(57)【要約】      （修正有）【課題】使用中に剥がれにくく、使用初期から終盤まで光透過率の低下に伴う終点検出エラーを抑制できる研磨パッド、および該研磨パッドを用いる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８及び光透過領域１１を有する研磨層を備えた研磨パッド１であって、前記光透過領域１１が、前記研磨領域８の表面側に凸状の曲面を有し、前記光透過領域１１の曲面の最頂部１３が、前記研磨領域の表面１４と同一平面上又は前記研磨領域の表面１４よりも上に位置する。【選択図】図２
2016074046.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有する研磨層を備えた研磨パッドであって、
前記光透過領域が、前記研磨領域の表面側に凸状の曲面を有し、
前記光透過領域の曲面の最頂部が、前記研磨領域の表面と同一平面上又は前記研磨領域の表面よりも上に位置する、研磨パッド。
【請求項２】
前記光透過領域の曲面の最頂部と当該曲面の最低部の高低差が１０〜２００μｍである、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記光透過領域の使用前の波長６６０ｎｍの光透過率が１０〜８０％である、請求項１又は２に記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記光透過領域のＤ硬度が４８〜７５度である、請求項１〜３いずれか１項に記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記光透過領域が、遠心成形法により成形されたシートを打ち抜いて製造された、請求項１〜４いずれか１項に記載の研磨パッド。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項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、ウエハ表面の凹凸をケミカルメカニカルポリシング（ＣＭＰ）で平坦化する際に使用される研磨パッドに関し、詳しくは、研磨状況等を光学的手段により検知するための窓（光透過領域）を有する研磨パッド、及び当該研磨パッドを用いた半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する際には、半導体ウエハ（以下、ウエハともいう）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ＣＭＰ法が採用されている。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。
【０００４】
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、被研磨体（ウエハなど）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３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と被研磨体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、被研磨体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。
【０００５】
このようなＣＭＰを行う上で、ウエハ表面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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【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（特許文献１〜４）。
【００１０】
【特許文献１】特開２０１４−１０４５２１号公報
【特許文献２】特表２００７−５０６２８０号公報
【特許文献３】特開２００８−２２１４４１号公報
【特許文献４】特開２００３−２８５２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記特許文献１、２に記載の研磨パッドの光透過領域の表面は研磨領域よりも低いため、使用初期から使用末期まで光透過領域は被研磨対象物に接しない。そのため、光透過領域が剥離する虞はないものの、研磨中に研磨領域よりも低くなっている光透過領域にスラリーが溜まり、次第に光透過率が低下する。そのため、初期の光透過率（光反射率）に対応したプログラムにより終点検知を行うと、研磨パッドの使用中期から終盤にかけて光透過率が低下し、終点検出エラーが発生するという問題があった。
【００１２】
前記特許文献３は、光透過領域をサンドブラスト等で粗面化処理するため、製造工程が煩雑になりコストが高くなる。また、当該サンドブラスト等により異物が混入する虞がある。
【００１３】
前記特許文献４に記載の研磨パッドは、研磨面側の硬度が低いため、ドレス処理時のコンディショナーが食い込み易く摩耗し易い。そのため、前記特許文献４に記載の研磨パッドは、使用初期は凸部となっているが、使用経過と共に窓部が凹部となり、スラリー溜りが生じ光透過性に悪影響を与えるという問題があった。また、前記特許文献４に記載の研磨パッドは、軟質透光層と硬質透光層の積層部分で光散乱が生じ易いため、光透過性に劣る問題が有った。
