(57)【要約】      （修正有）【課題】  ウエハの縁ダレを抑制し、かつ研磨ヘッドの摺動性を抑制して研磨時の異音、振動、及びダンピングを軽減することのできる研磨パッドを提供すること。さらにはパッド寿命及び研磨レートにも優れる研磨パッドを提供する。【解決手段】  発泡ポリウレタン樹脂からなる研磨層１、接着剤層３、クッション層２、及び研磨装置定盤に貼り付けるための粘着剤層４がこの順で積層されている研磨パッド５であって、前記研磨パッドの粘着剤層を無反発板に貼り付け、ＪＩＳ  Ｋ６４００に準拠して測定した際の研磨層表面の反発弾性値が３５〜４５％であることを特徴とする研磨パッド。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡ポリウレタン樹脂からなる研磨層、接着剤層、クッション層、及び研磨装置定盤に貼り付けるための粘着剤層がこの順で積層されている研磨パッドであって、前記研磨パッドの粘着剤層を無反発板に貼り付け、ＪＩＳ  Ｋ６４００に準拠して測定した際の研磨層表面の反発弾性値が３５〜４５％であることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
さらに、研磨層とクッション層の間に接着剤層を介して反発弾性調整層が積層されている請求項１記載の研磨パッド。
【請求項３】
反発弾性調整層の固有反発弾性値が、クッション層の固有反発弾性値よりも小さいことを特徴とする請求項２記載の研磨パッド。
【請求項４】
反発弾性調整層の固有反発弾性値が、クッション層の固有反発弾性値よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の研磨パッド。
【請求項５】
研磨層、反発弾性調整層、及びクッション層の各厚さが、各層の臨界厚さより小さいことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の研磨パッド。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の研磨パッドを用いた半導体ウエハの研磨方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の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、ウエハ表面の凹凸をケミカルメカニカルポリシング（ＣＭＰ）で平坦化する際に使用される研磨パッド、該研磨パッドを用いた半導体ウエハの研磨方法、及び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含む半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する際には、ウエハ表面に導電性膜を形成し、フォトリソグラフィー、エッチング等をすることにより配線層を形成する形成する工程や、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エ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、ウエハ表面の凹凸を平坦化する技術が重要となってきた。
【０００３】
ウエハ表面の凹凸を平坦化する方法としては、一般的にＣＭＰ法が採用されている。ＣＭＰは研磨パッドと半導体ウエハの間隙に微細な粒子（砥粒）を分散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行われる。ＣＭＰ加工工程では、例えばウエハは自転可能な研磨ヘッドに装着されて、回転する定盤（プラテン）上に貼り付けられた研磨パッドに機械力で押圧されて研磨スラリ−の化学的作用と機械的作用によって研磨が行われることが主流となっている。
【０００４】
このように研磨ヘッド（ウエハ）とプラテン（パッド）のように圧接された相対的な運動で研磨する場合には、その摺動性が重要になる。摺動性が劣ると研磨ヘッドのダンピング、研磨装置の振動、異音などが生じる。
【０００５】
また、ウエハの外周部分では、パッドの加圧部の弾性復元に起因して研磨速度が速くなる縁ダレという現象が起こることが知られている。ウエハの装着案内、保持リング（リテーナリング）がこの縁ダレにある程度の効果があると認められているが完全なものではない。
【０００６】
反発弾性と平坦化特性の関係については、研磨工程中において被研磨対象物の変化に合せて研磨パッドの構成形態を変化させて反発弾性等を変化させる研磨パッドシステムが提案されている（特許文献１）。また、研磨表面に隣接して剛性要素と弾性要素が設けられた研磨用パッドが開示されている（特許文献２）。
【０００７】
しかし、特許文献１記載の技術は、システムの制御及び研磨パッドの構成が複雑であり、技術的に困難であるため一般的な技術にはなり得ない。また、特許文献２記載の技術において、剛性要素の役割はウエハ表面上の集積密度に起因する応力の偏りを解消することである。つまり、研磨表面に剛性を付与しつつウエハ表面のトポグラフィに馴染ませることによって平坦化を改善しようとするものであるが、研磨パッド自体の物理特性である反発弾性を制御して摺動性やウエハの縁ダレを改善するといった技術ではない。
【特許文献１】特表２００１−５１３４５２号公報
