(57)【要約】      （修正有）【課題】長期間使用した場合であっても光学検知精度が低下することがない研磨パッドを提供すること、及び該研磨パッド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】研磨領域及び光透過領域を含む研磨層を有する研磨パッドにおいて、前記光透過領域の少なくとも裏面は、親水化処理されていることを特徴とする研磨パッド。【選択図】図１
2008221367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨領域及び光透過領域を含む研磨層を有する研磨パッドにおいて、前記光透過領域の少なくとも裏面は、親水化処理されていることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
前記光透過領域の裏面は、界面活性剤及び／又は親水性ポリマーが塗布されている請求項１記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記光透過領域は、界面活性剤を０．１〜５重量％含有する請求項１記載の研磨パッド。
【請求項４】
請求項１〜３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、半導体ウエハなどの被研磨体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に関し、詳しくは、研磨状況等を光学的手段により検知するための窓を有する研磨パッド、及び該研磨パッドを用いた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、半導体ウエハ（以下、ウエハともいう）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、ウエハの被研磨面を研磨パッドの研磨面に押し付けた状態で、砥粒が分散されたスラリー状の研磨剤（以下、スラリーという）を用いて研磨する技術である。
【０００４】
ＣＭＰで一般的に使用する研磨装置は、例えば、図１に示すように、研磨パッド１を支持する研磨定盤２と、被研磨体（ウエハなど）４を支持する支持台（ポリシングヘッド）５とウエハの均一加圧を行うためのバッキング材と、研磨剤３の供給機構を備えている。研磨パッド１は、例えば、両面テープで貼り付けることにより、研磨定盤２に装着される。研磨定盤２と支持台５とは、それぞれに支持された研磨パッド１と被研磨体４が対向するように配置され、それぞれに回転軸６、７を備えている。また、支持台５側には、被研磨体４を研磨パッド１に押し付けるための加圧機構が設けてある。
【０００５】
このようなＣＭＰを行う上で、ウエハ表面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が、測定精度や非接触測定における空間分解能の点から光学的検知手段が主流となりつつある。
【０００８】
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】
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。
【００１０】
例えば、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が開示されている（特許文献１）。また、段付の透明プラグが挿入された研磨パッドが開示されている（特許文献２、３）。しかし、従来の研磨パッドは、スラリーが研磨領域と光透過領域との境界（継ぎ目）から漏れ出し、次第に正確な光学検知ができなくなるという問題があった。
【００１１】
前記スラリー漏れの問題を解決することを目的として、透光窓部材の下方にシール性及び弾力性に優れた環状の支持シール材を設ける技術が開示されている（特許文献４）。また、透明な領域と不透明な隣接する領域とを一体成形する技術が開示されている（特許文献５）。
【００１２】
しかし、上記のようにスラリー漏れを十分に防止しても、長期間研磨パッドを使用すると次第に光学検知精度が低下してくるという問題が生じており、該問題の解決が望まれていた。
【００１３】
【特許文献１】特表平１１−５１２９７７号公報
【特許文献２】特開平９−７９８５号公報
【特許文献３】特開平１０−８３９７７号公報
【特許文献４】特開２００３−６８６８６号公報
【特許文献５】特表２００３−５０７１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、長期間使用した場合であっても光学検知精度が低下することがない研磨パッドを提供すること、及び該研磨パッド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】
【００１５】
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、研磨パッド用の光透過領域として、下記の光透過領域を用いることにより、上記課題を解決できることを見出した。
【００１６】
すなわち、本発明は、研磨領域及び光透過領域を含む研磨層を有する研磨パッドにおいて、前記光透過領域の少なくとも裏面は、親水化処理されていることを特徴とする研磨パッド、に関する。
【００１７】
研磨領域と光透過領域との境界（継ぎ目）からのスラリー漏れを十分に防止した場合であっても、研磨パッドを長期間使用した際に次第に光学検知精度が低下してくる理由は明らかではないが以下のように考えられる。微量に漏れたスラリー、又は研磨パッドを構成する材料に含まれる水分が光透過領域下の空間部で水蒸気となり、次第に該水蒸気が光透過領域の裏面（研磨表面側と反対側の面）上で結露して微小な水滴が生じる。そして、該水滴により光の散乱や吸収が起こり、次第に光学検知精度が低下すると考えられる。
