(57)【要約】【課題】  高速回転での研磨操作において、面内均一性に優れ、かつ研磨速度の安定性に優れる研磨パッドを提供することを目的とする。また、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。【解決手段】  研磨層とクッション層とを有する研磨パッドにおいて、前記クッション層は、１００Ｈｚと１Ｈｚにおける動的貯蔵弾性率の比（Ｒ＝Ｅ’１００／Ｅ’１）が１．３以下であることを特徴とする研磨パッド。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨層とクッション層とを有する研磨パッドにおいて、前記クッション層は、１００Ｈｚと１Ｈｚにおける動的貯蔵弾性率の比（Ｒ＝Ｅ’１００／Ｅ’１）が１．３以下であることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
前記クッション層は、連続気泡構造を有するポリウレタンフォームである請求項１記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記クッション層は、連続気泡構造を有するポリウレタンフォームを熱圧縮成形したものである請求項１記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記クッション層は、連続気泡構造を有するポリウレタンフォームに硬化型樹脂を含浸させて、熱圧縮成形し、さらに前記硬化型樹脂を硬化させたものである請求項１記載の研磨パッド。
【請求項５】
請求項１〜４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】
本発明はレンズ、反射ミラー等の光学材料やシリコンウエハ、ハードディスク用のガラス基板、アルミ基板、及び一般的な金属研磨加工等の高度の表面平坦性を要求される材料の平坦化加工を安定、かつ高い研磨効率で行うことが可能な研磨パッドに関するものである。本発明の研磨パッドは、特にシリコンウエハ並びにその上に酸化物層、金属層等が形成されたデバイスを、さらにこれらの酸化物層や金属層を積層・形成する前に平坦化する工程に好適に使用される。
【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盤があげられる。シリコンウエハは、ＩＣ、ＬＳＩ等の製造工程において、回路形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、酸化物膜や金属膜を積層・形成する各工程において、表面を高精度に平坦に仕上げることが要求される。このような研磨仕上げ工程においては、一般的に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、半導体ウエハ等の加工物は研磨ヘッドに固着される。そして双方の運動により、プラテンと研磨ヘッドとの間に相対速度を発生させ、さらに砥粒を含む研磨スラリーを研磨パッド上に連続供給することにより、研磨操作が実行される。
【０００３】
配線用の金属膜としては、Ａｌ、Ｗ、Ｃｕなどがある。この中でＣｕは、低抵抗化が図れること、高いエレクトロマイグレーション耐性があることなどの利点があり、次世代配線材料として期待されている。Ｃｕ膜を研磨する際には、低圧力かつ高速回転で研磨操作が行われている。
【０００４】
このような高速回転での研磨操作において、研磨パッドの研磨特性としては、面内均一性に優れ、研磨速度の安定性に優れることが要求される。金属膜を研磨するための研磨パッドとしては、例えば、以下のものが提案されている。
【０００５】
ベースと、弾性材料でできており、４ｐｓｉ〜２０ｐｓｉの圧縮力がかかった時の水圧モジュールが１ｐｓｉの圧縮力に対して２５０ｐｓｉである第一層と、弾性材料でできており、前記第一層の水圧モジュールより大きい第一層とからなる平坦化パッドが開示されている（特許文献１）。
【０００６】
ベースと、約４ｐｓｉを超える圧縮圧力を受けたときに６ミクロン／ｐｓｉよりも大きい歪定数を有する弾性材料でできた第１層と、前記所定の圧縮圧力を受けたときに約３ミクロン／ｐｓｉよりも小さい歪定数を有する弾性可とう性材料でできた第２層とからなる研磨パッドが開示されている（特許文献２）。
【０００７】
上記研磨パッドは平坦化特性に優れるものであるが、研磨速度の安定性の面でやや問題があった。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２１０２８号公報
【特許文献２】特許第３４４２７７２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、高速回転での研磨操作において、面内均一性に優れ、かつ研磨速度の安定性に優れる研磨パッドを提供することを目的とする。また、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】
