JPH1177517A

JPH1177517A - 研磨部材及び研磨装置

Info

Publication number: JPH1177517A
Application number: JP25147597A
Authority: JP
Inventors: Takashi Arai; 孝史新井; Shiro Maruguchi; 士郎丸口; Tomonori Nishino; 友規西野; Koju Handa; 幸樹半田; Akira Miyaji; 章宮地
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 1999-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨速度を向上させて研磨加工の工程を短縮で
き、更に研磨部材の摩耗を均一にし、その使用寿命を延
ばすことのできる研磨部材を提供する。また、半導体平
坦化技術における光学的終点検出法において、研磨部材
上に存在する研磨剤による散乱等による透過率の低下に
起因する光学情報の損失の問題点を解決し、良好な研磨
状態を維持しつつ研磨終点検出の可能な研磨部材を提供
する。【解決手段】この研磨部材は、モールドされた高分子樹
脂から実質的に中実に構成され、その研磨面１１ａに溝
構造１１ｂを備える。また、溝のピッチを、０．３ｍｍ
〜２ｍｍの範囲とし、また、研磨面の位置に応じて変化
させている。また、溝構造を有する研磨部材において研
磨面に露出するように平坦な光透過性領域を部分的に設
け、この光透過性領域が研磨面の平面と同一高さの平面
を構成するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス等
の研磨加工に用いて好適な研磨部材及び研磨装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造において微細加工
の線幅が細くなるに従って、光リソグラフィの光源の波
長は短くなり、開口数（ＮＡ）も大きくなってきてい
る。また、半導体デバイスの製造プロセスも工程が増加
し、複雑となってきている。このため、半導体デバイス
の表面状態は必ずしも平坦ではない。表面における段差
の存在は、配線の段切れ、局所的な抵抗値の増大などを
招き、断線や電流容量の低下等をもたらし、また、絶縁
膜では耐圧劣化やリークの発生にもつながる。また、こ
うした段差の存在は、半導体露光装置の焦点深度が実質
的に浅くなってきていることを示している。言い換える
と、歩留まりと信頼性の向上と高解像化のために焦点深
度のマージンが減少する結果、デバイスの平坦化が必要
になってきている。

【０００３】このような半導体表面を平坦化する方法と
して、化学的機械的研磨（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈ
ａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇまたはＣｈｅｍｉ
ｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｌａｎａｒｉｚａｔ
ｉｏｎ）（以下、「ＣＭＰ」と呼ぶ。）技術が有望な方
法と考えられている。従来の研磨は、シリコンウェハの
鏡面研磨法を基に発展してきている。従来のＣＭＰ研磨
について、図９により説明する。研磨定盤２の上に研磨
パッドあるいはポリシャ（研磨布（１層又は２層））
（以下、「研磨パッド」と称す）１を貼り付け、図９
（ａ）に示すように、研磨剤ノズル７から研磨剤（スラ
リー）８を研磨パッド１上に滴下しながら、加圧機構４
１によりシリコンウェハ１０を研磨ヘッド３でｄ方向か
ら研磨パッド１に対し加圧して押さえ付け、研磨部材回
転駆動モータ４２により研磨定盤２をａ方向に回転させ
る。同時に、被研磨材回転駆動モータ４３によりウェハ
１０自体をｃ方向に回転させるとともに、揺動機構４４
によりｂ方向に揺動させて、図９（ｂ）に示すように、
研磨パッド１の直径方向に往復移動させる。このように
して、ウェハ１０の表面を研磨する。研磨パッドとして
は、下部が不織布、上部が微細孔の発泡ポリウレタンよ
りなる２層構造のフェルト状シートが多く用いられてき
た。

【０００４】上述のような半導体平坦化技術のＣＭＰ研
磨法において、研磨加工の工程の短縮のために研磨速度
を向上させるという課題がある。更に、ウェハを連続研
磨する場合、徐々に研磨パッドの状態が変化するが、そ
の研磨面の摩耗量が、研磨パッド全体にわたって必ずし
も均一に消耗されるわけではない。このように研磨面が
不均一になった場合には、ウェハの被研磨面の研磨も均
一にはなされず、結果として研磨パッドを交換するに至
り、その結果、研磨パッドの寿命が短くなり、製造コス
トの上昇につながる。

