(57)【要約】【課題】例えば半導体ウェハ等の化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）に好適に使用されると共に、優れた段差緩和性および面内均一性を達成し、反応射出成形により一体的に成形されている単層の研磨用パッドを提供する。【解決手段】ポリウレタン系樹脂原料に不活性ガスを加圧下で溶解させたガス溶存原料を反応射出成形法により成形して得た所要形状のポリウレタン系発泡体１２であって、半導体材料等の研磨に適した研磨面１４ａを有し、そのショアーＤ硬度が４０〜８０の範囲にある研磨領域１４と、前記研磨面１４ａの反対側に存在し、所要パターンの応力調整部２２を設けることで、０．０５ＭＰａの荷重を掛けた際の撓み量が１５μｍ以上に設定されている応力緩和領域１６とからなる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリウレタンまたはポリウレアの主原料と各種副原料との混合物に不活性ガスを加圧下で溶解させたガス溶存原料を使用し、このガス溶存原料を反応射出成形法により成形して得た微細かつ均一なセル（１８）を有する所要形状のポリウレタン系発泡体（１２）であって、
半導体材料等の研磨に適した研磨面（１４ａ）を有し、そのショアーＤ硬度（ＡＳＴＭ　Ｄ　２２４０に規定）が４０〜８０、好ましくは５５〜７５の範囲にある研磨領域（１４）と、
前記研磨面（１４ａ）の反対側に存在し、所要パターンの応力調整部（２２）を設けることで、０．０５ＭＰａの荷重を掛けた際の撓み量が、１５μｍ以上に設定されている応力緩和領域（１６）とからなる
ことを特徴とする研磨用パッド。
【請求項２】
前記応力緩和領域（１６）の嵩密度は、０．０１〜０．３５ｇ／ｃｍ３の範囲に設定される請求項１記載の研磨用パッド。
【請求項３】
前記セル（１８）の平均径は、１〜５０μｍ、好ましくは１５〜３０μｍの範囲に設定される請求項１または２記載の研磨用パッド。
【請求項４】
反応射出成形型（３８）に所定のパターンが施され、該パターンが前記研磨面（１４ａ）の表面および／または該研磨面（１４ａ）の反対側表面に転写されることで、夫々排出溝（２０）および／または応力調整部（２２）が形成される請求項１〜３の何れかに記載の研磨用パッド。
【請求項５】
前記研磨面（１４ａ）の表面および／または該研磨面（１４ａ）の反対側表面に対して、物理的な切削が施されることで、夫々排出溝（２０）および／または応力調整部（２２）が形成される請求項１〜３の何れかに記載の研磨用パッド。
【請求項６】
前記排出溝（２０）と、前記応力調整部（２２）とは連通するように形成される請求項４または５記載の研磨用パッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、研磨用パッドに関し、更に詳細には、半導体ウェハ等の高い精度で、その表面の平担化が要求される被研磨物を化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ）によって良好に研磨し得る研磨領域および応力緩和領域を一体的に成形するようにした研磨用パッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の飛躍的な技術進歩を支える重要なテクノロジーとして、コンピュータ等の情報技術機器の高度化が挙げられる。前記情報技術の高度化は、使用される情報機器のＣＰＵ（中央演算装置）、すなわち該ＣＰＵを構成する超ＬＳＩデバイスの高性能化・高集積化により達成されているといっても過言ではない。この高性能化・高集積化を大きく向上させ得る方法の１つとして、前記超ＬＳＩの水平方向の高集積化、すなわち素子の微細化を追求する一方で、垂直方向の高集積化といった配線の多重化が実施されつつある。
【０００３】
前記配線の多重化において最も重要なファクターは、後述する層間絶縁膜や配線金属膜等の金属配線の配線パターンを露光する際の光リソグラフィーの焦点深度（ＤＯＦ）を確保する、すなわち表面の凸凹段差が該パターン露光の焦点深度より小さいことであり、そのため高精度な平坦化が必要とされる。これは配線が多重化された多層配線を形成するプロセスにおいては、層間絶縁膜や配線金属膜等に一定以上の凸凹段差が存在すると、焦点合わせが充分に行なえなかったり、または微細配線構造の形成が不可能となってしまうからである。
【０００４】
前述の半導体ウェハの高精度な平坦化の達成は、従来のＳＯＧ（Ｓｐｉｎ　ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）またはエッチバックでは困難であり、これらに換わる方法としてＣＭＰ（化学機械研磨）等の超精密ポリシングが一般的となりつつある。前記ＣＭＰによる平坦化は、半導体ウェハ等の平坦化すべき被研磨物の被研磨表面に、シリカやアルミナ等の微粒子をアルカリ性または酸性の化学的浸食性のある水溶液中に混合・分散させた研磨剤（一般的にスラリーと呼称されるので、本発明においても以下、この用語を使用する）と、弾性研磨材（以下、研磨用パッドと云う）とを使用することで実施されるものである。
【０００５】
そこで、研磨用パッドにおける各部位の役割の理解に資するため、従来使用されていた研磨用パッド５０を用いた研磨定盤（プラテン）６０による、被研磨物Ｔの研磨の一般的な様子を、図９を参照にして以下説明する。前記研磨用パッド５０は、前記研磨定盤６０の上に固定して使用に供される（図９（ａ）参照）。前記被研磨物Ｔは、前記研磨定盤６０に対向して設置された加圧ヘッド６２に保持させる（図９（ｂ）参照）。そして、前記加圧ヘッド６２に保持させた被研磨物Ｔを回転・揺動させると共に、前記研磨定盤６０上に固定され、任意の速度で回転される前記研磨用パッド５０を、スラリー供給装置６４から一定量のスラリーを供給しつつ、該被研磨物Ｔに対して所定の力で押圧することで研磨を実施する（図９（ｃ）参照）。
