(57)【要約】      （修正有）【課題】  広い波長範囲（特に短波長側）で光学的検知精度に優れる研磨パッドを提供する。また、該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を提供する。【解決手段】  研磨領域９及び光透過領域８を含む研磨層を有する研磨パッドにおいて、前記光透過領域は、芳香環濃度が２重量％以下のポリウレタン樹脂からなり、かつ前記光透過領域の光透過率は、波長３００〜４００ｎｍの全範囲で３０％以上であることを特徴とする研磨パッド。【選択図】  図２
2007307639.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、前記光透過領域は、芳香環濃度が２重量％以下のポリウレタン樹脂からなり、かつ前記光透過領域の光透過率は、波長３００〜４００ｎｍの全範囲で３０％以上であることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
下記式で表される光透過領域の波長３００〜４００ｎｍにおける光透過率の変化率が７０％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。
変化率（％）＝｛（３００〜４００ｎｍにおける最大光透過率−３００〜４００ｎｍにおける最小光透過率）／３００〜４００ｎｍにおける最大光透過率｝×１００
【請求項３】
前記ポリウレタン樹脂は、脂肪族系及び／又は脂環族系イソシアネート末端プレポリマーと鎖延長剤との反応硬化物である請求項１又は２記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記ポリウレタン樹脂のイソシアネート成分が、１，６−ヘキサメチレ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、及びイソホロンジイソシアネートからなる群より選択される少なくとも１種である請求項１〜３のいずれかに記載の研磨パッド。
【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の製造方法に関するものである。本発明の製造方法によって得られる研磨パッドは、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】
半導体装置を製造する際には、ウエハ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、一般的にケミカルメカニカルポリシング（以下、ＣＭＰという）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。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、被研磨材（半導体ウエハ）４を支持する支持台（ポリシングヘッド）５とウエハの均一加圧を行うためのバッキング材と、研磨剤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と被研磨材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、被研磨材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。
【０００４】
ＣＭＰを行う上で、ウエハ表面の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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
現在、光ビームとしては、３００〜８００ｎｍに波長光を持つハロゲンランプを使用した白色光が一般的に用いられている。
【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）。また、ポリシング面と同一面である透明プラグを有する研磨パッドが開示されている（特許文献３）。
【００１１】
また、芳香族ポリアミンを含有しないポリウレタン樹脂からなり、かつ波長４００〜７００ｎｍの全領域における光透過率が５０％以上である光透過領域を有する研磨パッドが開示されている（特許文献４）。
【００１２】
また、透過度が波長４５０〜８５０ｎｍの領域において３０％以上である窓部材を有する研磨パッドが開示されている（特許文献５）。
【００１３】
前記のように、光ビームとしてはハロゲンランプを使用した白色光などが用いられているが、白色光を用いた場合にはさまざまな波長光をウエハに上に当てることができ、多くのウエハ表面のプロファイルが得られるという利点がある。この白色光を光ビームとして用いる場合には、広い波長範囲で検出精度を高める必要がある。しかしながら、従来の窓（光透過領域）を有する研磨パッドは、短波長側（紫外領域）での検出精度が非常に悪く、光学的終点検出に誤作動が生じるという問題があった。今後、半導体製造における高集積化・超小型化において、集積回路の配線幅はますます小さくなっていくことが予想され、その際には高精度の光学的終点検知が必要となるが、従来の終点検知用の窓は広い波長範囲（特に短波長側）で十分満足できるほどの精度を有していない。
【００１４】
【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】特許第３５８２７９０号明細書
【特許文献５】特表２００３−４８１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、広い波長範囲（特に短波長側）で光学的検知精度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】
【００１６】
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。
【００１７】
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、前記光透過領域は、芳香環濃度が２重量％以下のポリウレタン樹脂からなり、かつ前記光透過領域の光透過率は、波長３００〜４００ｎｍの全範囲で３０％以上であることを特徴とする研磨パッド、に関する。
【００１８】
光透過領域を通過する光の強度の減衰が少ないほど研磨終点の検出精や膜厚の測定精度を高めることができる。そのため、使用する測定光の波長における光透過率の度合いは、研磨終点の検出精度や膜厚の測定精度を決定づけるため重要となる。本発明の光透過領域は、特に短波長側での光透過率の減衰が小さく、広い波長範囲で検出精度を高く維持することが可能である。
