(57)【要約】  研磨パッドは、少なくとも研磨層とクッション層を有する研磨パッドであって、前記研磨層は研磨面に側面と底面を有する溝を備え、前記側面の少なくとも一方は、前記研磨面と連続し、前記研磨面とのなす角度がαである第１の側面、および該第１の側面と連続し、前記研磨面と平行な面とのなす角度がβである第２の側面から構成され、前記研磨面とのなす角度αは９０度より大きく、前記研磨面と平行な面とのなす角度βは８５度以上であり、かつ、前記研磨面と平行な面とのなす角度βが前記研磨面とのなす角度αよりも小さいものであり、前記研磨面から前記第１の側面と前記第２の側面の屈曲点までの屈曲点深さが０．４ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下であり、前記クッション層の歪定数が７．３×１０−６μｍ/Ｐａ以上、４．４×１０−４μｍ/Ｐａ以下であることを特徴とする。
2013011922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも研磨層とクッション層を有する研磨パッドであって、
前記研磨層は研磨面に側面と底面を有する溝を備え、
前記側面の少なくとも一方は、前記研磨面と連続し、前記研磨面とのなす角度がαである第１の側面、および該第１の側面と連続し、前記研磨面と平行な面とのなす角度がβである第２の側面から構成され、
前記研磨面とのなす角度αは９０度より大きく、前記研磨面と平行な面とのなす角度βは８５度以上であり、かつ、前記研磨面と平行な面とのなす角度βが前記研磨面とのなす角度αよりも小さいものであり、
前記研磨面から前記第１の側面と前記第２の側面の屈曲点までの屈曲点深さが０．４ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下であり、
前記クッション層の歪定数が７．３×１０−６μｍ/Ｐａ以上、４．４×１０−４μｍ/Ｐａ以下であることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
前記研磨面とのなす角度αと前記研磨面と平行な面とのなす角度βの差が１０度以上、６５度以下であることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記研磨面とのなす角度αが１０５度以上、１５０度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記研磨面と平行な面とのなす角度βが８５度以上、９５度以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記研磨面の溝のパターンが格子状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか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、研磨パッドに関する。より詳しくは、本発明は、半導体、誘電／金属複合体および集積回路等において平坦面を形成するために好ましく使用される研磨パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスが高密度化するにつれ、多層配線と、これに伴う層間絶縁膜形成や、プラグ、ダマシンなどの電極形成等の技術が重要度を増している。これに伴い、これら層間絶縁膜や電極の金属膜の平坦化プロセスの重要度は増しており、この平坦化プロセスのための効率的な技術として、ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing）と呼ばれる研磨技術が普及している。【０００３】
一般にＣＭＰ装置は、被処理物である半導体ウェハーを保持する研磨ヘッド、被処理物の研磨処理を行うための研磨パッド、前記研磨パッドを保持する研磨定盤から構成されている。そして、半導体ウェハーの研磨処理はスラリーを用いて、半導体ウェハーと研磨パッドを相対運動させることにより、半導体ウェハー表面の層の突出した部分を除去し、ウェハー表面の層を平坦化するものである。パッド表面はダイヤモンドドレッサー等を用いたドレッシングにより更新され、目詰まり防止と目立てが行われる。【０００４】
ＣＭＰの研磨特性については、ウェハーの局所平坦性、グローバル平坦性の確保、スクラッチの防止、高い研磨レートの確保、等に代表されるような様々な要求特性がある。そのため、これらの達成のために、研磨特性に影響を与える因子のうち、大きなものの一つである研磨パッドの溝の構成（溝のパターンおよび溝の断面形状等）には様々な工夫がなされている。【０００５】
例えば、研磨層表面に施された溝のパターンが同心円状をなし、前記溝の断面形状を略矩形とすることにより、ウェハーの平坦性や研磨レートの向上を図る技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００６】
しかしながら、この技術では、溝の断面形状における角部や研磨前後や研磨中に行われるドレッシング等に起因して角部に形成されるバリ状物がスクラッチを発生させることがある。この問題を解消するため、研磨面と溝の境界部に傾斜面を設ける技術が開示されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１４４２１９号公報
【特許文献２】特開２００４−１８６３９２号公報
【特許文献３】特開２０１０−４５３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
溝の断面形状が略矩形である場合、上記のような問題以外にも、研磨レートが十分でないという問題や、特に研磨初期〜中期において研磨レートが変動しやすいという問題があった。【０００９】
ここで、本発明者らは、研磨面と溝の境界部に傾斜面を設けることで、スクラッチが低減するだけでなく、ウェハーと研磨パッドの間で吸引力やスラリー流れの改善が発現し、溝の断面形状が略矩形である場合と比べて研磨レートが高くなることを見出した。しかし、このような構造の溝は、ダイヤモンドドレッサーのドレッシングにより研磨層が削られると、溝幅が徐々に狭くなるため、溝体積が小さくなり、研磨後期において研磨レートが低下してしまうことも見出した。また、クッション層の特定の物性において研磨レートの変動が大きくなってしまうことも見出した。【００１０】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、研磨特性の中でも特に、高い研磨レートを保ちながら研磨レートの変動を抑制できる研磨パッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、研磨面と溝の境界部の角度が研磨レートの変動を及ぼしていると考えた。また、クッション層の影響を受けて研磨面の吸引力やスラリー流れにムラが発生し、研磨レートに変動を及ぼしていると考え、それを防ぐため、クッション層に剛直性を有するものを組みあわせることで解消できるのではないかと考えた。