【００１４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、使用中に剥がれにくく、使用初期から終盤まで光透過率の低下に伴う終点検出エラーを抑制できる研磨パッド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】
【００１５】
本発明は、研磨領域及び光透過領域を有する研磨層を備えた研磨パッドであって、前記光透過領域が、前記研磨領域の表面側に凸状の曲面を有し、前記光透過領域の曲面の最頂部が、前記研磨領域の表面と同一平面上又は前記研磨領域の表面よりも上に位置する、研磨パッドである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、使用中に剥がれにくく、使用初期から終盤まで光透過率の低下に伴う終点検出エラーを抑制できる研磨パッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】本発明の研磨パッドの構造の一例を示す概略断面図
【図３】本発明の研磨パッドの構造の一例を示す概略断面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本実施形態の研磨パッドは、研磨領域及び光透過領域を有する研磨層を備えた研磨パッドであって、前記光透過領域が、前記研磨領域の表面側に凸状の曲面を有し、前記光透過領域の曲面の最頂部が、前記研磨領域の表面と同一平面上又は前記研磨領域の表面よりも上に位置する。本実施形態の研磨パッドによれば、使用中に剥がれにくく、使用初期から終盤まで光透過率の低下に伴う終点検出エラーを抑制できる。この様な効果を奏する理由は以下のように考えられる。
【００１９】
前記のように、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。本実施形態の研磨パッドでは、前記光透過領域が、前記研磨領域の表面側に凸状の曲面を有し、前記光透過領域の最頂部が、前記研磨領域の表面と同一平面上又は前記研磨領域の表面よりも上に位置するため、研磨領域のブレークイン（パッドコンディショナーによるドレス）時に当該最頂部もドレスされ、傷が付く。これにより、初期の光透過率（光反射率）に対応したプログラムにより終点検知を行う場合であっても、研磨パッドの使用初期から終盤まで光透過率の変化を抑制することが出来るため、光透過率の変化に起因する終点検出エラーを抑制することができる。また、本実施形態の研磨パッドは、使用中は研磨領域の表面と光透過領域の表面とが実質的に同一平面上に有るため、光透過領域は使用中に剥がれにくい。
【００２０】
本実施形態の研磨パッドは、前記研磨層のみであってもよく、前記研磨領域と他の層（例えばクッション層、接着剤層、及び支持フィルムなど）との積層体であってもよい。
【００２１】
図２は、本実施形態の研磨パッドの構造の一例を示す概略断面図である。図２に示すように、本実施形態の研磨パッド１は、研磨領域８及びクッション層９が積層されており、研磨領域８の開口部１０内に光透過領域１１が設けられている。開口部１０は、クッション層９に設けられた貫通孔１２と重なるように設けられている。前記光透過領域１１は、前記研磨領域８の表面１４側（研磨面側）に凸状の曲面を有し、前記光透過領域１１の曲面の最頂部１３が、前記研磨領域８の表面１４よりも上に位置する。
【００２２】
図３は、本実施形態の研磨パッドの構造の一例を示す概略断面図である。図３に示すように、本実施形態の研磨パッド１は、研磨領域８及びクッション層９が積層されており、研磨領域８の開口部１０内に光透過領域１１が設けられている。開口部１０は、クッション層９に設けられた貫通孔１２と重なるように設けられている。前記光透過領域１１は、前記研磨領域８の表面１４側（研磨面側）に凸状の曲面を有し、前記光透過領域１１の曲面の最頂部１３が、前記研磨領域８の表面１４と同一平面上に位置する。
【００２３】
＜光透過領域＞
【００２４】
前記光透過領域１１の曲面の最頂部１３と当該曲面の最低部１５の高低差は、ブレークインで光透過領域１１に傷を付け、使用初期から終盤まで光透過率の低下に伴う終点検出エラーを抑制する観点から、１０〜２００μｍが好ましく、１０〜１５０μｍがより好ましい。
【００２５】
前記光透過領域１１の曲面の最低部１５は、ブレークインで光透過領域１１に傷を付け、使用初期から終盤まで光透過率の低下に伴う終点検出エラーを抑制する観点、及び研磨時のスクラッチ発生を抑制する観点から、前記研磨領域８の表面１４よりも下に位置することが好ましい。前記光透過領域１１の曲面の最低部１５と前記研磨領域の表面１４の高低差は、同様の観点から、１０〜２００μｍが好ましく、３０〜２００μｍがより好ましい。
【００２６】
光透過領域１１の形成材料は特に制限されないが、研磨を行っている状態で高精度の光学終点検知を可能とする観点から、波長６６０ｎｍの光透過率が１０％以上である材料を用いることが好ましく、５０％以上である材料を用いることがより好ましい。そのような材料としては、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、及びアクリル樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース系樹脂、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、及びオレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）などの熱可塑性樹脂、ブタジエンゴムやイソプレンゴムなどのゴム、紫外線や電子線などの光により硬化する光硬化性樹脂、及び感光性樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。なお、本明細書において、光透過率は実施例に記載の方法により測定する。
