JP2018032695A - 研磨パッド及びそれを用いた研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学的手段を用いた終点検出に用いられる研磨パッドの終点検出の精度が向上した研磨パッドを提供する。
【解決手段】研磨面を主面とする研磨層と、研磨層の裏面に積層されたクッション層とを備え、研磨層は厚み方向に光を透過させる光透過性領域を少なくとも一部分に有し、クッション層は、光透過性領域に対応する部分に開口を有し、研磨層の裏面の開口に対応する領域を覆う光調整層をさらに備え、光調整層は、波長３５０〜７００ｎｍの範囲における何れかの波長に、光透過率５０％以上であって最大になる最大光透過率（Ｔ１）と、光透過率が最小になる最小光透過率（Ｔ２）とを有し、最大光透過率（Ｔ１）と最小光透過率（Ｔ２）との差（Ｔ１−Ｔ２）が２０％以上である研磨パッド。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体や集積回路の製造において絶縁膜や導電体膜等の表面を平坦化する際に、in-situで研磨終点を光学的に検出することが可能な研磨パッド及び研磨方法に関する。

半導体メモリに代表される大規模集積回路（ＬＳＩ）においては、回路の高集積化や微細化が年々進行している。それに伴い、ＬＳＩの回路の高集積化や微細化を実現するための製造工程における要求もますます複雑化している。また、半導体デバイスの多層化により、製造時におけるウエハ表面の凹凸が回路の断線や抵抗値のバラツキを発生させるという問題も生じている。そのため、ウエハ表面には高い精度の平坦化が求められている。

また、ＬＳＩを製造する際に、フォトマスクのパターンをウエハ表面に転写する技術としてフォトリソグラフィ（投光露光）が広く用いられている。短い露光波長を用いる微細な半導体集積回路のフォトリソグラフィにおいては、露光の焦点深度が非常に浅くなる。ウエハ表面に微細な凹凸が存在する場合、フォトマスクのパターンの解像度が低下するためにウエハ表面には高い精度の平坦化が求められる。

ウエハ表面は、通常、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing；ＣＭＰ）を利用したＣＭＰ研磨装置によって研磨される。図３を参照すれば、ＣＭＰ研磨装置２０は、例えば、回転する定盤（研磨テーブル）５の上面に粘着材１３で貼り合された研磨パッド２１の面上に、キャリア１７に支持されたトップリング（ホルダ）６に吸着保持されたウエハ１０を当接させ、スラリーノズル７から研磨スラリーSを供給しながら、定盤５及びトップリング６の回転によりウエハ１０の被研磨面を研磨するように構成されている。また、定盤５の内部には研磨終点を光学的手段によって検出するための光照射部８とその反射光を検知する図略の光センサが設けられている。研磨パッド２１は透光窓２１ｃを有し、光照射部８からの光を透過させてウエハ１０の表面で反射させる。そして、反射光の強度の変化等をモニタすることにより、研磨の終点を検出する。光学的手段によって研磨終点を検出する方法としては、例えば、下記特許文献１は、ウエハ表面を研磨しながら研磨の終点を決定するための技術としてレーザー干渉計を利用した方法を開示する。

光照射部から光を出射させ、その反射光により終点を検出するためには、図３に示したように、研磨パッドの少なくとも一部分に透光窓２１ｃのような光透過部を設け、ウエハの表面で光を反射させる必要がある。例えば、下記特許文献２〜４は、透光窓を一部分に形成した研磨パッドを用いてウエハ表面からの反射光により終点を検出する方法を開示する。具体的には、下記特許文献２や下記特許文献３は、光透過プラグ（透光窓）を液体状態の不透過樹脂に埋め込んだのち不透過樹脂を硬化させ、さらにスライスして透光窓を有する研磨パッドを製造する方法を開示する。また、特許文献４は、研磨表面部分と透光窓が同一の樹脂からなる研磨パッドを開示する。詳しくは、特許文献４は、研磨表面部分と透光窓が同一の樹脂からなり、一部分について急速な冷却処理をすることによりその一部分を非晶質として透明性を付与する方法や、透光窓を形成する部分の反応温度を他の部分と異なる温度とすることによりその部分に透明性を付与する方法を開示する。また特許文献５は、紫外光による劣化を抑制することを目的として、光透過性領域に光吸収性化合物を含ませることを開示する。

米国特許第５４１３９４１号明細書 特表平１１−５１２９７７号公報 米国特許第５８９３７９６号明細書 特表２００３−５０７１９９号公報 特表２０１５−５１２７９９号公報

ＣＭＰ研磨装置を用いたＣＭＰに透光窓を有する研磨パッドを用いる場合、透光窓の光透過率の波長依存性が高すぎて反射光強度等を正確にモニタできないことがあり、このような場合には終点検出の精度が低くなることがあった。また、研磨パッドの透光窓の光透過率の波長依存性を、製造ロット毎や研磨パッド毎に修正する手段もなかった。

本発明は、上述したような課題を解決すべく、光学的手段を用いた終点検出に用いられる研磨パッドの終点検出の精度の向上を目的とする。

本発明の一局面は、研磨面を主面とする研磨層と、研磨層の裏面に積層されたクッション層とを備え、研磨層は厚み方向に光を透過させる光透過性領域を少なくとも一部分に有し、クッション層は、光透過性領域に対応する部分に開口を有し、研磨層の裏面の開口に対応する領域を覆う光調整層をさらに備え、光調整層は、波長３５０〜７００ｎｍの範囲における何れかの波長に、光透過率５０％以上であって最大になる最大光透過率（Ｔ１）と、光透過率が最小になる最小光透過率（Ｔ２）とを有し、最大光透過率（Ｔ１）と最小光透過率（Ｔ２）との差（Ｔ１−Ｔ２）が２０％以上である研磨パッドである。このような研磨パッドによれば、ＣＭＰ研磨装置に具備される光学的手段によって研磨終点を検出する場合に、反射光強度の明確な変化を示すことにより終点検出の精度が向上する。光調整層としては、染料，顔料，有機又は無機微粒子等の着色材を含有する樹脂シートを含む層が好ましく用いられる。