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、少なくとも研磨層とクッション層を有する研磨パッドであって、前記研磨層は研磨面に側面と底面を有する溝を備え、前記側面の少なくとも一方は、前記研磨面と連続し、前記研磨面とのなす角度がαである第１の側面、および該第１の側面と連続し、前記研磨面と平行な面とのなす角度がβである第２の側面から構成され、前記研磨面とのなす角度αは９０度より大きく、前記研磨面と平行な面とのなす角度βは８５度以上であり、かつ、前記研磨面と平行な面とのなす角度βが前記研磨面とのなす角度αよりも小さいものであり、前記研磨面から前記第１の側面と前記第２の側面の屈曲点までの屈曲点深さが０．４ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下であり、前記クッション層の歪定数が７．３×１０−６μｍ/Ｐａ以上、４．４×１０−４μｍ/Ｐａ以下であることを特徴とする研磨パッドである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、高い研磨レートを保ちながら研磨レートの変動を抑制できる研磨パッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る研磨パッドの要部の構成を示す部分断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態に係る研磨パッドの要部の構成（第２例）を示す部分断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に係る研磨パッドの要部の構成（第３例）を示す部分断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に係る研磨パッドの要部の構成（第４例）を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
本発明者は、高い研磨レートを保ちながら研磨レートの変動を抑制できる研磨パッドについて、鋭意検討した。その結果、本発明者は、少なくとも研磨層とクッション層を有する研磨パッドであって、前記研磨層は研磨面に側面と底面を有する溝を備え、前記側面の少なくとも一方は、前記研磨面と連続し、前記研磨面とのなす角度がαである第１の側面、および該第１の側面と連続し、前記研磨面と平行な面とのなす角度がβである第２の側面から構成され、前記研磨面とのなす角度αは９０度より大きく、前記研磨面と平行な面とのなす角度βは８５度以上であり、かつ、前記研磨面と平行な面とのなす角度βが前記研磨面とのなす角度αよりも小さいものであり、前記研磨面から前記第１の側面と前記第２の側面の屈曲点までの屈曲点深さが０．４ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下であり、前記クッション層の歪定数が７．３×１０−６μｍ/Ｐａ以上、４．４×１０−４μｍ/Ｐａ以下であることを特徴とする研磨パッドを構成することにより、課題を一挙に解決することができることを究明した。
【００１５】
本発明において、研磨パッドは、少なくとも研磨層とクッション層を有することが重要である。クッション層が無い場合、研磨層の吸水等による歪みを緩衝できないため、被研磨材の研磨レートや面内均一性が不安定に変動する。また、クッション層を有していても、歪定数が大きすぎると被研磨材の研磨レートや面内均一性が不安定に変動することから、歪定数は、７．３×１０−６μｍ/Ｐａ以上、４．４×１０−４μｍ/Ｐａ以下の範囲である。クッション層の歪定数がこの範囲であることで、傾斜を有する溝による研磨レート向上効果を保ったまま、研磨レート変動を大幅に抑制することができる。被研磨材の研磨レート変動および局所平坦性の観点から上限としては３．０×１０−４μｍ/Ｐａ以下がより好ましく、１．５×１０−４μｍ/Ｐａ以下がさらに好ましい。また、下限としては１．０×１０−５μｍ/Ｐａ以上がより好ましく、１．２×１０−５μｍ/Ｐａ以上がさらに好ましい。研磨レート変動が大きい場合、被研磨材の研磨量が変動し、結果として被研磨材の残膜厚が変動し半導体デバイスの性能に悪影響を及ぼす。したがって研磨レート変動率は１５％以下が好ましく、１０％以下がより好ましい。
【００１６】
なお、本発明における歪定数は、先端の直径が５ｍｍの圧子を用いて、ダイヤルゲージで２７ｋＰａの圧力を６０秒間加えたときの厚みを（Ｔ１）μｍとし、続いて１７７ｋＰａでの圧力を６０秒間加えたときの厚みを（Ｔ２）μｍとして、以下の式に従って算出する値である。
歪定数（μｍ/Ｐａ）＝（Ｔ１−Ｔ２）／（１７７−２７）／１０００。
【００１７】
この様なクッション層としては、天然ゴム、ニトリルゴム、“ネオプレン（登録商標）”ゴム、ポリブタジエンゴム、熱硬化性ポリウレタンゴム、熱可塑性ポリウレタンゴム、シリコーンゴム、“ハイトレル（登録商標）”などの無発泡のエラストマー、“トーレペフ（登録商標、東レ（株）製ペフ）”などのポリオレフィン発砲体、ニッタ・ハース（株）製“ｓｕｂａ４００”などの不織布を挙げることができるが、これらに限定されるわけではない。
【００１８】
クッション層の歪定数は、その材質に応じた調整が可能である。例えば、クッション層が発泡体である場合は、発泡の程度を大きくすると柔らかくなる傾向にあるため、歪定数が大きくなる傾向にある。また、クッション層が無発泡である場合は、クッション層内の架橋の程度を調整することにより、硬さの調節が可能である。
【００１９】
クッション層の厚みは、０．１〜２ｍｍの範囲が好ましい。半導体基板全面の面内均一性の観点からは、０．２５ｍｍ以上が好ましく、０．３ｍｍ以上がより好ましい。また、局所平坦性の観点からは２ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましい。
【００２０】
本発明における研磨パッドの研磨層表面は溝を有している。研磨層表面から見た溝の形状としては、格子状、放射状、同心円状、螺旋状等が挙げられるが、これらに限られない。溝は、円周方向に延びる開放系のほうがより効率的にスラリーを更新できることから、格子状が最も好ましい。
