(57)【要約】【課題】  本発明により、光学的終点検出における窓材の光学的劣化やスラリー漏れの発生による研磨の経過による終点検出精度の低下の問題がなく、感度および精度の良好な渦電流式非接触抵抗計による終点検出が可能な研磨を行うことができる、半導体ウエハ研磨用研磨パッド、上記研磨パッドを用いた研磨装置および研磨方法、並びに上記研磨装置を用いた半導体デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】  本発明は、半導体ウエハを研磨するための研磨層を有する研磨パッドであって、該研磨層の研磨面と相対する裏面の特定部位に窪みを有し、該窪み部位において研磨層全体の厚さより薄い研磨層部位を有し、薄い研磨層部位と他の研磨層部位とが同一材料から成ることを特徴とする半導体ウエハ研磨用研磨パッドに関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハを研磨するための研磨層を有する研磨パッドであって、該研磨層の研磨面と相対する裏面の特定部位に窪みを有し、該窪み部位において研磨層全体の厚さより薄い研磨層部位を有し、薄い研磨層部位と他の研磨層部位とが同一材料から成り、該窪みが深さ０．３〜１．０ｍｍを有することを特徴とする半導体ウエハ研磨用研磨パッド。
【請求項２】
前記窪みに渦電流式非接触抵抗計の検出用コイルが装填されている請求項１記載の半導体ウエハ研磨用研磨パッド。
【請求項３】
前記研磨層の裏面側に研磨層より柔らかいクッション層が積層されている請求項１または２記載の半導体ウエハ研磨用研磨パッド。
【請求項４】
前記研磨層が微細発泡体から形成されている請求項１〜３記載の半導体ウエハ研磨用研磨パッド。
【請求項５】
前記微細発泡体の平均気泡径が５〜７０μｍである請求項４記載の半導体ウエハ研磨用研磨パッド。
【請求項６】
前記微細発泡体の比重が０．５〜１．０ｇ／ｃｍ３である請求項４または５記載の半導体ウエハ研磨用研磨パッド。
【請求項７】
前記微細発泡体のアスカーＤ硬度が４５〜６５度である請求項４〜６記載の半導体ウエハ研磨用研磨パッド。
【請求項８】
前記微細発泡体の圧縮率が０．５〜５．０％である請求項４〜７記載の半導体ウエハ研磨用研磨パッド。
【請求項９】
半導体ウエハ研磨用研磨装置のプラテンの一部に渦電流式非接触抵抗計の検出用コイルがプラテン平面より突出して設置されていることを特徴とする半導体ウエハ研磨用研磨装置。
【請求項１０】
請求項９記載の半導体ウエハ研磨用研磨装置を使用して半導体ウエハを研磨する際、渦電流式非接触抵抗計の検出用コイルを使用して半導体ウエハの研磨終点を検出する半導体ウエハ研磨方法。
【請求項１１】
請求項９記載の半導体ウエハ研磨用研磨装置を使用して半導体ウエハを研磨する工程を含む半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハの高度の表面平坦性を要求される材料の平坦化加工処理を安定、かつ高い均一性で行うための研磨パッド、研磨方法、研磨装置、半導体デバイスの製造方法に関するものである。特に渦電流式非接触抵抗計を使用して半導体ウエハ研磨の終点検出を行う際に好適な研磨パッド、研磨方法、研磨装置、半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高度の表面平坦性を要求される材料の代表的なものとしては、半導体集積回路（ＩＣ，ＬＳＩ）を製造するシリコンウエハと呼ばれる単結晶シリコンの円板が挙げられる。シリコンウエハは、ＩＣ、ＬＳＩ等の製造工程において、回路作成に使用する各種薄膜の信頼できる半導体接合を形成するために、各薄膜作成工程において表面を高精度に平坦に仕上げることが要求される。近年これらの半導体ウエハに金属膜を形成したものも多く使用されるようになってきている。
【０００３】
研磨パッドはプラテンと呼ばれる回転可能な支持円盤に固着され、半導体ウエハは自公転運動可能な研磨ヘッドと呼ばれる円盤に固着される。双方の回転運動により、研磨パッドとウエハとの間隙に微細な粒子（砥粒）を懸濁させた研磨スラリーを付加することで、研磨、平坦化加工が実施される。この際、研磨パッドがウエハ表面上を移動する時、接触点で砥粒がウエハ表面上に押し付けられる。従って、ウエハ表面と砥粒との間の滑り動摩擦的な作用により加工面の研磨が実行される。このような研磨加工は、通常ＣＭＰ研磨加工と称されている。
【０００４】
従来、上記の高精度の研磨に使用される研磨パッドの研磨層としては、一般的に空洞率が３０〜３５％程度のポリウレタン発泡体シートや無発泡ポリウレタンシートが使用され、必要に応じてクッション層が積層された研磨パッドも多く使用されている。
【０００５】
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終点検出の必要がある。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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。現在、提案されている検知手段としては、
