(57)【要約】      （修正有）【課題】  ガラス、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等に平坦面を形成するのに使用される研磨用パッドにおいて、基板表面にスクラッチが生じにくく、研磨中に研磨状態を光学的に良好に測定できる研磨パッドおよび研磨装置を提供する。【解決手段】  少なくとも研磨層１とクッション層５からなる研磨パッドにおいて、該研磨層が透明発砲構造体からなり、かつ、該研磨層には設けられていないが、該クッション層以下の層に開口部７が設けられている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも研磨層とクッション層からなる研磨パッドにおいて、該研磨層が透明発砲構造体からなり、かつ、該研磨層には設けられていないが、該クッション層以下の層に開口部が設けられていることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
該研磨層が、その１ｍｍ当たりの厚さに対する５００〜８５０ｎｍの波長の光の透過率が２５％以上である透明性を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
該研磨層が、マイクロゴムＡ硬度が８０以上であり、ポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を含有している発砲構造体であることを特徴とする請求項１または２記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記ポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体が一体化して含有されていることを特徴とする請求項３に記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記のビニル化合物から重合される重合体の含有比率が５０重量％以上９０重量％以下であることを特徴とする請求項４に記載の研磨パッド。
【請求項６】
前記ビニル化合物が、ＣＨ2＝ＣＲ１ＣＯＯＲ２（Ｒ１：メチル基、エチル基、Ｒ２：メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基）である請求項５に記載の研磨パッド。
【請求項７】
該研磨層の密度が０．３〜１．１の範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の研磨パッド。
【請求項８】
該研磨層が、独立気泡の透明発泡構造体であり、かつ、その平均気泡径が３０μｍ〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の研磨パッド。
【請求項９】
該研磨層とクッション層を貼り合わせる接着層、並びにクッション層の裏面テープに開口部が形成されており、該接着層の開口部の位置と裏面テープの開口部の位置とがクッション層の開口部と重なるように設定されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の研磨パッド。
【請求項１０】
該クッション層が、引っ張り弾性率が１〜２０ＭＰａで、かつ体積弾性率が４０ＭＰａ以上のものであることを特徴とする請求項９に記載の研磨パッド。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の研磨パッド、該研磨パッドと基板とを当接し、相対移動させて研磨を行う手段、および、該研磨パッドと被研磨材との間にスラリーを供給する手段、ならびに前記研磨パッドの研磨層を通して光学的に研磨状態を測定する手段とを少なくとも具備する研磨装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の研磨装置を用いて半導体基板の表面を研磨するプロセスを含む半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等において平坦面を形成するのに使用される研磨用パッドおよび研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスが高密度化するにつれ、多層配線と、これに伴う層間絶縁膜形成や、プラグ、ダマシンなどの電極形成等の技術が重要度を増している。これに伴い、これら層間絶縁膜や電極の金属膜の平坦化プロセスの重要度は増しており、この平坦化プロセスのための効率的な技術として、ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing）と呼ばれる研磨技術が普及している。このＣＭＰ技術を用いた研磨装置において、ウェハ等の基板を研磨しながら、研磨パッドの裏側（定盤側）から、レーザー光または可視光を基板の被研磨面に照射して、研磨状態を測定する装置が、重要な技術として注目を集めている（特許文献１参照）。かかる研磨装置に用いられる研磨パッドとして、集積回路搭載ウェハの研磨に有用なパッドであって、少なくともその一部分はスラリー粒子の吸収、輸送という本質的な能力を持たない硬質均一樹脂シートからなり、この樹脂シートは１９０〜３５００ナノメーターの範囲の波長を光線が透過する研磨パッドが紹介されている（特許文献２参照）。この研磨パッドはロデール社のＩＣ−１０００に代表されるもので、マイクロバルーン（マイクロカプセル）含有発砲構造体からなる研磨層そのものの光の透過率が不十分なことから、研磨層と、該研磨層に両面接着テープ等を介して積層されたクッション層とを有し、該研磨パッドの所定位置に、該研磨層、両面接着テープおよびクッション層の全てを貫通する開口部が形成され、該開口部の研磨面側に中実で透明な熱硬化型の硬質均一樹脂よりなる窓部材がはめ込まれている。しかしながら、この様な透明な硬質均一樹脂を窓部材とした研磨パッドでは、窓部材が被研磨面である基板表面に接触することから、基板表面にスクラッチが生じやすいという問題や窓部材の剥離によるスラーの漏れと言った問題があった。また研磨層とクッション層に異なる形状の開口部を作成するために製造プロセスが煩雑になるという問題があった。さらに熱硬化性の硬質均一樹脂の製造においても成形サイクル時間が長くなるというプロセス的な問題もあった。
