JP5019417B2 - 研磨パッドの製造方法及び研磨パッド - Google Patents

Description

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。

高度の表面平坦性を要求される材料の代表的なものとしては、半導体集積回路（ＩＣ、ＬＳＩ）を製造するシリコンウエハと呼ばれる単結晶シリコンの円盤があげられる。シリコンウエハは、ＩＣ、ＬＳＩ等の製造工程において、回路形成に使用する各種薄膜の信頼できる半導体接合を形成するために、酸化物層や金属層を積層・形成する各工程において、表面を高精度に平坦に仕上げることが要求される。このような研磨仕上げ工程においては、一般的に研磨パッドはプラテンと呼ばれる回転可能な支持円盤に固着され、半導体ウエハ等の加工物は研磨ヘッドに固着される。そして双方の運動により、プラテンと研磨ヘッドとの間に相対速度を発生させ、さらに砥粒を含む研磨スラリーを研磨パッド上に連続供給することにより、研磨操作が実行される。

研磨パッドの研磨特性としては、研磨対象物の平坦性（プラナリティー）及び面内均一性に優れ、研磨速度が大きいことが要求される。研磨対象物の平坦性、面内均一性については研磨層を高弾性率化することによりある程度は改善できる。また、研磨速度については、気泡を含有する発泡体にしてスラリーの保持量を多くすることにより向上できる。

従来、研磨パッドは、１）金型に樹脂材料を流し込んで樹脂ブロックを作製し、その樹脂ブロックをスライサーでスライスして製造する方法、２) 金型に樹脂材料を流し込んで押圧することにより、薄いシート状にして製造する方法、３）原料となる樹脂を溶解し、押出機から押し出し成形して直接シート状にして製造する方法、４）反応射出成形法により直接シート状にして製造する方法などにより製造されていた。

例えば、特許文献１及び２では、反応射出成形法によりセルの平均径が１〜５０μｍである研磨用パッドを製造している。また、特許文献３では、２層以上の押出発泡シートにより構成され、各層に含まれる気泡の平均径がそれぞれ異なる研磨用パッドを押出成形法により製造している。

従来の研磨パッドは、平坦化特性等の研磨特性を向上させるために、研磨表面の気泡径及び気泡数をできるだけ面内で均一になるように調製されている。

しかし、従来の研磨パッドは、センタースロー（ウエハ中心部が研磨され難い現象）の問題があり、その解決が望まれていた。

特開２００３−６２７４８号公報 特開２００４−４２１８９号公報 特開２００３−２２０５５０号公報

本発明は、センタースローを改善することができる研磨パッド、及びその製造方法を提供することを目的とする。また、該研磨パッドを用いた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。

本発明は、イソシアネート成分を含む第１成分及び／又は活性水素基含有化合物を含む第２成分に非反応性気体を加圧下で溶解させる工程、前記第１成分及び第２成分を混合したポリウレタン組成物を、反応射出成形法により金型内に射出し発泡硬化させて第１研磨領域を形成する工程、及び前記ポリウレタン組成物を、反応射出成形法により前記第１研磨領域を有する金型内に射出し発泡硬化させて、前記第１研磨領域とは平均気泡径及び／又は平均気泡数が異なる第２研磨領域を、前記第１研磨領域の内側及び／又は外側に一体成形する工程を含む研磨パッドの製造方法、に関する。

本発明の製造方法においては、前記ポリウレタン組成物を、反応射出成形法により前記第１研磨領域及び第２研磨領域を有する金型内に射出し発泡硬化させて、前記第１研磨領域及び第２研磨領域とは平均気泡径及び／又は平均気泡数が異なる第３研磨領域を、前記第１研磨領域及び第２研磨領域の内側及び／又は外側に一体成形する工程を含むことが好ましい。

該製造方法によると、極微細気泡構造を有し、平均気泡径及び／又は平均気泡数が異なる複数の研磨領域が一体成形された研磨層を製造することができる。

センタースローが発生する理由としては、以下のように考えられる。研磨操作は、砥粒を含む研磨スラリーを研磨パッド上に連続供給することにより行われるが、その際にウエハ中心部にまで研磨スラリーが届きにくいことが原因であると考えられる。つまり、ウエハの周囲と中心部とで研磨スラリーへの接触率が大きく異なるためセンタースローが発生すると考えられる。

本発明者らは、研磨表面に平均気泡径及び／又は平均気泡数が異なる研磨領域を複数設け、ウエハ中心部が接触する割合が高い研磨領域の平均気泡径を、ウエハ周囲が接触する割合が高い研磨領域の平均気泡径よりも小さくし、かつ平均気泡数についてはより多くし、ウエハ中心部と研磨スラリーとの接触率を高めることによりセンタースローを効果的に抑制できることを見出した。

