(57)【要約】 【課題】  加工終点の検出精度の高い研磨パッドを提供することを目的とする。【解決手段】  被研磨物を研磨する研磨層２と、研磨層２を支持する下地層３とを有する研磨パッドである。研磨層２には、厚み方向に光を透過させる第１窓部材４が形成されており、下地層３には、第１窓部材４に対応する位置に、厚み方向に光を透過させる第２窓部材５が形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物を研磨する研磨層と、前記研磨層を支持する下地層とを有し、
前記研磨層には、厚み方向に光を透過させる第１窓部材が形成されており、
前記下地層には、前記第１窓部材に対応する位置に、厚み方向に光を透過させる第２窓部材が形成されていることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
変形量が、前記第１窓部材が形成されている窓領域と、前記窓領域以外のパッド領域とで均一となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記第２窓部材は、複数の透明部材を含むことを特徴とする請求項１または２記載の研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子などの製造工程において、化学的機械的研磨（Chemical
Mechanical Planarization；ＣＭＰ）により、シリコンウエハなどの被研磨物の平坦化処理に用いる研磨パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造の分野では、半導体素子の微細化および多層化による高集積化に伴い、半導体層、金属層の平坦化技術が重要な要素技術となっている。ウエハに集積回路を形成する際、電極配線などによる凹凸を平坦化せずに層を重ねると、段差が大きくなり、平坦性が極端に悪くなる。また段差が大きくなった場合、フォトリソグラフィにおいて凹部と凸部の両方に焦点を合わせることが困難になり微細化を実現することができなくなる。したがって、積層中の然るべき段階でウエハ表面の凹凸を除去するための平坦化処理を行う必要がある。平坦化処理には、エッチングにより凹凸部を除去するエッチバック法、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などにより平坦な膜を形成する成膜法、熱処理によって平坦化する流動化法、選択ＣＶＤなどにより凹部の埋め込みを行う選択成長法などがある。
【０００３】
以上の方法は、絶縁膜、金属膜など膜の種類によって適否があること、また平坦化できる領域がきわめて狭いという問題がある。このような問題を克服することができる平坦化処理技術としてＣＭＰによる平坦化がある。
【０００４】
ＣＭＰによる平坦化処理では、微細なシリカ粒子（砥粒）を懸濁した研磨用組成物を研磨パッド表面に供給しながら、圧接した研磨パッドと、被研磨物であるシリコンウエハとを相対移動させて表面を研磨することにより、広範囲にわたるウエハ表面を高精度に平坦化することができる。
【０００５】
ＣＭＰ処理工程では、適切な研磨処理を行うために、テストウエハを定期的に処理し、その処理結果を確認した後、製品用ウエハの処理を行っていたが、テストウエハを使用するためにコストと処理時間が必要になるという問題がある。したがって、この問題を解決するために、被研磨層の膜厚などから研磨進行度をリアルタイムで計測し、この結果をフィードバックすることで加工終了時間を決定する方法が主に採用されている。これにより加工終点の検出精度を高め、効率的に研磨を行っている。
【０００６】
終点の検出方法としては、トルク計測方法、光学的測定方法、静電容量計測方法、振動解析方法、温度計測方法、差動トランス方法、超音波厚み計測方法、電気抵抗計測方法、スラリ分析方法などが実用されている。
【０００７】
これらの方法のうち、光学的測定方法は、被研磨層の膜厚を分光反射率測定により研磨処理中に直接的に計測する方法である。たとえば、研磨処理中のウエハに対してレーザ光を照射し、その反射率によって膜厚を計測している。
【０００８】
この測定方法では、研磨処理中にウエハに対してレーザ光の照射および反射光の受光を行うために、測定装置からウエハに到るレーザ光の光路を研磨パッド内に確保する必要がある。たとえば、研磨パッドの一部に貫通孔を設け、貫通孔に透光性を有する窓部材を設ける構成が用いられている。