（１）ウエハとパッド間の摩擦係数をウエハ保持ヘッドや定盤の回転トルクの変化として検出するトルク検出法（特許文献１）
（２）ウエハ上に残る絶縁膜の厚さを検出する静電容量法（特許文献２）
（３）回転定盤内にレーザー光による膜厚モニター機構を組み込んだ光学的方法（特許文献３、特許文献４）
（４）ヘッドあるいはスピンドルに取り付けた振動や加速センサーから得る周波数スペクトルを解析する振動解析方法
（５）ヘッド内に内蔵した差動トランス応用検出法
（６）ウエハと研磨パッドとの摩擦熱やスラリーと被研磨対象物との反応熱を赤外線放射温度計で計測する方法（特許文献５）
（７）超音波の伝播時間を測定することにより被研磨対象物の厚みを測定する方法（特許文献６、特許文献７）
（８）ウエハ表面の金属膜のシート抵抗を計測する方法（特許文献８）
などが挙げられる。現在、（１）の方法が多く用いられているが、測定精度や非接触測定における空間分解能の点から（３）の方法が主流となりつつある。
【０００８】
上記（３）の方法である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ーすることによって研磨の終点を検知する方法である。
【０００９】
現在、光ビームとしては、６００ｎｍ付近の波長光を持つＨｅ−Ｎｅレーザー光や３８０〜８００ｎｍに波長光を持つハロゲンランプを使用した白色光が一般的に用いられている。
【００１０】
このような方法では、ウエハの表面層の厚さの変化をモニターして、表面凹凸の近似的な深さを知ることによって終点が決定される。このような厚さの変化が凹凸の深さに等しくなった時点で、ＣＭＰプロセスを終了させる。また、このような光学的手段による研磨の終点検知法およびその方法に用いられる研磨パッドについては様々なものが提案されてきた。
【００１１】
段付の透明プラグが挿入された研磨パッド（特許文献３）、研磨クロス内に少なくとも１つの光学的窓を有する研磨クロス（特許文献４）、固体で均質な１９０ｎｍから３５００ｎｍの波長光を透過する透明なポリマーシートを少なくとも一部分に有する研磨パッド（特許文献９）、ポリッシング面と同一面である透明プラグを有する研磨パッド（特許文献１０）が開示されている。いずれも終点検知用の窓として用いることが開示されている。
【００１２】
また近年、渦電流式非接触抵抗計を使用してのＣＭＰ研磨装置が開示されている（特許文献１１〜１３）。
【００１３】
しかしながら、前記特許文献に記載されている窓（光透過領域）は、研磨パッドの円周方向に長い形状のものや円形状のものであり、そのような形状の窓の場合には、ウエハの研磨に際してウエハのある一部分にのみ窓が集中して接触するため、窓が接触する部分と接触しない部分とで研磨が不均一となるという問題がある。また、窓が接触するところの限られた部分のみの研磨プロファイルしか得られないという問題も有している。
【００１４】
更に、上記のような窓が研磨によって磨耗し光学的性能が変化することによる終点検出の精度の低下、また窓材と研磨層との境界からの研磨砥粒スラリーの漏れによる終点検出の精度低下などの課題を抱えている。渦電流式非接触抵抗計を使用してのＣＭＰ研磨においては、検出における検出先端と被検出部位との位置または距離によって測定の感度、精度が低下する課題を抱えている。
【特許文献１】米国特許第５０６９００２号明細書
【特許文献２】米国特許第５０８１４２１号明細書
【特許文献３】特開平０９−００７９８５号公報
【特許文献４】特開平０９−０３６０７２号公報
【特許文献５】米国特許第５１９６３５３号明細書
【特許文献６】特開昭５５−１０６７６９号公報
【特許文献７】特開平０７−１３５１９０号公報
【特許文献８】米国特許第５５５９４２８号明細書
【特許文献９】特表平１１−５１２９７７号公報
【特許文献１０】特開平１０−８３９７７号公報
【特許文献１１】特開平０７−３０７３１７号公報
【特許文献１２】特開平１０−２０２５２０号公報
【特許文献１３】特表２００３−５３４６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、従来の研磨終点検出方法、特に主流となりつつある光学的検知手段の有する上記課題を回避することによって、研磨の経過による終点検出精度の低下や、スラリー漏れの発生しない、感度および精度の優れた渦電流式非接触抵抗計による終点検出が可能な研磨パッド、上記研磨パッドを用いた研磨装置および研磨方法、並びに上記研磨装置を用いた半導体デバイスの製造方法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】
【００１６】
本発明者は、上述のような現状に鑑み鋭意研究を重ねた結果、光学的透過性窓材を設けることなく、研磨層の研磨面と相対する裏面の特定部位に渦電流式非接触抵抗計用の窪みを形成することによって、研磨終点検出精度を向上しうる研磨パッドを提供し、この研磨パッドを使用する研磨装置および研磨方法、並びに半導体デバイスの製造方法を提供せんとするものである。