本発明の製造方法においては、第１成分及び／又は第２成分中に、非反応性気体を第１成分及び第２成分の合計重量に対して０．０１〜１重量％溶解させることが好ましい。非反応性気体が０．０１重量％未満の場合にはポリウレタン樹脂が十分に発泡せず、研磨領域表面に欠肉が生じ、１重量％を超える場合にはポリウレタン樹脂中にボイドや極端に大きな空隙が生じ、均一な発泡体が形成されにくい傾向にある。

また、前記非反応性気体は、ポリウレタン原料への溶解度が高く、取り扱いが容易である窒素及び／又は二酸化炭素であることが好ましい。

また、前記非反応性気体は、超臨界状態にして第１成分及び／又は第２成分中に溶解させることが好ましい。超臨界状態にすることにより、大量の非反応性気体を速やかに均一に第１成分及び／又は第２成分中に溶解させることができる。それにより、極微細で大量の気泡を均一にポリウレタン樹脂中に分散させることができる。

前記ポリウレタン組成物は、シリコン系界面活性剤を０．０５〜１０重量％含有することが好ましい。シリコン系界面活性剤の含有量が０．０５重量％未満の場合には、極微細気泡のポリウレタン発泡体が得られ難い傾向にある。一方、１０重量％を超える場合には、該界面活性剤の可塑効果により、高硬度のポリウレタン発泡体が得られ難い傾向にある。

また、本発明は、前記の方法によって製造される研磨パッド、に関する。

本発明の研磨パッドにおいては、第２研磨領域は第１研磨領域の内側に形成されており、第２研磨領域の平均気泡径は第１研磨領域の平均気泡径の０．９倍以下であり、第２研磨領域の平均気泡数は第１研磨領域の平均気泡数の１．１倍以上であることが好ましい。上記範囲外の場合には、センタースローを抑制することが難しくなる。

また、本発明の研磨パッドにおいては、第３研磨領域は第２研磨領域の内側に形成されており、第２研磨領域の平均気泡径は第３研磨領域の平均気泡径の０．９倍以下であり、第２研磨領域の平均気泡数は第３研磨領域の平均気泡数の１．１倍以上であることが好ましい。上記範囲外の場合には、センタースローを抑制することが難しくなる。

また、本発明の研磨パッドにおいては、各研磨領域は、平均気泡径が５〜５０μｍであり、平均気泡数が５００〜２００００個／ｍｍ^２であることが好ましい。上記構造の研磨領域を有する研磨パッドは、研磨速度や平坦化特性等の研磨特性が特に優れている。

さらに本発明は、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。

本発明の研磨パッドの製造方法は、イソシアネート成分を含む第１成分及び／又は活性水素基含有化合物を含む第２成分に非反応性気体を加圧下で溶解させる工程、前記第１成分及び第２成分を混合したポリウレタン組成物を、反応射出成形法により金型内に射出し発泡硬化させて第１研磨領域を形成する工程、及び前記ポリウレタン組成物を、反応射出成形法により前記第１研磨領域を有する金型内に射出し発泡硬化させて、前記第１研磨領域とは平均気泡径及び／又は平均気泡数が異なる第２研磨領域を、前記第１研磨領域の内側及び／又は外側に一体成形する工程を含む。

前記第１及び第２研磨領域は、研磨層を構成するものである。本発明の研磨パッドは、研磨層のみであってもよく、研磨層と他の層（例えばクッション層など）との積層体であってもよい。

イソシアネート成分としては、ポリウレタンの分野において公知の化合物を特に限定なく使用できる。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類、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類、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類等が挙げられる。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。ポリウレタン樹脂の硬化時間が短いほうが好ましいため、反応性の高い芳香族ジイソシアネート類を用いることが好ましく、特にジフェニルメタンジイソシアネートを用いることが好ましい。

イソシアネート成分としては、上記ジイソシアネート化合物の他に、３官能以上の多官能ポリイソシアネート化合物も使用可能である。多官能のイソシアネート化合物としては、デスモジュール−Ｎ（バイエル社製）や商品名デュラネート（旭化成工業社製）として一連のジイソシアネートアダクト体化合物が市販されている。

活性水素基含有化合物とは、イソシアネート基と反応する活性水素基を有する化合物であり、例えば、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等）、ポリアミン成分、鎖延長剤などが挙げられる。

高分子量ポリオールとしては、ポリウレタンの技術分野において、通常用いられるものを挙げることができる。例えば、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリエチレングリコール等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、次いでえ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、ポリヒドロ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。特に、アミン等により分子末端を変性した末端アミン変性高分子量ポリオールを用いることが好ましい。また、高分子量ポリオールは３官能以上のものを用いることが好ましい。

