JP2004098239A

JP2004098239A - 研磨シートの製造方法、研磨シート、及びそれを用いた研磨パッド

Info

Publication number: JP2004098239A
Application number: JP2002265072A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Shimomura; 下村　哲生; Masahiko Nakamori; 中森　雅彦; Takatoshi Yamada; 山田　孝敏; Kazuyuki Ogawa; 小川　一幸; Atsushi Kazuno; 数野　淳
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd; Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd; Toyo Tire Corp
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】研磨速度の経時変化が小さく、使用初期から安定した研磨が可能な研磨シート及び研磨パッドを提供すること。また、該研磨シートの製造方法及び該研磨シート又は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。
【解決手段】シート状の発泡体を砥粒径の異なる研磨材を用いて多段階的にバフ掛けを行う工程を含むことを特徴とする研磨シートの製造方法。
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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シート、その製造方法、該研磨シートを用いた研磨パッドに関する。また、該研磨シート又は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。
【０００２】
【従来の技術】
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（研磨シート）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】
このようなＣＭＰプロセスを行なう上で研磨パッド（研磨シート）を用いるが、この研磨パッドにはこれまで様々のものが開発され、実用化されている。
【０００５】
（１）弾性ポリウレタン層に研磨層である合成皮革層が積層されたもの（米国特許３，５０４，４５７号明細書）
（２）発泡ポリウレタン層にポリウレタン含浸不織布を貼り合わせた構成のもの（特開平６−２１０２８号公報）
（３）研磨表面が設けられており、研磨表面に隣接し選択した厚さ及び剛性の剛性要素が設けられており、剛性要素へ実質的に一様な力を付与するために剛性要素に隣接して弾性要素が設けられており、剛性要素及び弾性要素が研磨表面へ弾性的屈曲力を付与して研磨表面に制御した屈曲を誘起させ、それが加工物の表面の全体的な形状に適合し且つ加工物表面の局所的な形状に関して制御した剛性を維持することを特徴とする研磨用パッド（特開平６−７７１８５号公報）
（４）縦弾性係数ＥＡの大きい表層Ａと、縦弾性係数ＥＢの小さい下層Ｂとを有し、両層Ａ、Ｂとの間に上記Ｂ層よりも少なくとも縦弾性係数の大きい中間層Ｍを設けたことを特徴とする研磨布（特開平１０−１５６７２４号公報）
（５）研磨層と、研磨層より弾性の高い中間層と、柔らかい下地層の構成で、中間層が分割されているパッド（特開平１１−４８１３１号公報）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の各種研磨パッドは次のような問題点を有している。
【０００７】
（１）米国特許３，５０４，４５７号明細書に記載の研磨パッドは、全面の均一性に関しては、弾性ポリウレタン層がウエハにかかる荷重を均一にする役目を果たしているが、最表層研磨層に柔らかい合成皮革を使用しているため、微小領域での平坦化特性が良くない。また、弾性ポリウレタン層及び合成皮革層は特に厚み精度を出すような工程を経ておらず、パッドを使用するにつれてパッド全面の厚みの均一性が変わり、ウエハの研磨速度や均一性が次第に変化してしまう問題がある。
【０００８】
（２）特開平６−２１０２８号公報に記載の研磨パッドは、不織布層が前記米国特許３，５０４，４５７号明細書に記載の研磨パッドにおける弾性ポリウレタン層と同等の役目を果たし、均一性を得ている。また、研磨層も硬質の発泡ポリウレタン層を有している為、合成皮革に比べて平坦化特性も優れているが、このパッドに関しても前述同様に、パッドを使用するにつれてパッド全面の厚みの均一性が変わり、ウエハの研磨速度や均一性が次第に変化してしまう問題がある。
【０００９】
（３）特開平６−７７１８５号公報に記載の研磨パッドは、表層の研磨層でスクラッチの起きない適度の硬度を持たせ、硬度を上げられないために低下する平坦化特性を第２層の剛性層で改善させる構成を有するものである。このパッドにおいても研磨特性が次第に変化してしまう影響を免れない。さらに、研磨層の厚さが０．００３インチ以下に限定されており、この厚さでは実際に使用した場合、研磨層も削れてしまい、製品寿命が短いという問題がある。
【００１０】
（４）特開平１０−１５６７２４号公報に記載の研磨パッドは、基本的には特開平６−７７１８５号公報の技術と同様であり、各層の弾性率の範囲を限定して、より効率的な範囲を得ようとしているが、該技術の中では実質的に何ら実現する手段の記載がなく、研磨パッドを製作することは困難である。
