(57)【要約】  【課題】  研磨層とクッション層を貼り合わせた状態で効率良く加工ができ、かつ溝加工精度および厚み精度に優れ、良好な研磨特性を発現する研磨パッドの製造方法を提供する。  【解決手段】  研磨層とクッション層とが含まれる研磨パッドにおいて、該研磨層に無発泡エラストマーからなるクッション層が貼り合わされた状態で、該研磨層の溝加工を行う。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨層と無発泡エラストマーからなるクッション層とが貼合わされた状態で研磨層の溝加工を行うことを特徴とする研磨パッドの製造方法。
【請求項２】
前記クッション層の体積弾性率が４０ＭＰａ以上であり、かつ引張弾性率が０．１ＭＰａ以上、２０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１記載の研磨パッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨パッドの製造方法に関するものである。特に、シリコンなど半導体基板上に形成される絶縁層の表面や金属配線の表面を機械的に平坦化する工程に好適に利用できる研磨パッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスが高密度化するにつれ、多層配線と、これに伴う層間絶縁膜形成や、プラグ、ダマシンなどの電極形成等の技術が重要度を増している。これらは光リソグラフィ技術を応用して形成されるが、その加工精度を確保するために、これら層間絶縁膜や電極の金属膜の平坦化プロセスの重要度は増している。この平坦化プロセスのための効率的な技術として、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）と呼ばれる研磨技術が普及してきている。これは被加工物を回転する弾性パッドに押しつけ、相対運動を行わせながら、研磨剤であるスラリーを供給し、被加工物表面の凹凸の凸の部分を研磨パッドで優先的に研磨する方法である。
【０００３】
ところで、現在一般的に使用されている研磨パッドは、平坦化と被加工物全面に対して均一な研磨量とを両立させるため、被加工物をスラリ−を介して研磨するための研磨層と、半導体ウエハのうねりに追随するためのクッション層との二層構造を有しているものが多い（例えば、特許文献１）。
【０００４】
このような、広く使用されている二層パッドの具体例として、不織布にポリウレタン溶液を含浸した後湿式製膜して得られた湿式発泡ポリウレタンをクッション層として使用した、ロデール社製研磨パッド“ＩＣ−１０００／Ｓｕｂａ４００”（商品名）が知られている。
【０００５】
また、研磨層には研磨パッドの研磨層表面には被加工物と研磨層の間へのスラリーの供給や過剰に供給されたスラリーの排出の役目の他、加工中に発生した屑の排出等の役目のため、格子状、同心円上、螺旋状等の溝が形成される。
【０００６】
本発明者らは、このような公知の研磨パッドについて、研磨層表面への溝加工を試みたところ、溝加工を行う工具が研磨層表面に触れたときに研磨パッドの厚み方向に圧縮応力が働き、体積弾性率の小さなクッション層は圧縮変形し、研磨パッドの厚みが変化し、希望する寸法の溝が得られなかったり、溝の深さが部分的に異なるといった現象を生じることを認めた。
【０００７】
このような変形を伴わない溝加工を行うには、予め研磨層に溝加工を施し、クッション層に貼り合わせることが考えられる（特許文献２）。しかし、研磨層に溝加工を施した後、クッション層に貼り合わせる方法では、溝加工によって生じた加工屑が研磨層とクッション層の間に入り込んだり、貼り合わせ時において溝のないところでは押しつけ圧力が充分にかかるのに対して、溝のあるところでは押しつけ圧力が充分にかからないため、研磨層とクッション層の間に空気が噛み混んだりし、研磨パッドの厚みにムラが生じてしまい、本来平坦化のために用いるものであるところ係る厚み斑では十分な研磨特性を得難い。研磨層とクッション層の貼り合わせ工程前に、加工屑の除去工程を入れることも考えられるが、工程数が増えるため経済性の面で好ましくない。
【０００８】
すなわち、研磨パッドに要求される特性の代表的なものに、被加工物表面の凹凸の凸の部分を優先的に研磨し、良好な平坦化が得られること、被加工物のうねりに追随して被加工物全体に渡って均一に研磨できること（ユニフォーミティ）、被加工物の表面に研磨によってスクラッチ、ダスト等の表面欠陥を生じさせないこと等が挙げられるが、適切な圧力をかけて研磨を行ったとき、研磨パッドに厚みムラがあると、局所的に厚くなっている部分に圧力が集中し、平坦性やユニフォーミティに影響が出たり、スクラッチ、ダスト等の表面欠陥が生じる原因となってしまうため、平坦性、ユニフォーミティの良好な安定性の実現や表面欠陥を抑えることとなる。つまり、研磨パッド自体の厚みにばらつきがないことが非常に重要である。
【０００９】
また、研磨層に施した溝は研磨パッドの弾性特性に大きく影響を与えるため、溝深さにばらつきがあると、研磨パッドの弾性特性にもばらつきが生じ、その結果、平坦性やユニフォーミティにもばらつきが生じてしまったり、不均一な圧力によりスクラッチやダスト等の表面欠陥が生じてしまう。
【特許文献１】特開平６−２１０２８号公報
【特許文献２】特開２０００−２３２０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題とするところは、研磨層とクッション層を貼り合わせた状態で効率よく溝加工を行え、かつ厚み精度、溝加工精度に優れており、良好な研磨特性を発現する研磨パッドの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題解決のために、本発明は以下の構成からなる。すなわち、