【０００６】
このような形態で使用される前記研磨用パッド５０には、前記被研磨物Ｔに対する▲１▼高い局所平坦化性（以下、段差緩和性として表す）と、▲２▼ウェハスケール（ウェハ全体）における高い均一平坦性（以下、面内均一性として表す。）とが求められている。前述の▲１▼局所平坦化性を表す段差緩和性は、基本的に前記研磨用パッド５０における研磨面の硬度（剛性）が高ければ、被研磨物の凸凹における凸部分の優先的な研磨、所謂段差緩和性が良好となる。しかし、その一方で被研磨物表面のうねりおよび穏やかな凹凸（一般にナノトポグラフィーと呼ばれる）等に対する追随性が低いため、前記面内均一性が乱れる。これに対し、前述の▲２▼面内均一性は、前記被研磨物表面のうねりまたは反りに対して、均一な荷重を掛けて接触・研磨することで良好となるので、前記研磨用パッド５０の材質は柔軟であることが望ましい。すなわち前述の▲１▼段差緩和性と、▲２▼面内均一性とは、その両立が困難なものであった。
【０００７】
前述の▲１▼段差緩和性および▲２▼面内均一性の両立のために前記研磨用パッド５０は、被研磨物表面と接触する研磨面に硬度の高い素材を用いると共に、該研磨面の裏面側、すなわち研磨定盤６０に固定される側に、被研磨物への追随性を高める硬度の低い素材を用いるように構成されていた。これは、図１０に示すような、研磨面が形成される高硬度の研磨層５２および低硬度の応力緩和層５４の如き、２種類以上の素材を接着等して組み合わせた、所謂複層の構造を有している。
【０００８】
そして前記研磨用パッド５０は、一般に以下のような工程により、実際の研磨作業に供されていた。すなわち、図１１に示す如く、▲１▼研磨作業が実施される研磨定盤６０に対して、両面テープの如き基材と粘着材からなる第１の粘着層５６を貼り付ける（図１１（ａ）参照）、▲２▼該粘着層５６上に応力緩和層５４を貼り付ける（図１１（ｂ）参照）、▲３▼該応力緩和層５４上へ第２の粘着層５８を貼り付ける（図１１（ｃ）参照）、▲４▼最終的に第２の粘着層５８上に研磨層５２を貼り付ける（図１１（ｄ）参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述した高い▲２▼面内均一性を達成するためには、得られる研磨用パッド５０が前記研磨定盤６０に対して貼着・固定された際に、前記研磨面５２における高さ水準が均一であり、かつ該研磨面５２の何れの部分に対する押圧等の応力入力に対しても、等価の抗力が出力される必要がある。しかし、前述の如き粘着層５６、５８、研磨層５２および応力緩和層５４を、前記研磨定盤６０上に順次積層（ここでは４回）する際の、該粘着層５６、５８の薄さおよび粘着性による取り扱いの困難さに起因して、以下の問題が指摘される。
【００１０】
すなわち、▲１▼前記粘着層５６または５８の均一な貼着は困難であり、または空気溜まりの発生、或いは該粘着層５６または５８の部位による伸びの違いにより発生する微小な厚さの不均一化等、によって研磨面の高さ水準が均一とならない、▲２▼該粘着層５６、５８、応力緩和層５４および研磨層５２の貼着が不充分であり、研磨作業中に端部から水分が侵入するまたは剥離する、といった各問題が指摘される。前記▲１▼の問題においては、得られる被研磨表面の面内均一度が保持できなくなり、▲２▼については、水分の侵入により前記研磨層５２等における端部が剥離したまたは浮いた状態となってしまい、被研磨物であるウェハのエッジ部等のプロファイル制御が困難となる。前記空気溜まりについては、その大きさが小さく、また前記研磨層５２および応力緩和層５４の貼着後は、該各層５２および５４により覆われてしまうため、外部からの視認ができず、その発見が困難である（実際上、前記空気溜まりの発見は、ウェハ等の被研磨表面の研磨具合等から結果的しか判断されない）。またこれらの問題は、前述の貼着作業の熟練でしか確実な回避が不可能であるため、その防止等も困難である。
【００１１】
更に柔軟性が高い前記応力緩和層５４は、その貼着・固定の際に、その作業内容が故に水平方向に伸びを生じてしまうことも考えられる。前記応力緩和層５４の一部が水平方向へ伸ばされると、該応力緩和層５４の部位により異なる柔軟性を発現してしまい、その結果、充分な面内均一性が達成されなくなってしまう。
【００１２】
また、前記研磨層５２の製造の際に、該研磨層５２および粘着層５６を一体化したり、前記応力緩和層５４の製造の際に、該応力緩和層５４および粘着層５８を一体化しておくことで、前記研磨定盤６０上への積層作業を２回に減少させることは可能であり、前述の問題の発生確率を低減し得る可能性がある。更に、予め製造段階において、前記研磨層５２と、応力緩和層５４とを積層すると共に、該応力緩和層５４に前記研磨定盤６０に対する粘着層を積層させる方法を用いても、前述の問題の発生確率を低減できる可能性がある。しかしこの場合、その製造時における積層が困難となり、製造歩留まりの悪化による製造コストの上昇を招くことになり、根本的な解決法とはなっていなかった。
【００１３】
【発明の目的】
この発明は、従来の技術に係る研磨用パッドに内在していた問題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、例えば半導体ウェハ等の化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）に好適に使用されると共に、優れた段差緩和性および面内均一性を達成し、反応射出成形により一体的に成形されている単層の研磨用パッドを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため本発明に係る研磨用パッドは、ポリウレタンまたはポリウレアの主原料と各種副原料との混合物に不活性ガスを加圧下で溶解させたガス溶存原料を使用し、このガス溶存原料を反応射出成形法により成形して得た微細かつ均一なセルを有する所要形状のポリウレタン系発泡体であって、