【００１１】
（５）特開平１１−４８１３１号公報の研磨パッドは、基本的には特開平６−７７１８５号公報の技術と同様であるが、ウエハ面内の均一性をより向上するために中間剛性層をある所定の大きさに分割している。しかし、この技術によれば、分割する工程にコストがかかり、安価な研磨パッドを供給することは出来ない。さらに、やはり研磨特性の経時変化を招く。
【００１２】
本発明の目的は、上記課題を解決するものであって、研磨速度の経時変化が小さく、使用初期から安定した研磨が可能な研磨シート及び研磨パッドを提供することにある。また、該研磨シートの製造方法及び該研磨シート又は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にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上述のような現状に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、下記方法により製造した研磨シート、及びそれを用いた研磨パッドにより上記課題を解決できることを見出した。
【００１４】
即ち本発明は、シート状の発泡体を砥粒径の異なる研磨材を用いて多段階的にバフ掛けを行う工程を含むことを特徴とする研磨シートの製造方法、に関する。シート状の発泡体を得た後に、前記方法によりバフ掛けをすることにより、研磨シートの厚み斑が使用初期の段階から小さく、長期間使用することにより研磨シート自身が磨り減っても、その厚み精度を維持することができる。本発明者らは、研磨シートの初期の厚み精度が高いほど研磨速度が経時変化しにくいことを見出し、砥粒径の異なる研磨材を用いて多段階的にバフ掛けを行うことにより厚み精度の極めて高い研磨シートが得られることを見出した。
【００１５】
本発明においては、前記発泡体の形成材料がポリウレタン樹脂であることが好ましい。
【００１６】
前記バフ掛け工程において、バフ掛けが少なくとも３段階で行われ、１段階目の研磨材の砥粒径が１２０番手以上（１２０メッシュ以下）であり、２　段階目の研磨材の砥粒径が２４０番手以上（２４０メッシュ以下）であり、３段階目の研磨材の砥粒径が４００番手以上（４００メッシュ以下）であることが好ましい。本発明においては、前記のように多段階的にバフ掛けを行なうが、そのとき研磨材の砥粒径を段階的に小さくすることにより、研磨シートの表面粗さを制御することができる。研磨シートの表面粗さは研磨特性に大きく影響するため、表面粗さを小さくすることは非常に重要である。研磨シートの表面粗さが小さいものを得るためには、初期のバフ掛けにおいて砥粒径の大きいものを使い、徐々に砥粒径の小さいものに換えることが好ましい。徐々に砥粒径を小さくした場合には、初期の大きな砥粒での研削痕を効果的に除去することができる。
【００１７】
本発明においては、前記バフ掛けが乾式バフ掛けであることが好ましく、使用するサンドペーパー又は研磨ロールの含有アルミニウム濃度が１０００ｐｐｍ以下であり、かつ含有カリウム濃度が２０ｐｐｍ以下であることが好ましい。バフ掛け工程で使用する研削用具（サンドペーパーや研磨ロールなど）に前記不純物が含まれるとバフ掛け工程中に研磨シート表面に前記不純物が転写され、研磨シート表面が汚染される。このような研磨シートを用いて半導体ウエハを研磨した場合、ウエハ表面にも不純物汚染が広がり、結果的に作製される半導体デバイスの特性が劣化し、歩留まりが低下することになる。なお、サンドペーパーなどに含まれる金属の濃度は、高周波プラズマ発光分析装置などの分析方法を用いることにより定量することが可能である。一般に入手可能な金属濃度の小さいサンドペーパーとしては、例えば、理研コランダム社製のベルトペーパーＣ５４Ｐを挙げることができる。また、研磨ロールとしては、例えば、ダイヤモンド電着ロールを挙げることができる。
【００１８】
本発明は、前記方法により得られる研磨シート、に関する。
【００１９】
また、本発明は、前記研磨シートとクッションシートとを貼り合わせてなる研磨パッド、に関する。
【００２０】
さらに、本発明は、前記研磨シート又は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。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明における研磨シートの原料である発泡体は特に限定されるものではない。発泡体の主な形成材料としては、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。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。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、所望の物性を有したポリマーが得られる素材であるため特に好ましい。
【００２２】
本発明の研磨シート用ポリウレタン樹脂は、イソシアネート基含有化合物を含む第１成分と活性水素基含有化合物を含む第２成分を主成分としている。
【００２３】
