(57)【要約】【課題】砥粒の離脱を防止すると共に，研磨効率を向上させた固定砥粒研磨パッド及び固定砥粒研磨パッドを使用したシリコンウェハの研磨方法を提供する。【解決手段】シリコンウェハを押圧し，シリコンウェハとの間にアルカリ性溶液を研磨液として供給しながらシリコンウェハとの相対運動によってシリコンウェハを研磨するための固定砥粒研磨パッドであって，固定砥粒研磨パッドは，少なくともハードセグメントとソフトセグメントとからなるポリウレタン結合材と水酸基を持つ砥粒，あるいは水酸基を付与した砥粒とから構成されると共に，ハードセグメントの分子量は，分子量比で全体の２０％以上６０％以下の範囲にある。【選択図】  図２
2004337992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェハを押圧し，前記シリコンウェハとの間にアルカリ性溶液を研磨液として供給しながら前記シリコンウェハとの相対運動によって前記シリコンウェハを研磨するための固定砥粒研磨パッドであって，
前記固定砥粒研磨パッドは，少なくともハードセグメントとソフトセグメントとからなるポリウレタン結合材と，水酸基を持つ砥粒あるいは水酸基を付与した砥粒とから構成されると共に，
前記ハードセグメントの分子量は，分子量比で全体の２０％以上６０％以下の範囲にある，
ことを特徴とする固定砥粒研磨パッド。
【請求項２】
前記ハードセグメントは多官能インシアネートであり，前記ソフトセグメントは多官能ポリオールである，
ことを特徴とする請求項１に記載の固定砥粒研磨パッド。
【請求項３】
前記ハードセグメントと前記ソフトセグメントとの間は，ウレタン結合，ウレア結合，あるいはアミド結合のうちいずれか１つあるいは複数の結合によって結合されている，ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固定砥粒研磨パッド。
【請求項４】
前記水酸基を持つ砥粒は，その構造中に水酸基を有するシリカあるいはアルミナであり，前記水酸基を付与した砥粒は，ダイヤモンド，ＣＢＮ，ジルコニア，セリア，酸化マンガン，酸化チタン，炭酸カルシウム，炭酸バリウム，酸化マグネシウム，アルミナ−シリカ系，あるいは炭化ケイ素に水酸基を付与したものである，ことを特徴とする請求項１，２あるいは３項のうちいずれか１項に記載の固定砥粒研磨パッド。
【請求項５】
請求項１〜請求項４に記載の固定砥粒研磨パッドによりシリコンウェハを押圧し，前記固定砥粒研磨パッドと前記シリコンウェハとの間にＰＨ１０以上のアルカリ性溶液からなる研磨液を供給しながら，前記固定砥粒研磨パッドと前記シリコンウェハとの相対運動によって前記シリコンウェハを研磨する，ことを特徴とする固定砥粒研磨パッドを使用したシリコンウェハの研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，固定砥粒研磨パッド，及び固定砥粒研磨パッドを使用したシリコンウェハの研磨方法に関し，さらに詳細には，シリコンウェハを押圧し，シリコンウェハとの間にアルカリ性溶液を研磨液として供給しながらシリコンウェハとの相対運動によってシリコンウェハを研磨するための固定砥粒研磨パッド及び固定砥粒研磨パッドを使用したシリコンウェハの研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より，不織布の研磨パッドと遊離砥粒を含む研磨液とを使用したＣＭＰ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械的研磨法）が既知である。また，近年においては，加工コストの低減や環境に配慮したＣＭＰ法が求められている。特に，廃液処理は大きな問題となっている。
【０００３】
また，上記遊離砥粒を含む研磨液を使用したＣＭＰ法では，大部分の遊離砥粒（例えばシリカなど）が廃液中に残存してしまうので，簡便に廃液を処理することができなかった。通常，研磨時の砥粒の消費量は，砥粒全体の３〜４％程度であることから，大部分の砥粒が研磨に寄与することなく無駄に消費されているのが実情である。このように，従来のＣＭＰ法は，加工コストの低減や環境に配慮した加工に十分対応することができなかった。
【０００４】