【特許文献１】特開平９−７９８５号公報
【特許文献２】特表平１１−５１２９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、ガラス、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等に平坦面を形成するのに使用される研磨用パッドにおいて、基板表面にスクラッチが生じにくく、研磨中に研磨状態を光学的に良好に測定できる研磨パッドおよび研磨装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の研磨パッドは、少なくとも研磨層とクッション層からなる研磨パッドにおいて、該研磨層が透明発砲構造体からなり、かつ、該研磨層には設けられていないが、該クッション層以下の層に開口部が設けられていることを特徴とするものである。また、本発明の研磨装置は、かかる研磨パッドを装着したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明により、ガラス、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等に平坦面を形成する際に、基板表面にスクラッチの発生も少なく、研磨中に研磨状態を光学的に良好に測定することができるとともに、簡略化された方法で半導体デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、前記課題、つまり基板表面にスクラッチが生じにくく、研磨中に研磨状態を光学的に良好に測定できる研磨パッドについて、鋭意検討し、該研磨層として、透明な発泡構造体を用い、この透明な研磨層には開口部を設けないで、それより以下の、つまり接着層および該クッション層以下に研磨状態観察用開口部を設けてみたところ、かかる課題を一挙に解決することができることを究明したものである。
【０００７】
すなわち、本発明のポイントは、透明な発泡構造体を無傷でそのまま研磨層として使用することと、その研磨層より下の層に研磨状態観察用の開口部を設けたところにある。
【０００８】
本発明でいう研磨パッドとしては、研磨層と貼着部材とを有する構造のものや研磨層とクッション層と貼着部材、接着テープとを有する積層構造のものなどを使用することができる。
【０００９】
かかる研磨パッドを構成する研磨層としては、透明で、かつ、基板を研磨することができ、スラリーを保持して研磨機能を有する層であれば、特に限定されないが、例えば、特表平８−５００６２２号公報やＷＯ００／１２２６２号などに記載されている独立気泡を有する硬質の発泡構造研磨層や、特表平８−５１１２１０号公報に記載されている表面にスラリーの細かい流路を設けた無発泡構造研磨層や、不織布にポリウレタンを含浸して得られる連続孔を有する発泡構造研磨層などを使用することができる。
【００１０】
本発明でいう透明とは、該研磨層１ｍｍ当たりの厚さに対する５００〜８５０ｎｍの波長の光の透過率が、好ましくは２５％以上、より好ましくは３０％以上である。特に好ましくは３５％以上であるのが、開口部からの被研磨材の研磨状態の観察性能の上からよい。
【００１１】
なお、本発明の透過率とは、日立製作所（株）製Ｕ−３４１０分光硬度計を使用して測定した得られたサンプルの透過率の値からランベルト・ベール式ｔ1＝ｔ(-1/L)を用いて１ｍｍ厚さ当たりの値に換算したものである。ここで、ｔ1は１ｍｍ厚さ当たりの透過率、ｔは分光高度計から得られたサンプルの透過率、Ｌはサンプルの厚み（ｍｍ）である。
【００１２】
本発明の研磨パッドの研磨層は、透明発泡構造体で構成されているが、かかる構造体を形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリウレア、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフルオロエチレン、エポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ネオプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムおよびこれらを主成分とした樹脂等が挙げられる。このような樹脂においても、独立気泡径が比較的容易にコントロールできる点でポリウレタンを主成分とする素材がより好ましい。
【００１３】
本発明におけるポリウレタンとは、ポリイソシアネートの重付加反応または重合反応に基づき合成される高分子である。ポリイソシアネートの対称として用いられる化合物は、含活性水素化合物、すなわち、二つ以上のポリヒドロキシ基、あるいはアミノ基含有化合物である。ポリイソシアネートとして、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなど挙げることができるがこれに限定されるものではない。ポリヒドロキシ基含有化合物としてはポリオールが代表的であり、ポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、エポキシ樹脂変性ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール、シリコーンポリオール等が挙げられる。硬度，気泡径および発泡倍率によって、ポリイソシアネートとポリオール、および触媒、発泡剤、整泡剤の組み合わせや最適量を決めることが好ましい。