【特許文献２】特開平６−７７１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ウエハの縁ダレを抑制し、かつ研磨ヘッドの摺動性を抑制して研磨時の異音、振動、及びダンピングを軽減することのできる研磨パッドを提供することにある。さらにはパッド寿命及び研磨レートにも優れる研磨パッドを提供することにある。また、該研磨パッドを用いた半導体ウエハの研磨方法、及び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含む半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究したところ、研磨層表面の反発弾性値と摺動特性及びウエハの縁ダレの関係を見出し、研磨層表面の反発弾性値を特定範囲に制御することにより前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、発泡ポリウレタン樹脂からなる研磨層、接着剤層、クッション層、及び研磨装置定盤に貼り付けるための粘着剤層がこの順で積層されている研磨パッドであって、前記研磨パッドの粘着剤層を無反発板に貼り付け、ＪＩＳ  Ｋ６４００に準拠して測定した際の研磨層表面の反発弾性値が３５〜４５％であることを特徴とする研磨パッド、に関する。
【００１１】
研磨層及びクッション層の厚みと反発弾性値の関係を調べた結果、図１、２に示すように、研磨層やクッション層の反発弾性値は、厚みが増加すると厚みの対数の逆数に比例して増加し、ある厚み以上になるとその材料に固有の値（本発明において固有反発弾性値と定義する）に収束して厚みに殆ど無関係になることを見出した。また、本発明では、固有反発弾性値を示す下限の厚さを臨界厚さと定義する。つまり、臨界厚さ未満では厚さによって反発弾性値が変化するが、臨界厚さ以上になると厚さに関係なく一定の値、先に述べた固有反発弾性値を示すことを見出した。
【００１２】
また本発明者らは、剛性（弾性率）の大きい研磨層ほどクッション層（下層）の反発弾性の影響を受け易いこと、つまり、積層パッドの場合、研磨層表面の反発弾性値は、研磨層の厚さと剛性の違いによってクッション層からの影響の受け易さが異なり、剛性が大きいほどクッション層の反発弾性の影響を受け易くなることも見出した。
【００１３】
前記研磨パッドの研磨層表面の反発弾性値を３５〜４５％に制御することにより、ウエハの縁ダレを抑制し、かつ研磨ヘッドの摺動性を抑制して研磨時の異音、振動、及びダンピングを軽減することができる。前記研磨層表面の反発弾性値は３８〜４３％であることが好ましい。前記反発弾性値が３５％未満の場合には研磨へッドの摺動抵抗が大きくなり異音や振動が発生する。またウエハの縁ダレが大きくなり、平坦化特性も悪くなる。一方、前記反発弾性値が４５％を超える場合には、研磨ヘッドの跳ね返り（ダンピング、研磨ヘッドの上下動）が起こり、研磨レートも小さくなる。
【００１４】
本発明においては、前記研磨パッドにおいて、さらに研磨層とクッション層の間に接着剤層を介して反発弾性調整層が積層されていることが好ましい。
【００１５】
前記のように、剛性の大きい研磨層が直下層の反発弾性の影響を受け安いことを利用して、反発弾性調整層を研摩層とクッション層の間に設けることによって比較的容易に反発弾性値を前記範囲内に制御することができる。つまり研磨圧力による研磨パッドの変位量（クッション層の変位量が殆どを占める）はある範囲内が望ましいが、剛性の大きな研磨層を使用したり、又は研磨層の厚さを厚くすると反発弾性値が大きくなるためクッション層の厚さを薄くする必要がある。すると研磨パッドの該変位量が小さくなって最適の範囲から外れることになる。逆に剛性の小さな研磨層を使用したり、研磨層の厚さを薄くすると、所定の反発弾性値を得るためにはクッション層の厚さを厚くする必要があるが、すると研磨パッドの該変位量が大きくなって最適の範囲から外れることになる。なお、前記変位量とは研磨パッド表面が研磨圧力によってウエハのうねりをなぞるとき、研磨パッド表面が上下する変位量のことである。
【００１６】
反発弾性調整層を研摩層とクッション層の間に設けることによって、研磨圧力に対する変位量が最適範囲になるようにクッション層の厚さを保持することができ、かつ研磨パッドの反発弾性値を最適範囲に調整することができるので研磨特性（平坦化特性、研磨レート、及び面内均一性）に優れる研磨パッドとなる。
【００１７】
本発明においては、前記反発弾性調整層の固有反発弾性値が、クッション層の固有反発弾性値よりも小さいことが好ましい。
【００１８】
また、本発明においては、反発弾性調整層の固有反発弾性値が、クッション層の固有反発弾性値よりも大きいことが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明においては、研磨層、反発弾性調整層、及びクッション層の各厚さが、各層の臨界厚さより小さいことが好ましい。臨界厚さ以上では厚みと反発弾性値の関係が無くなるため、厚さによる反発弾性値の調節が不可能だからである。
【００２０】
本発明は、前記研磨パッドを用いた半導体ウエハの研磨方法、に関する。
【００２１】
また、本発明は、前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含む半導体デバイスの製造方法、に関する。
【発明の効果】
【００２２】
研磨時における研磨パッドの研磨圧力による厚さ方向の変位量を平坦化特性，研磨レート、面内均一性などの研磨特性を良好に維持できる範囲内に保持し、研磨層及びクッション層の厚さや反発弾性値を制御し、それにより研磨層の反発弾性値を最適化することにより、研磨時の摺動性を改善して、かつ縁ダレ現象を防止することができる。
【００２３】
また、反発弾性調整層をクッション層と研磨層の間に設けることによって、摺動性や縁ダレ防止を良好に保ったまま、硬度や弾性率等の高い研磨層、逆に硬度や弾性率等が小さい研磨層、及び厚みの厚い研磨層の使用を可能にして、高研磨レート、縁ダレ防止、パッド長寿命、及び摺動性改善を両立した研磨パッドとなる。