【００２１】
本発明における溝は側面と底面を有し、前記側面の少なくとも一方は、研磨面から連続し、研磨面とのなす角度がαである第１の側面、および該第１の側面から連続し、研磨面と平行な面とのなす角度がβである第２の側面から構成される。第１の側面、第２の側面および底面は、それぞれ平面（溝の断面形状において直線状）であっても曲面（溝の断面形状において曲線状）であってもよい。
【００２２】
そして、本発明においては、角度αは９０度より大きく、角度βは８５度以上であり、かつ、角度βが角度αよりも小さい。このことにより、高い研磨レートを保ちながら研磨レートの変動を抑制できる。これは以下のように説明される。一般に、研磨レートの変動は研磨初期〜中期におけるものが大きいが、研磨面と溝の境界部に９０度より大きい傾斜面を設けることで研磨レートが高くなるだけでなく、そのような初期〜中期における研磨レートの変動も効果的に抑えることができる。
【００２３】
一方、そのような構造の溝は、ダイヤモンドドレッサーのドレッシングに伴って研磨層が削られると、溝幅が徐々に狭くなり、溝体積は小さくなる。溝体積の減少速度は一般的な矩形形状である場合に比べて速い。したがって、研磨が進めば進むほど、スラリーの排出能力が低下し、被研磨材上の欠陥が増え、研磨後期における研磨レートが遅くなっていくことが懸念される。このため、溝はある一定の深さ以降は溝体積の減少速度が小さくなるような構造であることが好ましい。角度αおよび角度βを上記のように調整することで、そのような目的を達成できる。角度αと角度βの差が１０度以上、６５度以下であることがより好ましく、２０度以上、６０度以下であることがさらに好ましい。
【００２４】
スラリーの保持性と流動性の観点から、角度αは、下限としては１０５度以上であることが好ましく、１１５度以上であることがより好ましい。また、角度αは、上限としては１５０度以下であることが好ましく、１４０度以下であることがより好ましい。溝を形成する向かい合う両側面が同じような形状であってもよいが、遠心力によりスラリーが流動することから、溝を形成する向かい合う側面のうち、少なくとも円周側にある側面に傾斜があるほうがより効果的である。
【００２５】
また、研磨レートの変動を特に安定させるためには、第２の側面と底面とで構成される形状が略矩形（Ｃ字型）であることが好ましい。そうすることで、研磨後期においても研磨レートが変動しないばかりか、逆により長期間研磨レートを安定化させることができるからである。従来技術のように溝が単純な略矩形である場合には高い研磨レートを保つことができないことを考慮すると、これは予想外の効果である。その理由は明らかではないが、研磨後期においては、溝幅がほぼ一定に保たれ、溝体積の減少速度が特に小さいことによる研磨の安定化効果がより大きくなるためであると考えられる。
【００２６】
ここでいう略矩形とは、完全な正方形または長方形であることに限らず、溝の側面が若干の傾斜を有していたり、溝の側面や底部の少なくとも一部が曲面であったりしてもよいことをいう。研磨面と平行な面と第２の側面のなす角度βは８５度以上、９５度以下であることが好ましく、溝加工の簡便さから、８８度以上、９２度以下がより好ましく、９０度が最も好ましい。
【００２７】
矩形部の溝底の幅は、スラリー排出能力の観点から０．１ｍｍ以上が好ましく、排出能力が高過ぎて研磨面のスラリーが不足しないように４．０ｍｍ以下が好ましい。より好ましくは、０．３ｍｍ以上、２ｍｍ以下、更に好ましくは、０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下である。また、溝加工の簡便さから、研磨面上の溝開口幅よりも小さいほうが好ましい。
【００２８】
被研磨材の研磨に伴って研磨層が削られ、研磨面が第１の側面と第２の側面の境界である屈曲点を通過するときに研磨レートの変動が見られることから、研磨パッドの寿命を容易に認知できる。研磨面から屈曲点までの深さは、研磨面側の傾斜している溝部分の効果を低減しない程度の深さ以上で、かつ矩形形状にする効果を維持できる程度の深さ以下が好ましく、研磨パッドの寿命が長いことが好ましいことから、具体的には溝全体の深さの５０％以上、９５％以下が好ましく、より好ましくは６６％以上、９０％以下である。
【００２９】
さらに、ダイヤモンドドレッサーのドレッシングに伴って研磨層が削られ、最浅部の溝側面が第１の側面から第２の側面に変わるとき、研磨レートの変動が見られるとともに、スラリー排出能力も変化する。研磨後期の研磨レート変動を安定させることが課題であることから、研磨面から第１の側面と第２の側面の屈曲点までの屈曲点深さが０．４ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下の範囲である。屈曲点深さが深い場合は、スラリー排出能力が不足する。屈曲点深さが浅い場合は、安定した研磨レートが得られる屈曲点までの距離が短いため、研磨パッドの寿命が短くなる。屈曲点深さの上限としては、２．５ｍｍ以下が好ましく、２．０ｍｍ以下がより好ましく、１．８ｍｍ以下がさらに好ましい。下限としては、０．５ｍｍ以上が好ましく、０．６５ｍｍ以上がより好ましく、１．０ｍｍ以上がさらに好ましい。
【００３０】
以上のような本発明における溝の具体的な形状について、図面により説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る研磨パッドの要部の構成を示す部分断面図である。同図に示す研磨パッド１は、研磨層１０と、研磨層１０の研磨面１１と反対側の面に積層されるクッション層３０とを有する。研磨層１０の研磨面１１には、溝１２が形成されている。溝１２は、研磨面１１と連続し、研磨面１１に対して角度αをなして傾斜する第１の側面１３、該第１の側面１３と連続し、第１の側面１３に対して屈曲点１４を介して屈曲する第２の側面１５、および溝最深部１６を有する。第２の側面の研磨面１１と平行な面に対する角度βは、第１の側面１３の研磨面１１に対する角度αよりも小さい。
【００３１】
なお、溝の第２の側面１５と最深部１６とで構成される形状は、図１に示す形状に限られるわけではない。例えば、図２に示す研磨パッド２の溝１７のように、最深部１８が研磨面１１と略平行な底面を有していてもよい。また、図３に示す研磨パッド３の溝１９のように、第２の側面１５と最深部２０との境界部分が曲面をなしていてもよい。また、図４に示す研磨パッド４の溝２１のように、第２の側面１５と最深部２２との断面形状がＵ字状（略矩形の一部）をなしていてもよい。