本発明に使用するイソシアネート基含有化合物としては、ポリウレタンの分野において公知のイソシアネート化合物を特に限定なく使用できる。特に、ジイソシアネート化合物とその誘導体、とりわけイソシアネートプレポリマーの使用が、得られるポリウレタン発泡体の物理的特性が優れており、好適である。ちなみにポリウレタンの製造方法としては、プレポリマー法、ワンショット法が知られているが、本発明においてはいずれの方法も使用可能である。
【００２４】
本発明に使用可能な有機イソシアネートとしては、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、イソフォ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。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２５】
有機イソシアネートとしては、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。これら３官能以上のポリイソシアネート化合物は、単独で使用するとプレポリマー合成に際して、ゲル化しやすいため、ジイソシアネート化合物に添加して使用することが好ましい。
【００２６】
本発明において第１成分として使用が好適なイソシアネート基含有化合物は、上記のイソシアネート化合物と活性水素基含有化合物との反応物であるイソシアネートプレポリマーである。このような活性水素基含有化合物としては、後述するポリオール化合物や鎖延長剤が使用され、イソシアネート基（ＮＣＯ）と活性水素（Ｈ^＊　）の当量比ＮＣＯ／Ｈ^＊　が１．２〜５．０、好ましくは１．６〜２．６の範囲で加熱反応して、イソシアネート基末端のオリゴマーであるイソシアネートプレポリマーが製造される。市販品のイソシアネートプレポリマーの使用も好適である。
【００２７】
本発明に使用する活性水素基含有化合物は、少なくとも２以上の活性水素原子を有する有機化合物であり、ポリウレタンの技術分野において通常ポリオール化合物、鎖延長剤と称される化合物である。
【００２８】
活性水素基とは、イソシアネート基と反応する水素を含む官能基であり、水酸基、第１級もしくは第２級アミノ基、チオール基（ＳＨ）などが例示される。
【００２９】
ポリオール化合物としては、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−テルグリコ−ル、ポリエチレングリコール等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−トに代表されるポリエステルポリオ−ル、ポリカプロラクトンポリオ−ル、ポリカプロラクトンのようなポリエステルグリコ−ルとアルキレンカ−ボネ−トとの反応物などで例示されるポリエステルポリカ−ボネ−トポリオ−ル、エチレンカ−ボネ−トを多価アルコ−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−ボネ−トポリオ−ル、ポリヒドロキシル化合物とアリ−ルカ−ボネ−トとのエステル交換反応により得られるポリカ−ボネ−トポリオ−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。
【００３０】
なお、これらポリオール化合物の数平均分子量は、特に限定されないが、得られるポリウレタン発泡体の弾性特性等の観点から、５００〜２０００程度であることが望ましい。ポリオール化合物の数平均分子量が５００未満であると、これを用いて得られるポリウレタン発泡体は十分な弾性特性を有さず、脆いポリマーとなり易く、このポリウレタン発泡体からなる研磨シートが硬くなりすぎ、研磨対象加工物の研磨面のスクラッチの原因となる場合がある。また摩耗しやすくなるため、研磨シートの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、これを用いて得られるポリウレタン発泡体からなる研磨シートが軟らかくなり、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。
【００３１】
また、ポリオール化合物としては、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しても構わない。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。
【００３２】
活性水素基含有化合物のうちで、鎖延長剤と称されるものは、分子量が５００程度以下の化合物である。具体的には、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、トリメチロールプロパン等に代表される脂肪族系低分子グリコールやトリオール類、１，４−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、ｍ−キシリレンジオール等に代表される芳香族系ジオール類、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）、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等に代表されるポリアミン類等を挙げることができる。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。
【００３３】
本発明における有機イソシアネート、ポリオール化合物、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、ポリオール化合物と鎖延長剤の合計官能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の範囲が好ましく、さらに好ましくは０．９９〜１．１０である。