（１）研磨層と無発泡エラストマーからなるクッション層とが貼合わされた状態で研磨層の溝加工を行うことを特徴とする研磨パッドの製造方法、
（２）前記クッション層の体積弾性率が４０ＭＰａ以上であり、かつ引張弾性率が０．１ＭＰａ以上、２０ＭＰａ以下であることを特徴とする前記（１）記載の研磨パッドの製造方法、である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、効率よく加工ができ、かつ溝加工精度および厚み精度に優れ、研磨特性の安定した研磨パッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の研磨パッドの製造方法においては、クッション層として無発泡エラストマーを使用することが必要である。無発泡エラストマーとは発泡構造を有さない弾性体であり、例えば、オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマーや、天然ゴム、ニトリルゴム、ネオプレンゴム、ポリブタジエンゴム、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等のゴム弾性体があげられる。現在、クッション層として一般的に使われている発泡体に比べ、圧縮変形量の小さい無発泡エラストマーを使用することにより、クッション層を貼り合わせた研磨層表面へ溝加工するときに、研磨パッドの変形量を最小限に抑えることができ、精度の高い溝加工が可能となる。クッション層として発泡構造を有する素材を使用すると、研磨層表面に溝を加工するとき該クッション層が圧縮変形しやすく、精度の高い溝が形成できなくなる。さらに、発泡構造が不均一であると部分的に変形量が異なり、よりいっそう溝の精度が低下してしまうので好ましくない。
【００１４】
また、研磨特性の観点から、クッション層は、その体積弾性率が４０ＭＰａ以上でかつ引張弾性率が０．１ＭＰａ以上、２０ＭＰａ以下であることがこのましい。さらに好ましくは、クッション層の体積弾性率が６０ＭＰａ以上、さらに好ましくは９０ＭＰａ以上であり、好ましい引張弾性率は、０．５ＭＰａ以上、１８ＭＰａ以下、さらに好ましい引張弾性率は５ＭＰａ以上、１５ＭＰａ以下である。体積弾性率とは、あらかじめ体積を測定した被測定物に等方的な圧力を加えて、その体積変化を測定し、以下の式で求められる。
【００１５】
体積弾性率＝印加圧力／（体積変化量／被測定物の元の体積）
例えば、元の体積が１ｃｍ3であり、これに等方的に印加圧力を０．０７ＭＰａかけたときの体積変化が０．００００５ｃｍ3であれば、体積弾性率は１４００ＭＰａである。体積弾性率は、液面計のついた容器に２５℃の水を入れておき、該容器内水中に体積が１ｃｍ3である試料を浸漬する。次いで水および試料の入った該容器を密閉容器内に入れ、該密閉容器内を窒素ガスにて加圧する。測定圧力として０．０３ＭＰａから０．１４ＭＰａまでの範囲で圧力を加えたときの試料の体積変化を液面変化から読みとる方法によって求められる。この体積弾性率の上限としては特に制限はないが、クッション性を十分に確保する上では、３００ＭＰａ以下程度が実用的である。
【００１６】
また、引張弾性率は、クッション層をダンベル形状にして引張応力を加え、引張歪み（＝引張長さ変化／試料の元の長さ）が０．０１から０．０３までの範囲で引張応力を測定し、以下の式で求められる。
【００１７】
引張弾性率＝（（引張歪みが０．０３時の引張応力）−（引張歪みが０．０１時の引張応力））／０．０２
測定装置として、テンシロン万能試験機“ＲＴＭ−１００”（オリエンテック社製）などが挙げられる。測定条件としては、試験速度は５ｃｍ／分で試験片形状は試験片中央平行部の幅５ｍｍで試料長５０ｍｍのダンベル形状である。
【００１８】
クッション層の体積弾性率を好ましく４０ＭＰａ以上とし、かつ、引張弾性率として０．１ＭＰａ以上、２０ＭＰａ以下とすることにより、半導体基板の研磨に用いた場合に、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が非常に良好なものとなる。
【００１９】
このようなクッション層の具体的な例としては、天然ゴム、ニトリルゴム、ネオプレンゴム、ポリブタジエンゴム、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの無発泡のエラストマを挙げることができる。
【００２０】
クッション層の好ましい厚みは、０．１〜１００ｍｍである。０．１ｍｍより小さい場合は、ユニフォーミティが悪化する傾向がある。また１００ｍｍより大きい場合は、グローバル平坦性、ローカル平坦性が損なわれる傾向がある。好ましい厚み範囲は、０．２〜５ｍｍであり、さらに好ましくは０．５〜２ｍｍである。
【００２１】
本発明においては、本発明の目的を阻害しない範囲において、研磨層，クッション層以外の他の層が構成されていても構わない。
【００２２】
研磨層とクッション層の貼り合わせには、両面粘着テープが好ましく用いられる。両面粘着テープの基材としては、たとえば、紙、不織布、布、ガラスクロス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド等の樹脂フィルム、ポリエチレン、ポリウレタン、アクリル等の発泡体、アルミ、銅等の金属箔などを挙げることができる。また、両面粘着テープの粘着剤として、具体的にはゴム系、アクリル系、シリコーン系の各種粘着剤を挙げることができる。また、基材を使用せず、粘着剤のみを均一なフィルム状にしたものも、両面粘着テープとして用い得る。また、両面粘着テープの粘着面の粘着力は、表裏面で同じであっても、異なっていても良い。研磨特性の観点から、基材を使用しない両面粘着テープが好ましく使用される。
【００２３】