【０００５】また、上述のような平坦化プロセスにおい
て、研磨の終了を検出することは、特に金属層における
抵抗値の管理上、極めて重要なことである。従来はダミ
ーウェハを先行させて、条件を探り、時間管理を行って
いたが、研磨されるウェハの枚数が多くなると研磨パッ
ドの状態が変化し、研磨条件が一定ではなく、条件の再
設定が必要となり、研磨加工の工程に時間がかかる結果
となっていた。その他、研磨ヘッド側に加速度センサ等
の機械式センサを取り付け、加速度の変化を検知した
り、トルクセンサをつけて回転トルクの変化を検知した
りする方法も提案されている。最近では、光学的終点検
出方法が幾つか提案されている。その内、近赤外線を用
いて、ウェハヘッド側からウェハ表面を観察する方法も
あるが、多層配線を行うと、観察可能な領域が少なくな
り、ウェハの最表面の状態を検査するには、プロセスの
初期にのみ限られると言う問題があった。

【０００６】このため、プラテン側、即ち研磨パッド側
からの光学的終点検出も幾つか提案されている。図１０
に光学的に終点検出の可能な従来の研磨パッドの例を示
す。従来の研磨パッドでは、研磨パッドの一部に設けら
れた透明部分６を通してウェハ１０の被研磨面１０ａを
光学的に観察すると、透明部分６の３角錐で囲まれた溝
部６ａにスラリー１３が溜まり、終点検出系５への光量
を減らしていた。通常、溝の深さは１００μｍ以上ある
ため、光学的損失が０．０３／μｍ程度である場合、透
過率は２〜３％程度に低下してしまう。このように、ウ
ェハの被研磨面１０ａと研磨パッド１との間に研磨剤
（スラリー）が介在し、光の透過率が低下し、ウェハ表
面の情報を正確にとらえられず、研磨の終点検出が正確
にできないと言う問題があった。更に従来の研磨パッド
側からのウエハ表面の光学式終点検出では、図示してい
ないが、研磨パッドの観察部を切り落とし、定盤に貼り
付けている例もあるが、研磨パッドの厚さが通常１ｍｍ
以上の厚さを持つことから、上記例よりも更に投下率の
低下をもたらす問題があった。別の例として、定盤１に
６に相当する透明部分を切り取った物もあるが、スラリ
ーが６の切取り部分を通して研磨機の下の部分に落ち、
観察系を汚す問題や、定盤に空白部分が出来ることによ
る、研磨回転の不安定化につながる問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、研磨速度を
向上させて研磨加工の工程を短縮でき、更に研磨部材の
摩耗を均一にし、その使用寿命を延ばすことのできる研
磨部材及び研磨装置を提供することを目的とする。

【０００８】また、本発明は、半導体平坦化技術におけ
る研磨の光学的終点検出において、研磨部材上に存在す
る研磨剤による散乱等による透過率の低下に起因する光
学情報の損失の問題点を解決し、良好な研磨状態を維持
しつつ研磨の終点検出の可能な研磨部材及び研磨装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明の研磨部材は、モールドされた高分子樹脂か
ら実質的に中実に構成され、その研磨面に溝構造を備え
ることを特徴とする。

【００１０】本発明によれば、高分子樹脂からほぼ中実
に構成され、高分子樹脂の実質以外の空間はほぼ存在し
ない研磨部材の研磨面に溝構造を設けらているため、実
際の研磨において研磨部材の研磨面上にスラリー状の研
磨剤を適用したときに、溝に沿って研磨剤が流れるた
め、研磨剤の流れを促し、研磨速度を上げることができ
る。なお、溝構造は、例えば切削または金型によるレプ
リカ法により研磨面上に形成することができる。

【００１１】また、前記高分子樹脂は、エポキシ樹脂、
フルオロカーボン樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素系樹
脂、スチレン・アクリルニトリル共重合体、アクリルブ
タジエンスチレン共重合体、ポリエステル樹脂、アクリ
ル、ポリエチレン樹脂または塩化ビニル樹脂から選択す
ることができる。

【００１２】また、前記研磨面の硬度の調整のための硬
度調整材を前記高分子樹脂中に混入することにより、適
度な硬度を得ることができ、被研磨材に適した硬度を有
する研磨面を構成することができ、好ましい。硬度調整
材としては、例えば、炭素、ナイロン、シリカ等があ
る。

【００１３】また、前記溝構造における溝のピッチは、
０．３ｍｍから２ｍｍの範囲内にあることが好ましい。
溝のピッチがこの範囲内であると、研磨部材の研磨速度
を制御できるので、目的の研磨速度に応じて溝のピッチ
を決めることができ、実用的な研磨速度を得ることがで
きる。