【００１９】
上記のように一般的に用いられている膜厚測定装置は、３００〜８００ｎｍ付近に発信波長を持つレーザーを用いているため、特に短波長側（３００〜４００ｎｍ）での光透過領域の光透過率が３０％以上であれば高い反射光が得られ、終点検出精度や膜厚検出精度を格段に向上させることができる。該短波長側での光透過領域の光透過率は４０％以上であることが好ましい。なお、本発明における光透過率は、光透過領域の厚みが１ｍｍの場合の値、又は１ｍｍの厚みに換算した場合の値である。一般に、光透過率は、Ｌａｍｂｅｒｔ―Ｂｅｅｒの法則より、物体の厚みによって変化する。厚みが大きいほど、光透過率は低下するため、厚みを一定にした時の光透過率を算出する必要がある。
【００２０】
前記光透過領域は、下記式で表される波長３００〜４００ｎｍにおける光透過率の変化率が７０％以下であることが好ましい。
【００２１】
変化率（％）＝｛（３００〜４００ｎｍにおける最大光透過率−３００〜４００ｎｍにおける最小光透過率）／３００〜４００ｎｍにおける最大光透過率｝×１００
【００２２】
光透過率の変化率が７０％を超える場合には、最短波長側での光透過領域を通過する光の強度の減衰が大きくなり、干渉光の振幅が小さくなるため研磨終点の検出精度や膜厚の測定精度が低下する傾向にある。光透過率の変化率は４０％以下であることがより好ましい。
【００２３】
光透過領域は、芳香環濃度が２重量％以下のポリウレタン樹脂から形成される。該ポリウレタン樹脂を用いることにより波長３００〜４００ｎｍの全範囲における光透過領域の光透過率を３０％以上に調整することができる。ここで、芳香環濃度とは、ポリウレタン樹脂中の芳香環の重量割合をいう。芳香環濃度は１重量％以下であることが好ましい。
【００２４】
前記ポリウレタン樹脂は、脂肪族系及び／又は脂環族系イソシアネート末端プレポリマーと鎖延長剤との反応硬化物であることが好ましい。また、前記ポリウレタン樹脂のイソシアネート成分が、１，６−ヘキサメチレ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、及びイソホロンジイソシアネートからなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。上記プレポリマー又はイソシアネート成分を含むポリウレタン樹脂は、芳香環濃度が小さいため光透過領域の材料として好適である。
【００２５】
本発明において、光透過領域の形成材料は無発泡体であることが好ましい。無発泡体であれば光の散乱を抑制することができるため、正確な反射率を検出することができ、研磨の光学終点の検出精度を高めることができる。
【００２６】
また、光透過領域の研磨側表面に研磨液を保持・更新する凹凸構造を有しないことが好ましい。光透過領域の研磨側表面にマクロな表面凹凸があると、凹部に砥粒等の添加剤を含有したスラリーが溜まり、光の散乱・吸収が起こり、検出精度に影響を及ぼす傾向にある。さらに、光透過領域の他面側表面もマクロな表面凹凸を有しないことが好ましい。マクロな表面凹凸があると、光の散乱が起こりやすく、検出精度に影響を及ぼすおそれがあるからである。
【００２７】
本発明においては、研磨領域の形成材料が微細発泡体であることが好ましい。
【００２８】
また、前記微細発泡体の平均気泡径は、７０μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは５０μｍ以下である。平均気泡径が７０μｍ以下であれば、プラナリティ（平坦性）が良好となる。
【００２９】
また、前記微細発泡体の比重は、０．５〜１であることが好ましく、より好ましくは０．７〜０．９である。比重が０．５未満の場合、研磨領域表面の強度が低下し、被研磨材のプラナリティが低下し、１より大きい場合は、研磨領域表面の微細気泡の数が少なくなり、プラナリティは良好であるが、研磨速度が小さくなる傾向にある。
【００３０】
また、前記微細発泡体のアスカーD硬度は、４０〜７０度であることが好ましく、より好ましくは４５〜６０度である。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、７０度より大きい場合には、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。
【００３１】
また、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】
【００３２】
本発明の光透過領域は、芳香環濃度が２重量％以下のポリウレタン樹脂からなり、かつその光透過率は、波長３００〜４００ｎｍの全範囲で３０％以上である。
【００３３】
ポリウレタン樹脂は耐摩耗性が高く、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ため好適な材料である。
【００３４】
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。
【００３５】
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。芳香環濃度を２重量％以下にするために脂肪族ジイソシアネート及び／又は脂環式ジイソシアネートを用いることが好ましく、特に１，６−ヘキサメチレ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、及びイソホロンジイソシアネートからなる群より選択される少なくとも１種のジイソシアネートを用いることが好ましい。
【００３６】
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。これらのうち、芳香環濃度を２重量％以下にするために、芳香環を持たない高分子量ポリオールを用いることが好ましい。また、光透過率を向上させるために、長い共鳴構造を持たない高分子量ポリオールや、電子吸引性・電子供与性の高い骨格構造をあまり持たない高分子量ポリオールを用いることが好ましい。
【００３７】
また、ポリオール成分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、及びトリエチレングリコール等の低分子量ポリオールを併用してもよい。また、エチレンジアミン、及びジエチレントリアミン等の低分子量ポリアミンを用いてもよい。芳香環濃度を２重量％以下にするために、芳香環を持たない低分子量ポリオールや低分子量ポリアミンを用いることが好ましい。
【００３８】