【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の構成を図３、４に示す。図３は研磨層１、接着剤層３、クッション層２、及び研磨装置定盤に貼り付けるための粘着剤層４がこの順で積層されている研磨パッド５の構成を表わしたものである。図４は研磨層１、接着剤層３、反発弾性調整層６、接着剤層３、クッション層２、及び研磨装置定盤に貼り付けるための粘着剤層４がこの順で積層されている研磨パッド５の構成を表わしたものである。
【００２５】
研磨層１は発泡ポリウレタン樹脂からなる。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、所望の物性を有したポリマーが得られる素材であるため好ましい。
【００２６】
前記発泡ポリウレタン樹脂は、イソシアネート基含有化合物を含む第１成分と活性水素基含有化合物を含む第２成分を主成分としている。
【００２７】
イソシアネート基含有化合物としては、ポリウレタンの分野において公知のイソシアネート化合物を特に限定なく使用できる。特に、ジイソシアネート化合物とその誘導体、とりわけイソシアネートプレポリマーの使用が、得られるポリウレタン発泡体の物理的特性が優れており、好適である。ちなみにポリウレタンの製造方法としては、プレポリマー法、ワンショット法が知られているが、本発明においてはいずれの方法も使用可能である。
【００２８】
前記イソシアネート化合物としては、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等の芳香族ジイソシアネート類、エチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート類、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、イソフォロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート類等が挙げられる。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。
【００２９】
イソシアネート化合物としては、上記ジイソシアネート化合物の他に、３官能以上の多官能ポリイソシアネート化合物も使用可能である。多官能の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官能以上のポリ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。
【００３０】
本発明において第１成分として使用が好適なイソシアネート基含有化合物は、上記のイソシアネート化合物と活性水素基含有化合物との反応物であるイソシアネートプレポリマーである。このような活性水素基含有化合物としては、後述するポリオール化合物や鎖延長剤が使用され、イソシアネート基（ＮＣＯ）と活性水素（Ｈ* ）の当量比ＮＣＯ／Ｈ* が１．２〜５．０、好ましくは１．６〜２．６の範囲で加熱反応して、イソシアネート基末端のオリゴマーであるイソシアネートプレポリマーが製造される。市販品のイソシアネートプレポリマーの使用も好適である。
【００３１】
本発明に使用する活性水素基含有化合物は、少なくとも２以上の活性水素原子を有する有機化合物であり、ポリウレタンの技術分野において通常ポリオール化合物、鎖延長剤と称される化合物である。
【００３２】
活性水素基とは、イソシアネート基と反応する水素を含む官能基であり、水酸基、第１級もしくは第２級アミノ基、チオール基（ＳＨ）などが例示される。
【００３３】
ポリオール化合物としては、ポリウレタンの技術分野において、通常用いられるものを挙げることができる。例えば、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリエチレングリコール等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−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ーボネートポリオール、ポリヒドロ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。
【００３４】
なお、これらポリオール化合物の数平均分子量は、特に限定されないが、得られるポリウレタン発泡体の弾性特性等の観点から、５００〜２０００程度であることが望ましい。ポリオール化合物の数平均分子量が５００未満であると、これを用いて得られる発泡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易く、この発泡ポリウレタンからなる研磨シートが硬くなりすぎ、研磨対象加工物の研磨面のスクラッチの原因となる場合がある。また摩耗しやすくなるため、研磨シートの寿命の観点からも好ましくない。一方、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発泡体からなる研磨シートが軟らかくなり、十分に満足できるプラナリティーが得られにくいため好ましくない。
【００３５】
また、ポリオール化合物としては、上述した高分子量ポリオールの他に、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。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。
【００３６】