【００３２】
図１〜４に示されるように、本実施の形態に係る溝の断面形状を具体化すると、略Ｙ字型で表すことができる。なお、これらの形状は例示であり、本発明における略矩形の形状はこれらに限られない。
【００３３】
研磨パッドを構成する研磨層としては、独立気泡を有する構造のものが、半導体、誘電／金属複合体および集積回路等において平坦面を形成するので好ましい。また、研磨層の硬度は、アスカーＤ硬度計にて、４５〜６５度であることが好ましい。アスカーＤ硬度が４５度未満の場合には、被研磨材の平坦化特性（プラナリティ）が低下し、また、６５度より大きい場合は、平坦化特性（プラナリティ）は良好であるが、被研磨材の研磨レートのウェハー面内における均一性（ユニフォーミティ）の低下に伴って、ウェハー面内で平坦化特性（プラナリティ）の均一性（ユニフォーミティ）が低下する傾向にある。
【００３４】
特に限定されないが、かかる構造体を形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリウレア、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフルオロエチレン、エポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、“ネオプレン（登録商標）”ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムおよびこれらを主成分とした樹脂等が挙げられる。これらを２種以上用いてもよい。このような樹脂においても、独立気泡径が比較的容易にコントロールできる点でポリウレタンを主成分とする素材がより好ましい。
【００３５】
ポリウレタンとは、ポリイソシアネートの重付加反応または重合反応により合成される高分子である。ポリイソシアネートの対称として用いられる化合物は、含活性水素化合物、すなわち、二つ以上のポリヒドロキシ基、あるいはアミノ基含有化合物である。ポリイソシアネートとして、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタ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、イソホロンジイソシアネートなど挙げることができるがこれに限定されるものではない。これらを２種以上用いてもよい。
【００３６】
ポリヒドロキシ基含有化合物としてはポリオールが代表的であり、ポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、エポキシ樹脂変性ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール、シリコーンポリオール等が挙げられる。これらを２種以上用いてもよい。硬度、気泡径および発泡倍率によって、ポリイソシアネートとポリオール、および触媒、発泡剤、整泡剤の組み合わせや最適量を決めることが好ましい。
【００３７】
これらのポリウレタン中への独立気泡の形成方法としては、ポリウレタン製造時における樹脂中への各種発泡剤の配合による化学発泡法が一般的であるが、機械的な撹拌により樹脂を発泡させたのち硬化させる方法も好ましく使用することができる。また、ポリウレタン製造時に内部に空隙を有する中空粒子ポリマーを混錬することもできる。
【００３８】
独立気泡の平均気泡径は、スクラッチを低減する観点から３０μｍ以上が好ましい。一方、被研磨材の局所的凹凸の平坦性の観点から、平均気泡径は、１５０μｍ以下が好ましく、１４０μｍ以下がより好ましく、１３０μｍ以下がさらに好ましい。なお、平均気泡径は、サンプル断面をキーエンス製ＶＫ−８５００の超深度顕微鏡にて倍率４００倍で観察したときに一視野内に観察される気泡のうち、視野端部に欠損した円状に観察される気泡を除く円状気泡を画像処理装置にて断面面積から円相当径を測定し、数平均値を算出することにより求められる。
本発明における研磨パッドの一実施態様として好ましいものは、ビニル化合物の重合体およびポリウレタンを含有し、独立気泡を有するパッドである。ビニル化合物からの重合体だけでは靭性と硬度を高めることはできるが、独立気泡を有する均質な研磨パッドを得ることが困難である。また、ポリウレタンは、硬度を高くすると脆くなる。ポリウレタン中にビニル化合物を含浸させることにより、独立気泡を含み、靭性と硬度の高い研磨パッドとすることができる。
【００３９】
ビニル化合物は、重合性の炭素−炭素二重結合を有する化合物である。具体的にはメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ｎ−ラウリルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシブチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジプロピル、マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジプロピル、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド、イソプロピルマレイミド、アクリロニトリル、アクリルアミド、塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらを２種以上用いてもよい。
【００４０】
上述したビニル化合物の中で、ＣＨ２＝ＣＲ１ＣＯＯＲ２（Ｒ１：メチル基またはエチル基、Ｒ２：メチル基、エチル基、プロピル基またはブチル基）が好ましい。中でもメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレートは、ポリウレタンへの独立気泡の形成が容易な点、モノマーの含浸性が良好な点、重合硬化が容易な点、重合硬化されたビニル化合物の重合体とポリウレタンを含有している発泡構造体の硬度が高く平坦化特性が良好な点で好ましい。
【００４１】
これらのビニル化合物の重合体を得るために好ましく用いられる重合開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、イソプロピルパーオキシジカーボネート等のラジカル開始剤を挙げることができる。これらを２種以上用いてもよい。また、酸化還元系の重合開始剤、例えばパーオキサイドとアミン類の組合せを使用することもできる。
【００４２】