半導体材料等の研磨に適した研磨面を有し、そのショアーＤ硬度（ＡＳＴＭ　Ｄ２２４０に規定）が４０〜８０、好ましくは５５〜７５の範囲にある研磨領域と、
前記研磨面の反対側に存在し、所要パターンの応力調整部を設けることで、０．０５ＭＰａの荷重を掛けた際の撓み量が、１５μｍ以上に設定されている応力緩和領域とからなることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施例に係る研磨用パッドにつき、好適な実施例を挙げて、以下説明する。本願発明者は、ポリウレタン系原料をそのまま、または該原料に不活性ガスを溶存させたガス溶存原料を反応射出成形法により成形することで、高い硬度を有する研磨領域と、所要パターンの応力調整部を形成することで、全体（マクロ）構造的にその硬度が該研磨領域より小さく設定され、所定の撓み量を達成する応力緩和領域とを一体的に成形して、高い段差緩和性と高い面内均一性とを併有し得る研磨用パッドが得られることを知見したものである。なお、図９〜図１１を参照して説明した従来の技術に既出の同一部材については、同じ符号を付して示し、その詳細説明は省略する。
【００１６】
本実施例に係る研磨用パッド１０は、図１に示す如く、ポリウレタン系原料を反応射出成形により円形シート状に成形されたポリウレタン発泡体１２からなる。そして前記ポリウレタン発泡体１２は、平坦化すべき被研磨物を研磨する研磨面１４ａを有する研磨領域１４と、該研磨面１４ａによる研磨に対して均一な押圧力を加えるべく、所定の柔軟性（クッション性）を発現する応力緩和領域１６とから形成される。また前記研磨用パッド１０の一部には、該パッド１０の厚さ方向の全長に亘ってまたは一部に備えられると共に、透光性を有して該パッドの使用時において、研磨される被研磨物の被研磨表面の様子を常時確認し得る研磨終点検出用小窓、所謂モニタリング小窓１９が備えられている。
【００１７】
前記モニタリング小窓１９としては、前記ポリウレタン系発泡体１２と同材質であり、かつソリッドな樹脂体等が好適に使用される。前記研磨用パッド１０の研磨面１４ａを構成するポリウレタン系発泡体１２と同材質とすれば、反応射出成形により成形される該ポリウレタン系発泡体１２との馴染みが良好となり、研磨中に分離してしまうような事態を回避し得るためである。前記モニタリング小窓１９を備える研磨用パッド１０については、図２に示す如く、所要の発光部および感光部を備えた研磨用定盤を使用することで、被平坦化物における被研磨面の研磨度を逐次確認しつつ、研磨作業を実施し得る。
【００１８】
前記研磨領域１４は、前述の段差緩和性を達成すべく、所定の範囲とされた硬度、嵩密度およびセル径を有するよう構成される。また前記研磨領域１４における研磨面１４ａには、使用されるスラリーの研磨領域１２における良好な拡散性および研磨くずや凝集したスラリー等の排出性を考えた所要深さの排出溝２０が格子状または同心円状等の所要形状に形成されている。
【００１９】
前記研磨用パッド１０をなすポリウレタン系発泡体１２の材料硬度は、研磨性能、殊に段差緩和性についての重要な指標の１つであり、また他の面内均一性とにも大きく影響を及ぼす。本発明においては、前記材料硬度として、ショアーＤ硬度が使用され、該ショアーＤ硬度が４０〜８０、好ましくは５５〜７５の範囲に設定される。前記ショアーＤ硬度が４０未満の場合、柔らか過ぎてウェハ等の被研磨物の凸凹表面に馴染んで凸部からの積極的な研磨がなされず、例えば１μｍ以下といった所定のマージン内で前記段差緩和性が満足されない。
【００２０】
一方、ショアーＤ硬度が８０を越える場合、相対的に前記研磨用パッド１０の粘りが低下して脆くなる。このため、前記研磨用パッド１０自体が研磨時に削れて、削れたくずが前記セル１８の目詰まりを引き起こす。その結果、前記セル１８へのスラリーの保持力が低下し、被研磨物の研磨のスピードを表す研磨レートが不安定となり、また被研磨面のスクラッチも発生し易くなる。従って、前述のスクラッチを発生させず、かつ段差緩和性に優れる研磨用パッドのショアーＤ硬度としては、５５〜７５が好適である。
【００２１】
前記ショアーＤ硬度は、一般的に前述したポリオール成分等のトータルＯＨ価（個々の原料のＯＨ価を配合比率で総和したもの）が大きいほど高くなるものである。これは、ポリウレタン系発泡体１２を形成するハードセグメント（有機イソシアネート、鎖延長剤または架橋剤）を選択・増量させることにより、該発泡体１２を構成するポリマーの剛直化が進むためであり、例えば、イソシアネートインデックス（イソシアネート基／水酸基またはアミノ基で表される比である）を増大させることで容易に制御可能である。そしてこのような物性を有するポリウレタン系発泡体１２を使用することで、前記段差緩和性に優れる研磨領域１４を有する研磨用パッド１０を得ることができる。
【００２２】
前記嵩（見かけ）密度については、前記セル径にも影響を与えるが、前記研磨用パッド１０の硬度や、応力緩和領域１６が発現する撓み量に大きな影響を与える指標である。また、前記平坦化性を表す指標の１つである研磨レート（前記研磨面１４ａが被研磨物を研磨する単位時間当りの研磨量）にも、大きな影響を与えるものである。基本的に前記嵩密度は、０．６〜１．０ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．７〜０．８ｇ／ｃｍ３の範囲に設定される。前記嵩密度が０．６〜１．０ｇ／ｃｍ３以外の場合、前記硬度を所要の数値に設定することが困難となったり、前記研磨面１４ａにおける微細セルが占める割合の変動により、効率的な被研磨物の研磨が困難となる。
【００２３】