【００１８】
本発明者らは、光透過領域の少なくとも裏面を親水化処理することにより、水滴の発生を効果的に抑制し、長期間光学検知精度の低下を抑制することができることを見出した。
【００１９】
光透過領域の裏面を親水化処理する方法としては、界面活性剤及び／又は親水性ポリマーを塗布する方法、光透過領域の原料組成物中に界面活性剤及び／又は親水性ポリマーを添加する方法が挙げられる。
【００２０】
界面活性剤を添加する場合、光透過領域中に０．１〜５重量％添加することが好ましい。界面活性剤の添加量が０．１重量％未満の場合には光学検知精度の低下抑制効果が十分に得られず、一方、５重量％を超える場合には、光透過領域の作製が困難になったり、界面活性剤が研磨面側にブリードアウトして研磨に悪影響がでる恐れがある。
【００２１】
また、本発明は、前記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、に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の研磨パッドは、研磨領域および光透過領域を少なくとも有する。
【００２３】
光透過領域の主原料は特に制限されないが、研磨を行っている状態で高精度の光学終点検知を可能とし、波長３００〜８００ｎｍの全範囲で光透過率が４０％以上である材料を用いることが好ましく、より好ましくは光透過率が５０％以上の材料である。そのような材料としては、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、及びアクリル樹脂などの熱硬化性樹脂；ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ハロゲン系樹脂（ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなど）、ポリスチレン、及びオレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）などの熱可塑性樹脂；紫外線や電子線などの光により硬化する光硬化性樹脂、及び感光性樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。光硬化性樹脂を使用する場合には、光重合開始剤を併用することが好ましい。これらのうち、研磨領域に用いられる形成材料や研磨領域の物性に類似する材料を用いることが好ましい。特に、研磨中のドレッシング痕による光透過領域の光散乱を抑制できる耐摩耗性の高いポリウレタン樹脂が望ましい。
【００２４】
前記ポリウレタン樹脂は、イソシアネート成分、ポリオール成分（高分子量ポリオール、低分子量ポリオールなど）、及び鎖延長剤等からなるものである。
【００２５】
イソシアネート成分としては、ポリウレタンの分野において公知の化合物を特に限定なく使用できる。イソシアネート成分としては、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；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；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、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が挙げられる。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。
【００２６】
イソシアネート成分としては、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。
【００２７】
高分子量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。
【００２８】
また、ポリオールとして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よい。
【００２９】
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、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−ビスーメチルアンスラニレート、４，４’−メチレン−ビスーアンスラニリックアシッド、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ージ−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。
【００３０】
前記ポリウレタン樹脂におけるイソシアネート成分、ポリオール成分、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光透過領域の所望物性などにより適宜変更できる。
【００３１】
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。
【００３２】
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、研磨時のポリウレタン樹脂の安定性及び透明性の観点から、事前にイソシアネート成分とポリオール成分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好ましい。また、前記プレポリマーのＮＣＯ重量％は２〜８重量％程度であることが好ましく、さらに好ましくは３〜７重量％程度である。ＮＣＯ重量％が２重量％未満の場合には、反応硬化に時間がかかりすぎて生産性が低下する傾向にあり、一方ＮＣＯ重量％が８重量％を超える場合には、反応速度が速くなり過ぎて空気の巻き込み等が発生し、ポリウレタン樹脂の透明性や光透過率等の物理特性が悪くなる傾向にある。