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ないが、得られるポリウレタン樹脂の弾性特性等の観点から、１０００〜３００００程度であることが望ましい。数平均分子量が１０００未満であると、これを用いて得られるポリウレタン樹脂は十分な弾性特性を有さず、脆いポリマーとなり易く、このポリウレタン樹脂からなる研磨パッドが硬くなりすぎ、被研磨材表面のスクラッチの発生原因となる場合がある。また、摩耗しやすくなるため、研磨パッドの寿命の観点からも好ましくない。一方、数平均分子量が３００００を超えると、これを用いて得られるポリウレタン樹脂からなる研磨パッドが軟らかくなり、十分に満足できるプラナリティーが得られにくいため好ましくない。

また、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、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２，３−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、トリメチロールプロパン、グリセリン、１，２，６−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、テトラメチロールシクロヘキサン、メチルグルコシド、ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、スクロース、２，２，６，６−テトラキス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサノール、ジエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、及びトリエタノールアミン等の低分子量ポリオールを併用することができる。また、エチレンジアミン、トリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、及びジエチレントリアミン等の低分子量ポリアミンを併用することもできる。また、モノエタノールアミン、２−（２−アミノエチルアミノ）エタノール、及びモノプロパノールアミン等のアルコールアミンを併用することもできる。これら低分子量ポリオール、低分子量ポリアミン等は１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。低分子量ポリオールや低分子量ポリアミン等の配合量は特に限定されず、研磨層に要求される特性により適宜決定される。特に、イソシアネート末端プレポリマーが対称な分子構造をとると結晶化しやすくなり、取り扱いが煩雑になるため、これを防止するためにプロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、及び１，３−ブタンジオールなどの非対称グリコールを用いることが好ましい。

研磨領域の材料であるポリウレタン樹脂をプレポリマー法により製造する場合において、プレポリマーの硬化には鎖延長剤を使用することが好ましい。鎖延長剤は、少なくとも２個以上の活性水素基を有する有機化合物であり、活性水素基としては、水酸基、第１級もしくは第２級アミノ基、チオール基（ＳＨ）等が例示できる。具体的には、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、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’−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’−テトライソプロピ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、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ポリアミン、あるいは、上述した高分子量ポリオール、低分子量ポリオール、及び低分子量ポリアミンなど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。これらのうち、非ハロゲン系芳香族ポリアミンを用いることが好ましい。ＭＯＣＡ等のハロゲン系芳香族ポリアミンは分子内に塩素を含んでおり、廃棄処理する際にダイオキシン等の有害物質が発生するなど環境面でのデメリットがあるため好ましくない。

イソシアネート成分、ポリオール成分、及び鎖延長剤等の比は、各々の分子量や研磨パッドの所望物性などにより種々変え得る。所望する研磨特性を有する研磨パッドを得るためには、活性水素基含有化合物（ポリオール成分、鎖延長剤など）の合計活性水素基（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、０．８５〜１．３であることが好ましく、さらに好ましくは０．９９〜１．１５である。イソシアネート基数が前記範囲外の場合には、硬化不良が生じて要求される比重及び硬度が得られず、研磨特性が低下する傾向にある。

ポリウレタン樹脂の製造は、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、得られるポリウレタン樹脂の物理的特性が優れており好適である。

特に、本発明においては、芳香族ジイソシアネートと非対称グリコ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、これに鎖延長剤として非ハロゲン系芳香族ポリアミン及び／又は末端アミン変性高分子量ポリオールを反応させることが好ましい。イソシアネート末端プレポリマーの合成に際しては、芳香族ジイソシアネートは非対称グリコール１００モルに対して１７０〜３５０モル使用することが好ましい。

なお、イソシアネート末端プレポリマーは、分子量が８００〜５０００程度のものが加工性、物理的特性等が優れており好適である。

なお、必要に応じて、触媒、酸化防止剤等の安定剤、滑剤、顔料、充填剤、帯電防止剤、その他の添加剤を第１成分及び／又は第２成分中に加えてもよい。特に、ポリアルキルシロキサンとポリエーテルの共重合体であるシリコン系界面活性剤を、ポリウレタン組成物（第１成分＋第２成分）中に０．０５〜１０重量％添加しておくことが好ましい。より好ましい添加量は０．５〜５重量％である。かかるシリコン系界面活性剤としては、ＳＨ−１９３、Ｌ−５３４０、ＳＦ−２９３８Ｆ（東レダウコーニングシリコーン社製）等が好適な化合物として例示される。

上記イソシアネート成分、ポリオール成分、鎖延長剤、及びシリコン系界面活性剤等のポリウレタン樹脂の構成成分は、必要に応じて各研磨領域ごとにその成分や混合比などを変更してもよい。

非反応性気体は、常温・常圧で気体であり、可燃性でないものが好ましい。具体的には窒素、二酸化炭素、乾燥空気、フロン、ヘリウム及びアルゴン等の希ガス、これらの混合気体が例示され、特に窒素及び／又は二酸化炭素が好ましい。また、各研磨領域ごとに使用する非反応性気体を適宜変更してもよい。

以下、反応射出成形法（RIM：Reaction Injection Molding）による本発明の研磨パッドの製造方法について詳しく説明する。図１〜５は本発明の研磨パッドの構造を示す概略図である。