【０００９】
また、研磨パッドとしては、ウエハの平坦性を向上させるため、ウエハを研磨する研磨層を、硬さ、圧縮性などの材質および構造が研磨層とは異なる下地層に積層させた多層パッドが用いられることがある。このような多層パッドの場合、窓部材の下に空洞を設けることによって、厚み方向に光が透過できるようにしている（特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−６６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１記載の研磨パッドでは、窓部材の下が空洞になっているので、窓部材がひずみやすく、被処理物と接触する側の表面に凹凸のある窓部材になってしまう。窓部材の表面に凹凸があると、被研磨物を研磨する際、凹部にスラリが溜まったり、その溜まったスラリによって、凹部が変色したりして、研磨加工の終点検出する際、検出エラーが発生してしまう。
【００１２】
また、このような研磨パッドは、窓部材の材質および特性が研磨パッドの他の部分と異なるために種々の問題が発生している。たとえば、窓部材が、他の部分より柔らかい場合、窓部材が、他の部分より磨耗されやすいので、研磨回数が増加すると、窓部材が陥没し、そこにスラリおよび研磨屑が滞留してスクラッチが発生してしまう。また、窓部材が、他の部分より硬い場合、研磨回数が増加すると、磨耗されにくい窓部材が他の部分から突出することとなり、スクラッチが発生したり、段差にウエハが引っ掛かって脱落してしまう。さらに、このような場合、窓部材が均一に磨耗されにくく、窓部の表面の凹凸が残ったままとなってしまうので、加工終点の検出不良は解消されない。
本発明の目的は、加工終点の検出精度の高い研磨パッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、被研磨物を研磨する研磨層と、前記研磨層を支持する下地層とを有し、
前記研磨層には、厚み方向に光を透過させる第１窓部材が形成されており、
前記下地層には、前記第１窓部材に対応する位置に、厚み方向に光を透過させる第２窓部材が形成されていることを特徴とする研磨パッドである。
【００１４】
また本発明は、変形量が、前記第１窓部材が形成されている窓領域と、前記窓領域以外のパッド領域とで均一となるように構成されていることを特徴とする。
また本発明は、前記第２窓部材は、複数の透明部材を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被研磨物を研磨する研磨層と、その研磨層を支持する下地層とを有する研磨パッドである。研磨層には、厚み方向に光を透過させる第１窓部材が形成されており、下地層には、第１窓部材に対応する位置に、厚み方向に光を透過させる第２窓部材が形成されている。
【００１６】
ここで、第１窓部材および第２窓部材は、研磨加工の終点検出用に設けられたもので、レーザ光の光路となる。第１窓部材に対応する位置に第２窓部材を設けることで、第１窓部材がひずみにくくなり、第１窓部材の被研磨物側の表面に凹凸ができないので、第１窓部材の表面にスラリが溜まることがなくなり、スラリによる第１窓部材の変色もなくなる。したがって、検出エラーを発生させることなく、研磨加工の終点を検出することができる。
【００１７】
また本発明によれば、変形量が、前記第１窓部材が形成されている窓領域と、前記窓領域以外のパッド領域とで均一となるように構成されているので、第１窓部材と研磨層の他の部分とのすべてが均一に磨耗され、第１窓部材の表面に凹凸があっても、研磨パッドの使用によって、その凹凸がなくなる。したがって、検出エラーを発生させることなく、研磨加工の終点を検出することができる。
【００１８】
また本発明によれば、第２窓部材は、複数の透明部材を含んでいてもよい。そうすることによって、窓領域とパッド領域との変形量を容易に均一にすることができ、第１窓部材がよりひずまないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態である研磨パッド１の断面図である。研磨パッド１は、ＣＭＰ装置で使用され、回転する定盤上に載置される。研磨時には、ＣＭＰ装置のキャリア部に保持されたシリコンウエハなどの被研磨物と圧接され、研磨パッド１およびシリコンウエハの相対移動によって、シリコンウエハ表面を研磨する。