【００３３】
光透過領域の裏面を親水化処理する方法としては、例えば、光透過領域の原料組成物中に界面活性剤及び／又は親水性ポリマーを添加する方法が挙げられる。
【００３４】
界面活性剤は、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、及び非イオン界面活性剤のいずれも用いることができる。これらは１種で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００３５】
アニオン界面活性剤としては、例えば、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル脂肪酸塩、アルキルホスフェート塩、アシル化アミノ酸塩、アルキルアミドエーテル硫酸塩等が挙げられる。これらアニオン界面活性剤のアルキル基としては炭素数５〜３０、特に８〜１８のものが好ましく、アシル基としては炭素数６〜３１、特に７〜１７のものが好ましい。また塩としては、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、総炭素数１〜２２のアルキル若しくはアルケニルアミン塩、総炭素数１〜２２のアルカノールアミン塩、塩基性アミノ酸塩等が挙げられ、好ましくはアルカリ金属塩、特に好ましくはナトリウム塩、カリウム塩である。これらは１種で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００３６】
カチオン界面活性剤としては、四級アンモニウム塩、三級アミン型化合物の塩を含み、モノ長鎖アルキル（Ｃ１２〜２２）四級アンモニウム塩、ジ長鎖アルキル（Ｃ１２〜２２）四級アンモニウム塩、分岐鎖アルキル（Ｃ１２〜２８）四級アンモニウム塩、アルキルオキシアルキレン三級アミン塩、アルキルアミドアルキレン三級アミン塩等が挙げられる。具体的には、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム、塩化セチルトリメチルアンモニウム、臭化セチルトリメチルアンモニウム、塩化ステアリルトリメチルアンモニウム、臭化ステアリルトリメチルアンモニウム、臭化ラウリルトリメチルアンモニウム、塩化ジアルキルジメチルアンモニウム、塩化ジセチルジメチルアンモニウム、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム、塩化ジココイルジメチルアンモニウム、塩化ミリスチルジメチルベンジルアンモニウム、塩化ステアリルジメチルベンジルアンモニウム、Ｎ，Ｎ−ジメチルオクタデシロキシプロピルアミン、ステアラミドプロピルジメチルアミン等が挙げられる。これらは１種で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００３７】
両性界面活性剤としては、カルボン酸塩型、スルホン酸塩型、硫酸エステル塩型またはリン酸エステル塩型が挙げられる。カルボン酸塩型はアミノ酸型とベタイン型に大別される。アミノ酸型としては、例えば、アルキルアミノプロピオン酸塩、アルキルイミノジプロピオン酸塩、アルキルアミノ酢酸塩、アルキルイミノジ酢酸などが挙げられる。ベタイン型としては、例えば、アルキルジメチルベタイン、アルキルジヒドロキシエチルベタインなどが挙げられる。スルホン酸塩型としては、例えば、アルキルエタンスルホン酸塩（アルキルタウリン塩）などが挙げられる。硫酸エステル塩型としては、例えば、ヒドロキシエチルイミダゾリン硫酸エステルなどが挙げられる。リン酸エステル塩型としては、例えば、アルキルヒドロキシエチルリン酸エステル塩、レシチンなどが挙げられる。これらは１種で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００３８】
非イオン界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンヒマシ油、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラノリン、ポリオキシエチレンラノリンアルコール等を挙げることができる。これらは１種で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００３９】
界面活性剤を添加する場合、光透過領域中に０．１〜５重量％添加することが好ましく、より好ましくは０．１〜３．５重量％である。
【００４０】
親水性ポリマーとしては、例えば、（メタ）アクリル酸；（メタ）アクリルアミド；Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド；Ｎ−ビニルピロリドン及びＮ−（２−（メタ）アクリロイルオキシエチル）−２−ピロリドンなどのピロリドン類；グリセリル（メタ）アクリレート；２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレートなどのヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート類；ポリエチレングリコール（メタ）アクリレートなどのポリアルキレングリコール（メタ）アクリレート類などの親水性モノマー１種又は２種以上からなるポリマーを挙げることができる。
【００４１】
親水性ポリマーを添加する場合、光透過領域中に３〜４０重量％添加することが好ましく、より好ましくは５〜３０重量％である。親水性ポリマーの添加量が３重量％未満の場合には光学検知精度の低下抑制効果が十分に得られず、一方、４０重量％を超える場合には吸水により光透過領域が柔らかくなり、表面に傷が付きやすくなって光学検知精度に悪影響を及ぼす恐れがある。