【００１４】また、前記溝構造における溝のピッチは、
研磨面の位置に応じて変化するように構成できる。

【００１５】かかる構成によれば、研磨部材が被研磨材
よりも径が大きく、被研磨材が研磨部材上を揺動しなが
ら研磨される場合、その研磨部材上の位置により研磨速
度が変化することから、その位置に応じて溝のピッチを
変えて研磨速度を変えることにより、実際の研磨におい
て研磨速度をその位置によらずに一定にできる。従っ
て、研磨部材の摩耗を均一化でき、研磨部材の寿命を延
ばすことができる。

【００１６】また、上述の研磨部材において前記溝構造
を有する研磨面に露出するように平坦な光透過性領域を
部分的に設け、この光透過性領域が前記研磨面の平面と
同一高さの平面を構成することができる。

【００１７】かかる構成によれば、研磨部材による被研
磨材の研磨中においてその研磨の終点を光学的に検出す
るために研磨部材の一部に光透過性領域を設けた場合、
光透過性領域の平面と被研磨材の被研磨面との間にスラ
リー状の研磨剤が介在することがなく、被研磨面からの
研磨情報が光学的に減衰しないから、研磨の光学的終点
検出を正確に行うことができ、研磨加工の工程を時間的
に効率よく行うことができる。

【００１８】なお、光透過性領域は、研磨部材に部分的
に複数設けてもよい。また、研磨部材と光透過性領域を
同じ材料から構成すると、両者の摩耗量が同程度になり
好ましいが、両者が異なる材料であってもよく、この場
合、光透過性領域は例えば石英ガラスやアクリル樹脂か
ら構成できる。

【００１９】また、上述のように研磨部材に光透過性領
域を設ける場合、前記光透過性領域には前記硬度調整材
を混入しないようにできる。この場合、研磨部材に硬度
調整材を加えることが硬度調整の点から好ましいが、光
透過性領域には光透過性を損なわせない観点から硬度調
整材を加えないことが好ましい。

【００２０】また、前記光透過性領域の占める面積（光
透過性領域を複数設けた場合には光透過性領域の総面
積）は、前記研磨面の面積の２０％以下であることが好
ましい。平坦で溝構造を有しない光透過性領域の面積が
２０％を越えると、充分な研磨が行われず、また研磨部
材上に適用したスラリー状の研磨剤の流れがスムーズに
行われないことから、光透過性領域の総面積は２０％以
下がよく、また、好ましくは１０％以下、更に好ましく
は５％以下である。

【００２１】また、本発明の研磨装置は、上述の溝構造
を有し、回転しながら被研磨材を平坦に研磨する研磨部
材と、前記研磨部材を回転駆動する第１の回転駆動部
と、前記研磨部材上において前記被研磨材を前記研磨部
材の直径方向に往復するよう揺動運動させる揺動機構
と、前記研磨部材上の前記被研磨材自体を回転させる第
２の回転駆動部と、前記被研磨材を前記研磨部材に押し
付ける加圧機構と、前記研磨部材上に研磨剤を供給する
研磨剤供給部と、を具備することを特徴とする。

【００２２】かかる研磨装置によれば、研磨部材を回転
させ被研磨材自体をも回転させるとともに被研磨材を研
磨部材上で揺動させながら、上述のように研磨部材の溝
構造により研磨剤の流れを促し、研磨速度を上げること
ができるため、効率よく研磨加工を行うことができる。

【００２３】なお、上述のように、研磨部材が被研磨材
よりも径が大きく、被研磨材が研磨部材上を揺動しなが
ら研磨される場合、その研磨部材上の位置により研磨速
度が変化するが、例えば研磨部材の中心部近傍において
研磨速度が大きく外周部に向けて研磨速度が小さくなる
場合には、溝のピッチを回転中心近傍において荒くして
研磨速度を下げ、外周近傍において細かくして研磨速度
を上げるようにした溝構造を研磨部材に備えさせること
により、研磨部材全体として研磨速度をその位置によら
ずに一定にでき、研磨部材の摩耗を均一化でき、研磨部
材の寿命を延ばすことができる。このため、研磨装置自
体のランニングコストの低減を図ることができる。