【００２７】
光透過領域１１の形成材料は、研磨領域８の形成材料と同じもの、又は研磨領域８の物性に類似する材料を用いることが好ましい。特に、ポリウレタン樹脂を用いることが好ましい。
【００２８】
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。
【００２９】
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、ヘキサメチレンジイソシアネート、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等が挙げられる。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。
【００３０】
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−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。
【００３１】
また、ポリオール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、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）ベンゼン等の低分子量ポリオールを併用してもよい。
【００３２】
鎖延長剤としては、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、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）ベンゼン等の低分子量ポリオール類、あるいは２，４−トルエンジアミン、２，６−トルエンジアミン、3 ，5 −ジエチル−2 ，4 −トルエンジアミン、４，４’−ジ−ｓｅｃ−ブチルージアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、２，２’，３，３’−テトラクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、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、３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−メチレン−ビス−メチルアンスラニレート、４，４’−メチレン−ビス−アンスラニリックアシッド、４，４’−ジアミノジフェニルスルフォン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−メチレン−ビス（３−クロロ−２，６−ジエチルアニリン）、４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）、３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノ−５，５’−ジエチ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、トリメチレングリコールージ−ｐ−アミノベンゾエート、３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミン等に例示されるポリアミン類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、ポリアミン類については自身が着色していたり、これらを用いてなる樹脂が着色する場合も多いため、物性や光透過性を損なわない程度に配合することが好ましい。また、芳香族炭化水素基を有する化合物を用いると短波長側での光透過率が低下する傾向にあるため、このような化合物を用いないことが特に好ましい。また、ハロゲン基やチオ基などの電子供与性基又は電子吸引性基が芳香環等に結合している化合物は、光透過率が低下する傾向にあるため、このような化合物を用いないことが特に好ましい。ただし、短波長側に要求される光透過性を損なわない程度に配合してもよい。
【００３３】
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。ポリオールと鎖延長剤の合計官能基（水酸基＋アミノ基）数に対する有機イソシアネートのイソシアネート基数は、０．９５〜１．１５であることが好ましく、さらに好ましくは０．９９〜１．１０である。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。
【００３４】