【００４２】
光透過領域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、所定厚みのキャビティーを持った金型に光透過領域形成材料を流し込み硬化させる方法、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。なお、光透過領域に気泡がある場合には、光の散乱により反射光の減衰が大きくなり研磨終点検出精度や膜厚測定精度が低下する傾向にある。したがって、このような気泡を除去するために前記材料を混合する前に１０Ｔｏｒｒ以下に減圧することにより材料中に含まれる気体を十分に除去することが好ましい。また、混合後の撹拌工程においては気泡が混入しないように、通常用いられる撹拌翼式ミキサーの場合には、回転数１００ｒｐｍ以下で撹拌することが好ましい。また、撹拌工程においても減圧下で行うことが好ましい。さらに、自転公転式混合機は、高回転でも気泡が混入しにくいため、該混合機を用いて撹拌、脱泡を行うことも好ましい方法である。
【００４３】
また、光透過領域の裏面を親水化処理する方法として、前記方法で作製した光透過領域の片面に、前記界面活性剤及び／又は親水性ポリマーをコーティングする方法を採用してもよい。乾燥後のコーティング膜の厚さは特に制限されず、少なくともコーティング膜が光透過領域の裏面を被覆していればよい。
【００４４】
光透過領域の形状は特に制限されるものではないが、研磨領域の開口部と同様の形状、大きさにすることが好ましい。
【００４５】
光透過領域の厚さは特に制限されるものではないが、研磨領域の厚みと同一厚さ、またはそれ以下にすることが好ましい。光透過領域が研磨領域より厚い場合には、研磨中に突き出た部分によりウエハを傷つける恐れがある。
【００４６】
研磨領域の形成材料は、研磨層の材料として通常用いられるものであれば特に制限なく使用できるが、本発明においては微細発泡体を用いることが好ましい。例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ハロゲン系樹脂（ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなど）、ポリスチレン、オレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）、エポキシ樹脂、及び感光性樹脂などが挙げられる。これらは単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。なお、研磨領域の形成材料は、光透過領域と同組成でも異なる組成であってもよい。
【００４７】
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ため、研磨領域の形成材料として特に好ましい材料である。ポリウレタン樹脂は、イソシアネート成分、ポリオール成分、及び鎖延長剤からなるものである。
【００４８】
使用するイソシアネート成分は特に制限されず、例えば前記のイソシアネートが挙げられる。
【００４９】
使用するポリオール成分は特に制限されず、例えば前記の高分子量ポリオールが挙げられる。なお、高分子量ポリオールの数平均分子量は、特に限定されるものではないが、得られるポリウレタンの弾性特性等の観点から５００〜２０００であることが好ましい。数平均分子量が５００未満であると、これを用いたポリウレタンは十分な弾性特性を有さず、脆いポリマーとなる。そのためこのポリウレタンから製造される研磨パッドは硬くなりすぎ、被研磨体の研磨面のスクラッチの原因となる。また、摩耗しやすくなるため、パッド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、これを用いたポリウレタンは軟らかくなるため、このポリウレタンから製造される研磨パッドは平坦化特性に劣る傾向にある。
【００５０】
また、ポリオール成分としては、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することもできる。
【００５１】
また、ポリオール成分中の高分子量ポリオールと低分子量ポリオールの比は、これらから製造される研磨領域に要求される特性により決められる。
【００５２】
鎖延長剤としては、４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）（ＭＯＣＡ）、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、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−ｐ−アミノベンゾエート、４，４’−ジアミノ−３，３’，５，５’−テトラエチルジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジイソプロピル−５，５’−ジメチルジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’，５，５’−テトライソプロピ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、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、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、ｍ−キシリレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、及びｐ−キシリレンジアミン等に例示されるポリアミン類、あるいは、上述した低分子量ポリオール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。
