JP2007229811A - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】長期間使用した場合であっても研磨領域と光透過領域との間からのスラリー漏れを防止することができる研磨パッド及びその製造方法、並びに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。
【解決手段】研磨領域９及び光透過領域８を有する研磨層１１を含む研磨パッドにおいて、研磨領域と光透過領域とがレーザー加工部１３を介して溶着している研磨パッド。
【選択図】 図３

Description

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その製造方法、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。

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。

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。

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、被研磨対象物（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と被研磨対象物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には、被研磨対象物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。

このような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。

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。

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、回転定盤内にレーザー光による膜厚モニタ機構を組み込んだ光学的検知方法（特許文献１、特許文献２）が主流となりつつある。

前記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することによって研磨の終点を検知する方法である。

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。

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３）。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４）。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５）。しかし、透明プラグが挿入された研磨パッドは、透明プラグが設けられていない研磨パッドと比べてウエハの面内均一性などの研磨特性が悪くなるという問題があった。

一方、スラリーが研磨領域と光透過領域との境界（継ぎ目）から漏れ出さないための提案（特許文献６、７）もなされている。しかし、これら透明な漏れ防止シートを設けた場合でも、スラリーが研磨領域と光透過領域との境界（継ぎ目）から研磨層下部に漏れ出し、この漏れ防止シート上にスラリーが堆積して光学的終点検知に問題が生じる。

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、従来の終点検知用窓は、上記スラリー漏れの問題を十分に解決できていない。

米国特許第５０６９００２号明細書 米国特許第５０８１４２１号明細書 特表平１１−５１２９７７号公報 特開平９−７９８５号公報 特開平１０−８３９７７号公報 特開２００１−２９１６８６号公報 特表２００３−５１０８２６号公報

本発明は、長期間使用した場合であっても研磨領域と光透過領域との間からのスラリー漏れを防止することができる研磨パッド及びその製造方法、並びに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、研磨領域と光透過領域との隙間に不透水性弾性部材を設けることにより上記課題を解決できることを見出した。

本発明の研磨パッドは、研磨領域及び光透過領域を有する研磨層を含む研磨パッドにおいて、前記研磨領域と光透過領域とがレーザー加工部を介して溶着していることを特徴とする。

従来の光透過領域が挿入された研磨パッドは、スラリー漏れを防止するために研磨領域の開口部にできるだけ隙間が発生しないようはめ込まれている。しかし、ＣＭＰでは、研磨パッドとウエハなどの被研磨対象物とが共に自転・公転し、加圧下での摩擦によって研磨が実行される。研磨中においては、光透過領域および研磨領域に種々（特に、水平方向）の力が働いているため、両部材の境界で引き剥がし状態が常に生じている。従来の研磨パッドは両部材の境界で剥がれやすく、境界に隙間が生じてスラリー漏れが発生すると考えられる。このスラリー漏れが光終点検出部における曇りなどの光学的問題を起こし、終点検出精度を低下又は不能にすると考えられる。

一方、本発明の研磨パッドは、研磨領域と光透過領域とがレーザー加工部を介して溶着して一体化しているため、研磨中に光透過領域と研磨領域とを引き剥がす力が働いた場合でも、それに耐え得る十分な抵抗力を有する。そのため、研磨領域と光透過領域と界面で隙間や剥がれが生じ難く、効果的にスラリー漏れを防止することができる。

本発明は、研磨領域と開口部Ａとを有する研磨層の前記開口部Ａ内に光透過領域を設ける工程、研磨領域と光透過領域の界面にレーザー光を照射して、該研磨領域を溶融させてレーザー加工部を形成し、該レーザー加工部を介して研磨領域と光透過領域とを溶着させる工程を含む研磨パッドの製造方法、に関する。

別の本発明は、研磨領域及び光透過領域を有する研磨層と、光透過領域よりも小さい開口部Ｂを有するクッション層とが、前記光透過領域と前記開口部Ｂとが重なるように積層されており、かつ前記光透過領域の周端部と前記クッション層とがレーザー加工部を介して溶着している研磨パッド、に関する。

別の本発明の研磨パッドは、光透過領域の周端部とクッション層とがレーザー加工部を介して溶着して一体化しているため、研磨中に光透過領域と研磨領域との隙間からスラリーが浸入しても溶着部分で効果的にスラリー漏れを防止することができる。