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、研磨時のポリウレタン樹脂の安定性及び透明性の観点から、事前に有機イソシアネートとポリオール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。また、前記プレポリマーのＮＣＯ重量％は２〜８重量％程度であることが好ましく、さらに好ましくは３〜７重量％程度である。ＮＣＯ重量％が２重量％未満の場合には、反応硬化に時間がかかりすぎて生産性が低下する傾向にあり、一方ＮＣＯ重量％が８重量％を超える場合には、反応速度が速くなり過ぎて空気の巻き込み等が発生し、ポリウレタン樹脂の透明性や光透過率等の物理特性が悪くなる傾向にある。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して光透過領域を無発泡体にするために、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。
【００３５】
光透過領域１１は、ブレークインで光透過領域１１に傷を付け、使用初期から終盤まで光透過率の低下に伴う終点検出エラーを抑制する観点から、アスカーＤ硬度が４８〜７５度であることが好ましく、５２〜７５度がより好ましい。
【００３６】
使用前（ブレークインしていない状態）の研磨パッド１における前記光透過領域１１の波長６６０ｎｍの光透過率は、使用初期から終盤まで光透過率の低下に伴う終点検出エラーを抑制する観点から、１０〜８０％が好ましく、４５〜８０％がより好ましい。
【００３７】
ブレークイン後かつ研磨工程で使用していない研磨パッド１における前記光透過領域１１の波長６６０ｎｍの光透過率は、使用初期から終盤まで光透過率の低下に伴う終点検出エラーを抑制する観点から、１０〜４５％が好ましく、１５〜３０％がより好ましい。
【００３８】
研磨工程で使用中の研磨パッド１における前記光透過領域１１の波長６６０ｎｍの光透過率は、使用初期から終盤まで光透過率の低下に伴う終点検出エラーを抑制する観点から、１０〜４５％が好ましく、１５〜３０％がより好ましい。
【００３９】
研磨パッドの使用初期から終盤までの光透過率の変化率は、使用初期から終盤まで光透過率の低下に伴う終点検出エラーを抑制する観点から、５０％以下が好ましく、３０％以下がより好ましい。なお、研磨パッドの使用初期から終盤までの光透過率の変化率は、下記式（１）で求められる。
【００４０】
光透過率の変化率（％）＝〔（Ａ−Ｂ）／Ａ〕×１００      （１）
（Ａはブレークイン後の研磨パッドにおける光透過領域の波長６６０ｎｍでの光透過率を表し、Ｂは使用中及び／又は使用後の研磨パッドにおける光透過領域の波長６６０ｎｍでの光透過率を表す。）
【００４１】
光透過領域１１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。当該方法としては、例えば、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の形状に成型する方法や、所定の形状の金型に樹脂を流し込み硬化させる方法や、遠心成形法で成形して得られた樹脂のシートを所定の形状に打ち抜く方法等が挙げられる。これらの中でも、遠心成形法で成形して得られた樹脂のシートを所定の形状に打ち抜く方法が好ましい。当該遠心成形法に用いられる遠心成形機及び金型は、従来公知のものを用いることができる。従来公知の遠心成形法の例としては、高速で回転する加熱した円筒形状の金型に、光透過領域を構成する組成物を流し込み、加熱、硬化させることが挙げられる。当該遠心成形時、回転軸側の樹脂の表面（内側）は雰囲気であり、樹脂は金型等に触れないため、得られた円筒形状の樹脂の内側の表面は鏡面（表面粗さＲａ０．５μｍ以下）になる。得られた円筒形状の樹脂を軸方向に切断して得られたシートを所定の形状に打ち抜いて得られた光透過領域を、遠心成形時に内側だった面（鏡面（表面粗さＲａ０．５μｍ以下））が研磨面の反対側になるように設けると、光の分散を抑制でき、使用初期から終盤まで光透過率の低下に伴う終点検出エラーをより抑制できるため好ましい。また、遠心成形法で成形して得られた樹脂のシートは、遠心成形時に外側だった方は凸状の曲面を有するため、当該シートを所定の形状に打ち抜けば前記光透過領域１１が得られる。そのため、製造コストの面からも好ましい。
【００４２】
光透過領域１１の形状は、前記以外は特に制限されるものではないが、研磨領域８の開口部１０と同様の形状、大きさにすることが好ましい。
【００４３】
＜研磨領域＞
研磨領域８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。なお、研磨領域８の形成材料は、光透過領域１１と同組成でも異なる組成であってもよいが、研磨領域８と光透過領域１１の摩耗性差を小さくし、研磨層の耐久性を向上させる観点から、光透過領域１１に用いられる形成材料と同種の材料を用いることが好ましい。
【００４４】
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８の形成材料として特に好ましい材料である。
【００４５】
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。
【００４６】
使用するイソシアネート成分は特に制限されず、例えば、前記光透過率で用いることができるイソシアネート成分が挙げられる。
【００４７】