本発明で使用するＲＩＭ成形機は、イソシアネート成分（イソシアネート末端プレポリマー）を含む第１成分を貯蔵する原料タンクＡ、活性水素基含有化合物（ポリオール成分、ポリアミン成分、鎖延長剤等）を含む第２成分を貯蔵する原料タンクＢ、気体定量供給装置、液体−気体混合ユニット、油圧ユニット、温調ユニット、調圧ユニット、ミキシングヘッド、及びＲＩＭ用金型から基本的に構成される。前記気体定量供給装置として超臨界流体定量供給装置を用いることもできる。

前記原料タンクＡ及び原料タンクＢ内の温度は適宜調整することができるが、通常０〜１５０℃である。

本発明の製造方法においては、非反応性気体を超臨界状態にして第１成分及び／又は第２成分中に溶解させることが好ましい。超臨界状態とは、臨界温度及び臨界圧力以上の状態であり、例えば、窒素の場合は−１４７℃以上、３．４ＭＰａ以上であり、二酸化炭素の場合は３１℃以上、７．３８ＭＰａ以上である。

前記第１成分及び／又は第２成分と非反応性気体とを液体−気体混合ユニットで混合した後、それらをミキシングヘッド内で混合してポリウレタン組成物を調製し、直ちに該ポリウレタン組成物を所定形状のＲＩＭ用金型内に射出する。そして、所定の金型内圧に設定されたＲＩＭ用金型内で、ポリウレタン組成物の反応硬化が進行すると共に、該組成物中に溶解している非反応性気体をガス化させることにより、ポリウレタン樹脂を発泡させてポリウレタン発泡体からなる第１研磨領域を形成する。

飽和圧力下の非反応性気体はポリウレタン組成物中に均一に溶解しているため、低い圧力状態にあるＲＩＭ用金型内では、ほぼ同一の膨張速度及び膨張率でガス化することになる。その結果、ポリウレタン樹脂中にほぼ同一の気泡径を有する極微細気泡が大量かつ均一に形成される。また、ＲＩＭ用金型内では非反応性気体に均一に圧力が加わるため、極めて球形に近い気泡が形成される。気泡径や気泡数は、ＲＩＭ用金型内の圧力、非反応性気体の溶解量、硬化時間、原料注入量等により適宜調整することができる。気泡径は、ＲＩＭ用金型内の圧力が高ければ小さくなる。また、非反応性気体の溶解量が多ければ気泡数が多くなる。硬化時間は、触媒やキュア温度等により調整することができる。

その後、前記と同様の方法で、ポリウレタン組成物を第１研磨領域を有する金型内に射出し発泡硬化させて、前記第１研磨領域とは平均気泡径及び／又は平均気泡数が異なる第２研磨領域を、前記第１研磨領域の内側及び／又は外側に一体成形する。

各研磨領域は、平均気泡径が５〜５０μｍ、平均気泡数が５００〜２００００個／ｍｍ^２であることが好ましく、より好ましくは平均気泡径が５〜３０μｍ、平均気泡数が１０００〜１５０００個／ｍｍ^２である。

図１は、第１研磨領域３を外側に形成し、第２研磨領域４を内側に形成した研磨パッド１の例である。逆に、第１研磨領域３をまず内側に形成し、その後、第２研磨領域４を外側に形成してもよい。また、図２に示すように、凹状の第１研磨領域３を外側に形成し、その後、第２研磨領域４を凹内に形成してもよい。逆に、第２研磨領域４をまず内側に形成し、その後、凹状の第１研磨領域３を第２研磨領域４の外側に形成してもよい。

また、予めＲＩＭ用金型内にクッション層５を設けておくことにより、研磨層２とクッション層５とが一体成形された研磨パッド１を製造することができる。該製造方法によると、研磨層２とクッション層５とを貼り合わせる工程を省略することができるため製造効率の観点で好ましい。また、研磨層２とクッション層５とを両面テープや接着剤等で貼り合わせた場合には剥離し易いという問題があるが、上記製造方法によると研磨層２をクッション層５に自己接着させることができ、両層が極めて剥離し難くなるため好ましい。逆に、予め金型内に研磨層２を設けておき、クッション層５を自己接着させることにより、研磨層２とクッション層５とが一体成形された研磨パッド１を製造することも可能である。ただし、研磨層２とクッション層５とを両面テープ等で貼り合わせて研磨パッド１を作製してもよい。

前記クッション層は、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材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、被研磨材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。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。

前記クッション層としては、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や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、感光性樹脂などが挙げられる。