【００１０】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す研磨パッドにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、研磨層とクッション層とを有する研磨パッドにおいて、前記クッション層は、１００Ｈｚと１Ｈｚにおける動的貯蔵弾性率の比（Ｒ＝Ｅ’１００／Ｅ’１）が１．３以下であることを特徴とする研磨パッド、に関する。
【００１２】
通常クッション層は研磨層よりも柔らかいため、研磨時におけるクッション層のひずみは研磨層よりも大きくなる傾向にある。低圧力かつ高速回転で研磨操作を行うと、通常の研磨操作に比べて広い周波数領域の振動が研磨パッドに加わり、その振動の影響は研磨層よりもクッション層の方が大きいと考えられる。本発明者らは、広い周波数領域において動的貯蔵弾性率の変化が小さい（つまり、動的な硬さの変化が小さい）クッション層を用いることにより、面内均一性に優れ、かつ研磨速度の安定性に優れる研磨パッドが得られることを見出した。
【００１３】
クッション層の１００Ｈｚと１Ｈｚにおける動的貯蔵弾性率を採用した理由は、Ｃｕ等の金属膜の研磨は、通常、研磨荷重１０〜４０ｋＰａ、研磨定盤回転数５０〜１５０ｒｐｍ、及びウエハ回転数５０〜１５０ｒｐｍの条件で行われており、この時に発生する主となる振動の周波数領域が１〜１００Ｈｚの範囲内にあると推察され、より広い領域で周波数依存性の小さいものが求められるからである。
【００１４】
前記クッション層は、１）連続気泡構造を有するポリウレタンフォーム、２）連続気泡構造を有するポリウレタンフォームを熱圧縮成形したもの、又は３）連続気泡構造を有するポリウレタンフォームに硬化型樹脂を含浸させて、熱圧縮成形し、さらに前記硬化型樹脂を硬化させたものであることが好ましい。クッション層として前記材料を用いることにより、動的貯蔵弾性率の比を１．３以下に調整しやすくなる。
【００１５】
さらに本発明は、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の研磨層は、微細気泡を有する発泡体であれば特に限定されるものではない。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、感光性樹脂などの１種または２種以上の混合物が挙げられる。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するポリマーを容易に得ることができるため、研磨層の形成材料として特に好ましい材料である。以下、前記発泡体を代表してポリウレタン樹脂について説明する。
【００１７】
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）、及び鎖延長剤からなるものである。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
上記のイソシアネート成分のうち、芳香族ジイソシアネートと脂環式ジイソシアネートを併用することが好ましく、特にトルエンジイソシアネートとジシクロへキシルメタンジイソシアネートを併用することが好ましい。
【００２１】
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。
【００２２】
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樹脂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樹脂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樹脂から製造される研磨層は硬くなりすぎ、ウエハ表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樹脂は軟らかくなりすぎるため、このポリウレタン樹脂から製造される研磨層は平坦化特性に劣る傾向にある。
【００２３】
高分子量ポリオールと共に、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、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２，３−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、トリメチロールプロパン、グリセリン、１，２，６−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、テトラメチロールシクロヘキサン、メチルグルコシド、ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、スクロース、２，２，６，６−テトラキス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサノール、ジエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、及びトリエタノールアミン等の低分子量ポリオールを併用することができる。また、エチレンジアミン、トリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、及びジエチレントリアミン等の低分子量ポリアミンを併用することもできる。また、モノエタノールアミン、２−（２−アミノエチルアミノ）エタノール、及びモノプロパノールアミン等のアルコールアミンを併用することもできる。これら低分子量ポリオール、低分子量ポリアミン等は１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
