し、その裏面側では無発泡セグメント６４が露出するように構成されている。すなわち、図１６に示すように発泡セグメント６３は表面から裏面まで不連続に形成されていても良い。
【００５２】
研磨層６１は例えば図１７に示す製造工程を用いて製造できる。図１７（Ａ）に示すように、樹脂原料（例えばポリウレタン樹脂またはエポキシ樹脂）にマイクロバルーンを混合することにより、微小気孔６２を含んだ発泡樹脂原料６８を有底箱６９内に導入する。図１７（Ｂ）に示すように、微小な溝７０ａが予め施された部材７０を発泡樹脂原料６８の上から押圧導入し加熱成型する。すると、図１７（Ｃ）に示すように、溝７１ａを備えた単独成型体７１を形成できる。
【００５３】
図１７（Ｄ）に示すように、単独成型体７１上に微小気孔６２を含まない無発泡樹脂原料７２を導入する。すると無発泡樹脂原料７２が溝７１ａ内に導入される。そして溝が形成されていない有底箱７３を用いて加熱成型する。これにより、図１７（Ｅ）に示すように複合成型体７４を形成できる。
【００５４】
図１７（Ｆ）に示すように、複合成型体７４の表面及び裏面を研磨ないし切削することで、表面及び裏面共に発泡セグメント６３と無発泡セグメント６４とが互い違いに露出するまで除去する。これにより前述の研磨層６１を構成できる。
【００５５】
なお、前述工程では発泡樹脂原料６８に溝を形成して無発泡樹脂原料７２を導入したが当該工程は逆にしても良い。すなわち、無発泡樹脂原料７２を使用して溝を備えた単独成型体を形成した後、発泡樹脂原料６８を溝内に導入し加熱成型することで複合成型体を形成しても良い。
【００５６】
また、前述工程では、単独成型体７１の溝７１ａは、有底箱６９および溝７０ａが予め形成された部材７０を用いて金型成型したが代わりに切削工程により形成しても良い。また、発泡樹脂原料６８はマイクロバルーンを混合する代わりに気体、発泡剤を原料に混合して作成しても良い。また、後述の第４実施形態で説明するが、研磨パッド６０の研磨層６１の表面にはスラリー１０を研磨パッド６０の表面の全体に展開または保持させることを目的とした溝８０（例えば格子溝等）などを表面全体に設けても良い。
【００５７】
図１８は研磨パッド６０の最外周部における研磨層６１の変形状態を示している。研磨パッド６０は、半導体ウェハ５０が研磨層６１に押し付けられても、無発泡セグメント６４が表面から裏面まで連続しているため、この影響で研磨層６１が変形しにくい。すなわち、無発泡セグメント６４が支えとなり半導体ウェハ５０の研磨層６１への沈み込みを抑制でき、研磨層６１の変形を抑制できる。このため、図１３に示す研磨パッド４の研磨層２２に比較しても、さらにパターン５１のエッジカット境界部５２における過研磨を抑制できる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態によれば、研磨層６１は発泡セグメント６３と無発泡セグメント６４とを備えており、かつ無発泡セグメント６４が少なくとも平面的な一部において研磨層６１の表面から裏面まで連続して配置されている。この研磨層６１を表面側に設けた研磨パッド６０を使用して研磨処理を行うことで、研磨処理時の研磨層６１の変形を抑制でき、パターン５１のエッジカット境界部５２における過研磨を抑制できる。
【００５９】
（第３実施形態）
図１９〜図２４は第３実施形態を示す。本実施形態では第２実施形態のように、研磨層６１がその表面から裏面まで発泡セグメント６３と無発泡セグメント６４とが連続して形成される場合において、各セグメント６３及び６４の平面的な配置例を例示する。
【００６０】
図１に示すように、研磨ヘッド５は回転軸９を中心に回転しながら、回転テーブル２の回転軸３を中心として回転する。このため、この研磨プロセス中に半導体ウェハ６が通過する領域Ｒ１は、図１９〜図２４に示すように、中心位置Ｃから所定の第１半径Ｄ１までと第２半径Ｄ２（＞第１半径Ｄ１）までの間の円環状の領域となる。
【００６１】
図１９に示す例では、無発泡セグメント６４は格子状に配設されており、発泡セグメント６３は無発泡セグメント６４の間に埋設されている。逆に言えば、発泡セグメント６３は、正方形のドット状に配設されており、無発泡セグメント６４は発泡セグメント６３の間に埋設されている。
【００６２】
また、図２０に示す例では、無発泡セグメント６４は中心位置Ｃから互いに異なる距離だけ離間した同心円環状に配設されており、発泡セグメント６３は無発泡セグメント６４の間に埋設されている。図２１に示す例では、無発泡セグメント６４は中心位置から最外周部まで放射状に配設され、発泡セグメント６３は無発泡セグメント６４の間に埋設されている。
【００６３】
また、図２２に示す例では、無発泡セグメント６４は正方形ドット状に互いに離間して配設され、発泡セグメント６３は無発泡セグメント６４の間に埋設されている。逆に言えば、発泡セグメント６３は格子状に配設されており、無発泡セグメント６４は発泡セグメント６３の間に埋設されている。
【００６４】