また、研磨層は、研磨面の全領域において波長３５０〜７００ｎｍの全範囲における光透過率が１０％以上であることが光透過性に優れる点から好ましい。

また、研磨層は、透光窓となるような埋め込まれた光透過プラグを含まない、均質な熱可塑性ポリウレタンの成形体からなることが光透過プラグの周辺でスラリー漏れを起こしたり、長時間使用した際に研磨特性が不安定になりにくい点から好ましい。また、このような均質な熱可塑性ポリウレタンの成形体が実質的に空隙を有さない無発泡構造の成形体である場合には光透過性及び研磨安定性に優れる。

また、光調整層は、研磨層の裏面に形成された掘り込み部に配設されていることが、研磨層が比較的厚くても、掘り込み部がその周辺よりも薄くなるために高い光透過率を維持させることができる点から好ましい。

また、波長３５０〜７００ｎｍの全範囲の光に対して、光調整層が存在する部分における光透過率が１２％以上である最大光透過率（Ｔ３）と、最小光透過率（Ｔ４）とを有し、最大光透過率（Ｔ３）と最小光透過率（Ｔ４）との差（Ｔ３−Ｔ４）が１０％以下であることが好ましい。また、波長３５０〜７００ｎｍの全範囲の光に対して、光調整層が存在する部分における光透過率が１５％以下である最小光透過率（Ｔ５）と、最大光透過率（Ｔ６）とを有し、最大光透過率（Ｔ６）と最小光透過率（Ｔ５）との差（Ｔ６−Ｔ５）が２０％以上であることも好ましい。研磨層のみでは通常光透過率の波長依存性が大きいが、光調整層を配設することにより光透過率の波長依存性が抑制される。

また、研磨面の全領域には、複数の溝または穴のような凹部が３０ｍｍ以下のピッチで存在することが、光透過性を維持しながら、研磨面に研磨スラリーを均一かつ充分に供給できるとともに、スクラッチ発生の原因となる研磨屑の排出や、研磨パッドの吸着保持によるウエハの破損を防止することに役立つ点から好ましい。

また、本発明の他の一局面は、上述した何れかの研磨パッドを研磨装置の定盤に固定する工程と、研磨パッドの研磨面に対面するように被研磨材を研磨装置のホルダに保持させる工程と、研磨パッドと被研磨材との間に研磨スラリーを供給しながら、研磨面と被研磨材とを相対的に摺動させることにより被研磨材を研磨する工程と、を備え、光調整層が存在する部分に光を透過させて被研磨材の表面で光を反射させ、その反射光強度の変化を検出することにより研磨終点を検出する工程と、を備える。このような研磨方法においては、終点検出に用いられる研磨パッドの終点検出の精度が向上する。

本発明の研磨パッドによれば、ＣＭＰ研磨装置に具備される光学的手段によって研磨終点を検出する場合に、終点検出に用いられる研磨パッドの終点検出の精度が向上する。

図１は、実施形態の研磨パッドの模式断面図を示す。 図２は、実施形態の研磨パッドを用いたＣＭＰを説明する説明図を示す。 図３は、従来の研磨パッドを用いたＣＭＰを説明する説明図を示す。

図１を参照して、本実施形態の研磨パッドを説明する。図１は、本実施形態の研磨パッド１１の模式断面図を示す。本実施形態の研磨パッドは、図１に示すように、研磨面Ｐを主面とする研磨層１と、研磨層１の裏面Ｒに粘着材層３を介して積層されて接着されたクッション層２とを備える。図１中、ｃ−ｃ’線は円盤状の研磨パッドの中心線を示している。研磨層１は、厚み方向に光を透過させる光透過性領域を少なくとも一部分、好ましくは全研磨面に有する。クッション層２は、光透過性領域に対応する部分に開口ｖを有する。研磨層１の裏面Ｒの開口ｖに対応する領域には掘り込み部１ａが形成されており、掘り込み部１ａに光調整シート４ａが粘着材層４ｂにより接着されて光調整層４が形成されている。ここで、光調整層４は、波長３５０〜７００ｎｍの範囲における何れかの波長域に、光透過率５０％以上であって最大になる最大光透過率（Ｔ１）と、光透過率が最小になる最小光透過率（Ｔ２）とを有し、最大光透過率（Ｔ１）と最小光透過率（Ｔ２）との差（Ｔ１−Ｔ２）が２０％以上であるシートである。

研磨層は、光学的に終点検出が可能であるように、少なくとも一領域、好ましくは全領域が光透過性を有する樹脂層である。ここで、光透過性とは、波長３５０〜７００ｎｍの全範囲の光に対する、厚み方向の光透過率が１０％以上であることを意味し、好ましくは１２％以上である。研磨層は研磨面の全領域において光透過性を有することが透光窓を形成するための光透過プラグを埋め込まなくてもよいために好ましい。光透過性の低い樹脂に透光窓を形成するための光透過プラグを埋め込んだような不均質な研磨層の場合には、光透過プラグの周辺でスラリー漏れが生じたり、長時間使用した場合に研磨特性が不安定になりやすい傾向がある。研磨層の厚さは特に限定されないが、１．０〜２．５ｍｍ、さらには１．２〜２．２ｍｍ、とくには１．４〜２．０ｍｍであることが好ましい。

