(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスの製作に適したウエハ表面の改質に有用な作動液であって、該液体が、遊離研磨粒子を実質的に含まない初期構成成分の水溶液であって、該構成成分が、
ａ．水と、
ｂ．７を超えるｐＫａを少なくとも１つ示すｐＨ緩衝剤（該ｐＨ緩衝剤は塩基性ｐＨ調整剤及び多座酸性錯化剤を含み、前記多座酸性錯化剤が、Ｌ−プロリンを前記作動液の１重量％〜５重量％の量で含む）と、
ｃ．少なくとも４の親水性親油性比を示す非イオン性界面活性剤と、を含み、
７〜１２のｐＨを示す作動液。
【請求項２】
前記非イオン性界面活性剤が、線状一級アルコールエトキシレート、二級アルコールエトキシレート、分枝状二級アルコールエトキシレート、オクチルフェノールエトキシレート、アセチレン系一級アルコールエトキシレート、アセチレン系一級ジアルコールエトキシレート、アルカンジアルコール、ヒドロキシル末端処理エチレンオキシド−プロピレンオキシドランダム共重合体、フルオロ脂肪族高分子エステル、及びこれらの混合物から選択される、請求項１に記載の作動液。
【請求項３】
前記塩基性ｐＨ調整剤が、１０〜１１のｐＨを生じるのに十分な量で存在し、前記非イオン性界面活性剤がエトキシ化アルコールを前記作動液の０．０５重量％〜０．５重量％の量で含む、請求項１または２に記載の作動液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、半導体製作に適したウエハの露出面の改質方法に関し、特に、研磨物品を使用した、半導体製作に適した構造化ウエハの露出面の改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の製造中、半導体製作にて使用される半導体ウエハは、典型的には、成膜、パターニング、及びエッチング工程を含む多くの製造工程に付される。これら半導体ウエハ製造工程の詳細は、トンショフ（Tonshoff）ら著、「シリコンの砥粒加工（Abrasive Machining of Silicon）」（国際生産加工研究会議（International Institution for Production Engineering Research）の年報として刊行、６２１〜６３５ページ、第３９巻、第２号、１９９０年）にて報告されている。各製造工程において、ウエハを後続の製作又は製造工程に向けて準備するために、ウエハの露出面を改質又は改良することが、多くの場合必要であり又は望ましい。
【０００３】
例えば、成膜工程後、ウエハ表面上の堆積材料又は膜は一般に、追加の成膜又は後続の処理を行なう前に、更なる処理を必要とする。別の実施例では、エッチング工程後、多くの場合、ウエハのエッチングされた表面領域上の層内に、導電性材料又は絶縁材料のいずれか、あるいはその両方を堆積する必要がある。本プロセスの具体例は、金属ダマシンプロセスで使用されている。
【０００４】
ダマシンプロセスにおいては、パターンは、酸化物誘電層にエッチングされる。エッチング後、表面全体を覆うように任意の接着／バリア層を堆積し、次に、当該接着／バリア層上へあるいはその最上部へと金属を堆積させる。次に、表面上の堆積金属及び接着／バリア層領域を除去することによって、堆積金属層を改質、改良又は仕上げ処理する。通常は、十分な表面金属を除去して、ウエハの外側露出面が金属と酸化物誘電体材料を含むようにする。ウエハの露出面の平面図は、エッチングパターンに対応した金属及び当該金属に隣接した誘電体材料を備えたほぼ平坦な表面を示す。ウエハ改質表面上に配置された金属（単一又は複数）及び酸化物誘電体材料（単一又は複数）は、本来的に、異なった物理的性質（異なった硬度値など）を有する。ダマシンプロセスにより製造されたウエハを改質するために使用する研磨物品は、どちらか一方の材料表面に引っかき傷を付けることなく材料を同時に改質するように慎重に設計しなければならない。更に、研磨物品は、金属露出領域及び誘電体材料露出領域を有するほぼ平面のウエハ外側露出面を作製できなければならない。
【０００５】
ウエハ外側表面上に誘電体材料が露出するまで、堆積金属層を改質するこのようなプロセスによって、エラーマージンはほとんど残らないが、これはウエハ表面上に配置される金属構造がサブマイクロメートル寸法だからである。製造コストを最小化するために、堆積金属の除去速度は、高速でなければならないことは明らかである。更に、エッチングされなかった領域からの金属除去は、完全でなければならない。更に、エッチング領域に残存する金属は、領域又はゾーンを分離するために限定されなければならない。更に、適切な伝導性を確保するために、残存する金属は、領域又はゾーン内では連続していなければならない。要約すると、金属改質プロセスは均一で、コントロールされ、かつサブマイクロメートルスケールで再現可能でなければならない。
【０００６】
更に、半導体デバイスの素子分離法として、近時、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）プロセスが大きな注目を集めているが、これはシリコン基板上に窒化ケイ素層が形成され、エッチング又はフォトリソグラフィによってシャロートレンチが形成され、かつトレンチを充填するために誘電体層が堆積されるものである。この様にして形成された、トレンチ深さ又はラインが変動するために、通常は、基板最上部に過剰な誘電体材料を堆積させて、全てのトレンチの充填を確実に完了させる必要がある。
【０００７】
次に、過剰な誘電体材料（例えば、酸化物）は通常、ケミカルメカニカル平坦化プロセスによって除去し、窒化ケイ素層を露出させる。高度に平坦化された表面を得るために、窒化物層及び残存トレンチ酸化物層の高さはほぼ同一でなければならない。一般に、従来法では、窒化ケイ素ポリッシングに優先した酸化物ポリッシングの選択性が強調されてきた。このため、窒化ケイ素層はケミカルメカニカル平坦化プロセス中のストップ層として機能するが、これは窒化ケイ素層にさらすことによって全体的な研磨速度が低下するからである。
【０００８】
基板表面を平坦化あるいはポリッシングするための組成物及び方法は、当該技術分野において周知である。ウエハの露出面を改質又は改良するための１つの従来法は、液体中に分散させた複数の遊離研磨粒子を含有するスラリーによってウエハ表面を処理する方法を用いることである。典型的には、このスラリーは研磨パッドに適用され、次いでウエハ表面は、ウエハ表面上の物質を除去する又は取り去るために、磨かれるか又はパッドに対して動かされる。一般に、スラリーは更にウエハ表面と化学的に反応する剤を含有する。この種のプロセスは一般に、ケミカルメカニカル平坦化（ＣＭＰ）プロセスと呼ばれる。
【０００９】
しかしながら、ＣＭＰスラリーにおける１つの問題は、所望のウエハ表面形状を得るために、プロセスを注意深くモニターしなければならないことである。第２の問題は、遊離研磨剤スラリーによって汚れることである。別の問題は、スラリーがウエハ表面から除去されなければならず、以下のウエハ処理で（following wafer treatment）廃棄しなければならない多数の粒子を発生させることである。これらのスラリーの取扱い及び廃棄により、半導体ウエハ製造業者には追加の処理コストが発生する。
【００１０】
ＣＭＰスラリー法の代替手段では、半導体表面を改質又は改良するために、研磨物品を使用する。この代替的ＣＭＰプロセスは、ＰＣＴ国際公開特許第９７／１１４８４号（１９９７年３月２７日公開）にて報告されている。報告された研磨物品は、結合剤内に分散させた研磨粒子を含む、テクスチャード加工された研磨表面を有する。使用する際、研磨物品は、多くの場合、流体又は液体の存在下で半導体ウエハ表面と接触し、ウエハ上の単層の材料を改質するのに適合した動きで、ほぼ平坦で均一なウエハ表面を提供する。研磨物品の使用は、ＣＭＰスラリーに付随する相当数の問題を克服する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本開示の実施形態は、通常はウエハ表面上にて異なった硬度値を有する、少なくとも２種の異なった材料を露出するために、半導体ウエハ表面を改質する研磨物品の使用により与えられる利点を活用する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示は、半導体製作に適したウエハ表面を改質又は改良する方法に関する。例えば、１つの代表的な方法を使用して、エッチングしてパターン又はデザインを形成する表面を有する第１材料及び当該第１材料の表面上に配置される第２材料を有するウエハを改質してよい。本法の第１工程は、ウエハの第２材料を、研磨物品に固定した複数の３次元研磨複合材料（当該３次元研磨複合材料は、結合剤内に固定及び分散させた複数の研磨粒子を含む）に接触させることを含む。第２工程は、ウエハの露出面がほぼ平面になり、かつ少なくとも、第１材料の１つの露出領域及び第２材料の１つの露出領域を備えるようになるまで、前記第２材料を複数の研磨複合材料に接触させながら、ウエハを相対的に動かすことである。前記第２材料は、接着／バリア層、又は金属と接着／バリア層との組み合わせなどの中間材料であってもよいが、それは典型的には金属である。通常、第１材料は、誘電体材料である。好適な中間材料又は接着／バリア層としては、金属類、酸化物類、窒化物類、及びシリサイド類が挙げられる。幾つかの特に好適な中間材料又は接着／バリア層としては、タンタル、チタン、窒化タンタル、窒化チタン及び窒化ケイ素が挙げられる。
【００１３】
ウエハ表面を改質する別の代表的な方法では、第１誘電体バリア材料をパターニングされたウエハ表面上に配置してもよく、第２誘電体材料を第１誘電体バリア材料表面上に配置してもよい。本法の第１工程は、ウエハの第２誘電体材料を、研磨物品に固定した複数の３次元研磨複合材料（当該３次元研磨複合材料は、結合剤内に固定及び分散させた複数の研磨粒子を含む）に接触させることを含む。第２工程は、ウエハの露出面がほぼ平面になり、かつ少なくとも、第１誘電体バリア材料の１つの露出領域及び第２誘電体材料の１つの露出領域を備えるようになるまで、前記第２誘電体材料を複数の研磨複合材料に接触させながら、ウエハを相対的に動かすことである。通常、第２誘電体材料は酸化ケイ素、例えば二酸化ケイ素である。通常、第１誘電体バリア材料は窒化ケイ素である。
【００１４】
本明細書中で使用される場合、ウエハは通常、エッチングしてパターン又はデザインが形成される表面を備えた第１材料及び当該第１材料の表面上に配置される第２材料を含む。前記第１材料に付随するデザインは、パターニングされた領域、溝付き領域、及びビア、並びに完全な半導体デバイスを構成するその他の構造を含む。ダマシンプロセスなどのプロセスにより製造され、かつ本開示の研磨物品により改質されたウエハ表面には、引っかき傷又は半導体デバイスの機能を阻害するその他の欠陥が無いことが好ましい。好ましい実施形態では、ウエハ表面はほぼ平面であるとともに、引っかき傷又はＲｔ値を測定した場合のその他の欠陥が無い表面を有する。本開示のある種の実施形態により提供された好ましいＲｔ値は通常、約３，０００オングストローム未満、好ましくは（preferable）約１，０００オングストローム未満、最も好ましくは（most preferable）約５００オングストローム未満である。ウエハは、第３、第４、第５、あるいはそれ以上の材料形成層を、ウエハのベース層の上に備えることが可能である。各層は、第１材料及び第２材料のみを有するウエハについて上で例示したように改質され得る。
【００１５】
例えば、ダマシンプロセス中のウエハ改質法では、ウエハのベース上に存在する少なくとも第１材料及び第２材料を有するウエハから始めてよい。材料の少なくとも１つは、エッチングされてデザインを形成する表面を有し得る。表面にエッチングされたデザインを充填するように、外側材料は、第１及び第２材料上に配置される。ウエハは、研磨物品に固定した複数の３次元研磨複合材料と接触させて配置する。ウエハの外側材料は、研磨物品に固定した複数の３次元研磨複合材料と接触させて配置するが、当該研磨複合材料は、結合剤内に固定及び分散させた複数の研磨粒子を含む。ウエハの露出面がほぼ平面になり、かつ少なくとも、第１材料の１つの露出領域及び第２材料の１つの露出領域を備えるようになるまで、前記外側材料を複数の研磨複合材料に接触させながら、研磨物品に対してウエハを動かす。
【００１６】
本開示の一実施形態では、ウエハ改質法は、少なくとも１つの誘電体材料上に配置された導電性材料からなる１つの層から開始してよい。誘電体材料は、エッチングされてデザインを形成する表面を有する（having）。このようなウエハは、ウエハの露出した主表面（導電性材料）を研磨物品に対して接触させかつ相対的に動かすことによって改質してよい。通常は、研磨物品は、結合剤内に固定及び分散させた複数の研磨粒子を含む、複数のテクスチャード加工された３次元研磨複合材料の露出した主表面を含む。ウエハの露出面がほぼ平面になり、かつ少なくとも、導電性材料の１つの露出領域及び少なくとも誘電体材料の１つの露出領域を含むまで、かつ導電性材料の露出面及び誘電体材料の露出面が単一面内に並ぶまで、接触及び動作は、研磨物品の複数の研磨複合材料と導電性材料との間で維持される。誘電体材料は、１つ以上の、接着／バリア層などの中間材料によって被われてよい。通常は、誘電体材料露出面は導電性材料の除去後、中間材料を実質的に含まない。あるいは、導電性材料の除去によって、中間材料面及び導電性材料のみを露出させてもよい。次に、連続改質によって、ウエハ表面上に誘電体材料及び導電性材料を露出させてよい。
【００１７】
本発明の方法は、典型的には本出願の第２材料と称される導電性表面の改質に特に適する。導電性表面は、約０．１オーム−ｃｍ未満の抵抗値を有する種々の導電性材料から作製してよい。好ましい導電性材料としては、タングステン、銅、アルミニウム、アルミニウム銅合金、金、銀などの金属類、又はこれら金属類の各種合金が挙げられる。好ましい誘電体材料は一般に、約５未満の誘電率を有する。
【００１８】
本開示の別の代表的実施形態では、ＣＭＰ法は、半導体ウエハなどの基材表面を改質して、その選択した厚み部分を除去するために提供される。１つの特定の代表的実施形態では、該方法は、
ａ．少なくともエッチングしてパターン形成される表面を有する第１材料、該第１材料表面の少なくとも一部分の上に配置される第２材料、及び該第２材料表面の少なくとも一部分の上に配置される第３材料を含むウエハを提供する工程と、
ｂ．遊離研磨粒子を本質的に含まずかつ水を含む作動水溶液、７超のｐＫａを少なくとも１つ示すｐＨ緩衝剤、並びに界面活性剤、塩基性ｐＨ調整剤及び酸性錯化剤を含むｐＨ緩衝剤、並びに約７〜約１２のｐＨを示す作動液の存在下にて、ウエハの第３材料を、研磨物品に固定した複数の３次元研磨複合材料（当該３次元研磨複合材料は、結合剤内に固定及び分散させた複数の研磨粒子を含む）と接触させる工程と、
ｃ．ウエハの露出面がほぼ平面になり、かつ少なくとも、第３材料の１つの露出領域及び第２材料の１つの露出領域を備えるようになるまで、前記第３材料を複数の研磨複合材料に接触させながら、ウエハを相対的に動かす工程と、を含む。
【００１９】
ＣＭＰ・ＳＴＩ法の更なる代表的実施形態では、該方法は、
ａ）少なくとも、ウエハの少なくとも一部分の上に配置されたバリア材料、及び該バリア材料表面の少なくとも一部分の上に配置された誘電体材料を含むウエハを提供する工程と、
ｂ）遊離研磨粒子を本質的に含まずかつ水を含む作動水溶液、７超のｐＫａを少なくとも１つ示すｐＨ緩衝剤、並びに界面活性剤、塩基性ｐＨ調整剤及び酸性錯化剤を含むｐＨ緩衝剤、並びに約７〜約１２のｐＨを示す作動液の存在下にて、ウエハの誘電体材料を、研磨物品に固定した複数の３次元研磨複合材料（該３次元研磨複合材料は、結合剤内に固定及び分散させた複数の研磨粒子を含む）と接触させる工程と、
ｃ）ウエハの露出面がほぼ平面になり、かつ少なくとも、誘電体材料の１つの露出領域及びバリア材料の１つの露出領域を備えるようになるまで、誘電体材料を複数の研磨複合材料に接触させながら、ウエハを相対的に動かす工程と、を含む。
【００２０】
１つの特定の代表的実施形態では、誘電体材料は酸化ケイ素を含み、バリア材料は窒化ケイ素を含む。
【００２１】
ある種の代表的な方法では、ウエハと研磨物品との間の動きは、約０．６９〜約１７２キロパスカル（ｋＰａ）（平方インチ当たり０．１〜２５ポンド（ｐｓｉ））の範囲の圧力下にて、好ましくは約１．３８〜約１０３．４２ｋＰａ（約０．２〜１５ｐｓｉ）の範囲の圧力下にて生じる。本開示の別の実施形態では、ウエハ及び研磨物品は回転させるか、かつ／又は互いに反対方向に動かす。例えば、研磨物品又はウエハのいずれか、又は研磨物品及びウエハの両方を他方に対して相対的に回転させ、並びにウエハ及び研磨物品の相対的な中心に沿って直線的に動かす。ウエハ及び研磨物品はまた、経路に沿って速度を変化させながら、楕円形又は８の字パターンにて動かしてもよい。ウエハと研磨物品との間の回転運動又は回転速度は、１ｒｐｍ〜１０，０００ｒｐｍであってよい。研磨物品にとって好ましい回転速度は、研磨物品が回転している場合、１０ｒｐｍ〜１，０００ｒｐｍ、より好ましくは１０ｒｐｍ〜２５０ｒｐｍ、より好ましくは１０ｒｐｍ〜６０ｒｐｍの速度である。好ましいウエハ回転速度は、ウエハが回転する場合、２ｒｐｍ〜１，０００ｒｐｍ、より好ましくは５ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ、更により好ましくは１０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍである。