本発明の研磨パッドにおいて、第２研磨領域は第１研磨領域の内側に形成されており、第２研磨領域の平均気泡径は第１研磨領域の平均気泡径の０．９倍以下であることが好ましく、より好ましくは０．８倍以下である。また、第２研磨領域の平均気泡数は第１研磨領域の平均気泡数の１．１倍以上であることが好ましく、より好ましくは１．５倍以上、特に好ましくは２倍以上である。具体的には、第１研磨領域の平均気泡径は１０〜５０μｍ、平均気泡数は５００〜１８０００個／ｍｍ^２であり、第２研磨領域の平均気泡径は５〜４０μｍ、平均気泡数は６００〜２００００個／ｍｍ^２であり、かつ上記平均気泡径及び／又は平均気泡数の差を有することが好ましい。

また、図１及び図２の構造の研磨パッドにおいて、研磨表面における第１研磨領域３の幅は、被研磨体であるウエハや研磨パッドのサイズに応じて適宜調整することができる。一般的には、研磨層２の半径の５〜５０％であり、好ましくは１０〜４０％である。

本発明の研磨パッドの製造方法においては、前記方法で第１研磨領域及び第２研磨領域を形成した後に、さらに前記ポリウレタン組成物を、反応射出成形法により前記第１研磨領域及び第２研磨領域を有するＲＩＭ用金型内に射出し発泡硬化させて、第３研磨領域を、前記第１研磨領域及び第２研磨領域の内側及び／又は外側に一体成形することが好ましい。

図３は、第１研磨領域３を外側に、第２研磨領域４を中間に、第３研磨領域６を中心側に形成した研磨パッド１の例である。各研磨領域の形成位置や形成順序は特に制限されず、第１研磨領域をまず中心側に形成し、その後、第２研磨領域を中間に形成し、さらにその後、第３研磨領域を外側に形成してもよい。

また、図４に示すように、凹状の第１研磨領域３を外側に形成し、その後、凹状の第２研磨領域４を中間に形成し、さらにその後、第３研磨領域６を第２研磨領域４の凹内に形成してもよい。逆に、第３研磨領域６をまず形成し、その後、その外側に第２研磨領域４を形成し、さらにその後、それらの外側に第３研磨領域６を形成してもよい。

また、図５に示すように、予めＲＩＭ用金型内に光透過領域７を設けておくことにより、研磨領域と光透過領域とが一体成形された研磨パッド１を製造することができる。該製造方法によると、別途、研磨層内に貫通孔を形成し、該貫通孔内に光透過領域を貼り合わせ等により設ける工程を省略することができるため製造効率の観点で好ましい。また、貫通孔内に光透過領域を貼り合わせ等により設けた場合には、隙間から研磨スラリーが裏面側に漏れ出すという問題があるが、上記製造方法によると研磨領域を光透過領域に自己接着させることができ、両領域の隙間を完全に塞ぐことができる。それにより、上記スラリー漏れの問題を容易に解決することができる。ただし、従来の方法と同様に、研磨層内に貫通孔を形成し、該貫通孔内に光透過領域を貼り合わせ等により設けてもよい。

本発明の研磨パッドにおいて、第２研磨領域は第１研磨領域の内側に、かつ第３研磨領域は第２研磨領域の内側に形成されていることが好ましい。そして、隣接する研磨領域同士の平均気泡径を比較した場合、平均気泡径の差は１０％以上であることが好ましい。また、隣接する研磨領域同士の平均気泡数を比較した場合、平均気泡数の差は１０％以上であることが好ましい。具体的には、第１研磨領域の平均気泡径は１０〜５０μｍ、平均気泡数は５００〜１８０００個／ｍｍ^２であり、第２研磨領域の平均気泡径は５〜４０μｍ、平均気泡数は６００〜２００００個／ｍｍ^２であり、第３研磨領域の平均気泡径は１０〜５０μｍ、平均気泡数は５００〜１８０００個／ｍｍ^２であり、かつ上記平均気泡径及び平均気泡数の差を有することが好ましい。特に、第１研磨領域と第３研磨領域が同一の平均気泡径及び平均気泡数を有することが好ましい。その場合、第２研磨領域の平均気泡径は第１研磨領域及び第３研磨領域の平均気泡径の０．９倍以下であることが好ましく、より好ましくは０．８倍以下である。また、第２研磨領域の平均気泡数は第１研磨領域及び第３研磨領域の平均気泡数の１．１倍以上であることが好ましく、より好ましくは１．５倍以上、特に好ましくは２倍以上である。

また、図３及び図４の構造の研磨パッドにおいて、研磨表面における各研磨領域の幅は、被研磨体であるウエハや研磨パッドのサイズに応じて適宜調整することができる。一般的には、第１研磨領域３の幅は、研磨層２の半径の５〜５０％であることが好ましく、より好ましくは１０〜４０％である。また、研磨表面における第２研磨領域４の幅は、研磨層２の半径の５〜５０％であることが好ましく、より好ましくは１０〜４０％である。さらに、第３研磨領域６の幅は、ウエハの直径の２０〜８０％であることが好ましく、より好ましくは２５〜７０％である。