【００１７】
即ち、本発明は半導体ウエハを研磨するための研磨層を有する研磨パッドであって、該研磨層の研磨面と相対する裏面の特定部位に窪みを有し、該窪み部位において研磨層全体の厚さより薄い研磨層部位を有し、薄い研磨層部位と他の研磨層部位とが同一材料から成り、該窪みが深さ０．３〜１．０ｍｍを有することを特徴とする半導体ウエハ研磨用研磨パッドである。
【００１８】
前述のように、従来の光学的検知方法を用いた研磨パッドでは、研磨層に研磨層本体とは異なる材質により窓（光透過領域）を設けることが必要であり、窓部分とそれ以外の部分とで研磨が不均一となるという問題があり、更に、上記のような窓が研磨によって磨耗し光学的性能が変化することによる終点検出の精度の低下、また窓材と研磨層との境界からの研磨砥粒スラリーの漏れによる終点検出の精度低下などの問題があった。そこで、本発明の研磨パッドでは、研磨層の裏面、即ち研磨面と反対側の面の特定部位に渦電流式非接触抵抗計の検出用コイルを装填するための窪みを形成することによって、窪みのある研磨層の厚さ部分を含め研磨層全体を同一材料から成るものとし、上記のような従来の光学的検知方法を用いた研磨パッドの有する問題を解決したものである。本明細書中で「窪み部位において研磨層全体の厚さより薄い研磨層部位を有し、薄い研磨層部位と他の研磨層部位とが同一材料から成る」により、本発明の研磨パッドにおいて、窪みのある部位は、その窪み分だけ研磨層の厚さが小さく(薄く)なり、窪みのある部位と窪みのない部位とが同一材料から成る、即ち、研磨層全体を同一材料から成るものとしたことを表す。
【００１９】
更に、本発明を好適に実施するためには、
上記窪みに渦電流式非接触抵抗計の検出用コイルが装填されており；
上記研磨層の裏面側に研磨層より柔らかいクッション層が積層されており；
上記研磨層が微細発泡体から形成されており；
上記微細発泡体の平均気泡径が５〜７０μｍであり；
上記微細発泡体の比重が０．５〜１．０ｇ／ｃｍ３であり；
上記微細発泡体のアスカーＤ硬度が４５〜６５度であり；
上記微細発泡体の圧縮率が０．５〜５．０％である；ことが望ましい。
【００２０】
本発明の他の態様として、半導体ウエハ研磨用研磨装置のプラテンの一部に渦電流式非接触抵抗計の検出用コイルがプラテン平面より突出して設置されていることを特徴とする半導体ウエハ研磨用研磨装置がある。
【００２１】
本発明の更に他の態様として、半導体ウエハ研磨用研磨装置のプラテンの一部に渦電流式非接触抵抗計の検出用コイルがプラテン平面より突出して設置されていることを特徴とする半導体ウエハ研磨用研磨装置を使用して半導体ウエハを研磨する際、渦電流式非接触抵抗計の検出用コイルを使用して半導体ウエハの研磨終点を検出する半導体ウエハ研磨方法がある。
【００２２】
本発明の更に他の態様として、半導体ウエハ研磨用研磨装置のプラテンの一部に渦電流式非接触抵抗計の検出用コイルがプラテン平面より突出して設置されていることを特徴とする半導体ウエハ研磨用研磨装置を使用して半導体ウエハを研磨する工程を少なくとも含む半導体デバイスの製造方法がある。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の半導体ウエハを研磨するための研磨層を有する研磨パッドであって、該研磨層の研磨面と相対する裏面の特定部位に窪みを形成し、該窪み部位において研磨層全体の厚さより薄い研磨層部位を有し、薄い研磨層部位と他の研磨層部位とが同一材料から成ることを特徴とする半導体ウエハ研磨用研磨パッド、および半導体ウエハ研磨用研磨装置のプラテンの一部に渦電流式非接触抵抗計の検出用コイルがプラテン平面より突出して設置されていることを特徴とする上記研磨パッドを使用した半導体ウエハ研磨用研磨装置により、光学的終点検出における窓材の光学的劣化やスラリー漏れの発生による研磨の経過による終点検出精度の低下の問題がなく、感度および精度の良好な渦電流式非接触抵抗計による終点検出が可能な研磨を行うことができ、この研磨パッドおよびそれを用いた研磨装置を使用することで半導体デバイスの製造などに極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の研磨パッドは、半導体ウエハを研磨するための研磨層を有し、この研磨層の研磨面と相対する裏面の特定部位に窪みを有し、上記窪み部位において研磨層全体の厚さより薄い研磨層部位を有し、薄い研磨層部位と他の研磨層部位とが同一材料から成ることを特徴とする半導体ウエハ研磨用研磨パッドであり、一定の均一厚さを有した研磨層の研磨に供される表の面（研磨面）とその反対側に相対する裏面を有したものであり、研磨面にはスラリーを供給または排出するための微細な溝が必要に応じて形成される場合もあるが、研磨面としては水平で均一な面であり、裏面の特定部位に所定の大きさで窪みを形成したものである。
【００２５】