また、比較的硬質である研磨層は、被研磨材の被研磨面の局所的な凹凸に追従するが、被研磨材全体の反りやうねりに対しては追従しにくい。研磨層よりも低い硬度を有するクッション層は、被研磨材全体の反りやうねりに対して追従することにより、グローバル平坦性とローカル平坦性とのバランスに優れた研磨を実現できる研磨パッドを与える。

クッション層としては、従来から研磨パッド用のクッション層として用いられているものが特に限定なく用いられる。その具体例としては、例えば、ポリウレタンフォームやポリエチレンフォーム等の樹脂発泡体や不織布などが挙げられる。これらの中では、柔軟性と耐久性に優れる点からポリウレタンフォームが特に好ましい。クッション層の厚さは特に限定されないが、０．４〜３ｍｍ、さらには０．５〜２ｍｍ、とくには０．６〜１．５ｍｍであることが研磨の平坦性と均一性とのバランスに優れる点から好ましい。

クッション層は、光を透過させるための開口を有する。開口の形状は研磨装置の光照射部からの光を透過させて終点検出を可能にする程度の大きさであれば特に限定されない。

研磨層はクッション層に接着される。研磨層とクッション層とを接着するために用いられる粘着材はとくに限定されないが、例えば、アクリル系，ゴム系，スチレン系，シリコーン系，ウレタン系の粘着材が挙げられる。研磨層とクッション層を接着する粘着材層の厚さは特に限定されないが、１０〜５００μｍ、さらには３０〜３００μｍ程度であることが好ましい。

光調整層は、波長３５０〜７００ｎｍの範囲における何れかの波長に、光透過率５０％以上であって最大になる最大光透過率（Ｔ１）と、光透過率が最小になる最小光透過率（Ｔ２）とを有し、最大光透過率（Ｔ１）と最小光透過率（Ｔ２）との差（Ｔ１−Ｔ２）が２０％以上であるシートであり、光透過率の波長依存性を制御する層である。

最大光透過率（Ｔ１）は波長３５０〜７００ｎｍの範囲における何れかの波長に存在する、５０％以上である光透過率の最大値である。Ｔ１が５０％以上であることにより、研磨層の光透過性領域に充分な光を透過させ、終点検出を容易にさせる。Ｔ１としては、５５％以上、さらには６０％以上、とくには６５％以上であることが反射光強度の明確な変化を示す点から好ましい。また、最小光透過率（Ｔ２）は波長３５０〜７００ｎｍの範囲における何れかの波長に存在する、光透過率の最小値である。

光調整層のＴ１とＴ２の差（Ｔ１−Ｔ２）は２０％以上であり、２２％以上、さらには２５％以上、２７％以上であることが、最大光透過率（Ｔ１）と最小光透過率（Ｔ２）との差（Ｔ１−Ｔ２）が大きいことにより、反射光強度の明確な変化を示す効果が高くなる。

ここで光調整層の、波長３５０〜７００ｎｍの範囲における何れかの波長の、光透過率５０％以上であって最大になる最大光透過率（Ｔ１）と、光透過率が最小になる最小光透過率（Ｔ２）は、光調整層を形成する部材を分光光度計「ＵＶ−２４５０」を用いて波長３５０〜７００ｎｍの全範囲の光透過率を測定することにより求められる。

光調整シートは、上述したような光学特性を有する光調整層を実現できるシートであれば特に限定されないが、好ましくは、樹脂を主成分とし、必要に応じて光透過率の波長依存性を制御するための着色材を含有する樹脂シートが、研磨層への密着性に優れることから好ましい。樹脂の具体例としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル，アクリル樹脂，スチレン樹脂，ポリオレフィン，塩ビ樹脂，ポリカーボネート，ポリアミド，ポリウレタン等が挙げられる。また、着色材の具体例としては、染料，顔料，無機微粒子が挙げられる。また、光調整シートの厚さは特に限定されないが、０．０２〜０．５ｍｍ、さらには０．０５〜０．３ｍｍ、とくには０．１〜０．２ｍｍであることが好ましい。

図１に示した本実施形態の研磨パッド１１においては、研磨層１の裏面Ｒの開口ｖに対応する領域に掘り込み部１ａが形成されており、掘り込み部１ａの研磨層１の表面に光調整シート４ａが粘着材層４ｂを介して接着されている。このような形態である場合には、研磨層１の掘り込み部１ａが形成された領域が薄くなるために、その領域の光透過性が高くなる点から好ましい。掘り込み部１ａの深さは研磨層の厚さとの関係で適宜調整されるが、例えば、掘り込み部１ａを除く研磨層１の領域の厚さの３〜４０％、さらには５〜３５％、とくには１０〜３０％であることが好ましい。具体的には、掘り込み部１ａの深さは、例えば、０．０５〜０．８ｍｍ、さらには０．１〜０．６ｍｍ、とくには０．２〜０．５ｍｍであることが好ましい。

また、粘着材層４ｂを形成する粘着材の種類は特に限定されないが、例えば、アクリル系，ゴム系，スチレン系，シリコーン系，ウレタン系の粘着材が挙げられる。また、粘着材層４ｂの厚さも特に限定されないが、例えば、１０〜５００μｍ、さらには３０〜３００μｍ程度であることが好ましい。