【００１４】
これらのポリウレタンは、ＣＭＰ用研磨パッドに対する研磨要求特性と光の透過率の点からもの独立気泡を有していることが好ましい。ポリウレタン中への独立気泡の形成方法としては、ポリウレタン製造時における樹脂中への各種発泡剤の配合による化学発泡法が一般的であるが、機械的な撹拌により樹脂を発泡させたのち硬化させる方法も好ましく使用することができる。
【００１５】
かかる独立気泡の平均気泡径は３０μｍ以上で１５０μｍ以下であることが光の透過率が良好であることと半導体基板の局所的凹凸の平坦性が良好であることを両立できる点で好ましい。平均気泡径が１４０μｍ以下、さらには１３０μｍ以下であることがさらに好ましい。平均気泡径が３０μｍ未満の場合、光の透過率が低下するので好ましくない。また、平均気泡径が１５０μｍ以上の場合、半導体基板の局所的凹凸の平坦性が悪くなるので好ましくない。なお、平均気泡径はサンプル断面を倍率２００倍でＳＥＭ観察し、次に記録されたＳＥＭ写真の気泡径を画像処理装置で測定し、その平均値を取ることにより測定した値をいう。
【００１６】
本発明は、ポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体が含有し、独立気泡を有するパッドであるが、ポリウレタンは、硬度を高くすると脆くなり、またビニル化合物からの重合体だけでは靱性と硬度を高めることはできるが、独立気泡を有する均質な研磨パッドを得ることが困難であった。ポリウレタンとビニル化合物から重合されている重合体が含有されていることにより、独立気泡を含み、靱性と硬度の高い研磨パッドとすることができた。
【００１７】
本発明におけるビニル化合物は特に限定されるものではないが、ポリウレタンへの含浸，重合が容易な点でビニル化合物が好ましい。具体的にはメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ｎ−ラウリルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシブチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジプロピル、マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジプロピル、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド、イソプロピルマレイミド、アクリロニトリル、アクリルアミド、塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらのモノマーは単独であっても２種以上を混合しても使用できる。
【００１８】
上述したビニル化合物の中で、メチルメタクリレート，エチルメタクリレート，ｎ−ブチルメタクリレート，イソブチルメタクリレートが、ポリウレタンへの独立気泡の形成が容易な点、モノマーの含浸性が良好な点、重合硬化が容易な点、重合硬化されたポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体を含有している発砲構造体の硬度が高く平坦化特性が良好な点で好ましい。
【００１９】
これらのビニル化合物の重合開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、イソプロピルパーオキシジカーボネート等のラジカル開始剤を使用することができる。また、酸化還元系の重合開始剤、例えばパーオキサイドとアミン類の組合せを使用することもできる。これらの重合開始剤は、単独のみならず、２種以上を混合しても使用できる。
【００２０】
ビニル化合物のポリウレタン中への含浸方法としては、モノマーが入った容器中にポリウレタンを浸漬し、含浸させる方法が挙げられる。なお、その際、含浸速度を速める目的で、加熱、加圧、減圧、攪拌、振盪、超音波振動等の処理を施すことも好ましい。
【００２１】
ビニル化合物のポリウレタン中への含浸量は、使用するモノマーおよびポリウレタンの種類や、製造される研磨パッドの特性により定められるべきものであり、一概にはいえないが、例えばビニル化合物を使用した場合においては、重合硬化した発砲構造体中のビニル化合物から得られる重合体とポリウレタンの含有比率が重量比で３０／７０〜９０／１０であることが好ましい。ビニル化合物から得られる重合体の含有比率が重量比で３０に満たない場合は、研磨パッドの硬度が低くなるため好ましくない。また、含有比率が９０を越える場合は、研磨層の有している弾力性が損なわれるため好ましくない。なお、重合硬化したポリウレタン中のビニル化合物から得られる重合体およびポリウレタンの含有率は熱分解ガスクロマトグラフィ／質量分析手法により測定することができる。本手法で使用できる装置としては、熱分解装置としてダブルショットパイロライザー"ＰＹ−２０１０Ｄ"（フロンティア・ラボ社製）を、ガスクロマトグラフ・質量分析装置として、"ＴＲＩＯ−１"（ＶＧ社製）を挙げることができる。
【００２２】
なお、製造される研磨パッドの特性改良を目的として、研磨剤、帯電防止剤、潤滑剤、安定剤、染料等の各種添加剤が添加されていても良い。
【００２３】
本発明の研磨層のマイクロゴムＡ硬度は、高分子計器（株）製マイクロゴム硬度計ＭＤ−１で評価した値をさす。マイクロゴムＡ硬度計ＭＤ−１は、従来の硬度計では測定が困難であった薄物・小物の硬さ測定を可能にするもので、スプリング式ゴム硬度計（デュロメータ）Ａ型の約１／５の縮小モデルとして、設計・製作されているため、スプリング式硬度計Ａ型の硬度と一致した測定値が得られる。通常の研磨パッドは、研磨層または硬質層の厚みが５ｍｍを切るので、スプリング式ゴム硬度計Ａ型では評価できないので、該マイクロゴムＭＤ−１で評価する。