【００３４】
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、本発明のポリウレタン発泡体に関しては、気孔（気泡）をポリウレタン中に取り込む必要があること、さらにコスト、作業環境などを考慮して溶融法で製造することが好ましい。
【００３５】
本発明のポリウレタン樹脂は、イソシアネート基含有化合物を含む第１成分及び活性水素基含有化合物を含む第２成分を混合して硬化させるものである。プレポリマー法では、イソシアネート末端プレポリマーがイソシアネート基含有化合物となり、鎖延長剤が活性水素基含有化合物となる。ワンショット法では、有機ポリイソシアネートがイソシアネート基含有化合物となり、鎖延長剤及びポリオール化合物が活性水素基含有化合物となる。なお、必要に応じて、酸化防止剤等の安定剤、滑剤、顔料、充填剤、帯電防止剤、その他の添加剤を加えても差し支えない。
【００３６】
ポリウレタン樹脂の発泡体の製造方法としては、中空ビーズを添加させる方法、機械的発泡法、化学的発泡法等により発泡体とする方法などが挙げられるが、これらには限定されない。各方法を併用してもよいが、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って活性水素基を有しないシリコーン系界面活性剤を使用した機械的発泡法がより好ましい。かかるシリコー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ン製）等が好適な化合物として例示される。
【００３７】
研磨シートを構成す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。
【００３８】
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ー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。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。
【００３９】
本発明においては、発泡体の製造工程において、発泡体原料と直接接触する表面が金属でない計量容器、重合容器、撹拌翼、及び注型容器を用いて製造することが好ましい。例えば、フッ素樹脂のようなポリマーで表面をコーティングしたものが挙げられる。これらを用いることにより発泡体に混入する金属量を低減させることができ、該発泡体からなる研磨シートを使用した場合には、研磨後のウエハの金属汚染を効果的に防止することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
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、公知の撹拌装置は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にて微細気泡が得られ好ましい。
【００４２】
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。
【００４３】
該ポリウレタン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、常圧で行うことが気泡形状が安定するために好ましい。
【００４４】
該ポリウレタン発泡体において、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。
【００４５】
該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。
【００４６】
本発明において、シートの発泡体を作製する方法は特に制限されるものではなく一般的な方法を用いることができる。例えば、研磨シートの原料となるプレポリマーを反応容器に入れ、硬化剤を投入、撹拌後、所定の大きさの注型に流し込みブロックを作製し、そのブロックを鉋状、あるいはバンドソー状のスライサーを用いてスライスする方法、又は前述の注型の段階で、薄いシート状にしても良い。また、原料となる樹脂を溶解し、Ｔダイから押し出し成形し直接シート状の発泡体を得ても良い。
【００４７】
本発明において、前記発泡体の平均気泡径は、７０μｍ以下であることが好ましい。この範囲から逸脱する場合は、研磨後の被研磨材のプラナリティ（平坦性）が低下する傾向にある。
【００４８】
本発明において、前記発泡体の比重は、０．５〜１．０ｇ／ｃｍ^３　であることが好ましい。比重が０．５ｇ／ｃｍ^３　未満の場合、研磨シート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、１．０ｇ／ｃｍ^３　より大きい場合は、研磨シート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。
【００４９】
本発明において、前記発泡体の硬度は、アスカーＤ硬度計にて、４５〜６５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、被研磨材のプラナリティが低下し、また、６５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。
【００５０】