【００２２】
本開示の別の実施形態では、ウエハの導電性表面は、作動液の存在下で研磨物品によって改質される。１つの有用な作動液は、種々の異なった添加剤を含む水溶液である。好適な添加剤類としては、ｐＨ調整剤（例えば、酸類又は塩基類）、並びに錯化剤、酸化剤、若しくは不動態化剤、界面活性剤、湿潤剤、緩衝剤、さび止め剤、潤滑剤、石鹸、又はこれら添加剤の組み合わせが挙げられる。添加剤としては更に、第２材料、例えば、ウエハ表面上の金属又は合金導体と反応する剤、例えば酸化剤、還元剤、不動態化剤、又は錯化剤が挙げられる。酸化剤の例としては、過酸化水素、硝酸、フェリシアン化カリウム、硝酸第二鉄、又はこれらの剤の組み合わせが挙げられる。錯化剤の例としては、水酸化アンモニウム及び炭酸アンモニウムが挙げられる。更に、作動液は、添加剤又は他の薬剤をあまり含まなくてもよい。本実施形態では、作動液は、水道水、蒸留水、又は脱イオン水であってよい。好適な不動態化剤は、ベンゾトリアゾールである。
【００２３】
半導体デバイスの製作に適したウエハ表面の改質に有用な作動液の一代表的実施形態では、作動液は、遊離研磨粒子を本質的に含まない初期成分、水を含む成分、７超のｐＫａを少なくとも１つ示すｐＨ緩衝剤を含む水溶液、並びに界面活性剤、塩基性ｐＨ調整剤及び酸性錯化剤を含むｐＨ緩衝剤、並びに約７〜約１２のｐＨを示す作動液を含む。ある種の特徴的実施形態では、作動液はフルオロケミカル界面活性剤を含み、作動液は約７〜約１１のｐＨを示す。
【００２４】
別の代表的実施形態では、該開示は、基板表面の化学的機械的研磨に好適な界面活性剤を含む固定研磨物品を提供する。ある種の代表的実施形態では、化学的機械的研磨プロセスにおいて、ウエハ表面の改質に好適な界面活性剤を含む、固定研磨物品の作製方法は、
ａ．研磨物品に固定した複数の３次元研磨複合材料を含む表面を有する固定研磨物品（該３次元研磨複合材料は、結合剤内に固定及び分散させた複数の研磨粒子を含む）を提供する工程と、
ｂ．前記表面を溶媒中で界面活性剤溶液にさらす工程と、
ｃ．固定研磨物品を乾燥させて、溶媒の少なくとも一部分を除去し、それによって界面活性剤コーティングを表面の少なくとも一部分の上に形成する工程と、を含む。
【００２５】
所望により、目標研磨速度が得られるまで、工程（ａ）〜（ｃ）が繰り返され、その後、複数のウエハ表面を研磨するために、固定研磨物品が使用される場合には、研磨速度が目標研磨速度の約２００オングストローム／分以内に維持される。幾つかの代表的実施形態では、溶媒は水性溶媒（例えば、水）、非水溶媒（例えば、アルコール若しくはその他の有機溶媒）、又は水性溶媒と非水溶媒との混合物（例えば、エタノールと水）であってよい。
【００２６】
本発明の方法の幾つかの実施形態のために好ましい固定研磨物品は、結合剤内に分散させた複数の研磨粒子から作製された、テクスチャード加工された、３次元研磨剤外側表面を含む。前記研磨物品が、裏材を更に含むことが好ましく、その裏材がポリマーフィルムであることがより好ましい。本裏材は、前面及び背面を有する。裏材は、紙、不織布、布、処理済布、ポリマーフィルム及びプライム化ポリマーフィルムなどの研磨物品として使用されてきた材料からなる群から選択されてよい。好ましい実施形態では、裏材はプライム化ポリエステルフィルムである。
【００２７】
裏材表面の少なくとも１つは、結合剤及び研磨粒子でコーティングされている。研磨剤コーティングが幾分浸食され得ることが好ましい。好適な結合剤は、有機又は無機材料であってよい。結合剤は、有機結合剤であることが好ましい。更に、結合剤は熱可塑性結合剤又は熱硬化性結合剤であってもよい。結合剤が熱硬化性結合剤である場合、その結合剤は好ましくは結合剤前駆体から形成することが可能である。具体的には、好適な結合剤前駆体は、未硬化で流動可能状態にある。研磨物品が作製される場合、結合剤前駆体は、結合剤前駆体の硬化又は重合が開始されるのを助ける条件（典型的には、エネルギー供給源）にさらすことが可能である。この重合又は硬化工程の間、結合剤前駆体は、固化されかつ結合剤へと変換される。本開示のある種の実施形態では、結合剤前駆体が、フリーラジカル硬化性ポリマーを含むことが好ましい。放射線エネルギーなどのエネルギー供給源にさらされた際に、フリーラジカル硬化性ポリマーは架橋して、結合剤を形成する。幾つかの好ましいフリーラジカル硬化性ポリマーの例としては、アクリレートモノマー、アクリレートオリゴマー又はアクリレートモノマーとオリゴマーの組み合わせが挙げられる。好ましい結合剤前駆体としては、アクリレート官能性ウレタンポリマー類が挙げられる。
【００２８】
研磨粒子は、所望の性能をウエハの露出面に提供する任意の好適な研磨粒子であることができ、特定の研磨粒子が、特定の種類の材料に使用されてもよい。所望の性能としては、金属切断速度、表面仕上げ及びウエハ露出表面の平面性を挙げることが可能である。研磨粒子は、ウエハ表面の具体的な材料により選択されてもよい。例えば、銅ウエハ表面に対しては、好ましい研磨粒子としては、αアルミナ粒子が挙げられる。あるいは、アルミニウムウエハ表面に対しては、好ましい研磨粒子としては、α及びχアルミナが挙げられる。
【００２９】
研磨粒子のサイズは、ある程度は、研磨物品の特定組成物に、及びプロセス中に使用する作動液の選択、に依存する。一般的に、約５マイクロメートル以下の平均粒径を有する好適な研磨粒子が好ましい。研磨剤平均粒径が、１マイクロメートル以下、特に約０．５マイクロメートル以下である、研磨物品がより一層好ましい。
【００３０】
研磨粒子は、充填剤粒子と組み合わせて使用してもよい。好ましい充填剤粒子の例としては、ケイ酸マグネシウム、三水和アルミナ、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００３１】
本開示のある種の実施形態では、結合剤及び研磨粒子は、複数の成形研磨複合材料を提供する。研磨複合材料フィーチャーは、プラス、ゼロ、又はマイナスのテーパーを持って第３次元へ、第１平面曲線にほぼ平行の第２の閉じた平面曲線まで、及び裏材まで、又はある点まで延びる、第１の閉じた平面曲線によって画定されるようなものを含む種々の３次元形状を含んでよい。第１及び第２平面曲線、及び任意の中間体、遷移曲線は、あらゆる場所で凸状である必要はない。第２閉平面図は、第１閉平面図より大きくても小さくてもいずれでもよく、第１平面図と異なっていても、第１の閉じた平面曲線に対して回転されてもよい。閉じた平面曲線の重心の軌道によって規定される延長部の軸線は、第１平面に対して垂直である必要がない。好ましさには幾分劣るが、第２閉平面曲線は、第１の閉じた平面曲線に対して傾斜していてもよい。より小さなスケールのフィーチャー、例えば溝部を、研磨複合材料フィーチャーの遠心面上に形成してよい。
【００３２】
好適な複合材料フィーチャーは、例えば、底面に円形断面を有してよく、これは、遠位平面にて、スムーズに、又は１つ以上の独立したステップで、わずかに小さな同等の直径を持つ６つの尖った、非等方の星型へと変形する。これらの研磨複合材料は共に、正確に成型されていても、あるいは不規則に成型されていてもよい。研磨複合材料は、互いに離間させられているのが好ましい。好ましい研磨複合材料は、円錐台、角錐、角錐台、錐体、立方体、ブロック、ロッド、十字又は平坦な上面を備えたポスト類似のものなどの幾何学的形状を有する。研磨複合材料は通常、特定の順番又はパターンにて、裏材表面上に配設される。あるいは、研磨複合材料はまたランダムに裏材表面上に配設されてもよい。研磨物品は更に、研磨複合材料の長い、連続的な列で構成されてもよい。研磨複合材料の一連の面密度が、研磨物品にて使用されてもよい。好適な面密度範囲は、少なくとも、平方ｃｍ当たりの研磨複合材料で少なくとも２〜少なくとも１，０００である。加えて、研磨複合材料のサイズとして、２ミリメートル未満、０．５ミリメートル未満、又は０．１ミリメートル未満の高さを含んでよい。
【００３３】
更に、研磨複合材料は、１種以上の添加剤を含んでもよい。好適な添加物としては、研磨粒子表面改質添加剤、カップリング剤、充填剤、発泡剤、繊維、帯電防止剤、反応開始剤、沈殿防止剤、潤滑剤、湿潤剤、界面活性剤、色素、染料、紫外線安定剤、錯化剤、連鎖移動剤、促進剤、触媒、活性化剤、不動態化剤、又はこれら添加剤の組み合わせが挙げられる。
【００３４】
更に、研磨剤コーティングがサブパッドに固定されてもよい。サブパッドは前面及び背面を有し、研磨剤コーティングが支持パッドの前面に存在する。研磨物品をサブパッドへ固定するために、感圧性接着剤を研磨物品の裏材背面に適用してよい。
【００３５】
上記の要約は、本発明の開示の例示される各実施態様又は全ての実施に関して説明することを意図したものではない。以下の図面及び「発明を実施するための形態」により、本明細書に開示される原理を利用した特定の好ましい実施形態をより具体的に例示する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】表面改質前の構造化ウエハの一部の概略断面図。
【図２】表面改質後の構造化ウエハの一部の概略断面図。
【図３】半導体製作にて使用されるウエハ表面を改質するための１装置の部分的概略側面図。
【図４】本開示のプロセスにおいて有用な研磨物品の一部の横断面図。
【図５】本開示のプロセスにおいて有用な別の研磨物品の一部の横断面図。
【図６】本開示のプロセスにおいて有用な研磨物品の一部の横断面図。
【図７】本開示のプロセスにおいて有用な別の研磨物品の一部の平面図。
【図８】本開示の実施形態に従って処理したウエハ数の機能に対して研磨速度をプロットしたもの。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本出願全体にわたり、以下の定義を適用する。
【００３８】
「固定」研磨物品は、平面化プロセス時に発生されてもよいときを除いて実質的に取り付けられてない研磨粒子がない一体化している研磨粒子である。
【００３９】
「３次元」研磨物品は、平坦化中の一部の粒子を除去して、平坦化作用を実行することができる追加の研磨粒子が露出するように、厚さの少なくとも一部にわたり延在する多数の研磨粒子を有する研磨物品である。
【００４０】
「テクスチャード加工された」研磨物品は、突起と凹部分とを有する研磨物品であり、少なくとも突起は、研磨粒子及び結合剤を含有する。
【００４１】
「侵食」研磨物品は、制御された使用条件下で破壊する研磨物品である。
【００４２】
「研磨剤アグロメレート」とは、一体化した粒子塊の形態で互いに結合した複数の研磨粒子を意味する。
【００４３】
「研磨複合材料」は、研磨粒子及び結合剤を含む、テクスチャード加工された３次元研磨物品を一括して提供する複数の成形体の１つを指す。研磨粒子は、研磨剤アグロメレートの形態であってよい。
【００４４】
「正確に成形された研磨複合材料」は、複合材料が金型から除かれた後、保持されることが可能な型穴の逆である成形形状を有する研磨複合材料を指す。好ましくは、複合材料は、米国特許第５，１５２，９１７号（ピーパー（Pieper）ら）に記載されているように、研磨物品が使用される前に形状の露出面を越えて突出する研磨粒子を実質的に含まない。
【００４５】
従来の半導体デバイス製作スキームでは、平坦なベースシリコンウェーハに一連のプロセス工程を施し、これにより多層構造となる単一層を共に形成する２種又はそれ以上の別個の材料の領域を含む均一層を堆積する。所定の層内の個々の素子は様々な方法で形成されてよいが、当該技術分野において一般に用いられる任意の手段によって、第１材料の均一層をウエハそれ自体又は中間構造体の既存層へと適用して、その層にピットをエッチングし、次にそのピットを第２材料で充填することが可能である。あるいは、第１材料を含むほぼ均一な厚みのフィーチャーをウエハ上に又はウエハに予め形成した層上へと、マスクを通して堆積してよく、次にそれらのフィーチャーに隣接した領域を第２材料で充填して、完全な層にすることが可能である。完成時には、外側表面は全体的にほぼ平面であり、シリコンウエハのベース表面に平行である。
【００４６】
公知の充填工程は通常、第２材料のコーティングを中間的ウエハの露出面に堆積させることによって行うが、ここでコーティングは、予めの堆積／エッチング又はマスクした堆積工程（単一又は複数）によって堆積されないまま残された構造下で、層のそれらの部分を充填するための十分な厚みを有する。その結果、完成した半導体デバイス中に第１材料を含む層の領域もまた、第２材料によって被われ、かつ第１材料に被っている第２材料を足した全体の厚みは、ウエハの最終的な露出層の所望の厚さよりも厚くなる。処理されるウエハの露出表面上にダマシンプロセスを使用して多層金属構造を製作する場合、溝部又はピットが第１誘電材料、例えば二酸化ケイ素上にパターニングされる。残存する第１誘電材料及び任意の被っている接着／バリア層の最外表面は、平面性を逸脱することなく溝部又はピットを局所的にブリッジする、全体的にほぼ平面の第１表面を画定する。パターニングされた誘電体を途切れることなく通過することを明確にするために、全体的にほぼ平坦な第２表面は、同様に局所的にブリッジされた溝部又はピットのアグリゲート底面によって画定される。全体的にほぼ平面の第１及び第２表面の両方は、元のシリコンウエハ表面及び形成される層の直下にある任意のデバイス層表面に平行であることが好ましい。全体的にほぼ平面の第２表面は、多くの場合、直下層（存在する場合）の表面に対応する。任意の接着性／バリア層、例えば窒化チタン又はチタン、及びそれに続く第２金属材料層、例えば銅又はアルミニウムは、ウエハの任意のエッチングされた又はパターニングされた領域へと共形的に堆積される。したがって、中間ウエハの露出した外側表面は多くの場合、本明細書で定義する様な全体的にほぼ平坦な第１表面の上に完全に置かれる。
【００４７】
従来は、過剰な第２材料は一般に、研磨剤スラリー及び研磨パッドを利用した全体的な化学機械平坦化（ＣＭＰ）によって除去されてきた。本開示のある種の実施形態では、３次元形状研磨物品を使用する比較的清浄な平面化プロセスによって厄介なスラリーＣＭＰを置き換えるが、研磨物品の構造化要素は結合剤中に複数の研磨粒を含む。化学的に第２材料を改質する又は研磨物品の動作下にて中間ウエハの表面から第２材料の除去を促進する成分を含む作動流体が、研磨物品と共に使用されてよい。
【００４８】
以下の非限定的説明は、本開示のある種の実施形態の各種方法を例示する。ダマシンプロセスにより形成される金属線、パッド、及びビアの描画は、最終的には、３次元研磨物品を使用する全体的平面化プロセスにより得られる。平面化プロセスは、平坦化するウエハの露出面を、本開示の研磨物品表面上の複数の研磨複合材料へ接触させること、及びウエハ及び研磨物品を接触させつつ相対的に動かすことによって行う。化学的に第２材料を改質する、又は研磨物品の動作下にてウエハ第１材料の表面からの第２材料の除去を促進する成分を含む作動流体を使用してもよい。平面化プロセスは、ウエハの外側露出表面が、少なくとも、第２材料の１つの露出領域及び本明細書で定義する第１材料の１つの露出領域から構成されるまで続けられる。十分に平面化プロセスを続けられない場合には、導電性材料によって好ましくない誘電体の架橋が生じる場合がある。全体的にほぼ平坦な第１表面上で平面化プロセスを継続し過ぎると、導電性ラインを１つ以上切断するリスクを招く。特定の場合、第１材料表面が露出しかつ第１材料の除去速度が第２材料の除去速度と異なる場合には、第２材料の除去速度が低下しあるいはゼロになる。本開示の研磨物品は、２種以上の材料からなり、各材料が異なった除去速度を有するウエハ上にほぼ平坦な表面を形成するように設計されている。本開示の研磨物品は、平面化中にこれらの材料の表面の引っ掻きを最小にするように設計されている。
【００４９】