また、光調整シートは、本実施形態の研磨パッド１１のように掘り込み部に粘着材層４ｂを介して貼り合わせるような形態に限らず、研磨層１の開口ｖに対応する領域を覆うように配設されている限り、他の形態であってもよい。具体的には、例えば、研磨層１の開口ｖに対応する領域に掘り込み部を形成せずに粘着材層を介して光調整シートを貼り合わせたり、開口ｖに対応する領域に掘り込み部を形成せずに研磨層の裏面に光調整シートを形成するための塗液を塗工し、乾燥硬化させるような方法により形成したり、掘り込み部に塗液を充填して硬化させるような方法等が挙げられる。なお、粘着材により光調整シートを接着する場合、粘着材層の光透過率が１００％近いものを用いた場合には無視できるが、粘着材層が低い光透過率を示す場合には、光調整シートと粘着材層との積層構造で、波長３５０〜７００ｎｍの範囲における何れかの波長域に、光透過率５０％以上であって最大になる最大光透過率（Ｔ１）と、光透過率が最小になる最小光透過率（Ｔ２）とを有し、最大光透過率（Ｔ１）と最小光透過率（Ｔ２）との差（Ｔ１−Ｔ２）が２０％以上である光調整層を構成するものとする。

次に、研磨層を形成する材料について、詳しく説明する。本実施形態における研磨層は、研磨面の全領域において光透過性を有することが、透光窓となるような光透過プラグを埋め込んだりする必要がない点から好ましい。光透過プラグを研磨層に埋め込んだ場合には、光透過プラグの周辺でスラリー漏れを起こしたり、長時間使用した際に研磨特性が不安定になったりしやすくなる傾向がある。研磨面の全領域において光透過性を有する研磨層を得るための材料の具体例としては、例えば、ポリウレタン，ポリエチレン，ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレアのうち、光透過性に優れた材料が挙げられる。これらは単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、熱可塑性ポリウレタンや熱硬化性ポリウレタン等のポリウレタンが光透過性に優れ、耐摩耗性に優れる点から好ましく、とくに熱可塑性ポリウレタンは高い研磨速度と低スクラッチ性の両立を実現しやすい点から好ましい。本実施形態では、上述したような光透過性の研磨パッドを実現できる研磨層の材料として熱可塑性ポリウレタンについて代表例として詳しく説明する。

研磨面の全領域において光透過性を有する研磨層の製造に用いられる熱可塑性ポリウレタンとしては、アミノ基を含有しない鎖伸長剤と高分子ジオールと有機ジイソシアネートとを少なくとも含む原料を重合させた反応物が好ましい。このような熱可塑性ポリウレタンは光透過性に優れている。

アミノ基を含有しない鎖伸長剤としては、アミノ基を有さず水酸基を２個有する分子量３００以下の低分子化合物が好ましく用いられる。その具体例としては、例えば、エチレングリコール，ジエチレングリコール，トリエチレングリコール，テトラエチレングリコール，1,2-プロパンジオール，1,3-プロパンジオール，ネオペンチルグリコール，1,2-ブタンジオール，1,3-ブタンジオール，2,3-ブタンジオール，1,4-ブタンジオール，1,5-ペンタンジオール，1,6-ヘキサンジオール，3-メチル-1,5-ペンタンジオール，1,4-ビス（β−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン，1,4-シクロヘキサンジオール，1,4-シクロヘキサンジメタノール，ビス（β−ヒドロキシエチル）テレフタレート，1,9-ノナンジオールなどが挙げられる。これらは単独で用いても２種以上を組合せて用いてもよい。これらの中では、1,4-ブタンジオール，ネオペンチルグリコール，1,5-ペンタンジオール，1,6-ヘキサンジオール，3-メチル−1,5-ペンタンジオールが、とくには、1,4-ブタンジオール，3-メチル−1,5-ペンタンジオールが好ましい。また、鎖伸長剤としては、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、アミノ基を含有する鎖伸長剤を併用してもよい。

また、高分子ジオールの具体例としては、例えば、ポリ（エチレングリコール），ポリ（プロピレングリコール），ポリ（テトラメチレングリコール），ポリ（メチルテトラメチレングリコール）等のポリエーテルジオール；ポリブチレンアジペート，ポリカプロラクトン，ポリ（３−メチル−１，５−ペンタメチレンアジペート）等のポリエステルジオール；ポリヘキサメチレンカーボネートジオール等のポリカーボネートジオール等が挙げられる。これらは単独で用いても２種以上を組合せて用いてもよい。これらの中では、ポリエーテルジオールやポリエステルジオール、とくにはポリエーテルジオールが好ましい。また、高分子ジオールの数平均分子量としては、５００〜１５００、さらには５５０〜１２００、とくには６００〜１０００であることが好ましい。高分子ジオールの数平均分子量が高すぎる場合は、研磨層の光透過性が低下する傾向がある。一方、高分子ジオールの数平均分子量が低すぎる場合は、研磨層の硬度が高くなりすぎて研磨中に研磨傷が発生しやすくなる傾向がある。

また、有機ジイソシアネートとしては、従来ポリウレタンの製造に用いられている有機ジイソシアネートであれば特に限定なく用いられる。その具体例としては、例えば、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，4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等の脂肪族または脂環式ジイソシアネート；4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート，2,4’-トリレンジイソシアネート，2,6’-ト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が挙げられる。これらは単独で用いても２種以上を組合せて用いてもよい。これらの中では、得られる研磨パッドの耐摩耗性に優れる点から4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネートがとくに好ましい。

熱可塑性ポリウレタンのイソシアネート基に由来する窒素原子の含有率としては、５．０〜７．０質量％、さらには５．２〜６．７質量％、とくには５．４〜６．４質量％であることが好ましい。窒素原子の含有率が低すぎる場合には研磨層が柔らかくなりすぎ、被研磨面の平坦性や研磨効率が低下する傾向がある。一方、窒素原子の含有率が高すぎる場合には、研磨層が硬くなりすぎて被研磨面にスクラッチが発生しやすくなる傾向があり、また、研磨層の光透過率が低下する傾向がある。