【００２４】また、本発明の別の研磨装置は、回転しな
がら被研磨材を平坦に研磨し上述の溝構造を有する研磨
部材であって、前記研磨面に露出するように平坦な光透
過性領域を部分的に設け、この光透過性領域が前記研磨
面の平面と同一高さの平面を構成する研磨部材と、前記
研磨部材を回転駆動する第１の回転駆動部と、前記研磨
部材上において前記被研磨材を前記研磨部材の直径方向
に往復するよう揺動運動させる揺動機構と、前記研磨部
材上の前記被研磨材自体を回転させる第２の回転駆動部
と、前記被研磨材を前記研磨部材に押し付ける加圧機構
と、前記研磨部材上に研磨剤を供給する研磨剤供給部
と、前記光透過性領域及び前記研磨部材を介して前記被
研磨材の被研磨面の状態を検出するように前記第１の回
転駆動部の近傍に配置された検出器とを具備することを
特徴とする。

【００２５】かかる研磨装置によれば、上述のように、
光透過性領域の平面と被研磨材の被研磨面との間にスラ
リー状の研磨剤が介在することがなく、被研磨面からの
研磨情報が光学的に減衰しないから、研磨の光学的終点
検出を正確に短時間で行うことができ、研磨加工の工程
を時間的に効率よく行うことができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態に
ついて図面を用いて説明する。〈第１の実施の形態〉図１は本発明の第１の実施の形態
による研磨部材（以下、「研磨パッド」という。）の断
面図である。図１の研磨パッドの断面構造に示すよう
に、研磨パッドは、モールドされた高分子樹脂からなる
高分子樹脂層１１と、この高分子樹脂層１１が形成され
るアルミナ等のセラミックス基板１２とを備える。高分
子樹脂層１１は、高分子樹脂の実質以外に空間は存在し
ない中実に構成される。

【００２７】高分子樹脂層１１の研磨面１１ａには、図
１に示すように溝１１ｂが形成されている。このような
溝構造は、３次元的にみれば３角錐、４角錐、円錐の柱
あるいはディスクの溝のようなＶ溝、Ｕ溝、台形溝が並
ぶように構成できる。溝の形成は、ダイアモンド砥粒で
表面を切削することにより行うことができる。

【００２８】図１において、研磨パッドの研磨面１１ａ
上に研磨剤１３を適用して溝１１ｂ内に研磨剤１３を介
在させて研磨対象のウェハ（被研磨材）１０の被研磨面
１０ａを研磨する。研磨剤（スラリー）１３としては、
例えばアルカリ液の中にシリカ、酸化セリウム等を分散
させたり、酸性液にアルミナを分散させた懸濁液を用い
ることにより、ＣＭＰ研磨を行うことができる。このよ
うな研磨パッドの研磨面上に形成された溝構造により、
スラリーの流れを促し、研磨速度を上げることができ
る。なお、研磨パッドは、被研磨材のウェハ１０よりも
その径が大きく構成され、図９に示すものと同様の研磨
装置において用いることができる。

【００２９】以上のような本実施の形態によれば、モー
ルドされた高分子樹脂に溝構造を有する研磨パッドにお
いて、研磨パッドの研磨速度（研磨量）を溝ピッチによ
り制御が可能となる。

【００３０】研磨面１１ａ上の溝１１ｂを形成する他の
方法を図２に示す。図２（ａ）のように、高分子樹脂層
１１のモールド時において、成型のために予め必要とす
る形状１５ａを形成しフッ素樹脂をコートした金型１５
によりレプリカを作成する。金型１５を用いたレプリカ
法により、図２（ｂ）のように、金型１５の形状１５ａ
に対応した形状を持つ溝１１ｂを研磨パッドの研磨面１
１ａ上に形成することができる。なお、高分子樹脂の材
質はエポキシ樹脂、フルオロカーボン樹脂、あるいはポ
リウレタン樹脂をベースにし、これに硬度等の調整のた
め、カーボン、ナイロン、シリカ等を分散させたもので
ある。

【００３１】図３に、図１に示した溝構造における溝の
細かさが研磨速度に及ぼす影響について実験した結果を
示す。被研磨材としては熱酸化によるシリコンウェハの
ＳｉＯ２膜であり、スラリーとしてはＣａｂｏｔ社のＳ
Ｓ１２を使用し、ＣＭＰ研磨を行った。図３において、
横軸には溝ピッチの逆数（１／ピッチ）を、縦軸には研
磨速度をとり、溝ピッチの単位はｍｍで研磨速度は任意
単位である。なお、横軸には溝ピッチ（ｍｍ）の目盛も
示す。