前記嵩密度は、一般的に前記不活性ガスを溶存させたガス溶存混合原料を用いて反応射出成形により発泡体を得る場合には、該混合原料の反応射出成形型３８（後述［００４７］）への射出の注入圧および注入時間を変更することにより容易に調整可能である。また、予め原料中に溶存させる不活性ガスの量を調整してもよい。
【００２４】
前記研磨面１４ａを拡大してみると、前述の作用により放出された不活性ガスが元となり、略同一径を有する多数のセル１８が図３に示す如く、全体に均一に分散している。前記セル１８のセル径は、後述（［００４３］以降）する反応射出成形法における成形条件である反応射出成形型内圧力、ガス飽和圧力（原料タンク内圧力）およびキュア条件（温度・時間）並びにゲル化時間、すなわち反応射出成形時に原料が射出されて硬化するまでの時間および嵩密度等により影響を受ける。
【００２５】
前記セル１８の内径、すなわちセル径は、成形型内圧力等が高ければ反比例的に小さくなり、キュア温度が低くなる等の条件によりゲル化時間等が長くなれば比例的に大きくなる。前記成形型内圧力およびキュア温度は設定により、ゲル化時間は触媒等による原料反応性の調整により、夫々任意に制御が可能である、また前記セル径は、前述（［００２２］）の如く、得られる発泡体の嵩密度によっても制御可能である。なお、原料の粘度を上げることでもセル径を制御し得るが、ミキシングの完全化および成形型内の流動性等が悪化することが考えられるため、好適な利用はなされない。また、必要に応じて界面活性剤を使用することで、前記セルを形成する気泡の表面張力を低下させ、これらより該セルの合一・成長の抑制による制御も可能である。
【００２６】
前記セル径の平均は、１〜５０μｍ、好ましくは１５〜３０μｍの範囲に設定される。殊に前記セル径を３０μｍ以下と微細な大きさとした場合、前記研磨面１４ａのセル深度が小さくなるため、コンディショニング（ドレッシング）量を小さくすることができる。このドレッシングの簡易化は、研磨用パッド１０の摩耗量を抑制し、結果的に該パッド１０の寿命向上の効果を奏する。
【００２７】
なお、前記セル径の平均が１μｍ未満の場合、製造される研磨用パッド１０におけるセル１８を形成する断面のエッジ垂れや、研磨くず等によるセルの目詰まりが比較的容易に発生してしまい研磨状態が不安定となり、ドレッシング回数を増加させて頻繁に行なわなければならなくなる。また５０μｍを越える場合、セル径にバラつきが生じ易く、スラリーの均一保持性が低下して、その結果研磨用パッド１０の品質が安定化しなくなる。更に、このバラつきが顕著な場合、研磨用パッド１０に部分的に密度差が生じてしまい、研磨状態にも支障を与えることが考えられる。
【００２８】
前記排出溝２０は、研磨のために使用されるスラリーおよび研磨時に被研磨物から発生する、所謂研磨くずを効率的に系外に排出するためのものである。この排出溝２０の深さは、前記被研磨物の材質や求めるスラリー流量等の研磨条件によって最適値が変化するものであるが、一般的には０．１〜０．５ｍｍ程度に設定される。また前記排出溝２０が形成される形状パターンとしては、前述の格子状の他に、前記研磨用パッド１０と同じ中心の同心円状、渦巻き状または放射線状等或いは所要径の穿孔を多数穿設するような形状が採用されるが、これらの形状に限定されるものではなく、研磨時の該研磨用パッド１０の研磨に伴う回転等の運動により、前記研磨くずを効率的に排出し得る形状であれば、如何なる形状であっても採用可能である。
【００２９】
前記応力緩和領域１６は、前記研磨用パッド１０を被研磨物に対して押圧して使用した際に、該被研磨物を面内均一性を向上させるために、所謂クッション性を与える領域である。また前記応力緩和領域１６は、その厚さ方向の全長に亘って連通すると共に、所要パターンをもって形成される応力調整部２２を備えている。前記応力調整部２２は、前記応力緩和領域１６の嵩（見掛け）密度を低下した状態とする、すなわち全体構造的に粗の状態とすることで、応力緩和性（クッション）性を発現させる役割を担っている。前記応力緩和性は、本発明においては、所要の荷重を掛けた際の撓み量で表され、該荷重としては、実際の研磨時に掛かる荷重に略等しい０．０５ＭＰａに設定されている。本発明において、前記研磨用パッド１０の応力緩和性、すなわちクッション性の評価項目として「撓み量」を採用したのは、その構造を粗とすることで、全体として該クッション性を発現させるような場合には、前記硬度の如き、素材自体の物性は使用し得ないためである。
【００３０】
前記応力緩和領域１６における撓み量を考える際には、以下のことを考慮する必要がある。すなわち、前記撓み量を決定する２つの要素である、硬度を決定する密度と、該密度により応力緩和領域１６の撓み量を決定する該応力緩和領域１６の厚さである。ここで前記密度は、本発明に係る研磨用パッド１０の場合には、その硬度および構造によって決定される値である。そして、前記厚さは、前記研磨用パッド１０を固定・使用する研磨定盤６０等の諸現や、過去から蓄積されている好適な研磨性を達成し得る条件等から決定されている。そして前記応力緩和領域１６の厚さは、２ｍｍ程度が上限とされる。
【００３１】
前述の２ｍｍが導かれる理由は、以下の通りである。前記研磨層パッド１０全体としての総厚さは、前述した研磨定盤６０等の諸現や、好適な研磨性を達成し得る条件等から、２〜３ｍｍ程度に設定されている。また、前記研磨領域１４の厚さは、設けられる排出溝２０の深さ等の諸条件から、その下限が１．０ｍｍ程度に設定される。そしてこれらの数値から、前記応力研磨領域１６の厚さの上限は、３．０ｍｍ（前記研磨用パッド１０の総厚さ）−１．０ｍｍ（前記研磨領域１４の厚さ下限）＝２．０ｍｍ程度に設定されることになる。
【００３２】
