JP2001062703A - 多孔性樹脂窓付き研磨パッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窓部と研磨領域の研磨性能の差が無くなり、
研磨の均一性が向上し、また、スクラッチの発生も抑制
できる研磨パッド、それを用いた研磨の終点検知方法、
およびそれを備えた研磨装置を提供する。 【解決手段】 研磨領域及び光透過領域を有するケミカ
ルメカニカル研磨用の研磨パッドにおいて、その光透過
領域を透明多孔性樹脂シートにより形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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研磨（ＣＭＰ）で平坦化する際に
使用される研磨パッドに関し、詳しくは、研磨状況等を
光学的手段により検知するための窓を有する研磨パッド
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、従来、ケミカルメカニカル研磨（Chemical Mechan
ical Polishing：以下ＣＭＰという）法が採用されて
いる。ＣＭＰ法は、ウエハ表面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
ー状の研磨剤を用いて研磨する技術である。ＣＭＰ法で
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を指示する研磨定盤２と、被研磨材（ウエハ）
５を支持する支持台（ポリシングヘッド）６と、研磨剤
の供給機構１０を備えている。研磨パッド１は、例え
ば、両面テープ（図示せず）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６とは、
それぞれに支持された研磨パッド１と被研磨材５が対向
するように配置され、それぞれに回転軸８、９を備えて
いる。また、支持台６側には、被研磨材５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
エハ表面の平坦度の判定の問題がある。すなわち、希望
の表面特性や平面状態に到達した時点を検知する必要が
ある。このような検知については、様々な方法が用いら
れているが、ＣＭＰプロセス時に、その場で、希望の表
面特性や厚さが得られた時点を検出できる方法が望まれ
ている。その中で代表的なものとしては、光学的検知手
段、具体的には、光ビームを研磨パッド越しにウエハに
照射して、その反射によって発生する干渉信号をモニタ
することによる研磨の終点を検知する方法が挙げられ
る。

【０００５】このような方法では、ウエハの表面層の厚
さの変化をモニターして、表面凹凸の近似的な深さを知
ることによって、終点が決定される。このような厚さの
変化が凹凸の深さに等しくなった時点で、ＣＭＰプロセ
スを終了させる。また、このような光学的手段による研
磨の終点検知法およびその方法に用いられる研磨パッド
については、ＵＳＰ５，６０５，７６０号（ロデー
ル）、及びＵＳＰ５，８９３，７９６号（アプライド）
に記載されたものが提案されてきた。

【０００６】ＵＳＰ５，６０５，７６０号では、固体で
均質な１９０ｎｍから３９００ｎｍの光を透過するポリ
マーシートを少なくとも一部分に有する研磨パッドが、
また、ＵＳＰ５，８９３，７９６号では段付の透明プラ
グが挿入された研磨パッドが開示されている。いずれも
終点検知用の窓として用いることが開示されており、研
磨中のスラリーによる光の散乱を抑制するため、透明シ
ート、及びプラグの表面の位置(高さ）は、研磨面とほ
ぼ同じ位置（高さ）となるように構成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
窓付き研磨パッドは、本質的に窓部と研磨部の構造が異
なるため、窓部と研磨領域では研磨性能が異なり、研磨
の均一性が損なわれる恐れもある。また、窓部が硬質材
料で有れば、スクラッチ発生の原因にもなりかねない。
本発明は、窓部と研磨領域の研磨性能の差を無くすこと
によって、研磨の均一性が向上し、また、スクラッチの
発生も抑制できる研磨パッド、それを用いた研磨の終点
検知方法、およびそれを備えた研磨装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願は以下の発明を提供する。 （１）研磨領域及び光透過領域を有するケミカルメカニ
カル研磨用の研磨パッドであって、その光透過領域が透
明多孔性樹脂シートから形成されていることを特徴とす
る研磨パッド。 （２）透明多孔性樹脂シートにおける気泡部分がさらに
液体で充填されていることを特徴とする上記（１）記載
の研磨パッド。 （３）上記（１）または（２）に記載の研磨パッドを用
いた研磨の終点検知方法。 （４）上記（１）または（２）に記載の研磨パッドを備
えた研磨装置。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
研磨パッドは、透明多孔性樹脂シートから形成される光
透過領域を有している。光透過領域を研磨領域と同様に
多孔性とすることで、窓部と研磨領域の研磨性能の差が
無くなり、研磨の均一性が向上する。また、窓部と研磨
領域が同様の多孔性で有ればスクラッチの発生も抑制で
きる。本来、多孔性シートは気泡による光の散乱によっ
て、半透明もしくは白色化しているのが通常である。従
って、気泡による光の散乱が無ければ、透明多孔性樹脂
シートの作成が可能となる。この透明多孔性樹脂シート
の作成方法として具体的には以下の方法が挙げられる。