本発明においては、クッション層を貼り合わせた状態で研磨層表面へ溝加工を行うが、溝の加工方法は特に限定されるものではない。具体的には、研磨層表面をルーター等の装置を使用して切削加工することにより溝を形成する方法、研磨層表面に加熱された金型、熱線等を接触させ、接触部を溶解させることにより溝を形成する方法等が挙げられる。また、溝の形状も特に限定されるものではない。具体的には、碁盤目状、スパイラル状、同心円状、ディンプル状等が挙げられる。
【００２４】
研磨層は、研磨レートを高く、ダスト、スクラッチを少なくできる点で発泡構造を有することが好ましい。研磨層の発泡構造の形成方法としては公知の方法が使用できる。例えば、単量体もしくは重合体中に各種発泡剤を配合し、後に加熱等により発泡させる方法、単量体もしくは重合体中に中空のマイクロビーズを分散して硬化させ、マイクロビーズ部分を独立気泡とする方法、溶融した重合体を機械的に撹拌して発泡させた後、冷却硬化させる方法、重合体を溶媒に溶解させた溶液をシート状に成膜した後、重合体に対する貧溶媒中に浸漬し、溶媒のみを抽出する方法、単量体を発泡構造を有するシート状高分子中に含浸させた後、重合硬化させる方法等を挙げることができる。なお、本発明における研磨層の発泡構造は連続気泡、独立気泡のいずれであっても良いが、連続気泡の場合は研磨加工時に研磨剤が研磨層内部に浸透し、硬度、弾性率等の研磨層物性が経時的に変化することで研磨特性が悪化するおそれがあるため、独立気泡の方が好ましい。これらの中でも研磨層の発泡構造の形成や気泡径のコントロールが比較的簡便であり、また研磨層の作製も簡便な点で、単量体を発泡構造を有するシート状高分子中に含浸させた後、重合硬化させる方法が好ましい。
【００２５】
前記の発泡構造を有するシート状高分子の材質は、単量体が含浸できるものであれば特に限定されるものではない。具体的にはポリウレタン、ポリウレア、軟質塩化ビニル、天然ゴム、ネオプレンゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の各種ゴム等を主成分とした樹脂シートや布、不織布、紙等が挙げられる。また、これらのシート状高分子には、製造される研磨パッドの特性改良を目的として、研磨剤、潤滑剤、帯電防止剤、酸化防止剤、安定剤等の各種添加剤が添加されていても良い。これらの中でも、気泡径が比較的容易にコントールできる点でポリウレタンを主成分とする素材が好ましい。ポリウレタンとは、ポリイソシアネートの重付加反応または重合反応に基づき合成される高分子である。ポリイソシアネートの対象として用いられる化合物は、含活性水素化合物、すなわち、二つ以上のポリヒドロキシ基、あるいはアミノ基含有化合物である。ポリイソシアネートとして、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなど挙げることができるがこれに限定されるものではない。ポリヒドロキシ基含有化合物としてはポリオールが代表的であり、ポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、エポキシ樹脂変性ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール、シリコーンポリオール等が挙げられる。硬度、気泡径および発泡倍率によって、ポリイソシアネートとポリオール、および触媒、発泡剤、整泡剤の組み合わせや最適量を決めることが好ましい。
【００２６】
発泡構造を有するシート状高分子の平均気泡径は、使用する単量体およびシート状高分子の種類や、製造される研磨層の特性により定められるべきものであり、一概にはいえないが、例えばポリウレタンを使用する場合は５００μｍ以下であることが、製造される研磨層のグローバル平坦性や半導体基板の局所的凹凸の平坦性であるローカル平坦性といった平坦化特性が良好である点で好ましい。平均気泡径が３００μｍ以下、さらには１００μｍ以下であることがさらに好ましい。なお、平均気泡径とは研磨層断面を倍率２００倍でＳＥＭ観察し、次に記録されたＳＥＭ写真の気泡径を画像処理装置で測定し、その平均値を取ることにより測定した値をいう。
【００２７】
発泡構造を有するシート状高分子の密度は、使用する単量体およびシート状高分子の種類や、製造される研磨層の特性により定められるべきものであり、一概にはいえないが、例えばポリウレタンを使用する場合は０．５〜１．０ｇ／ｃｍ3であることが好ましい。０．５ｇ／ｃｍ3より低いと製造される研磨層の曲げ弾性率の低下によりグローバル平坦性が不良になる傾向があり、１．０ｇ／ｃｍ3より高いと製造される研磨層の曲げ弾性率の増大によりユニフォーミティが悪化したり、研磨後の半導体基板表面にスクラッチ、ダストが発生しやすい傾向があるため、あまり好ましくない。０．６〜０．９ｇ／ｃｍ3であることがさらに好ましい。なお、密度は日本工業規格（ＪＩＳ）Ｋ  ７２２２記載の方法により測定した値をいう。
【００２８】
単量体は付加重合、重縮合、重付加、付加縮合、開環重合等の重合反応をするものであれば種類は特に限定されるものではない。具体的にはビニル化合物、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、ジカルボン酸等が挙げられる。これらの中でも、シート状高分子への含浸、重合が容易な点でビニル化合物が好ましい。