ポリウレタン発泡体をプレポリマー法により製造する場合において、プレポリマーの硬化には鎖延長剤を使用する。鎖延長剤は、少なくとも２個以上の活性水素基を有する有機化合物であり、活性水素基としては、水酸基、第１級もしくは第２級アミノ基、チオール基（ＳＨ）等が例示できる。具体的には、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や低分子量ポリアミン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。
【００２５】
本発明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、各々の分子量や研磨パッド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、ポリオール成分と鎖延長剤の合計活性水素基（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、０．８０〜１．２０であることが好ましく、さらに好ましくは０．９９〜１．１５である。イソシアネート基数が前記範囲外の場合には、硬化不良が生じて要求される比重及び硬度が得られず、研磨特性が低下する傾向にある。
【００２６】
ポリウレタン発泡体は、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。
【００２７】
ポリウレタン発泡体の製造は、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、得られるポリウレタン樹脂の物理的特性が優れており好適である。
【００２８】
前記ポリウレタン発泡体の製造は、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、イソシアネート成分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成分が活性水素基含有化合物となる。
【００２９】
ポリウレタン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、化学的発泡法などが挙げられる。
【００３０】
特に、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。かかるシリコン系界面活性剤としては、ＳＨ−１９２及びＬ−５３４０（東レダウコーニングシリコーン社製）、Ｂ８４６５（ゴールドシュミット社製）等が好適な化合物として例示される。
【００３１】
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よい。
【００３２】
微細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（第１成分）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（第２成分）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金型に流し込む。
４）硬化工程
金型に流し込まれた発泡反応液を加熱し、反応硬化させる。
【００３３】
前記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。
【００３４】
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第１成分に分散させる撹拌装置としては、公知の撹拌装置は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の使用にて微細気泡が得られ好ましい。
【００３５】
なお、発泡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。発泡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。
【００３６】
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。
【００３７】
ポリウレタン発泡体において、第３級アミン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。
【００３８】
ポリウレタン発泡体の製造は、各成分を計量して容器に投入し、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。