誘電体と金属の役割が逆であってもよく、第１及び第２材料が、それぞれ誘電体及び導体である必要はなく、あるいは誘電体及び導体のうち少なくとも１つである必要もない。本開示の方法の一実施形態は、３種以上の材料を完成した半導体デバイスの単一層内に有するウエハ；第１材料と第２材料のいずれか一方の特定領域の直下にあって、当該材料が第１材料、第２材料、第３材料、又は材料の組み合わせであってよい材料；溝部又はピットの基部の最外部のアグリゲートセット（単一層内に異なる深さで２つ又はそれ以上のこのようなセットが存在する場合）に対して画定される全体的にほぼ平坦な第２表面；前記方法の平面化プロセスの開始前に、第２材料が最終形成層の結果的に平坦化される表面上のあらゆる箇所に存在するわけではない表面；及びシリコン以外の材料を有するベース、で始めることが可能である。図１は、本開示のある種の実施形態に従ったプロセスでの使用に適したパターニングされたウエハ１０の代表図である。明確にするために、ドープ域、活性デバイス、エピタキシャル層、キャリア及びフィールド酸化物層などの既知のフィーチャーは、省略した。ウエハ１０は、ベース１１並びに単結晶シリコン、ガリウムヒ素及び当該技術分野において公知の他の材料などの任意の適切な材料から通常製作される複数のトポグラフィカル・フィーチャーを有する。バリア又は接着層１３（典型的には、窒化チタン又はチタン）は、ベース層及びベース・フィーチャーを被う。その他のバリア層としては、タンタル、窒化タンタル、又は窒化ケイ素を挙げてもよい。
【００５０】
金属伝導体層１４は、バリア層１３の前面及びベース・フィーチャーを被う。アルミニウム、銅、アルミニウム銅合金、タングステン、銀、又は金などの種々の金属又は合金類を使用してもよい。金属層は通常、金属の連続層をバリア層１３上に堆積することによって適用する。次に、過剰な金属を除去して、図２に示す金属相互接続１５の所望のパターンを形成する。金属除去は、分離した金属相互接続表面１５及び好ましくは引っかき傷又はその他の欠陥（完成した半導体デバイスの作動性を阻害する）を有しない平坦な表面を提供する、分離したフィーチャー表面１６を提供する。
【００５１】
追加の代表的実施形態では、半導体ウエハなどの基板の表面を改質するための方法が提供されるが、ここで表面としては、バリア材料例えば窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の下層の上を被う、誘電酸化物例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの誘電体材料の上層の表面が挙げられ、これによって、上層をほぼ完全に除去し、窒化ケイ素の下層のいかなる部分も除去することなく、ほぼ完全な層として窒化ケイ素の下層をほぼ完全に露出させる。
【００５２】
一例示的実施形態では、本方法は、
ａ．少なくともエッチングしてパターン形成される表面を有する第１材料、該第１材料表面の少なくとも一部分の上に配置される第２材料、及び該第２材料表面の少なくとも一部分の上に配置される第３材料を含むウエハを提供する工程と、
ｂ．遊離研磨粒子を本質的に含まずかつ水を含む作動水溶液、７超のｐＫａを少なくとも１つ示すｐＨ緩衝剤、並びに界面活性剤、塩基性ｐＨ調整剤及び酸性錯化剤を含むｐＨ緩衝剤、並びに約７〜約１２のｐＨを示す作動液の存在下にて、ウエハの第３材料を、研磨物品に固定した複数の３次元研磨複合材料（当該３次元研磨複合材料は、結合剤内に固定及び分散させた複数の研磨粒子を含む）と接触させる工程と、
ｃ．ウエハの露出面がほぼ平面になり、かつ少なくとも、第３材料の１つの露出領域及び第２材料の１つの露出領域を備えるようになるまで、前記第３材料を複数の研磨複合材料に接触させながら、ウエハを相対的に動かす工程と、を含む。
【００５３】
別の特定の代表的実施形態では、本方法は、
ａ）少なくともエッチングしてパターン形成される表面を有する導体材料、その導体材料表面の少なくとも一部分の上に配置されるバリア材料、及び該バリア材料表面の少なくとも一部分の上に配置される誘電材料を含むウエハを提供する工程と、
ｂ）遊離研磨粒子を本質的に含まずかつ水を含む作動水溶液、７超のｐＫａを少なくとも１つ示すｐＨ緩衝剤、並びに界面活性剤、塩基性ｐＨ調整剤及び酸性錯化剤を含むｐＨ緩衝剤、並びに約７〜約１２のｐＨを示す作動液の存在下にて、ウエハの誘電体材料を、研磨物品に固定した複数の３次元研磨複合材料（当該３次元研磨複合材料は、結合剤内に固定及び分散させた複数の研磨粒子を含む）と接触させる工程と、
ｃ）ウエハの露出面がほぼ平面になり、かつ少なくとも、誘電体材料の１つの露出領域及びバリア材料の１つの露出領域を備えるようになるまで、前記誘電体材料を複数の研磨複合材料に接触させながら、ウエハを相対的に動かす工程と、を含むＣＭＰ・ＳＴＩを含む。
【００５４】
１つの特定の代表的実施形態では、誘電体材料は酸化ケイ素を含み、かつバリア材料は窒化ケイ素を含む。
【００５５】
装置
図３は、本開示のプロセスにおいて有用なウエハ改質装置を概略的に示す。本装置の多数の変形形態及び／又は数多くの他の装置が、本開示のある種の実施形態にて有用であり得る。研磨パッド及び遊離研磨剤スラリーと共に使用する、このタイプの装置及び多数の変形形態並びに他のタイプの装置が、当技術分野において既知である。好適な、市販の装置の一例は、ＩＰＥＣ／ＷＥＳＴＥＣＨ（アリゾナ州フェニックス）から入手可能なＣＭＰ（化学的機械プロセス）装置である。代替的ＣＭＰ装置は、ＳＴＲＡＳＢＡＵＧＨ又はＳＰＥＥＤＦＡＭから入手可能である。
【００５６】
装置３０は、モータ（図示せず）に接続されているヘッド・ユニット３１を含む。チャック３２がヘッド・ユニット３１から延びており、このようなチャックの一例はジンバル・チャックである。チャック３２のデザインは、異なる力とピボットに適合して、研磨物品が所望の表面仕上げ及び平坦度をウエハ上で提供するようにすることが好ましい。しかしながら、前記チャックは、平面化中に、ウエハをピボット可能にしてもよく、又はしなくてもよい。
【００５７】
チャック３１の終端には、ウエハホルダー３３がある。ウエハホルダー３３は、ウエハ３４をヘッド・ユニット３１に固定すると共に、加工中にウエハが外れるのを防止する。ウエハホルダーは、ウエハに適合するように設計されており、例えば、円形、楕円形、矩形、正方形、八角形、六角形、又は五角形であり得る。
【００５８】
場合によっては、ウエハホルダーは２つの部品、任意の止め輪及びウエハ支持パッドを含む。止め輪は、一般に、半導体ウエハの外周に適合する円形デバイスであってよい。ウエハ支持パッドは、１つ以上の要素、例えばポリウレタン発泡体から形成することが可能である。
【００５９】
ウエハホルダー３３は、リング部３５にて半導体ウエハ３４と並行して延びる。リング部（オプション）は、分離型であっても、ホルダー３３との一体型であってもよい。場合によっては、ウエハホルダー３３がウエハ３４をはみ出さず、ウエハホルダー３３が研磨物品４２に触れたりあるいは接触したりしないようにする。その他の場合、ウエハホルダー３３はウエハ３４からはみ出さず、ウエハホルダーが研磨複合材料に触れたりあるいは接触したり（その場合、ウエハホルダーが研磨複合材料の特性に影響を与え得る）しないようにする。例えば、ウエハホルダー３３は、研磨物品を「調湿」し、かつ処理中の研磨物品表面の最外部を除去してもよい。
【００６０】
ウエハホルダー又は止め輪は、研磨物品がウエハに所望の程度の改質を提供することができる、任意の材料から作製してよい。好適な材料の例としては、高分子材料が挙げられる。
【００６１】
ウエハホルダー３３の回転速度は、特定の装置、プロセス条件、研磨物品、及び所望のウエハ改質基準に依存する。しかしながら、通常は、ウエハホルダー３３は約２〜約１，０００ｒｐｍにて、典型的には約５〜約５００ｒｐｍで、好ましくは約１０〜約３００ｒｐｍで、より好ましくは約２０〜約１００ｒｐｍにて回転する。ウエハホルダーの回転が遅すぎても速すぎても、所望の切断速度は得られない。
【００６２】
ウエハホルダー３３及び／又はベース４２は、円、らせん、不定形、８の字又はランダムなどの楕円形で回転してよい。ウエハホルダー又はベースはまた、ホルダー又はベースを通して超音波振動を送達することなどによって、発振又は振動してよい。
【００６３】
本明細書にて用いた１００〜５００ｍｍ直径ウエハと共に使用する研磨物品は通常、約１０〜２００ｍｍ、好ましくは約２０〜１５０ｍｍ、より好ましくは約２５〜１００ｍｍの直径を有する。研磨物品は、約５〜１０，０００ｒｐｍ、典型的には約１０〜１，０００、約１０〜２５０ｒｐｍ、好ましくは１０〜６０ｒｐｍで回転してよい。ウエハ及び研磨物品の両方が、同一方向に回転することが好ましい。しかしながら、ウエハ及び研磨物品が反対方向へ回転してもよい。
【００６４】
ウエハ表面３４とウエハホルダー３３との間の界面は、比較的平坦かつ均一であって、所望の程度の平面化が確実に得られることが好ましい。リザーバ３７は、作動液３９（以下でより詳細に説明する）を保持し、これが管類３８を通ってウエハ表面と研磨物品４１（ベース４２に結合している）との間の界面に、ポンプで導入される。平面化中に、研磨物品とウエハ表面との間の界面で作動液が一定に流れることが好ましい。液体流量は、ある程度は所望の平面化基準（切断速度、表面仕上げ及び平面性）、特定のウエハ構造及び露出した金属の化学に依存する。液体流量は通常、約１０〜１，０００ｍＬ／分、好ましくは１０〜５００ｍＬ／分、及び約２５〜２５０ｍＬ／分の範囲である。
【００６５】
本開示の改質プロセス中、研磨物品は通常、研磨物品のための支持パッドとして機能するサブパッド４３に固定される。ある程度は、サブパッドは、研磨物品が効果的に露出ウエハ表面を切断できる剛性及び研磨物品が均一に露出ウエハ表面へ適合するような適合性の両方を提供する。ウエハ露出表面全体にわたって所望の表面仕上げを得るために、この適合性は重要である。このため、特定のサブパッド（即ち、サブパッドの物理的性質）の選択は、研磨物品が所望のウエハ表面特性（切断速度、表面仕上げ及び平面性）を提供するように、研磨物品に対応させるべきである。
【００６６】
好適なサブパッドは、金属又は高分子発泡体、ゴム、及びプラスチックシートなどの任意の所望の材料から作製してよく、かつサブパッドは複合材料であってよい。弾性ポリカーボネート層及び整合性ポリウレタン発泡体層を有する、好ましい２成分ラミネートサブパッドは、米国特許第５，６９２，９５０号にて報告されている。
【００６７】
研磨物品をサブパッドへ取り付けるために使用する手段は、平面化中に、研磨物品を平面でかつ強固に保持することが好ましい。好ましい取り付け手段は、感圧性接着剤（例えば、フィルム又はテープの形態）である。本目的に好適な感圧性接着剤としては、ラテックスクレープ、ロジン、アクリルポリマー及びアクリルコポリマー（例えば、ポリブチルアクリレート及びその他ポリアクリレートエステル）、ビニルエーテル（例えば、ポリビニルｎ−ブチルエーテル）、アルキド接着剤、ゴム系接着剤（例えば、天然ゴム、合成ゴム、塩素化ゴム）、並びにこれらの混合物をベースにしたものが挙げられる。感圧性接着剤は、従来技術を使用して研磨物品の裏面上に積層又はコーティングするのが好ましい。別のタイプの感圧性接着剤コーティングは、米国特許第５，１４１，７９０号にて更に説明される。
【００６８】
研磨物品はまた、フック及びループ型装着システムを使用して、サブパッドに固定してもよい。ループ・ファブリックが、研磨物品の裏面及びサブパッド上のフック上にあってもよい。あるいは、フックが、研磨物品の裏面及びサブパッド上のループ上にあってもよい。フック及びループ型装着システムは、米国特許第４，６０９，５８１号、同第５，２５４，１９４号、同第５，５０５，７４７号、及びＰＣＴ国際公開特許第９５／１９２４２号にて報告されている。真空プラテンの使用については、米国特許第５，５９３，３４４号にて開示されてきた。
【００６９】
本開示のプロセス又は方法は、ウエハ改質を最適化するために変更されてよい。研磨物品は、オペレータが研磨物品を調べかつ複数の研磨複合材料を形成する層に隣接したウエハを見ることができる光学的な窓又は開口部を含んでもよい。加えて、基板の電気特性の変化、機械的トルク若しくは抵抗の変化、又は平面化中に発生するノイズ変化を検出するなどの、ウエハ研磨プロセスのモニタリングが可能な従来の終点検出法を使用して、複数の３次元研磨複合材料を含む研磨物品を使用した本開示の方法を最適化してよい。決まった研磨物品を使用する場合には、研磨作業からの廃液の分析による方法もまた良好に機能することが期待される。このような分析を単純化し、かつ場合によりそのような方法の全体的な効果を向上させるために、多量の遊離研磨粒子が廃液中に存在しないことが期待される。そのような方法は、欧州特許第８２４９９５  Ａ号及び米国再発行特許第３４，４２５号、同第５，０３６，０１５号、同第５，０６９，００２号、同第５，２２２，３２９号、同第５，２４４，５３４号、同第４，７９３，８９５号、同第５，２４２，５２４号、同第５，２３４，８６８号、同第５，６０５，７６０号、及び同第５，４３９，５５１号に記載されている。
【００７０】
米国特許第５，２０，２８３号、同第５，１７７，９０８号、同第５，２３４，８６７号、同第５，２９７，３６４号、同第５，４８６，１２９号、同第５，２３０，１８４号、同第５，２４５，７９０号、及び同第５，５６２，５３０号に記載されているような、研磨する対象体表面にわたって、及び／又は研磨パッドの表面にわたって均一な磨耗率を得るための方法が、本開示の研磨物品と共に使用するために適合し得る。特定の研磨剤表面に本質的に依存しない、ウエハキャリア及びウエハ支持体／取り付け手段の従来構造は、本開示のテクスチャード加工された、３次元研磨複合材料と共に使用してもよい。テクスチャード加工された、３次元研磨複合材料の研磨剤表面は通常、多くの場合スラリー／パッドの組み合わせによって行なわれる日常的コンディショニングを必要としないが、当該技術分野において既知の任意の好適なパッドコンディショニング方法の使用中又は使用と使用との間に、改質された、優れた初期表面を提供するために、又は蓄積された付着物を除去するために、有利には調節する又は調節することが可能である。連続的なベルト又はシートパッド材料の供給ロールのいずれかをスラリーと併用して用いるウエハ平面化プロセスの変形形態は更に、米国特許第５，５９３，３４４号にて記載されている様に、テクスチャード加工された、３次元研磨複合材料のベルト又はロール及び適切な作動流体と置き換えることによって用いられてもよい。特定の研磨剤表面との相互作用に本質的に依存しないウエハキャリア及びウエハ支持体／取り付け手段の構造などの研磨関連技術テクスチャード加工された、３次元研磨複合材料を含む本開示の研磨物品と共に使用してよい。
【００７１】
操作条件
ウエハ処理に影響を与える変数としては、ウエハ表面と研磨物品との間での適切な接触圧力の選択、液体媒質のタイプ、ウエハ表面と研磨物品との間の相対速度及び相対運動、並びに液体媒質の流速が挙げられる。これらの変数は独立しており、処理される個々のウエハ表面に基づき選択される。
【００７２】
一般的に、１枚の半導体ウエハに対して多数のプロセス工程がある場合があるため、半導体製造産業では、プロセスが比較的高い材料除去速度をもたらすようになることを期待している。材料切断速度は、少なくとも１００オングストローム／分、好ましくは少なくとも５００オングストローム／分、より好ましくは少なくとも１，０００オングストローム／分、最も好ましくは少なくとも１５００オングストローム／分でなければならない。場合によっては、切断速度は、少なくとも２，０００オングストローム／分、更には３，０００〜４，０００オングストローム／分であることが望ましい場合がある。研磨物品の切断速度は、機械条件及び処理されるウエハ表面の種類により変わる場合がある。
【００７３】
しかし、一般的に、速い切断速度を有することが望ましいけれども、切断速度は、所望の表面仕上げ及び／又はウエハ表面トポグラフィーを損なわないように選択されなければならない。
【００７４】
ウエハの表面仕上げは、既知の方法によって評価することが可能である。１つの好ましい方法は、「粗さ」の程度を提供し、かき傷又は他の表面欠陥を示すことのできるウエハ表面のＲｔ値を測定することである。例えば、「ＲＳＴ  ＰＬＵＳテクニカル・レファレンス・マニュアル」（ワイコ（Wyko Corp.）（アリゾナ州トゥーソン））、第２章を参照のこと。ウエハ表面は、約４，０００オングストローム以下、より好ましくは約２，０００オングストローム以下、更により好ましくは約５００オングストローム以下のＲｔ値を得るように改質されるのが好ましい。
【００７５】
Ｒｔは通常、ワイコ・ＲＳＴプラス（Wyko RST PLUS）干渉計（ワイコ（Wyko Corp.）から購入）などの干渉計又はテンコール（TENCOR）表面計を使用して測定される。引っかき傷の検出は、暗視野顕微鏡検査により測定されてもよい。引っかき傷深さは、原子間力顕微鏡により測定されてもよい。引っかき傷及び欠陥が無い表面が、非常に望ましい。
【００７６】
研磨物品及びウエハ表面との間の界面圧（即ち、接触圧力）は通常、約２０６．８４ｋＰａ（約３０ｐｓｉ）未満、好ましくは約１７２．３７ｋＰａ（約２５ｐｓｉ）未満、より好ましくは約１０３．４２ｋＰａ（約１５ｐｓｉ）未満である。本開示の方法で使用される研磨物品は、例示された界面圧にて良好な切断速度を提供することが判明した。また、平坦化プロセス内で２つ又はそれ以上の処理条件が使用されてもよい。例えば、第１処理セグメントは、第２処理セグメントよりも高い界面圧を含んでもよい。ウエハ及び／又は研磨物品の回転及び並進速度は、平面化プロセス中に変更されてもよい。
【００７７】
作動液