また、本発明は、研磨領域と開口部Ａとを有する研磨層にクッション層を積層する工程、前記開口部Ａ内のクッション層の一部を除去し、クッション層に光透過領域よりも小さい開口部Ｂを形成する工程、前記開口部Ｂ上かつ前記開口部Ａ内に光透過領域を設ける工程、及びレーザー光を照射して光透過領域の周端部に接触しているクッション層又は接着部材を溶融させてレーザー加工部を形成し、該レーザー加工部を介して光透過領域の周端部とクッション層とを溶着させる工程を含む研磨パッドの製造方法、に関する。

また、本発明は、研磨領域と開口部Ａとを有する研磨層と、光透過領域よりも小さい開口部Ｂを有するクッション層とを、開口部Ａと開口部Ｂが重なるように積層する工程、前記開口部Ｂ上かつ前記開口部Ａ内に光透過領域を設ける工程、及びレーザー光を照射して光透過領域の周端部に接触しているクッション層又は接着部材を溶融させてレーザー加工部を形成し、該レーザー加工部を介して光透過領域の周端部とクッション層とを溶着させる工程を含む研磨パッドの製造方法、に関する。

また、本発明は、前記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、に関する。

本発明の研磨パッドは、研磨領域及び光透過領域を有する研磨層を含み、前記研磨領域と光透過領域とがレーザー加工部を介して溶着していることを特徴とする。

また、別の本発明の研磨パッドは、研磨領域及び光透過領域を有する研磨層と、光透過領域よりも小さい開口部Ｂを有するクッション層とが、前記光透過領域と前記開口部Ｂとが重なるように積層されており、かつ前記光透過領域の周端部と前記クッション層とがレーザー加工部を介して溶着していることを特徴とする。

光透過領域の形成材料は特に制限されないが、高精度の光学的終点検知のために、波長４００〜７００ｎｍの全領域における光透過率が５０％以上である材料を用いることが好ましい。また、使用するレーザー光を十分透過する材料であることが好ましい。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、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）、及びエポキシ樹脂などが挙げられる。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。なお、研磨領域に用いられる形成材料や研磨領域の物性に類似する材料を用いることが好ましい。特に、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耐摩耗性の高いポリウレタン樹脂が望ましい。

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）、及び鎖延長剤等からなるものである。

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；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。

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。

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。

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。

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、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−ビスーメチルアンスラニレート、４，４’−メチレン−ビスー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−ジエチルアミン）、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。

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。

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。

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。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。

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や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や、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用いられる。

光透過領域の形状は特に制限されるものではないが、研磨領域の開口部Ａと同様の形状、大きさにすることが好ましい。

光透過領域の厚さは特に制限されるものではないが、研磨領域の厚みと同一厚さ、また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恐れがある。

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。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、研磨領域の形成材料は、光透過領域と同組成でも異なる組成であってもよい。

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。ポリウレタン樹脂は、イソシアネート成分、ポリオール成分、及び鎖延長剤からなるものである。

使用するイソシアネート成分は特に制限されず、例えば前記のイソシアネートが挙げられる。

使用するポリオール成分は特に制限されず、例えば前記の高分子量ポリオールが挙げられる。なお、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。

また、ポリオール成分としては、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することもできる。

また、ポリオール成分中の高分子量ポリオールと低分子量ポリオールの比は、これらから製造される研磨領域に要求される特性により決められる。

鎖延長剤としては、４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）、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）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種以上を併用してもよい。

前記ポリウレタン樹脂における有機イソシアネート、ポリオール、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を得るためには、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、前記記載の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、充填剤、帯電防止剤、その他の添加剤を添加してもよい。

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って活性水素基を有しない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（東レダウコーニングシリコーン製）、Ｌ−５３４０（日本ユニカ製）等が好適な化合物として例示される。

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撹拌工程
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、非反応性気体と撹拌し、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。イソシアネート末端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し、混合撹拌する。
３）硬化工程
鎖延長剤を混合したイソシアネート末端プレポリマーを注型し、加熱硬化させる。

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。

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の使用すると微細気泡が得られるため好ましい。

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。

前記ポリウレタン微細発泡体の製造方法においては、気泡分散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。金型に気泡分散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。