この研磨層の裏面への上記窪みの形成は特に限定されるものではないが、例えば研磨層用のシートを形成する際に型に所望の大きさの凸部を設けて、この型に研磨シート形成用の樹脂を液状で流し込んで、一面に窪みのできた研磨層用のシートを作製し、必要に応じて所望の大きさに裁断して研磨パッドとなしてもよく、一定均一厚さを有する研磨層用のシートの一方の面に溝加工機などの切削機で所望の大きさの窪みを加工もしくは切削してもよい。この窪みの大きさはとくに限定されないが、その開口面積において大きくとも２０ｃｍ２程度のものである。
【００２６】
上記窪みの深さは研磨層の厚さ（窪み以外の部位の厚さ）に依存するもので、研磨層全体の厚さより薄い研磨層部位（窪み部位）となるように深さが決定され、結果的に上記窪みの部位での研磨層の厚さによって決定されるべきものであり、上記窪みの深さは渦電流式非接触抵抗計の検出用コイルと被検出部である半導体ウエハとの距離が小さくなるように、なるべく薄くかつ研磨進行によって低下するその厚さが支障をきたさないことを考慮して決定されればよいもので、０．３〜１．０ｍｍ、好ましくは０．４〜０．８ｍｍ、より好ましくは０．５〜０．７ｍｍであり、この薄さを残して深さが決定されればよいものである。上記窪みの深さが０．３ｍｍより小さいと検出コイルとウエハとの距離が遠くなり検出精度が悪くなり、１．０ｍｍより大きいと検出部になる研磨層の厚みが薄くなりすぎて、研磨されてパッドの厚さが減じた時にスラリー漏れを発生する可能性がある。
【００２７】
本発明においては、この研磨面と相対する裏面の窪みに渦電流式非接触抵抗計の検出用コイルが装填されている半導体ウエハ研磨用研磨パッドが好ましい態様である。上記窪みに渦電流式非接触抵抗計の検出用コイルを装填することによって、ウエハ上に形成された金属薄膜に誘導電流が流れ、その電流を検出コイルで検知することで、ウエハ上の金属薄膜の抵抗値を知ることができる。この抵抗値から成膜された抵抗率をもとに膜厚に換算することで研磨したい膜の膜厚をリアルタイムに計測でき、研磨終点を検知することができる。
【００２８】
また、研磨層の裏面側、すなわち窪み形成側に研磨層より柔らかいクッション層が積層されている半導体ウエハ研磨用研磨パッドが好ましい態様であり、上記本発明の主旨からしてクッション層においても前記窪みに相応の開口部を設けることが好ましい。
【００２９】
本発明における研磨層は、微細発泡体から形成されることが好ましく、より好ましくはポリウレタン樹脂発泡体であり、ポリウレタン発泡体の平均気泡径は、５〜７０μｍ、さらに好ましくは１０〜５０μｍであることが望ましい。上記平均気泡径が７０μｍより大きい場合と、５μｍより小さいいずれの場合でも、研磨速度が小さくなってしまう。
【００３０】
前記発泡体（以下、微細発泡体ともいう）の比重は、０．５〜１．０ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．７〜０．９ｇ／ｃｍ３であることが望ましい。上記比重が０．５ｇ／ｃｍ３未満の場合、研磨層の表面の強度が低下し、半導体ウエハなどの被研磨対象物の平坦化特性が低下し、また、１．０ｇ／ｃｍ３より大きい場合は、研磨層の表面の微細気泡の数が少なくなり、平坦化特性は良好であるが、研磨速度が小さくなる傾向にある。
【００３１】
前記発泡体のアスカーＤ硬度は、４５〜６５度、好ましくは４５〜６０度であることが望ましい。上記硬度が４５度未満の場合には、被研磨対象物の平坦化特性が低下し、６５度より大きい場合には、平坦化特性は良好であるが、被研磨対象物の均一性が低下する傾向にある。
【００３２】
前記発泡体の圧縮率は、０．５〜５．０％、さらに好ましくは０．５〜３．０％であることが望ましい。上記圧縮率が前記範囲内にあれば、十分に平坦化特性と均一性を両立させることが可能となる。
【００３３】
本発明における研磨層の形成材質は、特に限定されるものではないが、微細発泡体であることが好ましく、より好ましくはポリウレタン樹脂発泡体である。
【００３４】
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。
【００３５】
上記ポリウレタン樹脂は、有機イソシアネート、ポリオール、鎖延長剤を含有してなるものである。
【００３６】
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。
【００３７】
上記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官能以上の多官能イソシアネート化合物も使用可能である。多官能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官能以上の多官能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。
【００３８】
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。
【００３９】