具体的にはメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、メチル（α−エチル）アクリレート、エチル（α−エチル）アクリレート、プロピル（α−エチル）アクリレート、ブチル（α−エチル）アクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ｎ−ラウリルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシブチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジプロピル、マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジプロピル、Ｎ−イソプロピルマレイミド、Ｎ−シクロヘキシルマレイミド、Ｎ−フェニルマレイミド、Ｎ、Ｎ’−（４、４’−ジフェニルメタン）ビスマレイミド、ビス（３−エチル−５−メチル−４−マレイミドフェニル）メタン、アクリロニトリル、アクリルアミド、塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、アリルメタクリレート等が挙げられる。これらの中でも、アクリル酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、メチル（α−エチル）アクリレート、エチル（α−エチル）アクリレート、プロピル（α−エチル）アクリレート、ブチル（α−エチル）アクリレートがシート状高分子への含浸、重合が容易な点で好ましい。なお、これらの単量体は１種であっても２種以上を混合しても良い。また、これらの単量体には、製造される研磨層の特性改良を目的として、研磨剤、潤滑剤、帯電防止剤、酸化防止剤、安定剤等の各種添加剤が添加されていても良い。
【００２９】
本発明の研磨層に使用される単量体の重合開始剤、硬化剤としては特に限定されるものではなく、単量体の種類に応じて適宜使用することができる。例えば単量体にビニル化合物を使用した場合は、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス（２、４−ジメチルバレロニトリル）、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、イソプロピルパーオキシジカーボネート等のラジカル開始剤を使用することができる。また、酸化還元系の重合開始剤、例えばパーオキサイドとアミン類の組み合わせを使用することもできる。また、これらの重合開始剤、硬化剤は、１種であっても２種以上を混合しても使用できる。
【００３０】
また、本発明においては、単量体が入った容器中で、発泡構造を有するシート状高分子に単量体を接触させ、内部に該単量体を含有させて重合・硬化させる方法が採用できる。なお、その際、含浸速度を速める目的で、加熱、加圧、減圧、攪拌、振盪、超音波振動等の処理を施すことも好ましい。
【００３１】
発泡構造を有するシート状高分子中への単量体の含浸量は、使用する単量体およびシート状高分子の種類や、製造される研磨層の特性により定められるべきものであり、一概にはいえないが、例えば単量体としてメチルメタクリレート、シート状高分子としてポリウレタンを使用した場合においては、重合硬化物中の単量体から重合される重合体とポリウレタンの含有比率が重量比で４０／６０〜７０／３０であることが好ましい。単量体混合物から得られる重合体の含有比率が重量比で４０に満たない場合は、硬度、曲げ弾性率の低下により平坦化特性が不良になる傾向があるため好ましくない。また、含有比率が７０を越える場合は、硬度、曲げ弾性率の増大によりユニフォーミティが悪化したり、ダスト、スクラッチが増加する傾向にあるため好ましくない。単量体から重合される重合体とポリウレタンの含有比率が重量比で４０／６０〜６５／３５であることがさらに好ましい。なお、重合硬化物中の単量体から得られる重合体およびポリウレタンの含有率は熱分解ガスクロマトグラフィ／質量分析手法により測定することができる。本手法で使用できる装置としては、熱分解装置としてダブルショットパイロライザー“ＰＹ−２０１０Ｄ”（フロンティア・ラボ社製）を、ガスクロマトグラフ・質量分析装置として、“ＴＲＩＯ−１”（ＶＧ社製）を挙げることができる。
【００３２】
重合硬化方法としては、単量体を含浸した発泡構造を有するシート状高分子をガスバリア性材料からなるモールド内に挿入し、加熱する方法が挙げられるが、この方法に限定されるものではない。
【００３３】
ガスバリア性の材料としては、無機ガラス、アルミニウム、銅、鉄、ＳＵＳ等の金属、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリアミド等のガスバリア性を有する樹脂、フィルム、多層押出成型やラミネート、コーティング等の方法により作製された、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリアミド等のガスバリア性を有する樹脂とポリオレフィン系樹脂の積層樹脂、フィルム等が挙げられる。この中でも耐熱性があり、製造される研磨パッドの表面性が良好な点で、無機ガラス、金属が好ましい。
【００３４】
単量体を含浸した発泡構造を有するシート状高分子をガスバリア性材料からなるモールド内へ挿入する方法は、特に限定されるものではない。具体的には、シート状高分子の周囲に軟質塩化ビニル、ネオプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム等のガスバリア性を有する弾性体からなるガスケットを配し、そのガスケットを介して２枚のガスバリア性材料からなる板でシート状高分子を挟み込む方法、ガスバリア性材料からなる筐体中にシート状高分子を挿入し密閉する方法、ガスバリア性フィルムからなる袋中にシート状高分子を挿入し密閉する方法等が挙げられる。また、袋のように重合硬化中に破れる可能性がある場合においては、それをさらにガスバリア性を有する筐体中に入れることも好ましい。なお、ガスバリア性材料からなるモールド内に挿入せずに重合硬化した場合には、シート状高分子から単量体が揮発することにより、製造される研磨層の品質再現性が不十分になる傾向があり、この結果、研磨特性が不安定になる傾向があるため好ましくない。なお、ここでのガスバリア性材料とは、単量体を含浸した発泡構造を有するシート状高分子を挿入し密閉した際にシート状高分子から単量体が揮発しない材料をいう。