【００２０】
研磨パッド１は、図１に示すように、被研磨物であるシリコンウエハと接触して研磨を行う研磨層２と、研磨層２をＣＭＰ装置の定盤に固定させる下地層３とを含んで構成される。研磨層２には、加工終点検出のために、シリコンウエハと接触する領域に、厚み方向に光を透過させる第１窓部材４が設けられる。また、下地層３には、第１窓部材４に対応する位置に、厚み方向に光を透過させる第２窓部材５が設けられる。第１窓部材４に対応する位置とは、たとえば、図１に示すように、第１窓部材４の下地層３側の表面に接する位置であり、第１窓部材４および第２窓部材５は、研磨加工の終点を検出するためのレーザ光の光路となる。研磨加工の終点を検出するためのレーザ光は、波長が１５０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下のレーザ光を用いる。
【００２１】
図１に示すように、第１窓部材４に対応する位置に第２窓部材５を設けることで、第１窓部材４が第２窓部材５によって下から支持されるので、第１窓部材４がひずみにくくなり、第１窓部材４の被研磨物側の表面に凹凸ができない。したがって、研磨パッド１を用いてシリコンウエハを研磨する際、スラリが第１窓部材４に溜まることがないし、スラリによって、研磨層２が変色することがない。したがって、検出エラーを発生させることなく、研磨加工の終点を検出することができる。
【００２２】
次に、研磨パッド１を作製する方法について説明する。
第１窓部材４を形成する樹脂を金型のなかに配置し、研磨層２を形成する樹脂を硬化剤などの添加物とともに金型に注入し、所定の温度により硬化させて成型体を得た後、その成型体をスライスすることによって、第１窓部材４が設けられた研磨層２が得られる。そして、第１窓部材４に対応する位置に開口部が形成されている下地層３に、得られた研磨層２を積層する。さらに、その開口部を埋めるように、第２窓部材５を貼り付けることによって、研磨パッド１が得られる。
【００２３】
また、研磨パッド１は、上記の作製方法以外であってもよく、たとえば、以下のような方法で作製する。
【００２４】
研磨層２を形成する樹脂を硬化剤などの添加物とともに金型に注入し、所定の温度により硬化させて成型体を得た後、その成型体をスライスすることによって、研磨層２が得られる。その後、研磨層２に、開口部を形成し、第１窓部材４に対応する位置に開口部が形成されている下地層３に、得られた研磨層２を積層する。さらに、研磨層２に形成されている開口部を埋めるように、第１窓部材４を貼り付け、下地層３の開口部を埋めるように、第２窓部材５を貼り付けることによって、研磨パッド１が得られる。
【００２５】
研磨層２は、研磨パッドの研磨層として用いることができるものであれば、いずれも使用することができる。たとえば、研磨層２は、発泡構造の研磨層であっても、無発泡構造の研磨層であっても使用することができ、一層の研磨層であっても、二層以上である複数層の研磨層であっても使用することができる。発泡構造の研磨層としては、独立発泡体および連続発泡体などが挙げられる。独立発泡体は、たとえば、微小中空体などの添加剤や空気などの気体を混入することにより得られる発泡体である。連続発泡体は、たとえば、添加剤および発泡剤などによって樹脂を発泡硬化させたものや、不織布などを基材としてその繊維交絡中に樹脂が含浸されたものである。無発泡構造の研磨層は、たとえば、樹脂に微細中空糸を含有させたものなどが挙げられる。研磨層に用いられる樹脂は、特に制限されず、研磨層としての所望の性状が得られるものであれば、いずれも使用することができる。たとえば、ポリウレタンおよびポリエステルなどが挙げられるが、これらに制限されない。
【００２６】
また、研磨層２には、シリコンウエハに接触する面に溝を形成していてもよい。そうすることによって、研磨層にスラリを保持しやすくなる。溝の形状は、特に制限がなく、同心円状、格子状、放射線状、螺旋状などのいずれの形状であってもよい。また、溝の断面形状も、特に制限がなく、円弧形状、逆三角形状などのいずれの形状であってもよい。
【００２７】