熱可塑性ポリウレタンは、上述したような鎖伸長剤と、高分子ジオールと、有機ジイソシアネートとを少なくとも含む原料を用い、公知のプレポリマー法またはワンショット法を用いたウレタン化反応により重合することにより得られる。好ましくは、実質的に溶剤の不存在下で、上述した各成分を所定の比率で配合して単軸又は多軸スクリュー型押出機を用いて溶融混合しながら連続溶融重合する方法によって得られる。

各成分の配合割合は目的とする特性に応じて適宜調整されるが、例えば、高分子ジオールと鎖伸長剤とに含まれる活性水素原子１モルに対して、有機ジイソシアネートに含まれるイソシアネート基が０．９５〜１．３モル、さらには０．９６〜１．１モル、とくには０．９７〜１．０５モルとなる割合で配合することが好ましい。有機ジイソシアネートに含まれるイソシアネート基の割合が低すぎる場合には熱可塑性ポリウレタンの機械的強度および耐摩耗性が低下する傾向があり、高すぎる場合には、熱可塑性ポリウレタンの生産性、保存安定性が低下する傾向がある。

また、熱可塑性ポリウレタンは、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、架橋剤，充填剤，架橋促進剤，架橋助剤，軟化剤，粘着付与剤，老化防止剤，発泡剤，加工助剤，密着性付与剤，無機充填剤，有機フィラー，結晶核剤，耐熱安定剤，耐候安定剤，帯電防止剤，着色剤，滑剤，難燃剤，難燃助剤（酸化アンチモンなど），ブルーミング防止剤，離型剤，増粘剤，酸化防止剤，導電剤等の添加剤を含有してもよい。熱可塑性ポリウレタンの添加剤の含有割合は特に限定されないが、５０質量％以下、さらには２０質量％以下、とくには５質量％以下であることが好ましい。

上述のように連続溶融重合することにより得られた熱可塑性ポリウレタンは、例えば、ペレット化された後、押出成形法，射出成形法，カレンダー成形法などの各種の成形法によりシート状の成形体に成形される。とくには、Ｔダイを用いた押出成形によれば厚さの均一なシート状の成形体が得られる点から好ましい。

熱可塑性ポリウレタンの成形体の密度としては、１．０ｇ／ｃｍ^３以上、さらには１．１ｇ／ｃｍ^３以上、とくには、１．２ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。熱可塑性ポリウレタンの成形体の密度が低すぎる場合には、研磨層が柔らかくなってローカル平坦性が低下する傾向がある。また、熱可塑性ポリウレタンとしては無発泡の熱可塑性ポリウレタンが、発泡構造により光透過性が阻害されないために光透過性に優れた研磨層が得られる点からとくに好ましい。

研磨層は、上述したような熱可塑性ポリウレタンのシート状の成形体を切削，スライス，打ち抜き加工等により寸法、形状、厚さ等を調整することにより仕上げられる。研磨層の厚さは特に限定されないが、１．０〜２．５ｍｍ、さらには１．２〜２．２ｍｍ、とくには１．４〜２．０ｍｍであることが好ましい。

研磨層には、厚み方向に光が透過可能な領域も含めて被研磨材と接触する研磨面の全領域に、研削加工やレーザー加工により、同心円状のような所定のパターンで図１のＧで示したような溝や穴のような凹部が形成されることが好ましい。このような凹部は、研磨面に研磨スラリーを均一かつ充分に供給するとともに、スクラッチ発生の原因となる研磨屑の排出や、研磨パッドの吸着保持によるウエハの破損の防止に役立つ。溝および穴の配置パターンとしては、例えば、同心円状、格子状、螺旋状、放射状など、または、これらの複数を組み合わせたパターンが挙げられる。また、例えば同心円状に凹部を形成する場合、凹部間のピッチとしては３０ｍｍ以下、さらには１〜２０ｍｍ、とくには２〜１０ｍｍ程度であることが好ましい。また、凹部の幅としては、０．１〜５ｍｍ、さらには０．２〜３ｍｍ、とくには０．３〜１ｍｍ程度であることが好ましい。また、凹部の深さとしては、０．３〜２ｍｍ、さらには０．４〜１．８ｍｍ、とくには０．５〜１．５ｍｍ程度であることが好ましい。また、溝の断面形状としては、例えば、長方形，台形，三角形，半円形等の形状が目的に応じて適宜選択される。

本実施形態の研磨パッドは、光調整層が存在する部分は、例えば、次のような光学特性を有することが好ましい。第１の光学特性としては、波長３５０〜７００ｎｍの全範囲の光に対して、光調整層が存在する部分における光透過率が１２％以上、さらには１５％以上、とくには１７％以上であるような最大光透過率（Ｔ３）と、最小光透過率（Ｔ４）とを有し、最大光透過率（Ｔ３）と前記最小光透過率（Ｔ４）との差（Ｔ３−Ｔ４）が１０％以下、さらには７％以下、とくには５％以下であることが好ましい。なお、Ｔ３とＴ４は、一致する、すなわち、Ｔ３−Ｔ４は０％であってもよい。

また、第２の光学特性としては、波長３５０〜７００ｎｍの全範囲の光に対して、光調整層が存在する部分における光透過率が１５％以下、さらには１２％以下、とくには１０％以下である最小光透過率（Ｔ５）と、最大光透過率（Ｔ６）とを有し、最大光透過率（Ｔ６）と最小光透過率（Ｔ５）との差（Ｔ６−Ｔ５）が２０％以上、さらには２５％以上、とくには３０％以上であることが好ましい。