【００２４】
本発明の研磨層は、マイクロゴムＡ硬度で８０度以上、好ましくは９０度以上が必要である。マイクロゴムＡ硬度が８０度を満たない場合は、半導体基板の局所的凹凸の平坦性が不良となるので好ましくない。
【００２５】
本発明の研磨層の密度は、ハーバード型ピクノメーター（ＪＩＳ  Ｒ−３５０３基準）を用い、水を媒体に測定した値である。
【００２６】
本発明の研磨層は、密度が０．３〜１．１の範囲にあることが好ましい。密度が０．３に満たない場合、局所的な平坦性が不良となり、グローバル段差が大きくなる。密度が１．１を越える場合は、スクラッチが発生しやすくなる。さらに好ましい密度は、０．６〜０．９、また、さらに好ましい密度は０．６５〜０．８５の範囲である。
【００２７】
本発明の研磨パッドの研磨層表面には、ハイドロプレーン現象を抑える為に、溝切り形状、ディンプル形状、スパイラル形状、同心円形状等、通常の研磨パッドがとり得る形状にして使用される。
【００２８】
本発明の研磨パッドは、研磨前または研磨中に研磨層表面をダイヤモンド砥粒を電着で取り付けたコンディショナーでドレッシングすることが通常をおこなわれる。ドレッシングの仕方として、研磨前におこなうバッチドレッシングと研磨と同時におこなうインサイチュウドレッシングのどちらでおこなうことも可能である。
【００２９】
本発明のクッション層は体積弾性率が４０ＭＰａ以上でかつ引っ張り弾性率が１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることが必要である。体積弾性率とは、あらかじめ体積を測定した被測定物に等方的な印加圧力を加えて、その体積変化を測定する。体積弾性率＝印加圧力／（体積変化／元の体積）という定義である。
【００３０】
本発明の体積弾性率の測定は、以下のとおり行った。内容積が約４０ｍＬのステンレス製の測定セルに、試料片と２３℃の水を入れ、これに図５のように容量０．５ｍＬの硼珪酸ガラス製メスピペット（最小目盛り０．００５ｍＬ）を装着した。別に、圧力容器としてポリ塩化ビニル樹脂製の管（内径９０ｍｍφ×２０００ｍｍ、肉厚５ｍｍ）を使用して、その中に上記試料片を入れた測定セルを入れ、圧力Ｐで窒素加圧し、体積変化Ｖ1を測定した。続いて、試料を測定セルに入れないで、表１に示した圧力Ｐで窒素加圧し、体積変化Ｖ0を測定した。圧力ＰをΔＶ／Ｖi＝（Ｖ1−Ｖ0）／Ｖiで除した値を該試料の体積弾性率として算出した。
【００３１】
本発明の体積弾性率は、２３℃においてサンプルに０．０４〜０．１４ＭＰａの圧力がかかった時の体積弾性率のことである。
【００３２】
本発明のクッション層の体積弾性率は４０ＭＰａ以上が好ましい。４０ＭＰａに満たない場合は、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。さらに好ましい体積弾性率の範囲は２００ＭＰａ以上である。
【００３３】
本発明の引張り弾性率は、ダンベル形状にして引っ張り応力を加え、引っ張り歪み（＝引っ張り長さ変化／元の長さ）が０．０１から０．０３までの範囲で引っ張り応力を測定し、引っ張り弾性率＝（（引っ張り歪みが０．０３時の引っ張り応力）−（引っ張り歪みが０．０１時の引っ張り応力））／０．０２で定義されるものである。測定装置として、オリエンテック社製テンシロン万能試験機ＲＴＭ−１００などが上げられる。測定条件としては、試験速度は５ｃｍ／分で試験片形状は幅５ｍｍで試料長５０ｍｍのダンベル形状である。
【００３４】
本発明のクッション層の引張り弾性率は、１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることが好ましい。引っ張り弾性率が１ＭＰａに満たない場合は、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。引っ張り弾性率が２０ＭＰａを越える場合も半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。さらに好ましい引っ張り弾性率の範囲は、１．２ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。
【００３５】
この様なクッション層としては、天然ゴム、ニトリルゴム、ネオプレンゴム、ポリブタジエンゴム、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの無発泡のエラストマを上げることができるが特にこれらに限定されるわけではない。クッション層の好ましい厚みは、０．１〜１００ｍｍの範囲である。０．１ｍｍに満たない場合は、半導体基板全面の平坦性の均一性（ユニフォーミティ）が損なわれるので好ましくない。１００ｍｍを越える場合は、局所平坦性が損なわれるので好ましくない。さらに好ましい厚みの範囲は、０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。さらに好ましい範囲は０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。
【００３６】
本発明のクッション層の開口部と同位置にあたる研磨層の裏面には、定盤裏面からの測定光が直接反射しないように、光散乱層か反射防止層を設けることが、良好な測定ができるので好ましい。光散乱層の形成方法としては、透光材裏面をサンドブラストや薬品によるエッチング等で粗面化する方法や粒径が１〜３０μｍ程度のシリカゾルを含んだ溶液をコーテイングして光散乱層を設ける方法などが挙げられる。反射防止層の形成方法としては、例えば、エラストマーより低屈折率の被膜を光学的膜厚が光波長の１／４ないしはその奇数倍になるように、ウェットコーティングあるいは真空蒸着のドライコーティング等で形成することによって極小の反射率すなわち極大の透過率を与える方法が挙げられる。ここで光学的膜厚とは、被膜の屈折率と該被膜の膜厚の積で与えられるものである。反射防止膜は、単層であっても多層であっても良く、エラストマーの屈折率と反射防止性と接着性を考慮して、最適な組み合わせが決定される。