【００１０】第１の方法は、気泡径を光の波長以下とす
ることである。気泡径が光の波長以下で有れば、気泡に
よる光の散乱はなく、透明の多孔性樹脂シートが得られ
る。第２の方法は、多孔性樹脂シートの気泡内に液体を
充填し、気泡内と気泡壁の屈折率の差を減少させて、気
泡による光の散乱をなくすことである。多孔性樹脂シー
トが連続気泡多孔体の場合、連通孔を通して気泡内に液
体を保持させる事が可能であり、また、独立気泡の多孔
性樹脂シートの場合、良溶媒を用いて樹脂を膨潤させた
後であれば、気泡内に液体の保持が可能となる。

【００１１】また、樹脂と溶媒の組み合わせは、樹脂と
溶媒の親和性が良い系が好ましいが、樹脂と溶媒の親和
性が悪い系でも、良溶媒で樹脂を膨潤させ、良溶媒と貧
溶媒を置換することで透明多孔性樹脂シートの作成が可
能となる。本発明の透明多孔性樹脂シートの材料の例と
しては、オレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボ
ネート樹脂、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、ポリウレタ
ン樹脂から選ばれた１種または２種以上の混合物を母材
とした、連続気泡及び独立気泡の多孔体が挙げられる。
良溶媒を気泡中に保持した際、形状保持を目的に多孔性
シートは架橋体であっても良い。

【００１２】また、多孔性シートの気泡内に保持する液
体の例としては、ウエハーとの接触を考慮すると、純水
が好ましいが、ウエハーに影響を及ぼさない物で有れば
よい。また、所望の透明性を得るために、液体と樹脂の
屈折率を合わせることを目的に塩類を含む溶液を用いて
も良い。本発明の研磨パッドの研磨領域に用いられる材
料の例としては、オレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、ポ
リカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、ポ
リウレタン樹脂から選ばれた１種または２種以上の混合
物を母材とした発泡体が挙げられる。

【００１３】上記のオレフィン系樹脂としては、例え
ば、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、及び線
状低密度ポリエチレンなどのポリエイレン、エチレンプ
ロピレン共重合体、ポリプロピレン、ポリ−４−メチル
−ペンテン、アイオノマー樹脂が挙げられる。上記のフ
ッ素樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニル、ポリフ
ッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエ
チレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフル
オロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パ
ーフルオロメチル−パーフルオロビニルエーテル共重合
体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエチル−パ
ーフルオロビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエ
チレン−パーフルオロプロピル−パーフルオロビニルエ
ーテル共重合体等が挙げられる。

【００１４】これらの中でも、研磨性能、耐久性の観点
からフッ素系樹脂の発泡体を用いることが好ましい。本
発明の透明多孔性樹脂シート付き研磨パッドの作成方法
としては、具体的に下記の方法が挙げられる。前述の研
磨パッドに任意のサイズの開口部を設け、この開口部
に、開口部のサイズと同等の大きさにカットした前述の
透明多孔性樹脂シートを挿入すればよい。固定方法とし
て、透明多孔性樹脂シートの接合面を接着剤で固定する
方法や、定盤に研磨パッドを貼り付ける粘着テープを利
用する方法、具体的には、研磨パッドの定盤面側に取り
付けて有る粘着テープに研磨パッド開口部より小さい開
口部を形成し、その部分に透明樹脂多孔性シートを固着
させる方法がある。むろん、透明樹脂多孔体シートから
なる研磨パッドであってもかまわない。

【００１５】次に、本発明の研磨パッドを用いた研磨の
終点検知方法を図３及び図４を参照して説明する。図３
は、本発明のＣＭＰ研磨装置の一例を示す概略側面図で
ある。シート７が定盤の孔と相対する位置にセットさ
れ、ポリシングヘッド６の並進運動に関わらず、研磨中
にウエハ５が見える様に位置決めされている。レーザー
干渉計３は定盤の窓の下に設置され、レーザー干渉計３
から発射されたレーザー光４が定盤の孔及び、シート７
を通り、スラリーを介してウエハ５表面に当たる。例え
ば、ウエハはシリコン基板の上に酸化物層が形成された
ものであり、ウエハ表面５に当たったレーザー光は一部
酸化物層で反射し、第１の反射レーザー光を形成する。
入射光の一部は酸化物層を透過し、酸化物層とシリコン
基板の界面で反射し、第２の反射レーザー光を形成す
る。第１と第２の反射光が合成される際、位相関係が酸
化物層の厚みの関数として表される。この干渉光が干渉
計３に入射し研磨状態が解析できる。また、図４はビー
ムスプリッターを用い干渉計の位置を変えた例である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
の例を説明する。