本発明において、前記発泡体の圧縮率は、０．５〜５．０％であることが好ましい。前記範囲に圧縮率があることにより、研磨後の被研磨材のプラナリティとユニフォミティを両立させることが可能となる。
【００５１】
本発明において、前記発泡体の圧縮回復率は、５０〜１００％であることが好ましい。圧縮回復率が５０％未満の場合には、被研磨材による繰り返しの荷重が研磨中に研磨シートにかかるにつれて、研磨シートの厚みに大きな変化が現れ、研磨特性の安定性が低下する傾向にある。
【００５２】
本発明において、前記発泡体の貯蔵弾性率は、測定温度４０℃、測定周波数１Ｈｚにおいて、２００ＭＰａ以上であることが好ましい。貯蔵弾性率とは、発泡体に、動的粘弾性測定装置を用いて引っ張り試験用治具を用い、正弦波振動を加えて測定した弾性率のことをいう。貯蔵弾性率が２００ＭＰａ未満の場合には、研磨シートの表面強度が低下し、研磨後の被研磨材のプラナリティが低下する傾向にある。
【００５３】
本発明においては、前記方法により得られたシート状の発泡体を用いて多段階的にバフ掛け工程を行う。研磨シートとしては、一般にその厚さが０．５〜２ｍｍ程度のものが用いられるが、前記のシート状発泡体の形成方法では、得られるシートの厚み精度が±１００μｍ程度であり、シートの厚みに対して厚みのばらつきが大きい。研磨シートに厚み斑があると、研磨を行なった際にウエハに印加される圧力に差が発生し、ウエハ全面にわたって均一に研磨することが出来ない。そのため、厚み精度は２０μｍ程度にすることが好ましい。この時、研磨シートの厚み斑を１回のバフ掛けにより所定の厚み精度にしようとすると、研磨シート自体がバフ掛けによる圧力で変形し、所定の厚み精度を得ることができない。したがって、バフ掛け工程を多段階的に行い、研磨シートの厚み斑を落とす研磨量を少しずつ行なうことで、最終的に得られる研磨シートの厚み精度を向上させる。
【００５４】
また、研磨初期に研磨シート表面をダイヤモンド砥粒を電着、融着させたドレッサーを用いてドレッシングすることは好ましいことであるが、厚み精度が前記範囲を超えるものは、ドレッシング時間が長くなり、生産効率を低下させることになる。
【００５５】
本発明の研磨シート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シートは、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。
【００５６】
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金型に樹脂を流しこみ、硬化させることにより作製する方法、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、印刷手法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。
【００５７】
また、研磨シートは光透過領域を有していてもよい。光透過領域とは、ＣＭＰプロセスにおいて、研磨中に希望の表面特性や厚さが得られた時点を検知するために研磨シートの一部に設けられる窓のことである。光透過領域の形成材料及び製造方法は特に制限されず公知の材料及び方法を用いて製造することができる。
【００５８】
本発明の研磨パッドは、前記研磨シートとクッションシートとを貼り合わせてなるものである。
【００５９】
前記クッションシート（クッション層）は、研磨シートの特性を補うものである。クッションシートは、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。研磨シートの特性によって、プラナリティを改善し、クッションシート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、クッションシートは研磨シートより柔らかいものを用いる。
【００６０】
前記クッションシートに使用されるものとしては、研磨シートより柔らかいものであれば特に限定されるものではない。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。
【００６１】
研磨シートとクッションシートとを貼り合わせる手段としては、例えば、研磨シートとクッションシートとを両面テープで挟みプレスする方法が挙げられる。
【００６２】
前記両面テープは、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。クッションシート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、研磨シートとクッションシート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。
【００６３】
本発明の研磨パッドは、クッションシートの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、上述と同様に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。また、クッションシートとプラテンは組成が異なることが多く、両面テープの各接着層の組成を異なるものとし、クッションシート、及びプラテンへの接着力を適正化することも可能である。
【００６４】