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。

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。

研磨層となる研磨領域は、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。

微細発泡体からなる研磨領域は、被研磨対象物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、また被研磨対象物との吸着による被研磨対象物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。

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。

研磨領域の厚みは特に限定されるものではないが、０．８〜２．０ｍｍ程度である。前記厚みの研磨領域を作製する方法としては、前記微細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。

本発明の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。

図２は本発明の研磨パッドの一例を示す概略構成図である。

まず、研磨領域９と開口部Ａ（１０）とを有する研磨層１１の開口部Ａ内に光透過領域８をはめ込む。その後、研磨表面側及び／又は研磨裏面側から研磨領域と光透過領域の界面にレーザー光１２を照射して、界面の研磨領域を溶融させてレーザー加工部１３を形成し、該レーザー加工部を介して研磨領域と光透過領域とを溶着させる。

前記研磨パッドの製造方法において、研磨領域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、炭酸レーザーなどのレーザーを用いて切断する方法、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、開口部Ａの大きさや形状は特に制限されない。

レーザー加工部を形成するために用いるレーザーは、研磨領域を溶融させることができ、レーザー加工部を介して研磨領域と光透過領域とを溶着させることができるレーザーであれば特に制限されず、例えば、紫外光吸収による熱的加工が可能で、紫外線を放射するレーザー、及び赤外光吸収による熱的加工が可能で、赤外線を放射するレーザーなどが挙げられる。具体的には、発振波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、ＹＡＧレーザーの第四高調波（波長２６６ｎｍ）、及びＹＡＧレーザーの基本波（波長１０６４ｎｍ）などが挙げられる。

レーザー光の照射条件は特に制限されないが、レーザー出力０．１〜５０Ｗ、走査速度１０〜２００ｍｍ／ｓｅｃ、スポット径０．１〜３ｍｍであることが好ましい。

レーザー加工部は、スラリー漏れを完全に防止する観点から、光透過領域の全周囲に設ける必要がある。また、レーザー加工部は、研磨表面側、研磨裏面側又は両面のいずれに設けてもよいが、研磨に影響を与えないようにするために研磨裏面側に設けることが好ましい。

得られた研磨層はそれ単独で研磨パッドとして用いてもよく、研磨層の研磨裏面側にクッション層を貼り合わせて積層タイプの研磨パッドとしてもよい。なお、クッション層には、光透過領域の位置に合わせて開口部を設けておく。クッション層を開口する手段は前記と同様である。

図３は別の本発明の研磨パッドの一例を示す概略構成図である。

１つめの具体例として、まず、研磨領域９と、光透過領域８を設けるための開口部Ａ（１０）とを有する研磨層１１にクッション層１４を貼り合わせる。次に、開口部Ａ内のクッション層の一部を除去し、クッション層に光透過領域よりも小さい開口部Ｂ（１５）を形成する。次に、開口部Ｂ上かつ前記開口部Ａ内に光透過領域８をはめ込む。その後、研磨表面側からレーザー光１２を照射して光透過領域の周端部に接触しているクッション層又は接着部材を溶融させてレーザー加工部１３を形成し、該レーザー加工部を介して光透過領域の周端部とクッション層とを溶着させる。

２つめの具体例として、まず、研磨領域９と、光透過領域８を設けるための開口部Ａ（１０）とを有する研磨層１１と、前記光透過領域よりも小さい開口部Ｂ（１５）を有するクッション層１４とを、開口部Ａと開口部Ｂが重なるように貼り合わせる。次に、開口部Ｂ上かつ前記開口部Ａ内に光透過領域をはめ込む。その後、研磨表面側からレーザー光１２を照射して光透過領域の周端部に接触しているクッション層又は接着部材を溶融させてレーザー加工部１３を形成し、該レーザー加工部を介して光透過領域の周端部とクッション層とを溶着させる。

レーザー加工部を形成するために用いるレーザーは、光透過領域に吸収されにくく、クッション層又は接着部材（両面テープ又は接着層）を溶融させることができ、レーザー加工部を介して光透過領域の周端部とクッション層とを溶着させることができるレーザーであれば特に制限されず、例えば、上記のレーザーが挙げられる。特に光透過領域に吸収されにくい赤外線レーザーを用いることが好ましい。レーザー光の照射条件は上記と同様である。