このような背景から，遊離砥粒を含有した研磨液を使用せずに，研磨パッドに砥粒を含有させるＣＭＰ法が検討されている。このＣＭＰ法では，大部分の砥粒（例えばシリカなど）が研磨に寄与して消費されるので，廃液中に殆ど砥粒が残存することはない。したがって，廃液を濾過して再利用することが期待できる。また，砥粒が無駄に消費されることがないので，研磨工程のランニングコストを大幅に低減することも可能である（例えば，特願２００２一１６２６３１号参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，固定砥粒研磨パッドと遊離砥粒を含有しない研磨液とを使用したＣＭＰ法では，従来の不織布の研磨パッドと遊離砥粒を含む研磨液とを使用したＣＭＰ法と比較して，半導体ウェハ（シリコンウェハ）の研磨効率（研磨レート）が劣る，という問題がある。さらに，固定砥粒研磨パッドから離脱した砥粒により，半導体ウェハ（シリコンウェハ）などのワークに対して研磨傷（スクラッチ）が発生する，という固定砥粒研磨パッドに特有の問題もある。
【０００６】
したがって，本発明の目的は，固定砥粒研磨パッドによる研磨効率を向上させると共に，砥粒の離脱を防止することが可能な新規かつ改良された固定砥粒研磨パッド及び固定砥粒研磨パッドを使用したシリコンウェハの研磨方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点においては，シリコンウェハを押圧し，前記シリコンウェハとの間にアルカリ性溶液を研磨液として供給しながら前記シリコンウェハとの相対運動によって前記シリコンウェハを研磨するための固定砥粒研磨パッドであって，少なくともハードセグメントとソフトセグメントとからなるポリウレタン結合材と，水酸基を持つ砥粒あるいは水酸基を付与した砥粒とから構成されると共に，前記ハードセグメントの分子量は分子量比で全体の２０％以上６０％以下の範囲にある，ことを特徴とする固定砥粒研磨パッドが提供される。
【０００８】
上記記載の発明では，固定砥粒研磨パッドの砥粒部分が研磨機能を発揮するばかりでなく，固定砥粒研磨パッドの結合材部分においてもシリコンウェハと水素結合を促進させるようにして化学的研磨が実行される。この結果，砥粒部分以外にも結合材部分が研磨に寄与するので，従来よりも研磨効率が向上する。さらに，結合材にハードセグメントを形成することによって，結合材と砥粒との間でも水素結合を促進させることができるので，固定砥粒研磨パッドの砥粒の離脱も防止できる。なお，ハードセグメントとは，樹脂的性質を備えるポリマーあるいはポリマー部分を意味し，ソフトセグメントとは，ゴム的性質を備えるポリマーあるいはポリマー部分をいう。
【０００９】
また，前記ハードセグメントは多官能インシアネートであり，前記ソフトセグメントは多官能ポリオールである，如く構成することができる。
【００１０】
また，前記ハードセグメントと前記ソフトセグメントとの間は，ウレタン結合，ウレア結合，あるいはアミド結合のうちいずれか１つあるいは複数の結合によって結合されている，如く構成することができる。
【００１１】
また，前記水酸基を持つ砥粒は，その構造中に水酸基を有するシリカあるいはアルミナであり，前記水酸基を付与した砥粒は，ダイヤモンド，ＣＢＮ，ジルコニア，セリア，酸化マンガン，酸化チタン，炭酸カルシウム，炭酸バリウム，酸化マグネシウム，アルミナ−シリカ系，あるいは炭化ケイ素に水酸基を付与したものである，如く構成するのが好ましい。
【００１２】
また，上記課題を解決するため，本発明の第２の観点においては，請求項１〜請求項４に記載の固定砥粒研磨パッドによりシリコンウェハを押圧し，前記固定砥粒研磨パッドと前記シリコンウェハとの間にＰＨ１０以上のアルカリ性溶液からなる研磨液を供給しながら，前記固定砥粒研磨パッドと前記シリコンウェハとの相対運動によって前記シリコンウェハを研磨する，ことを特徴とする固定砥粒研磨パッドを使用したシリコンウェハの研磨方法が提供される。
【００１３】
上記記載の発明では，固定砥粒研磨パッドの砥粒部分が研磨機能を発揮するばかりでなく，固定砥粒研磨パッドの結合材部分においてもシリコンウェハと水素結合を促進させるようにして化学的研磨が実行される。この結果，砥粒部分以外にも結合材部分が研磨に寄与するので，従来よりも研磨効率が向上する。さらに，結合材にハードセグメントを形成することによって，結合材と砥粒との間でも水素結合を促進させることができるので，固定砥粒研磨パッドの砥粒の離脱も防止される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
まず，図１に基づいて，第１の実施の形態にかかる固定砥粒研磨パッドが使用される研磨装置の構成について説明する。なお，図１は，本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッドが使用される研磨装置の構成を示す斜視図である。
【００１６】