【００３９】
また、ポリウレタン発泡体の原料となるプレポリマーを反応容器に入れ、その後鎖延長剤を投入、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て直接シート状のポリウレタン発泡体を得ても良い。
【００４０】
前記ポリウレタン発泡体の平均気泡径は、３０〜８０μｍであることが好ましく、より好ましくは３０〜６０μｍである。この範囲から逸脱する場合は、研磨速度が低下したり、研磨後の被研磨材（ウエハ）のプラナリティ（平坦性）が低下する傾向にある。
【００４１】
前記ポリウレタン発泡体の比重は、０．５〜１．３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、１．３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。
【００４２】
前記ポリウレタン発泡体の硬度は、アスカーＤ硬度計にて、４０〜６５度であることが好ましい。アスカーＤ硬度が４０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。
【００４３】
研磨層の被研磨材と接触する研磨表面は、スラリーを保持・更新するための凹凸構造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、研磨表面に凹凸構造を形成することにより、スラリーの保持と更新をさらに効率よく行うことができ、また被研磨材との吸着による被研磨材の破壊を防ぐことができる。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。
【００４４】
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。
【００４５】
研磨層の厚みは特に限定されるものではないが、通常０．８〜４ｍｍ程度であり、１．０〜２．５ｍｍであることが好ましい。前記厚みの研磨層を作製する方法としては、前記微細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。
【００４６】
本発明においては、１００Ｈｚと１Ｈｚにおける動的貯蔵弾性率の比（Ｒ＝Ｅ’１００／Ｅ’１）が１．３以下であるクッション層を用いる。前記動的貯蔵弾性率の比は１．２５以下であることが好ましく、より好ましくは１．２以下である。
【００４７】
前記特性を有するクッション層としては、例えば、連続気泡構造を有するポリウレタンフォームが挙げられる。
【００４８】
ポリウレタンフォームの形成材料としては、前記研磨層の形成材料と同様のものが挙げられる。
【００４９】
ポリウレタンをフォームにする方法としては、例えば、ａ）ＣＯ２などの低分子ガスを所定の温度、圧力で樹脂中に溶解させた後、急激な減圧・昇温操作により溶解ガスを過飽和状態にさせ樹脂中に気泡を発生させるような物理発泡法、ｂ）低沸点の有機化合物を重合性の樹脂原料に混合し、発泡と同時に硬化させる方法、ｃ）樹脂原料に化学発泡剤（反応物質）を混練した後、所定の温度条件で分解反応させ、ＣＯ２やＮ２などのガスを発生させ樹脂中に気泡を発生させる化学発泡法、ｄ）溶融樹脂を機械的に撹拌して気泡を含有させ、冷却して固化させるか、又は樹脂原料を機械的に撹拌して重合反応により固化させて気泡を強制的に閉じこめる機械発泡法などが挙げられる。
【００５０】
前記ポリウレタンフォームは、例えば、押出し成形法、射出成形法、モールド成形法などにより作製することができる。ポリウレタンフォームを連続気泡構造にする方法としては、例えば、フォームを形成した後に気泡をクラッシングする方法、界面活性剤や触媒の種類、配合量を選定、調整する方法が挙げられる。ポリウレタンフォームの連続気泡率は、９０％以上であることが好ましく、より好ましくは９５％以上である。
【００５１】
また、ポリウレタンフォームを連続気泡構造にするために、ポリマーポリオールを用いてもよく、例えば、アクリロニトリル及び／又はスチレン−アクリロニトリル共重合体からなるポリマー粒子を分散させたポリマーポリオールが挙げられる。
【００５２】
また、ポリウレタンフォームを連続気泡構造にするために、水酸基価が４００〜１８３０ｍｇＫＯＨ／ｇの低分子量ポリオール及び／又はアミン価が４００〜１８７０ｍｇＫＯＨ／ｇの低分子量ポリアミンを用いてもよい。水酸基価は７００〜１２５０ｍｇＫＯＨ／ｇであることが好ましく、アミン価は４００〜９５０ｍｇＫＯＨ／ｇであることが好ましい。特に、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、又は１，４−ブタンジオールを用いることが好ましい。前記低分子量ポリオール等は、ポリオール成分中に合計で２〜１５重量％含有させることが好ましく、より好ましくは５〜１０重量％である。前記低分子量ポリオール等を特定量用いることにより気泡膜が破れやすくなり、連続気泡構造を形成しやすくなる。
【００５３】