また、上記ポリオールとして、上述したポリオールの他に、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。
【００４０】
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−メチルアンスラニレート、４，４’−メチレン−ビス−アンスラニル酸、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−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。
【００４１】
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研磨層の所望物性などにより適宜変更でき、前記特性を得るためには、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が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。
【００４２】
前記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。
【００４３】
前記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。
【００４４】
研磨層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、前記方法により製造したポリウレタン樹脂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や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や、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用いられる。
【００４５】
上記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、超臨界発泡法、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や超臨界発泡法が好ましい。このような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ーン製）等が好適な化合物として例示される。
【００４６】
研磨層に用いられる独立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。
【００４７】
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撹拌工程
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。イソシアネート末端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。
【００４８】
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。
【００４９】
硬化工程
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し、加熱硬化させる。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
上記ポリウレタン発泡体の製造方法において、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、常圧で行うと気泡形状が安定するため好ましい。
【００５４】
上記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。
【００５５】
上記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、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。
【００５６】
本発明に用いられる別のポリウレタン発泡体の製造方法としては、超臨界発泡法がある。この発泡法においては、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）を耐熱容器内に収納し、次いで非反応性ガス（例えば二酸化炭素、Ｎ２など）をＴＰＵに含浸させる。非反応性ガスの圧力条件、温度条件は、非反応性ガスの種類やＴＰＵ材料種、所望の密度などにより適宜に決定できる。通常、ＴＰＵの示す貯蔵弾性率が１５ＭＰａより高くなるような温度以下で行うのが好ましい。たとえば、ショアＤ硬度６０のＴＰＵでは３５〜６０℃程度で、超臨界二酸化炭素を含浸させる場合に通常１２〜２５ＭＰａの含浸圧力で行う。続いて非反応性ガスが含浸されたＴＰＵを急激に常圧に戻し、次いで加熱することによりＴＰＵ中に多数の均一に分散した非反応性ガス気泡を発生させ、それを核として発泡を行い、気泡を成長させる方法により行うことができる。加熱手段は、温浴、オイルバス、オーブン、赤外線ヒーター、熱風等を採用できる。なお、発泡温度は、ＴＰＵ材料種等により、適宜選択されるが、通常、７０〜２００℃程度で発泡させることが好ましい。