【００３７】
本発明の研磨パッドは、該研磨層に開口部を設けずに研磨状態を確認することができるところに特徴を有する。
【００３８】
本発明の一部に形成された開口部を有する研磨パッドのクッション層の一例としては図１の様な構造がある。
【００３９】
本発明の研磨パッドは、図２に示すように研磨層とクッション層と、該クッション層の一部に研磨状態観察用開口部が形成されているものである。
【００４０】
かかる研磨パッドの開口部の形状は、だ円形、円形、長方形などが好ましいが、接着工程の簡便さの観点から円形がより好ましい。また、本発明の研磨パッドの開口部の大きさは、研磨中に研磨状態を光学的に測定できる程度の大きさ以上であればかまわない。
【００４１】
次に、本発明の研磨装置について説明する。
【００４２】
本発明の研磨装置は、上記述べたような研磨パッドと研磨パッドと被研磨材との間にスラリーを供給する手段、該研磨パッドと基板とを当接し相対移動させて研磨を行う手段および前記研磨パッドに設けられた透光材をとおして光学的に研磨状態を測定する手段を少なくとも具備するものである。研磨パッド以外の手段は従来公知の手段を組み合わせて構成することができる。係る装置を用い、研磨パッドと基板との間にスラリーを介在させた状態で、該研磨パッドと該基板との間に荷重を加え、かつ該基板と該研磨パッドとを相対移動させることにより被研磨材を研磨することができ、かつ該被研磨材に光を照射することにより被研磨材の研磨状態を光学的に求めることが可能である。
【００４３】
具体的には、例えば図３に示すような構成の装置が挙げられる。定盤１７にはホール１１が形成され、該研磨パッドのクッション層の開口部がホール１１の上に位置するように設置されている。定盤１７が回転している一部の間、研磨ヘッド１０に保持される被研磨材９から見えるように、このホール１１の位置が決められる。光源１３は、定盤１７の下にあって、ホール１１が被研磨材９に近接した時には、光源１３から発進した入射光１５が定盤１７のホール１１、研磨層１を通過してその上にある被研磨材９の表面に当たるような位置に固定される。被研磨材９の表面での反射光１６は、ビームスプリッター１２で光検出部１４に導かれ、光検出部１４で検出された光の強度の波形を分析する事によって、被研磨材表面の研磨状態を測定することができる。
【００４４】
本発明の研磨パッドを用いて、スラリーとしてシリカ系スラリー、酸化アルミニウム系スラリー、酸化セリウム系スラリー等を用いて半導体ウェハ上での絶縁膜の凹凸や金属配線の凹凸を局所的に平坦化することができたり、グローバル段差を小さくしたり、ディッシングを抑えたりできる。スラリーの具体例として、キャボット社製のＣＭＰ用ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰＥＲＥＳＥ  ＳＣ−１、ＣＭＰ用ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰＥＲＳＥ  ＳＣ−１１２、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ  ＡＭ１００、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ  ＡＭ１００Ｃ、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ  １２、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ  ２５、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ  Ｗ２０００、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ  Ｗ−Ａ４００等を挙げることができるが、これらに限られるわけではない。
【００４５】
本発明の研磨パッドの対象は、例えば半導体ウェハの上に形成された絶縁層または金属配線の表面であるが、絶縁層としては、金属配線の層間絶縁膜や金属配線の下層絶縁膜や素子分離に使用されるシャロートレンチアイソレーションを挙げることができ、金属配線としては、アルミ、タングステン、銅等であり、構造的にダマシン、デュアルダマシン、プラグなどがある。銅を金属配線とした場合には、窒化珪素等のバリアメタルも研磨対象となる。絶縁膜は、現在酸化シリコンが主流であるが、遅延時間の問題で低誘電率絶縁膜が用いられる様になる。本発明の研磨パッドでは、スクラッチがはいりにくい状態で研磨しながら研磨状態を良好に測定することが可能である。半導体ウェハ以外に磁気ヘッド、ハードディスク、サファイヤ等の研磨に用いることもできる。
【００４６】
本発明の研磨パッドは、ガラス、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等に
平坦面を形成するのに好適に使用される。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例によって、さらに本発明の詳細を説明する。しかし、本実施例により本発明が限定して解釈される訳ではない。なお、測定は以下のとおりに行った。
【００４８】
マイクロゴムＡ硬度：
高分子計器（株）製のマイクロゴム硬度計"ＭＤ−１"で測定する。マイクロゴム硬度計"ＭＤ−１"の構成は下記のとおりである。
１．１センサ部
（１）荷重方式：片持ばり形板バネ
（２）ばね荷重：０ポイント／２．２４ｇｆ。１００ポイント／３３．８５ｇｆ