鎖延長剤としては、上記低分子量ポリオール、上記低分子量ポリアミン、あるいは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、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芳香族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。ただし、ポリウレタン樹脂の芳香環濃度を２重量％以下にするために、前記芳香族ポリアミンは、使用しないことが好ましいが、上記芳香環濃度の範囲内で配合してもよい。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、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。
【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樹脂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】
光透過領域の形状、大きさ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。
【００４４】
光透過領域は、研磨領域の厚みと同一厚さ又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おそれがある。一方、薄すぎる場合には耐久性が不十分になる。また、光透過領域は、研磨領域の研削性と同等又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研削されにくい場合には、研磨中に突き出た部分によりウエハを傷つけるおそれがある。
【００４５】
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。微細発泡体とすることにより表面にある気泡部分にスラリーを保持することができ、研磨速度を大きくすることができる。
【００４６】
研磨領域の形成材料としては、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、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。
【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。ポリウレタン樹脂の原料は前記と同様である。
【００４８】
高分子量ポリオールの数平均分子量は、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く、より好ましくは５００〜１０００である。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、被研磨対象物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。
【００４９】
前記ポリウレタン樹脂は、前記方法と同様の方法により製造することができる。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
微細発泡体からなる研磨領域は、被研磨材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、また被研磨材との吸着による被研磨材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。
【００６０】
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。
【００６１】
研磨領域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、好ましくは１〜２ｍｍ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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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は特に制限されない。また、研磨領域の開口部の形状も特に制限されない。
【００６８】
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被研磨対象物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、被研磨対象物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。
【００６９】
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。
【００７０】
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を介して積層し、プレスする方法が挙げられる。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
該両面テープは、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。
【００７４】
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。
【００７５】
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（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。
【００７６】
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】
【００７７】
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。
【００７８】
（光透過率測定）
作製した光透過領域を１０ｍｍ×５０ｍｍ（厚み：１．２５ｍｍ）の大きさに切り出して光透過率測定用試料とした。該試料を超純水が充填されたガラスセル（光路長１０ｍｍ×光路幅１０ｍｍ×高さ４５ｍｍ、相互理化学硝子製作所製）に入れ、分光光度計（島津製作所製、ＵＶ−１６００ＰＣ）を用いて、測定波長域３００〜４００ｎｍで測定した。得られた光透過率の測定結果をＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則を用いて、厚み１ｍｍの光透過率に換算した。３００ｎｍ及び４００ｎｍにおける光透過率、測定波長域３００〜４００ｎｍにおける最大光透過率及び最小光透過率を表３に示す。
【００７９】
（平均気泡径測定）