【００５３】
前記ポリウレタン樹脂におけるイソシアネート成分、ポリオール成分、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領域の所望物性などにより種々変え得る。研磨特性に優れる研磨領域を得るためには、ポリオール成分と鎖延長剤の合計官能基（水酸基＋アミノ基）数に対するイソシアネート成分のイソシアネート基数は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。
【００５４】
前記ポリウレタン樹脂は、前記記載の方法と同様の方法により製造することができる。なお、必要に応じてポリウレタン樹脂に酸化防止剤等の安定剤、界面活性剤、滑剤、顔料、充填剤、帯電防止剤、その他の添加剤を添加してもよい。
【００５５】
前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、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るシリコン系界面活性剤を使用した機械的発泡法が好ましい。該シリコン系界面活性剤としては、ＳＨ−１９２、Ｌ−５３４０（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。
【００５６】
研磨領域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。
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発泡工程
イソシアネート末端プレポリマーにシリコン系界面活性剤を添加し、非反応性気体の存在下で撹拌し、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。前記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、混合、撹拌して発泡反応液とする。
３）注型工程
上記の発泡反応液をモールドに流し込む。
４）硬化工程
モールドに流し込まれた発泡反応液を加熱し、反応硬化させる。
【００５７】
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。
【００５８】
非反応性気体を微細気泡状にしてシリコ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。
【００５９】
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を調整する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。
【００６０】
前記ポリウレタン発泡体の製造方法においては、発泡反応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。金型に発泡反応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。
【００６１】
前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。
【００６２】
前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。
【００６３】
研磨領域は、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して製造される。
【００６４】
微細発泡体からなる研磨領域は、被研磨体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、また被研磨体との吸着による被研磨体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。
【００６５】
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。
【００６６】
研磨領域の厚みは特に限定されるものではないが、０．８〜４ｍｍ程度である。前記厚みの研磨領域を作製する方法としては、前記ポリウレタン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。
【００６７】
研磨領域及び光透過領域を含む研磨層を有する研磨パッドの製造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。なお、下記具体例ではクッション層を設けた研磨パッドについて記載しているが、クッション層を設けない研磨パッドであってもよい。
【００６８】
まず１つめの例は、図２に示すように、所定の大きさに開口した研磨領域９を両面テープ１０と貼り合わせ、その下に研磨領域９の開口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１１を貼り合わせる。次に、クッション層１１に離型紙１３のついた両面テープ１２を貼りあわせ、研磨領域９の開口部に光透過領域８をはめ込み、貼り合わせる方法である。なお、光透過領域８の片面をコーティング膜で親水化処理している場合には、親水化処理面が下面側（研磨裏面側）になるように貼り合わせる。以下の具体例でも同様である。
【００６９】
２つめの具体例としては、図３に示すように、所定の大きさに開口した研磨領域９を両面テープ１０と貼り合わせ、その下にクッション層１１を貼り合わせる。その後、研磨領域９の開口部に合わせるように、両面テープ１０、及びクッション層１１を所定の大きさに開口する。次に、クッション層１１に離型紙１３のついた両面テープ１２を貼りあわせ、研磨領域９の開口部に光透過領域８をはめ込み、貼り合わせる方法である。