本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッドが使用される研磨装置１０は，図１に示すように，モータ１２により回転可能な研磨テーブル１４と，研磨テーブル１４上に設けられた固定砥粒研磨パッド１６と，保持したシリコンウェハ３０の研磨面を固定砥粒研磨パッド１６に押しつける基板保持部２０と，基板保持部２０を回転，加圧駆動させる基板保持部駆動手段１８と，研磨テーブル１４上に研磨液２５を供給する研磨液供給口２４などから構成されている。
【００１７】
研磨テーブル１４は，例えば，ステンレス鋼，セラミックスなどで形成された略円盤状のテーブルであり，上面に例えば平滑な水平面を有する。この研磨テーブル１４は，例えばその下方の装置内に設けられたモータ１２の駆動力がスピンドル２６，変速機（図示せず）等を介して伝達されることにより，図１の太矢印の方向に所定速度（例えば４０ｒｐｍ）で回転する。
【００１８】
なお，固定砥粒研磨パッド１６は，研磨テーブル１４上に極力平坦になるよう貼り付けられ，研磨テーブル１４の回転に伴ってシリコンウェハ３０に対して回転運動し，研磨液供給口２４から供給された研磨液２５を介して，シリコンウェハ３０の研磨面が研磨される。かかる固定砥粒研磨パッド１６の詳細は，後述する。
【００１９】
基板保持部駆動手段１８は，ロッド２８を介して基板保持部２０を加圧しながら回転させる機構であり，例えばモータおよびシリンダ（図示せず）等からなる。即ち，例えば，加圧機構であるシリンダにより，シリコンウェハ３０を保持した基板保持部２０を固定砥粒研磨パッド１６に対し例えば垂直方向に押しつけるとともに，回転機構であるモータにより基板保持部２０を図１の細矢印の方向に回転させることができる。また，基板保持部２０を任意の略水平方向に揺動させることが可能なように基板保持部駆動手段１８を構成してもよい。
【００２０】
また，基板保持部（研磨ヘッド，キャリアとも呼ばれる）２０は，全体が略円柱形状を有し，研磨テーブル１４の上方に回転可能に設置される。かかる基板保持部２０は，保持部駆動手段１８とロッド２８を介して連結されており，下面にはシリコンウェハ３０の横ずれを防止するためのリング（リテーナリング）を備えている。
【００２１】
通常の研磨時においては，基板保持部２０は，シリコンウェハ３０を保持した状態で回転しながら，シリコンウェハ３０の研磨面を固定砥粒研磨パッド１６に押圧する。このように固定砥粒研磨パッド１６に押しつけられたシリコンウェハ３０は，反対方向に回転する固定砥粒研磨パッド１６と双方向で擦り合わせられて，研磨面全体が均等に研磨される。
【００２２】
研磨液供給ノズル２４は，シリコンウェハ３０の研磨時に，回転する固定砥粒研磨パッド１６上に研磨液２５を供給する。研磨液２５は，化学反応性物質を含む溶液であり，研磨中にシリコンウェハ３０と固定砥粒研磨パッド１６の間に入り込んでシリコンウェハ３０の研磨面と化学的に反応しながら高精度に平滑化する。なお，本実施形態にかかる研磨液は，シリコンウェハの表面に水酸基を付与するため，アルカリ性溶液を使用する必要がある。
【００２３】
なお，本実施形態にかかる研磨装置には，基板保持部（研磨ヘッド）２０，研磨テーブル１４，研磨液供給ノズル２４には，各々，温調装置（図示せず）が設けられており，上記箇所の温度を適宜好適に設定することにより，より好適な研磨を実行することができる。
【００２４】
次に，図２〜図１１に基づいて，本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッドについて説明する。本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッド１６は，特願２００２一１６２６３１の固定砥粒研磨パッドと同様に，少なくとも多官能インシアネートと，多官能ポリオールと，水またはカルボン酸からなる発泡剤とからなるウレタン結合を有するポリウレタン結合材と，水酸基を有する砥粒又は水酸基を付与した砥粒とから形成されたポリウレタン研磨パッドからなる。
【００２５】
また，本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッド１６は，ポリウレタンのハードセグメントの分子量が分子量比で全体の２０％〜６０％となるように調整されている点で，特願２００２一１６２６３１の固定砥粒研磨パッドとは異なる。この点については，後述する。
【００２６】
まず，図２に示すように，本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッド１６の表面には，溝加工１６ａ，１６ｂが施されている。かかる溝加工は，研磨液を，固定砥粒研磨パッドの全体（特に中心付近）に効率的に均一に行き渡らせるためである。このことにより，ウェハ面内の平坦化，研磨レートの向上，局部的な昇温による熱膨張の防止などを図ることができる。例えば，図２（ａ）に示すような放射状の溝加工や，図２（ｂ）に示すような格子状の溝加工を施すことができる。