ウエハ表面処理は、ウエハ表面の組成に基づき選択される作動液の存在下で行なわれるのが好ましい。幾つかの用途では、作動液は通常、水を含み、この水は、水道水、蒸留水又は脱イオン水であり得る。作動液は、研磨物品と組み合わされて化学的機械的研磨プロセスによる処理を手助けする。典型的には、作動液は４〜１２のｐＨを示す。ある種の用途においては、より狭い範囲のｐＨ、例えば７超〜約１１が好ましい。作動液のｐＨは、有利には、特定のウエハ表面材料及びＣＭＰプロセスのために調整することが可能である。例えば、表面酸化物材料の除去を高速除去速度で行うためには、ｐＨは通常、約７以上、より好ましくは約８超、最も好ましくは約９超である。表面酸化物材料の除去で使用するｐＨの上限は一般に、約１２以下、好ましくは約１１未満、より好ましくは約１０．５である。
【００７８】
１つの特に有用な作動液は、種々の異なった添加剤を含む水溶液である。好適な添加剤類としては、ｐＨ調整剤（例えば、酸類又は塩基類）、並びに錯化剤、酸化剤、若しくは不動態化剤、界面活性剤、湿潤剤、緩衝剤、さび止め剤、潤滑剤、石鹸、又はこれら添加剤の組み合わせが挙げられる。添加剤としては更に、第２材料、例えば、ウエハ表面上の金属又は合金導体と反応する剤、例えば酸化剤、還元剤、不動態化剤、又は錯化剤が挙げられる。
【００７９】
例えば、研磨の化学的部分の間、作動液は、外側又は露出ウエハ表面と反応してもよい。次に、処理の機械的部分の間、研磨物品は、この反応生成物を除去してもよい。例えば、金属表面処理の間、作動液は酸化材料又は薬剤などの化学的エッチャントを含む水溶液であることが好ましい。例えば、作動液中の酸化剤が銅と反応し酸化銅の表面層を形成する際に、銅の化学研磨が行われてもよい。研磨物品がこの金属酸化物をウエハ表面から除去する際に機械的プロセスが行われる。あるいは、金属は、先ず機械的に除去され、続いて作動液中の成分と反応してもよい。
【００８０】
他の有用な化学的添加剤としては、エッチャント又はｐＨ緩衝剤であり得る錯化剤（例えば、酸性錯化剤と対になった塩基性ｐＨ調整剤を含むｐＨ緩衝剤）が挙げられる。これらの錯化剤は、錯化剤とウエハ表面との間の化学相互作用が、研磨複合体の機械的作用によってより容易に除去される層を作るという点で前述した酸化剤と同じ方法で機能してもよい。
【００８１】
ウエハが銅を含む場合、「プリント回路ハンドブック（Printed Circuits Handbook）」（クームス（Coombs）著、第４版）にて記載されているように、特定の銅エッチャントを使用してもよい。化学的エッチャントは通常、酸類を含有する酸化剤又は酸類を含有しない酸化剤を含む。好適な化学的エッチャントとしては、硫酸；過酸化水素；塩化第二銅；アンモニウム、ナトリウム及びカリウムの過硫酸塩；塩化第二鉄；重クロム酸；フェリシアン化カリウム；硝酸、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。好適な錯化剤の例としては、塩化アンモニウム及びその他アンモニウム塩並びに添加剤を有する水酸化アンモニウム、炭酸アンモニウム、硝酸第二鉄、並びにこれらの組み合わせなどのアルカリ性アンモニアが挙げられる。安定性、表面処理、又はエッチング速度調整剤のために、多数の添加剤を添加できる。幾つかの添加剤が、等方性エッチング（即ち、全ての方向で同一のエッチング速度又は除去速度）を提供することが知られている。
【００８２】
作動流体中へ組み込まれ得る好適な酸化剤又は漂白剤としては、フェリシアニド、ＥＤＴＡアンモニウム第二鉄、クエン酸アンモニウム第二鉄、クエン酸第二鉄、シュウ酸アンモニウム第二鉄、クエン酸第二銅、シュウ酸第二銅、グルコン酸第二銅、グリシン酸第二銅、酒石酸第二銅、などの遷移金属錯体が挙げられ、錯化剤は通常、多座アミン、カルボン酸、又はこれら２つの組み合わせである。多数の配位化合物が、「上級無機化学（Advanced Inorganic Chemistry）」（コットン＆ウィルキンソン（Cotton & Wilkinson）共著、第５版）に記載されている。金属銅及び／又は亜酸化銅の酸化に好適な酸化電位を有するようなもの、例えば、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、モリブデン、及びタングステンを包含する配位化合物を使用することができる。
【００８３】
その他の好適な酸化剤としては、ハロゲン元素のオキソ酸及びそれらの塩、例えばアルカリ金属塩が挙げられる。これらの酸は、「上級無機化学（Advanced Inorganic Chemistry）」（コットン＆ウィルキンソン（Cotton & Wilkinson）共著、第５版）に記載されている。これらの酸のアニオンは通常、ハロゲン化物原子（halide atoms）、例えば、塩素、臭素、又はヨウ素を含む。これらのハロゲン化物は、１つ、２つ、３つ、又は４つの酸素原子に結合している。例としては、塩素酸（ＨＯＣｌＯ２）、亜鉛素酸（ＨＯＣｌＯ）、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）、対応するそれらのナトリウム塩類が挙げられる。例えば、塩素酸ナトリウム、亜塩素酸ナトリウム、及び次亜塩素酸ナトリウムである。類似の臭素及びヨウ素類似化合物が知られている。
【００８４】
銅を含有するウエハ処理のための、好ましい酸化剤としては、硝酸、過酸化水素、及びフェリシアン化カリウムが挙げられる。その他の好適な酸化剤は、ウエスト（West）ら著、「銅及びその合金類」（１９８２年）、並びにライドハイザー（Leidheiser）著、「銅、スズ、及びそれらの合金類の腐食（The Corrosion of Copper, Tin, and Their Alloys）」（１９７１年）にて示す。脱イオン水中の酸化剤の濃度は通常、約０．０１〜５０重量％、好ましくは０．０２〜４０重量％である。
【００８５】
金属銅の酸化及び溶解は、錯化剤（銅の配位子及び／又はキレート剤）を添加することによって促進することができる。コットン＆ウィルキンソン（Cotton & Wilkinson）、及びハサウェイ（Hathaway）共著、「総合配位化学（Comprehensive Coordination Chemistry）」（第５巻、ウィルキンソン・ギラード・マクレヴァティ（Wilkinson, Gillard, McCleverty）編）にて一般的に記載されているように、これらの化合物は、銅に結合して、水中での金属銅又は酸化銅の溶解度を増大することができる。作動液に加えられてよい又はその中で使用されてよい好適な添加剤としては、単座錯化剤、例えば、アンモニア、アミン、ハロゲン化物、擬似ハライド、カルボキシレート、チオレート、など（配位子とも呼ばれる）が挙げられる。作動液に加えてよいその他の添加剤としては、多座錯化剤、典型的には多座アミン、及び多座カルボン酸が挙げられる。好適な多座アミンとしては、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、又はこれらの組み合わせが挙げられる。好適な多座カルボン酸及び／又はそれらの塩類としては、クエン酸、酒石酸、シュウ酸、グルコン酸、ニトリロ酢酸又はこれらの組み合わせが挙げられる。２つの単座及び多座錯化剤の組み合わせとしては、グリシンなどのアミノ酸、及びＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）などの一般的分析用キレート剤並びに多数のその類似化合物が挙げられる。
【００８６】
追加のキレート剤としては、ポリホスフェート、１，３−ジケトン、アミノアルコール、芳香族複素環塩基、フェノール、アミノフェノール、オキシム、シッフ塩基、及びイオウ化合物が挙げられる。
【００８７】
銅含有ウエハ処理と同様に、好ましい錯化剤は水酸化アンモニウム及び炭酸アンモニウムである。脱イオン水中の錯化剤の濃度は通常、約０．０１〜５０重量％、好ましくは０．０２〜４０重量％である。錯化剤は、酸化剤と混ぜ合わせてよい。その他の好適な錯化剤は、ウエスト（West）ら著、「銅及びその合金類（Copper and Its Alloys）」（１９８２年）、並びにライドハイザー（Leidheiser）著、「銅、スズ、及びそれらの合金類の腐食（The Corrosion of Copper, Tin, and Their Alloys）」（１９７１年）にて示す。
【００８８】
それらの優れた腐食耐性故に、銅及びその合金類が、多くの環境及び用途にて使用される。溶液と接触した銅表面の性質は、溶液のｐＨ並びに銅の電気化学ポテンシャルに関係している。低ｐＨ及び高ｐＨにて、銅は腐食する傾向がある。中性ｐＨ近傍及びわずかに塩基性ｐＨでは、銅は酸化銅コーティング（単一又は複数）によって不動態化されるが、これらのこれらコーティングは酸化第一銅並びに酸化第二銅であることができる。研磨剤表面処理技術に精通している人にとっては、表面即ち金属又は金属酸化物の性質は、研磨剤の作用に大きな影響を与え得る。このため、研磨溶液のｐＨは、腐食防止剤及び／又は不動態化剤として機能することができる添加剤と同様に重要であり得る。
【００８９】
ｐＨをコントロールし、かつそれによってゆすぎ水からのわずかな希釈によるｐＨ変化を緩和するため及び／又は供給源による脱イオン水のｐＨ差を緩和するために、緩衝剤を作動液に添加してよい。前述のように、ｐＨは、銅表面の性質、及び銅除去速度に大きな影響を与え得る。最も好ましい緩衝剤は、半導体と相性が良く、加えて、ＣＭＰ後洗浄ではアルカリ金属などの潜在的不純物が少ない必要がある。加えて、最も好ましい緩衝剤は、酸性から中性近傍そして塩基性までの範囲にまたがるようにｐＨを調整可能である。多塩基酸系は、緩衝剤として機能し、アンモニウム塩を生成するために水酸化アンモニウムと完全に又は部分的に中和させた場合、それらは、リン酸−リン酸アンモニウム、ポリリン酸−ポリリン酸アンモニウム、ホウ酸−四ホウ酸アンモニウム、ホウ酸−五硼酸アンモニウムの系を含む好ましい代表的実施例である。
【００９０】
その他のトリ−及びポリプロトン性プロトライト並びにそれらの塩類、特にアンモニウム塩が好ましい。これらは、以下のプロトライト（それらは全て、７超のｐＫａを少なくとも１つ有する）をベースにしたアンモニウムイオン緩衝系を含んでもよい：アスパラギン酸、グルタミン酸、及び例えば、アラニン、プロリン、グリシン、ヒスチジン、リジン、アルギニン、オルニチン、システイン、チロシンを包含するアミノ酸類、並びに２つのアミノ酸から形成されたジペプチド類、例えばカルノシン（アラニン及びヒスチジンから形成されたジペプチド）。
【００９１】
金属、特に鋼鉄及び亜鉛めっき鋼板のための腐食防止剤がよく知られている。銅のための腐食防止剤については、多くの場合、一般テキストにて腐食防止剤について触れられていないのみならず、より専門的な技術をも含む。銅のための阻害剤として最も知られておりかつ最も広く使用されているものは、ベンゾトリアゾール及びトリルトリアゾールなどのアゾール誘導体として知られているその誘導体である。銅は、亜酸化銅によって、特に中性ｐＨ又は弱アルカリ性ｐＨにて、幾分不動態化されることが知られている。加えて、亜鉛及び鋼鉄のための不動態化コーティングとして、ホスフェート類が知られている。不動態化剤の添加により、研磨物品と未だ接触していない金属表面領域を、エッチャントによる早すぎる、過度の除去から保護し、又は酸化剤が露出した金属表面と、どの程度反応するかをコントロールし得る。不動態化剤の一例は、ベンゾトリアゾールである。その他の不動態化剤は、ライドハイザー（Leidheiser）著、「銅、スズ、及びそれらの合金類の腐食（The Corrosion of Copper, Tin, and Their Alloys）」（１９７１年）、１１９〜１２３ページにて示す。不動態化剤の量及び種別は、ある程度は、所望の平面化基準（切断速度、表面仕上げ及び平面性）に依存する。作動液は、界面活性剤、湿潤剤、緩衝剤、さび止め剤、潤滑剤、石鹸、などの添加剤を含有していてもよい。下層の半導体ウエハ表面を傷つけることなく所望の効果を提供するために、これらの添加剤が選択される。平面化中に、研磨物品と半導体ウエハ表面との間の摩擦を減少させるために、例えば、潤滑剤が作動液中に含まれてよい。
【００９２】
無機微粒子もまた作動液中に含まれてよい。これらの無機微粒子も、切断速度に役立ち得る。このような無機微粒子の例としては、シリカ、ジルコニア、炭酸カルシウム、クロミア、セリア、セリウム塩類（例えば、硝酸セリウム）、ガーネット、ケイ酸塩類及び二酸化チタンが挙げられる。これら無機微粒子の平均粒径は、約１，０００オングストローム未満、好ましくは約５００オングストローム未満、より好ましくは約２５０オングストローム未満である。
【００９３】
微粒子を作動液に添加してよいが、好ましい作動液は、無機微粒子、例えば研磨物品を伴わない遊離研磨粒子を実質的に含まない。好ましくは、作動液は、１重量％未満、好ましくは０．１重量％未満、より好ましくは０重量％の無機微粒子を含有する。
【００９４】
１つの好適な作動液は、キレート剤、酸化剤、イオン性緩衝剤、及び不動態化剤を含む。このような作動液は、重量％で、過酸化水素３．３％、水９３．１％、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４・３．０％、（ＮＨ４）３クエン酸エステル０．５％及び１−Ｈ−ベンゾトリアゾール０．１％を含んでよい。典型的に、溶液は、銅ウエハを研磨するために使用される。別の好適な作動液は、水溶液中に酸化剤、酸、及び不動態化剤を含む。このような作動溶液は、重量％で、過酸化水素１５．０％、リン酸０．４２５％、１−Ｈ−ベンゾトリアゾール０．２％を含み、残りのパーセントが水であってよい。
【００９５】
他の用途では、例えば、酸化物材料（例えば、二酸化ケイ素）をウエハ表面から除去するために、現在では、作動液が、ｐＨ調整剤（例えば、酸又は塩基）、ｐＨ緩衝剤（例えば、強酸又は強塩基及びその共役弱塩基又は共役弱酸）、錯化剤（例えば、別の化学種、例えば金属イオンへキレートする、又はそれと化学的複合体を形成する化学薬剤）のうち１つ以上を含む水溶液であることが好ましい。
【００９６】
バリア材料（例えば、窒化ケイ素などの窒化物材料）の上に配置された表面から、誘電体（例えば、二酸化ケイ素などの酸化物材料）を選択的に除去するための幾つかの用途においては、現時点では、酸性錯化剤と対になった塩基性ｐＨ調整剤を含むｐＨ緩衝剤の水溶液、及び界面活性剤を使用することが好ましい。塩基性ｐＨ調整剤は、アルカリ金属水酸化物（例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなど）、アルカリ土類金属水酸化物（例えば、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化バリウム、など）、水酸化アンモニウム、及びこれらの混合物から選択することが可能である。幾つかの代表的実施形態では、一般に、塩基性ｐＨ調整剤が、一般に約７以上、より好ましくは約８超、最も好ましくは約９超、かつ一般に約１２以下、好ましくは約１１未満、より好ましくは約１０未満のｐＨを得るのに十分な量で存在する。
【００９７】
酸性錯化剤は、多座酸性錯化剤であることが好ましく、より好ましくは、アミノ酸又はアミノ酸から形成されたジペプチドの少なくとも１つであることが好ましい。好適なアミノ酸としては、アラニン、プロリン、グリシン、ヒスチジン、リジン、アルギニン、オルニチン（ornithene）、システイン、チロシン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。好ましい酸性多座錯化剤は、アミノ酸プラリンであり、より好ましくはＬ−プロリンである。一般に、酸性錯化剤は、作動液の重量を基準にして、約０．１重量％（即ち、作動液を基準とした重量％）、より好ましくは少なくとも約１重量％、更により好ましくは少なくとも約２重量％、最も好ましくは約２．５重量％、かつ一般に約５重量％以下、より好ましくは４重量％以下、更により好ましくは約３重量％未満の量で（in an amount from）存在する。
【００９８】
一般に、界面活性剤は水溶性界面活性剤であり、非イオン性界面活性剤が好ましい。一般に、非イオン性界面活性剤は、少なくとも約４、より好ましくは少なくとも約６、更により好ましくは少なくとも約８、及び最も好ましくは少なくとも約１０の計算された親水性親油性比（即ち、ＨＬＢ）（５で除した界面活性剤分子中の親水性物質の重量％として計算）を示す。一般に、計算されたＨＬＢは２０以下である。幾つかの実施形態では、界面活性剤は、フルオロケミカル界面活性剤であり、即ち、界面活性剤分子は、１つ以上のフッ素原子を含む。
【００９９】