【００３５】
また、発泡構造を有するシート状高分子への単量体の含浸工程、単量体を含浸した発泡構造を有するシート状高分子の、ガスバリア性材料からなるモールド内への挿入工程の順序は特に限定されるものではない。具体的には、（１）単量体が入った槽中にシート状高分子を浸漬して単量体を含浸させた後、槽から取り出し、ガスバリア性材料からなるモールドへ挿入する方法。（２）シート状高分子をガスバリア性材料からなるモールドへ挿入した後、モールド内に単量体を注入、密閉し、単量体を含浸させる方法。を挙げることができる。中でも、（２）は単量体臭気の飛散がなく作業環境が良好な点で好ましい。
【００３６】
重合硬化のための加熱方法も特に限定されるものではない。具体的には熱風オーブン等の空気浴での加熱、水浴、油浴での加熱、ジャケット、ホットプレスによる加熱等が挙げられる。中でも熱媒体の熱容量が大きく、重合硬化時の重合発熱の速やかな放散が可能な点で、水浴、油浴、ジャケットでの加熱が好ましい。
【００３７】
加熱温度、時間は、単量体、重合開始剤の種類、量、樹脂板の厚み等により定められるべきものであるが、例えば単量体にメチルメタクリレート、重合開始剤にアゾビスイソブチロニトリル、シート状高分子にポリウレタンを使用した場合においては、７０℃、１０時間程度加熱後、１２０℃、３時間程度加熱することにより重合硬化することができる。
【００３８】
なお、加熱以外の重合硬化方法としては光、電子線、放射線照射による重合硬化を挙げることができる。なお、その際、単量体中には必要に応じて重合開始剤、増感剤等を配合することが好ましい。
【００３９】
重合硬化物は、例えば単量体にビニル化合物、シート状高分子にポリウレタンを使用した場合、ビニル化合物から得られる重合体とポリウレタンを一体化して含有することが、研磨層にした際、その全面において研磨特性が安定するため好ましい。ここで、ビニル化合物から得られる重合体とポリウレタンを一体化して含有するとは、ビニル化合物から得られる重合体の相とポリウレタンの相が分離された状態ではないという意味であるが、定量的に表現すると、研磨層の中で研磨機能を本質的に有する層の色々な箇所をスポットの大きさが５０μｍの顕微赤外分光装置で観察した赤外スペクトルが、ビニル化合物から得られる重合体の赤外吸収ピークとポリウレタンの赤外吸収ピークを有しており、色々な箇所の赤外スペクトルがほぼ同一であることである。ここで使用される顕微赤外分光装置としては、“ＩＲμｓ”（ＳＰＥＣＴＲＡ−ＴＥＣＨ社製）を挙げることができる。
【００４０】
重合硬化物を必要な厚みまで表、裏面を研削加工するか、必要な厚みにスライス加工することで研磨層を完成することができる。なお、研削加工にはＮＣルーター、ダイヤモンドディスク、ベルトサンダー等の装置等、スライス加工としてはバンドナイフ、かんな板等の装置等、特に限定されるものではなく公知の装置を使用することができる。
【００４１】
研磨層の厚みは０．１〜１０ｍｍであることが好ましい。０．１ｍｍより薄いと該研磨パッドの下地として使用されるクッション層またはその下層に位置する研磨定盤の機械的特性が、該研磨層そのものの機械的特性よりも研磨特性に顕著に反映されるようになり、一方、１０ｍｍより厚いとクッション層の機械的特性が反映されなくなり、研磨層表面の溝加工精度や研磨パッドの円形への加工精度は向上するが、このような研磨パッドを半導体基板の研磨に使用したとき、半導体基板のうねりに対する追随性が低下しユニフォーミティが悪化する傾向がある。研磨の平坦化特性の観点からは研磨層の厚みは０．２〜５ｍｍ、さらには０．５〜２ｍｍであることがより好ましい。
【００４２】
研磨層の平均気泡径は、独立気泡の場合５００μｍ以下であることが、グローバル平坦性やローカル平坦性が良好である点で好ましい。平均気泡径が３００μｍ以下、さらには１００μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４３】
研磨層の密度は０．５〜１．０ｇ／ｃｍ3であることが好ましい。０．５ｇ／ｃｍ3より小さいと曲げ弾性率の低下によりグローバル平坦性が不良になる傾向があり、１．０ｇ／ｃｍ3より大きいと曲げ弾性率の増大によりユニフォーミティが悪化したり、研磨後の半導体基板表面にスクラッチ、ダストが発生しやすい傾向があるため、あまり好ましくない。０．６〜０．９ｇ／ｃｍ3であることがさらに好ましい。
【００４４】
研磨層の硬度は、マイクロゴムＡ硬度で８０度以上であることが好ましい。マイクロゴムＡ硬度が８０度未満である場合は、平坦化特性が悪化する傾向があるため好ましくない。９０度以上であることがさらに好ましい。最表面の層に隣接する層すなわちクッション層の硬度は、研磨層の硬度より低いことが好ましく、良好なクッション性を得るためには１０度以上低いことがより好ましい。なお、本発明におけるマイクロゴムＡ硬度とは、高分子計器（株）製マイクロゴム硬度計ＭＤ−１で測定した値をいう。マイクロゴム硬度計ＭＤ−１は、従来の硬度計では測定が困難であった薄物、小物の試料の硬度測定を可能にしたものであり、スプリング式ゴム硬度計（デュロメータ）Ａ型の約１／５の縮小モデルとして設計、製作されているため、その測定値は、スプリング式ゴム硬度計Ａ型で測定した値とほぼ同一の測定値を与える。なお、通常の研磨パッドは、研磨層または硬質層の厚みが５ｍｍ以下と薄すぎるため、スプリング式ゴム硬度計で求めるよりもマイクロゴム硬度計ＭＤ−１で求めることが適切である。
【００４５】