【００２７】
図２（ａ）に示すように，固定砥粒研磨パッド１６に放射状溝１６ａを形成する場合には，固定砥粒研磨パッド１６の中心点において放射状に１６〜３２分割する（中心角２２．５°〜１１．２５°で分割する）のが好ましい。また，その溝幅は，例えば１〜２ｍｍであり，かつ溝深さは例えば１〜２ｍｍ程度であるのが好ましい。なお，固定砥粒研磨パッド１６の中心近傍においては，溝１６ａが過度に集中するのを防止するため，中心から所定範囲（例えば中心から１００ｍｍ以内）には溝加工を施さないのが好ましい。
【００２８】
また，図２（ｂ）に示すように，固定砥粒研磨パッド１６に格子状溝１６ｂを形成する場合には，例えば１５ｍｍ〜３０ｍｍ間隔で溝を形成するのが好ましい。
【００２９】
次に，図３〜図１１に基づいて，本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッドにおける化学的結合について説明する。
【００３０】
本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッド１６は，特願２００２一１６２６３１の固定砥粒研磨パッドとは異なり，ポリウレタンのハードセグメントの分子量が分子量比で全体の２０％〜６０％となるように調整されている。かかる構成により，固定砥粒研磨パッドの砥粒部分が研磨機能を発揮するばかりでなく，固定砥粒研磨パッドの結合材部分においてもシリコンウェハと水素結合を促進させるようにして化学的研磨が実行される。この結果，砥粒部分以外にも結合材部分が研磨に寄与するので，従来よりも研磨効率が向上する。なお，ハードセグメントとは，樹脂的性質を備えるポリマーあるいはポリマー部分を意味し，ソフトセグメントとは，ゴム的性質を備えるポリマーあるいはポリマー部分をいう。
【００３１】
まず，図３に示すように，本実施形態にかかるシリカ（ＳｉＯ２）砥粒として，例えばコロイダルシリカ，ヒュームドシリカを使用することができる。コロイダルシリカ，ヒュームドシリカは，図３（ａ）に示す結晶性シリカとは異なり，図３（ｂ）に示すように，表面（構造中の結合端）には，Ｓｉ−ＯＨからなる水酸基（シラノール基）を多く有するので結合材と化学的に結合するのに好適である。なお，コロイダルシリカ（溶液中で合成）と，ヒュームドシリカ（気相中で合成）とは，単に製法が異なるのみで，同一の構造式（ＳｉＯ２）である。
【００３２】
一方，ポリウレタンは，ウレタン結合を有するポリマーの総称であり，図４に示すように，イソシアネート基と水酸基が反応してウレタン結合を形成している。なお，イソシアネートの構造式を図５（ａ）に示し，ポリオールの構造式を図５（ｂ）に示している。このとき，図６（ａ）に示すように，イソシアネートとポリオールが反応してウレタンを形成する。また，図６（ｂ）に示すように，イソシアネートと水が反応して，ウレアと二酸化炭素（気泡）が形成される。この気泡は，樹脂中に残留する。
【００３３】
かかる固定砥粒研磨パッドは，上記説明したシリカ砥粒と結合材（イソシアネート，ポリオール）が化学的に結合して構成されている。砥粒及び結合材を図７に示すような模式図で表現すると，このシリカ砥粒と結合材との化学的な結合（共有結合）は，図８（ａ）に示すように表現することができる。また，実際の化学構造式で示すと，図８（ｂ）に示すように，砥粒（シリカ）の水酸基（−ＯＨ）が，結合材（ウレタン）のインシアネート化合物（‐Ｎ＝Ｃ＝０を有する化合物）と共有結合により化学的に結合されている。
【００３４】
さらに，本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッド１６は，上述したように，特願２００２一１６２６３１の固定砥粒研磨パッドと異なり，ポリウレタンのハードセグメントの分子量が分子量比で全体の２０％〜６０％となるように調整されている。
【００３５】
即ち，本発明者らは，ポリウレタンがハードセグメントとソフトセグメントとからなるブロック構造ポリマーであり，かかるハードセグメントとソフトセグメントとの種類と割合によって，例えば低温及び高温における基礎物性，耐溶剤性，強度，反発弾性などの特性が決定される点に着目した。
【００３６】
そして，ポリウレタンのハードセグメントの分子量を，分子量比で全体の２０％以上６０％以下に制御することにより，シリコンウェハに対して水素結合を促進させることができ，かかる水素結合によって，結合材がシリコンウェハに対して化学的研磨機能を発揮して研磨効率が向上することを見出した。さらに，固定研磨パッド中の水酸基を持つ砥粒（あるいは水酸基を付与した砥粒）に対しても水素結合を促進して，砥粒の離脱も防止されることを見出した。なお，その原理については明確ではないが，以下に，考えられる理由について説明する。
