JP3547737B1

JP3547737B1 - 研磨シートの製造方法、研磨シート、及び研磨パッド

Info

Publication number: JP3547737B1
Application number: JP2003208445A
Authority: JP
Inventors: 一幸小川; 毅木村; 哲生下村; 雅彦中森; 孝敏山田
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd; Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd; Toyo Tire Corp
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: JP2005072035A

Abstract

【課題】含有金属濃度が極めて小さく、溝を有する研磨シート及び研磨パッドを用いることにより、研磨後のウエハの金属汚染を防止し、スクラッチの発生を抑制、半導体デバイスの歩留まりを向上させることを目的とする。
【解決手段】切削用切刃を用いて研磨シート表面に溝を形成する工程を含む研磨シートの製造方法であって、前記切削用切刃の研磨シートと接触する部分が非金属である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及び研磨パッドに関し、詳しくは、含有金属濃度が極めて小さく、溝を有する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プロセスを行う上で、ウエハの金属汚染の問題がある。ＣＭＰプロセスにおいて、スラリーを研磨パッドに流しながら被研磨材であるウエハを研磨すると、研磨されたウエハ表面には、スラリーや研磨パッド内に含まれてた金属が残留する。このようなウエハの金属汚染は、絶縁膜の信頼性の低下・リーク電流の発生・成膜の異常などを誘発し、半導体デバイスに大きな悪影響を及ぼし、さらに歩留まりの低下も起こす。現在、ウエハの金属汚染を低減させるため、ＣＭＰ後にウエハ洗浄工程を行っている。
【０００５】
しかし、ウエハの洗浄は、配線の酸化などのデメリットも多く、スラリーや研磨パッドによる汚染を少なくすることが望まれている。
【０００６】
そこで、最近では、上記の問題点を解消するために、特開２０００−３４３４１１号公報では、金属不純物濃度が１００ｐｐｍ以下の高分子量ポリエチレン系樹脂多孔質フィルムを研磨層に持つ研磨用シートが提案されている。また、ＷＯ０１／１５８６０号公報では、亜鉛含有量が２００ｐｐｍ以下の半導体ウエハ用研磨布が提案されている。
【０００７】
しかし、上記の金属不純物濃度では、ウエハの金属汚染を十分に防止することができず、ＣＭＰ後のウエハ洗浄工程においてウエハに負荷をかけることになり、デバイスの歩留まりを向上させることは困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するものであって、含有金属濃度が極めて小さく、溝を有する研磨シート及びその製造方法、研磨パッド、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。
【０００９】
【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、下記製造方法により上記課題を解決できることを見出した。
【００１０】
即ち、本発明は、研磨シート用の高分子材料を製造するまでの全ての工程において、前記高分子材料の原料及び／又はその反応生成物と直接接触する表面が金属でない器具を用いて各製造工程を行う高分子材料形成工程、前記高分子材料の表面と接触する部分が非金属である切削用切刃を用いて、シート状にした前記高分子材料の表面に溝を形成する溝形成工程を含む研磨シートの製造方法、に関する。
【００１１】
通常、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・更新を効率よく行うため、及び被研磨材との吸着による被研磨材の破壊を防ぐために溝が形成されている。前記溝は、主に所定サイズの切削用切刃のような治具を用い機械切削する方法により作製されている。本発明は、切削用切刃の研磨シートと接触する部分に非金属材料を用いることにより、溝形成後の研磨シート表面の金属量を極めて低減させたことを特徴とする。また、研磨シート用の高分子材料を製造するまでの全ての工程において、高分子材料の原料及び／又はその反応生成物と直接接触する表面が金属でない器具を用いて各製造工程を行うことを特徴とする。該研磨シートを用いてウエハを研磨した場合には、研磨シート表面に金属がほとんど存在しないため、研磨後にウエハ上に金属が付着することがほとんどない。そのため、スクラッチの発生を抑制でき、またウエハ洗浄工程を簡易に行うことができるため作業工程の効率化、製造コストの削減を図ることができる。さらに、ウエハ洗浄工程においてウエハへの負荷を減らすことができるため、半導体デバイスの歩留まりを向上させることもできる。
【００１２】
本発明においては、前記切削用切刃の高分子材料の表面と接触する部分が、ダイヤモンドにより形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明においては、前記切削用切刃の高分子材料表面と接触する部分が、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、及びアモルファスカーボンからなる群より選択される少なくとも１種の非金属材料により表面コーティングされていることも好ましい態様である。
【００１４】
前記非金属材料は、高硬度のため耐摩耗性に優れ、長寿命であり、かつ高速切削が可能であるため研磨シートの生産性を飛躍的に向上させることができる。
【００１５】
本発明においては、前記高分子材料が、ポリウレタン樹脂発泡体であることが好ましい。また、高分子材料形成工程で用いられる前記器具としては、重合容器、撹拌翼、及び注型容器を含む。さらに、前記研磨シート中の含有金属濃度は２ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明は、前記記載の方法により製造される研磨シート、に関する。
【００１７】
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付けてなる研磨パッド、に関する。
【００１８】
さらに、本発明は、前記研磨シート又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。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明における研磨シート用高分子材料の形成材料は、含有金属濃度が小さいものであれば特に制限されるものではない。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。前記高分子材料の形成工程においては、各製造工程において用いられる計量容器、重合容器、撹拌翼、及び注型容器などの樹脂原料と直接接触する表面が金属でないものを用いる。これらを用いることにより、樹脂中に金属が混入することを防止することができる。
【００２０】
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、含有金属量が少なく、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を使用すると物理的特性に優れるポリウレタン樹脂が得られるため好ましい。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。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。
【００２６】
本発明に使用する活性水素基含有化合物は、含有金属量が少なく、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樹脂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シートが硬くなりすぎ、被研磨材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樹脂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シート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シートを得るためには、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、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、両成分を混合する前に、両成分中の原料をフィルターを用いて異物を除去しておくことが好ましい。また、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】
本発明における研磨シート（研磨層）は、発泡体または無発泡体に限定されることはなく、被研磨材や研磨条件に応じて任意に変えることが可能である。スラリーの保持性やスクラッチ等の面から、発泡体であることが好ましい。
【００３６】
ポリウレタン樹脂の発泡方法としては、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、これらに限定されるものではない。前記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ーン系界面活性剤を使用した機械的発泡法が好ましい。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】