第１の光学特性と第２の光学特性は、研磨装置の構成や被研磨材の種類、求められる終点検出の精度などによって変わるが、通常は第１の光学特性がより好ましい。

以上説明したような本実施形態の研磨パッドは、ＣＭＰ研磨装置に具備される光学的手段によって研磨終点を検出する場合に、反射光強度の明確な変化を示すことにより終点検出の精度が向上する。また、製造ロット毎や研磨パッド毎に光透過率の波長依存性を修正することができる。

次に、図２を参照して、代表例として本実施形態の研磨パッド１１を用いたＣＭＰの一例について説明する。

本実施形態の研磨パッド１１を用いたＣＭＰに用いられる研磨装置２０は、図２に示すような研磨パッド１１を固定する円形の回転する定盤５と、ウエハ１０を吸着保持するトップリング６と、トップリング６を上下に揺動させながらウエハ１０を研磨パッド１１に圧接させるキャリア１７と、固定された研磨パッド１１の上面に研磨スラリーSを供給するためのスラリーノズル７と、を備える。研磨パッド１１は定盤５に粘着材層９を介して接着されている。研磨装置２０は、定盤５及びトップリング６の回転によりウエハ１０の被研磨面を研磨パッド１１の研磨面に圧し当てて研磨するように構成されている。また、研磨装置２０は図略のパッドコンディショナーを備える。さらに、定盤５の内部には研磨の終点を光学的手段によって検出するための光照射部８とその反射光の強度の変化を検出するための図略の光センサが設けられている。

研磨装置２０を用いたＣＭＰにおいては、はじめに、定盤５の表面に研磨パッド１１を粘着材層９を介して貼り合わせる。このとき、研磨パッド１１の光調整層４が存在する部分に光照射部８が照射する光が入射するように配置する。そして、定盤５を図略のモータにより矢印に示す方向に回転させ、回転する研磨パッド１１の表面に蒸留水を流しながら、例えば、ダイヤモンド粒子をニッケル電着等により担体表面に固定した図略のパッドコンディショナーを押し当てて、研磨パッド１１の表面のコンディショニングを行う。コンディショニングにより、研磨パッド表面を被研磨面の研磨に好適な表面粗さに調整する。次に、回転する研磨パッド１１の表面にスラリーノズル７から研磨スラリーｓを供給する。またＣＭＰを行うに際し、必要に応じ、研磨スラリーと共に、潤滑油、冷却剤などを併用してもよい。研磨スラリーとしては、例えば、水やオイル等の液状媒体；シリカ，アルミナ，酸化セリウム，酸化ジルコニウム，炭化ケイ素等の砥粒；過酸化水素水等の酸化剤；グリシン、ＥＤＴＡ等のキレート剤：塩基、酸等のｐＨ調整剤；界面活性剤、水溶性ポリマー等の分散剤等を含有しているＣＭＰに用いられる研磨スラリーであれば特に限定なく用いられる。

そして、研磨スラリーｓが満遍なく行き渡った研磨パッド１１の被研磨面にトップリング６に吸着保持されて回転するウエハ１０を圧し当てて、研磨面と被研磨材とを相対的に摺動させながら研磨を実施する。このとき、定盤５の内部の光照射部８から発光する光が、光調整層４及び研磨層１を透過してウエハ１０の被研磨面に到達し、その反射光が図略の光センサで検知される。光センサは、例えば、反射光強度の変化をモニタすることにより膜厚変化量を測定する。そして、研磨を続け、所定の膜厚変化量になるような反射光強度の変化を検出したときに、キャリア１７はトップリング６を上昇させて研磨を終了させる。このようにして研磨を行う。

このような本実施形態のＣＭＰは、各種半導体装置、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等の製造プロセスにおける研磨に好ましく用いられる。研磨対象の例としては、水晶、シリコン、ガラス、光学基板、電子回路基板、多層配線基板、ハードディスクなどが挙げられる。特に、被研磨材は、シリコンウエハや半導体ウエハであることが好ましい。半導体ウエハとしては、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、有機ポリマー等の絶縁膜；銅、アルミニウム、タングステン等の配線材金属膜；タンタル、チタン、窒化タンタル、窒化チタン等のバリアメタル膜などを表面に有するものが挙げられる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明の範囲はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

［実施例１］
数平均分子量８５０のポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ）、1,4-ブタンジオール（ＢＤ）、及び4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を、ＰＴＭＧ：ＢＤ：ＭＤＩ＝３２．５：１５．６：５１．９（質量比）となる割合で用い、且つそれらの合計供給量が３００ｇ／分になるようにして、同軸で回転する二軸押出機（３０ｍｍφ、Ｌ／Ｄ＝３６、シリンダー温度：７５〜２６０℃）に定量ポンプで連続的に供給して、連続溶融重合を行って熱可塑性ポリウレタンを製造した。生成した熱可塑性ポリウレタンの溶融物をストランド状に水中に連続的に押出した後、ペレタイザーでペレット状に細断し、得られたペレットを７０℃で２０時間除湿乾燥することにより、熱可塑性ポリウレタンを製造した。なお、原料配合比から算出したイソシアネート基由来の窒素原子含有量は５．８質量％であった。

そして、得られた熱可塑性ポリウレタンを次に単軸押出機（９０ｍｍφ）に仕込み、シリンダー温度２１５〜２２５℃、ダイス温度２２５℃にてリップ幅３．０ｍｍのＴ−ダイより速度４０ｃｍ／分で下向きに押出し、厚さ２．０ｍｍのシートを作製した。