活性水素基含有化合物のうちで、鎖延長剤と称されるものは、分子量が５００程度以下の化合物である。具体的には、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、トリメチロールプロパン等に代表される脂肪族系低分子グリコールやトリオール類、１，４−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、ｍ−キシリレンジオール等に代表される芳香族系ジオール類、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）、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、３，５−ジエチルトルエン−２，４−ジアミン、３，５−ジエチルトルエン−２，６−ジアミン、トリメチレングリコール−ジ−ｐ−アミノベンゾエート、１，２−ビス（２−アミノフェニルチオ）エタン、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等に代表されるポリアミン類等を挙げることができる。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】
本発明におけるイソシアネート化合物、ポリオール化合物、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種々変え得る。所望する研磨特性を有する研磨層を得るためには、ポリオール化合物と鎖延長剤の合計官能基数に対するイソシアネート化合物のイソシアネート基数は、０．９５〜１．１５の範囲が好ましく、さらに好ましくは０．９９〜１．１０である。
【００３８】
発泡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、本発明の発泡ポリウレタン樹脂に関しては、気孔（気泡）をポリウレタン中に取り込む必要があること、さらにコスト、作業環境などを考慮して溶融法で製造することが好ましい。
【００３９】
本発明の発泡ポリウレタン樹脂は、イソシアネート基含有化合物を含む第１成分及び活性水素基含有化合物を含む第２成分を混合して硬化させるものである。プレポリマー法では、イソシアネート末端プレポリマーがイソシアネート基含有化合物となり、鎖延長剤が活性水素基含有化合物となる。ワンショット法では、有機ポリイソシアネートがイソシアネート基含有化合物となり、鎖延長剤及びポリオール化合物が活性水素基含有化合物となる。なお、必要に応じて、酸化防止剤等の安定剤、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。
【００４０】
発泡ポリウレタン樹脂の発泡体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。
【００４１】
研磨層を構成する発泡ポリウレタン樹脂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樹脂の製造方法は、以下の工程を有する。
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。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）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。
【００４２】
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。
【００４３】
該発泡ポリウレタン樹脂の製造方法においては、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。
【００４４】
該発泡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。
【００４５】
本発明において、ポリウレタン樹脂の発泡体を作製する方法は特に制限されるものではなく一般的な方法を用いることができる。例えば、研磨層の原料となるプレポリマーを反応容器に入れ、硬化剤を投入、撹拌後、所定の大きさの注型に流し込みブロックを作製し、そのブロックを鉋状、あるいはバンドソー状のスライサーを用いてスライスする方法、又は前述の注型の段階で、薄いシート状にしても良い。また、原料となる樹脂を溶解し、Ｔダイから押し出し成形し直接シート状の発泡体を得ても良い。
【００４６】
本発明において、前記発泡体の平均気泡径は、７０μｍ以下であることが好ましい。この範囲から逸脱する場合は、研磨後の被研磨材のプラナリティ（平坦性）が低下する傾向にある。
【００４７】
本発明において、前記発泡ポリウレタン樹脂の比重は、０．５〜１．０であることが好ましい。比重が０．５未満の場合、研磨層の表面強度が低下し、被研磨材のプラナリティが低下する傾向にある。また、比重が１．０より大きい場合は、研磨層表面の気泡数が少なくなり、プラナリティは良好であるが、研磨速度が低下する傾向にある。
【００４８】
本発明において、前記発泡ポリウレタン樹脂の硬度は、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、被研磨材のプラナリティが低下し、また、６５度より大きい場合は、プラナリティは良好であるが、被研磨材のユニフォーミティ（均一性）が低下する傾向にある。
【００４９】