使用する高分子量ポリオールは特に制限されず、例えば、前記光透過率で用いることができる高分子量ポリオールが挙げられる。なお、これら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領域８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は軟らかくなりすぎるため、このポリウレタンから製造される研磨領域８は平坦化特性に劣る傾向にある。
【００４８】
また、ポリオールとしては、高分子量ポリオールの他に、前記光透過率で用いることができる低分子量ポリオールを併用することもできる。
【００４９】
鎖延長剤としては、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、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、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジエチルジフェニルメタン、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、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’−テトラエ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、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成分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。
【００５０】
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研磨領域８の所望物性などにより種々変え得る。研磨特性に優れる研磨領域８を得るためには、ポリオール成分と鎖延長剤の合計官能基（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０．９５〜１．１５であることが好ましく、さらに好ましくは０．９９〜１．１０である。
【００５１】
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。なお、必要に応じてポリウレタン樹脂に酸化防止剤等の安定剤、界面活性剤、滑剤、顔料、中実ビーズや水溶性粒子やエマルション粒子等の充填剤、帯電防止剤、研磨砥粒、その他の添加剤を添加してもよい。
【００５２】
研磨領域８は、微細発泡体であることが好ましい。微細発泡体にすることにより表面の微細孔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。
【００５３】
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ーン系界面活性剤を使用した機械的発泡法が好ましい。該シリコーン系界面活性剤としては、ＳＨ−１９２、Ｌ−５３４０（東レダウコーニング社製）等が好適な化合物として例示される。
【００５４】
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）にシリコー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。
【００５５】
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。
【００５６】
非反応性気体を微細気泡状にしてシリコー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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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よく、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。
【００６１】
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、研磨後の研磨対象物（ウエハ）のプラナリティ（平坦性）が低下する傾向にある。
【００６２】
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、研磨領域８の表面強度が低下し、研磨対象物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、研磨領域８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。
【００６３】
ポリウレタン発泡体の硬度は、アスカーＤ硬度計にて、４５〜７０度であることが好ましい。アスカーＤ硬度が４５度未満の場合には、研磨対象物のプラナリティが低下し、また、７０度より大きい場合は、プラナリティは良好であるが、研磨対象物のユニフォーミティ（均一性）が低下する傾向にある。
【００６４】
研磨領域８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。
【００６５】
＜クッション層＞
クッション層９は、研磨領域８の特性を補うものである。クッション層９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、研磨対象物全体の均一性をいう。研磨領域８の特性によって、プラナリティを改善し、クッション層９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。本実施形態の研磨パッド１においては、クッション層９は研磨領域８より柔らかいものを用いることが好ましい。