非イオン性界面活性剤は、有利には、線状一級アルコールエトキシレート、二級アルコールエトキシレート、分枝状二級アルコールエトキシレート、オクチルフェノールエトキシレート、アセチレン系一級アルコールエトキシレート、アセチレン系一級ジアルコールエトキシレート、アルカンジアルコール、ヒドロキシル末端処理エチレンオキシド−プロピレンオキシドランダム共重合体、フルオロ脂肪族高分子エステル、及びこれらの混合物から選択されてもよい。一般に、非イオン性界面活性剤は、少なくとも約０．０２５重量％、より好ましくは少なくとも約０．０５重量％、更により好ましくは約０．１重量％の量で作動液中に存在してよい。作動液中の界面活性剤濃度の上限は一般に、作動液の重量を基準にして、最大で約１重量％、より好ましくは最大で約０．５重量％、更により好ましくは最大で約０．２％である。ある種の好ましい実施形態では、界面活性剤は、少なくとも臨界ミセル濃度（ＣＭＣ）にて、かつ臨界ミセル濃度の約５倍以下の濃度で存在してよい。
【０１００】
現時点での、１つの例示的好ましい実施形態では、作動液は、約１０〜約１１のｐＨを生じるのに十分なだけの量の水酸化アンモニウムなどの塩基性ｐＨ調整剤、作動液を基準にして約２重量％〜約４重量％の量のＬ−プロリンなどの酸性錯化剤、及び作動液の重量（the weight working liquid）を基準にして約０．０５重量％〜約１重量％の量のエトキシ化アルコール（例えば、テルギトール（TERGITOL）（商標）１５−Ｓ−７、ダウ・ケミカル社（Dow Chemical Co.）（ミシガン州ミッドランド）から入手可能）などの界面活性剤を含む。
【０１０１】
ある種の代表的実施形態では、界面活性剤は、フルオロケミカル界面活性剤となるように選択される。その他の代表的実施形態では、界面活性剤は、非イオン性界面活性剤となるように選択され、作動液は更に、水、高分子電解質、並びに塩基性ｐＨ調整剤及び酸性錯化剤を含む緩衝剤を含む。このような実施形態においては、好ましいｐＨは一般に、約７〜約１２であってよい。
【０１０２】
作動液の量は、好ましくは表面から金属又は金属酸化物堆積物の除去を助けるのに十分である。多くの場合、塩基性作動液及び／又は化学的エッチャントからの十分な液体がある。しかし、場合によっては、第１作動液に加えて平坦化境界面で第２作動液を有することが好ましい。この第２液体は、第１液体からの液体と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【０１０３】
固定研磨物品
固定研磨物品は、長持ちするのが好ましく、例えば、固定研磨物品は少なくとも２枚、好ましくは少なくとも５枚、より好ましくは少なくとも２０枚、最も好ましくは少なくとも３０枚の異なったウエハを完成させなければならない。研磨物品は、裏材を含有してよい。研磨粒子は、結合剤内に分散されて、裏材に固定、付着、又は結合したテクスチャード加工されかつ３次元の研磨複合材料を形成する。所望により、固定研磨物品は、別個の裏材を有する必要はない。
【０１０４】
幾つかの代表的実施形態では、固定研磨物品は、固定研磨物品の表面上に（on the surface a surface of）コーティングされた界面活性剤を含む。ある種の代表的実施形態では、固定研磨物品は、研磨物品に固定した複数の３次元研磨複合材料、結合剤内に固定及び分散させた複数の研磨粒子を含む３次元研磨複合材料、及び３次元研磨複合材料の表面の少なくとも一部分の上に配置された界面活性剤を含む。
【０１０５】
ある種の追加の代表的実施形態では、化学的機械的研磨プロセスにおいて、ウエハ表面の改質に使用する界面活性剤を含む固定研磨物品の作製方法は、
ａ．研磨物品に固定した複数の３次元研磨複合材料を含む表面を有する固定研磨物品（当該３次元研磨複合材料は、結合剤内に固定及び分散させた複数の研磨粒子を含む）を提供する工程と、
ｂ．前記表面を溶媒中で界面活性剤溶液にさらす工程と、
ｃ．固定研磨物品を乾燥させて、溶媒の少なくとも一部分を除去し、それによって界面活性剤コーティングを表面の少なくとも一部分の上に形成する工程と、を含む。
【０１０６】
ある種の任意の実施形態では、目標研磨速度が得られるまで、工程（ａ）〜（ｃ）が繰り返され、その後、複数のウエハ表面を研磨するために固定研磨物品が使用される場合に、研磨速度が目標研磨速度の約２００オングストローム／分以内に維持される。特定の代表的実施形態では、溶媒は水性溶媒（例えば、水）、非水溶媒（例えば、アルコール若しくはその他の有機溶媒）、又は水性溶媒と非水溶媒との混合物（例えば、エタノールと水）であってよい。
【０１０７】
研磨物品は、好ましくは良好な切断速度を提供しなければならない。更に、研磨物品は、許容できる平坦度、表面仕上げ、及び最小ディッシングを有する半導体ウエハを生産することができることが好ましい。材料、所望のテクスチャー及び研磨物品を製造するために用いられるプロセスは、これらの基準を満たしていようといまいと、全て影響を及ぼす。
【０１０８】
本明細書に記載される本発明の方法にて使用される研磨物品では、研磨物品の厚みの少なくとも一部を通して多数の研磨粒子があるように、研磨複合材料は「３次元」である。
【０１０９】
研磨粒子は更に、それに付随した「テクスチャー」を有してもよい、即ち、それは、「テクスチャード加工された」研磨粒子である。これは、図４に示しかつ前述した研磨粒子を参照して見ることができ、そのピラミッド形状の複合材料は、突起であり、ピラミッド間の谷部分は凹部分である。
【０１１０】
凹部分は、作動液をウエハ表面全体にわたって分配するのを手助けする溝として機能してよい。凹部分は更に、摩耗した研磨粒子及び他のくずをウエハ及び研磨物品境界面から取り除く手助けをする溝として機能してよい。凹部分は更に、当該技術分野において「スティクション」として既知の現象を防止し得る。研磨複合材料は、非平坦ではなく滑らかである場合、研磨物品はウエハ表面に対して張り付いたり引っかかったりする傾向がある。最後に、凹部分は、研磨粒子の突起上により高い単位圧力を可能にする場合があり、それにより研磨表面から摩耗した研磨粒子を追い出し、新しい研磨粒子を露出させるのを手助けする。
【０１１１】
本開示の研磨物品は、円形の形状でよく、例えば研磨ディスクの形態であってよい。円形研磨ディスクの外縁は滑らかであってよく、あるいは、スカラップ状であってよい。研磨物品は、楕円形又は三角形、正方形、長方形等などの任意の多角形形状の形態であってもよい。あるいは、研磨物品は、別の実施形態ではベルトの形態であってもよい。研磨物品は、研磨技術分野で研磨テープロールと典型的に呼ばれるロールの形態で提供されてよい。一般的に、研磨テープロールは、改質プロセス中にインデックスを付ける。研磨物品は、穿孔され、研磨コーティング及び／又は裏材を通って開口部をもたらし、使用前、使用中又は使用後に液体媒質の通過を可能にしてもよい。
【０１１２】
裏材
研磨物品は、裏材を含んでよい。裏材の厚みが極めて均一であることが好ましい。裏材の厚みが十分に均一でない場合、ウエハ均一性により大きなばらつきが生じ得る。可撓性裏材及びより剛性な裏材の両方を含む様々な裏材材料が、この目的のため好適である。可撓性研磨裏材の例としては、ポリマーフィルム、下塗りされたポリマーフィルム、金属箔、布、紙、バルカナイズドファイバー、不織布、及びそれらの処理形、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。裏材の１つの好ましいタイプは、ポリマーフィルムである。このようなフィルムの例としては、ポリエステルフィルム、ポリエステル及びコポリエステルフィルム、ミクロ中空ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンフィルム等が挙げられる。ポリマーフィルム裏材の厚さは一般に、約２０〜１，０００マイクロメートルの範囲であり、好ましくは５０〜５００マイクロメートル、より好ましくは６０〜２００マイクロメートルの範囲である。
【０１１３】
更に、ポリマーフィルム裏材と結合剤との間に、良好な接着性がなければならない。多くの場合、研磨複合材料でコーティングされたポリマーフィルム裏材表面は、接着性を向上させるためにプライム化されている。プライマーは、表面変質又は化学型プライマーの適用を伴ってよい。表面変質の例としては、コロナ処理、紫外線処理、電子ビーム処理、フレーム処理、及び表面積を増大させるための融着摩耗が挙げられる。化学型プライマーの例としては、米国特許第３，１８８，２６５号に報告されているポリ塩化ビニリデン及びエチレンアクリル酸コポリマー類、米国特許第４，９０６，５２３号に報告されているコロイド状分散体、及び米国特許第４，７４９，６１７号に報告されているアジリジン型材料が挙げられる。
【０１１４】
好適な代わりの裏材としては、エンボス加工されたポリマーフィルム（例えば、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリプロピレン、又はポリエチレンフィルム）又はエンボス加工されたセルロース性裏材（例えば、紙若しくはその他の不織布セルロース系材料）が挙げられる。エンボス加工された裏材は更に、非エンボス加工材料へと積層され、裏材を形成してもよい。エンボス加工されたパターンは、任意のテクスチャーであり得る。例えば、パターンは、円錐台、角錐、角錐台、錐体、立方体、ブロック、ロッド、などの形態であることができる。パターンはまた、六角形配列、稜線、又は格子であってもよい。プリズムなどの幾何学的図形から作成された稜線を有することもまた可能である。
【０１１５】
別の代わりの裏材はまた、発泡裏材泡、例えばポリウレタン発泡体などの高分子発泡体であってもよい。研磨複合材料を直接、サブパッドの前面に適用することは、本開示の範囲内である。このため、研磨複合材料は、サブパッドに直接結合させられる。
【０１１６】
感圧性接着剤は、裏材の非研磨面へと積層することができる。感圧性接着剤は、裏材背面へと直接コーティングすることができる。あるいは、感圧性接着剤は、裏材背面へと積層される転写テープであることができる。本開示の別の態様では、発泡基材を裏材へと積層することができる。
【０１１７】
研磨粒子
研磨複合材料は、研磨粒子及び結合剤を含む。結合剤は、研磨粒子を研磨物品に固定して、ウエハ改質プロセス中に、研磨粒子が研磨物品から容易に分離しないようにする。研磨粒子は、結合剤中に均一に分散されてよく、あるいは、研磨粒子は不均一に分散されてよい。用語「分散した」とは、研磨粒子が結合剤の至るところに分布していることを意味する。研磨粒子が均一に分散し、得られた研磨剤コーティングがよりばらつきの少ない改質プロセスを提供することが一般的には好ましい。
【０１１８】
ウエハ表面を改質又は改良するため、微細な研磨粒子が好ましい。研磨粒子の平均粒径は、約０．００１〜５０マイクロメートル、典型的には０．０１〜１０マイクロメートルの範囲で変動し得る。平均粒子が、約５マイクロメートル未満であることが好ましく、より好ましくは約３マイクロメートル未満である。場合によっては、平均粒子は約０．５マイクロメートル、あるいは約０．３マイクロメートルである。研磨粒子の寸法は、典型的には、研磨粒子の最長寸法によって測定される。ほとんど全ての場合において、粒子サイズには範囲又は分布がある。場合によっては、得られる研磨粒子がウエハ上に極めて均一な表面仕上げをもたらすように、粒径分布が厳密にコントロールされるのが好ましい。研磨粒子は更に、研磨剤アグロメレートの形態で存在してよい。アグロメレート中の研磨粒子は、アグロメレート結合剤によって一緒に保持してよい。あるいは、研磨粒子は、粒子間引力によって一緒に結合してよい。
【０１１９】
好適な研磨粒子の例としては、溶融酸化アルミニウム、熱処理酸化アルミニウム、白色溶融酸化アルミニウム、多孔質アルミナ、遷移アルミナ、ジルコニア、酸化スズ、セリア、溶融アルミナジルコニア、又はアルミナ系ゾルゲル誘導研磨粒子が挙げられる。アルミナ研磨粒子は、金属酸化物改質剤を含有してよい。アルミナ系ゾルゲル誘導研磨粒子の例は、米国特許第４，３１４，８２７号、同第４，６２３，３６４号、同第４，７４４，８０２号、同第４，７７０，６７１号、及び同第４，８８１，９５１号に見出すことができる。
【０１２０】
アルミニウムを含有するウエハ表面の場合、好ましい研磨粒子は、αアルミナ、χアルミナ、及びその他遷移アルミナである。銅を含有する半導体ウエハの場合、好ましい研磨粒子はαアルミナである。αアルミナ研磨粒子は、溶融酸化アルミニウム研磨粒子であり得る。αアルミナ微粒子の好ましい形態は、内部多孔性を有するαアルミナ微粒子である。多孔質アルミナ粒子は通常、多孔質遷移アルミナ粒子を短時間それがα形態へ転換される温度で加熱することにより形成される。このαアルミナ転換は常に、表面積の大幅な減少を伴うが、αアルミナ粒子が転換温度へ短時間さられた場合、得られた粒子は内部多孔性を含有する。これら粒子中の孔又は空洞は、遷移アルミナ粒子中のものよりも相当粗い。遷移アルミナの孔径が約１〜約３０ｎｍの範囲であるのに対して、多孔質αアルミナ粒子の孔は、約４０〜約２００ｎｍの範囲である。αアルミナへのこの転換に必要な時間は、アルミナ純度並びに遷移アルミナの粒径及び結晶化度に依存する。一般に、遷移アルミナは、１，０００〜１４００℃の範囲の温度にて数十秒〜数分間加熱する。本転換プロセスの説明は、ウエファーズ（Wefers）ら著、「アルミニウムの酸化物及び水酸化物（Oxides and Hydroxides of Aluminum）」（１９８７年、アルコア社（Alcoa Company）（アメリカ）刊）にて報告されている。１マイクロメートル未満のαアルミナ研磨粒子の商業的供給源は、プラックスエア・サーフェス・テクノロジーズ（Praxair Surface Technologies）（インディアナ州インディアナポリス）から市販されている。χアルミナ粒子は、アルミナ三水和物などのアルミナ水和物をか焼することによって形成された多孔質χアルミナ粒子であることができる。アルミナ三水和物研磨粒子の商業的供給源は、フーバー・エンジニアード・ミネラルズ（Huber Engineered Minerals）（ジョージア州ノークロス）である。セリア研磨粒子は、ローヌ・プーラン（Rhone Poulenc）、シェルトン（コネティカット州）、トランセルコ（Transelco）（ニューヨーク）、フジミ（Fujimi）（日本）、モリコーポレーション（Molycorp）（ニュージャージー州フェアフィールド）、アメリカン・ラー・オックス（American Rar Ox）（マサチューセッツ州チャベロン・シティ（Chaveton City））、及びナノフェーズ（Nanophase）（イリノイ州バーリッジ（Burr Ridge））から購入してよい。アルミナ供給元は、アルカン・ケミカルズ（Alcan Chemicals）、アルカン・アルミニウム（Alcan Aluminum Corporation）（オハイオ州クリーブランド）及びコンディア・ケミー（Condea Chemie GMBH）（ドイツ、ハンブルグ）である。セリア研磨粒子は、調整剤又はドーパント（例えば、その他の金属酸化物）を実質的に含まなくてよいか、あるいは、調整剤及び／又はドーパント（例えば、その他の金属酸化物）を含有してよいかのいずれかである。場合によっては、これらの金属酸化物はセリアと反応してよい。２種又はそれ以上の金属酸化物調整剤と組み合わせたセリアを使用することもまた可能である。これらの金属酸化物は、セリアと反応して反応生成物を形成してよい。
【０１２１】
研磨物品は、２種又はそれ以上の異なったタイプの研磨粒子の混合物を含有していてもよい。研磨粒子は、異なった硬度であってよい。２種又はそれ以上の異なった研磨粒子の混合物では、個々の研磨粒子は、同一平均粒径を有し、あるいは異なった平均粒径を有することがあり得る。
【０１２２】
場合によっては、研磨粒子の表面を添加剤で改質又は処理するのが好ましい。これらの添加剤は、結合剤前駆体中での研磨粒子の分散性を改善し、かつ／又は結合剤前駆体及び／若しくは結合剤への接着性を改善することがある。研磨粒子処理は更に、処理済研磨粒子の切断特性を変更及び改善してよい。更なる処理によって、結合剤前駆体／研磨物品スラリーの粘度を大幅に下げてよい。低粘度であれば更に、結合剤前駆体及び研磨粒子により形成された研磨剤スラリー中に配合される研磨粒子の割合をより大きくすることができる。表面処理の別の潜在的利点は、研磨粒子のアグロメレーションを最少化できることである。好適な表面改質添加剤の例としては、湿潤剤（界面活性剤と呼ばれることもある）及びカップリング剤が挙げられる。結合剤は、結合剤及び研磨粒子との間に会合架橋（association bridge）を提供してよい。好適なカップリング剤の例としては、シラン、チタネート及びジルコアルミネートが挙げられる。市販のカップリング剤の例としては、ＯＳＩ・スペシャルティーズ（OSI Specialties, Inc.）（コネティカット州、ダンベリー）からの「Ａ１７４」及び「Ａ１２３０」が挙げられる。セリア研磨粒子のためのこのような結合剤の更に別の例は、イソプロピルトリイソステロイルチタネートである。市販の湿潤剤の例は、Ｂｙｋ・ケミー（Byk Chemie）（コネティカット州、ウォリンフォード）から入手可能なディスパービック（Disperbyk）１１１及びＩＣＩ・アメリカ（ICI America Inc.）（デラウェア州ウィルミントン）から入手可能なＦＰ４である。これらの表面処理を研磨物品へと組み込むための各種手段がある。例えば、研磨物品の製造中に表面処理剤を研磨剤スラリーへと直接添加してよい。更に別の態様では、研磨剤スラリー中に組み込む前に、表面処理剤を研磨粒子の表面に適用してよい。