【００３２】研磨速度は、Ｐｒｅｓｔｏｎの式で表され
るように、被研磨材への加圧と、プラテン（研磨定盤）
の回転数と、被研磨材とプラテンの相対速度との積に依
存するが、図３からわかるように、溝ピッチが細かくな
るにつれて研磨速度が増大し、ピッチが約０．３ｍｍ以
下の細かさになると研磨速度はほぼ飽和する。このこと
は、０．３ｍｍ以上の溝ピッチでは、溝ピッチが研磨速
度に影響を与えることを意味し、０．３ｍｍ以下の溝ピ
ッチの領域では、構造そのものより、スラリーの流れ方
等が影響して、ピッチによる効果が相殺されているもの
と思われる。言い換えると、図３の実験データから、Ｃ
ＭＰ研磨工程において０．３ｍｍ以上の溝ピッチの範囲
では研磨速度を制御できるということになる。また、溝
ピッチが大きくなるにしたがって研磨に作用する接触面
積が小さくなるので、研磨レートをある範囲で維持しよ
うとすると、スラリー流量を増加させなければならない
という点から、溝ピッチは２ｍｍ以下であることが好ま
しい。〈第２の実施の形態〉第２の実施の形態における研磨パ
ッドは、図１と同様のものであるが、溝ピッチを研磨面
の位置に応じて変化させている。最初に、溝ピッチを一
定にした場合の問題点について図４により説明する。

【００３３】図４は研磨パッドの消耗量の一例を示し、
横軸はプラテンの中心からの半径方向の距離（ｍｍ）を
示し、縦軸は研磨パッドの研磨速度（任意単位）を示し
ている。研磨装置は図９と同様のものを用い、研磨条件
としては、研磨パッド（プラテン）及び研磨ヘッド（被
研磨材即ちウェハ）を同一方向の同一回転数で回転さ
せ、研磨ヘッドを研磨パッドの直径方向に揺動させるこ
とにより、ＣＭＰ研磨を行った。研磨開始前は全て同じ
表面状態であった。回転と揺動を繰り返すと揺動のモー
ドによるが、図４に示すように、中心部ではウェハの当
たりの回数が多く、研磨パッドの研磨量が増大する。こ
れに伴い研磨パッドも同様に磨り減ってくることを示し
ている。この様に磨り減ってきた研磨パッド表面上でウ
ェハを研磨すると、面が一定ではないために、均一研磨
が困難になってくる。これを避けるためには、例えば、
研磨パッドの下方から、即ちプラテン側から、局所的に
力を加え、均一面を確保する方法が考えられるが、面の
減り方をモニターしそれをフィードバックするシステム
が必要となる。いわゆるアダプティブフォースのシステ
ムである。

【００３４】本実施の形態は、このような複雑なシステ
ムを使用せずに、出来るだけ長く研磨パッドの表面の状
態を均一に維持するようにしたものである。即ち、図５
に示すように、研磨パッド上の溝ピッチを中心部から外
周部に向けて細かくなるよう変化させている。

【００３５】図５は、本実施の形態の高分子樹脂モール
ドタイプの研磨パッドの断面を模式的に示す断面図であ
る。セラミックス基板２０の上に高分子樹脂層２１をモ
ールドさせ、その表面に溝２２を不等間隔に形成し、研
磨面２２ａを構成している。溝のピッチは、図３に基づ
いて０．３〜１．０ｍｍの範囲で、研磨パッドの中央か
ら外周に向けて徐々に細かくしている。この研磨パッド
は、被研磨材のウェハ１０よりもその径が大きく構成さ
れ、図９に示すものと同様の研磨装置において用いるこ
とができる。

【００３６】本実施の形態の研磨パッドによれば、研磨
パッドの外周近くになるに従いピッチが細かくなるた
め、図３から理解されるように、実際のＣＭＰ研磨にお
いて研磨パッドの外周近くにおいて研磨速度が上がり、
結果として図４に示すような研磨パッドの表面の摩耗が
抑制されることとなる。これにより、研磨パッドの寿命
が延び、研磨パッドの使用が長期にわたって可能とな
る。

【００３７】図６に、研磨パッドの溝ピッチを図５とは
別に変化させた場合において、研磨パッドの摩耗速度と
研磨パッドの中心からの距離との関係から研磨パッドの
摩耗量分布を示す。この場合、図６のａの領域までは
１．０ｍｍピッチの均一の溝構造であり、ｂの領域では
０．４〜１ｍｍの範囲で外周に向けて徐々にピッチを細
かくしている。これにより、上述と同様に、研磨パッド
の研磨面を均一に摩耗させることができ、研磨パッドの
寿命を延ばすことができる。