ビニル化合物のポリウレタン中への含浸方法としては、ビニル化合物が入った容器中にポリウレタンを浸漬する方法が挙げられる。なお、その際、含浸速度を速める目的で、加熱、加圧、減圧、撹拌、振盪、超音波振動等の処理を施すことも好ましい。
ビニル化合物のポリウレタン中への含浸量は、使用するビニル化合物およびポリウレタンの種類や、製造される研磨パッドの特性により定められるべきものであり、一概にはいえないが、例えば、重合硬化した発泡構造体中のビニル化合物から得られる重合体とポリウレタンの含有比率が重量比で３０／７０〜８０／２０であることが好ましい。ビニル化合物から得られる重合体の含有比率が重量比で３０／７０以上であれば、研磨パッドの硬度を十分高くすることができる。また、含有比率が８０／２０以下であれば、研磨層の弾力性を十分高くすることができる。
【００４３】
なお、ポリウレタン中の重合硬化したビニル化合物から得られる重合体およびポリウレタンの含有率は、熱分解ガスクロマトグラフィ／質量分析手法により測定することができる。本手法で使用できる装置としては、熱分解装置としてダブルショットパイロライザー“ＰＹ−２０１０Ｄ”（フロンティア・ラボ（株）製）を、ガスクロマトグラフ・質量分析装置として、“ＴＲＩＯ−１”（ＶＧ社製）を挙げることができる。
【００４４】
本発明において、半導体基板の局所的凹凸の平坦性の観点から、ビニル化合物から得られる重合体の相とポリウレタンの相とが分離されずに含有されていることが好ましい。定量的に表現すると、研磨パッドをスポットの大きさが５０μｍの顕微赤外分光装置で観察した赤外スペクトルがビニル化合物から重合される重合体の赤外吸収ピークとポリウレタンの赤外吸収ピークを有しており、色々な箇所の赤外スペクトルがほぼ同一であることが好ましい。ここで使用される顕微赤外分光装置として、ＳＰＥＣＴＲＡ−ＴＥＣ社製のＩＲμｓを挙げることができる。
【００４５】
研磨パッドは、特性改良を目的として、研磨剤、帯電防止剤、潤滑剤、安定剤、染料等の各種添加剤を含有してもよい。
【００４６】
本発明において、研磨層の密度は、局所的な平坦性不良やグローバル段差を低減する観点から、０．３ｇ／ｃｍ３以上が好ましく、０．６ｇ／ｃｍ３以上がより好ましく、０．６５ｇ／ｃｍ３以上がさらに好ましい。一方、スクラッチを低減する観点から、１．１ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、０．９ｇ／ｃｍ３以下がより好ましく、０．８５ｇ／ｃｍ３以下がさらに好ましい。なお、本発明における研磨層の密度は、ハーバード型ピクノメーター（ＪＩＳ  Ｒ−３５０３基準）を用い、水を媒体に測定した値である。
【００４７】
本発明において研磨される被研磨材としては、例えば半導体ウェハーの上に形成された絶縁層または金属配線の表面が挙げられる。絶縁層としては、金属配線の層間絶縁膜や金属配線の下層絶縁膜や素子分離に使用されるシャロートレンチアイソレーションを挙げることができる。金属配線としては、アルミニウム、タングステン、銅、およびそれらの合金等を挙げることができ、構造的にはダマシン、デュアルダマシン、プラグなどがある。銅を金属配線とした場合には、窒化珪素等のバリアメタルも研磨対象となる。絶縁膜は、現在酸化シリコンが主流であるが、低誘電率絶縁膜も用いられる。半導体ウェハー以外に磁気ヘッド、ハードディスク、サファイヤ、ＳｉＣ、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）等の研磨に用いることもできる。
【００４８】
本発明の研磨方法は、ガラス、半導体、誘電／金属複合体および集積回路等に平坦面を形成するために好適に使用される。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例によって、さらに本発明の詳細を説明する。しかし、本実施例により本発明が限定して解釈される訳ではない。なお、測定は以下のとおりに行った。【００５０】
＜気泡径測定＞
サンプル断面をキーエンス製ＶＫ−８５００の超深度顕微鏡にて倍率４００倍で観察したときに一視野内に観察される気泡のうち、視野端部に欠損した円状に観察される気泡を除く円状気泡を画像処理装置にて断面面積から円相当径を測定し、算出した数平均値を平均気泡径とした。【００５１】
＜硬度測定＞
ＪＩＳ  Ｋ６２５３−１９９７に準拠して行った。作製したポリウレタン樹脂を２ｃｍ×２ｃｍ（厚み：任意）の大きさに切り出したもの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（株）製、アスカーＤ型硬度計）を用い、硬度を測定した。【００５２】
＜マイクロゴムＡ硬度測定＞
クッション層を３ｃｍ×３ｃｍの大きさに切り出したもの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。高分子計器（株）製マイクロゴム硬度計ＭＤ−１を用いて、試料１枚の中で異なる３点を測定し、算出した平均値をマイクロゴムＡ硬度とした。【００５３】
＜傾斜角度測定＞
研磨層表面に溝を形成したパッドを、剃刀刃が溝方向に対して垂直となるように配置して溝深さ方向にスライスし、溝の断面をキーエンス製ＶＫ−８５００の超深度顕微鏡にて観察して、研磨面と前記溝の研磨面と連続する側面の成す角度（角度α）を測定した。パッドの中心から半径の１／３の位置と２／３の位置において、最も近い溝を測定し、各１箇所合計２点の平均を傾斜角度とした。角度βも同様に測定した。【００５４】
＜屈曲点深さ測定＞
研磨層表面に溝を形成したパッドを、剃刀刃が溝方向に対して垂直となるように配置して溝深さ方向にスライスし、溝の断面をキーエンス製ＶＫ−８５００の超深度顕微鏡にて観察して、研磨面から、第１の側面と第２の側面からなる向かい合う２つの屈曲点の中点までの垂直距離を測定した。パッドの中心から半径の１／３の位置と２／３の位置において、最も近い溝を測定し、各１箇所合計２点の平均を屈曲点深さとした。【００５５】
＜歪定数算出＞
先端の直径が５ｍｍの圧子を用いて、ダイヤルゲージで２７ｋＰａの圧力を６０秒間加えたときの厚みを（Ｔ１）μｍとし、続いて１７７ｋＰａでの圧力を６０秒間加えたときの厚みを（Ｔ２）μｍとして、以下の式に従って歪定数を算出した。
歪定数（μｍ/Ｐａ）＝（Ｔ１−Ｔ２）／（１７７−２７）／１０００。【００５６】
＜平均研磨レート算出＞
アプライドマテリアルズ（株）社製の３００ｍｍウェハー用研磨機“Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ”を用いて、所定の研磨条件で終点検出を行いながら研磨を行った。研磨特性は、１２インチウェハーの最外周１６ｍｍ未満を除外して、測定した。