【００３７】
まず，ポリウレタンのウレタン結合材は，ＯＨ基を末端に有するポリオールとＮＣＯ基を有するイソシアネートとが重合して生成されたソフトセグメント（化学式１に示す）と，ＯＨ基を末端に有する鎖延長材とＮＣＯ基を有するイソシアネートとを重合して生成されたハードセグメント（化学式２に示す）とから構成されている。なお，ソフトセグメントとハードセグメントの比率を変えることにより，ゴム弾性体（Ａ硬度）からプラスチック硬さ（Ｄ硬度）まで硬さ調整することができる。
【００３８】
【化１】
2004337992.tif 000003
（化学式１）
【００３９】
【化２】
2004337992.tif 000004
（化学式２）
【００４０】
また，本実施形態にかかるポリウレタン結合材の構造は，ハードセグメントは多官能インシアネートであり，ソフトセグメントは多官能ポリオールである。かかるハードセグメントとソフトセグメントとは，ウレタン結合，ウレア結合，あるいはアミド結合などで結合されている。
【００４１】
ウレタン結合は，多官能インシアネートのインシアネート基と，多官能ポリオールの水酸基とが結合するものであり，以下の（化学式３）のような構造式で示される。
【００４２】
【化３】
2004337992.tif 000005
（化学式３）
【００４３】
ウレア結合は，インシアネートと発泡剤である水が反応してＣ０２が発生したときに同時に起こり，これを構造式で示すと（化学式３）のようになる。
【００４４】
【化４】
2004337992.tif 000006
（化学式４）
【００４５】
アミド結合は，インシアネートと発泡剤であるカルボル酸のカルボキシル基が反応してＣ０２が発生すると同時に起こり，これを構造式で示すと（化学式５）のようになる。
【００４６】
【化５】
2004337992.tif 000007
（化学式５）
【００４７】
上記ウレタン結合，ウレア結合，アミド結合の結合部は，ハードセグメントの部位において形成される。かかるハードセグメントを形成する結合は，極性が強く水素結合を促進させる状態となる。以下に，ウレタン結合の結合部が，水素結合している例を（化学式６）に示す。
【００４８】
【化６】
2004337992.tif 000008
（化学式６）
【００４９】
なお，上記結合部が水素結合される状態は，ウレタン結合だけではなく，ウレア結合及びアミド結合の結合部でも同様な状態となる。
【００５０】
次に，図９に基づいて，本実施形態にかかる固定砥粒研磨パッドの結合材のハードセグメントにおいて，シリコンウェハが化学的研磨される原理を模式的に説明する。
【００５１】
本実施形態にかかる研磨溶液として，アルカリ性溶液が供給されている。このため，シリコンウェハの表面には，図９（ａ）に示すように，アルカリ性溶液により水酸基［−ＯＨ］が付与されている。一方，固定砥粒研磨パッドは，ウレタン結合による［＝Ｏ］部分を有する。
【００５２】
かかるシリコンウェハが固定砥粒研磨パッドにより研磨されると，図９（ｂ）に示すように，シリコンウェハの水酸基［−ＯＨ］がウレタン結合の［＝Ｏ］部分と水素結合する。このことにより，図９（ｃ）に示すように，シリコンウェハの表面が化学的研磨される。
【００５３】
このようにして，固定砥粒研磨パッドの砥粒部分が研磨機能を発揮するばかりでなく，固定砥粒研磨パッドの結合材部分においてもシリコンウェハと水素結合を促進させるようにして化学的研磨が実行される。この結果，砥粒部分以外にも結合材部分が研磨に寄与するため，従来よりも，シリコンウェハの研磨効率が向上される。
【００５４】
また，水酸基を持つ砥粒（あるいは水酸基を付与した砥粒）に対して水素結合を促進させることにより砥粒の離脱も防止される。以下，図１０に基づいて，考えられる理由について説明する。
【００５５】
図１０に示すように，砥粒自身は水酸基［−ＯＨ］を有しており（あるいは砥粒表面には水酸基が付着されており），結合材はウレタン結合の［＝Ｏ］部分を有している。かかる砥粒の水酸基［−ＯＨ］と，結合材のウレタン結合の［＝Ｏ］部分とが水素結合することにより，結合材から砥粒が脱離することを防止するものと考えられる。さらに，シリコンウェハの研磨効率が向上するのに起因して砥粒への負担が軽減されることも，砥粒の脱離が防止されることの理由として考えられる。
【００５６】
このようにして，結合材にハードセグメントが形成されて，結合材と砥粒との間でも水素結合を促進させるので，砥粒の離脱を防止できる。
【００５７】