ポリウレタンフォームの発泡倍率は１．２〜４倍であることが好ましく、より好ましくは１．５〜２．５倍である。ポリウレタンフォームの発泡倍率は、例えば、樹脂中に添加する低分子ガス、低沸点有機化合物、又は発泡剤の量、機械発泡法の場合には撹拌翼の回転速度や撹拌時間などにより調整することができる。
【００５４】
ポリウレタンフォームのアスカーＣ硬度は４０〜８０度であることが好ましく、より好ましくは５０〜７０度である。ポリウレタンフォームのアスカーＣ硬度は、ポリマーの分子量、架橋密度、発泡倍率等を適宜調整することにより目的の値にすることができる。
【００５５】
また、クッション層として、前記連続気泡構造を有するポリウレタンフォームを熱圧縮成形した熱圧縮ポリウレタンフォームを用いてもよい。熱圧縮成形することにより、前記動的貯蔵弾性率の比をより小さくすることができる。熱圧縮時の温度は１００〜２５０℃であることが好ましく、より好ましくは１７０〜２１０℃である。また、熱圧縮時の時間は１〜５分であることが好ましく、より好ましくは２〜３分である。また、熱圧縮時の圧縮率は３０〜８０％であることが好ましく、より好ましくは４０〜６０％である。熱圧縮ポリウレタンフォームのアスカーＣ硬度は４０〜８０度であることが好ましく、より好ましくは５０〜７０度である。
【００５６】
また、クッション層として、前記連続気泡構造を有するポリウレタンフォームに硬化型樹脂を含浸させて、熱圧縮成形し、さらに前記硬化型樹脂を硬化させた樹脂含浸熱圧縮ポリウレタンフォームを用いてもよい。硬化型樹脂を含浸硬化させ、熱圧縮成形することにより、前記動的貯蔵弾性率の比をより小さくすることができる。含浸させる硬化型樹脂としては、例えば、湿気硬化型ポリウレタン、湿気硬化型シリコーン樹脂、湿気硬化型シリコーンゴム、湿気硬化型アクリル樹脂、及び湿気硬化型エポキシ樹脂などの湿気硬化型樹脂；熱硬化型ポリウレタン、熱硬化型フェノール樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型アクリル樹脂、熱硬化型シリコーン樹脂、及び熱硬化型シリコーンゴムなどの熱硬化型樹脂；紫外線硬化型ポリエステルアクリレート、紫外線硬化型ウレタンアクリレート、紫外線硬化型エポキシアクリレート、及び紫外線硬化型シリコーンゴムなどの紫外線硬化型樹脂などが挙げられる。これらのうち、熱硬化型樹脂及び湿気硬化型樹脂は、熱圧縮成形と同時に硬化させることができるため好適に用いられる。前記硬化型樹脂は、ポリウレタンフォーム１００重量部に対して３〜５０重量部含浸させることが好ましく、より好ましくは５〜１５重量部である。また、熱圧縮時の諸条件は前記と同様である。樹脂含浸熱圧縮ポリウレタンフォームのアスカーＣ硬度は４０〜８０度であることが好ましく、より好ましくは５０〜７０度である。
【００５７】
クッション層の厚さは特に制限されないが、通常０．５〜５ｍｍ程度であり、好ましくは０．５〜２ｍｍである。
【００５８】
本発明の研磨パッドは、例えば、研磨層とクッション層とを両面テープで貼り合わせる方法、クッション層上に研磨層の形成材料を塗布し硬化させて一体的に形成する方法などにより作製される。
【００５９】
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。また、基材を有さないテープの使用も可能である。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。
【００６０】
本発明の研磨パッドは、プラテンと接着する面に両面テープが設けられていてもよい。該両面テープとしては、上述と同様に基材の両面に接着層を設けたものを用いることができる。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。
【００６１】
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（研磨層）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（ポリシングヘッド）５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、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。
【００６２】
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】
【００６３】
以下、本発明を実施例を上げて説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００６４】
［測定、評価方法］
（平均気泡径）
作製したポリウレタン発泡体を厚み１ｍｍ以下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もの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、ＳＥＭ（Ｓ−３５００Ｎ、日立サイエンスシステムズ（株））を用いて１００倍で観察した。得られた画像を画像解析ソフト（ＷｉｎＲｏｏｆ、三谷商事（株））を用いて、任意範囲の全気泡径を測定し、平均気泡径を算出した。