ウェハー中心１点、ウェハー中心から直径方向に半径５ｍｍの位置を２点、５ｍｍより大きく１２５ｍｍ以下を２０．０ｍｍ毎に１２点、１２５ｍｍより大きく、１３０ｍｍ以下の面内を５．０ｍｍ毎に４点、１３４ｍｍの２点を測定して平均研磨レート（ｎｍ／分）を算出した。【００５７】
＜研磨レートの面内均一性算出＞
２００枚目に研磨したウェハーの研磨特性を前記と同様に測定し、以下の式に従って算出した。
研磨レートの面内均一性（％）＝｛（面内の最大研磨レート）−（面内の最小研磨レート）｝／（平均研磨レート）×１００。【００５８】
＜研磨レート変動率算出＞
（２００枚を研磨した場合）
ウェハーを２００枚研磨して、ウェハー毎の平均研磨レートを測定した後、以下の式に従って１枚目から２００枚目までの研磨レート変動率（２００枚研磨後の研磨レート変動率）算出した。
研磨レート変動率（％）＝｛（最大ウェハー平均研磨レート）−（最小ウェハー平均研磨レート）｝／（２００枚目ウェハー平均研磨レート）。
（追加５００枚を研磨した場合）
ウェハーを追加で５００枚研磨して、ウェハー毎の平均研磨レートを測定した後、以下の式に従って１枚目から７００枚目までの研磨レート変動率（７００枚研磨後の研磨レート変動率）算出した。
研磨レート変動率（％）＝｛（最大ウェハー平均研磨レート）−（最小ウェハー平均研磨レート）｝／（７００枚目ウェハー平均研磨レート）。【００５９】
研磨レートの変動が大きい場合、研磨不足や研磨過多によりデバイスの不具合を引き起こすことがあるため、研磨レート変動率は小さいほうがよく、３０％以下が好ましく、２０％以下がより好ましい。【００６０】
以下、実施例１〜１６、比較例１〜５を説明する。【００６１】
（実施例１）
ポリプロピレングリコール３０重量部とジフェニルメタンジイソシアネート４０重量部と水０．５重量部とトリエチルアミン０．３重量部とシリコーン整泡剤１．７重量部とオクチル酸スズ０．０９重量部をＲＩＭ成型機で混合して、金型に吐出して加圧成型を行い、独立気泡の発泡ポリウレタンシートを作製した。【００６２】
前記発泡ポリウレタンシートを、アゾビスイソブチロニトリル０．２重量部を添加したメチルメタクリレートに６０分間浸漬した。次に前記発泡ポリウレタンシートを、ポリビニルアルコール“ＣＰ”（重合度：約５００、ナカライテスク（株）製）１５重量部、エチルアルコール（試薬特級、片山化学（株）製）３５重量部、水５０重量部からなる溶液中に浸漬後乾燥することにより、前記発泡ポリウレタンシート表層をポリビニルアルコールで被覆した。【００６３】
次に前記発泡ポリウレタンシートを、塩化ビニル製ガスケットを介して２枚のガラス板間に挟み込んで、６５℃で６時間、１２０℃で３時間加熱することにより重合硬化させた。ガラス板間から離型し水洗した後、５０℃で真空乾燥を行った。このようにして得られた硬質発泡シートを厚み約２ｍｍにスライス加工することにより研磨層を作製した。研磨層中のメチルメタクリレート含有率は６６重量％であった。また研磨層のＤ硬度は５４度、密度は０．８１ｇ／ｃｍ３、独立気泡の平均気泡径は４５μｍであった。【００６４】
得られた硬質発泡シートを両面研削して、厚みが２ｍｍの研磨層を作製した。【００６５】
上記方法により得られた研磨層に、クッション層として歪定数１．５×１０−５μm/Ｐａ（マイクロゴムＡ硬度８９）の日本マタイ（株）製の熱可塑性ポリウレタン（クッション層厚み：０．３ｍｍ，クッション層Ａとする）を、ロールコーターを用いて三井化学ポリウレタン（株）製ＭＡ−６２０３接着層を介して積層し、さらに裏面に裏面テープとして積水化学工業（株）製両面テープ５６０４ＴＤＭを貼り合わせた。この積層体を７７５ｍｍの直径の円に打ち抜いて、研磨層表面に溝ピッチ１５ｍｍ、角度αが１３５度、角度βが９０度、最深部の溝深さ１．５ｍｍ、屈曲点深さが１ｍｍ、溝底部形状が矩形で溝幅が１ｍｍで、溝をＸＹ格子状に形成して、研磨パッドとした。【００６６】
上記方法により得られた研磨パッドを、研磨機（アプライドマテリアルズ（株）製“Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ”）の定盤に貼り付けた。酸化膜の１２インチウェハーをリテナーリング圧力＝６７ｋＰａ（９．７ｐｓｉ）、ゾーン１圧力＝４８ｋＰａ(７ｐｓｉ)、ゾーン２圧力＝２８ｋＰａ（４ｐｓｉ）、ゾーン３圧力＝２８ｋＰａ（４ｐｓｉ）、プラテン回転数＝５９ｒｐｍ、研磨ヘッド回転数＝６０ｒｐｍ、スラリー（キャボット社製、ＳＳ−２５）を３００ｍＬ／分の流量で流し、セソール社製ドレッサーで荷重１７．６Ｎ（４ｌｂｆ）、研磨時間１分の条件で２００枚を研磨した。２００枚目の酸化膜の平均研磨レートは３０７．７ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は６．２％であった。２００枚研磨後の研磨レート変動率は７．２％であった。少なくともウェハー７００枚を研磨できるパッド寿命が必要であることから、さらにウェハーを５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は１１．３％であり、良好な結果であった。【００６７】
（実施例２）
研磨層表面の溝の角度αを１４５度に、溝底部の溝幅を０．７ｍｍ、屈曲点深さを１．１５ｍｍに変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。平均研磨レートは３２６．４ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は８．３％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は８．５％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は１３．２％であり、良好な結果であった。【００６８】
（実施例３）
研磨層表面の溝の角度αを１１３度に、溝底部の溝幅を０．７ｍｍ、屈曲点深さを１．１５ｍｍに変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。平均研磨レートは２７９．６ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は８．３％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は８．２％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は１４．６％であり、良好な結果であった。【００６９】