なお，固定砥粒研磨パッドがハードセグメントとソフトセグメントからなるポリウレタン結合材と水酸基を持つ砥粒（あるいは水酸基を付与した砥粒）とから構成されるという要件以外にも，被研磨物がシリコンウェハであること，及び研磨液としてアルカリ性溶液を使用することが要件として必要となる。
【００５８】
さらに，本発明者は，ポリウレタン結合材のハードセグメントの分子量が分子量比で全体の２０％以上であることを条件として，上記水素結合を促進して研磨効率が向上されること，及びハードセグメントの分子量が分子量比で全体の６０％以下であることを条件としてシリコンウェハにスクラッチの発生が防止されることを見出した。
【００５９】
即ち，ウレタン結合量はハードセグメントの分子量比に比例するので，分子量比が２０％以下の場合であってもウレタン結合が形成されて，多少は水素結合を促進させる状態となるが，分子量比が２０％以下ではウレタン結合量が少ない過ぎるため，研磨性能（研磨レート）の向上に寄与することができない，と考えられる。
【００６０】
一方，分子量比が６０％以上である場合には，ハードセグメントが多すぎるため研磨パッドの硬度が高すぎてしまい，シリコンウェハにスクラッチが発生してしまう，と考えられる。
【００６１】
以上の理由により，ポリウレタン結合材のハードセグメントの分子量を分子量比で全体の２０％以上６０％以下であれば上記シリコンウェハとの水素結合を促進して研磨効率が向上されると共に，シリコンウェハにスクラッチが発生することが防止されるものと考えられる。
【００６２】
上記ハードセグメントは，以下の（化学式７）より，ポリオール［−ＯＨ］（水酸基）の量でも調整することができる。
【００６３】
【化７】
2004337992.tif 000009
（化学式７）
【００６４】
上記（化学式７）により，［−ＯＨ］の量（水酸基価）の多いポリオールを使用すると，対応するインシアネートの配合量が多くなるため，ハードセグメントが多くなる。一方，［−ＯＨ］の量（水酸基価）の少ないポリオールを使用するとハードセグメントが少なくなる。
【００６５】
実際には，水酸基価が異なる例えば４種類（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）のポリオールを組み合せながら，インシアネートの配合量を調節し，ハードセグメントの分子量を調整するのが好ましい。
【００６６】
なお，水酸基を有する砥粒として，上記コロイダルシリカ，ヒュームドシリカシリカ（酸化ケイ素）以外のシリカを含むほか，アルミナ（酸化アルミニウム）などを含む。アルミナとしては，例えばベーマイト，バイヤライトなどのアルミナ水和物が好適である。なお，同一のＡｌ（ＯＨ）を有するが構造を特定できない不定形のものも含まれる。なお，砥粒の平均粒子径は，０．００５〜５０μｍであるのが好ましい。
【００６７】
上記説明では，水酸基を有する砥粒について説明したが，水酸基を付与した砥粒を使用することもできる。例えば，ＴｉＯ２（酸化チタン）などの金属酸化物は，図１１に示すような水和反応で水酸基を付与することができる。但し，Ｍ：金属（例えばＴｉ）。また，複数の異なる素材砥粒に機械的なエネルギを加えて，メカノケミカル的な反応を起こさせて砥粒の複合化（水酸基のある砥粒と水酸基のない砥粒を複合化させて水酸基を挿入）する方法もある。このように，砥粒の種類に応じて各種方法で水酸基を付与することができる。
【００６８】
なお，水酸基を付与した砥粒としては，ダイヤモンド，ＣＢＮ（立方晶窒化硼素），ジルコニア，セリア，酸化マンガン，酸化チタン，炭酸カルシウム，炭酸バリウム，酸化マグネシウム，アルミナーシリカ系，あるいは炭化ケイ素に水酸基を付与したものを使用することができる。
【００６９】
また，ポリウレタン研磨パッドを形成するために，多官能イソシアネートとしては，例えば，トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ），４，４−ジフェニルメタンジイソソアネート（ＭＤＩ），ポリメリックＭＤＩ，キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ），ナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ），パラフェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ），ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ），ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（ＨＭＤＩ），インホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ），リジンジイソシアネート（ＬＤＩ），トリジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）を含む。