また、前記研磨層の厚みバラツキは１００μｍ以下であることが好ましい。厚みバラツキが１００μｍを越えるものは、研磨層に大きなうねりを持ったものとなり、被研磨材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。また、研磨層の厚みバラツキを解消するため、一般的には、研磨初期に研磨層表面をダイヤモンド砥粒を電着、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ものとなる。
【００５０】
研磨層の厚みのバラツキを抑える方法としては、所定厚みにスライスした研磨層表面をバフィングする方法が挙げられる。また、バフィングする際には、粒度などが異なる研磨材で段階的に行うことが好ましい。
【００５１】
本発明の研磨層の被研磨材と接触する研磨表面には、スラリーを保持・更新する表面形状を有することが好ましい。発泡体からなる研磨層は、研磨表面に多くの開口を有し、スラリーを保持・更新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、また被研磨材との吸着による被研磨材の破壊を防ぐためにも、研磨表面に凹凸構造を有することが好ましい。凹凸構造は、スラリーを保持・更新する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、これらの凹凸構造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。
【００５２】
前記凹凸構造の作製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、硬化させることにより作製する方法、所定の表面形状を有したプレス板で樹脂をプレスし作製する方法、フォトリソグラフィを用いて作製する方法、印刷手法を用いて作製する方法、炭酸ガスレーザーなどを用いたレーザー光による作製方法などが挙げられる。
【００５３】
研磨層の厚さが第一義的に重要な場合、その厚さにおける研磨パッドの反発弾性が最適の反発弾性を実現できる様に、研磨層の固有反発弾性を選択または調整することによって実現できる。研磨層に供する材料の固有反発弾性の調整は、先に述べたように、例えば機械発泡ウレタンの場合には混入気泡の量や分散状態、平均気泡径によって調節することが可能である。またその他の発泡ポリウレタン樹脂についても充填材を一以上内包する場合は、剛性に関係するその各充填材の種類や大きさ、分散密度を調節することによって調節できる。さらに、研磨層表面をパターン加工する事が普通であるが、その場合その表面パターンでその反発弾性を若干調節できる。
【００５４】
クッション層２は、研磨層の特性を補うものである。クッション層は、ＣＭＰにおいて、トレードオフの関係にあるプラナリティとユニフォーミティの両者を両立させるために必要なものである。プラナリティとは、パターン形成時に発生する微小凹凸のある被研磨材を研磨した時のパターン部の平坦性をいい、ユニフォーミティとは、被研磨材全体の均一性をいう。研磨層の特性によって、プラナリティを改善し、クッション層の特性によってユニフォーミティを改善する。本発明の研磨パッドにおいては、クッション層は研磨層より柔らかいものを用いる。
【００５５】
前記クッション層に使用されるものとしては、研磨層より柔らかいものであれば特に限定されるものではない。例えば、ポリエステル不織布、ナイロン不織布、アクリル不織布などの繊維不織布やポリウレタンを含浸したポリエステル不織布のような樹脂含浸不織布、ポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォームなどの高分子樹脂発泡体、ブタジエンゴム、イソプレンゴムなどのゴム性樹脂、感光性樹脂などが挙げられる。
【００５６】
研磨層、接着剤層、クッション層、及び研磨装置定盤に貼り付けるための粘着剤層により研磨パッドが構成されている場合には、研磨パッドの設計において、選択したクッション層及び研摩層の厚さと反発弾性の関係を求めて図表化するなどしておき、クッション層の厚みと研摩層の厚みから研磨圧力によるパッドの変位量（殆どがクッション層の変位量）が最適範囲内で、且つ、パッドの反発弾性を最適範囲に実現する厚さの組み合わせを選択することが望ましい。
【００５７】
本発明では、反発弾性調整層６を研磨層１とクッション層２の間に設ける事により、先に述べたように剛性がかなり大きな研磨層の使用が可能になるとともに例えば研磨層を厚くして寿命の長いパッドを提供できる。この場合、剛性の大きな研磨層または厚い研磨層を使用すれば反発弾性が大きくなるが、研磨層が直下層の影響を受け易い事を利用して、超低反発弾性のシート材を最適厚さに研削してクッション層と研磨層の間に設ければ、先に述べたようにクッション層の厚さをパッドの変位量が最適な範囲内になるように保持できる。剛性の大きな研磨層を使用すれば平坦化特性と摺動特性の両立したパッドを、また厚い研磨層を使用すれば、長い研磨寿命と摺動性の抑制を両立したパッドを提供できる。
【００５８】
また研磨層の硬度や、弾性率を小さくすると研磨レートを大きくできるが、反発弾性が小さくなり縁ダレや平坦化特性が悪くなる。しかし、反発弾性を大きくするためにクッション層を厚くすると平坦化特性や面内均一性が悪くなる。しかし、本発明のように高反発弾性材料を反発弾性調整層としてクッション層と研磨層の間に設ければ、クッション層の厚さを研磨特性に関して最適範囲に保持して、縁ダレが少なく研磨レートの大きな研磨パッドを得ることができる。
【００５９】
反発弾性調整層として低固有反発弾性材料を使用する場合、使用する材料の固有反発弾性値がクッション層の固有反発弾性値より小さい事が必要である。そしてクッション層より充分小さいことが好ましい。なぜなら、反発弾性調整層の固有反発弾性値が小さい程、調整層としての効果が大きいので材料を薄くできるからである。