ポリウレタン樹脂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樹脂発泡体の製造方法は以下の工程を含む。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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が微細気泡が得られ、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】
前記ポリウレタン樹脂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】
前記ポリウレタン樹脂において、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】
前記ポリウレタン樹脂発泡体の製造は、計量容器を用いて各成分を計量して重合容器内に投入し、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】
本発明における研磨シート（シート状高分子材料）の厚みは特に限定されるものではないが、一般的には０．８〜２．０ｍｍである。これらの厚みの研磨シート（シート状高分子材料）を作製する方法としては、前記高分子材料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。
【００４７】
前記ポリウレタン樹脂発泡体の平均気泡径は、７０μｍ以下であることが好ましい。この範囲内であればプラナリティが良好である。
【００４８】
前記ポリウレタン樹脂発泡体の比重は、０．５〜１．０ｇ／ｃｍ³であることが好ましい。比重が０．５ｇ／ｃｍ³未満の場合、研磨シート表面の強度が低下し、ウエハのプラナリティ（平坦性）が低下する傾向にある。一方、１．０ｇ／ｃｍ³より大きい場合には、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】
前記ポリウレタン樹脂発泡体の硬度は、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、ウエハのプラナリティ（平坦性）が低下する傾向にある。一方、６５度より大きい場合はプラナリティは良好であるが、ウエハのユニフォミティ（均一性）が低下する傾向にある。
【００５０】
前記ポリウレタン樹脂発泡体の圧縮率は、０．５〜５．０％であることが好ましい。前記範囲内に圧縮率があると、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】
前記ポリウレタン樹脂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、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】
前記ポリウレタン樹脂発泡体の貯蔵弾性率は、測定温度４０℃、測定周波数１Ｈｚの条件下において、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、研磨シート表面の強度が低下し、ウエハのプラナリティ（平坦性）が低下する傾向にある。
【００５３】
研磨シート用のシート状高分子材料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溝を有する。溝は、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、及びこれらを組み合わせたものが挙げられる。また、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。
【００５４】
本発明においては、研磨シート用のシート状高分子材料と接触する部分が非金属である切削用切刃を用いてシート状高分子材料表面を機械切削し、溝を形成する。シート状高分子材料と接触する部分が非金属である切削用切刃であれば特に制限されないが、該部分がダイヤモンドにより形成されていることが好ましい。
【００５５】
市販品のダイヤモンド切削用切刃としては、日新ダイヤモンド製作所製の切削工具が挙げられる。
【００５６】
また、本発明においては、切削用切刃のシート状高分子材料と接触する部分が、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、及びアモルファスカーボンからなる群より選択される少なくとも１種の非金属材料により表面コーティングされていることも好ましい態様である。母材には、通常強靭性のもの（柔らかく欠けにくいもの）、例えば超硬合金、サーメットなどが用いられる。コーティング膜は単層であっても多重層であってもよい。コーティング方法としては、ＣＶＤ法（化学蒸着法）とＰＶＤ法（物理蒸着法）が挙げられる。
【００５７】
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。
【００５８】
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シート状高分子材料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。
【００５９】
上記方法により製造される研磨シート中の含有金属濃度は２ｐｐｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは１ｐｐｍ以下である。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
【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。
【００６９】
（平均気泡径測定）
作製したポリウレタン樹脂発泡体を厚み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、ＩｍａｇｅＡｎａｌｙｚｅｒＶ１０）を用いて、任意の０．２ｍｍ×０．２ｍｍ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。
【００７０】
（比重測定）
ＪＩＳＺ８８０７−１９７６に準拠して行った。作製したポリウレタン樹脂発泡体を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。
【００７１】
（硬度測定）
ＪＩＳＫ６２５３−１９９７に準拠して行った。作製したポリウレタン樹脂発泡体を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。
【００７２】
（圧縮率及び圧縮回復率測定）
作製したポリウレタン樹脂発泡体を直径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（ＳＥＩＫＯＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ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。
【００７３】
圧縮率（％）＝｛（Ｔ１―Ｔ２）／Ｔ１｝×１００
Ｔ１：発泡体に無負荷状態から３０ＫＰa （３００ｇ／ｃｍ²）の応力負荷を６０秒間保持した時の発泡体の厚み
Ｔ２：Ｔ１の状態から１８０ＫＰa （１８００ｇ／ｃｍ²）の応力負荷を６０秒間保持した時の発泡体の厚み
圧縮回復率（％）＝｛（Ｔ３―Ｔ２）／（Ｔ１―Ｔ２）｝×１００
Ｔ１：発泡体に無負荷状態から３０ＫＰa （３００ｇ／ｃｍ²）の応力負荷を６０秒間保持した時の発泡体の厚み
Ｔ２：Ｔ１の状態から１８０ＫＰa （１８００ｇ／ｃｍ²）の応力負荷を６０秒間保持した時の発泡体の厚み
Ｔ３：Ｔ２の状態から無負荷状態で６０秒間保持し、その後、３０ＫＰa （３００ｇ／ｃｍ²）の応力負荷を６０秒間保持した時の発泡体の厚み
（貯蔵弾性率測定）
ＪＩＳＫ７１９８−１９９１に準拠して行った。作製したポリウレタン樹脂発泡体を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
（含有金属濃度測定）
作製した研磨シートをフッ素コートされたハサミを用いて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。なお、測定した金属はＡｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＴｉである。測定結果を表２に示す。
【００７４】
（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。
【００７５】
＜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樹脂発泡体を得た。次にこのシートをバフ機を使用して、１．２７ｍｍの厚さになるように表面バフをし、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６１ｃｍの直径に打ち抜いた。そして、ダイヤモンド切削用切刃（日新ダイヤモンド製作所製）を備えた溝加工機（東邦綱機社製）を用いてシート表面に溝幅０．２５ｍｍ、溝ピッチ１．５０ｍｍ、溝深さ０．４０ｍｍの同心円状の溝加工を行い研磨シートを作製した。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】
実施例２
ダイヤモンド切削用切刃の代わりに、超硬合金にダイヤモンドライクカーボンをコーティングした切削用切刃（日本アイ・ティ・エフ株式会社製、Ｈ−ＤＬＣ）を用いた以外は実施例１と同様の方法により研磨パッドを作製した。
【００７７】
比較例１
ダイヤモンド切削用切刃の代わりに、サーメット切削用切刃（三菱マテリアルズ社製、ＮＸ２５２５）を用いた以外は実施例１と同様の方法により研磨パッドを作製した。
【００７８】
比較例２
ダイヤモンド切削用切刃の代わりに、超硬合金切削用切刃（三菱マテリアルズ社製、ＨＴｉ１０）を用いた以外は実施例１と同様の方法により研磨パッドを作製した。
【００７９】
【表１】