【００７０】
多官能ポリオールとしては，例えば，ポリエステルポリオール，ポリエーテル系ポリオール，ポリマーポリオールを含む。
【００７１】
多価アルコール，ポリエステル系ジオールとしては，例えば，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，１，３−ブチレングリコール，１，４−ブチレングリコール，１，６−ヘキサンジオール，１，８−オクタンジオール，ジエチレングリコール，トリエチレングリコール，ジプロピレングリコール，トリプロピレングリコール等ジオールとコハク酸，マレイン酸，アジピン酸，グルタル酸，ピメリン酸，スベリン酸，アゼライン酸，セバシン酸，フタル酸，インフタル酸，テレフタル酸等の縮合物を含む。
【００７２】
ポリマーポリオールとしては，例えば，ポリカーボネートジオール，ポリブタンジオールを含む。
【００７３】
ポリエーテルポリオールとしては，例えば，プロピレンオキシドやエチレンオキシドを付加して得られるポリオキシプロピレングリコール，ポリオキシプロピレン化グリセリン，ポリオキシテトラメチレングリコール，ポリオキシアルキレントリオール等を含む。
【００７４】
多価アルコールとしては，例えば，ポリプロピレングリコール，ポリエチレングリコール，ポリテトラメチレングリコール，ジエチレングリコール，グリセリン，ペンタエリスリトール等を含む。
【００７５】
多官能イソシアネートと多官能ポリオールは，官能基比率で活性水素含有化合物：イソシアネート１：１〜１：１．２の範囲で配合される。活性水素とイソシアネートを反応させる際，例えば，有機錫化合物などの金属化合物系触媒や，トリエチレンジアミンなどのアミン触媒を使用することができる。
【００７６】
また，発泡剤として，水またはカルボン酸を使用することができる。また，発泡倍率がｌ．１〜５倍であるのが好ましい。
【００７７】
また，研磨液は，シリコンウェハの表面に水酸基が付与するため，アルカリ性溶液でなければならない。例えば酸化ナトリウム，水酸化カリウムで調整されたアルカリ性溶液を使用する場合には，例えば水酸化ナトリウム，水酸化カリウム，アミン，アンモニアなどにより調整することができる。
【００７８】
本実施形態においては，固定砥粒研磨パッドの砥粒部分が研磨機能を発揮するばかりでなく，固定砥粒研磨パッドの結合材部分においてもシリコンウェハと水素結合を促進させるようにして化学的研磨が実行される。この結果，砥粒部分以外にも結合材部分が研磨に寄与するため，従来よりも研磨効率が向上する。さらに，結合材にハードセグメントを形成することによって，結合材と砥粒との間でも水素結合を促進させるので，砥粒の離脱を防止できる。
【００７９】
【実施例】
次に，上記実施形態に基づいて，各種ポリウレタン研磨パッドを作製し，ＰＨ１０のアルカリ研磨液を使用して，被研磨物（シリコンウェハ）の研磨効率などを調査したので，以下に具体的に説明する。
【００８０】
なお，本実施例では，固定砥粒研磨パッドとして，ハードセグメントの分子量比を変えた６種類のポリウレタン研磨パッドを使用し，比較例として，従来より市販されている遊離砥粒方式の研磨方法による例を採用した。以下，表１に，本実施例で使用したポリウレタン研磨パッドの物性を示す。
【００８１】
【表１】
2004337992.tif 000010
【００８２】
表１に示すように，分子量２５０〜４０００官能基数２〜５のポリエーテルポリオール（三洋化成社製，商品名：サンニックス），芳香族系インシアネートＮＣＯ基含有量３１％のインシアネート（ダウ・ポリウレタン社製，商品名ＰＡＰＩ１３５），水，アミン系触媒（東ソー社製，商品名ＴＯＹＯＣＡＴ−ＥＴ），シリコーン整泡剤（日本ユニカ一社製，商品名：Ｌ−５３０９）と研磨砥粒を割合（重量部）で配合して，液状混合物を調整した。この液状混合物を金型に注入して，２０〜３０℃の室温で２４時間放置し，発泡硬化させ，ポリウレタン研磨パッドを作製した。
【００８３】
ポリウレタン研磨パッドは，ハードセグメントの分子量比を変えたものを６種類用意した。水酸基価が異なる４種類のポリオール（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を用意し，これらを組み合せると共に，インシアネートの配合量を変えて，ハードセグメントの分子量比を調整した。
【００８４】