本発明により製造された研磨パッドの研磨対象は特に限定されるものではないが、半導体基板の研磨に好ましく使用することができる。さらに具体的には、半導体ウェーハ上に形成された絶縁層または金属配線の表面が研磨対象として好ましい。具体的には、絶縁層としては金属配線の層間絶縁膜や下層絶縁膜、素子分離に使用されるシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）等を、また金属配線としてはアルミ、タングステン、銅等を挙げることができ、構造的にはダマシン、デュアルダマシン、プラグ等がある。絶縁膜は現在酸化シリコンが主流であるが、遅延時間の問題で低誘電率絶縁膜の使用が検討されつつあり、本発明の研磨パッドにおいてはそのいずれとも研磨対象となり得る。また金属配線に銅を使用した場合には、窒化珪素等のバリアメタルも研磨対象となる。また、半導体基板以外に、磁気ヘッド、ハードディスク、液晶ディスプレイ用カラーフィルター、プラズマディスプレイ用背面板等の光学部材、セラミックス、サファイア等の研磨にも好ましく使用することができる。
【００４６】
次に、本発明により製造された研磨パッドを用いて研磨を行う方法としては、用いる研磨装置としては特に限定されるものではないが、半導体基板の研磨に使用する場合は、研磨ヘッド、本発明の研磨パッドを固定するための研磨定盤、ならびに研磨ヘッド、研磨定盤もしくはその双方を回転させる手段を具備していることが好ましい。
【００４７】
研磨方法としては、まず、本発明の研磨パッドを研磨装置の研磨定盤に研磨パッドが研磨ヘッドに対向するように固着させる。半導体基板は研磨ヘッドに真空チャックなどの方法により固定される。研磨定盤を回転させ、研磨定盤の回転方向と同方向で研磨ヘッドを回転させて、研磨パッドに押しつける。この時に、研磨パッドと半導体基板の間に研磨剤が入り込む様な位置から研磨剤を供給する。押し付け圧は、研磨ヘッドに加える力を制御することにより通常行われる。押し付け圧力は０．０１〜０．２ＭＰａであることが良好な研磨特性を得られるため好ましい。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例によって、さらに本発明をさらに具体的に説明する。しかし、係る記載によって本発明は限定される訳ではない。なお、研磨パッドの各種評価は以下のようにして行った。
【００４９】
研磨層およびクッション層のマイクロゴムＡ硬度は、マイクロゴムＡ硬度計“ＭＤ−１”（高分子計器（株）製）により測定した。
【００５０】
研磨層の密度は、ＪＩＳ  Ｋ  ７２２２記載の方法により測定した。
【００５１】
研磨層の平均気泡径は、走査型電子顕微鏡“ＳＥＭ２４００”（日立製作所（株）製  ）を使用し、パッド断面を倍率２００倍で観察した写真を画像処理装置で解析することにより、写真中に存在するすべての気泡径を計測し、その平均値を平均気泡径とした。
【００５２】
研磨層、クッション層、研磨パッドの厚みはダイヤルゲージ“ＩＤ−Ｃ１１２Ａ”（（株）ミツトヨ製）を使用し、研磨層の溝の深さはデジタルノギス“ＣＤ−１５Ｃ”（（株）ミツトヨ製）を使用して測定した。研磨パッドの厚みムラおよび研磨層の溝の深さのムラは、研磨パッドあるいは研磨層の溝の任意の１０点を測定し、その最大値と最小値の差として０．１ｍｍ以上あったものは不合格とした。
【００５３】
研磨評価は次のようにして行った。
【００５４】
１．テストウェーハ
（１）グローバル平坦性評価用テストウェーハ
酸化膜付き１０１．６ｍｍ（４インチ）シリコンウェーハ（酸化膜厚：２μｍ）に１０ｍｍ角のダイを設置する。フォトレジストを使用してマスク露光を行い、ＲＩＥによって１０ｍｍ角のダイの中に２０μｍ幅、高さ０．７μｍのラインを２３０μｍのスペースで左半分にラインアンドスペースで配置し、２３０μｍ幅、高さ０．７μｍのラインを２０μｍのスペースで右半分にラインアンドスペースで配置する。このようにして作製したグローバル平坦性評価用テストウェーハを使用した。
【００５５】
（２）スクラッチ、ユニフォーミティ評価用テストウェーハ
酸化膜付き１０１．６ｍｍ（４インチ）シリコンウェーハ（酸化膜厚：１μｍ）を使用した。
【００５６】
２．研磨特性の評価
研磨層のクッション面に貼り付けようとする側の面に両面接着テープ“４４２ＪＳ”（住友スリーエム（株）製）を貼り付け、それをクッション層である不織布湿式ポリウレタンに貼り合わせ、クッション層のもう１面に両面接着テープ“４４２ＪＳ”（住友スリーエム（株）製）を貼り付け、二層の研磨パッドを作製した。次に研磨パッドを研磨機“ＬＭ−１５Ｅ”（ラップマスターＳＦＴ（株）製）の定盤上に貼り付けた。その後ダイヤモンドドレッサー“ＣＭＰ−Ｍ”（旭ダイヤモンド工業（株）製）（直径１４２ｍｍ）を用い、押し付け圧力０．０４ＭＰａ、研磨定盤回転数２５ｒｐｍ、ドレッサー回転数２５ｒｐｍで研磨定盤と同方向に回転させ、純水を１０ｍｌ／分で研磨パッド上に供給しながら５分間、研磨パッドのコンディショニングを行った。純水を１００ｍｌ／分で研磨パッド上に供給しながら研磨パッド上を２分間洗浄した後に、グローバル平坦性評価用テストウェーハを研磨ヘッドに取り付け、取扱説明書に記載された使用濃度の研磨スラリー“ＳＣ−１”（キャボット社製）を３５ｍｌ／分で研磨パッド上に供給しながら、研磨圧力０．０４ＭＰａ、研磨定盤回転数４５ｒｐｍ、研磨ヘッド回転数４５ｒｐｍで研磨定盤と同方向に回転させ、所定時間研磨を行った。ウェーハ表面を乾燥させないようにし、直ちに純水をかけながらポリビニルアルコールスポンジでウェーハ表面を洗浄し、乾燥圧縮空気を吹き付けて乾燥した。グローバル平坦性評価用テストウェーハのセンタ１０ｍｍダイ中の２０μｍラインと２３０μｍラインの酸化膜厚みを“ラムダエース”ＶＭ−２０００（大日本スクリーン製造（株）製）を使用して測定し、それぞれの厚みの差をグローバル平坦性として評価した。グローバル平坦性評価用テストウェーハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差が０．２μｍになった研磨時間が２４０秒以内を合格とした。
【００５７】