【００６０】
このことは、低反発弾性材料が一般に圧力に対して変位量が大きい事を考え合わせると重要である。この場合、研磨によるパッドの変位量は殆どが反発弾性調整層とクッション層の変位であるが、反発弾性調整層が厚いとその変位量が大きくなり、変位量を調節しようとするとクッション層の厚さを薄くする必要がある。すると、クッション層本来の役割つまり研摩パッドの研磨表面に適当な弾性を付与する効果が低下するからである。従って研磨によるパッドの変位量を最適に保持して、且つ、研磨パッドの反発弾性値が最適になるようにクッション層と反発弾性調整層の厚さを調節して組み合わせる事が重要である。このことからも明らかなように、反発弾性調整層の厚さはクッション層の厚さより小さいことが必要である。その厚さは好ましくは、クッション層の厚さをその本来の効果を発揮できる範囲に保持できて、且つ、パッド全体の反発弾性が最適範囲になるように研磨層の反発弾性を調節できる程度に薄いことが好ましい。
【００６１】
前記低反発弾性材料の反発弾性調整層としては、低反発弾性独立発泡ウレタンやスポンジ状発泡ウレタン、スポンジ状ゴムシート等があるがこれらに限定されるものではない。
【００６２】
反発弾性調整層として高反発弾性材料を使用する場合、その固有反発弾性値はクッション層の固有反発弾性値より大きい事が必要である。なぜなら反発弾性調整層の固有反発弾性値がクッション層の固有反発弾性値より小さいと反発弾性が小さくなるからである。そして、研磨層の反発弾性より充分大きいことが好ましい。
【００６３】
固有反発弾性値が大きければ大きいほど材料を薄くできるが、このことはクッション層の役割を減じないという点から重要である。該反発弾性調整層の厚さはクッション層の役割を減じない程度に薄く研磨層の反発弾性を最適範囲に調節することが可能な厚さであることが好ましい。
【００６４】
前記高反発弾性調整層としては鋼板、ガラス繊維強化プラスチックス、カーボンファイバー強化プラスチックス、無発泡硬質ウレタン、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、及び高硬度高反発ゴム等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００６５】
なお、反発弾性調整層は研磨層とクッション層の間に設けることが必要である。反発弾性調整層をクッション層と研磨定盤の間に設けた場合、研磨層は直下のクッション層の影響を大きく受けるためにその効果は望めないからである。
【００６６】
また、研磨層、クッション層、及び反発弾性調整層の厚さは、臨界厚さ以下の厚さであることが好ましい。臨界厚さ以上では厚みと反発弾性値の関係がなくなるために厚さによる反発弾性値の調整ができないからである。
【００６７】
研磨層やクッション層や反発弾性調整層を貼り合わせる手段である接着剤層としては、例えば、両面テープが挙げられる。
【００６８】
前記両面テープは、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。クッション層や反発弾性調整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。
【００６９】
研磨装置定盤に貼り付けるための粘着剤層としては、例えば、両面テープが挙げられる。該両面テープとしては、上述と同様に基材の両面に粘着層を設けた一般的な構成を有するものを用いることができる。基材としては、例えば不織布やフィルム等が挙げられる。研磨パッドの使用後のプラテンからの剥離を考慮すれば、基材にフィルムを用いることが好ましい。また、粘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。
【００７０】
半導体デバイスは、前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、図５に示すように研磨パッド５を支持する研磨定盤７と、半導体ウエハ８を支持する支持台（ポリシングヘッド）９とウエハへの均一加圧を行うためのバッキング材と、研磨剤１０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５は、粘着剤層４で貼り付けることにより、研磨定盤７に装着される。研磨定盤７と支持台９とは、それぞれに支持された研磨パッド５と半導体ウエハ８が対向するように配置され、それぞれに回転軸１１、１２を備えている。また、支持台９側には、半導体ウエハ８を研磨パッド５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７と支持台９とを回転させつつ半導体ウエハ８を研磨パッド５に押し付け、研磨剤（スラリー）１０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。
【００７１】
これにより半導体ウエハ８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】
【００７２】
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、実施例等における評価項目は下記のようにして測定した。
【００７３】
＜反発弾性値、固有反発弾性値の測定法＞