【００３８】なお、研磨パッドの消耗の仕方は研磨パッ
ドの揺動のさせ方等にも依存するため、溝構造における
不等間隔のピッチ構造はこれらの要因をも加味して決定
される。

【００３９】また、本実施の形態では、モールドされた
高分子樹脂の溝構造に対して有効であるが、同様な考え
が従来の不織布の目立て（「ドレッシング」あるいは
「コンディショニング」と呼ばれる。）の場合にも適用
することができる。即ち、ドレッシングを行う密度を中
央部では荒く、外周部では細かく行うことにより、研磨
パッド面を均一に消耗させることが可能となる。

【００４０】以上のように本実施の形態によれば、モー
ルドされた高分子樹脂に溝構造を有する研磨パッドにお
いて、溝を不均一に入れることにより、研磨均一性の制
御が可能となるばかりでなく、研磨パッドの外周部にお
ける研磨パッドの消耗を内周部と同様にすることが可能
となり、長期にわたって、同一条件でのウェハの均一研
磨が可能となるとともに、研磨パッドの寿命が延び、Ｃ
ＭＰ研磨工程におけるランニングコストの低減を図るこ
とができる。〈第３の実施の形態〉第３の実施の形態における研磨パ
ッドは、図１と同様のものであるが、研磨中に被研磨材
であるウェハの研磨終了を光学的に検出するための光透
過性領域を研磨パッドに設けたものである。

【００４１】図７は、本実施の形態による研磨パッドの
断面構造を示す。この研磨パッドは、モールドされた高
分子樹脂からなる高分子樹脂層３１と、この高分子樹脂
層３１が形成されるアルミナ等のセラミックス基板３２
とを備える。高分子樹脂層３１は、高分子樹脂の実質以
外に空間は存在しない中実に構成される。研磨パッドに
は、平坦な光透過性領域３３が部分的に設けられ、この
光透過性領域３３の平面３３ａは、溝３１ｂの形成され
た研磨面３１ａに露出するとともに、研磨面３１ａと同
一高さの平面を構成している。このため、研磨時におい
て、ウェハ１０の被研磨面１０ａは、溝３１ｂの頂点か
ら構成される研磨面３１ａ及び光透過性領域３３の平面
３３ａに対して密着するように位置することになる。

【００４２】高分子樹脂層３１の研磨面３１ａには、図
７に示すように溝３１ｂが形成されている。このような
溝構造は、３次元的にみれば３角錐、４角錐、円錐の柱
あるいはディスクの溝のようなＶ溝、Ｕ溝、台形溝が並
ぶように構成できる。溝の形成は、ダイアモンド砥粒で
表面を切削することにより行うことができる。なお、溝
は、図２のように、金型によるレプリカ法によっても形
成できる。

【００４３】高分子樹脂層３１には、研磨パッドの硬度
等の調整のため、例えばカーボン、ナイロン、シリカ等
を分散させている。一方、光透過性領域３３は、モール
ドされた高分子樹脂から構成され、その材料は高分子樹
脂層３１と基本的に同一であるが、可視光に対して透明
であることが望ましいために、カーボン等の硬度調整材
は混在させていない。なお、高分子樹脂の材料は、エポ
キシ樹脂、ポリウレタン樹脂、またはフルオロカーボン
樹脂等を用いることができる。

【００４４】図７において、研磨パッドの研磨面３１ａ
上に研磨剤１３を適用して溝３１ｂ内に研磨剤１３を介
在させて研磨対象のウェハ（被研磨材）１０をＣＭＰ法
により研磨する。研磨剤（スラリー）１３としては、例
えばアルカリ液の中にシリカ、酸化セリウム等を分散さ
せたり、酸性液にアルミナを分散させた懸濁液を用いる
ことができる。

【００４５】なお、研磨パッドは、被研磨材のウェハ１
０よりもその径が大きく構成され、図９に示すものと同
様の研磨装置において用いることができる。また、図７
の破線で示すセラミックス基板３２には、光透過性領域
３３に対応して孔や透光性部材等からなる光通過部３２
ａが設けられている。

【００４６】研磨パッドの光透過性領域３３及び光通過
部３２ａの下方には、ウェハ１０の被研磨面１０ａの研
磨を光学的にその終点を検出するための検出器３５が配
置されている。この検出器３５の近傍に配置された光源
（図示省略）からウェハ１０の被研磨面１０ａに向けて
光を発し、検出器３５が被研磨面１０ａからの反射光、
干渉光等を検出することができる。これにより、被研磨
面１０ａの粗さ等の表面状態を検出することができる。
なお、図９の研磨定盤２において研磨パッドの光通過部
３２ａに対応して光通過部（図示省略）を設け、この研
磨定盤の下方に検出器３５を配置できる。また、光透過
性領域３３の材料は、検出に際し用いる光源の光の波長
に応じて適宜選択することができ、可視光、赤外光、紫
外光等の用いる光を透過させる材料を用いることができ
る。