（３）ばね荷重誤差：±０．３２ｇｆ
（４）押針寸法：直径：０．１６ｍｍ円柱形。  高さ０．５ｍｍ
（５）変位検出方式：歪ゲージ式
（６）加圧脚寸法：外径４ｍｍ  内径１．５ｍｍ
１．２センサ駆動部
（１）駆動方式：ステッピングモータによる上下駆動。エアダンパによる降下速度制御
（２）上下動ストローク：１２ｍｍ
（３）降下速度：１０〜３０ｍｍ／ｓｅｃ
（４）高さ調整範囲：０〜６７ｍｍ（試料テーブルとセンサ加圧面の距離）
１．３試料台
（１）試料台寸法：直径  ８０ｍｍ
（２）微動機構：ＸＹテーブルおよびマイクロメータヘッドによる微動。ストローク：Ｘ軸、Ｙ軸とも１５ｍｍ
（３）レベル調整器：レベル調整用本体脚および丸型水準器。
【００４９】
気泡径測定：
日立製作所（株）製ＳＥＭ２４００走査型電子顕微鏡を使用し、倍率２００倍で観察した写真を画像解析装置で解析することにより、写真中に存在するすべての気泡径を計測し、その平均値を平均気泡径とした。
【００５０】
透過率の測定：
日立製作所（株）製Ｕ−３４１０分光硬度計を使用し、５００〜８５０ｎｍの波長の光に対するサンプルの透過率（％）を測定した。
【００５１】
得られた値からランベルト・ベール式ｔ1＝ｔ(-1/L)を用いて１ｍｍ厚さ当たりの値を算出した。ここで、ｔ1は１ｍｍ厚さ当たりの透過率、ｔはサンプルの透過率、Ｌはサンプルの厚み（ｍｍ）である。
【００５２】
体積弾性率の測定：
内容積が約４０ｍＬのステンレス製の測定セルに、ＮＢＲゴムシート２７ｇ（比重１．２９、初期体積２１ｍｌ）と２３℃の水を入れ、これに図５のように容量０．５ｍＬの硼珪酸ガラス製メスピペット（最小目盛り０．００５ｍＬ）を装着した。別に、圧力容器としてポリ塩化ビニル樹脂製の管（内径９０ｍｍφ×２０００ｍｍ、肉厚５ｍｍ）を使用して、その中に上記試料片を入れた測定セルを入れ、表１に示した圧力Ｐで窒素加圧し、体積変化Ｖ1を測定した。続いて、試料を測定セルに入れないで、表１に示した圧力Ｐで窒素加圧し、水のみの体積変化Ｖ0を測定した。圧力ＰをΔＶ／Ｖi＝（Ｖ1−Ｖ0）／Ｖiで除した値を該試料の体積弾性率として算出した。
【００５３】
実施例１
ポリプロピレングリコール３０重量部とジフェニルメタンジイソシアネート４０重量部と水０．５重量部とトリエチルアミン０．３重量部とシリコーン整泡剤１．７重量部とオクチル酸スズ０．０９重量部をＲＩＭ成型機で混合して、金型に吐出して加圧成型を行い、厚み２．３ｍｍの独立気泡の発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度：３７，密度：０．７４ｇ／ｃｍ3 、独立気泡の平均気泡径：３７μｍ）を作製した。
【００５４】
該発泡ポリウレタンシートを、アゾビスイソブチロニトリル０．１重量部を添加したメチルメタクリレートに６０分間浸漬した。次に該発泡ポリウレタンシートを、ポリビニルアルコール"ＣＰ"（重合度：約５００、ナカライテスク（株）製）１５重量部、エチルアルコール（試薬特級、片山化学（株）製）３５重量部、水５０重量部からなる溶液中に浸漬後乾燥することにより、該発泡ポリウレタンシート表層をポリビニルアルコールで被覆した。
【００５５】
次に該発泡ポリウレタンシートを、塩化ビニル製ガスケットを介して２枚のガラス板間に挟み込んで、６５℃で６時間、１２０℃で３時間加熱することにより重合硬化させた。ガラス板間から離型し水洗した後、５０℃で真空乾燥を行った。このようにして得られた硬質発泡シートを厚み１．２５ｍｍにスライス加工することにより研磨層を作製した。
【００５６】
研磨層中のメチルメタクリレート含有率は６６重量％であった。また研磨層のマイクロゴムＡ硬度は９８度、密度は０．８１ｇ／ｃｍ3 、独立気泡の平均気泡径は５０μｍであった。
【００５７】
該研磨層を直径５０８ｍｍの円に切り取り、その表面に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施した。
【００５８】
次に厚さ１ｍｍのＮＢＲゴムシート（引っ張り弾性率は１．３ＭＰａ、体積弾性率は表１に記載）と両面接着テープを積層させ、打ち抜きにより図１のような開口部を有するクッション層を作成した。
【００５９】
最後にクッション層と研磨層を接着し二層の研磨パッドとした。
【００６０】
作成した研磨パッドを図３のように終点検知機能の付いた研磨機（アプライドマテリアルズ製”ＭＩＲＲＡ”）に取り付け、スラリー（キャボット社製、Ｗ２０００）を用いてタングステンのパターン付きの８インチウェハの研磨を行ったところ終点検知が可能であった。
【００６１】
研磨したウエハについてトップコン社製ゴミ検査装置商品名“ＷＭ−３”で０．５μｍ以上のスクラッチを測定したところ、スクラッチ数は４と良好であった。
【００６２】
研磨層の透過率を測定・計算したところ図４のように約３９％であった。
【００６３】
さらに引き続き９時間研磨を行ったが、終点検知が可能であった。
【００６４】
研磨パッドを定盤から剥がしたところ、スラリーの漏れもなかった。
【００６５】
実施例２
ポリプロピレングリコール３０重量部とジフェニルメタンジイソシアネート４０重量部と水０．５重量部とトリエチルアミン０．３重量部とシリコン整泡剤１．７重量部とオクチル酸スズ０．０９重量部をＲＩＭ成形機で混合して、金型に吐出して加圧成型をおこない厚み２．２ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝２５度、密度：０．４７ｇ／ｃｍ3 、独立気泡平均径：７２μｍ）を作製した。
【００６６】
該発泡ポリウレタンシートをアゾビスイソブチルニトリル０．１重量部を添加したメチルメタアクリレートに１０分間浸漬した。メチルメタアクリレートが膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込んで６５℃で６時間加熱後、１００℃で３時間加熱した。加熱後ガラス板から取り外して、５０℃で真空乾燥を行った。