本発明の製造方法によると、平均気泡径及び／又は平均気泡数が異なるｎ個（ｎ＝２以上）の研磨領域が一体化した研磨パッドを容易に製造することができる。ただし、気泡構造の異なる研磨領域の数が多いほどセンタースローの改善効果が大きくなるというわけではなく、センタースローの改善の観点と製造コストの観点から、気泡構造が異なる研磨領域の数は２〜４個であることが好ましい。また、本発明の製造方法によると、複雑な形状の研磨領域を一体成形することも可能である。

各研磨領域の比重は、０．５〜１．２であることが好ましい。比重が０．５未満の場合、研磨層の表面強度が低下し、被研磨材のプラナリティが低下する傾向にある。また、１．２より大きい場合は、研磨層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。

各研磨領域の硬度は、アスカーＤ硬度計にて、３０〜８０度であることが好ましい。アスカーＤ硬度が３０度未満の場合には、被研磨材のプラナリティが低下し、また、８０度より大きい場合は、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。また、各研磨領域の硬度差は、５度以下であることが好ましい。硬度差が５度を超える場合には、被研磨材のユニフォーミティが低下する傾向にある。

各研磨領域の比重及び硬度は、原料の選択、非反応性気体の溶解量、ＲＩＭ用金型内へのポリウレタン組成物の注入速度、ＲＩＭ用金型内の圧力等を調整することにより目的の範囲に調整することができる。

研磨層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、１．０〜２．５ｍｍであることが好ましい。

研磨層の大きさは使用する研磨装置に応じて適宜調整することができるが、通常直径５０〜２００ｃｍ程度である。

本発明の研磨パッド（研磨層）の被研磨材と接触する研磨表面には、スラリーを保持・更新する表面形状を有することが好ましい。発泡体からなる研磨層は、研磨表面に多くの開口を有し、スラリーを保持・更新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、研磨表面に凹凸構造を有することが好ましい。凹凸構造は、スラリーを保持・更新する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、これらの凹凸構造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。

前記凹凸構造の作製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プレス板で樹脂をプレスし作製する方法、フォトリソグラフィを用いて作製する方法、炭酸ガスレーザーなどを用いたレーザー光による作製方法などが挙げられる。また、凹凸構造を有するＲＩＭ用金型を用いて、各研磨領域の作製と同時にその表面に凹凸構造を形成してもよい。

本発明の研磨パッドは、プラテンと接着する面に両面テープが設けられていてもよい。該両面テープとしては、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を用いることができる。基材としては、例えば不織布やフィルム等が挙げられる。研磨パッドの使用後のプラテンからの剥離を考慮すれば、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。

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６に示すように研磨パッド１を支持する研磨定盤８と、半導体ウエハ９を支持する支持台（ポリシングヘッド）１０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１１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８に装着される。研磨定盤８と支持台１０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９が対向するように配置され、それぞれに回転軸１２、１３を備えている。また、支持台１０側には、半導体ウエハ９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８と支持台１０とを回転させつつ半導体ウエハ９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。

これにより半導体ウエハ９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。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

［測定、評価方法］
（平均気泡径及び平均気泡数の測定）
作製した各研磨領域を厚み１ｍｍ以下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ものを測定用試料とした。試料表面を走査型電子顕微鏡（日立サイエンスシステムズ社製、Ｓ−３５００Ｎ）で１００倍にて撮影した。そして、画像解析ソフト（ＭＩＴＡＮＩコーポレーション社製、ＷＩＮ−ＲＯＯＦ）を用いて、任意範囲の全気泡の円相当径を測定し、その測定値から平均気泡径を算出した。また、任意範囲の平均気泡数（個／ｍｍ^２）も測定した。

（比重測定）
ＪＩＳ Ｚ８８０７−１９７６に準拠して行った。作製した各研磨領域を４ｃｍ×８．５ｃｍの短冊状（厚み：任意）に切り出したもの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。

（硬度測定）
ＪＩＳ Ｋ６２５３−１９９７に準拠して行った。作製した各研磨領域を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。

（センタースローの評価）
研磨装置としてＳＰＰ６００Ｓ（岡本工作機械社製）を用い、作製した研磨パッドを用いて、センタースローの評価を行った。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。研磨荷重としては３５０ｇ／ｃｍ^２、研磨定盤回転数３５ｒｐｍ、ウエハ回転数３０ｒｐｍとした。

センタースローの評価は、面内均一性を測定することにより行った。面内均一性は、８インチシリコンウエハに熱酸化膜が１μｍ堆積したものを用いて上記研磨条件にて２分間研磨を行い、図７に示すようにウエハ上の特定位置２５点の研磨前後の膜厚測定値から研磨速度最大値と研磨速度最小値を求め、その値を下記式に代入することにより算出した。酸化膜の膜厚測定には、干渉式膜厚測定装置（大塚電子社製）を用いた。ウエハ１００枚目における面内均一性を表１に示す。なお、面内均一性の値が小さいほどウエハ表面の均一性が高いことを表す。
面内均一性（％）＝｛（研磨速度最大値−研磨速度最小値）／（研磨速度最大値＋研磨速度最小値）｝×１００