【００７０】
３つめの具体例としては、図４に示すように、所定の大きさに開口した研磨領域９を両面テープ１０と貼り合わせ、その下にクッション層１１を貼り合わせる。次に、クッション層１１の反対面に離型紙１３のついた両面テープ１２を貼りあわせ、その後、研磨領域９の開口部に合わせるように、両面テープ１０から離型紙１３まで所定の大きさに開口する。研磨領域９の開口部に光透過領域８をはめ込み、貼り合わせる方法である。なおこの場合、光透過領域８の反対側が開放された状態になり、埃等がたまる可能性があるため、それを塞ぐ部材１４を取り付けることが好ましい。
【００７１】
４つめの具体例としては、図５に示すように、離型紙１３のついた両面テープ１２を貼り合わせたクッション層１１を所定の大きさに開口する。次に所定の大きさに開口した研磨領域９を両面テープ１０と貼り合わせ、これらを開口部が合うように貼りあわせる。そして研磨領域９の開口部に光透過領域８をはめ込み、貼り合わせる方法である。なおこの場合、研磨領域の反対側が開放された状態になり、埃等がたまる可能性があるため、それを塞ぐ部材１４を取り付けることが好ましい。
【００７２】
前記研磨パッドの作成方法において、研磨領域や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。なお、研磨領域の開口部の大きさ及び形状は特に制限されない。
【００７３】
前記クッション層は、研磨領域（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ウエハ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、ウエハ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ことを行う。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ことが好ましい。
【００７４】
前記クッション層の形成材料は特に制限されないが、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、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、及び感光性樹脂などが挙げられる。
【００７５】
研磨領域９に用いられる研磨層とクッション層１１とを貼り合わせる手段としては、例えば、研磨領域とクッション層を両面テープで挟み、プレスする方法が挙げられる。
【００７６】
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、研磨領域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。
【００７７】
クッション層１１と両面テープ１２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。
【００７８】
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。
【００７９】
前記部材１４は、開口部を塞ぐものであれば特に制限されるものではない。但し、研磨を行う際には、剥離可能なものでなければならない。
【００８０】
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１に示すように研磨パッド１を支持する研磨定盤２と、半導体ウエハ４を支持する支持台５（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、研磨剤３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１は、例えば、両面テープで貼り付けることにより、研磨定盤２に装着される。研磨定盤２と支持台５とは、それぞれに支持された研磨パッド１と半導体ウエハ４が対向するように配置され、それぞれに回転軸６、７を備えている。また、支持台５側には、半導体ウエハ４を研磨パッド１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２と支持台５とを回転させつつ半導体ウエハ４を研磨パッド１に押し付け、酸性スラリーを供給しながら研磨を行う。酸性スラリーの流量、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。
【００８１】
これにより半導体ウエハ４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】
【００８２】
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。
【００８３】
（防曇性能の評価）
研磨装置としてＳＰＰ６００Ｓ（岡本工作機械社製）を用い、作製した研磨パッドの防曇性能の評価を行った。光透過領域と定盤との隙間に０．１ｃｃの水滴を落とし、そして研磨パッドを定盤に貼り付けた。８インチのシリコンウエハに熱酸化膜を１μｍ製膜した被研磨体を１枚につき４０秒研磨し、その後光透過領域の裏面の曇りの有無を目視にて確認した。被研磨体を３００枚研磨した後の評価結果を表１に示す。研磨条件としては、スラリーとして、シリカスラリー（ＳＳ１２、キャボット社製）を研磨中に流量１５０ｍｌ／ｍｉｎ添加した。研磨荷重としては３５０ｇ／ｃｍ２、研磨定盤回転数３５ｒｐｍ、被研磨体回転数３０ｒｐｍとした。
【００８４】
実施例１
〔光透過領域の作製〕
熱可塑性ポリウレタンＡ１０６４Ｄ（東洋紡績社製）を用い、インジェクション成型にて光透過領域（縦５６．５ｍｍ、横１９．５ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍ）を作製した。その後、作製した光透過領域の片面にソルビタンモノラウレートを０．５重量％含む水溶液を塗布し、６０℃で３０分間乾燥させてコーティング膜を形成した。
