JP2006116614A

JP2006116614A - 研磨パッドおよび研磨装置

Info

Publication number: JP2006116614A
Application number: JP2004303929A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Sugimura; 正宏杉村; Kunitaka Jiyou; 邦恭城; Tsutomu Kobayashi; 勉小林
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【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】
研磨パッドは、少なくとも透明発泡構造からなる研磨層と開口部が設けられたクッション層５からなる研磨パッドにおいて、少なくともクッション層の開口部７の一部に接着層８を介して透明シート２が研磨層１に接着されている。
【選択図】図２

Description

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。

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、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た構造の研磨パッドが提案されている。しかしながらこのような研磨パッドは、一旦研磨パッドを乾燥させると、開口部を設けた部位の研磨層が弛むという問題があった。
特開平９−７９８５号公報

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。

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、少なくとも透明発泡構造体からなる研磨層と開口部が設けられたクッション層からなる研磨パッドにおいて、少なくともクッション層の開口部の一部に接着層を介して透明シートが研磨層に接着してあ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。

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。

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、クッション層の開口部の一部に、接着層を介して透明シートを研磨層に接着したところ、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。

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し、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研磨パッドにおいて該開口部の一部に接着層を介して透明シートを研磨層に接着させたところにある。

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。

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。

本発明の透明シートの透明とは、該シートの厚さ１ｍｍ当たりの５００〜８５０ｎｍの波長における光の透過率が、好ましくは７０％以上１００％以下、より好ましくは９０％以上である。特に好ましくは９５％以上である。

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て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ｔ_１＝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、ｔ_１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。

本発明の透明シートは、引張り弾性率が１０〜２００ＭＰａであることがこのましく、３０〜１８０ＭＰａがより好ましい。引張り弾性率が１０ＭＰａ未満では、材料の弾性率が足りず研磨層に弛みが生じる。また、引張り弾性率が２００ＭＰａより大きい材料では、研磨の平坦性が悪くなるのでやはり好ましくない。

なお、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。

本発明の透明シートは、厚みが０．１ｍｍ以上かつクッション層の厚み以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上がより好ましい。透明シートの厚みが０．１ｍｍ以下の場合、透明シートの強度が足りず研磨層に弛みが生じる。また、透明シートの厚みがクッションより大きくなると、研磨の平坦性が悪くなるのでやはり好ましくない。

透明シートを形成する材料は、特に限定されるものではないが、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。このような材料の中でも、特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴと略す）やポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリウレタンなどの材料が好ましい。また、樹脂材料の成形方法は特に限定されないが、未延伸により製造された材料の方が透過率が大きくなる。

本発明でいう研磨層の透明とは、該研磨層厚さ１ｍｍ当たりの５００〜８５０ｎｍの波長における光の透過率が、好ましくは２５％以上１００％以下、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。

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。

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。

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。

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より大きい場合、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。

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。

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。

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泡構造体の硬度が高く平坦化特性が良好な点で好ましい。

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み合わ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。

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。

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、重合硬化した発泡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。

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。

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。

本発明の研磨層は、マイクロゴムＡ硬度で８０以上１００以下、好ましくは９０以上が必要である。マイクロゴムＡ硬度が８０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。

本発明の研磨層の密度は、ハーバード型ピクノメーター（ＪＩＳＲ−３５０３基準）を用い、水を媒体に測定した値である。

本発明の研磨層は、密度が０．３〜１．１ｇ／ｃｍ^３の範囲にあることが好ましい。密度が０．３ｇ／ｃｍ^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１．１ｇ／ｃｍ^３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、０．６〜０．９ｇ／ｃｍ^３、また、さらに好ましい密度は０．６５〜０．８５ｇ／ｃｍ^３の範囲である。

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取り得る形状にして使用される。

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。

本発明の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ー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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、本発明の研磨装置について説明する。

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。

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。

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−ＳＰＥＲＥＳＥＳＣ−１、ＣＭＰ用ＣＡＢ−Ｏ−ＳＰＥＲＳＥＳＣ−１１２、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥＡＭ１００、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥＡＭ１００Ｃ、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ１２、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ２５、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥＷ２０００、ＣＭＰ用ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥＷ−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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