実施例１
原料タンクＡに第１成分としてイソシアネート末端プレポリマー（バイエル社製、Ｍｏｎｄｕｒ ＰＦ）を入れて６０℃に温度調節した。また、原料タンクＢに第２成分として末端アミン変性ポリオール（三井化学ファイン社製、ジェファーミン Ｔ−５０００）８０重量部、３，５−ジエチルトルエン−２，４−ジアミンと３，５−ジエチルトルエン−２，６−ジアミンの混合物（アルべマール社製、エタキュア１００）２０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社製、ＳＦ−２９３８Ｆ）３重量部を入れて６０℃に温度調節した。液体−気体混合ユニットで前記第１成分５４重量部と超臨界状態の窒素０．１８重量部とを混合し、また前記第２成分１０３重量部と超臨界状態の窒素０．３６重量部とを混合し、その後両成分をミキシングヘッド内で混合してポリウレタン組成物を調製した。そして、直ちに該ポリウレタン組成物をＲＩＭ用金型内（内圧２９４ｋＰａ、金型温度８０℃）に射出した。なお、使用したＲＩＭ用金型内には、ポリウレタン発泡体の表面に転写するための溝幅０．２５ｍｍ、溝ピッチ１．５ｍｍ、及び溝深さ０．４ｍｍの同心円溝が設けられている。その後、１００℃で１５分間キュアし脱型してポリウレタン発泡体Ａを得た。バフ機（アミテック社製）を使用して該発泡体Ａの表面をバフ処理し、厚み精度を整えたポリウレタンシートを得た。該ポリウレタンシートを打ち抜いて第２研磨領域（直径４５０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を作製した。

次に、液体−気体混合ユニットで前記第１成分５４重量部と超臨界状態の窒素０．１１重量部とを混合し、また前記第２成分１０３重量部と超臨界状態の窒素０．２１重量部とを混合し、その後両成分をミキシングヘッド内で混合してポリウレタン組成物を調製した。そして、所定位置に前記第２研磨領域を固定した前記ＲＩＭ用金型内（内圧２９４ｋＰａ、金型温度８０℃）に直ちに前記ポリウレタン組成物を射出した。その後、１００℃で１５分間キュアして凹型のポリウレタン発泡体Ｂを第２研磨領域の外側に一体成形した。バフ機（アミテック社製）を使用して該発泡体Ｂの表面をバフ処理して第１研磨領域を形成し、厚み精度を整えたポリウレタンシートを得た。該ポリウレタンシートを第２研磨領域が中心に位置するように打ち抜いて図２に示す構造の研磨層（直径６１０ｍｍ、厚さ１．２７ｍｍ）を作製した。

この研磨層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）を貼りつけた。更に、コロナ処理をしたクッションシート（東レ社製、ポリエチレンフォーム、トーレペフ、厚み０．８ｍｍ）の表面をバフ処理し、それをラミ機を使用して前記両面テープに貼り合わせた。さらに、クッションシートの他面にラミ機を使用して前記両面テープを貼り合わせて研磨パッドを作製した。

実施例２
実施例１の第２研磨領域の作製において、前記第１成分５４重量部と超臨界状態の窒素０．１１重量部とを混合し、また前記第２成分１０３重量部と超臨界状態の窒素０．２１重量部とを混合した以外は実施例１と同様の方法で第３研磨領域（直径１５０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を作製した。

次に、液体−気体混合ユニットで前記第１成分５４重量部と超臨界状態の窒素０．１４重量部とを混合し、また前記第２成分１０３重量部と超臨界状態の窒素０．２６重量部とを混合し、その後両成分をミキシングヘッド内で混合してポリウレタン組成物を調製した。そして、所定位置に前記第３研磨領域を固定した前記ＲＩＭ用金型内（内圧２９４ｋＰａ、金型温度８０℃）に直ちに前記ポリウレタン組成物を射出した。その後、１００℃で１５分間キュアして凹型のポリウレタン発泡体Ｃを第３研磨領域の外側に一体成形した。バフ機（アミテック社製）を使用して該発泡体Ｃの表面をバフ処理して第２研磨領域を形成し、厚み精度を整えたポリウレタンシートを得た。該ポリウレタンシートを第３研磨領域が中心に位置するように打ち抜いて複合研磨領域（直径４５０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を作製した。