また、図２３に示す例では、無発泡セグメント６４は円形ドット状に互いに離間して配設され、発泡セグメント６３は無発泡セグメント６４の間に埋設されている。また、図２４に示す例では、無発泡セグメント６４は中心位置Ｃから所定角度の扇型に全て埋設されており、発泡セグメント６３はこの無発泡セグメント６４の間に埋設されている。各セグメント６３、６４は図１９〜図２４に示した配置例以外にも別の配置例としても良い。
【００６５】
これらの配置例の中で、半導体ウェハ６の何れの領域も研磨プロセス中に発泡セグメント６３と無発泡セグメント６４との通過割合を極力等しくするような配置とすることが望ましい。これは、半導体ウェハ６が発泡セグメント６３上を通過する途中の状態と無発泡セグメント６４上を通過する途中の状態とでは研磨レート及び平坦化能力に差を生じるためである。
【００６６】
この観点から考慮した場合、図１９〜図２４に示す配置例の中では、図１９の格子状配置、図２２の正方形ドット状配置、又は、図２３の円形ドット状配置を適用すると良い。すると、半導体ウェハ６はどの部分でも通過割合をほぼ均一に保つことができ、より理想の研磨処理を実現できる。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態によれば、無発泡セグメント２５及び発泡セグメント２４の配置パターンを前述のように配置することで、半導体ウェハ６の面内における研磨レート及び平坦化能力をほぼ一様にできるようになり、半導体ウェハ６の面内均一性を向上できる。
【００６８】
特に半導体ウェハ６の何れの領域も研磨プロセス中に発泡セグメント６３と無発泡セグメント６４の通過割合を極力等しくするような配置とすれば、研磨レート及び平坦化能力をほぼ一様にでき、半導体ウェハ６の面内均一性を向上できる。
【００６９】
（第４実施形態）
図２５〜図２７は第４実施形態を示す。本実施形態では、研磨パッドの研磨層の表面に形成された溝の平面配置例を示す。
【００７０】
前述実施形態に説明したように、研磨パッド４、６０は、その研磨層２２、６１の表全体に渡って溝８０を備える。以下、研磨パッド６０の研磨層６１を例に挙げて説明する。溝８０は、研磨パッド６０の表面にスラリー１０を展開または保持するための形成溝となっている。このため、溝８０は発泡セグメント６３上、無発泡セグメント６４上に渡り一様、均一に形成されていることが望ましい。
【００７１】
溝８０の形成領域は、半導体ウェハ６の表面に接触しない。このため、溝８０が発泡セグメント６３および無発泡セグメント６４の何れか一方に偏って形成されていると、その偏って形成されたセグメント６３又は６４の研磨処理の影響が他方のセグメント６４又は６３の研磨処理の影響に比較して少なくなる。すると、研磨処理に寄与するセグメント６３および６４の割合がその一方に偏ってしまい、所望の研磨特性を得にくくなる。したがって、溝８０は発泡セグメント６３、及び無発泡セグメント６４に互いに同面積となるように均一に形成されることが望ましい。
【００７２】
図２５〜図２７は溝８０のパターン配置例を模式的に示す。前述の観点から考慮すると、図２５に示すように、発泡セグメント６３と無発泡セグメント６４の配置パターン（例えば格子状配置、正方形ドット配置）と、溝８０の表面パターン（例えば同心円状）とを互いに異なるように形成すると良い。
【００７３】
また、図２６に示すように、溝８０のパターンを無発泡セグメント６４（又は発泡セグメント６３）の配置パターン（例えば格子状配置、正方形ドット配置）と同一又は類似パターンとしたとき、無発泡セグメント６４の配置ピッチをＰ１とすると共に溝８０の配置ピッチをＰ２とした場合、配置ピッチＰ１とＰ２とは互いに異なるピッチとなるように溝８０のパターンを形成しても良い。
【００７４】
また、図２７に示すように、溝８０のパターンを無発泡セグメント６４（又は発泡セグメント６３）の配置パターン（例えば格子状配置、正方形ドット配置）と同一又は類似パターンとしたとき、無発泡セグメント６４の格子パターンの角度と溝８０の格子パターンの角度とを互いに異なる（例えばθ＝４５度傾斜する）ように溝８０のパターンを形成しても良い。
【００７５】
図２５〜図２７に示すように、溝８０のパターンが設けられていると、当該溝８０のパターンが発泡セグメント６３上と無発泡セグメント６４上とにばらついて形成されることになり、各セグメント６３、６４の領域における溝８０の面積比をほぼ１：１にでき、溝８０を全面に均一に設けることができる。この溝は切削加工等により形成すると良い。また溝８０に代えて貫通孔を設けても良いし、溝８０と共に貫通孔を設けても良い。
【００７６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７７】
図面中、１は研磨装置、４、２６、６０は研磨パッド、６は半導体ウェハ（研磨対象物）、２２、６１は研磨層、２３、６２は微小気孔（独立気孔）、２４、６３は発泡セグメント、２５、６４は無発泡セグメント、８０は溝（保持パターン）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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