JP2004098238A - 研磨シート用発泡体、その製造方法、研磨シート、及び研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】スクラッチの発生を効果的に抑制することのできる研磨シート及び研磨パッドを提供すること。また、該研磨シート及び研磨パッドに用いられる発泡体、その製造方法、並びに半導体デバイスの製造方法を提供すること。
【解決手段】ケミカルメカニカルポリシングに用いられる研磨シート用発泡体の製造方法であって、少なくとも原料の計量工程、混合工程、発泡工程、注型工程、及び硬化工程を、０．３μｍ以上の微粒子が１０００個以下／ｆｔ^３　の環境下で行うことを特徴とする研磨シート用発泡体の製造方法。
【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及び研磨パッドに関し、詳しくは、異物を極めて低減させた研磨シート及び研磨パッドに関する。また、前記研磨シート及び研磨パッドに用いられる発泡体、その製造方法、及び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。例えば、下記に示す研磨パッドである。
【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６−０７７１８５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では、スクラッチの発生を抑制することができない。本発明の目的は、上記課題を解決するものであって、スクラッチの発生を効果的に抑制することのできる研磨シート及び研磨パッドを提供することにある。また、該研磨シート及び研磨パッドに用いられる発泡体、その製造方法、並びにそれら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。
【０００７】
【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、特定の環境下で製造した発泡体を用いた研磨パッド（研磨シート）により上記課題を解決できることを見出した。
【０００８】
即ち、本発明は、ケミカルメカニカルポリシングに用いられる研磨シート用発泡体の製造方法であって、少なくとも原料の計量工程、混合工程、発泡工程、注型工程、及び硬化工程を、０．３μｍ以上の微粒子が１０００個以下／ｆｔ^３　の環境下で行うことを特徴とする研磨シート用発泡体の製造方法、に関する。
【０００９】
近年の半導体の配線パターンは極めて微細化されており、その半導体ウエハ表面を研磨する研磨パッドに異物が含まれている場合には、微細な配線パターンをスクラッチによって破壊してしまう恐れがある。本発明は、研磨シートに用いられる発泡体に含まれる異物を低減させるために前記環境下にて製造することを特徴とする。このような環境下で製造された発泡体を用いた研磨シートは、スクラッチの発生を効果的に抑制することができ、微細化された配線パターンを有する半導体ウエハの研磨に好適に用いられる。
【００１０】
特に、０．３μｍ以上の微粒子が５００個以下／ｆｔ^３　の環境下で行うことが好ましい。
【００１１】
前記環境を達成する手段は特に制限されないが、ＨＥＰＡフィルターを備えたクリーンルーム、あるいは、同じくＨＥＰＡフィルターを備えたクリーンブースの元で各工程を行なうことが好ましい。
【００１２】
本発明においては、前記発泡体がポリウレタン発泡体であることが好ましい。
【００１３】
前記ポリウレタン発泡体の製造方法においては、前記発泡工程がイソシアネート基含有化合物を含む第１成分を非反応性気体の存在下で撹拌して気泡分散液とする工程であり、前記混合工程が該気泡分散液に鎖延長剤を添加、混合して発泡反応液とする工程であり、前記注型工程が該発泡反応液を金型に流し込む工程であり、前記硬化工程が金型に流し込まれた発泡反応液を反応硬化させる工程であることが好ましい。
【００１４】
また、前記第１成分がイソシアネートプレポリマーとシリコーン系界面活性剤とを含有することが好ましい。
【００１５】
前記方法により製造されるポリウレタン発泡体は、均一な微細発泡を有し、該ポリウレタン発泡体を用いた研磨パッドは、平坦化特性にも優れている。
【００１６】
本発明は、前記方法により製造される研磨シート用発泡体、に関する。
【００１７】
また、本発明は、前記発泡体からなる研磨シート、に関する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
【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。
【００２１】
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。
【００２２】
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樹脂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樹脂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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
１）イソシアネート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。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。
【００３８】
本発明においては、少なくとも原料の計量工程、混合工程、発泡工程、注型工程、及び硬化工程をを０．３μｍ以上の微粒子が１０００個以下／ｆｔ^３　の環境下で行う。特に、微粒子が５００個以下／ｆｔ^３　の環境下で行うことが好ましい。該製造工程を０．３μｍ以上の微粒子が１０００個／ｆｔ^３　を上回る環境下で行った場合には、作製された発泡体中に含まれる異物の数が増え、このような発泡体を用いた研磨パッド（研磨シート）の使用は、ウエハ表面に多くのスクラッチを発生させる原因となる。
【００３９】
また、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】
前記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、発泡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。発泡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、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、研磨シート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。
【００５４】
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。
【００５５】
また、前記研磨シートの厚みバラツキは１００μｍ以下であることが好ましい。厚みバラツキが１００μｍを越えるものは、研磨シートに大きなうねりを持ったものとなり、被研磨材に対する接触状態が異なる部分ができ、研磨特性に悪影響を与える。また、研磨シートの厚みバラツキを解消するため、一般的には、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が、上記範囲を超えたものは、ドレッシング時間が長くなり、生産効率を低下させるものとなる。
【００５６】
研磨シートの厚みのバラツキを抑える方法としては、所定厚みにスライスした研磨シート表面をバフィングする方法が挙げられる。また、バフィングする際には、粒度などが異なる研磨材で段階的に行うことが好ましい。
【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発泡体を厚み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　ＡｎａｌｙｚｅｒＶ１０）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発泡体を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発泡体を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）
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発泡体を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
（研磨特性の評価）
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、研磨特性の評価を行った。研磨速度は、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、約０．５μｍ研磨して、このときの時間から算出した。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。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。平坦化特性の評価では、８インチシリコンウエハに熱酸化膜を０．５μｍ堆積させた後、所定のパターニングを行った後、ｐ−ＴＥＯＳにて酸化膜を１μｍ堆積させ、初期段差０．５μｍのパターン付きウエハを作製し、このウエハを前述条件にて研磨を行い、研磨後、各段差を測定し平坦化特性を評価した。平坦化特性としては２つの段差を測定した。一つはローカル段差であり、これは幅２７０μｍのラインが３０μｍのスペースで並んだパターンにおける段差であり、１分後の段差を測定した。もう一つは削れ量であり、幅２７０μｍのラインが３０μｍのスペースで並んだパターンと幅３０μｍのラインが２７０μｍのスペースで並んだパターンにおいて、上記の２種のパターンのライン上部の段差が２０００Å以下になるときの２７０μｍのスペースの削れ量を測定した。ローカル段差の数値が低いとウエハ上のパターン依存により発生した酸化膜の凹凸に対し、ある時間において平坦になる速度が速いことを示す。また、スペースの削れ量が少ないと削れて欲しくない部分の削れ量が少なく平坦性が高いことを示す。測定結果を表２に示す。
【００７２】
（微粒子数の測定）
半導体レーザー光による散乱光測定法を用いたパーティクルカウンター（ＲＩＯＮ社製、ＫＣ０１Ａ）を使用して、発泡体の製造環境下の微粒子数を測定した。測定結果を表２に示す。
【００７３】
（スクラッチ数の測定）
トプコン社製のウエハ表面検査装置（ＷＭ２５００）を用いて、ウエハ上に０．２μｍ以上の条痕がいくつあるかを測定した。測定結果を表２に示す。
【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）１００重量部と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重量部とを混合し、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。そして、モールドに流し込んだ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。
ここまでの工程を、０．３μｍ以上の微粒子を９９．９９％以上捕集するＨＥＰＡフィルターを装着したクリーンブースの中で行なった。なお、クリーンブースの換気回数は６８．３回／ｈであった。また、クリーンブース内のクリーン度を測定したところ、０．３μｍ以上の微粒子数は４９９個／ｆｔ^３　であった。
【００７５】
このポリウレタン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。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（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。この研磨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、この溝加工した研磨シートの所定位置に光透過領域をはめ込むための穴を打ち抜き、熱可塑性ポリウレタン樹脂からなる光透過領域をはめ込んだ。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）の表面をバフがけ、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。
【００７６】
（比較例１）
実施例１において、ポリウレタン発泡体の製造をクリーンブースを用いずに通常の屋内環境下で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、該屋内の環境状態を測定したところ、０．３μｍ以上の微粒子数は、１５１１３２個／ｆｔ^３　であった。
【００７７】
（比較例２）
実施例１において、クリーンブースの換気回数を減らし、０．３μｍ以上の微粒子数が１５２３５個／ｆｔ^３　の環境下で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。
【００７８】
【表１】