【００４７】以上のような本実施の形態における研磨パ
ッドによれば、スラリーを溜める溝構造から、光学的終
点検出に必要な光透過性領域３３を除外し、被研磨材の
ウェハ１０の被研磨面１０ａと光透過性領域３３の平面
３３ａとの距離を１μｍ程度に保つことができ、被研磨
面１０ａと平面３３ａとの間にスラリーが介在しないた
め、光学的損失を３．５％程度に押さえることができ、
被研磨面１０ａからの反射光等の光量が減衰しない。従
って、検出器３５によりウェハ１０の被研磨面１０ａの
表面粗さ等の研磨情報を正確にとらえることができるた
め、研磨の終了を正確に検出することができる。このた
め、例えば金属層における抵抗値の管理を効率よく行う
ことができ、また、研磨の工程を短縮でき、更に製造工
程における時間管理が行い易く、ＣＭＰ研磨工程におけ
る製造コストの低減を図ることができる。

【００４８】図８は、図７に示した研磨パッドにおいて
光透過性領域３３を複数配置した例を示す平面図であ
る。図８に示すように、複数の光透過性領域３４，３
５，３６，３７，３８を研磨パッドの中心近傍から外周
に向けて互いが離間するように配置している。各光透過
性領域３４〜３８は、研磨パッドの研磨面３１ａと同一
高さの平面を構成している。このような複数の光透過性
領域３４〜３８の配置により、ウェハ１０の被研磨面１
０ａの半径方向の複数位置において被研磨面１０ａの研
磨状態を検出することが可能となり、半径方向の位置に
応じた表面の粗さを把握でき、また、離間して配置する
ことにより、スラリーの流れが阻害されない。

【００４９】また、光透過性領域の平坦部（図７の平面
３３ａ）が増えると、研磨に影響しない領域が増して充
分な研磨が行われず、更にスラリーの流れがスムーズに
行われないことから、実験的に研磨に影響せずかつ光学
検出として充分である平坦部の占める割合を実験的に検
討した結果、平坦部の一つのサイズが５０ｍｍｘ２０ｍ
ｍ以下であり、研磨パッド全体に占める平坦部の面積比
が２０％以下がよく、好ましくは１０％以下、更に好ま
しくは５％以下であることがわかった。

【００５０】以上のように本実施の形態によれば、モー
ルドされた高分子樹脂に溝構造を持つＣＭＰ研磨用研磨
パッドにおいて、その一部に光透過性領域を平坦に設け
ることにより、研磨パッドの研磨特性を低下させること
なく、光学的終点検出に対して感度を低下させることの
ない研磨パッドが得られる。

【００５１】

【発明の効果】本発明の溝構造を有する研磨部材及びか
かる研磨部材を備える研磨装置によれば、研磨速度を向
上させることができ、時間的に効率よく研磨加工を行う
ことができ、研磨加工の工程を短縮することができるか
ら、製造コストの低減を図ることができる。また、溝の
ピッチを適宜変えることにより、研磨速度を制御できる
ため実用的な研磨速度を得ることが可能となり、また、
研磨部材の摩耗を均一にし、研磨部材の使用寿命を延ば
すことの可能な研磨部材及び研磨装置を提供できる。

【００５２】また、本発明の光透過性領域を有する研磨
部材及びかかる研磨部材を備える研磨装置によれば、研
磨の光学的終点検出において、研磨部材上に存在する研
磨剤による散乱等による透過率の低下を防止でき、この
ため光学情報が損失せず、良好な研磨状態を維持しつ
つ、正確でかつ短時間の研磨終点検出が可能となる。こ
のため、研磨の終点検出に時間がかからず、研磨加工の
工程を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施の形態の研磨部材の縦
断面図である。

【図２】図１の研磨部材の製造工程（ａ）、（ｂ）を説
明するための図である。

【図３】図１の研磨部材において溝構造の溝の細かさが
研磨速度に及ぼす影響について実験した結果を示す図で
ある。

【図４】溝ピッチを一定にした場合、研磨パッドの摩耗
速度と研磨パッドの中心からの距離との関係から研磨パ
ッドの摩耗量分布を示す図である。

【図５】本発明による第２の実施の形態の研磨部材の縦
断面図である。

【図６】第２の実施の形態の変形例の効果を説明するた
めの図であり、研磨パッドの摩耗速度と研磨パッドの中
心からの距離との関係から研磨パッドの摩耗量分布を示
す図である。