（実施例４）
研磨層表面の溝の角度αを１２０度に、溝底部の溝幅を０．７ｍｍ、屈曲点深さを１．１５ｍｍに変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。平均研磨レートは２８８．６ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は７．６％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は７．８％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は１２．７％であり、良好な結果であった。【００７０】
（実施例５）
研磨層表面の溝の角度αを１００度に、溝底部の溝幅を０．７ｍｍ、屈曲点深さを１．１５ｍｍに変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。平均研磨レートは２６７．１ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は１２．１％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は１１．８％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は１３．８％であり、良好な結果であった。【００７１】
（実施例６）
研磨層表面の溝の角度αを１５５度に、溝底部の溝幅を０．７ｍｍ、屈曲点深さを１．１５ｍｍに変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。平均研磨レートは３２７．８ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は９．５％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は１０．９％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は１９．９％であり、良好な結果であった。【００７２】
（実施例７）
歪定数が２．６×１０−４μｍ/Ｐａ（マイクロゴムＡ硬度６５度）のポリオレフィン発泡体（東レ（株）製ペフ、発泡倍率３倍、クッション層厚み：１．０ｍｍ）のクッション層（クッション層Ｂとする）に変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。平均研磨レートは２７５．８ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は６．３％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は１５．４％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は１４．８％であり、良好な結果であった。【００７３】
（実施例８）
研磨層表面の溝ピッチを１１．５ｍｍ、屈曲点深さを１．１５ｍｍ、溝底部の溝幅を０．７ｍｍに変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。平均研磨レートは３０７．２ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は４．４％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は３．９％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は６．６％であり、良好な結果であった。【００７４】
（実施例９）
研磨層厚みを２．７ｍｍ、屈曲点深さを１．８ｍｍに変更した以外は実施例８と同様にして研磨した。平均研磨レートは３００．４ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は４．６％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は４．４％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は９．３％であり、良好な結果であった。【００７５】
（実施例１０）
研磨層厚みを３．１ｍｍ、屈曲点深さを２．２ｍｍに変更した以外は実施例８と同様にして研磨した。平均研磨レートは２９８．０ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は４．８％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は４．７％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は９．４％であり、良好な結果であった。【００７６】
（実施例１１）
研磨層厚みを３．６ｍｍ、屈曲点深さを２．７ｍｍに変更した以外は実施例８と同様にして研磨した。平均研磨レートは２９７．７ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は５．２％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は５．１％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は９．９％であり、良好な結果であった。【００７７】
（実施例１２）
屈曲点深さを０．８ｍｍに変更した以外は実施例８と同様にして研磨した。平均研磨レートは２８７．８ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は６．１％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は８．１％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は１６．６％であり、良好な結果であった。【００７８】
（実施例１３）
屈曲点深さを０．４５ｍｍに変更した以外は実施例８と同様にして研磨した。平均研磨レートは２８７．２ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は６．５％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は８．８％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は１９．１％であり、良好な結果であった。【００７９】