下地層３は、研磨層２を定盤に固定させることができればいずれの材料であってもよい。たとえば、粘着テープ、フォームテープ、不織布およびその他弾性体などが挙げられる。不織布としては、たとえば、ナイロン、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレンなどの不織布が挙げられる。
【００２８】
第１窓部材４は、研磨加工の終点を検出するためのレーザ光が透過することができる透明樹脂などが用いられる。透明樹脂としては、公知の樹脂を用いることができるが、たとえば、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルサルホン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂が挙げられる。
【００２９】
第１窓部材４の研磨面方向の断面形状は、曲線部分を含む閉曲線、たとえば、楕円形状であることが好ましい。また、断面形状が楕円形状の場合、長手方向が研磨パッド１の半径方向と垂直となるように、第１窓部材４を形成することが好ましい。そうすることによって、シリコンウエハが第１窓部材４に引っ掛かることによるスクラッチの発生およびシリコンウエハの脱落などの研磨特性の劣化を防ぐことができる。
【００３０】
第２窓部材５は、波長が１５０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下の研磨加工の終点を検出するためのレーザ光が透過できる材料であれば、どのような材料であっても用いることができる。たとえば、第１窓部材４と同様の樹脂を用いることができ、他にも、シリコーンシート、シリコーンゴム、シリコーンオイルを封入したシリコーンバッグ、空気など透明な気体を封入したエアバッグなどを用いることができる。また、第２窓部材５は、第１窓部材４が形成されている窓領域と、窓領域以外のパッド領域とで、変形量が均一となるように選択することが好ましい。たとえば、第１窓部材４が研磨層２より圧縮率が高い材料を用いている場合、第２窓部材５は、下地層３より圧縮率が低い材料を用いる。また、第１窓部材４が研磨層２より圧縮率が低い材料を用いている場合、第２窓部材５は、下地層３より圧縮率が高い材料を用いる。そうすることによって、窓領域とパッド領域とで変形量が均一になるので、研磨層２と第１窓部材４とのすべてが均一に磨耗される。また、第１窓部材４があっても、研磨レートや平坦性などの研磨特性を劣化させることがない。さらに、研磨層が磨耗されて、第１窓部材の表面に凹凸を発生させることがなく、第１窓部材の表面に凹凸があっても、研磨パッドの使用によって、その凹凸がなくなる。したがって、研磨レートや平坦性などの研磨特性を劣化させることなく、研磨加工の終点を精度よく検出することができる。圧縮率とは、研磨パッドに所定の荷重を加えたときの研磨パッドの元の厚さと加重時の厚さとの差の、元の厚さに対する百分率である。また、変形量とは、研磨パッドに所定の荷重を加えたときの研磨パッドの元の厚さと加重時の厚さとの差であり、後述の算出方法によって算出される値である。
【００３１】
また、第２窓部材５のサイズは、第１窓部材４のサイズより若干小さいほうが好ましい。そうすることによって、研磨層２の開口部に第１窓部材４を貼り付けて研磨パッド１を作製する場合、第１窓部材４が第２窓部材５に貼り付けられるだけでなく、下地層３にも貼り付けられるので、第１窓部材４が研磨パッド１からはがれにくくなる。
【００３２】
図２は、第２の実施形態である研磨パッド１１の断面図である。研磨パッド１１は、図２に示すように、研磨層１２と下地層１３とを含んで構成される。研磨層１２には、第１窓部材１４が設けられ、下地層１３には、第１窓部材１４に対応する位置に、厚み方向に光を透過させる第２窓部材１５が設けられる。
【００３３】
第２窓部材１５は、複数の透明部材からなる。図２に示すように、たとえば、アクリル樹脂などの圧縮率の低い材料からなるシート１５ｂを、シリコーン樹脂などの圧縮率の高い材料からなるシート１５ａで挟み込むように積層してもよい。
【００３４】
第１窓部材１４が形成されている窓領域と、窓領域以外のパッド領域とで、変形量が均一となるように調整する方法としては、第１窓部材１４の材料を変更する方法と、第２窓部材１５の材料を変更する方法と、第１窓部材１４および第２窓部材１５の材料を変更する方法がある。
【００３５】