本発明に係る応力緩和領域１６としては、前述の０．０５ＭＰａの荷重を掛けた際の撓み量が、１５μｍ以上であることが必要とされる。そしてこの撓み量を前述の厚さ２ｍｍの上限を考慮すると、前記応力緩和溝２２の形成によって、前記応力緩和領域１６の嵩密度を０．３５ｇ／ｃｍ３以下とする方法が挙げられる。この嵩密度が０．３５ｇ／ｃｍ３を越えると、前述した撓み量の達成が困難となり、研磨用パッド１０の面内均一性が悪化してしまう。なお、前記嵩密度が０．０１ｇ／ｃｍ３以下となった場合には、前記研磨定盤６０との接触面積が低下し過ぎる等して貼着性に問題が生じるため留意が必要である。
【００３３】
前記応力緩和領域１６の嵩密度は、前記応力調整部２２の形成パターンおよび形状、すなわちその巾、深さおよびピッチ等により調整されている。そして、前記応力緩和領域１６全面に亘って均質にクッション効果を得る、すなわち均質に撓むように、その嵩密度が該応力緩和領域１６の部位により異なることがないように、前記応力調整部２２は均一の深さで平面的に均一に分布させるように形成される。そしてそのパターンとしては、格子状の他に、前記研磨用パッド１０の中心を基点とする同心円状、渦巻き状または放射線状等や、その他所要径の穿孔を多数穿設するような形状が好適に採用可能である。
【００３４】
また前記応力緩和領域１６は、前述の如く、前記研磨領域１４と一体的に成形されるものであり、該両層１４および１６は明確に区別されるものではない。しかし、その嵩密度が低減され、一定以上の撓み量を発現し得る部分と言い換えることが可能であるので、前記応力調整部２２の形成される部分を前記応力緩和領域１６と考えることができる。
【００３５】
そして、前記排出溝２０と応力調整部２２とは、前記研磨領域１４に形成される該排出溝２０の深さにより、図４および図５に示す関係の何れかに区別される。すなわち、図４に示す如く、前記排出溝２０と応力調整部２２とが、開口部分２４により部分的に連通して３次元的にも溝を構成するような構造と、図５に示す如く、該排出溝２０と応力調整部２２とが連通しない構造である。ここで、図４に示す両溝２０および２２が連通する構造の場合、該溝２０および２２が互いに異なる形状を有する等することで、連通的に開口する開口部分２４が研磨用パッド１０の表面積１００に対して、９５以下、すなわち物質が連続している部分が５を越えるよう存在することが必要である。この開口部分２４の割合が前述の９５を超えると、一体的に成形されている前記研磨領域１４および応力緩和領域１６が、構造的な強度不足で千切れてしまう畏れがある。
【００３６】
また、研磨時に使用されるスラリーの状態を考えると、前記開口部分２４の割合は、研磨用パッド１０の表面積１００に対して、３０以下であることが望ましい。この数値を超えると、上方の研磨領域１２の排出溝２０に流れ込んだスラリーが、研磨に効率的に使用されず開口部分２４、すなわち上下方向に開口した３次元溝を介して下方の応力調整部２２から研磨用パッド１０外に順次排出されてしまう。このような事態は、図６に示す如く、前記応力緩和部２２の応力緩和領域１６外周部からの、外部に対する連通部分を皆無または制限することで、回避し得る。
【００３７】
前記図４に示す如く、排出溝２０と応力調整部２２とが連通したパッド構造の場合、研磨用パッド１０内部へ研磨に際して使用されるスラリーが浸透することが考えられる。このスラリーの浸透により、研磨時に発生する研磨くずまたは凝集したスラリーの排出効果が期待できる。すなわち、スクラッチの発生が低減される効果を奏する。またこの連通部分の度合いを変化させることにより、前記スラリーの浸透性や研磨くずの排出性を制御することも可能である。
【００３８】
また、図５に示す如く、排出溝２０と応力調整部２２とが連通していない構造となっている場合は、研磨時に使用されるスラリーが研磨用パッド１０の内部に浸透することがない。従って前記スラリーが、被研磨物Ｔと研磨用パッド１０との隙間だけに存在するため、研磨時の研磨用パッド１０の被研磨物に対する押圧力を同一とした場合に、使用される該スラリーの使用量を少なくし得る。更に、前記応力緩和領域１６の撓みを発生させる押圧力を、前記排出溝２０および応力調整部２２間に存在する部分により、該応力緩和領域１６全体に分散し得るため、面内均一性を向上させる効果も期待できる。
【００３９】
この他、前記応力緩和部２２を形成せずに、前記撓み量を達成する手段として、前記研磨用パッド１０自体の厚さを大きな寸法とする方法も考えられる。一般に使用される前記研磨パッド１０の厚さは、前記研磨定盤６０を伴う研磨装置との関係や使用される原料コスト等もあり、２．５ｍｍ程度以下とされていた。しかし、本発明で使用される研磨用パッド１０の硬度を、前記ショアーＤ硬度で４０〜８０、好ましくは５５〜７５の範囲に設定した場合、前記撓み量は該パッド１０の厚さを４．０ｍｍ以上とすれば達成可能である。しかし、前記厚さについては、原料コストおよび重量の増大等による、研磨の際の回転運動等への悪影響が懸念され、また前述（［００３１］）に記載の内容も考慮する必要があるため、実際の利用は困難が伴うものである。
【００４０】
【製造装置および製造方法の一例】
前記研磨用パッド１０を製造する反応射出成形法による製造装置について、前述の説明の理解に資するため、ポリウレタン発泡体を材質とする該研磨用パッド１０の製造装置および反応射出成形法の概略について説明する。
【００４１】
前記製造装置３０は、図７に示す如く、ポリオール（ポリアミン）成分を貯蔵する第１原料タンク３２、イソシアネート成分を貯蔵する第２原料タンク３４、ミキシングヘッド３６および反応射出成形型３８から基本的に構成され、該第１原料タンク３２とミキシングヘッド３６、該第２原料タンク３４とミキシングヘッド３６とは夫々供給管路４１，４２で接続されている。前記第１および第２原料タンク３２，３４には、夫々ミキサ３２ａ，３４ａが配設されており、各原料タンク３２，３４内に貯留される各原料を制御下に攪拌するようになっており、また前記ミキシングヘッド３６に至る経路上には夫々ストレーナ、メタリングポンプ等の送出ポンプおよび高圧フィルタ等の付帯設備Ｓ１が設けられている。