【０１２３】
充填材粒子
研磨複合材料は、所望により充填材粒子を含有していてもよい。充填剤は、研磨複合材料の受食性を変更し得る。適切な充填剤及び量を用いた幾つかの場合では、充填剤は、研磨複合材料の受食性を低下させ得る。また逆に、適切な充填剤及び量を用いた幾つかの場合では、充填剤は、研磨複合材料の受食性を増大させ得る。充填剤はまた、研磨複合材料のコストを低減し、スラリーのレオロジーを変更し、かつ／又は研磨複合材料の研磨特性を変更するために選択されてもよい。充填剤は通常、所望の改質基準に悪影響を与えることがないように選択される。本開示のある種の実施形態にとって有用な充填剤の例としては、アルミナ三水和物、ケイ酸マグネシウム、熱可塑性粒子及び熱硬化性粒子が挙げられる。その他の様々な充填剤としては、無機塩、イオウ、有機イオウ化合物、グラファイト、窒化ホウ素、及び金属硫化物が挙げられる。充填剤のこれらの例は、幾つかの有用な充填剤を示す代表例を意味し、全ての有用な充填剤を包含することを意図したものではない。場合によっては、２種又はそれ以上の異なった粒径の充填剤のブレンドを使用するのが好ましい。充填剤は、等方又は針状であってよい。充填剤は、研磨粒子について前述したように、表面処理と共に提供されてよい。充填剤は、露出表面に過度の引っかき傷を引き起こしてはならない。
【０１２４】
結合剤
半導体の露出ウエハ表面は、結合剤内に分散させた複数の研磨粒子を含有する研磨物品を用いて改質される。結合剤の特定の化学が、研磨物品の性能に重要である。例えば、結合剤が「硬すぎる」場合、得られた研磨物品により露出した金属表面に深くかつ受け入れられない引っかき傷を生じ得る。また逆に、結合剤が「軟らかすぎる」場合、得られた研磨物品は改質プロセス中に十分な金属切断速度を付与せず、あるいは貧弱な物品耐久性しか有しない場合がある。したがって、結合剤は、研磨物品の所望の特性をもたらすために選択される。
【０１２５】
好ましい結合剤は、フリーラジカル硬化性結合剤前駆体である。これらの結合剤は、熱エネルギー又は放射線エネルギーへさらすと急速に重合することができる。フリーラジカル硬化性結合剤前駆体の好適な１サブセットとしては、エチレン系不飽和結合剤前駆体が挙げられる。このようなエチレン系不飽和結合剤前駆体の例としては、ペンダントα、β不飽和カルボニル基を有するアミノプラストモノマー又はオリゴマー、エチレン系不飽和モノマー又はオリゴマー、アクリレート化イソシアヌレートモノマー、アクリレート化ウレタンオリゴマー、アクリレート化エポキシモノマー又はオリゴマー、エチレン系不飽和モノマー又は希釈剤、アクリレート分散体、及びこれらの混合物が挙げられる。用語「アクリレート」は、アクリレートとメタクリレートの両方を含む。
【０１２６】
本開示の研磨物品のための結合剤は、好ましくは有機結合剤前駆体から形成される。結合剤前駆体は、コーティングできるように十分に流れることが可能で、その後、固化できることが好ましい。固化は、硬化（例えば、重合及び／若しくは架橋）並びに／又は乾燥（例えば、液体除去）、あるいは単純に冷却することによって実施してよい。結合剤前駆体は、有機溶媒系、水系又は１００％固体（即ち、実質的に溶媒がない）組成物であってもよい。熱可塑性及び熱硬化性ポリマー又は材料の両方、並びにそれらの組み合わせを、結合剤前駆体として使用してよい。
【０１２７】
多くの場合、研磨複合材料は、研磨粒子と結合剤前駆体との混合物のスラリーから形成される。研磨複合材料は、重量割合で研磨粒子約１部〜研磨粒子９５部及び結合剤５部〜結合剤９９部を含んでよい。好ましくは、研磨複合材料は、約３０〜８５部の研磨粒子及び約１５〜７０部の結合剤を含む。０．２〜０．８部の研磨粒子及び０．２〜０．８部の結合剤前駆体を有する研磨複合材料の体積を基準として、同様に、研磨複合材料を含んでよい。この容積比は、単純に研磨粒子及び結合剤前駆体を基準とし、裏材又は任意の充填剤若しくは添加剤の容積寄与を含まない。
【０１２８】
結合剤前駆体は、好ましくは硬化性有機材料（即ち、熱及び／若しくは電子ビーム、紫外線、可視光線等などの他のエネルギー源に暴露すると、又はポリマーを硬化若しくは重合させる化学触媒、水分若しくは他の薬剤の添加で経時的に重合若しくは／又は架橋が可能なポリマー又は材料）である。結合剤前駆体例としては、エポキシポリマー類、アルキル化ユリアホルムアルデヒドポリマー類、メラミンホルムアルデヒドポリマー類及びアルキル化ベンゾグアナミンホルムアルデヒドポリマー類などのアミノポリマー類若しくはアミノプラストポリマー類、ビニルアクリレート類、アクリレート化エポキシ類、アクリレート化ウレタン類、アクリレート化ポリエステル類、アクリレート化ポリエーテル類、ビニルエーテル類、アクリレート化油及びアクリレート化シリコーン類などのアクリレートとメタクリレート類を含むアクリレートポリマー類、ウレタンアルキドポリマー類などのアルキドポリマー類、ポリエステルポリマー類、反応性ウレタンポリマー類、レゾール及びノボラックポリマー類などのフェノールポリマー類、フェノール／ラテックスポリマー類、ビスフェノールエポキシポリマー類などのエポキシポリマー類、イソシアネート類、イソシアヌレート類、アルキルアルコキシシランポリマー類を含むポリシロキサンポリマー類、又は反応性ビニルポリマー類が挙げられる。ンホルムアルデヒドポリマー類などのアミノポリマー類若しくはアミノプラストポリマー類、ビニルアクリレート類、アクリレート化エポキシ類、アクリレート化ウレタン類、アクリレート化ポリエステル類、アクリレート化ポリエーテル類、ビニルエーテル類、アクリレート化油及びアクリレート化シリコーン類などのアクリレートとメタクリレート類を含むアクリレートポリマー類、ウレタンアルキドポリマー類などのアルキドポリマー類、ポリエステルポリマー類、反応性ウレタンポリマー類、レゾール及びノボラックポリマー類などのフェノールポリマー類、フェノール／ラテックスポリマー類、ビスフェノールエポキシポリマー類などのエポキシポリマー類、イソシアネート類、イソシアヌレート類、アルキルアルコキシシランポリマー類を含むポリシロキサンポリマー類、又は反応性ビニルポリマー類が挙げられる。ポリマーは、モノマー、オリゴマー、ポリマー又はそれらの組み合わせの形態であってよい。
【０１２９】
好ましいアミノプラスト結合剤前駆体は、１分子又は１オリゴマー当たり、少なくとも１つのペンダントα，β−不飽和カルボニル基を有する。これらのポリマー材料は、米国特許第４，９０３，４４０号（ラールソン（Larson）ら）及び同第５，２３６，４７２号（カーク（Kirk）ら）にも記載されている。
【０１３０】
エチレン系不飽和結合剤前駆体としては、炭素原子、水素原子、及び酸素原子、並びに任意で窒素原子、及びハロゲンを含有する、モノマー及びポリマー化合物の双方が挙げられる。酸素原子若しくは窒素原子又はそれら双方は一般に、エーテル基、エステル基、ウレタン基、アミド基、及び尿素基に存在する。エチレン系不飽和モノマーは、単官能性、二官能性、三官能性、四官能性あるいはそれ以上の官能性のものであってよく、かつアクリレート及びメタクリレート系モノマーの両方を含んでよい。好適なエチレン系不飽和化合物は、脂肪族モノヒドロキシ基又は脂肪族ポリヒドロキシ基を含有する化合物と、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、又はマレイン酸などの不飽和カルボン酸との反応から調製されるエステル類であることが好ましい。エチレン系不飽和モノマーの代表例としては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、スチレン、ジビニルベンゼン、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシブチルメタクリレート、ラウリルアクリレート、オクチルアクリレート、カプロラクトンアクリレート、カプロラクトンメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ステアリルアクリレート、２−フェノキシエチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、イソデシルアクリレート、ポリエチレングリコールモノアクリレート、プロピレングリコールモノアクリレート、ビニルトルエン、エチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、２−（２−エトキシエチル）エチルアクリレート、プロポキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、グリセロールトリアクリレート、ペンタエリスリトール（pentaerthyitol）トリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート及びペンタエリスリトールテトラメタクリレートが挙げられる。その他のエチレン系不飽和材料としては、モノアリル、ポリアリル、又はポリメタリルエステル及びカルボン酸のアミド類、例えば、ジアリルフタレート、ジアリルアジパート、又はＮ，Ｎ−ジアリルアジパミドが挙げられる。更に他の窒素含有エチレン系不飽和モノマーとしては、トリス（２−アクリルーオキシエチル）イソシアヌレート、１，３，５−トリ（２−メチアクリロキシエチル（methyacryloxyethyl））−ｓ−トリアジン、アクリルアミド、メチルアクリルアミド、Ｎ−メチル−アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−ビニル−ピロリドン、又はＮ−ビニル−ピペリドンが挙げられる。
【０１３１】
好ましい結合剤前駆体は、２種又はそれ以上のアクリレートモノマーのブレンドを含有する。例えば、結合剤前駆体は、三官能性アクリレートと単官能性アクリレートモノマーとのブレンドであってよい。結合剤前駆体の一例は、プロポキシル化トリメチロールプロパントリアクリレートと２−（２−エトキシエチル）エチルアクリレートとのブレンドである。多官能性アクリレート対単官能性アクリレートポリマーの重量比は、多官能性アクリレートの約１部〜約９０部に対して単官能性アクリレートの約１０部〜約９９部の範囲であってよい。
【０１３２】
例えば、米国特許第４，７５１，１３８号（ツゥメェイ（Tumey）ら）に記載されているように、アクリレート及びエポキシポリマーの混合物からの結合剤前駆体を処方することもまた可能である。
【０１３３】
その他の結合剤前駆体は、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレート誘導体を含み、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアネート誘導体は、更に米国特許第４，６５２，２７４号（ボッチャー（Boettcher）ら）にも記載されている。好ましいイソシアヌレート材料は、トリス（ヒドロキシエチル）イソシアヌレートのトリアクリレートである。
【０１３４】
更なるその他結合剤前駆体としては、ジアクリレートウレタンエステル、並びにポリアクリレート又はヒドロキシ末端処理伸張ポリエステル又はポリエーテルのポリアクリレート又はポリメタクリレートウレタンエステルが挙げられる。市販のアクリレート化ウレタンの例としては、「ユビサン（UVITHANE）７８２」（モートン・ケミカル（Morton Chemical）から入手可能）；「ＣＭＤ  ６６００」、「ＣＭＤ  ８４００」、及び「ＣＭＤ  ８８０５」（ＵＣＢ・ラッドキュア・スペシャルティーズ（UCB Radcure Specialties）（ジョージア州スミュルナ（Smyrna））から入手可能）；「ホトマー（PHOTOMER）」樹脂（例えば、ホトマー（PHOTOMER）６０１０）（ヘンケル社（Henkel Corp.）（ニュージャージー州ホーボーケン（Hoboken））から）；「エベクリル（EBECRYL）２２０」（六官能性芳香族アクリル酸ウレタン）、「エベクリル（EBECRYL）２８４」（１，６−ヘキサンジオールジアクリレートにて１２００倍に希釈した（1200 diluted）脂肪族ウレタンジアクリレート）、「エベクリル（EBECRYL）４８２７」（芳香族ウレタンジアクリレート）、「エベクリル（EBECRYL）４８３０」（テトラエチレングリコールジアクリレートで希釈された脂肪族ウレタンジアクリレート）、「エベクリル（EBECRYL）６６０２」（トリメチロールプロパンエトキシトリアクリレートで希釈された三官能性芳香族ウレタンアクリレート）、「エベクリル（EBECRYL）８４０」（脂肪族ウレタンジアクリレート）、及び「エベクリル（EBECRYL）８４０２」（脂肪族ウレタンジアクリレート）（ＵＣＢ・ラッドキュア・スペシャルティーズ（UCB Radcure Specialties）から）；並びに「サルトマー（SARTOMER）」樹脂（例えば、サルトマー（SARTOMER）９６３５、９６４５、９６５５、９６３−Ｂ８０、９６６−Ａ８０、ＣＮ９８０Ｍ５０、など）（（サルトマー社（Sartomer Co.）（ペンシルベニア州エクストン））から）の商標名のものが挙げられる。
【０１３５】
更なるその他の結合剤前駆体としては、ジアクリレートエポキシエステル、並びにビスフェノールＡエポキシポリマーのジアクリレートエステルなどのポリアクリレート又はポリメタクリレートエポキシエステルが挙げられる。市販のアクリレート化エポキシの例としては、「ＣＭＤ  ３５００」、「ＣＭＤ  ３６００」、及び「ＣＭＤ  ３７００」（ＵＣＢ・ラッドキュア・スペシャルティーズ（UCB Radcure Specialties）から入手可能）の商標名のものが挙げられる。
【０１３６】
その他の結合剤前駆体は更に、アクリレート化ポリエステルポリマーでもよい。アクリレート化ポリエステルは、アクリル酸と二塩基酸／脂肪族ジオール系ポリエステルとの反応物である。市販のアクリレート化ポリエステルの例としては、「ホトマー（PHOTOMER）５００７」（六官能性アクリレート）、及び「ホトマー（PHOTOMER）５０１８」（四官能性テトラアクリレート）（ヘンケル社（Henkel Corp.）から）；並びに「エベクリル（EBECRYL）８０」（四官能性変性ポリエステルアクリレート）、「エベクリル（EBECRYL）４５０」（脂肪酸変性ポリエステルヘキサアクリレート）及び「エベクリル（EBECRYL）８３０」（六官能性ポリエステルアクリレート）（ＵＣＢ・ラッドキュア・スペシャルティーズ（UCB Radcure Specialties）から）の商品名にて既知であるものが挙げられる。
【０１３７】
別の好ましい結合剤前駆体は、エチレン系不飽和オリゴマー及びモノマーのブレンドである。例えば、結合剤前駆体は、アクリレート官能性ウレタンオリゴマーと１種以上の単官能性アクリレートモノマーとのブレンドを含んでよい。本アクリレートモノマーは、五官能性アクリレート、四官能性アクリレート、三官能性アクリレート、二官能性アクリレート、単官能性アクリレートポリマー、又はこれらの組み合わせであってよい。
【０１３８】
結合剤前駆体は更に、米国特許第５，３７８，２５２号（フォレンスビー（Follensbee））に記載されているものに類似したアクリレート分散体でもよい。
【０１３９】
熱硬化性結合剤に加え、熱可塑性結合剤が使用されてもよい。好適な熱可塑性結合剤の例としては、ポリアミド、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、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー、スチレン−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー、スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー、アセタールポリマー、ポリ塩化ビニル及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【０１４０】
所望により熱硬化性樹脂とブレンドされた水溶性結合剤前駆体を使用してもよい。水溶性結合剤前駆体の例としては、ポリビニルアルコール；ハイドにかわ、又はヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース若しくはヒドロキシエチルメチルセルロースなどの水溶性セルロースエーテルが挙げられる。これらの結合剤は、米国特許第４，２５５，１６４号（バトクゼ（Butkze）ら）にて報告されている。
【０１４１】