このシートの表面を研削して厚さが１．５ｍｍで均一なシートを作製し、直径５１０ｍｍの円盤状に切り出した後、円盤状シートの研磨面となる片面に幅０．５ｍｍ、深さ０．８ｍｍ、ピッチ３．５ｍｍの同心円溝を形成した。次いで、研磨面と反対側の面（研磨層の裏面）の中心から１００ｍｍの部分に、長辺が直径方向に平行であり深さが０．４ｍｍの長方形（長辺５４ｍｍ、短辺１６ｍｍ）の掘り込み部を研削により形成した。次に、研磨層の研磨面とは反対側の面に、クッション層として厚さ１．２ｍｍのポリウレタンフォームを貼り付けた後、研磨層の裏面の掘り込み部に相当する領域のクッション層を切り抜いて開口を形成し、厚み方向に光が透過可能な領域を有する研磨パッドを製造した。

そして、得られた研磨パッドのクッション層の開口において、研磨層の裏面に実質的に光吸収性を有さない粘着材で光調整シートＡ１を接着して光調整層を形成した。光調整シートＡ１は、厚さ０．１ｍｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のシートを染料で染色して得られた樹脂シートであり、波長３５０〜７００ｎｍにおける最大の光透過率（Ｔ１）６５％を波長３５０ｎｍで示し、最小の光透過率（Ｔ２）３５％を５５０ｎｍで示した。従って、Ｔ１とＴ２の差は３０％であった。また、研磨パッドの光調整層の領域の光透過率は、最大値（Ｔ３）２０％を波長３５０ｎｍで示し、波長３５０〜７００ｎｍにおける最小の光透過率（Ｔ４）１５％を５５０ｎｍで示した。従って、Ｔ３とＴ４との差は５％であった。

そして、研磨パッドをアプライドマテリアルズ社製研磨装置「ＭＩＲＲＡ」に設置した。そして、旭ダイヤモンド工業（株）製ダイヤモンドドレッサー「ＣＭＰ−Ｍ」を用い、超純水を２００ｍＬ／分の流速で流しながらドレッサー回転数１２０ｒｐｍ、研磨パッド回転数５０ｒｐｍ、ドレッサー荷重５．０ｌｂｆにて３０分間、研磨パッドの表面をコンディショニングした。次に、研磨パッドの回転数８０ｒｐｍ、ウエハ回転数７０ｒｐｍ、研磨圧力２０ｋＰａの条件において、研磨スラリー（（株）フジミインコーポレーテッド製「ＰＬ−７１０５」、超純水、過酸化水素水（濃度３１質量％）を１：２：０．０９の質量比で混合したもの）を２００ｍＬ／分の流速で流しながら、ＳＥＭＡＴＥＣＨ８５４パターンウエハを１３０秒間研磨した。この研磨において、銅膜が除去されてバリアメタル膜が露出した時のレーザー光の反射率が１０％以上変化した場合を終点検出が可能であると評価した。パターンウエハを研磨した結果、表面の銅膜が除去された段階で検出レーザー強度の明確な変化が認められ、光による研磨終点の検出が可能であった。また、表面の銅膜が除去されるまでに要した時間は８５秒であった結果を表１に示す。

［実施例２］
実施例１において、光調整シートＡ１の代わりに光調整シートＡ２を用いた以外は同様にして研磨パッドを得、評価した。なお、光調整シートＡ２は、厚さ０．１ｍｍのＰＥＴのシートを染料で染色して得られた樹脂シートであり、波長３５０〜７００ｎｍにおける最大の光透過率（Ｔ１）８０％を波長６５０ｎｍで示し、最小の光透過率（Ｔ２）３０％を３５０ｎｍで示した。従って、Ｔ１とＴ２との差は５０％であった。また、研磨パッドの光調整層の領域の光透過率は、波長３５０〜７００ｎｍにおける最大値（Ｔ６）３５％を波長６５０ｎｍで示し、最小の光透過率（Ｔ５）１０％を３５０ｎｍで示した。従って、Ｔ６とＴ５との差は２５％であった。この研磨パッドを研磨装置に装着し、パターンウエハを研磨した結果、表面の銅膜が除去された段階で検出レーザー強度の明確な変化が認められ、光による研磨終点の検出が可能であった。また、表面の銅膜が除去されるまでに要した時間は８５秒であった。

［実施例３］
実施例１において、研磨層の研磨面と反対側の面（研磨層の裏面）の中心から１００ｍｍの部分に、深さが０．４ｍｍの長方形の掘り込み部を研削した代わりに、深さを０．０５ｍｍとした掘り込み部を形成した以外は同様にして研磨パッドを製造し、評価した。研磨パッドの光調整層の領域の光透過率は、最大値（Ｔ３）１５％を波長７００ｎｍで示し、波長３５０〜７００ｎｍにおける最小の光透過率（Ｔ４）１０％を５００ｎｍで示した。従って、Ｔ３とＴ４との差は５％であった。この研磨パッドを研磨装置に装着し、パターンウエハを研磨した結果、表面の銅膜が除去された段階で検出レーザー強度の明確な変化が認められ、光による研磨終点の検出が可能であった。また、表面の銅膜が除去されるまでに要した時間は８７秒であった。

［実施例４］
実施例３において、厚み方向に光が透過可能な領域において、研磨層表面に同心円溝を形成しないこと以外は実施例３と同様にして、厚み方向に光が透過可能な領域を有する研磨パッドを製造し、評価した。研磨パッドの光調整層の領域の光透過率は、最大値（Ｔ３）１８％を波長７００ｎｍで示し、波長３５０〜７００ｎｍにおける最小の光透過率（Ｔ４）１２％を５００ｎｍで示した。従って、Ｔ３とＴ４との差は６％であった。この研磨パッドを研磨装置に装着し、パターンウエハを研磨した結果、表面の銅膜が除去された段階で検出レーザー強度の明確な変化が認められ、光による研磨終点の検出が可能であった。また、表面の銅膜が除去されるまでに要した時間は９５秒であった。