【００６５】
（比重）
ＪＩＳ  Ｚ８８０７−１９７６に準拠して行った。作製したポリウレタン発泡体を４ｃｍ×８．５ｃｍの短冊状（厚み：任意）に切り出したもの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。
【００６６】
（Ｄ硬度）
ＪＩＳ  Ｋ６２５３−１９９７に準拠して行った。作製したポリウレタン発泡体を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（高分子計器社製、アスカーＤ型硬度計）を用い、６０秒後の硬度を測定した。
【００６７】
（Ｃ硬度）
ＪＩＳ  Ｋ−７３１２に準拠して行った。実施例及び比較例のクッション層を５ｃｍ×５ｃｍ（厚み：任意）の大きさに切り出したものをサンプルとし、温度２３℃±２℃、湿度５０％±５％の環境で１６時間静置した。測定時には、サンプルを重ね合わせ、厚み１０ｍｍ以上とした。硬度計（高分子計器社製、アスカーＣ型硬度計、加圧面高さ：３ｍｍ）を用い、加圧面を接触させてから３０秒後の硬度を測定した。
【００６８】
（貯蔵弾性率）
ＪＩＳ  Ｋ７１９８−１９９１に準拠して行った。φ７ｍｍポンチで打ち抜いたクッション層を動的粘弾性測定用試料とし、該試料を温度２３℃、湿度５０％の環境条件で２４時間以上静置した。測定には動的粘弾性スペクトロメーター（ＵＢＭ社製、レオゲルＥ−４０００）を用い、１Ｈｚ、１００Ｈｚにおける貯蔵弾性率Ｅ’１、Ｅ’１００を測定した。その際の測定条件を下記に示す。
＜測定条件＞
冶具：圧縮冶具φ１５ｍｍ
形状：φ７ｍｍ
静荷重：３００ｇ／ｃｍ２
周波数：１Ｈｚ、１００Ｈｚ
圧縮歪：１μｍ
測定温度：２３±２℃
【００６９】
（連続気泡率の測定）
連続気泡率はＡＳＴＭ−２８５６−９４−Ｃ法に準拠して測定した。ただし、円形に打ち抜いたクッション層を１０枚重ねたものを測定サンプルとした。測定器は、空気比較式比重計９３０型（ベックマン株式会社製）を用いた。連続気泡率は下記式により算出した。  
連続気泡率（％）＝〔（Ｖ−Ｖ１）／Ｖ〕×１００
Ｖ：サンプル寸法から算出した見かけ容積（ｃｍ３）
Ｖ１：空気比較式比重計を用いて測定したサンプルの容積（ｃｍ３）
【００７０】
（研磨速度安定性の評価）
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研磨速度安定性の評価を行った。研磨速度安定性は、研磨速度変化率により評価した。研磨速度変化率は下記方法で算出した。まず、作製した研磨パッドを下記条件で３０分間初期ドレスした。
＜初期ドレス条件＞
ドレッサー：旭ダイヤＭタイプ  Ｎｏ１００
圧力：１０ｇ／ｃｍ２
回転数：ドレッサー１０ｒｐｍ、研磨定盤２０ｒｐｍ
初期ドレスした研磨パッドを用いて、ダミーウエハを下記研磨条件で研磨し、その後該研磨パッドを下記条件でEx-situドレスした。前記操作を４枚のダミーウエハについて繰り返し行い、研磨パッドのコンディションを調整した。
＜研磨条件＞
スラリー：シリカスラリー（ＳＳ１２、キャボット社製）
スラリー量：１５０ｍｌ／ｍｉｎ
研磨加工圧力：４５０ｇ／ｃｍ２（低速条件）、１５０ｇ／ｃｍ２（高速条件）
研磨定盤回転数：３５ｒｐｍ（低速条件）、１２０ｒｐｍ（高速条件）
ウエハ回転数：３５ｒｐｍ（低速条件）、１２０ｒｐｍ（高速条件）
研磨時間：１分
＜Ex-situドレス条件＞
ドレッサー：旭ダイヤＭタイプ  Ｎｏ１００
圧力：１０ｇ／ｃｍ２
回転数：ドレッサー１０ｒｐｍ、研磨定盤２０ｒｐｍ
ドレス時間：２０秒
その後、前記研磨パッドを用いて、８インチシリコンウエハに熱酸化膜を１μｍ堆積したサンプルを前記研磨条件で研磨して初期研磨速度（Å／ｍｉｎ）を測定した。その後、該研磨パッドを前記初期ドレス条件で２４時間ドレスし、さらに前記と同様の方法で研磨パッドのコンディションを調整した。その後、該研磨パッドを用いて、８インチシリコンウエハに熱酸化膜を１μｍ堆積したサンプルを前記研磨条件で研磨して２４時間後の研磨速度（Å／ｍｉｎ）を測定した。研磨速度変化率は、初期研磨速度と２４時間後の研磨速度から下記式により算出した。研磨速度変化率は、低速研磨条件の場合に１０％以下であることが好ましく、より好ましくは９％以下である。  
研磨速度変化率（％）＝〔（初期研磨速度−２４時間後の研磨速度）／初期研磨速度〕×１００
【００７１】
（面内均一性の評価）
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を用いて、研磨特性の評価を行った。酸化膜の膜厚測定には、干渉式膜厚測定装置（大塚電子社製）を用いた。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。研磨荷重は４５０ｇ／ｃｍ２（低速条件）、１５０ｇ／ｃｍ２（高速条件）、研磨定盤回転数は３５ｒｐｍ（低速条件）、１２０ｒｐｍ（高速条件）、ウエハ回転数は３５ｒｐｍ（低速条件）、１２０ｒｐｍ（高速条件）とした。  