【００６６】
クッション層９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。
【００６７】
＜研磨パッドの製造方法＞
前記研磨パッド１の製造方法は特に制限されない。一例としては、開口部１０を設けた研磨領域８と、貫通孔１２を設けたクッション層９とを、開口部１０と貫通孔１２が重なるように両面接着シートの接着剤層にそれぞれ貼り合わせ、その後、開口部１０内の両面接着シートの接着剤層に光透過領域１１を貼り合わせることにより製造することができる。また、クッション層９の研磨定盤（プラテン）と接着する面には両面テープが設けられていてもよい。
【００６８】
研磨領域８とクッション層９とを貼り合わせる手段としては、例えば、研磨領域８とクッション層９を両面接着シート（図では省略）で挟み、プレスする方法が挙げられる。両面接着シートは、不織布やフィルム等の基材の両面に接着剤層を設けた一般的な構成を有するものであり、一般的に両面テープと呼ばれるものである。接着剤層の組成としては、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８とクッション層９は組成が異なることもあるため、両面接着シートの各接着剤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。
【００６９】
開口部１０、及び貫通孔１２を形成する手段は特に制限されるものではないが、例えば、切削工具でプレス又は研削する方法、炭酸レーザーなどのレーザーを利用する方法、貫通孔の形状を備えた金型に原料を流し込んで硬化させて形成する方法などが挙げられる。なお、開口部１０及び貫通孔１２の大きさや形状は特に制限されない。
【００７０】
＜半導体デバイスの製造方法＞
半導体デバイスは、前記研磨パッド１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５（ポリシングヘッド）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。
【００７１】
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】
【００７２】
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。
【００７３】
＜評価方法＞
〔光透過領域の曲面の最低部と研磨領域の表面の高低差〕
レーザー変位計（キーエンス社製  ＬＪ−７０２０Ｋ）で任意の６点を測定し、その平均により求めた。
【００７４】
〔光透過領域の曲面の最頂部と当該曲面の最低部の高低差〕
接触式デジタルセンサ変位計（キーエンス社製  ＧＴ２−Ｈ１２ＫＬＦ）で３次元分析を行うことにより、光透過領域の曲面の最頂部と当該曲面の最低部の高低差を求めた。
【００７５】
〔使用前の光透過領域の光透過率〕
透過型レーザー判別センサ（キーエンス社製  ＩＢ−０１）を用い、作製した研磨パッドの光透過領域の光透過率を測定波長域６６０ｎｍで測定した。
【００７６】
〔ブレークイン後の光透過領域の光透過率〕
研磨装置に研磨パッドを装着し、ブレークイン（ドレッサー：旭ダイヤ社製Ｍ＃１００  ドレス条件：ＤＩＷ（超純水）中で２０分間）した後、研磨装置より研磨パッドを外し、「使用前の光透過領域の光透過率」と同様の方法で光透過率を測定した。
【００７７】
〔光透過率の変化率〕
ブレークイン後の光透過領域の波長６６０ｎｍでの光透過率をＡ、ウエハ（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１枚につき１分研磨し、これを繰り返して５００枚研磨した後の光透過領域の波長６６０ｎｍでの光透過率をＢとし、下記式にて変化率を算出した。変化率は３０％以下であることが好ましい。なお、光透過率は前記と同様の方法で測定した。また、研磨装置としてはＳＰＰ６００Ｓ（岡本工作機械社製）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３５０ｇ／ｃｍ２、研磨定盤回転数は３５ｒｐｍ、ウエハ回転数は３０ｒｐｍとした。
光透過率の変化率（％）＝〔（Ａ−Ｂ）／Ａ〕×１００
【００７８】
〔硬度〕
ＪＩＳ  Ｋ６２５３−１９９７に準拠して行った。作製したポリウレタンシートを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、硬度を測定した。
【００７９】
〔欠陥数の評価〕
スクラッチの評価は、前記条件で８インチのダミーウエハを３枚研磨し、その後、厚み１００００Åの熱酸化膜を堆積させた８インチのウエハを１分間研磨し、そして、ＫＬＡ  テンコール社製の欠陥評価装置（Ｓｕｒｆｓｃａｎ  ＳＰ１）を用いて、研磨後のウエハ上に０．１９μｍ以上の条痕がいくつあるかを測定することにより行った。
【００８０】
＜製造例＞
〔光透過領域Ａの作製〕