【表２】

以上に示す結果より、切削用切刃の研磨シートと接触する部分が非金属である切削用切刃を用いて溝を有する研磨シートを製造することにより、該研磨シートの含有金属濃度を低減させることができる。そのため、この研磨シート又は研磨パッドは、研磨後のウエハの金属汚染を低減させることができ、またスクラッチの発生を抑制することができ、さらに半導体デバイスの歩留まりを向上させることもできる。
【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

研磨シート用の高分子材料を製造するまでの全ての工程において、前記高分子材料の原料及び／又はその反応生成物と直接接触する表面が金属でない器具を用いて各製造工程を行う高分子材料形成工程、前記高分子材料の表面と接触する部分が非金属である切削用切刃を用いて、シート状にした前記高分子材料の表面に溝を形成する溝形成工程を含む研磨シートの製造方法。
切削用切刃の高分子材料表面と接触する部分が、ダイヤモンドにより形成されている請求項１記載の研磨シートの製造方法。
切削用切刃の高分子材料表面と接触する部分が、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、及びアモルファスカーボンからなる群より選択される少なくとも１種の非金属材料により表面コーティングされている請求項１記載の研磨シートの製造方法。
高分子材料が、ポリウレタン樹脂発泡体である請求項１〜３のいずれかに記載の研磨シートの製造方法。
高分子材料形成工程で用いられる前記器具として、重合容器、撹拌翼、及び注型容器を含む請求項１〜４のいずれかに記載の研磨シートの製造方法。
研磨シート中の含有金属濃度が２ｐｐｍ以下である請求項１〜５のいずれかに記載の研磨シートの製造方法。
請求項１〜６のいずれかに記載の方法により製造される研磨シート。
請求項７記載の研磨シートとクッションシートとを貼り付けてなる研磨パッド。
請求項７記載の研磨シート又は請求項８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。