レーザー加工部は、スラリー漏れを完全に防止する観点から、光透過領域の全周端部に設ける必要がある。また、レーザー光は、図３に示すように、光透過領域の裏面と開口部Ｂの断面が接触する部分に向けて研磨裏面側から照射してもよい。また、レーザー光は、研磨表面側と研磨裏面側から同時に照射してもよい。

前記研磨パッドの作成方法において、クッション層を溶融させてレーザー加工部を形成する場合には、光透過領域とクッション層とが接触する部分には接着部材（両面テープ又は接着層）を設けない方法も取りうる。その場合には、レーザー光照射時に光透過領域の周端部とクッション層を密着させておくことが好ましい。それにより、レーザー加工部を光透過領域とクッション層の両方に密着させることができ、光透過領域の周端部とクッション層とをより強固に溶着させることができる。密着させる方法は特に制限されないが、例えば、光透過領域上にレーザー光を透過する部材（ガラス板など）を設置して上から圧力を加える方法が挙げられる。

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。

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。

研磨層（研磨領域）とクッション層とを貼り合わせる手段としては、例えば、研磨層とクッション層を両面テープで挟みプレスする方法、又はゴム系接着剤やアクリル系接着剤などの接着剤を塗布する方法が挙げられる。

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。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。

クッション層の他面側には、プラテンに貼り合わせるための両面テープが設けられていてもよい。クッション層と両面テープ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。

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。

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。

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。

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。

（水漏れ評価）
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、水漏れ評価を行った。８インチのダミーウエハを３０分間連続研磨し、その後、研磨パッド裏面側の光透過領域のはめこみ部分を目視にて観察し、水漏れの有無を確認した。研磨条件としては、アルカリ性スラリーとしてシリカスラリー（ＳＳ１２、キャボット マイクロエレクトロニクス社製）を研磨中に流量１５０ｍｌ／ｍｉｎにて添加し、研磨荷重３５０ｇ／ｃｍ^２、研磨定盤回転数３５ｒｐｍ、及びウエハ回転数３０ｒｐｍとした。また、ウエハの研磨は、♯１００ドレッサーを用いて研磨パッド表面のドレッシングを行いながら実施した。ドレッシング条件は、ドレス荷重８０ｇ／ｃｍ^２、ドレッサー回転数３５ｒｐｍとした。

〔光透過領域の作製〕
アジピン酸とヘキサンジオールとエチレングリコールからなるポリエステルポリオール（数平均分子量２４００）１２８重量部、及び１，４−ブタンジオール３０重量部を混合し、７０℃に温調した。この混合液に、予め７０℃に温調した４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート１００重量部を加え、約１分間撹拌した。そして、１００℃に保温した容器中に該混合液を流し込み、１００℃で８時間ポストキュアを行ってポリウレタン樹脂を作製した。作製したポリウレタン樹脂を用い、インジェクション成型にて光透過領域（縦５６ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１．２５ｍｍ）を作製した。

〔研磨領域の作製〕
製造例１
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・ダウシリコーン社製、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樹脂発泡体ブロックを得た。このポリウレタン樹脂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、ポリウレタン樹脂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所定の直径（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０．２５ｍｍ、溝ピッチ１．５０ｍｍ、溝深さ０．４０ｍｍの同心円状の溝加工を行って研磨領域を作製した。

〔研磨パッドの作製〕
実施例１
作製した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）を貼り合わせた。その後、研磨領域の所定位置に光透過領域をはめ込むための開口部Ａ（５６ｍｍ×２０ｍｍ）を打ち抜いて両面テープ付き研磨領域を作製した。
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、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。次に、クッション層表面に両面テープを貼り合わせた。そして、光透過領域をはめ込むために打ち抜いた穴部分のうち、５０ｍｍ×１４ｍｍの大きさでクッション層を打ち抜き、開口部Ｂを形成した。そして、作製した光透過領域を開口部Ａ内にはめ込んだ。その後、光透過領域上にガラス板を設置して圧力を掛けつつ、研磨表面側から光透過領域の周端部（幅：３ｍｍ）に赤外線レーザー光をレーザー出力６Ｗ、平均走査速度５０ｍｍ／ｓｅｃ、及びスポット径１ｍｍの条件で照射し、光透過領域の裏面側の周端部に接触するクッション層を溶融させてレーザー加工部を形成し、該レーザー加工部を介して光透過領域の周端部とクッション層とを溶着させて研磨パッドを作製した。水漏れ評価を行ったところ、はめこみ部分でのスラリー漏れは全く認められなかった。