【００４２】
そして前記ミキシングヘッド３６からは、射出に供されなかった各原料を前記原料タンク３２，３４に送り戻すための返送管路４３，４４が夫々設けられており、前記ポリオール成分については前記第１原料タンク３２、ミキシングヘッド３６、第１原料タンク３２の経路で、イソシアネート成分については前記第２原料タンク３４、ミキシングヘッド３６、第２原料タンク３４の経路で夫々常時０．１〜５０ＭＰａ程度の圧力で循環されるようになっている。また前記返送管路４３，４４の経路途中には、必要に応じて熱交換機等の付帯設備Ｓ２が設置される。
【００４３】
反応射出成形法を前記製造装置３０でポリウレタン系発泡体１２を製造する工程を使用して説明すると、前記第１原料タンク３２と第２原料タンク３４内は、何れも空気または乾燥窒素ガス等の不活性ガスによって、送出ポンプに支障をきたさない０．１〜５０ＭＰａの範囲の一定圧力に加圧されており、また各原料タンク３２，３４内の各原料はミキサ３２ａ，３４ａにより夫々一定速度で攪拌され所定温度に保持されている。また前記両原料タンク３２，３４の上層部は不活性ガスで覆われており、前記ミキサ３２ａ，３４ａによる各原料の攪拌で該原料が対流し、その結果バブリング作用により該原料中に所定容量の不活性ガスが溶存することになる。実際にはポリオール成分およびイソシアネート成分の双方に不活性ガスを溶存させる必要はなく、化学的に安定性の高い該ポリオール成分中に、触媒、鎖延長剤および／または架橋剤等の所定の副原料を添加・混合し、ここに該不活性ガスを溶存させたガス溶存原料とすればよい。
【００４４】
本発明で云うポリウレタン系発泡体１２のポリウレタンとは、有機イソシアネートと活性水素化合物との重付加反応によって生成するウレタン（ウレア）結合を有するポリマーの総称であり、実際に使用されているポリウレタンはポリイソシアネートおよびポリオールとを基材とし、これに前述の副原料が適宜添加されることで合成され、これらの組み合わせによって様々な物性を持ったポリマーが得られる。また前記不活性ガスとしては、拡散係数の大きいＣＯ２や、その他入手が比較的容易なＮ２、Ａｒ、ドライエアー（高湿空気の場合、含まれる水分がイソシアネートと反応してガスを発生させてしまい、発泡体の発泡状態に影響するため通常使用されない）等の前述のポリウレタン合成の重付加反応等に影響を与えないものであれば採用し得る。
【００４５】
前記ポリオール成分としては、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールまたはポリジエン系ポリオール等が使用され、これらのポリオールは単独でまたは２種類以上を併用した形で使用される。また前記ポリアミン成分としては、前記ポリオール成分が有する水酸基が、アミノ基に置換されている各種物質が好適に使用される。
【００４６】
前記イソシアネート成分としては、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ＴＤＩプレポリマー、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）、クルードＭＤＩ、ポリメリックＭＤＩ、ウレトジオン変性ＭＤＩまたはカルボジイミド変性ＭＤ１等が使用される。またこれらのプレポリマーを用いてもよく、更に本発明に使用し得る物質は、ここに記載の各物質だけに限定されるものではなく、この他公知の物質も使用可能である。
【００４７】
そして２つの前記各原料は、前記ミキシングヘッド３６内で衝突混合され、直ぐに製造すべき前記研磨用パッド１０の外部輪郭形状のキャビティ３８ａを有し、所定の型内圧に設定された反応射出成形型３８内へ注入圧を制御しつつ所定時間注入することで、混合された該原料の反応・硬化が進行すると共に、該原料内に溶存している不活性ガスを放出させ、該不活性ガスの膨張を利用して該原料を発泡させて前記キャビティ３８ａを外部輪郭形状とした発泡体を成形するものである。
【００４８】
従って、前記モニタリング小窓１９については、予め対応部材を前記反応射出成形型３８内の所定位置に設置することで、対応可能である。また、前記排出溝２０および／または応力緩和部２２については、前記キャビティ３８ａ内に対応する形状を施すことで、成形時の型転写により容易に形成することができる。この他、所要厚さを有する単なる円柱状の研磨用パッド１０を作製した後、カッター等の機械的切削や、レーザー等を使用する後加工により、前記前記排出溝２０および／または応力緩和部２２を形成するようにしてもよい。
【００４９】
発泡については前記不活性ガスをガス飽和圧力下から、より低いまたは高い圧力状態にある反応射出成形型３８内に射出することで、減圧等の圧力変化の作用により該不活性ガスを該混合原料中に放出させることでなされる。この際、前記不活性ガスの放出については、該ガスが溶存している同一平衡系の混合原料中であれば、部位を問わず同一の確率でなされるものであり、また放出ガスの膨張速度も略同一となるので、部位による不均一性を発現することなく、すなわち均一かつランダムに放出され、また略同一径を有するセルとなる。また前述のように同一平衡系であるため、略真球形状となり、発泡体の押圧力が均一になるといった効果が期待される。
【００５０】
また前記セルの膨張は、基本的には混合されて反応・硬化が進行する速度により決定され、これは前記反応の速度を制御することで、前記セル１８の膨張の度合い、すなわちセル径が制御可能であることを示している。そして、前記反応射出成形法を用いた場合には、２相の原料は混合した直後に反応射出成形型３８に射出されるので、反応・硬化速度が速く他の成形方法では成形不可能な原料組成であっても使用可能であると共に、より小さなセル径状態の発泡体を製造し得る。
【００５１】