反応容器内に、ポリエーテル系プレポリマー（ケムチュラ社製：アジプレンＬ−３２５：ＮＣＯ  ９．１５重量％）１００重量部、及び予め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）を添加した。その反応容器をクラボウ社製遊星式ミキサーで１分間撹拌後、得られた組成物を４００ｒｐｍで回転している温度１５０℃の遠心成形機の金型に流し込んだ。その後、当該金型を１２００ｒｐｍで回転させながら１０分間硬化させて成形し、脱型した。その後、ポストキュアを８０℃で１０時間行い、ポリウレタンエラストマーシートを得た。ポストキュア後のポリウレタンシートを５７ｍｍ×２０ｍｍに打ち抜き、光透過領域Ａとした。
【００８１】
〔光透過領域Ｂ〜Ｄの作製〕
光透過領域Ｂ〜Ｄは、厚みが異なる以外は光透過領域Ａと同様に作製した。各光透過領域の厚みは、遠心成形で得られるシートの厚みを調整することで行い、当該シートの厚みの調整は、遠心成形機の金型に流し込む組成物の量で調整した。
【００８２】
〔光透過領域Ｅの作製〕
反応容器内に、ポリエーテル系プレポリマー（ケムチュラ社製：アジプレンＬ−３２５：ＮＣＯ  ９．１５重量％）１００重量部、及び予め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）を添加した。その反応容器をクラボウ社製遊星式ミキサーで１分間撹拌後、得られた組成物を縦２００ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚み２．０５ｍｍのブック型モールドに流し込んだ。その後、１０分間硬化させて脱型した。その後、ポストキュアを８０℃で１０時間行い、ポリウレタンエラストマーシートを得た。ポストキュア後のポリウレタンシートを５７ｍｍ×２０ｍｍに打ち抜き、光透過領域Ｅとした。
【００８３】
〔光透過領域Ｆの作製〕
光透過領域Ｆは、ブック型モールドが縦２００ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚み１．９３ｍｍである以外は光透過領域Ｅと同様に作製した。
【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（ケムチュラ社製：アジプレンＬ−３２５：ＮＣＯ  ９．１５重量％）１００重量部、及びシリコーン系界面活性剤（東レダウコーニング社製：ＳＨ−１９２）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（厚さ：２．０ｍｍ）。このバフ処理をしたシートを直径６１ｃｍに打ち抜き、溝加工機（東邦鋼機社製）を用いて表面に溝幅０．４０ｍｍ、溝ピッチ３．１ｍｍ、溝深さ０．７６ｍｍの同心円状の溝加工を行った。その後、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開口部（５７ｍｍ×２０ｍｍ）を打ち抜いた。その後、研磨領域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、厚さ：０．１０ｍｍ）を貼り合わせて、両面テープ付き研磨領域を作製した。
【００８５】
＜実施例１＞
〔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の片面（研磨定盤側の面）にラミ機を使用して研磨定盤に貼り合わせるための両面テープを貼り合わせ、直径６１ｃｍの大きさに打ち抜いて両面テープ付きクッション層を作製した。両面テープ付きクッション層の中心から約１２ｃｍの位置に貫通孔（５０ｍｍ×１４ｍｍ）を形成した。両面テープ付き研磨領域と、両面テープ付きクッション層とを開口部と貫通孔が重なるように貼り合わせ、さらに、研磨領域の開口部内の両面テープの接着剤層に光透過領域Ａを貼り付けて研磨パッドを作製した。
【００８６】
＜実施例２〜４、及び比較例１、２＞
実施例１の光透過領域Ａを光透過領域Ｂ〜Ｆに変更した事以外は、実施例１と同様に行った。なお、比較例１は、光透過領域の表面が研磨領域の表面よりも上に位置し、比較例２は、光透過領域の表面が研磨領域の表面よりも下に位置する。
【００８７】
前記評価結果を表１に示す。
【００８８】
【表１】
2016074046.tif 000003
【００８９】
実施例１〜４では、光透過領域が、研磨領域の表面側に凸状の曲面を有し、光透過領域の曲面の最頂部が、研磨領域の表面と同一平面上又は研磨領域の表面よりも上に位置するため、ブレークイン時に光透過領域に傷がつき、使用初期と使用末期とで光透過率の変化率が小さくなった。
【００９０】
比較例１は、光透過領域の表面が研磨領域の表面よりも上に位置するため、研磨中に当該表面に引っかかりが生じ、光透過領域の剥離が発生した。比較例２は、研磨中に研磨領域よりも低くなっている光透過領域にスラリーが溜まり、次第に光透過率が低下した。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の研磨パッドは、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行う研磨パッドに用いることができる。
【符号の説明】
【００９２】
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
８：研磨領域
９：クッション層
１０：開口部
１１：光透過領域
１２：貫通孔
１３：最頂部
１４：研磨領域の表面
１５：最低部
【図１】
2016074046.tif 000004
【図２】
2016074046.tif 000005
【図３】
2016074046.tif 000006