また上記と同じコンディショニングを行い、表面の酸化膜の厚みを、あらかじめ“ラムダエース”ＶＭ−２０００（大日本スクリーン製造（株）製）を使用して決められた１９８点につき測定した、ユニフォーミティ評価用テストウェーハを研磨ヘッドに取り付け、取扱説明書に記載された使用濃度の研磨スラリー“ＳＣ−１”（キャボット社製）を３５ｍｌ／分で研磨パッド上に供給しながら、研磨圧力０．０４ＭＰａ、研磨定盤回転数４５ｒｐｍ、研磨ヘッド回転数４５ｒｐｍで研磨定盤と同方向に回転させ、所定時間研磨を行った。ウェーハ表面を乾燥させないようにし、直ちに純水をかけながらポリビニルアルコールスポンジでウェーハ表面を洗浄し、自然状態に放置して乾燥を行った後、ウェーハ表面ゴミ検査装置（トプコン社製、“ＷＭ-３”）を用いて、直径が０．５μｍ以上の表面ダスト数と幅及び長さが０．５μｍ以上の表面スクラッチ数を測定し、ダストおよびスクラッチを合計した表面欠陥数１００個以下を合格とした。
【００５８】
次に研磨後の酸化膜の厚みを“ラムダエース”ＶＭ−２０００（大日本スクリーン製造（株）製）を使用して決められた１９８点を測定して、下記（２）式により各々の点での研磨速度を算出し、また、下記（３）式によりユニフォーミティを算出した。ユニフォーミティが１５％以下を合格とした。
【００５９】
研磨速度＝（研磨前の酸化膜の厚み−研磨後の酸化膜の厚み）／研磨時間
……（２）。
【００６０】
ユニフォーミティ(%)＝（最大研磨速度−最小研磨速度）／（最大研磨速度
＋最小研磨速度）×１００
……（３）。
【００６１】
実施例１
液温を４０℃に保った、ポリエーテルポリオール：”サンニックス  ＦＡ−９０９”（三洋化成工業（株）製）１００重量部、鎖伸長剤：モノエチレングリコール８重量部、アミン触媒：”Ｄａｂｃｏ  ３３ＬＶ”（エアープロダクツジャパン（株）製）１．９５重量部、アミン触媒：”Ｔｏｙｏｃａｔ  ＥＴ”（東ソー（株）製）０．１４重量部、シリコーン整泡剤：”ＴＥＧＯＳＴＡＢ  Ｂ８４６２”（Ｔｈ．Ｇｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ  ＡＧ社製）１重量部、発泡剤：水０．５５重量部を混合してなるＡ液と、液温を４０℃に保ったイソシアネート：”サンフォーム  ＮＣ−７０３”９６．２重量部からなるＢ液を、ＲＩＭ成型機により、吐出圧１６ＭＰａで衝突混合した後、４０℃に保った金型内に吐出量８００ｇ／ｓｅｃで吐出し、１０分間放置することで、厚み１０．０ｍｍの発泡ポリウレタンブロック（マイクロゴムＡ硬度：４７度、密度：０．７３ｇ／ｃｍ3、平均気泡径：３５μｍ）を作製した。その後、該発泡ポリウレタンブロックをスライサーで厚み２ｍｍにスライスした。
【００６２】
次に該発泡ポリウレタンシートを、アゾビスイソブチロニトリル０．１重量部を添加したメチルメタクリレートに４５分間浸漬した。次にメチルメタクリレートが含浸した該発泡ポリウレタンシートを、塩化ビニル製ガスケットを介して２枚のガラス板間に挟み込んで、７０℃で１０時間、１２０℃で３時間加熱することにより重合硬化させた。ガラス板間から離型した後、５０℃で真空乾燥を行った。このようにして得られた硬質発泡シートの両面を厚み１．２５ｍｍまで研削加工することにより研磨層を作製した。得られた研磨層のマイクロゴムＡ硬度は９２度、密度は０．７６ｇ／ｃｍ3、平均気泡径は４２μｍ、研磨層中のポリメチルメタクリレートの含有率は５５重量％であった。
【００６３】
厚さ１ｍｍの無発泡のニトリルゴム（体積弾性率＝１４０ＭＰａ、引張弾性率＝４．５ＭＰａ）をクッション層に用い、該研磨層と両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を用いて貼り合わせた。さらに該クッション層の研磨層を接着した面とは反対側の面に両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を貼り付けた。それをＮＣルーターで研磨層表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施し、そして、直径３８０ｍｍの円に切り抜いて研磨パッドを作製した。該研磨パッド表面に形成された溝の深さをあらかじめ決めておいた１０点で測定したところ、いずれも０．５ｍｍであり加工ムラは確認されなかった。また研磨層の厚みをあらかじめ決めておいた１０点で測定したところ、いずれも２．４５ｍｍでばらつきはなかった。次に、該研磨パッドを研磨機の定盤上に貼り付け、研磨評価を行った。研磨後のウェーハには表面欠陥が３２個観察された。また、グローバル平坦性評価用テストウェーハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差が０．２μｍになった研磨時間は１８０秒であった。ユニフォーミティは９．０％であった。
【００６４】
研磨パッドの厚みムラおよび研磨層の溝の深さのムラについて合格であり、また、研磨特性についても合格であった。
【００６５】
実施例２
実施例１で用いた研磨層を使用し、厚さ１ｍｍの無発泡のクロロプレンゴム（体積弾性率＝５０ＭＰａ、引張弾性率＝１１ＭＰａ）をクッション層として、該研磨層とを両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）で貼り合わせた。さらに該クッション層の研磨層を接着した面とは反対側の面に両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を貼り付けた。それをＮＣルーターで研磨層表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施し、そして、直径３８０ｍｍの円に切り抜いて二層の研磨パッドを作製した。該研磨パッド表面に形成された溝の深さをあらかじめ決めておいた１０点で測定したところ、いずれも０．５ｍｍであり加工ムラは確認されなかった。また研磨層の厚みをあらかじめ決めておいた１０点で測定したところ、いずれも２．４５ｍｍでばらつきはなかった。次に、該研磨パッドを研磨機の定盤上に貼り付け、研磨評価を行った。研磨後のウェーハには表面欠陥が３５個観察された。また、グローバル平坦性評価用テストウェーハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差が０．２μｍになった研磨時間は２４０秒であった。ユニフォーミティは１２．０％であった。