次に、液体−気体混合ユニットで前記第１成分５４重量部と超臨界状態の窒素０．１１重量部とを混合し、また前記第２成分１０３重量部と超臨界状態の窒素０．２１重量部とを混合し、その後両成分をミキシングヘッド内で混合してポリウレタン組成物を調製した。そして、所定位置に前記複合研磨領域を固定した前記ＲＩＭ用金型内（内圧２９４ｋＰａ、金型温度８０℃）に直ちに前記ポリウレタン組成物を射出した。その後、１００℃で１５分間キュアして凹型のポリウレタン発泡体Ｄを複合研磨領域の外側に一体成形した。バフ機（アミテック社製）を使用して該発泡体Ｄの表面をバフ処理して第１研磨領域を形成し、厚み精度を整えたポリウレタンシートを得た。該ポリウレタンシートを複合研磨領域が中心に位置するように打ち抜いて図４に示す構造の研磨層（直径６１０ｍｍ、厚さ１．２７ｍｍ）を作製した。その後、実施例１と同様の方法で研磨パッドを作製した。

比較例１
実施例１の第２研磨領域の作製において、直径を６１０ｍｍ、厚さを１．２７ｍｍとした以外は実施例１と同様の方法で研磨領域を作製した。

この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）を貼りつけた。更に、コロナ処理をしたクッションシート（東レ社製、ポリエチレンフォーム、トーレペフ、厚み０．８ｍｍ）の表面をバフ処理し、それをラミ機を使用して前記両面テープに貼り合わせた。さらに、クッションシートの他面にラミ機を使用して前記両面テープを貼り合わせて研磨パッドを作製した。

表１から明らかなように、気泡径及び／又は気泡数が異なる研磨領域を複数有する研磨層を用いることにより、ウエハ中心部と研磨スラリーとの接触率を高めることができ、センタースローを効果的に抑制できる。

本発明の研磨パッドの構造を示す概略図 本発明の研磨パッドの他の構造を示す概略図 本発明の研磨パッドの他の構造を示す概略図 本発明の研磨パッドの他の構造を示す概略図 本発明の研磨パッドの他の構造を示す概略図 ＣＭＰ研磨で使用する研磨装置の一例を示す概略構成図 ウエハ上の膜厚測定位置２５点を示す概略図

符号の説明

１：研磨パッド
２：研磨層
３：第１研磨領域
４：第２研磨領域
５：クッション層
６：第３研磨領域
７：光透過領域
８：研磨定盤
９：被研磨材（半導体ウエハ）
１０：支持台（ポリシングヘッド）
１１：研磨剤（スラリー）
１２、１３：回転軸

Claims (10)

1. イソシアネート成分を含む第１成分及び／又は活性水素基含有化合物を含む第２成分に非反応性気体を加圧下で溶解させる工程、前記第１成分及び第２成分を混合したポリウレタン組成物を、反応射出成形法により金型内に射出し発泡硬化させて平均気泡径が５〜５０μｍ、平均気泡数が１０００〜２００００個／ｍｍ ^２ である第１研磨領域を形成する工程、及び前記ポリウレタン組成物を、反応射出成形法により前記第１研磨領域を有する金型内に射出し発泡硬化させて、平均気泡径が前記第１研磨領域の平均気泡径の０．９倍以下であり、かつ平均気泡数が前記第１研磨領域の平均気泡数の１．１倍以上である第２研磨領域を、前記第１研磨領域の内側に一体成形する工程を含む研磨パッドの製造方法。
2. 前記ポリウレタン組成物を、反応射出成形法により前記第１研磨領域及び第２研磨領域を有する金型内に射出し発泡硬化させて平均気泡径が５〜５０μｍ、平均気泡数が１０００〜２００００個／ｍｍ ^２ である第３研磨領域を、前記第２研磨領域の内側に一体成形する工程を含み、
   第２研磨領域の平均気泡径を第３研磨領域の平均気泡径の０．９倍以下に、かつ第２研磨領域の平均気泡数を第３研磨領域の平均気泡数の１．１倍以上にする請求項１記載の研磨パッドの製造方法。
3. 第１研磨領域及び第３研磨領域は、平均気泡数が５０００〜１８０００個／ｍｍ ^２ であり、第２研磨領域は、平均気泡数が１１０００〜２００００個／ｍｍ ^２ である請求項２記載の研磨パッドの製造方法。
4. 第１研磨領域及び第３研磨領域は、平均気泡径及び平均気泡数が同じである請求項２又は３記載の研磨パッドの製造方法。
5. 第１成分及び／又は第２成分中に、非反応性気体を第１成分及び第２成分の合計重量に対して０．０１〜１重量％溶解させる請求項１〜４のいずれかに記載の研磨パッドの製造方法。
6. 非反応性気体は、窒素及び／又は二酸化炭素である請求項１〜５のいずれかに記載の研磨パッドの製造方法。
7. 非反応性気体を超臨界状態にして第１成分及び／又は第２成分中に溶解させる請求項１〜６のいずれかに記載の研磨パッドの製造方法。
8. ポリウレタン組成物は、シリコン系界面活性剤を０．０５〜１０重量％含有する請求項１〜７のいずれかに記載の研磨パッドの製造方法。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の方法によって製造される研磨パッド。
10. 請求項９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。

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