実施例２
作製した研磨領域の所定位置に光透過領域をはめ込むための開口部Ａ（５６ｍｍ×２０ｍｍ）を打ち抜き、作製した光透過領域を開口部Ａ内にはめ込んだ。その後、研磨領域と光透過領域の界面に赤外線レーザー光をレーザー出力６Ｗ、平均走査速度５０ｍｍ／ｓｅｃ、及びスポット径１ｍｍの条件で照射し、該研磨領域を溶融させてレーザー加工部を形成し、該レーザー加工部を介して研磨領域と光透過領域とを溶着させて研磨パッドを作製した。水漏れ評価を行ったところ、はめこみ部分でのスラリー漏れは全く認められなかった。

比較例１
作製した研磨領域の所定位置に光透過領域をはめ込むための開口部Ａ（５６ｍｍ×２０ｍｍ）を打ち抜いて開口部Ａを有する研磨領域を作製した。また、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に両面テープ（積水化学工業社製、ダブルタックテープ）を貼り合わせた。次に、クッション層の粘着面に開口部Ａを有する研磨領域を貼り合わせた。そして、光透過領域をはめ込むために打ち抜いた穴部分のうち、５０ｍｍ×１４ｍｍの大きさでクッション層を打ち抜き、開口部Ｂを形成した。そして、作製した光透過領域を開口部Ａ内にはめ込んで研磨パッドを作製した。水漏れ評価を行ったところ、はめこみ部分でのスラリー漏れが認められた。

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 本発明の研磨パッドの一例を示す概略断面図 本発明の他の研磨パッドの一例を示す概略断面図 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

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：開口部Ａ
１１：研磨層
１２：レーザー光
１３：レーザー加工部
１４：クッション層
１５：開口部Ｂ
１６：レーザー干渉計
１７：レーザービーム

Claims (6)

1. 研磨領域及び光透過領域を有する研磨層を含む研磨パッドにおいて、前記研磨領域と光透過領域とがレーザー加工部を介して溶着していることを特徴とする研磨パッド。
2. 研磨領域と開口部Ａとを有する研磨層の前記開口部Ａ内に光透過領域を設ける工程、研磨領域と光透過領域の界面にレーザー光を照射して、該研磨領域を溶融させてレーザー加工部を形成し、該レーザー加工部を介して研磨領域と光透過領域とを溶着させる工程を含む研磨パッドの製造方法。
3. 研磨領域及び光透過領域を有する研磨層と、光透過領域よりも小さい開口部Ｂを有するクッション層とが、前記光透過領域と前記開口部Ｂとが重なるように積層されており、かつ前記光透過領域の周端部と前記クッション層とがレーザー加工部を介して溶着している研磨パッド。
4. 研磨領域と開口部Ａとを有する研磨層にクッション層を積層する工程、前記開口部Ａ内のクッション層の一部を除去し、クッション層に光透過領域よりも小さい開口部Ｂを形成する工程、前記開口部Ｂ上かつ前記開口部Ａ内に光透過領域を設ける工程、及びレーザー光を照射して光透過領域の周端部に接触しているクッション層又は接着部材を溶融させてレーザー加工部を形成し、該レーザー加工部を介して光透過領域の周端部とクッション層とを溶着させる工程を含む研磨パッドの製造方法。
5. 研磨領域と開口部Ａとを有する研磨層と、光透過領域よりも小さい開口部Ｂを有するクッション層とを、開口部Ａと開口部Ｂが重なるように積層する工程、前記開口部Ｂ上かつ前記開口部Ａ内に光透過領域を設ける工程、及びレーザー光を照射して光透過領域の周端部に接触しているクッション層又は接着部材を溶融させてレーザー加工部を形成し、該レーザー加工部を介して光透過領域の周端部とクッション層とを溶着させる工程を含む研磨パッドの製造方法。
6. 請求項１又は３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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