【００５７】
研磨層は、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するなどして製造される。
【００５８】
本発明の発泡体からなる研磨層は、被研磨対象物と接触する研磨側表面に、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。該研磨領域は、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、また被研磨対象物との吸着による被研磨対象物の破壊を防ぐためにも、研磨側表面に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。
【００５９】
前記溝の形成方法は特に限定されるものではないが、例えば、所定サイズのバイトのような治具を用い機械切削する方法、所定の表面形状を有した金型に樹脂を流しこみ硬化させる方法、所定の表面形状を有したプレス板で樹脂をプレスして形成する方法、フォトリソグラフィーを用いて形成する方法、印刷手法を用いて形成する方法、及び炭酸ガスレーザーなどを用いたレーザー光により形成する方法などが挙げられる。
【００６０】
研磨層の厚みは特に限定されるものではないが、厚さ０．５〜４ｍｍ程度が好ましく、さらに好ましくは０．６〜３．５ｍｍである。上記厚みの研磨層を作製する方法としては、前記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。
【００６１】
また、研磨層の厚みのバラツキは、１００μｍ以下であることが好ましく、特に５０μｍ以下であることが好ましい。上記厚みのバラツキが１００μｍを越える場合には、研磨層が大きなうねりを持ったものとなり、被研磨対象物に対する接触状態が異なる部分ができ、研磨特性に悪影響を与える傾向にある。また、研磨層の厚みのバラツキを解消するため、一般的には研磨初期に研磨層の表面を、ダイヤモンド砥粒を電着、又は融着させたドレッサーを用いてドレッシングするが、上記範囲を超えたものは、ドレッシング時間が長くなり、生産効率を低下させることになる。また、厚みのバラツキを抑える方法としては、所定厚みにした研磨層表面をバフィングする方法もある。バフィングする際には、粒度などが異なる研磨シートで段階的に行うことが好ましい。
【００６２】
研磨層およびクッション層を有する積層研磨パッドの作成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。
【００６３】
まず第１の例としては、所定位置に所定の大きさに裏面に窪みを形成した研磨層を両面テープと貼り合わせ、その下に研磨層の窪み部に合わせるように、所定の大きさに開口したクッション層を貼り合わせる。次に、クッション層に離型紙のついた両面テープを貼り合わせる方法である。
【００６４】
第２の具体例としては、所定位置に所定の大きさに裏面に窪みを形成した研磨層を両面テープと貼り合わせ、その下にクッション層を貼り合わせる。その後、研磨層の窪み部に合わせるように、両面テープ、及びクッション層を所定の大きさに開口する。次に、クッション層に離型紙のついた両面テープを貼りあわせる方法である。
【００６５】
第３の具体例としては、所定位置に所定の大きさに裏面に窪みを形成した研磨層を両面テープと貼り合わせ、その下にクッション層を貼り合わせる。次に、クッション層の反対面に離型紙のついた両面テープを貼り合わせ、その後、研磨層の窪み部に合わせるように、両面テープから離型紙まで所定の大きさに開口する。
【００６６】
第４の具体例としては、離型紙のついた両面テープを貼り合わせたクッション層を所定の大きさに開口する。次に、所定位置に所定の大きさに裏面に窪みを形成した研磨層を両面テープと貼り合わせ、これらを開口部と窪み部が合うように貼りあわせる。
【００６７】
上記研磨パッドの作成方法において、クッション層などを開口する手段は特に制限されるものではないが、例えば、切削能力をもつ治具をプレスして開口する方法、炭酸レーザーなどによるレーザーを利用する方法、及びバイトのような治具にて研削する方法などが挙げられる。
【００６８】
本発明のクッション層は、研磨層の特性を補い両者の特性が相まって研磨速度の向上と平坦化特性、面内均一性が同時に達成し得るものであり、ＣＭＰにおいて、トレードオフの関係にある平坦化特性と面内均一性の両者を両立させるために必要なものである。平坦化特性とは、パターン形成時に発生する微小凹凸のある被研磨対象物を研磨した時のパターン部の平坦性をいい、面内均一性とは、被研磨対象物全体の均一性をいう。
【００６９】