（実施例１４）
研磨層表面の溝を挟んで向かい合う２つの角度αを１３５度と１３０度とし向かい合う二つの角度を異なるように変更した以外は実施例８と同様にして研磨した。平均研磨レートは３０６．７ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は４．６％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は４．１％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は６．９％であり、良好な結果であった。【００８０】
（実施例１５）
研磨層裏面に接着剤を介して厚さ１８８μｍのポリエステルフィルムを貼り合わせて、ポリエステルフィルム面にクッション層を貼り合わせた以外は実施例８と同様にして研磨した。平均研磨レートは３１２．６ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は４．１％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は４．２％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は６．５％であり、良好な結果であった。【００８１】
（実施例１６）
歪定数が３．８×１０−４μｍ/Ｐａ（マイクロゴムＡ硬度５７度）のポリオレフィン発泡体（東レ（株）製ペフ、発泡倍率４倍、クッション層厚み：１．０ｍｍ）のクッション層（クッション層Ｃとする）に変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。平均研磨レートは２７９．８ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は１１．３％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は１８．３％であった。さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は１７．３％であり、良好な結果であった。【００８２】
（比較例１）
研磨層表面の溝の角度αを９０度に変更し、溝を単純なＣ字型の形状とした以外は実施例１と同様にして研磨した。平均研磨レートは２５５．３ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は１４．２％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は４２．３％であった。研磨レートが小さく、研磨レートの面内均一性が悪く、研磨レート変動率が大きかった。すなわち、ウェハ−２００枚までで好ましく研磨をすることができなくなり、２００枚目以降（例えば７００枚）の研磨に供することができなかった。【００８３】
（比較例２）
歪定数が６．５×１０−４μｍ/Ｐａの不織布（クッション層厚み：１．３ｍｍ）をクッション層（クッション層Ｄとする）に変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。平均研磨レートは２７５．８ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は８．９％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は７８．８％であり、研磨レート変動率が大きかった。すなわち、ウェハ−２００枚までで好ましく研磨をすることができなくなり、２００枚目以降（例えば７００枚）の研磨に供することができなかった。【００８４】
（比較例３）
屈曲点深さを０．２ｍｍに変更した以外は実施例８と同様にして研磨した。平均研磨レートは２８６．９ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は１０．４％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は１１．４％であったが、７００枚研磨後の研磨レート変動率は３５．５％であり、研磨レート変動率が大きかった。【００８５】
（比較例４）
屈曲点深さを０．３ｍｍに変更した以外は実施例８と同様にして研磨した。平均研磨レートは２８５．５ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は９．８％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は１０．９％であったが、さらに５００枚を研磨したときの７００枚研磨後の研磨レート変動率は３２．７％であり、研磨レート変動率が大きかった。【００８６】
（比較例５）
クッション層を歪定数が５．２×１０−４μｍ／Ｐａ（マイクロゴムＡ硬度５９度）の日本発条（株）製ニッパロンＥＸＴ（クッション層厚み：０．８ｍｍ，クッション層Ｅとする）に変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。平均研磨レートは２８０．６ｎｍ／分、研磨レートの面内均一性は１２．８％、２００枚研磨後の研磨レート変動率は７４．８％であり、研磨レート変動率が大きかった。すなわち、ウェハ−２００枚までで好ましく研磨をすることができなくなり、２００枚目以降（例えば７００枚）の研磨に供することができなかった。【００８７】
以上説明した実施例１〜１６、比較例１〜５で得られた結果を表１に示す。【００８８】
【表１】
2013011922.tif 000003
【符号の説明】
【００８９】
１、２、３、４  研磨パッド
１０  研磨層
１１  研磨面
１２、１７、１９、２１  溝
１３  第１の側面
１４  屈曲点
１５  第２の側面
１６、１８、２０、２２  最深部
３０  クッション層
【図１】
2013011922.tif 000004
【図２】
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【図３】
2013011922.tif 000006
【図４】
2013011922.tif 000007
【国際調査報告】
2013011922.tif 000008
2013011922.tif 000009
2013011922.tif 000010
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