研磨複合材料は、所望により可塑剤を含んでもよい。一般に、可塑剤を添加することで、研磨複合材料の受食性を増大させ、結合剤組成物を全体として軟化させる。場合によっては、可塑剤は結合剤前駆体のための希釈剤として機能する。可塑剤は、結合剤と相溶性があり、相分離を最少化することが好ましい。好適な可塑剤の例としては、ポリエチレングリコール、ポリ塩化ビニル、ジブチルフタレート、アルキルベンジルフタレート、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、セルロースエステル、シリコーンオイル、アジパート及びセバケートエステル、ポリオール、ポリオール誘導体、ｔ−ブチルフェニルジフェニルホスフェート、トリクレシルホスフェート、ヒマシ油、又はこれらの組み合わせが挙げられる。フタレート誘導体は、好ましい可塑剤の１タイプである。
【０１４２】
エチレン系不飽和モノマー及びオリゴマーを含有する結合剤前駆体の場合、重合開始剤を使用してもよい。実施例としては、有機過酸化物、アゾ化合物、キノン、ニトロソ化合物、ハロゲン化アシル、ヒドラゾン、メルカプト化合物、ピリリウム化合物、イミダゾール、クロロトリアジン、ベンゾイン、ベンゾインアルキルエーテル、ジケトン、フェノン、又はこれらの混合物が挙げられる。好適な市販の、紫外線活性化光開始剤の例は、「イルガキュア（IRGACURE）６５１」及び「イルガキュア（IRGACURE）１８４」（チバ・ガイギー社（Ciba Geigy Company）から市販されている）並びに「ダロキュア（DAROCUR）１１７３」（メルク（Merck）から市販されている）などの商標名を有する。別の可視光線活性化光開始剤は、商標名「イルガキュア（IRGACURE）３６９」（チバ・ガイギー社（Ciba Geigy Company）から市販されている）を有する。好適な可視光線活性化開始剤の例は、米国特許第４，７３５，６３２号にて報告されている。
【０１４３】
好適な反応開始剤系としては、光増感剤を挙げてもよい。代表的光増感剤は、カルボニル基若しくは三級アミノ基又はこれらの混合物を有してもよい。カルボニル基を有する好ましい光増感剤は、ベンゾフェノン、アセトフェノン、ベンジル、ベンズアルデヒド、ｏ−クロロベンズアルデヒド、キサントン、チオキサントン、９，１０−アントラキノン、又はその他の芳香族ケトンである。三級アミンを有する好ましい光増感剤は、メチルジエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、フェニルメチル−エタノールアミン、又はジメチルアミノエチルベンゾエートである。市販の光増感剤としては、「クアンティキュア（QUANTICURE）ＩＴＸ」、「クアンティキュア（QUANTICURE）ＱＴＸ」、「クアンティキュア（QUANTICURE）ＰＴＸ」、「クアンティキュア（QUANTICURE）ＥＰＤ」（ビドル・ソウワー社（Biddle Sawyer Corp.））が挙げられる。
【０１４４】
一般的に、光増感剤又は光反応開始剤系の量は、結合剤前駆体の構成成分の約０．０１〜１０重量％、より好ましくは０．２５〜４．０重量％で変化し得る。
【０１４５】
更に、反応開始剤は、任意の粒子状物質（例えば、研磨粒子及び／又は充填材粒子）を添加する前に、結合剤前駆体中に分散させる（好ましくは均一に）のが好ましい。
【０１４６】
一般的に、結合剤前駆体が、放射線エネルギー、好ましくは紫外線又は可視光線にさらされて、結合剤前駆体を硬化又は重合させることが好ましい。場合によっては、ある種の研磨粒子及び／又はある種の添加剤は、結合剤前駆体の適切な硬化を阻害することがある、紫外線及び可視光線を吸収する。これによって、例えば、セリア研磨粒子を併発する。光開始剤を含有するホスフェートの使用、特に、光開始剤を含有するアシルホスフィンオキシドの使用は、この問題を最小化し得る。このようなアシルホスフェートオキシドの一例は、ＢＡＳＦ社から「ＬＲ８８９３」の商標名で市販されている、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシドである。市販のアシルホスフィンオキシドの他の例としては、「ダロキュア（DAROCUR）４２６３」及び「ダロキュア（DAROCUR）４２６５」（メルク（Merck）から市販されている）が挙げられる。
【０１４７】
結合剤がエポキシ又はビニルエーテルをベースにしている場合、重合を開始させるためにカチオン性反応開始剤を使用してもよい。カチオン性反応開始剤の例としては、アリールスルホニウム塩などのオニウムカチオンの塩類、並びにイオンアレーン系などの有機金属塩類が挙げられる。その他の実施例は、米国特許第４，７５１，１３８号（ツゥメェイ（Tumey）ら）、同第５，２５６，１７０号（ハーマー（Harmer）ら）、同第４，９８５，３４０号（パラゾット（Palazotto））、同第４，９５０，６９６号にて報告されている。
【０１４８】
二段硬化（Dual-cure）及び複合硬化（hybrid-cure）光反応開始剤系を使用してもよい。二段硬化（Dual-cure）光反応開始剤系では、２つの別個の段階で、同一の又は異なる反応機構のいずれかによって、硬化又は重合が生じる。複合硬化（hybrid-cure）光反応開始剤系では、紫外線／可視光線又は電子線放射にさらすことで、２つの硬化機構が同時に生じる。
【０１４９】
研磨複合材料としては、研磨粒子表面改質添加剤などのその他の添加剤、不動態化剤、水溶性添加物、感水性水試剤、カップリング剤、充填剤、発泡剤、繊維、帯電防止剤、反応性希釈剤、反応開始剤、懸濁剤、潤滑剤、湿潤剤、界面活性剤、色素、染料、紫外線安定剤、錯化剤、連鎖移動剤、促進剤、触媒、又は活性化剤を挙げてもよい。これらの添加剤の量は、所望の性能を備えるよう選択される。
【０１５０】
研磨複合材料中へと水及び／又は有機溶媒が組み込まれてよい。結合剤前駆体及び研磨粒子の所望のコーティング粘度を得るために、水及び／又は有機溶媒の量が選択される。一般的に、水及び／又は有機溶媒は、結合剤前駆体と相溶性でなければならない。水及び／又は溶媒は、前駆体の重合に続いて除去してよく、あるいはそれが研磨複合材料と共に残ってもよい。
【０１５１】
エチレン系不飽和希釈剤又はモノマーの例は、米国特許第５，２３６，４７２号（カーク（Kirk）ら）に見出すことができる。場合によっては、これらのエチレン系不飽和希釈剤は、水と相溶する傾向があるがゆえに有用である。追加の反応性希釈剤は、米国特許第５，１７８，６４６号（バーバー（Barber）ら）に記載されている。
【０１５２】
研磨複合材料構成
三次元の、テクスチャード加工された、研磨物品には、多くの異なった形態がある。代表的形態の例は、図４、５、６、及び７にて概略的に図示されている。
【０１５３】
好ましい研磨複合材料は、正確に成型（上記「まとめ」にて記載された通り）されても、あるいは不規則に成型されてもよいが、正確に成型された複合材料が好ましい。
【０１５４】
個々の研磨複合材料形状は、様々な幾何学的固体のうち任意の形態を有してもよい。典型的には、裏材と接触している形状の基部は、複合材料の遠位端よりもより大きな表面積を有する。複合材料の形状は、立方体、円筒、プリズム、長方形、角錘、切頭された角錘、円錐、半球、切頭された円錐、十字、又は遠位端を備えたポスト様断面などの多数の幾何学的固体の中から選択されてもよい。複合材料の角錐は、４個、５個、又は６個の辺を有してもよい。研磨複合材料は更に、異なる形状の混合物を有してもよい。研磨複合材料は、１列に並んで、同心円に、スパイラルに、ヘリックスに、若しくは格子型に配列されてもよく、又はランダムに定置されてもよい。
【０１５５】
研磨複合材料を形成する側部は、裏材に対して垂直であっても、裏材に対して傾斜していても、遠位端に向かって漸減した幅で先細にされていてもよい。側部が先細にされる場合、モールド又は生産工具のキャビティから研磨複合材料をより容易に取り外すことができる。テーパー角は、約１〜７５度、好ましくは約２〜５０度、より好ましくは約３〜３５度、最も好ましくは約５〜１５度である。より小さい角度が好ましい、というのは、これが、複合体摩耗としての均一な公称接触面積をもたらすためである。したがって、一般に、テーパー角は、モールド又は生産工具からの研磨複合材料の除去を容易にするのに十分なだけ大きい角度と均一な断面積を作成するのに十分なだけ小さい角度との妥協である。裏におけるよりも遠位端にてより大きい断面を有する研磨複合材料もまた用いられてよいが、製作には、単純成形以外の方法を必要とする場合がある。
【０１５６】
各研磨複合材料の高さは、好ましくは同じであるが、単一研磨物品内において様々な高さの複合材料を有することが可能である。裏材又は複合材料間のランドに対する複合材料の高さは、一般に約２，０００マイクロメートル未満、より詳細には約２５〜２００マイクロメートルの範囲であってよい。
【０１５７】
研磨複合材料の基部は互いに隣接してもよく、あるいは、隣接する研磨複合材料の基部が幾らかの特定の距離により互いに分離されてもよい。幾つかの実施形態では、幾つかの実施形態では、隣接研磨複合材料間の物理的接触は、各接触複合材料の垂直高さ寸法の３３％以下を包含する。より好ましくは、隣接複合材料間の物理的接触量は、各接触複合材料の垂直高さの１〜２５％の範囲である。隣接のこの定義は、配置もカバーし、そこでは隣接複合材料は、複合材料の対向する側壁間で接触しかつ延伸する共通の研磨複合材料のランド又は橋様構造を共有する。好ましくは、ランド構造は、各隣接複合材料の垂直高さ寸法の約３３％以下の高さを有する。研磨複合材料ランドは、研磨複合材料を形成するために使用される同一スラリーから形成される。複合材料の中心間で引かれた直接想像線上に位置する介在複合材料が無いという意味で、複合体は、「隣接」している。研磨複合材料の少なくとも一部が、複合材料の突起の間に陥凹部を提供するように互いに分離されているのが好ましい。
【０１５８】
研磨複合材料の直線的な隙間は、リニアｃｍ当たり約１個の研磨複合材料乃至リニアｃｍ当たり約１００個の研磨複合材料の範囲であってよい。直線的な隙間は、複合材料の濃度が一箇所で他の箇所より大きくなるように変えられてよい。例えば、濃度は、研磨物品の中心で最大であってもよい。複合材料の面密度は、平方ｃｍ当たり約１〜１０，０００個の範囲の複合材料である。
【０１５９】
裏材が露出した領域（即ち、研磨剤コーティングが、裏材の表面領域全体を被っていない）を有することもまた可能である。この種類の配置は、米国特許第５，０１４，４６８号（ラヴィパティ（Ravipati）ら）にて更に記載されている。
【０１６０】
研磨複合材料は、所定のパターンで裏材上に並べられ、又は裏材上の所定の場所に並べられているのが好ましい。例えば、裏材とその中に空洞を有する生産工具との間にスラリーを供給することにより作製される研磨物品では、複合材料の所定のパターンは、生産工具上の空洞パターンに対応する。したがって、パターンは、物品から物品へと再現可能である。
【０１６１】
所定パターンの一実施形態においては、研磨複合材料は、配列又は配置されるが、それは、複合材料が、整列された行及び列、あるいは交互オフセットの行及び列などに規則的に整列されていることを意味する。所望の場合、研磨複合材料の１つの列が、研磨複合材料の第２列の前に直接整列されてもよい。好ましくは、研磨複合材料の１つの列が、研磨複合材料の第２列からずれていてもよい。
【０１６２】
別の実施形態では、研磨複合材料が「ランダム」な配列又はパターンで並べられてもよい。これは、複合材料が上記のように、行及び列の規則的配列にはなっていないことを意味する。例えば、研磨複合材料は、ＰＣＴ国際公開特許第９５／０７７９７号（１９９５年３月２３日公開）（ホープマン（Hoopman）ら）及び同第９５／２２４３６号（１９９５年８月２４日公開）（ホープマン（Hoopman）ら）に記載されているようにして並べられてもよい。しかし、この「ランダム」な配列は所定のパターンであるが、ここで研磨物品上の複合材料の位置が予め定められ、かつ研磨物品を作製するために使用される生産工具内のキャビティの位置に対応していることが理解される。
【０１６３】
三次元の、テクスチャード加工された、研磨物品は更に、変更可能な研磨剤コーティング組成物を有していてもよい。例えば、研磨ディスクの中心は、研磨ディスクの外側領域とは異なる（例えば、より軟らかい、より硬い、又は侵食され難い）研磨剤コーティングを含有してよい。
【０１６４】
図４中の研磨物品４０は、裏材４２に固定又は結合した角錘研磨複合材料４１を有する。隣接研磨複合材料間には、くぼみ又は谷部分４３がある。第１列からずれた、角錘研磨複合材料の第２列もある。角錘研磨複合材料の最外部又は遠位端は、処理中にウエハ表面と接触する。
【０１６５】
図５中の研磨物品５０は、不規則形状の、角錘研磨複合材料を有する。この特定の図解において、研磨複合材料は、角錘型形状を有する。角錐を画定する境界は、不規則な形をしている。不完全な形状は、結合剤前駆体をはっきりと硬化又は固化させる前の初期形状が、スラリーが流出して変形させた結果であり得る。不規則形状は、非直線的、不透明、再現不可能、不正確又は不完全な平面又は形状境界を特徴とする。
【０１６６】
図６中の研磨物品６０は、角錐台研磨複合材料を有する。
【０１６７】
図７中の研磨物品７０は、「十字」形状７１と「ｘ」形状７２研磨複合材料の両方を有する。研磨複合材料は、列のパターンで並べられる。各種列になった研磨複合材料は、お互いずらされており、隣接した列の研磨複合材料とは並んでいない。更に、研磨複合材料の列は、空間又は谷によって分離されている。谷又は空間は、極めて少量の（高さで測定して）研磨複合材料を含有してもよいし、あるいは研磨複合材料を含有しなくてもよい。各々が交互にずれた列が、「十字」形状を有する研磨複合材料と「ｘ」形状を有する研磨複合材料のいずれかを含む点を除いて、研磨複合材料の別の配置又は構成は、図６に類似している。この配置では、奇数列の研磨複合材料は、依然として、偶数列の研磨複合材料とずれている。十字形状又は「ｘ」形状の複合材料を上記配置にした場合、十字又はｘ形状のいずれか一方を形成する１つのラインの長さが約７５０マイクロメートルであって、かつ十字又はｘ形状のいずれか一方を形成する１つのラインの幅が約５０マイクロメートルであることが好ましい。
【０１６８】
正確に成形された研磨複合材料を有する研磨物品の好ましい作製方法は、米国特許第５，１５２，９１７号（パイパー（Pieper）ら）及び同第５，４３５，８１６号（スプールゲオン（Spurgeon）ら）に記載されている。好適な方法の別の説明は、米国特許第５，４３７，７５４号（カルフーン（Calhoun））、同第５，４５４，８４４号（ヒバード（Hibbard）ら）、及び同第５，３０４，２２３号（ペーパー（Pieper）ら）に見い出すことができる。研磨物品内のあらゆる汚染を最少化するために、製造は、清浄な環境（例えば、クラス１００、クラス１，０００、又はクラス１０，０００のクリーンルーム）で実施されるのが好ましい。
【０１６９】
好適な方法は、研磨粒子、結合剤前駆体及び任意の添加剤を含むスラリーを調製する工程と、前面を有する生産工具を提供する工程と、複数の空洞を有する生産工具の空洞内へとスラリーを導入する工程と、スラリーで被われた生産工具表面へ裏材を導入する工程と、及び物品が生産工具の空洞から外れて研磨複合材料を形成する前に、結合剤前駆体を少なくとも部分的に硬化又はゲル化する工程と、を含む。
【０１７０】
スラリーは、任意の好適な混合技術によって、結合剤前駆体、研磨粒子及び任意の添加剤を一緒に組み合わせることにより製造される。混合技術の例としては、低剪断及び高剪断混合が挙げられるが、高剪断混合が好ましい。超音波エネルギーは、スラリー粘度（研磨物品の製造において、粘度は重要である）を下げるかつ／又は得られた研磨剤スラリーのレオロジーに影響を与えるための混合工程と組み合わせて使用してもよい。あるいは、スラリーを混ぜ合わせるために、スラリーを３０〜７０℃の範囲で加熱し、マイクロフルイダイザー処理又はボールミリングしてよい。
【０１７１】
典型的には、研磨粒子は結合剤前駆体にゆっくりと添加される。スラリーは、結合剤前駆体、研磨粒子及び任意の添加剤の均質混合物であることが好ましい。必要に応じて、水及び／又は溶媒を添加して粘度を下げる。気泡の形成は、混合工程の間又はその後のいずれかにおいて真空引きを行うことによって最小化してよい。
【０１７２】
コーティング・ステーションは、ドロップ・ダイ・コーター、ナイフ・コーター、カーテン・コーター、真空ダイ・コーター又はダイ・コーターなどの任意の標準的コーティング手段であり得る。好ましいコーティング技術は、米国特許第３，５９４，８６５号、同第４，９５９，２６５号（ウッド（Wood））、及び同第５，０７７，８７０号（ミラーゲ（Millage））にて報告されている真空流体ベアリング・ダイである。スラリーが生産工具内へコーティングされる際に、場合によってはスラリー内へ空気を導入することが好ましいが、コーティング中、気泡の形成は最小化されることが好ましい。閉じ込められた空気によって、空洞などの多孔性が研磨剤コーティング内に生じ、場合により研磨複合材料の受食性を増大させることがある。更に、混合又はコーティング中のいずれかに、気体をスラリー内へとポンプで入れることができる。
【０１７３】