【表２】

以上に示す結果より、研磨シートの原料となるポリウレタン発泡体を０．３μｍ以上の微粒子が極めて少ない環境下で製造することにより、研磨後のウエハ表面に発生するスクラッチを効果的に抑制することができる。
【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 (8)

1. ケミカルメカニカルポリシングに用いられる研磨シート用発泡体の製造方法であって、少なくとも原料の計量工程、混合工程、発泡工程、注型工程、及び硬化工程を、０．３μｍ以上の微粒子が１０００個以下／ｆｔ^３　の環境下で行うことを特徴とする研磨シート用発泡体の製造方法。
2. 前記発泡体がポリウレタン発泡体である請求項１記載の研磨シート用発泡体の製造方法。
3. 発泡工程がイソシアネート基含有化合物を含む第１成分を非反応性気体の存在下で撹拌して気泡分散液とする工程であり、混合工程が該気泡分散液に鎖延長剤を添加、混合して発泡反応液とする工程であり、注型工程が該発泡反応液を金型に流し込む工程であり、硬化工程が金型に流し込まれた発泡反応液を反応硬化させる工程である請求項２記載の研磨シート用発泡体の製造方法。
4. 第１成分がイソシアネートプレポリマーとシリコーン系界面活性剤とを含有する請求項３記載の研磨シート用発泡体の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の方法により製造される研磨シート用発泡体。
6. 請求項５記載の研磨シート用発泡体からなる研磨シート。
7. 請求項６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。
8. 請求項６記載の研磨シート又は請求項７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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