被研磨物と直接接触する第１窓部材１４の材料の変更は、研磨特性に対する影響が大きいので、第１窓部材１４の材料をあまり変更できない。したがって、第１窓部材１４を変更する方法および第１窓部材１４および第２窓部材１５の材料を変更する方法では、変形量が均一となるように調整することが困難であるので、第２窓部材１５の材料を変更する方法が好ましい。
【００３６】
第２窓部材１５の材料のみを変更するだけでは、変形量を均一にすることができない場合がある。このような場合、第２窓部材５を複数の透明部材で形成することによって、変形量が均一となるように調整する。たとえば、第２窓部材１５を図２に示すような構成に変更することによって、研磨特性を悪化させずに、窓領域とパッド領域とで変形量が均一となるように容易に調整することができる。
【００３７】
さらに、第１窓部材１４と直接接触する第２窓部材１５が、圧縮率の低い材料からなる部材１５ａであるので、互いに傷つけあうことによる透明性の低下がなくなる。
【００３８】
上記では、第１窓部材と第２窓部材とが接している研磨パッドについて説明したが、研磨パッドの構成は、この構成に限らず、第１窓部材と第２窓部材との間に空間があり、研磨時には、第１窓部材と第２窓部材とが接している研磨パッドであってもよい。
以下に、本発明の第１の実施形態である研磨パッド１についての実施例を示す。
【実施例】
【００３９】
（実施例）
図１に示す構造を有する研磨パッド１の材料として、以下のものを使用する。
研磨層２：ニッタ・ハース社製、ＩＣ１０００、厚み１．２７ｍｍ
下地層３：ポリウレタンフォーム、厚み１．２７ｍｍ
第１窓部材４：透明ポリウレタン、厚み１．２７ｍｍ
第２窓部材５：シリコーンゴムシートＭＱ（ＡＳＴＭ  Ｄ１４１８準拠）、厚み１．２７ｍｍ
【００４０】
（比較例）
第２窓部材５を用いず、第１窓部材４の下に空洞があること以外、実施例１と同様である。
【００４１】
実施例および比較例について、次のようにして変形量を算出し、さらに検出精度評価を行った。算出した変化量および検出精度評価の評価結果を表１に示す。表中の記号について、○は、検出精度が良く、実用性が高いことを示し、×は、検出エラーが発生することがあり、実用性が低いことを示している。
【００４２】
（変形量）
研磨パッドの変形量は、ＪＩＳ  Ｌ１０９６に準拠した方法により、研磨パッドの厚みを測定し、その測定値に基づいて、下式より算出した。
変形量（μｍ） ＝ Ｔ１−Ｔ２
【００４３】
ここで、Ｔ１とは、研磨パッドに無荷重状態から６４１ｇ／ｃｍ２の応力を６０秒間加えて保持した際の研磨パッドの厚みであり、Ｔ２とは、Ｔ１の状態から、研磨パッドに５１６１ｇ／ｃｍ２の応力を６０秒間加えて保持した際の研磨パッドの厚みである。
【００４４】
【表１】
2007044814.tif 000003
【００４５】
表１からわかるように、第２窓部材５を有し、第１窓部材４の下に空洞のない研磨パッド（実施例）の場合、窓領域の変形量は８０μｍ〜１００μｍであり、その平均値は、９０ミクロンであり、パッド領域の変形量は６５μｍ〜１１０μｍであり、その平均値は、８７．５ミクロンである。したがって、窓領域の変形量とパッド領域の変形量とは、均一であり、検出精度も高い。
【００４６】
それに対して、第２窓部材５を有さず、第１窓部材４の下に空洞のある研磨パッド（比較例）の場合、窓領域の変形量は２５０μｍ〜４５０μｍであり、その平均値は、３５０ミクロンであり、パッド領域の変形量は６５μｍ〜１１０μｍであり、その平均値は、８７．５ミクロンである。したがって、窓領域の変形量とパッド領域の変形量とは、大きく異なり、検出精度は、実施例と比較して低い。
【００４７】
以上のことから、第１窓部材４に対応する位置に第２窓部材５を設けることで、検出エラーを発生させることなく、研磨加工の終点を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態である研磨パッド１の断面図である。
【図２】第２の実施形態である研磨パッド１１の断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１１  研磨パッド
２，１２  研磨層
３，１３  下地層
４，１４  第１窓部材
５，１５  第２窓部材
【図１】
2007044814.tif 000004
【図２】
2007044814.tif 000005