【図７】本発明による第３の実施の形態の研磨部材の縦
断面図である。

【図８】図７の研磨部材において光透過性部材を複数配
置した例を示す平面図である。

【図９】従来のＣＭＰ研磨用研磨パッド及び研磨装置を
示す図であるとともに、第１〜第３の実施の形態におけ
る各研磨パッドを用いることのできる研磨装置の全体構
成を示す縦断面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。

【図１０】従来の研磨の光学的終点検出に用いられた研
磨パッドの縦断面図である。

【符号の説明】

１１、２１、３１高分子樹脂層１１ａ、２２ａ、３１ａ研磨面１１ｂ、２２、３１ｂ溝１０ウェハ（被研磨材）１０ａ被研磨面１２、２０、３２セラミックス基板１３スラリー１５金型３３〜３８光透過性領域３３ａ光透過性領域の平面３５検出器２研磨定盤３研磨ヘッド７研磨剤ノズル４１加圧機構４２研磨部材回転駆動モータ
（第１の回転駆動部）４３被研磨材回転駆動モータ
（第２の回転駆動部）４４揺動機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者半田幸樹東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内 (72)発明者宮地章東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モールドされた高分子樹脂から実質的に
中実に構成され、その研磨面に溝構造を備えることを特
徴とする研磨部材。
【請求項２】前記高分子樹脂は、エポキシ樹脂、フル
オロカーボン樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素系樹脂、
スチレン・アクリルニトリル共重合体、アクリルブタジ
エンスチレン共重合体、ポリエステル樹脂、アクリル、
ポリエチレン樹脂または塩化ビニル樹脂であることを特
徴とする請求項１記載の研磨部材。
【請求項３】前記研磨面の硬度の調整のための硬度調
整材を前記高分子樹脂中に混入したことを特徴とする請
求項１または２記載の研磨部材。
【請求項４】前記溝構造における溝のピッチは、０．
３ｍｍから２ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求
項１，２または３記載の研磨部材。
【請求項５】前記溝構造における溝のピッチは、前記
研磨面の位置に応じて変化していることを特徴とする請
求項１，２，３または４記載の研磨部材。
【請求項６】前記溝構造を有する研磨面に露出するよ
うに平坦な光透過性領域を部分的に設け、この光透過性
領域が前記研磨面の平面と同一高さの平面を構成するこ
とを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の研磨部材。
【請求項７】前記溝構造を有する研磨面に露出するよ
うに光透過性領域を部分的に設け、この光透過性領域が
前記研磨面の平面と同一高さの平面を構成するととも
に、前記光透過性領域には前記硬度調整材を混入してい
ないことを特徴とする請求項３記載の研磨部材。
【請求項８】前記光透過性領域の占める面積は、前記
研磨面の面積の２０％以下であることを特徴とする請求
項６または７記載の研磨部材。
【請求項９】回転しながら被研磨材を平坦に研磨する
請求項１〜５いずれか記載の研磨部材と、前記研磨部材を回転駆動する第１の回転駆動部と、前記研磨部材上において前記被研磨材を前記研磨部材の
直径方向に往復するよう揺動運動させる揺動機構と、前記研磨部材上の前記被研磨材自体を回転させる第２の
回転駆動部と、前記被研磨材を前記研磨部材に押し付ける加圧機構と、前記研磨部材上に研磨剤を供給する研磨剤供給部と、を
具備することを特徴とする研磨装置。
【請求項１０】回転しながら被研磨材を平坦に研磨す
る請求項６，７または８記載の研磨部材と、前記研磨部材を回転駆動する第１の回転駆動部と、前記研磨部材上において前記被研磨材を前記研磨部材の
直径方向に往復するよう揺動運動させる揺動機構と、前記研磨部材上の前記被研磨材自体を回転させる第２の
回転駆動部と、前記被研磨材を前記研磨部材に押し付ける加圧機構と、前記研磨部材上に研磨剤を供給する研磨剤供給部と、前記光透過性領域及び前記研磨部材を介して前記被研磨
材の被研磨面の状態を検出するように前記第１の回転駆
動部の近傍に配置された検出器と、を具備することを特
徴とする研磨装置。