面内均一性は、８インチシリコンウエハに熱酸化膜が１μｍ堆積したサンプルを用いて上記研磨条件にて１分間研磨を行い、図２に示すようにウエハ上の特定位置２５点の研磨前後の膜厚測定値から研磨速度最大値と研磨速度最小値を求め、その値を下記式に代入することにより算出した。なお、面内均一性の値が小さいほどウエハ表面の均一性が高いことを表す。  
面内均一性（％）＝｛（研磨速度最大値−研磨速度最小値）／（研磨速度最大値＋研磨速度最小値）｝×１００
【００７２】
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、アジプレンＬ−３２５）１００重量部、及びシリコン系界面活性剤（ゴールドシュミット社製、Ｂ８４６５）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）２７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）。このバフ処理したシートを直径６１ｃｍに打ち抜き、表面にφ１．６ｍｍのパーフォレーション加工を行って研磨層を作製した。作製した研磨層は、平均気泡径４５μｍ、比重０．８６、アスカーＤ硬度５３度であった。その後、ラミ機を使用して、研磨層に両面テープ（積水化学工業社製、ダブルタックテープ）を貼り合わせた。
【００７３】
（クッション層の作製）
反応容器内に、ポリプロピレングリコール（三井武田ケミカル社製、ＥＰ３３０Ｎ）９０重量部、ジエチレングリコール１０重量部、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）５重量部、触媒（花王社製、Ｋａｏ−Ｎｏ２５）０．５重量部を混合し、温度を４０℃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５分間激しく撹拌を行った。そして、ミリオネートＭＴＬ（日本ポリウレタン社製）４０重量部を添加した。その後、約１分間撹拌を続けてφ８００ｍｍ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、８０℃で８時間ポストキュアを行い、ポリウレタンフォームを得た。得られたポリウレタンフォームをスライス機（アミテック社製、ＶＧＷ−１２５）を用いて約１．５ｍｍにスライスし、続いてバフ機（アミテック社製）を用いて表面バフをしてクッション層（厚さ：１．２５ｍｍ）を得た。
【００７４】
（研磨パッドの作製）
前記研磨層の片面に設けた両面テープに前記クッション層を貼り合わせた。そして、クッション層の他面にラミ機を使用して前記両面テープを貼り合わせ、研磨層の外周に沿ってクッション層のはみ出し部分を切り取って研磨パッドを作製した。
【００７５】
実施例２
クッション層の作製において、得られたポリウレタンフォームをスライス機を用いて約２．５ｍｍにスライスし、続いて２００℃の熱プレス機で２分間圧縮した以外は実施例１と同様の方法でクッション層（厚さ：１．２５ｍｍ）を作製した。前記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。
【００７６】
実施例３
クッション層の作製において、得られたポリウレタンフォームをスライス機を用いて約２．６ｍｍにスライスし、そして湿気硬化型ウレタン接着剤（日本ポリウレタン社製、ウッドキュアー２２０）をフォームに含浸させ、続いて２００℃の熱プレス機で２分間圧縮すると共に含浸樹脂を硬化させた以外は実施例１と同様の方法でクッション層（厚さ：１．２５ｍｍ）を作製した。なお、含浸樹脂の重量は、ポリウレタンフォーム１００重量部に対して１０重量部であった。前記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。
【００７７】
比較例１
クッション層として、厚さ１．２７ｍｍのｓｕｂａ４００（ハース・ニッタ社製）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。
【００７８】
比較例２
クッション層として、厚さ１．０ｍｍのＰＯＲＯＮ  ＨＨ−４８Ｃ（ロジャース・イノアック社製、独立気泡タイプのポリウレタンフォーム）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。
【００７９】
比較例３
クッション層として、厚さ１．２７ｍｍのｓｕｂａ８００（ハース・ニッタ社製）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。
【００８０】
【表１】
2008226992.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】ＣＭＰ研磨で使用する研磨装置の一例を示す概略構成図
【図２】ウエハ上の膜厚測定位置２５点を示す概略図
【符号の説明】
【００８２】
１：研磨パッド
２：研磨定盤
３：研磨剤（スラリー）
４：被研磨材（半導体ウエハ）
５：支持台（ポリシングヘッド）
６、７：回転軸
【図１】
2008226992.tif 000004
【図２】
2008226992.tif 000005