無反発板（アライ化成社製、ＥＧＲ−６）上に作製したサンプル（研磨パッド）をプラテンに貼り付けるとき使用する手段で貼り付けて、研磨層表面の反発弾性値をＪＩＳ  Ｋ６４００（フォームの試験方法の反発弾性測定方法−Ａ）に準拠して測定した。なお、研磨層表面をパターン加工した研磨パッドの反発弾性値は、サンプルのパターン表面において全体的に測定して、その最高値を研磨層表面の反発弾性値とする。最高値を得るためには、測定剛球を凸部または凹部のエッジにかからないように落球すること、及びパターン凸部の平坦部の中央に落球することが必要である。  
【００７４】
研磨層、クッション層、及び反発弾性調整層の固有反発弾性値は、それぞれ厚さを増加させながら反発弾性値を測定し、厚さによって反発弾性値が殆ど変化しなくなったときの値を固有反発弾性値とした。また、固有反発弾性値を示す時の厚さを臨界厚さとした。
【００７５】
＜研磨特性の評価＞
１．研磨装置
岡本工作機械社製ＳＳＰ６００Ｓ
２．研磨条件
（１）研磨荷重：３５０ｇ／ｃｍ2 
（２）研磨速度：研磨定盤回転数＝３０ｒｐｍ、研磨ヘッド回転数＝３５ｒｐｍ
（３）研磨スラリー：キャボット社製ＳＳ２１、１５０ｍｌ／ｍｉｎで滴下
３．ドレス条件
（１）ドレッサー：ダイヤモンドドレッサー（砥粒番号＃１００）
（２）ドレス荷重：４５０ｇ／ｃｍ2 
（３）ドレス速度：定盤回転数＝３０ｒｐｍ、ドレスヘッド回転数＝１５ｒｐｍ
５．評価ウエハ
（１）パターン膜ウエハ：８インチシリコンウエハに熱酸化シリコン膜を０．５μｍ堆積後、パターン作製してｐ−ＴＥＯＳにて酸化膜を１μｍの厚さにパターンのラインに相当する部分に堆積して作製した初期段差０．５μｍのテスト用パターンを含む準規格ウエハ（標本パターン：４０００μｍ×４０００μｍの面積中に幅＝２７０μｍのラインが、幅＝３０μｍのスペース毎に５本並んだもの）
（２）ベタ膜ウエハ：８インチシリコンウエハに１００００Åの熱酸化シリコン膜を堆積したノッチ付きウエハ
６．ウエハ酸化膜膜厚測定
（１）装置：大塚電子社製、干渉式膜厚測定器Ｐｈｏｔａｌ−（ＭＣＰＤ−３０００システム）
７．評価方法
（１）研磨レート：ベタ膜ウエハを用いて、０．５分間ドレス後に２分間研磨する操作を新品のウエハに交換しながら繰り返し、ウエハの所定の測定位置における研磨レートを測定し、その平均値を研磨レートとした。  
【００７６】
（２）ウエハ摺動性：ベタ膜ウエハを用いて２５分間ドレスし、その後、２分間研磨する作業を新品のウエハに交換しながら繰り返し、研磨層のパターン消耗まで行い、開始から終了までにおける２分間研磨時の異音、振動、研磨ヘッドのぶれの有無とその程度について目視と音によって評価した。  
【００７７】
（３）ウエハの縁ダレ：ウエハと研磨方法は前記（２）項に準じて、ウエハ上において１本はノッチとウエハの中心を通る中心線と、もう１本はウエハの中心点を通り先の線と直角に交わる中心線の計２本の中心線上にウエハの中心から０．４インチ間隔の点における研磨レートを測定して、ウエハの中央から縁に至る測定点における研磨レ−トからウエハの縁ダレを評価した。  
【００７８】
（４）研磨パッドの寿命：ベタ膜ウエハを用いて２５分間ドレスし、その後、２分間研磨する作業を新品のウエハに交換しながら繰り返し、研磨レートが初期レートの８０％まで低下したときを寿命とし、その時の合計研磨時間を測定した。
【００７９】
実施例１
（研磨層の作製）
反応容器内にポリエーテル系プレポリマー（ユニロイヤル社製、アンプレンＬ−３２５）１００重量部、シリコーン系ノニオン界面活性剤（東レダウコーニングシリコーン社製、ＳＨ１９２）３重量部を入れ、温度を８０℃に調節した。撹拌機を用いて９００ｒｐｍで反応系内に気泡を取り込むように約４分間激しく撹拌した。そこへ１２０℃に予熱した４，４−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）（イハラケミカル社製、イハラキュアミンＭＴ）２６重量部を添加し、１分間激しく撹拌した後、パン型のオープンモールドへ反応溶液を流し込んだ。そして、モールドに流し込んだ反応溶液の流動性が無くなった時点で、オープン内に入れて、１１０℃で６時間ポストキュアーを行い、発泡ポリウレタン樹脂ブロックを得た。このブロックをパンドソータイプのスライサ−（フエッケン社製）を使用してスライスして発泡ポリウレタンシートを得た。バフ機（アミテック社製）に４００メッシュのベルトサンダー（理研コランダム社製、ベルトペーパーＣ５４Ｐ）を取り付けて、前記発泡ウレタンシートを研削して厚さ１．２７ｍｍの研磨シートを得た。該研磨シートを直径６１ｃｍに打ち抜いた後、表面パターン加工（溝形状：同心円状、溝幅：０．２５ｍｍ、溝深さ：０．４ｍｍ、溝ピッチ：１．５ｍｍ）して研磨層を作製した。なお、該研磨シートの固有反発弾性値は３１％であり、臨界厚さは６ｍｍであった。
（クッション層の作製）
バフ機（アミテック社製）に４００メッシュのベルトサンダー（理研コランダム社製、ベルトペーパーＣ５４Ｐ）を取り付け、ロールｔｏロールでＰＥＦシート（東レ社製、ポリエチレンフォーム、トーレペフ）を研削して厚さ０．８ｍｍのクッション層を得た。なお、該クッション層の固有反発弾性値は２６％であり、臨界厚さは６ｍｍであった。
（研磨パッドの作製）
前記研磨層の表面パターン加工面の反対側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、この両面テープにラミ機を使用して前記クッション層を貼付けた。クッション層の研磨定盤側に相当する面にラミ機を使用して前記両面テープを貼付けて研磨パッドを作製した。
【００８０】
比較例１
実施例１において、クッション層の厚さを０．５ｍｍとした以外は実施例１と同様の方法で研磨パッドを作製した。
【００８１】
比較例２
実施例１において、研磨層の厚さを３ｍｍとし、クッション層の厚さを０．５ｍｍとした以外は実施例１と同様の方法で研磨パッドを作製した。