【００６６】
研磨パッドの厚みムラおよび研磨層の溝の深さのムラについて合格であり、また、研磨特性についても合格であった。
【００６７】
実施例３
研磨層としてロデール社製研磨パッド“ＩＣ−１０００”（商品名）（厚さ１．２５ｍｍ）を用い、厚さ２ｍｍの無発泡のポリウレタンゴム（体積弾性率＝１００ＭＰａ、引張弾性率＝１０ＭＰａ）をクッション層として該研磨層と両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）で貼り合わせた。さらに該クッション層の研磨層を接着した面とは反対側の面に両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を貼り付けた。それをＮＣルーターで研磨層表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施し、そして、直径３８０ｍｍの円に切り抜いて研磨パッドを作製した。該研磨パッド表面に形成された溝の深さをあらかじめ決めておいた１０点で測定したところ、いずれも０．５ｍｍであり加工ムラは確認されなかった。また研磨層の厚みをあらかじめ決めておいた１０点で測定したところ、いずれも３．４５ｍｍでばらつきはなかった。次に、該研磨パッドを研磨機の定盤上に貼り付け、研磨評価を行った。研磨後のウェーハには表面欠陥が２５個観察された。また、グローバル平坦性評価用テストウェーハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差が０．２μｍになった研磨時間は２１０秒であった。ユニフォーミティは１２．０％であった。
【００６８】
研磨パッドの厚みムラおよび研磨層の溝の深さのムラについて合格であり、また、研磨特性についても合格であった。
【００６９】
比較例１
実施例１で用いた研磨層を使用し、厚さ１ｍｍの不織布湿式発泡ポリウレタン（体積弾性率＝３ＭＰａ、引張弾性率＝５０ＭＰａ）をクッション層として該研磨層と両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）で貼り合わせた。さらに該クッション層の研磨層を接着した面とは反対側の面に両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を貼り付けた。それをＮＣルーターで研磨層表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施し、そして、直径３８０ｍｍの円に切り抜いて二層の研磨パッドを作製した。該研磨パッド表面に形成された溝の深さをあらかじめ決めておいた１０点で測定したところ、４点が０．３ｍｍ、３点が０．４ｍｍ、２点が０．５ｍｍであり加工ムラが確認された。また研磨層の厚みをあらかじめ決めておいた１０点で測定したところ、いずれも２．４５ｍｍでばらつきはなかった。次に、該研磨パッドを研磨機の定盤上に貼り付け、研磨評価を行った。研磨後のウェーハには表面欠陥が１８５個観察された。また、グローバル平坦性評価用テストウェーハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差が０．２μｍになった研磨時間は２４０秒であった。ユニフォーミティは９．０％であった。
【００７０】
研磨パッドの厚みムラおよび研磨層の溝の深さのムラについて不合格だった。また、研磨特性についても不合格であった。
【００７１】
比較例２
実施例１で用いた研磨層を使用し、該研磨層をＮＣルーターで直径３８０ｍｍの円に切り抜き、その表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施した。次に該研磨層の溝加工した反対側の面に両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を貼り付け、それをクッション層として厚み１ｍｍの無発泡のニトリルゴム（体積弾性率＝１４０ＭＰａ、引張弾性率＝４．５ＭＰａ）に貼り合わせた。さらに該クッション層の研磨層を接着した面とは反対側の面に両面粘着テープ“４４２ＪＳ” （住友スリーエム（株）製）を貼り付け、研磨層の外形に沿ってはみ出ているクッション層および両面接着テープを切り取り、二層の研磨パッドを作製した。該研磨パッド表面に形成された溝の深さをあらかじめ決めておいた１０点で測定したところ、いずれも０．５ｍｍであり加工ムラはなかった。また研磨層の厚みをあらかじめ決めておいた１０点で測定したところ、３点が２．４５ｍｍ、２点が２．５５ｍｍ、５点が２．５ｍｍでばらつきが生じた。次に、該研磨パッドを研磨機の定盤上に貼り付け、研磨評価を行った。
【００７２】
研磨後のウェーハには表面欠陥が１２４個観察された。また、グローバル平坦性評価用テストウェーハの２０μｍ幅配線領域と２３０μｍ幅配線領域のグローバル段差が０．２μｍになった研磨時間は２４０秒であった。ユニフォーミティは１９．０％であった。該研磨パッドの厚みが２．５ｍｍより大きい点の断面を切り出して目視で観察したところ、研磨層表面に溝加工を施したときに生じたと考えられる加工屑が入り込んでいるのが確認できた。
【００７３】
研磨パッドの厚みムラおよび研磨層の溝の深さのムラについて不合格だった。また、研磨特性についても不合格であった。