半導体デバイスは、前記研磨シート又は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（研磨シート）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。
【００６５】
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。
【００６６】
【実施例】
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。
【００６７】
（平均気泡径測定）
作製したポリウレタン樹脂を厚み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０．５ｍｍ×０．６ｍｍ範囲の全気泡径を測定し、平均気泡径を算出した。測定結果を表１に示す。
【００６８】
（比重測定）
ＪＩＳ　Ｚ８８０７−１９７６に準拠して行った。作製したポリウレタン樹脂を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。測定結果を表１に示す。
【００６９】
（硬度測定）
ＪＩＳ　Ｋ６２５３−１９９７に準拠して行った。作製したポリウレタン樹脂を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。測定結果を表１に示す。
【００７０】
（圧縮率及び圧縮回復率測定）
作製した研磨シートを直径７ｍｍの円（厚み：任意）に切り出したものを圧縮率及び圧縮回復率測定用試料とし、温度２３℃±２℃、湿度５０％±５％の環境で４０時間静置した。測定には熱分析測定器　ＴＭＡ（ＳＥＩＫＯ　ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ製、ＳＳ６０００）を用い、圧縮率と圧縮回復率を測定した。測定結果を表１に示す。なお、圧縮率と圧縮回復率の計算式を下記に示す。
【００７１】
圧縮率（％）＝｛（Ｔ１―Ｔ２）／Ｔ１｝×１００
Ｔ１：研磨シートに無負荷状態から３０ＫＰａ　（３００ｇ／ｃｍ^２　）の応力負荷を６０秒間保持した時の研磨シートの厚み
Ｔ２：Ｔ１の状態から１８０ＫＰａ　（１８００ｇ／ｃｍ^２　）の応力負荷を６０秒間保持した時の研磨シートの厚み
圧縮回復率（％）＝｛（Ｔ３―Ｔ２）／（Ｔ１―Ｔ２）｝×１００
Ｔ１：研磨シートに無負荷状態から３０ＫＰａ　（３００ｇ／ｃｍ^２　）の応力負荷を６０秒間保持した時の研磨シートの厚み
Ｔ２：Ｔ１の状態から１８０ＫＰａ　（１８００ｇ／ｃｍ^２　）の応力負荷を６０秒間保持した時の研磨シートの厚み
Ｔ３：Ｔ２の状態から無負荷状態で６０秒間保持し、その後、３０ＫＰａ　（３００ｇ／ｃｍ^２　）の応力負荷を６０秒間保持した時の研磨シートの厚み
（貯蔵弾性率測定）
ＪＩＳ　Ｋ７１９８−１９９１に準拠して行った。作製したポリウレタン樹脂を３ｍｍ×４０ｍｍの短冊状（厚み；任意）に切り出したものを動的粘弾性測定用試料とし、２３℃の環境条件で、シリカゲルを入れた容器内に４日間静置した。切り出した後の各シートの正確な幅および厚みの計測は、マイクロメータにて行った。測定には動的粘弾性スペクトロメーター（岩本製作所製、現アイエス技研）を用い、貯蔵弾性率Ｅ’を測定した。その際の測定条件を下記に示す。また、測定結果を表１に示す。
＜測定条件＞
測定温度　：４０℃
印加歪　　：０．０３％
初期荷重　：２０ｇ
周波数　　：１Ｈｚ
（厚み斑の測定）
作成した研磨シート上に１０ｃｍ間隔の格子状に印をつけ、その印部分の厚さをマイクロメーターで測定し、その最大厚み及び最小厚みから厚み斑を算出した。測定結果を表２に示す。
【００７２】
（含有金属濃度測定）
クリーンブース内において、作製した研磨シートをセラミック製ハサミを用いて１ｇ採取し、白金るつぼに入れ、電熱プレートで炭化後、電気マッフル炉（５５０℃）で灰化した。残渣を１．２ｍｏｌ／Ｌの塩酸溶液２０ｍｌに溶解させたものを試験液とし、測定は高周波プラズマ発光分析装置（島津製作所社製、ＩＣＰＳ２０００）により定量した。検出下限値は、ブランク液の発光強度の標準偏差（３σ）　より求めた。測定結果を表２に示す。
【００７３】
（平均研磨速度、ドレッシング時間の測定）
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、平均研磨速度の測定を行った。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、初期平均研磨速度は、ドレッシング前の研磨パッドを用いて１分間研磨を行い、ウエハ面内３０点の膜厚を測定して算出した。その後、ダイヤモンドドレッサー（旭ダイヤモンド♯１００）を用い、ドレッサー回転数３５ｒｐｍ、パッド回転数３５ｒｐｍ、ドレッサー荷重４５０ｇ／ｃｍ^２　の条件下で１分間、前記研磨パッドのドレッシングを行い、前期と同様にして平均研磨速度を算出した。この作業を繰り返し、平均研磨速度が安定した時点の累積ドレッシング時間を測定した。
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。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。
【００７４】
＜研磨パッドの作製＞
実施例１