前記反応射出成形は、従来自動車の内外装品などの成形方法として使用される製造方法であり、発泡方法として前述した不活性ガス溶存利用の方法の他、低温度にて揮発する、例えば低分子量クロロフルオロ炭化水素、塩化メチレン、ペンタン等の液体が使用され、硬化前の液状反応混合物より揮発してセルを形成する、所謂▲１▼物理的発泡法、発泡剤としての水をポリオール成分に添加し、これをイソシアネート成分と混合した後にイソシアネートとの反応により二酸化炭素を発泡ガスとして遊離させてセルを形成する、所謂▲２▼化学的発泡法、または反応混合物または一方の原料中に前記不活性ガスを吹き込み、攪拌時に剪断させることでセルを形成する、所謂▲３▼機械的発泡法等が適宜採用可能であるが、得られるセルの均一分散性やセル径の同一性については悪化する場合があるので留意が必要である。
【００５２】
この他、前述のセルの均一分散性やセル径の同一性が良好な発泡体の製造方法として、原料中に所定の可溶性物質を混合・混練し、成形体となした後に、外可溶性物質を抽出・除去する、所謂抽出法により、またはこの考え方を、前述の▲１▼〜▲３▼の各方法に併用した発泡方法も採用可能である。この場合、前記可溶性物質の粒径を制御することで、得られる発泡体のセル径の同一性の向上が可能であり、また原料と該可溶性物質との混合を充分なし得ることで、得られる発泡体のセルの均一分散性も向上し得る。
【００５３】
そして、前記可溶性物質として、水溶性のものを選択することで、得られた研磨用パッド１０の使用時においても、該可溶性物質の抽出除去が期待できる。このため、製造工程における抽出除去率が小さな可溶性物質も好適な使用の対象となる。更に、前記可溶性物質に換えて、所要粒径の中空状物質を使用することも可能である。このような物質を使用すれば、製造工程において、前述の抽出法のような可溶性物質の抽出除去を実施する手間が省ける。なお、前記中空状物質としては、その硬度が得るべき研磨用パッド１０における研磨領域１２の硬度と略同等であることが必要である。
【００５４】
また通常、前記反応射出成形により得られる発泡体の研磨用パッド１０における表面には、スキン層と呼ばれる数μｍ程度の高密度層が形成される。このスキン層は研磨用パッドのコンディショニング、すなわち使用前の準備において容易に除去することができるので、殊に研磨用パッドとしての使用用途には問題を生じない。更に不活性ガスの溶解速度を向上させると共に、ガス飽和濃度を著しく増大させた超臨界流体を使用する方法も参考となる。
【００５５】
更に、前記反応射出成形により得られる研磨用パッド１０の表面状態は、図８に示す如く、前記セル１８以外の、微小なμｍ単位の微小な凸凹、所謂ケバ立ちにより、良好な研磨スピード（研磨レート）を達成している。このケバ立ちは、通常、前記研磨レートが悪化した際に実施される、前記研磨面１４ａのコンディショニング処理によって大きく顕在化するものである。しかしながら、本発明に係る反応射出成形法により作製される研磨用パッド１０においては、前記溶存ガス原料中に存在するセル１８の大きさを攪拌度合いや、射出時圧力等の調整により任意とし得るため、前記ケバ立ちした表面状態を好適に制御し得る。具体的には、前記ケバ立ちとして２〜５μｍ程度の微小な表面凹凸が存在することが望ましい。
【００５６】
本発明においては、材質として同密度の物質を使用し、その一部領域に溝の如き空隙を意図的に設けることで、構造的な密度（嵩密度）を低下させて、良好な撓みを発現する応力緩和領域を形成して、これにより段差緩和性と、面内均一性とを両立させている。しかし、この他の手段として、後述の実験例に示すような、全体の厚さを大きく取ることで、所要の撓み量を発揮し得るようにしたり、反応射出成形法等で好適に実施し得る、２つの物性の異なる物質（ここでは研磨領域として使用される高硬度物質と、応力緩和領域として使用される柔軟性の高い物質）の連続射出による、所謂２色成形法によっても、同様の効果が得られる。
【００５７】
【実験例】
次に、反応射出成形法により得られた研磨用パッドについての実験例を示す。具体的は、所定の応力緩和部を形成する等して撓み量を変化させ、該応力緩和領域の差違による段差緩和性および面内均一性等の研磨用パッドに必要とされる各種物性を観察・測定するものである。なお本発明に係る研磨用パッドは、この実験例に限定されるものではない。
【００５８】
（実験１）　応力緩和領域の密度と撓み量との関係について
前述（［００３１］）した厚さ（総厚さ３．０ｍｍ、応力緩和領域厚さ１．０ｍｍ）の条件に従い、研磨領域および応力研磨領域の密度を下記の表１に記載の内容とした実施例１および２並びに比較例１および２に係る研磨用パッドを製造し、得られた夫々の該パッドにつき、以下に記載の各物性値等を測定・確認した。なお、各物性値等の測定方法および確認方法は下記する。
【００５９】
（評価項目および評価方法）
▲１▼物性値
Ａ：密度
ＪＩＳ　Ｋ　６４０１の規定に準拠した方法により測定。
Ｂ：硬度
ＡＳＴＭ　Ｄ　２２４０に規定されるＳｈｏｒｅ　Ｄ硬度計を使用し、温度２２℃，湿度５５％ＲＨの条件で測定。
Ｃ：全体の撓み量
ＪＩＳ　Ｋ　６２５４の規定に準拠した方法に基づき、圧縮速度０．１ｍｍ／ｍｉｎの条件により測定。
▲２▼研磨特性評価：
研磨機として、８インチ仕様のＣＭＰ装置を使用し、以下の条件で、各評価項目毎に最適な被研磨物を夫々研磨して、Ｄ：段差緩和性と、Ｅ：面内均一性と、Ｆ：：これらから得られる研磨用パッドとしての総合評価とを夫々確認した。ここでＤ：段差緩和性は、○：よい、または×：悪いで、Ｅ：面内均一性は、○：よい、△：少し劣るまたは×：悪いで、Ｆ：総合評価は、○：好適に使用し得る、△：使用可または×：使用不可で夫々評価した。
・条件
定盤およびヘッド回転数：１００回転／分（ｒｐｍ）
研磨圧力：３４ｋＰａ
研磨剤：汎用の酸化膜用ＳｉＯ２スラリー
研磨剤流量：２００ｍｌ／ｍｉｎ
【００６０】