【００８５】
〔研磨領域の作製〕
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、アジプレンＬ−３２５、ＮＣＯ濃度：２．２２ｍｅｑ／ｇ）１００重量部、及びシリコン系界面活性剤（東レダウコーニングシリコーン社製、ＳＨ−１９２）３重量部を混合し、温度を８０℃に調整した。撹拌翼を用いて、回転数９００ｒｐｍで反応系内に気泡を取り込むように約４分間激しく撹拌を行った。そこへ予め１２０℃で溶融した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重量部を添加した。その後、約１分間撹拌を続けてパン型のオープンモールドへ反応溶液を流し込んだ。この反応溶液の流動性がなくなった時点でオーブン内に入れ、１１０℃で６時間ポストキュアを行い、ポリウレタン発泡体ブロックを得た。このポリウレタン発泡体ブロックをバンドソータイプのスライサー（フェッケン社製）を用いてスライスし、ポリウレタン発泡体シートを得た。次にこのシートをバフ機（アミテック社製）を使用して、所定の厚さに表面バフをし、厚み精度を整えたシートとした（シート厚み：１．２７ｍｍ）。このバフ処理をしたシートを所定の直径（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。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、その後、この溝加工したシートの所定位置に光透過領域をはめ込むための開口部Ａ（５７ｍｍ×２０ｍｍ）を打ち抜いて両面テープ付き研磨領域を作製した。
【００８６】
〔研磨パッドの作製〕
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、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。次に、クッション層表面に両面テープを貼り合わせた。そして、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×１４ｍｍの大きさでクッション層を打ち抜き、開口部Ｂを形成した。そして、作製した光透過領域を親水性層が下面になるように開口部Ａ内にはめ込んで研磨パッドを作製した。
【００８７】
実施例２
〔光透過領域の作製〕
熱可塑性ポリウレタンＡ１０６４Ｄ（東洋紡績社製）９８重量部及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム２重量部を混合し、該混合物を用いてインジェクション成型にて光透過領域（縦５６．５ｍｍ、横１９．５ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍ）を作製した。
【００８８】
〔研磨パッドの作製〕
上記光透過領域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３
熱可塑性ポリウレタンＡ１０６４Ｄ（東洋紡績社製）を用い、インジェクション成型にて光透過領域（縦５６．５ｍｍ、横１９．５ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍ）を作製した。その後、作製した光透過領域の片面にポリエチレングリコールメタクリレートを０．５重量％及びＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドを０．１重量％含むエタノール溶液を塗布し、６０℃で３０分間乾燥させてコーティング膜を形成した。
【００９０】
〔研磨パッドの作製〕
上記光透過領域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】
比較例１
〔光透過領域の作製〕
熱可塑性ポリウレタンＡ１０６４Ｄ（東洋紡績社製）を用い、インジェクション成型にて光透過領域（縦５６．５ｍｍ、横１９．５ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍ）を作製した。
【００９２】
〔研磨パッドの作製〕
上記光透過領域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。
【表１】
2008221367.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】ＣＭＰ研磨で使用する従来の研磨装置の一例を示す概略構成図
【図２】本発明の研磨パッドの一例を示す概略断面図
【図３】本発明の研磨パッドの他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】本発明の研磨パッドの他の一例を示す概略断面図
【図６】本発明の終点検出装置を有するＣＭＰ研磨装置の一例を示す概略構成図
【符号の説明】
【００９４】
１：研磨パッド
２：定盤
３：研磨剤（スラリー）
４：被研磨体（ウエハ）
５：被研磨体（ウエハ）支持台（ポリシングヘッド）
６、７：回転軸
８：光透過領域
９：研磨領域
１０、１２：両面テープ
１１：クッション層
１３：離型紙（フィルム）
１４：開口部を塞ぐ部材
１５：レーザー干渉計
１６：レーザービーム
【図１】
2008221367.tif 000004
【図２】
2008221367.tif 000005
【図３】
2008221367.tif 000006
【図４】
2008221367.tif 000007
【図５】
2008221367.tif 000008
【図６】
2008221367.tif 000009