【００６７】
得られた硬質発泡シートを両面研削して厚みが１．２５ｍｍの研磨層を作製した。研磨層のポリメチルメタアクリレート含有率は６５重量％であった。また、研磨層のマイクロゴムＡ硬度は８７度、密度は０．５０ｇ／ｃｍ3 、独立気泡平均径は１０９μｍであった。
【００６８】
以降の加工は実施例１と同様に行い、研磨パッドを作製した。
【００６９】
作成した研磨パッドを図３のように終点検知機能の付いた研磨機（アプライドマテリアルズ製”ＭＩＲＲＡ”）に取り付け、スラリー（キャボット社製、Ｗ２０００）を用いてタングステンのパターン付きの８インチウェハの研磨を行ったところ終点検知が可能であった。
【００７０】
研磨層の透過率を測定・計算したところ約４５％であった。
【００７１】
実施例３
ポリプロピレングリコール３０重量部とジフェニルメタンジイソシアネート４０重量部と水０．５重量部とトリエチルアミン０．３重量部とシリコン整泡剤１．７重量部とオクチル酸スズ０．０９重量部をＲＩＭ成形機で混合して、金型に吐出して加圧成型をおこない厚み２．２ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝３７度、密度：０．７０ｇ／ｃｍ3 、独立気泡平均径：３７μｍ）を作製した。
【００７２】
該発泡ポリウレタンシートをアゾビスイソブチルニトリル０．１重量部を添加したメチルメタアクリレートに２８分間浸漬した。メチルメタアクリレートが膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込んで６５℃で６時間加熱後、１００℃で３時間加熱した。加熱後ガラス板から取り外して、５０℃で真空乾燥を行った。
【００７３】
得られた硬質発泡シートを両面研削して厚みが１．２５ｍｍの研磨層を作製した。研磨層の中のポリメチルメタアクリレート含有率は６３重量％であった。また、研磨層のマイクロゴムＡ硬度は９４度、密度は０．７６ｇ／ｃｍ3 、独立気泡平均径は４５μｍであった。
【００７４】
以降の加工は実施例１と同様に行い、研磨パッドを作製した。
【００７５】
作成した研磨パッドを図３のように終点検知機能の付いた研磨機（アプライドマテリアルズ製”ＭＩＲＲＡ”）に取り付け、スラリー（キャボット社製、Ｗ２０００）を用いてタングステンのパターン付きの８インチウェハの研磨を行ったところ終点検知が可能であった。
【００７６】
研磨層の透過率を測定・計算したところ約４２％であった。
【００７７】
実施例４
ポリプロピレングリコール３０重量部とジフェニルメタンジイソシアネート４０重量部と水０．８重量部とトリエチルアミン０．３重量部とシリコン整泡剤１．７重量部とオクチル酸スズ０．０９重量部をＲＩＭ成形機で混合して、金型に吐出して加圧成型をおこない厚み２．２ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝３９度、密度：０．７２ｇ／ｃｍ3 、独立気泡平均径：３７μｍ）を作製した。
【００７８】
該発泡ポリウレタンシートをアゾビスイソブチルニトリル０．１重量部を添加したメチルメタアクリレートに２８分間浸漬した。メチルメタアクリレートが膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込んで６５℃で２４時間加熱し、その後１００℃で３時間加熱した。加熱後ガラス板から取り外して、５０℃で真空乾燥を行った。
【００７９】
得られた硬質発泡シートを両面研削して厚みが１．２ｍｍの研磨層を作製した。研磨層の中のポリメチルメタアクリレート含有率は６０重量％であった。また、研磨層のマイクロゴムＡ硬度は９３度、密度は０．７５ｇ／ｃｍ3 、独立気泡平均径は：４４μｍであった。
【００８０】
以降の加工は実施例１と同様に行い、研磨パッドを作製した。
【００８１】
作成した研磨パッドを図３のように終点検知機能の付いた研磨機（アプライドマテリアルズ製”ＭＩＲＲＡ”）に取り付け、スラリー（キャボット社製、Ｗ２０００）を用いてタングステンのパターン付きの８インチウェハの研磨を行ったところ終点検知が可能であった。
【００８２】
研磨層の透過率を測定・計算したところ約４２％であった。
【００８３】
実施例５
ポリプロピレングリコール３０重量部とジフェニルメタンジイソシアネート４０重量部と水０．５重量部とトリエチルアミン０．３重量部とシリコン整泡剤１．７重量部とオクチル酸スズ０．０９重量部をＲＩＭ成形機で混合して、金型に吐出して加圧成型をおこない厚み２．２ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝２５度、密度：０．６０ｇ／ｃｍ3 、独立気泡平均径：５４μｍ）を作製した。
【００８４】
該発泡ポリウレタンシートをアゾビスイソブチルニトリル０．１重量部を添加したメチルメタアクリレートに７分間浸漬した。メチルメタアクリレートが膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込んで６５℃で２４時間加熱し、その後１００℃で３時間加熱した。加熱後ガラス板から取り外して、５０℃で真
空乾燥を行った。
【００８５】
得られた硬質発泡シートを両面研削して厚みが１．２５ｍｍの研磨層を作製した。得られた研磨層の中のポリメチルメタアクリレート含有率は５７重量％であった。また、研磨層のマイクロゴムＡ硬度は９１度、密度：０．６９ｇ／ｃｍ3 、独立気泡平均径は６５μｍであった。
【００８６】
以降の加工は実施例１と同様に行い、研磨パッドを作製した。
【００８７】