上記クッション層の形成材料は、特に限定されないが、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂などの高分子樹脂の無発泡体や独立気泡発泡体が挙げられる。
【００７０】
研磨層とクッション層とを貼り合わせる手段としては、前記したような手段が使用でき、研磨層とクッション層を両面テープで挟み、プレスする方法などが挙げられる。
【００７１】
両面テープは、不織布やフィルム等の基材の両面に接着層を設けた一般的な構成を有するものである。クッション層へのスラリーの浸透等を防ぐことを考慮すると、基材にフィルムを用いることが好ましい。また、接着層の組成としては、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、研磨層とクッション層は組成が異なることもあるため、両面テープの各接着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。
【００７２】
クッション層と両面テープとを貼り合わせる手段としては、クッション層に両面テープをプレスして接着する方法が挙げられる。
【００７３】
上記両面テープは、上述と同様に不織布やフィルム等の基材の両面に接着層を設けた一般的な構成を有するものである。研磨パッドの使用後に、プラテンから剥がすことを考慮すると、基材にフィルムを用いるとテープ残り等を解消することができるため好ましい。また、接着層の組成は上述と同様である。
【００７４】
半導体デバイスは、上記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、研磨パッドを支持する研磨定盤と、半導体ウエハを支持する支持台（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、スラリーの供給機構を備えた研磨装置などを用いて行われる。研磨パッドは、例えば、両面テープで貼り付けることにより、プラテン（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半導体ウエハ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、支持台側には、半導体ウエハ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。研磨に際しては、研磨定盤と支持台とを回転させつつ半導体ウエハを研磨パッドに押し付け、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。
【００７５】
これにより半導体ウエ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。
【実施例】
【００７６】
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が、本発明は実施例により特に制限されるものではない。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定した。
【００７７】
平均気泡径測定
厚み１ｍｍ程度になるべく薄くミクロトームカッターで平行に切り出した研磨層などの材を平均気泡径測定用試料とした。試料をスライドガラス上に固定し、画像処理装置（東洋紡社製、Ｉｍａｇｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒ  Ｖ１０）を用いて、任意の０．２ｍｍ×０．２ｍｍ範囲の全気泡径を測定し、平均気泡径を算出した。
【００７８】
比重測定
ＪＩＳ  Ｚ８８０７−１９７６に準拠して行った。４ｃｍ×８．５ｃｍの短冊状（厚み：任意）に切り出した研磨層等の材を比重測定用試料とし、温度２３℃±２℃、湿度５０％±５％の環境で１６時間静置した。測定には比重計（ザルトリウス社製）を用い、比重を測定した。
【００７９】
アスカーＤ硬度測定
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層などの材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。
【００８０】
圧縮率
直径７ｍｍの円（厚み：任意）に切り出した材料（研磨層）を圧縮率測定用試料とし、温度２３℃±２℃、湿度５０％±５％の環境で４０時間静置した。測定には熱分析測定器ＴＭＡ（ＳＥＩＫＯ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ製、ＳＳ６０００）を用い、圧縮率を測定した。また、圧縮率の計算式を下記に示す。
【００８１】
【数１】
2006128563.tif 000002
【００８２】
［Ｔ１は材料に無負荷状態から３０ＫＰａ（３００ｇ／ｃｍ２）の応力の負荷を６０秒間保持した時の材料厚みであり、Ｔ２はＴ１の状態から１８０ＫＰａ（１８００ｇ／ｃｍ２）の応力の負荷を６０秒間保持した時の材料厚み］
【００８３】
実施例１