【００１７】

【実施例１】（１）シートの作成 疎水性シリカ（アエロジル９７２（商品名））１４．８
体積％、フタル酸ジオクチル４８．５体積％、フタル酸
ジブチル４．４体積％とポリフッ化ビニリデン（融点１
６８℃、ＭＦＲ２．９（２３０℃、１２．５ｋｇ））３
２．２体積％をプラストミルで混合し、熱プレスでシー
ト状に成形する。該シートを６０℃の１，１，１−トリ
クロロエタン中に１時間浸漬して、フタル酸ジオクチ
ル、フタル酸ジブチルを抽出した後、乾燥させる。次い
で５０％エチルアルコール水溶液に３０分間浸漬し、更
に３０分間水中に浸漬した後、７０℃、２０％苛性ソー
ダ水溶液中に１時間浸漬して、疎水性シリカを抽出した
後、水洗して乾燥させる。得られたポリフッ化ビニリデ
ンは白色の連続気泡の多孔体であり、該多孔体シートを
エチルアルコールに１時間浸漬し、気泡内にエチルアル
コールを保持させた後、塩化カルシウム３５％水溶液に
浸漬し、気泡内のエチルアルコールを塩化カルシウム３
５％水溶液に置換する。得られる多孔体シートは透明で
ある。該透明多孔体シートを縦６．１ｃｍ、横２．３ｃ
ｍにカットする。

【００１８】（２）パッドの作成 ポリフッ化ビニリデン（融点１６８℃、ＭＦＲ２．９
（２３０℃、１２．５ｋｇ））を、加熱押し出し成形に
よって、１．１ｍｍ厚みのシートを成形する。該シート
を５００ＫＶの電子線照射機を用いて、１５Ｍｒａｄで
電子線を照射して、架橋させる。該架橋済シートを圧力
容器に入れ、発泡剤としてテトラフルオロエタンを圧入
し、７０℃で３０時間保持する。該発泡剤含浸済シート
を、遠赤外線ヒーターを備えた温度２００℃の加熱炉中
に保持して、該シートを発泡させる。該発泡シートの発
泡倍率は４倍で、平均気泡径は８０ミクロンである。該
発泡シートを＃２４０のベルトサンダーで、両面バフ研
磨し、所望の大きさに切り出し、該研磨パッドに同心円
形状の溝（溝幅０．２ｍｍ、溝深さ０．５ｍｍ、溝ピッ
チ１．５ｍｍ）を切削加工によって溝付研磨パッドを作
成する。

【００１９】（３）パッドから窓部分のカット 前述の研磨パッドを所望の位置に縦６．１ｃｍ、横２．
３ｃｍカットし、研磨面と反対側に両面テープを貼り、
前述の穴と相対する位置にある両面テープを縦５．１ｃ
ｍ、横１．３ｃｍカットし、開口部付の研磨パッドを作
成する。 （４）透明多孔性シートと上記パッドの接合 透明多孔性シートをパッド開口部に挿入し、裏面の両面
テープのつば部に前述の透明多孔性シートを貼り付け
て、固定する。これによって、透明多孔性シートの窓付
き研磨パッドができる。 （５）ウエハ研磨，終点検知 前述の透明多孔性シートの窓付き研磨パッドをアプライ
ドマテリアル社製Ｍｉｒｒａに、定盤の孔と透明多孔性
シートの位置が合うように研磨パッドの両面テープを用
いて定盤に貼り付ける。スラリーにはロデール社製ＩＬ
Ｄ−１２００を用いてＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシ
リケート）膜が最表面にあるウエハーを研磨すると、研
磨中に膜厚の測定が可能であり、終点検知が可能であ
る。

【００２０】

【発明の効果】本発明においては、光透過領域が研磨領
域と同様に多孔性である研磨パッドが用いられるので、
窓部と研磨領域の研磨性能の差が無くなり、研磨の均一
性が向上し、また、スクラッチの発生も抑制できる。

【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。

【図２】本発明で用いられる透明多孔性樹脂シートの一
例を示す断面図。

【図３】本発明の終点検出装置を有するＣＭＰ研磨装置
の一例を示す概略側面図。

【図４】図３の装置の窓部分の断面略図であって、レー
ザ干渉計がレーザービームを照射して反射干渉ビームを
検出する状態を示す図。

【符号の説明】

１ 研磨パッド ２ 研磨定盤 ３ レーザー干渉計 ４ レーザービーム ５ 被研磨材（ウエハー） ６ 被研磨材（ウエハー）支持台［ポリシングヘッド］ ７ 透明多孔性樹脂シート ８、９ 回転軸 １０ 研磨剤供給機構 １１ ビームスプリッター １２ 検出器 ａ 液層（気泡） ｂ 樹脂層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨領域及び光透過領域を有するケミカ
   ルメカニカル研磨用の研磨パッドであって、その光透過
   領域が透明多孔性樹脂シートから形成されていることを
   特徴とする研磨パッド。
2. 【請求項２】 透明多孔性樹脂シートにおける気泡部分
   がさらに液体で充填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。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の研磨パ
   ッドを用いた研磨の終点検知方法。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載の研磨パ
   ッドを備えた研磨装置。