フッ素コーティングした反応容器内に、フィルタリングした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、イソシアネート基濃度：２．２２ｍｅｑ／ｇ）１００重量部、及びフィルタリングしたシリコーン系ノニオン界面活性剤（東レ・ダウシリコーン社製、ＳＨ１９２）３重量部を混合し、反応温度を８０℃に調整した。フッ素コーティング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℃の温度で溶融させ、フィルタリングした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２６重量部添加した。約１分間撹拌を続けた後、フッ素コーティングしたパン型のオープンモールドへ反応溶液を流し込んだ。この反応溶液に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からバンドソータイプのスライサー（フェッケン社製）を使用してスライスし、シート状のポリウレタン発泡体を得た。
得られたポリウレタンシートの平均厚さは約１．５ｍｍであり、厚み斑の差は約１５０μｍであった。バフ機（アミテック社製）に１２０メッシュの砥粒が付着したベルトサンダー（理研コランダム社製、ベルトぺーパーＣ５４Ｐ、含有金属濃度：アルミニウム９２０ｐｐｍ、カリウム１７ｐｐｍ）を取り付け、ポリウレタンシートの両面をバフ掛けし、厚みを約１．３５ｍｍとした、次に、同じ機械に２４０メッシュの砥粒の付着したベルトサンダー（理研コランダム社製、ベルトぺーパーＣ５４Ｐ、含有金属濃度：アルミニウム９３０ｐｐｍ、カリウム２０ｐｐｍ）を取り付け、前記ポリウレタンシートの両面を再度バフ掛けし、厚みを約１．３ｍｍとした。さらに、同じ機械に４００メッシュの砥粒の付着したベルトサンダー（理研コランダム社製、ベルトぺーパーＣ５４Ｐ、含有金属濃度：アルミニウム１０００ｐｐｍ、カリウム１８ｐｐｍ）を取り付け、前記ポリウレタンシートの両面を再度バフ掛けし、シート厚みを約１．２７ｍｍとした。また、この時のシートの厚み斑は２０μｍ程度であった。
このバフ掛け処理をしたポリウレタンシートを直径６１ｃｍに打ち抜き、溝加工機（テクノ社製）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の面にラミネーターを使用して、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、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）の表面をバフ掛け、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両面テープを貼り合わせて研磨パッドを作製した。
【００７５】
比較例１
実施例１で作製したポリウレタンシート（平均厚さ：約１．５ｍｍ、厚み斑の差：約１５０μｍ）のバフ掛けを行わなかった以外は実施例１と同様の方法により研磨パッドを作製した。
【００７６】
比較例２
実施例１において、バフ掛け工程に使用するベルトサンダーをＮＣＡ社製のＡ１２０Ｅ２７（１２０メッシュ）に変更し、１段階のみのバフ掛けを行った以外は実施例１と同様の方法により研磨パッドを作製した。なお、前記ベルトサンダーの含有金属濃度はアルミニウム２５００ｐｐｍ、カリウム３４ｐｐｍであった。
【００７７】
【表１】

【表２】

以上に示す結果より、砥粒径の異なる研磨材を用いて多段階的にバフ掛けを行うことにより、研磨速度の経時変化が小さく、使用初期から安定した研磨が可能な研磨パッドを製造することができる。一方、バフ掛けを行わなかった場合（比較例１）には、研磨速度の経時変化がかなり大きく、初期ドレッシングに要する時間が多くかかり生産効率が低下する。また、含有金属濃度の高いベルトサンダーを用いて、１段階のみのバフ掛けをした場合（比較例２）には、研磨速度の経時変化が大きく、さらに研磨シート表面に金属が多く付着しており、このような研磨シートを用いて研磨を行うと半導体デバイスの歩留まり低下させることになる。
【図面の簡単な説明】
【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
【符号の説明】
１：研磨パッド（研磨シート）
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

Claims

シート状の発泡体を砥粒径の異なる研磨材を用いて多段階的にバフ掛けを行う工程を含むことを特徴とする研磨シートの製造方法。
発泡体の形成材料がポリウレタン樹脂である請求項１記載の研磨シートの製造方法。
バフ掛けが少なくとも３段階で行われ、１段階目の研磨材の砥粒径が１２０番手以上（１２０メッシュ以下）であり、２　段階目の研磨材の砥粒径が２４０番手以上（２４０メッシュ以下）であり、３段階目の研磨材の砥粒径が４００番手以上（４００メッシュ以下）である請求項１又は２記載の研磨シートの製造方法。
前記バフ掛けが乾式バフ掛けであり、使用するサンドペーパー又は研磨ロールの含有アルミニウム濃度が１０００ｐｐｍ以下であり、かつ含有カリウム濃度が２０ｐｐｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の研磨シートの製造方法。
請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法により得られる研磨シート。
請求項５記載の研磨シートとクッションシートとを貼り合わせてなる研磨パッド。
請求項５記載の研磨シート又は請求項６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。