得られた値からランベルト・ベール式ｔ_１＝ｔ^{（−１／Ｌ）}を用いて１ｍｍ厚さ当たりの値を算出した。ここで、ｔ_１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。

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／ｃｍ^３、独立気泡の平均気泡径：３７μｍ）を作製した。

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。

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。

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、密度は０．８１ｇ／ｃｍ^３、独立気泡の平均気泡径は５０μｍであった。

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。

次に厚さ１ｍｍのＮＢＲゴムシート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。

クッション層と研磨層を接着し二層の研磨パッドとし、さらにクッション層の開口部から研磨層に厚さ０．７ｍｍのポリメチルメタクリレートのシート（引張り弾性率８０ＭＰａ、透過率９９％）を接着テープ（セキスイ製、５６０４）で接着し、本発明のパッドを作成した。

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レーザー出力０．４ｍＷで終点検知が可能であった。研磨したウェ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と非常に良好であった。

研磨層の透過率を測定・計算したところ約３９％であった。

さらに引き続き９時間研磨を行ったが、レーザー出力０．４ｍＷで終点検知が可能であった。

その後パッドを乾燥させたが研磨層に弛みは生じなかったので再び研磨することができた。

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＝３７、密度：０．７０ｇ／ｃｍ^３、独立気泡平均径：３７μｍ）を作製した。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。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、密度は０．７６ｇ／ｃｍ^３、独立気泡平均径は４５μｍであった。

クッション層と研磨層を接着し二層の研磨パッドとし、さらにクッション層の開口部から研磨層に厚さ０．２ｍｍのＰＥＴのシート（未延伸、引張り弾性率８０ＭＰａ、透過率９９％）を接着テープ（テラオカ製、７０２２）で接着し、本発明のパッドを作成した。

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レーザー出力０．４ｍＷで終点検知が可能であった。研磨したウェ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１３と非常に良好であった。

比較例１
ポリメチルメタクリレートのシート（引張り弾性率８０ＭＰａ、透過率９９％）を接着しなかったこと以外は実施例と同様にパッドを作成した。

９時間の研磨後にパッドを乾燥させたところ、クッション層開口部にあたる研磨層部位に弛みが生じた。再び研磨したが平坦性が低下していた。

実施例３
厚さ１．２ｍｍのポリメチルメタクリレートのシート（引張り弾性率８０ＭＰａ、透過率９９％）を用いた以外は実施例１と同様に研磨パッドを作成した。

パッドを定盤に接着したところ、クッション層開口部の位置の研磨層が０．２ｍｍ盛り合った状態になった。

そのまま研磨を行ったところ、レーザー出力０．４ｍＷで問題なく終点検知ができた。研磨したウェ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８３と良好であった。

実施例４
裏面テープ（住友３Ｍ社製：４４２Ｊ）の開口部の位置をクッション層の開口部とずらしたこと以外は実施例１と同様に研磨パッドを作成した。

研磨パッドを研磨機に取り付け、レーザー出力を１．２ｍｗにすることで終点検知が可能であった。

実施例５
厚さ０．２ｍｍのＰＥＴのシート（延伸品、引張り弾性率２５０ＭＰａ、透過率１８％）を用いた以外は実施例２と同様に研磨パッドを作成した。

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。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。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。

符号の説明

１研磨層
２透明シート
３接着剤
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

Claims

少なくとも透明発泡構造体からなる研磨層と開口部が設けられたクッション層からなる研磨パッドにおいて、少なくともクッション層の開口部の一部に接着層を介して透明シートが研磨層に接着してあることを特徴とする研磨パッド。
該透明シートの引張り弾性率が１０〜２００ＭＰａであることを特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
該透明シートの厚みが０．１ｍｍ以上でかつクッション層の厚み以下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。
該透明シートが、厚さ１ｍｍ当たりの５００〜８５０ｎｍの波長における光の透過率が７０％以上１００％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の研磨パッド。
該研磨層が、その厚さ１ｍｍ当たりの５００〜８５０ｎｍの波長における光の透過率が２５％以上１００％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の研磨パッド。
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１〜５のいずれかに記載の研磨パッド。
請求項１〜６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７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。