上記作成した各ポリウレタン研磨パッドを研磨機の定盤に粘着テープで貼り付け，ダイヤモンドを電着した修正リングで，ポリウレタン研磨パッドの表面を修正し，発泡構造が表面に露出した厚み９ｍｍのポリウレタン研磨パッドを得た。ポリウレタン研磨パッドに被研磨物を押圧し，ポリウレタン研磨パッドと被研磨物との間に研磨液を供給しながら，ポリウレタン研磨パッドと被研磨物との相対運動によって被研磨物を研磨加工した。また，上記したポリウレタン研磨パッドの比較例として，遊離砥粒方式で市販の研磨パッド（ロデール・ニッタ社製ＳＵＢＡ４００）と研磨液（フジミインコーボレーテッド社製，コンポール８０）を用いて研磨加工した。このときの研磨条件を以下に示す。
【００８５】
［研磨条件］
研磨圧力：３００ｇ／ｃｍ２
定盤の回転数：４０ｒｐｍ
【００８６】
なお，発泡倍率は，未発泡の硬化物Ｄ１とポリウレタン研磨パッドの密度Ｄ２とを用いてＤ１／Ｄ２とした。また，シリコンウェハの単位時間あたりの研磨効率（μｍ／ｍｉｎ）は，重量変化より厚みの変化を測定し，研磨効率を算出した。
【００８７】
［実験結果］
表１に示すように，ハードセグメントの分子量比が２０％以上の場合には，比較例の研磨レート（０．２５μｍ／ｍｉｎ）よりも高い研磨レートを得ることができた。また，ハードセグメントの分子量比が２０％以下の場合には，研磨レートが著しく低下していた。この結果，研磨レートを従来の遊離砥粒を使用したＣＭＰ法の研磨レートを上回るためには，ハードセグメントの分子量比が２０％以上必要であることが分かった。
【００８８】
一方，ハードセグメントの分子量比を６０％以上とした場合には，砥粒が遊離し，シリコンウェハにスクラッチが入ってしまうことが確認された。
【００８９】
以上の結果より，ハードセグメントの分子量比は，２０％以上６０％以下が有効範囲と考えられる。
【００９０】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９１】
例えば，上記実施形態においては，固定砥粒研磨パッドに放射状または格子状の溝を形成した例を挙げて説明したが，かかる例には限定されない。六角形状，波形状など好適な方式で溝を形成することができる。また，溝の断面形状を正方形状（長方形状）として説明したが，丸形状，Ｖ字形状，Ｕ字形状など他の形状でも実施することができる。
【００９２】
【発明の効果】
固定砥粒研磨パッドの砥粒部分が研磨機能を発揮するばかりでなく，固定砥粒研磨パッドの結合材部分においてもシリコンウェハと水素結合を促進させるようにして化学的研磨が実行される。この結果，砥粒部分以外にも結合材部分が研磨に寄与するため，従来よりも研磨効率が向上する。さらに，結合材にハードセグメントを形成することによって，結合材と砥粒との間でも水素結合を促進させるので，砥粒の離脱を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかる固定砥粒研磨パッドを使用した研磨装置の概要を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる固定砥粒研磨パッドの構成を示す斜視図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる水酸基を有するシリカ砥粒の化学構造式を示す説明図である。
【図４】第１の実施の形態にかかるウレタン結合の反応式を示す説明図である。
【図５】第１の実施の形態にかかるイソシアネートとポリオールの化学構造式を示す説明図である。
【図６】第１の実施の形態にかかるウレタンを生成する際に起こる化学反応式を示す説明図である。
【図７】第１の実施の形態にかかるイソシアネート，ポリオール，シリカの模式図である。
【図８】第１の実施の形態にかかるイソシアネート，ポリオール，シリカが化学的に結合した状態を示す説明図である。
【図９】第１の実施の形態にかかる固定砥粒研磨パッドの結合材のハードセグメントにおいて，シリコンウェハが化学的研磨される原理を模式的に説明するための説明図である。
【図１０】第１の実施の形態にかかる水酸基を持つ砥粒（あるいは水酸基を付与した砥粒）に対して水素結合を促進させることにより砥粒の離脱が防止されることを説明するための説明図である。
【図１１】第１の実施の形態にかかる金属に水酸基を付与する水和反応を示す説明図である。
【符号の説明】
１０    研磨装置
１４    研磨テーブル
１６    ポリウレタン研磨パッド
２０    基板保持部
２２    リング
２５    研磨液
３０    シリコンウェハ
３４    チャック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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