［比較例１］
実施例１において、光調整シートＡ１の代わりに光調整シートＡ３を用いた以外は同様にして研磨パッドを得、評価した。なお、光調整シートＡ３は、厚さ０．１ｍｍのＰＥＴのシートを染料で染色して得られた樹脂シートであり、最大の光透過率（Ｔ１）３５％を波長６００ｎｍで示し、波長３５０〜７００ｎｍにおける最小の光透過率（Ｔ２）５％を
４００ｎｍで示した。従って、Ｔ１とＴ２との差は３０％であった。また、研磨パッドの光調整層の領域の光透過率は、最大値（Ｔ３）１１％を波長６００ｎｍで示し、波長３５０〜７００ｎｍにおける最小の光透過率（Ｔ４）１％を４００ｎｍで示した。従って、Ｔ３とＴ４との差は１０％であった。研磨パッドを研磨装置に装着し、パターンウエハを研磨した結果、表面の銅膜が除去された段階での検出レーザー強度の変化が小さく、光による研磨終点の検出ができなかった。

［比較例２］
実施例３において、光調整シートＡ１の代わりに光調整シートＡ４を用いた以外は同様にして研磨パッドを得、評価した。なお、光調整シートＡ４は、厚さ０．１ｍｍのＰＥＴのシートを染料で染色して得られた樹脂シートであり、最大の光透過率（Ｔ１）４０％を波長４５０ｎｍで示し、波長３５０〜７００ｎｍにおける最小の光透過率（Ｔ２）３０％を７００ｎｍで示した。従って、Ｔ１とＴ２との差は１０％であった。また、研磨パッドの光調整層の領域の光透過率は、最大値（Ｔ３）１０％を波長５００ｎｍで示し、波長３５０〜７００ｎｍにおける最小の光透過率（Ｔ４）３％を３５０ｎｍで示した。従って、Ｔ３とＴ４との差は７％であった。研磨パッドを研磨装置に装着し、パターンウエハを研磨した結果、表面の銅膜が除去された段階での検出レーザー強度の変化が小さく、光による研磨終点の検出ができなかった。

１ 研磨層
２ クッション層
３ 粘着材層
４ 光調整層
４a 光調整シート
４ｂ 粘着材層
５ 定盤
６ トップリング（ホルダ）
７ スラリーノズル
８ 光照射部
１０ ウエハ
１１，２１ 研磨パッド
１７ キャリア
２０ 研磨装置

本発明の研磨パッドを用いれば、研磨中における被研磨材の検査や研磨終点測定を光学的手段により精度良く行うことができる。このような研磨パッドは、例えば半導体デバイス製造時におけるシリコンウエハや半導体ウエハの化学的機械的研磨などに有用である。

Claims (9)

1. 研磨面を主面とする研磨層と、前記研磨層の裏面に積層されたクッション層とを備え、
   前記研磨層は厚み方向に光を透過させる光透過性領域を少なくとも一部分に有し、
   前記クッション層は、前記光透過性領域に対応する部分に開口を有し、
   前記研磨層の前記裏面の前記開口に対応する領域を覆う光調整層をさらに備え、
   前記光調整層は、波長３５０〜７００ｎｍの範囲における何れかの波長に、光透過率５０％以上であって最大になる最大光透過率（Ｔ１）と、光透過率が最小になる最小光透過率（Ｔ２）とを有し、前記最大光透過率（Ｔ１）と前記最小光透過率（Ｔ２）との差（Ｔ１−Ｔ２）が２０％以上であることを特徴とする研磨パッド。
2. 前記光調整層は、着色材を含有する樹脂シートである光調整シートを含む請求項１に記載の研磨パッド。
3. 前記研磨層は、前記研磨面の全領域において波長３５０〜７００ｎｍの全範囲における光透過率が１０％以上である請求項１または２に記載の研磨パッド。
4. 前記研磨層は、均質な熱可塑性ポリウレタンの成形体からなる請求項１〜３の何れか１項に記載の研磨パッド。
5. 前記光調整層は、前記研磨層の裏面の掘り込み部に配設されている請求項１〜４の何れか１項に記載の研磨パッド。
6. 波長３５０〜７００ｎｍの全範囲の光に対して、前記光調整層が存在する部分における光透過率が１２％以上である最大光透過率（Ｔ３）と、最小光透過率（Ｔ４）とを有し、前記最大光透過率（Ｔ３）と前記最小光透過率（Ｔ４）との差（Ｔ３−Ｔ４）が１０％以下である請求項１〜５の何れか１項に記載の研磨パッド。
7. 波長３５０〜７００ｎｍの全範囲の光に対して、前記光調整層が存在する部分における光透過率が１５％以下である最小光透過率（Ｔ５）と、最大光透過率（Ｔ６）とを有し、前記最大光透過率（Ｔ６）と前記最小光透過率（Ｔ５）との差（Ｔ６−Ｔ５）が２０％以上である請求項１〜５の何れか１項に記載の研磨パッド。
8. 前記研磨面の全領域に、複数の凹部が３０ｍｍ以下のピッチで存在する請求項１〜７の何れか１項に記載の研磨パッド。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載の研磨パッドを研磨装置の定盤に固定する工程と、
   前記研磨パッドの前記研磨面に対面するように被研磨材を研磨装置のホルダに保持させる工程と、
   前記研磨パッドと前記被研磨材との間に研磨スラリーを供給しながら、前記研磨面と前記被研磨材とを相対的に摺動させることにより前記被研磨材を研磨する工程と、を備え、
   前記光調整層が存在する部分に光を透過させて前記被研磨材の表面で光を反射させ、その反射光の強度の変化を検出することにより研磨終点を検出することを特徴とする研磨方法。

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