【表１】
2004042189.tif 000003
【００６１】
（実験１の結果）
前述の各測定項目に係る結果を以下の表１に記す。この表１から、得られる研磨用パッドの撓み量が１５μｍ以上となることで、良好な段差緩和性と面内均一性とを併有することが確認された。そして、前記応力緩和領域が上限である２．０ｍｍの際に必要とされる密度は、０．３５ｇ／ｃｍ３以下であることが確認された。
【００６２】
（実験２）　応力緩和領域の厚さと撓み量との関係について
基本的に従来公知の複層構造の研磨パッド（商品名　ＩＣ−１４００；ロデールニッタ製）を基準として、全体の厚さが２．５０ｍｍとなるように設定して、以下に記載する「実施例の説明」、「比較例の説明」および「参考例の説明」並びに表２に示され実施例３〜５、比較例３〜５および参考例１〜３に係る研磨用パッドを製造して、得られた夫々の該パッドにつき前述の各物性値等を測定・確認した。
【００６３】
（実施例の説明）
・ポリウレタン系発泡体として、ショアーＤ硬度５５、嵩密度０．７３ｇ／ｃｍ３、厚さ２．５０ｍｍの物質を使用し、これに所定深さの応力緩和部を溝幅２ｍｍ、ピッチ３．２ｍｍの格子状に形成して応力緩和領域とする。
・実施例３：応力緩和部の深さ（応力緩和領域の厚さ）０．８０ｍｍ、研磨領域の厚さ１．７０ｍｍとした単層の研磨用パッド。
・実施例４：応力緩和部の深さ（応力緩和領域の厚さ）１．２３ｍｍ、研磨領域の厚さ１．２７ｍｍとした単層の研磨用パッド。
・実施例５：応力緩和部の深さ（応力緩和領域の厚さ）１．７３ｍｍ、研磨領域の厚さ０．７７ｍｍとした単層の研磨用パッド。
【００６４】
（比較例の説明）
・比較例３：応力緩和部の深さ（応力緩和領域の厚さ）０．５０ｍｍ、研磨領域の厚さ２．００ｍｍとした単層の研磨用パッド
・比較例４：２．５０ｍｍの前記ポリウレタン系発泡体（ショアーＤ硬度５５、嵩密度０．７３ｇ／ｃｍ３）を、１．２７ｍｍの厚さにスライスした物質だけからなる単層の研磨用パッド。
・比較例５：２．５０ｍｍの前記ポリウレタン系発泡体（ショアーＤ硬度５５、嵩密度０．７３ｇ／ｃｍ３）を、１．８０ｍｍの厚さにスライスした物質だけからなる単層の研磨用パッド。
【００６５】
（参考例の説明）
・参考例１：複層の研磨用パッド：商品名　ＩＣ−１４００；ロデールニッタ製（総厚さ２．５０ｍｍ）
・参考例２：厚さ４．００ｍｍのポリウレタン系発泡体を使用し、応力緩和領域を設けず、その厚さ全てを研磨領域とした研磨用パッド。
・参考例３：厚さ５．００ｍｍのポリウレタン系発泡体を使用し、応力緩和領域を設けず、その厚さ全てを研磨領域とした研磨用パッド。
【００６６】
【表２】
2004042189.tif 000004
【００６７】
（実験２の結果）
前述の各測定項目に係る結果を以下の表２に記す。この表２から、得られる研磨用パッドの撓み量が１５μｍ以上となることで、良好な段差緩和性と面内均一性とを併有することが、前述の実験１と同様に確認された。また、この実験例に係る条件、すなわち前記応力緩和領域の嵩密度が０．１５ｇ／ｃｍ３の場合、前記撓み量が１５μｍを達成する際の応力緩和層の厚さは、０．８０ｍｍ以上であることも併せて確認された。更に、０．７３ｇ／ｃｍ３の嵩密度を有し、充分な研磨領域として充分な硬度を有するポリウレタン系発泡体だけからなる研磨用パッドであっても、その厚さを４．００ｍｍ以上とすれば、１５μｍの撓み量の達成は可能であるとも確認された。
【００６８】
【発明の効果】
以上に説明した如く、本発明に係る研磨用パッドによれば、優れた段差緩和性を発現する硬度を有する研磨領域と、優れた面内均一性を発現する撓みを有する応力緩和領域とを併有する研磨用パッドを、反応射出成形により一体的に成形するようにしたので、研磨定盤に対する固定作業により設置される高さ水準が不安定にならず、良好な面内均一性を発現する研磨用パッドが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る研磨用パッドを示す概略斜視図である。
【図２】研磨終点検出用小窓を備える研磨用パッドを使用した研磨の様子を示す概略図である。
【図３】実施例に係る研磨用パッドの研磨面を示す拡大平面図である。
【図４】排出溝と応力調整部とが連通した研磨用パッドを示す概略断面図である。
【図５】排出溝と応力調整部とが連通していない研磨用パッドを示す概略断面図である。
【図６】応力調整部が応力緩和領域の外周面に連通しない場合の一例を一部切り欠いて示す概略平面図である。
【図７】反応射出成形法を実施する反応射出成形装置の一例を示す概略図である。
【図８】反応射出成形法を実施して得られる研磨面における、微小な凹凸、所謂ケバ立ちの状態を示す概略図である。
【図９】研磨用パッドを使用して、半導体ウェハー等の被研磨物を研磨するまでの工程を説明する説明図である。
【図１０】従来技術に係る複層構造の研磨用パッドを示す概略斜視図である。
【図１１】従来技術に係る複層構造の研磨用パッドを、研磨定盤上に貼着・固定する工程を設定する工程図である。
【符号の説明】
１２　ポリウレタン系発泡体
１４　研磨領域
１４ａ　研磨面
１６　応力緩和領域
１８　セル
２０　排出溝
２２　応力調整部
【図１】
2004042189.tif 000005
【図２】
2004042189.tif 000006
【図３】
2004042189.tif 000007
【図４】
2004042189.tif 000008
【図５】
2004042189.tif 000009
【図６】
2004042189.tif 000010
【図７】
2004042189.tif 000011
【図８】
2004042189.tif 000012
【図９】
2004042189.tif 000013
【図１０】
2004042189.tif 000014
【図１１】
2004042189.tif 000015