熱可塑性ポリウレタンエラストマーＥ５６８（日本ミラクトラン社製、アスカーＤ硬度６８）を押し出し機を用いて幅６５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのシート状に押し出し、長さ６５０ｍｍで裁断し、６５０ｍｍ×６５０ｍｍ×１．５ｍｍのシートを得た。このシートを圧力容器内に入れ、温度４０℃、１５ＭＰａに保たれた二酸化炭素雰囲気下で２４時間放置し、該シートに二酸化炭素を十分に含浸させた。これを容器から取り出し、８０℃に加温した２枚のテフロン（登録商標）シートに挟み込み、直ちに１４５℃のオイルバス中に入れて４０秒間浸漬処理をして発泡させた。得られたシート発泡体をバフ機でバフィングして１．３ｍｍ厚さとし、研磨層シートを得た。この得られた研磨層シートの比重は０．７６ｇ／ｃｍ３、平均気泡径は１８μｍ、アスカーＤ硬度は４７、圧縮率は０．６％であった。
【００８４】
この得られた研磨層シートの片面を、表面溝加工機（東邦エンジニアリング社製）によって、溝深さ０．４ｍｍ、溝幅０．２５ｍｍ、溝ピッチ１．５ｍｍの同心円状溝を形成し、２４インチ（６１ｃｍ）直径の円に外周を裁断して研磨層を作製し、この研磨シートの溝形成面と反対側である裏面側のシート中心から９０ｍｍの位置に溝加工機を使用して開口部が２ｃｍ×３ｃｍの深さ０．６ｍｍの窪み部を形成した。
【００８５】
一方、ポリエチレン製クッション層（東レ社製、ペフ  ５倍発泡体、厚さ０．８ｍｍ、２４インチ直径）を用意し、これと前記研磨層（裏面側）とを両面テープ（積水化学社製、ダブルタックテープ＃５７８２）にて貼り合せ、さらにクッション層の研磨層と反対側面にプラテン用両面テープ（積水化学社製、ダブルタックテープ＃５７８４）を貼り、さらに両面テープとクッション層の前記窪み部に相応する部位を２ｃｍ×３ｃｍで開口し、研磨パッドを作製した。
【００８６】
研磨装置には、研磨パッド装着用のプラテン表面の一部に２ｃｍ×２ｃｍの大きさでプラテン表面から高さ１．２ｍｍの渦電流式非接触抵抗計の誘導用と検出用のコイルを設置し、この突出コイルに研磨パッドの窪み部位を挿入し研磨パッドを貼り付け、Ｃｕ金属配線の設けられた半導体ウエハをスラリーを使用して研磨し、研磨終点検出を実施したが、Ｃｕ金属配線の研磨による研磨パッドの残厚さが精度よく感度よく終始検出することができ、半導体ウエハ研磨処理の枚数が増加しても同様に精度よく感度よく終始検出することができた。
【００８７】
比較例１
熱可塑性ポリウレタンエラストマーＥ５６８（日本ミラクトラン社製、アスカーＤ硬度６８）を押し出し機を用いて幅６５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのシート状に押し出し、長さ６５０ｍｍで裁断し、６５０ｍｍ×６５０ｍｍ×１．５ｍｍのシートを得た。このシートを圧力容器内に入れ、温度４０℃、１５ＭＰａに保たれた二酸化炭素雰囲気下で２４時間放置し、該シートに二酸化炭素を十分に含浸させた。これを容器から取り出し、８０℃に加温した２枚のテフロン（登録商標）シートに挟み込み直ちに１４５℃のオイルバス中に入れて４０秒間浸漬処理をして発泡させた。得られたシート発泡体をバフ機でバフィングして１．３ｍｍ厚さとし、研磨層シートを得た。この得られた研磨層シートの比重は０．７６ｇ／ｃｍ３、平均気泡径は１８μｍ、アスカーＤ硬度は４７、圧縮率は０．６％であった。
【００８８】
このバフ処理をしたシートを所定の直径２４インチ（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０．２５ｍｍ、溝ピッチ１．５０ｍｍ、溝深さ０．４０ｍｍの同心円状の溝加工を行った。
【００８９】
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）を貼り、両面テープ付き研磨層を作製した。この両面テープ付き研磨層の中心部と周縁部の間に光透過領域をはめ込むための穴（長方形、Ｄ（直径方向）＝５７．５ｍｍ、Ｌ（円周方向）＝１９．５ｍｍ）を打ち抜いた。次いで表面をバフがけし、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上記のように作製した両面テープ付き研磨領域の粘着面に、ラミ機を用いて貼り合わせた。さらにクッション層表面に両面テープを貼り合わせた。その後、研磨領域の光透過領域をはめ込むために打ち抜いた穴部分のうち、５１ｍｍ（Ｄ；直径方向）×１３ｍｍ（Ｌ；円周方向）の大きさでクッション層を打ち抜き、穴を貫通させた。次いで、透明ポリウレタン製の光学的終点検出用の光透過領域をはめ込み、研磨パッドを作製した。
【００９０】
研磨装置の研磨パッド装着用のプラテン表面に作製した研磨パッドを貼り付け、研磨終点検出には干渉式膜厚測定装置を用いて、Ｃｕ金属配線の設けられた半導体ウエハをスラリー使用で研磨を実施したが、研磨初期においては問題なく終点検出ができたが、半導体ウエハ研磨処理の枚数が増加するに従い、光透過領域と研磨層との境界からスラリーの漏れ侵入が生じ終点検出ができなくなった。