【００８２】
比較例３
実施例１において、クッション層の厚さを５ｍｍとした以外は実施例１と同様の方法で研磨パッドを作製した。
【００８３】
比較例４
実施例１において、研磨層の厚さを０．８ｍｍとした以外は実施例１と同様の方法で研磨パッドを作製した。
【００８４】
比較例５
実施例１において、研磨層の厚さを３ｍｍとした以外は実施例１と同様の方法で研磨パッドを作製した。
【００８５】
実施例２
（研磨層の作製）
実施例１において、厚さ２．５ｍｍの研磨シートを用い、溝深さを１．７５倍にした以外は実施例１と同様の方法で研磨層を作製した。
（クッション層の作製）
実施例１において、厚さを１ｍｍとした以外は実施例１と同様の方法でクッション層を作製した。
（反発弾性調整層の作製）
バフ機（アミテック社製）に４００メッシュのベルトサンダー（理研コランダム社製、ベルトペーパーＣ５４Ｐ）を取り付け、超低反発弾性ウレタンのスポンジ状シート（アライ化成社製、ＥＧＲ−５）を研削して厚さ０．２ｍｍの反発弾性調整層を得た。なお、該反発弾性調整層の固有反発弾性値は１５％であり、臨界厚さは２ｍｍであった。
（研磨パッドの作製）
前記研磨層の表面パターン加工面の反対側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、この両面テープにラミ機を使用して前記反発弾性調整層を貼付けた。反発弾性調整層の他面側にラミ機を使用して、前記両面テープを貼り、この両面テープにラミ機を使用して前記クッション層を貼付けた。該クッション層の定盤側に相当する面にラミ機を使用して前記両面テープを貼付けて研磨パッドを作製した。
【００８６】
比較例６
（研磨層の作製）
実施例１において、厚さ２．５ｍｍの研磨シートを用い、溝深さを１．７５倍にした以外は実施例１と同様の方法で研磨層を作製した。
（クッション層）
実施例１において、厚さを１ｍｍとした以外は実施例１と同様の方法でクッション層を作製した。
（研磨パッドの作製）
前記研磨層及びクッション層を用いた以外は実施例１と同様の方法で研磨パッドを作製した。
【００８７】
実施例３
（研磨層の作製）
実施例１において、シリコーン系ノニオン界面活性剤を１５重量部とした以外は実施例１と同様の方法で研磨層を作製した。なお、該研磨シートの固有反発弾性値は２５％であり、臨界厚さは６ｍｍであった。
（クッション層の作製）
バフ機（アミテック社製）に４００メッシュのベルトサンダー（理研コランダム社製、ベルトペーパーＣ５４Ｐ）を取り付け、ロールｔｏロールでウレタンシート（積水化学工業社製、ＴＨＳ）を研削して厚さ１．３２ｍｍのクッション層を得た。なお、該クッション層の固有反発弾性値は１８％であり、臨界厚さは６．６ｍｍであった。
（反発弾性調整層の作製）
バフ機（アミテック社製）に４００メッシュのベルトサンダー（理研コランダム社製、ベルトペーパーＣ５４Ｐ）を取り付け、高反発弾性シート（東洋紡績製、ペルプレンＰ９０ＢＤ）を研削して厚さ０．５ｍｍの反発弾性調整層を得た。なお、該反発弾性調整層の固有反発弾性値は６５％であり、臨界厚さは２ｍｍであった。
（研磨パッドの作製）
実施例２と同様の方法で研磨パッドを作製した。
【００８８】
比較例７
（研磨層の作製）
実施例３と同様の方法で研磨層を作製した。
（クッション層）
実施例３と同様の方法でクッション層を作製した。
（研磨パッドの作製）
前記研磨層及びクッション層を用いた以外は実施例１と同様の方法で研磨パッドを作製した。
【００８９】
実施例４
（研磨層の作製）  
実施例１において、表面パターン加工を同心円状、溝幅０．２５ｍｍ、溝深さ０．５ｍｍ、溝ピッチ１．５ｍｍとした以外は実施例１と同様の方法で研磨層を作製した。
（クッション層の作製）
実施例１と同様の方法でクッション層を作製した。
（研磨パッドの作製）
前記研磨層を用いた以外は実施例１と同様の方法で研磨パッドを作製した。
【００９０】
実施例５
（研磨層の作製）
実施例１において、表面パターン加工を施さなかった以外は実施例１と同様の方法で研磨層を作製した。
（クッション層の作製）
実施例１と同様の方法でクッション層を作製した。
（研磨パッドの作製）
前記研磨層を用いた以外は実施例１と同様の方法で研磨パッドを作製した。
【００９１】
【表１】
2006187827.tif 000003
表１から明らかなように、研磨層表面の反発弾性値が３５〜４５％である研磨パッドを用いることにより、ウエハの縁ダレを抑制し、かつ研磨ヘッドの摺動性を抑制して研磨時の異音、振動、及びダンピングを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】研磨層の厚さと反発弾性値との関係を示すグラフ
【図２】クッション層の厚さと反発弾性値との関係を示すグラフ
【図３】本発明の研磨パッドの一例を示す概略断面図
【図４】本発明の研磨パッドの他の一例を示す概略断面図
【図５】ＣＭＰ研磨で使用する研磨装置の一例を示す概略構成図
【符号の説明】
【００９３】
１：研磨層
２：クッション層
３：接着剤層
４：粘着剤層
５：研磨パッド
６：反発弾性調整層
７：研磨定盤
８：半導体ウエハ
９：支持台（ポリシングヘッド）
１０：研磨剤（スラリー）
１１、１２：回転軸
【図１】
2006187827.tif 000004
【図２】
2006187827.tif 000005
【図３】
2006187827.tif 000006
【図４】
2006187827.tif 000007
【図５】
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