作成した研磨パッドを図３のように終点検知機能の付いた研磨機（アプライドマテリアルズ製”ＭＩＲＲＡ”）に取り付け、スラリー（キャボット社製、Ｗ２０００）を用いてタングステンのパターン付きの８インチウェハの研磨を行ったところ終点検知が可能であった。
【００８８】
研磨層の透過率を測定・計算したところ約３９％であった。
【００８９】
実施例６
ポリプロピレングリコール３０重量部とジフェニルメタンジイソシアネート４０重量部と水０．５重量部とトリエチルアミン０．３重量部とシリコン整泡剤１．７重量部とオクチル酸スズ０．０９重量部をＲＩＭ成形機で混合して、金型に吐出して加圧成型をおこない厚み２．２ｍｍの発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度＝３０度、密度：０．５３ｇ／ｃｍ3 、独立気泡平均径：５７μｍ）を作製した。
【００９０】
該発泡ポリウレタンシートをアゾビスイソブチルニトリル０．１重量部を添加したメチルメタアクリレートに６分間浸漬した。メチルメタアクリレートが膨潤した発泡ポリウレタンシートをガラス板に挟み込んで６５℃で２４時間加熱し、その後１００℃で３時間加熱した。加熱後ガラス板から取り外して、５０℃で真空乾燥を行った。
【００９１】
得られた硬質発泡シートを両面研削して厚みが１．２ｍｍの研磨層を作製した。得られた研磨層の中のポリメチルメタアクリレート含有率は５５重量％であった。また研磨層のマイクロゴムＡ硬度は８３度、密度は０．５９ｇ／ｃｍ3 、独立気泡平均径は７９μｍであった。
【００９２】
以降の加工は実施例１と同様に行い、研磨パッドを作製した。
【００９３】
作成した研磨パッドを図３のように終点検知機能の付いた研磨機（アプライドマテリアルズ製”ＭＩＲＲＡ”）に取り付け、スラリー（キャボット社製、Ｗ２０００）を用いてタングステンのパターン付きの８インチウェハの研磨を行ったところ終点検知が可能であった。
【００９４】
研磨層の透過率を測定・計算したところ約３６％であった。
【００９５】
比較例１
実施例１の研磨層の代わりに市販のマイクロバルーン含有発泡ポリウレタンであるＩＣ−１０００（ロデール社製）（密度：０．８２ｇ／ｃｍ3 、平均気泡径：２３μｍ）を用いた以外は実施例１と同様に行った。得られたパッドで研磨を行ったが、終点検知はできなかった。
【００９６】
研磨層の透過率を測定・計算したところ図４のとおり最大で２３％であった。
【００９７】
ＩＲ（ＮＩＣＯＬＥＴ社製、ＡＶＡＴＡＲ  ３６０ＦＴ−ＩＲ）にてＩＣ−１０００を分析したところ、ポリウレタン以外にマイクロバルーンを形成するポリ塩化ビニリデンが含まれていることがわかった。
【００９８】
比較例２
実施例１の研磨層の代わりに市販のマイクロバルーン含有発泡ポリウレタンであるＩＣ−１０００（ロデール社製）に、５７ｍｍ×１９ｍｍの開口部を打ち抜き研磨層とした。
【００９９】
５０ｍｍ×１３ｍｍの打ち抜き開口部を設けた"Ｓｕｂａ４００"をクッション層として、該研磨層と開口部の中心が重なるように接着シートを用いて貼り合わせした。
【０１００】
液状で反応性イソシアネート基を含有するポリエーテル系ウレタンポリマーのユニローヤルアジプレン（Ｒ）Ｌ−３２５を３００ｇと、架橋剤として４，４’−メチレン−ビス２−クロロアニリン７６ｇを混合して、厚み１．２５ｍｍの型に注型し、１７時間乾燥機で熱処理して樹脂硬化させて、硬質ポリウレタンの中実な板を作成した。打ち抜きにより５７ｍｍ×１９ｍｍの窓部材を作製し、研磨パッドの開口部に接着シートにより固定し窓部材付き研磨パッドを作製した。
【０１０１】
作成した研磨パッドで研磨を行ったところ、終点検知が可能であった。
【０１０２】
研磨したウエハについてトップコン社製ゴミ検査装置商品名“ＷＭ−３”で０．５μｍ以上のスクラッチを測定したところ、スクラッチ数は５６であった。
【０１０３】
さらに引き続き９時間研磨を行ったところ、窓部材の研磨面側の中央部がへこみ、スラリーが介在し終点検知ができなくなった。
【０１０４】
研磨パッドを定盤から剥がしたところ、クッション層の開口部付近にスラリーが漏れていた。
【０１０５】
【表１】
2006015421.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】この図は、本発明の開口部を有するクッション層の一例を示す平面図である。
【図２】この図は、本発明の開口部を有する研磨パッドの断面構造の一例を示すものである。
【図３】この図は、本発明の研磨装置の一例を用いて、研磨状態を光学的に測定する原理を説明する概略図である。
【図４】この図は、本発明の実施例１と比較例１の波長に対する透過率のグラフである。
【図５】この図は、本発明で用いられる体積変化検出部を備えた測定セルを例示する概略側面図である。
【図６】この図は、本発明の体積弾性率の測定装置を例示説明するための概略側面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１    研磨層
４    接着層
５    クッション層
７    開口部
８    接着層
９    被研磨材
１０  研磨ヘッド
１１  開口部（ホール）
１２  ビームスプリッター
１３  光源
１４  光検出部
１５  入射光
１６  反射光
１７  定盤
２１  測定セル
２２  メスピペット
２３  容器
２４  ゴム栓
２５  試料室
２６  蓋
２７  蓋
２８  勘合部
２９  勘合部
３０  圧力容器
３１  圧力計
３２  加圧バルブ
３３  放圧バルブ
【図１】
2006015421.tif 000004
【図２】
2006015421.tif 000005
【図３】
2006015421.tif 000006
【図４】
2006015421.tif 000007
【図５】
2006015421.tif 000008
【図６】
2006015421.tif 000009