厚み１ｍｍ程度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研磨領域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、画像処理装置（東洋紡社製、Ｉｍａｇｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒ  Ｖ１０）を用いて、任意の０．２ｍｍ×０．２ｍｍ範囲の全気泡径を測定し、平均気泡径を算出した。
【００８０】
（比重測定）
ＪＩＳ  Ｚ８８０７−１９７６に準拠して行った。４ｃｍ×８．５ｃｍの短冊状（厚み：任意）に切り出した研磨領域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。
【００８１】
（アスカーＤ硬度測定）
ＪＩＳ  Ｋ６２５３−１９９７に準拠して行った。２ｃｍ×２ｃｍ（厚み：任意）の大きさに切り出した研磨領域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、硬度を測定した。
【００８２】
（膜厚検出評価）
ウエハの膜厚の光学的検出評価は以下のような手法で行った。ウエハとして、８インチのシリコンウエハに熱酸化膜を１μｍ製膜したものを用い、その上に、厚み１．２７ｍｍの光透過領域部材を設置した。干渉式膜厚測定装置（大塚電子社製）を用い、波長領域３００〜４００ｎｍにおいて膜厚測定を数回行った。算出される膜厚結果、及び各波長での干渉光の山と谷の状況確認を行い、以下のような基準で検出評価した。測定結果を表３に示す。
◎：極めて再現よく、膜厚が測定されている。
○：再現よく、膜厚が測定されている。
×：再現性が悪く、検出精度が不十分である。
【００８３】
実施例１
〔光透過領域の作製〕
容器にヘキサメチレンジイソシアネート６２５重量部、数平均分子量６５０のポリテトラメチレンエーテルグリコール２４２重量部、及び１，３−ブタンジオール１３４重量部を入れ、８０℃で２時間加熱撹拌してイソシアネート末端プレポリマーＡを得た。次に、１，３−ブタンジオール６重量部、トリメチロールプロパン１０重量部、及びアミン触媒（花王製、Ｋａｏ  Ｎｏ．２５）０．３５重量部を混合して混合液を調製し、該混合液にイソシアネート末端プレポリマーＡ１００重量部を加え、ハイブリッドミキサー（キーエンス製）で十分に撹拌し、脱泡して光透過領域形成組成物を得た。その後、光透過領域形成組成物を離型処理済のモールド上に滴下し、その上面に離型処理済のＰＥＴフィルムを被せ、ニップロールにて厚みを１．２５ｍｍに調整した。その後、該モールドをオーブン内に入れ、１００℃で１６時間キュアを行ってポリウレタン樹脂シートを得た。該ポリウレタン樹脂シートをトムソン刃で打ち抜いて光透過領域（５７ｍｍ×１９ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍ）を作製した。
【００８４】
〔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製、ＳＨ１９２）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直径６１ｃｍの大きさで打ち抜き、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穴（５７．５ｍｍ×１９．５ｍｍ）を打ち抜いて両面テープ付き研磨領域を作製した。作製した研磨領域の各物性は、平均気泡径４８μｍ、比重０．８６、アスカーＤ硬度５３度であった。
【００８５】
〔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。さらにクッション層表面に両面テープを貼り合わせた。その後、研磨領域の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×１３ｍｍの大きさでクッション層を打ち抜き、穴を貫通させた。その後、作製した光透過領域をはめ込み、研磨パッドを作製した。
【００８６】
実施例２〜７及び比較例１
表１及び２の配合割合で実施例１と同様の方法で光透過領域を作製した。該光透過領域を用いて実施例１と同様の方法で研磨パッドを作製した。なお、表１は、光透過領域の原料であるイソシアネート末端プレポリマーの配合割合である。表２は、光透過領域形成組成物の配合割合である。表１及び２に記載の化合物は以下の通りである。
ＰＴＭＧ−６５０：数平均分子量６５０のポリテトラメチレンエーテルグリコール
ＰＴＭＧ−１０００：数平均分子量１０００のポリテトラメチレンエーテルグリコール
１，３−ＢＧ：１，３−ブタンジオール
１，４−ＢＧ：１，４−ブタンジオール
ＤＥＧ：ジエチレングリコール
ＴＭＰ：トリメチロールプロパン
ＨＤＩ：１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート
ＨＭＤＩ：４，４’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート
ＩＰＤＩ：イソホロンジイソシアネート
ＴＤＩ：トルエンジイソシアネート
エタキュア１００（アルベマール社製）：３，５−ジエチル−２，４−トルエンジアミンと３，５−ジエチル−２，６−トルエンジアミンとの混合物
ＭＯＣＡ：４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）
【００８７】
【表１】
2007307639.tif 000003
【表２】
2007307639.tif 000004
【表３】
2007307639.tif 000005
表３から明らかなように、波長３００〜４００ｎｍにおける光透過率が３０％以上である光透過領域を用いることにより、再現性よくウエハの終点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【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】
【００８９】
１：研磨パッド
２：定盤
３：研磨剤（スラリー）
４：被研磨対象物（ウエハ）
５：被研磨対象物（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】
2007307639.tif 000006
【図２】
2007307639.tif 000007
【図３】
2007307639.tif 000008
【図４】
2007307639.tif 000009
【図５】
2007307639.tif 000010
【図６】
2007307639.tif 000011