生産工具をコーティングした後、任意の手段にて、裏材及びスラリーを接触させて、スラリーが裏材表面を濡らすようにする。得られた構造物を一緒になるように力を加えるコンタクト・ニップ・ロールによって、スラリーを裏材に接触させる。ニップ・ロールは、任意の材料から作製してよい。しかし、ニップ・ロールは、金属、合金、ゴム又はセラミックスなどの構造材料から作製されていることが好ましい。ニップ・ロール硬度は、約３０〜１２０ジュロ硬度、好ましくは約６０〜１００ジュロ硬度、より好ましくは約９０ジュロ硬度で変化し得る。
【０１７４】
次に、エネルギーは、エネルギー供給源によってスラリー内へと伝達され、結合剤前駆体を少なくとも部分的に硬化する。エネルギー供給源の選択は、結合剤前駆体の化学、生産工具の種別、並びにその他プロセス条件にある程度依存する。エネルギー供給源は、生産工具又は裏材を認識可能な程度にまでに劣化させてはならない。結合剤前駆体の部分的硬化とは、結合剤前駆体が重合してスラリーが流動しないような状態になることを意味する。
【０１７５】
必要であれば、従来のエネルギー供給源を使用して生産工具からそれを除去した後で、結合剤前駆体を完全に硬化してよい。結合剤前駆体を少なくとも部分的硬化させた後、生産工具と研磨物品とを分離する。結合剤前駆体が完全に硬化されない場合、結合剤前駆体は、時間の経過及び／又はエネルギー供給源への暴露のいずれかによって、完全に硬化することができる。最後に、生産工具をマンドレル上で巻き戻し、生産工具を再度再利用（reused again）可能となり、かつ研磨物品が第２マンドレル上で巻き取られるようにする。
【０１７６】
この第一方法の別のバリエイションでは、スラリーを裏材上へとコーティングするが、生産工具の空洞内にはコーティングしない。次に、スラリーでコーティングした裏材を生産工具と接触させて、スラリーが生産工具の空洞内へ流れるようにする。研磨物品を作製するための残りの工程は、上述したのと同一である。
【０１７７】
結合剤前駆体は、放射線エネルギーによって硬化されることが好ましい。放射線エネルギーは、裏材を貫通して又は生産工具を貫通して伝達されてよい。裏材又は生産工具は、認識可能な程度まで放射線エネルギーを吸収してはならない。更に、放射線エネルギー供給源は、認識可能な程度にまで裏材又は生産工具を劣化させてはならない。例えば、紫外線は、ポリエステル裏地を貫通して伝達され得る。あるいは、生産工具が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル又はこれらの組み合わせなどのある種の熱可塑性材料から作製される場合、紫外線又は可視光線は、生産工具を貫通しスラリー内へと伝達されてよい。熱可塑性樹脂系生産工具の場合、研磨物品を作製するための操作条件は、過度の熱が発生しないように設定しなければならない。過度の熱が発生すると、これにより、熱可塑性工具が変形したり溶けたりする場合がある。
【０１７８】
エネルギー供給源は、電子ビーム、紫外線、又は可視光線などの熱エネルギー供給源又は放射線エネルギー供給源であってよい。必要なエネルギー量は、結合剤前駆体中の反応基の化学的性質並びに結合剤スラリーの厚み及び密度に依存する。熱エネルギーとしては、約５０℃〜約２５０℃のオーブン温度及び約１５分〜約１６時間の持続時間で一般に十分である。電子ビーム放射又は電離放射線は、約０．１〜約１０Ｍｒａｄのエネルギー量にて、好ましくは約０．１〜約１０Ｍｒａｄのエネルギー量にて使用してもよい。紫外線は、約２００〜約４００ナノメートルの範囲内、好ましくは約２５０〜４００ナノメートルの範囲内の波長を有する放射線を含む。可視光線放射は、約４００〜約８００ナノメートルの範囲内の、好ましくは約４００〜約５５０ナノメートルの範囲内の波長を有する放射線を含む。
【０１７９】
得られた固化スラリー又は研磨複合材料は、生産工具の逆パターンを有する。生産工具上で、少なくとも部分的に硬化又は固化させることによって、研磨複合材料は正確かつ所定のパターンを持つ。
【０１８０】
生産工具は、複数の空洞又はギザギザを含有する前面を有する。これらの空洞は、基本的に研磨複合材料の逆形状であるとともに、研磨複合材料の形状生成及び配置を担う。
【０１８１】
これらの空洞は、研磨複合材料の逆形状である幾何学的図形を有してもよい。空洞寸法は、平方ｃｍ当たりの所望する研磨複合材料の数を得るように選択される。空洞は、ドット様パターンで存在してよく、ここでは、空洞の隙間に形成された、生産工具の一般にほぼ平らな主表面へと統合されるギザギザがある部分において、隣接した空洞はお互いに接合する。
【０１８２】
生産工具は、ベルト、シート、連続シート又はウェブ、輪転グラビアロールのようなコーティングロール、コーティングロール上に載置されるスリーブ、又はダイの形態であってよい。生産工具は、金属（例えば、ニッケル）、合金、又はプラスチックでできていてもよい。生産工具は、フォトリソグラフィ、ローレット切り、彫刻、ホブ切り、電鋳、又はダイヤモンド旋削を包含する従来技術によって作製される。例えば、銅製の工具は、ダイヤモンドで旋削し、次にニッケル金属製工具は銅製の工具を電気めっき（electroplated off of）してよい。生産工具の作製は、米国特許第５，１５２，９１７号（ペーパー（Pieper）ら）、同第５，４８９，２３５号（ガグリアーディ（Gagliardi）ら）、同第５，４５４，８４４号（ヒバード（Hibbard）ら）、同第５，４３５，８１６号（スプールゲオン（Spurgeon）ら）、ＰＣＴ国際公開特許第９５／０７７９７号（ホープマン（Hoopman）ら）、及び同第９５／２２４３６号（ホープマン（Hoopman）ら）にて報告されている。
【０１８３】
熱可塑性工具は、金属製マスター工具から複製してよい。マスター工具は、生産工具に所望の逆パターンを有する。マスター工具は、ニッケルメッキされたアルミニウム、銅又は青銅などの金属製であることが好ましい。所望により、熱可塑性シート材料をマスター工具と共に加熱して、２つを一緒に加圧成形することにより、マスター工具パターンにて熱可塑性材料がエンボス加工されるようにしてよい。熱可塑性材料は更に、マスター工具上へと押出加工又はキャストし、次に加圧成形することもできる。熱可塑性材料を冷却して非流動状態にし、次にマスター工具から分離して、生産工具を作製する。
【０１８４】
好適な熱可塑性生産工具は、米国特許第５，４３５，８１６号（スプールゲオン（Spurgeon）ら）にて報告されている。生産工具を形成するのに有用な熱可塑性材料の例としては、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、又はこれらの組み合わせが挙げられる。熱可塑性生産工具が、酸化防止剤及び／又は紫外線安定剤などの添加剤を含有することが好ましい。これらの添加剤は、生産工具の有効寿命を延ばし得る。生産工具は更に、生産工具からの研磨物品の剥離をより容易にするため、剥離コーティングを包含してよい。このような剥離コーティングの例としては、シリコーン及びフルオロケミカルが挙げられる。
【０１８５】
不規則成形研磨複合材料を有する研磨複合材料を製造するための多くの方法がある。不規則成形されていながら、それでもなお、これらの研磨複合材料は、複合材料の場所が予め定められている、所定のパターンで並べられてよい。一方法では、生産工具の空洞内へスラリーをコーティングして、研磨複合材料を作製する。正確に成形された複合材料の場合について上述したように、生産工具は同一生産工具であってよい。しかし、結合剤前駆体が硬化されるか又はそのために十分に固化され、生産工具からの除去時にその形状を実質的に保持するように、スラリーは生産工具から除去される。これに引き続き、結合剤前駆体を硬化又は固化する。結合剤前駆体は、生産工具の空洞内にある間は硬化されないので、典型的には、これがスラリーの流動及び研磨複合材料形状の変形をもたらす。
【０１８６】
このタイプの研磨物品の製造方法は、米国特許第４，７７３，９２０号（チャスマン（Chasman）ら）、及び同第５，０１４，４６８号（ラヴィパティ（Ravipati）ら）にて報告されている。
【０１８７】
本方法の１バリエイションでは、裏材上にスラリーをコーティングすることができる。次に、裏材を生産工具と接触させて、生産工具の空洞がスラリーで充填されるようにする。研磨物品を作製するための残りの工程は、上述したのと同一である。研磨物品を製造後、転換前にそれを曲げたりかつ／又は湿らせたりすることができる。
【０１８８】
不規則形状複合材料の別の製造方法では、輪転グラビアロールの表面上にスラリーをコーティングすることができる。裏材が輪転グラビアロールと接触し、スラリーが裏材を濡らす。次に、輪転グラビアロールがパターン又はテクスチャーをスラリー内へ提供する。次に、スラリー／裏材組み合わせは、輪転グラビアロールから除去され、得られた構造物は結合剤前駆体が固化されるような条件にさらして、研磨複合材料が形成されるようにする。本プロセスのバリエイションは、裏材上へスラリーをコーティングし、裏材を輪転グラビアロールと接触させるためのものである。
【０１８９】
輪転グラビアロールは、円錐台、角錐、角錐台、錐体、立方体、ブロック、又はロッドなどの所望のパターンを付与してよい。パターンはまた、六角形配列、稜線、又は格子であってもよい。プリズムなどの幾何学的図形から作成された稜線を有することもまた可能である。輪転グラビアロールによってパターンを付与し、隣接研磨複合材料間にランド領域があるようにしてよい。このランド領域は、研磨粒子と結合剤との混合物を含むことができる。あるいは、輪転グラビアロールは、裏材が隣接研磨複合材料形状間で露出されるように、パターンを提供することができる。同様に、輪転グラビアロールは、研磨複合材料形状の混合物があるように、パターンを提供することができる。
【０１９０】
別の方法は、スクリーンを介してスラリーをスプレー又はコーティングして、パターン及び研磨複合材料を作製することである。次に、結合剤前駆体を硬化又は固化して、研磨複合材料を形成する。スクリーンは、円錐台、角錐、角錐台、錐体、立方体、ブロック、又はロッドなどの任意の所望のパターンを提供することができる。パターンはまた、六角形配列、稜線、又は格子であってもよい。プリズムなどの幾何学的図形から作成された稜線を有することもまた可能である。スクリーンはまた、隣接研磨複合材料間にランド領域があるようにパターンを付与してよい。このランド領域は、研磨粒子と結合剤との混合物を含むことができる。あるいは、スクリーンは、裏材が隣接研磨複合材料間で露出されるように、パターンを付与してよい。同様に、スクリーンは、研磨複合材料形状の混合物があるように、パターンを提供することができる。本プロセスは、米国特許第３，６０５，３４９号（アンソン（Anthon））に報告されている。
【０１９１】
三次元の、テクスチャード加工された、研磨物品を作製するための別の方法は、エンボス加工された裏材を使用する。要約すると、エンボス加工された裏材は、スラリーでコーティングされている。スラリーは、エンボス加工された裏材の輪郭に沿って、テクスチャード加工されたコーティングを提供する。ロールコーティング、スプレー、ダイコーティング、又はナイフコーティングなどの任意の好適な手法によって、スラリーをエンボス加工された裏材上に適用してよい。エンボス加工された裏材上にスラリーを適用した後、得られた構造物は、適切なエネルギー供給源にさらされて、研磨複合材料を形成するための硬化又は重合プロセスを開始させる。エンボス加工された裏材上の研磨複合材料の一例は、米国特許第５，０１５，２６６号（ヤマモト（Yamamoto）ら）にて報告されている。
【０１９２】
エンボス加工された裏材を使用する研磨物品の別の製造方法は、米国特許第５，２１９，４６２号（ブルックスボールト（Bruxvoort））にて報告されている。スラリーは、エンボス加工された裏材のくぼみ内へとコーティングする。スラリーは、研磨粒子、結合剤前駆体及び発泡剤を含有する。得られた構造物は、発泡剤がスラリーを裏材前面上で膨張させるような条件にさらされる。次に、結合剤前駆体は固化されて、研磨複合材料を形成する。
【０１９３】
このエンボス加工された裏当て方法の１バリエイションでは、裏材前面に結合された研磨剤コーティングを有する穿孔裏材が使用される。この穿孔裏材は、裏材の厚みを貫通する穴又は空洞を列にして又は所定の位置に配置したものを有する。裏材上にスラリーをコーティング（例えば、ナイフコーティング）する。これらのスラリー充填空洞は本質的に、テクスチャード加工された研磨剤コーティングを生じる。研磨物品が適切な支持材料によって支持されている場合、硬化工程後に所望により除去されてよい。
【０１９４】
研磨物品を製造する代わりの方法では、熱可塑性結合剤を使用する。物品は、裏材と共に又はそれ無しで製造することができる。通常は、従来技術に従って、熱可塑性結合剤、研磨粒子及び任意の添加剤を一緒に混ぜ合わせ、混合物とし、当該混合物を押出成形機に供給し、及び所望により、当該混合物をペレット又は長期保存品（longstands）へ形成する。次に、種々の公知の手順のうち任意のものに従って、研磨物品を形成する。
【０１９５】
例えば、研磨物品は、研磨物品表面の所望のパターンの実質的な反転パターンを有するモールドを使用して、混合物を注入又は圧縮成形することによって形成してもよい。混合物は更に、それが溶融スラリーを形成するまで加熱してよく、次にそれはモールドに供給されかつ冷却される。あるいは、それが流動し、次に研磨粒子及び任意の添加剤を添加して溶融スラリーを形成し、次に当該溶融スラリーを従来の方法を用いて研磨複合材料へと転換するまで、結合剤を加熱することも可能である。
【０１９６】
本発明の目的及び利点を、以下の実施例によって更に例示するが、これらの実施例において列挙される特定の材料及びその量並びに他の諸条件及び詳細によって、本開示を不当に制限するものではないと解釈すべきである。
【実施例】
【０１９７】
試験手順Ｉ
多数の研磨物品のウエハ表面からの金属除去能力は、試験手順１によって決定した。本試験手順は、ウエハ表面処理を模したものである。本試験手順のウエハ表面は、銅又はアルミニウム（１，０００オングストロームの厚さの層）表面のいずれかを備えた酸化ケイ素ベースのウエハであった。
【０１９８】
金属コーティングウエハは、直径１００ｍｍ及び厚さ約０．５ｍｍを有する単結晶シリコン・ベースユニット（ウエハネット（Wafernet）又はシリコンバレー・マイクロエレクトロニクス（Silicon Valley Microelectronics）（共にカルフォルニア州サンノゼ）のいずれかから購入した）から製作される。金属層の堆積前に、熱酸化物層（即ち、熱的に成長した酸化ケイ素）をシリコンウエハ表面に成長させた。この層は、約５，０００オングストロームの厚さである。場合によっては、金属を堆積する前に、チタン（Ｔｉ）又は窒化チタン接着／バリア層を熱酸化物層上へ堆積させた。任意のＴｉの厚さは、約５０％〜５００オングストロームであり、任意の窒化チタンは、約１００〜３，０００オングストロームである。次に、物理蒸着（ＰＶＤ）を使用して、銅又はアルミニウムいずれかの均一層をシリコンベース上に堆積した。金属層の厚さは、４点プローブを使用して測定した。
【０１９９】
試験機は、図３に示す装置に類似した、シュトラスバウフ（Strasbaugh）・ラッピング装置・型番６Ｙー１を改良したものであった。ローデル（Rodel）（デラウェア州ニューアーク）から「ＤＦ２００」の商標名で入手可能な発泡体裏材上にウエハ加工部材を置き、組立体をバネ入りプラスチック止め輪内に置いた。実施例の研磨物品は、ＳＴＲＡＳＢＡＵＧＨプラテンに取り付けられた（pad was affixed to）「ＰＣＦ２０」支持パッドに付着させた。
【０２００】
ウエハを保持するキャリアヘッドを研磨物品と接触させて、次にウエハを約１００ｒｐｍで回転させ、研磨物品を約６７ｒｐｍを回転させた。ウエハと研磨物品の両方を時計回りに回転させた。回転に加え、研磨物品の端から約１３ｍｍを視点として、ウエハが弧を描くように動かし（約３１ｍｍ、９秒間周期で）。特に指示がない限り、約３５０ＫＰａ（５０ポンド）の下向きの力で、研磨物品及びキャリアヘッドを互いに接触させた。過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２・１５重量％、脱イオン水中）を、約８０ｍＬ／分の流速にてウエハと研磨剤との界面へポンプで送った。研磨物品を使用して、１分（６０秒）間サイクルでウエハを研磨した。研磨サイクル後、ウエハをホルダーから取り外し、脱イオン水ですすぎ、乾燥させた。
【０２０１】
金属除去速度は、金属フィルム厚の変化を決定することによって計算した。初期の（即ち、研磨前）及び最終の（即ち、研磨後）測定は、同じ４点プローブを使用して同一箇所で行った。２個乃至５個の測定値を平均化して、除去速度をオングストローム／分（Å／分）にて決定した。
【０２０２】
実施例１〜９の研磨物品を用いて、金属層を堆積させたウエハを研磨する前に、熱成長酸化ケイ素の連続層を備えたウエハは、金属コーティング実ウエハの検査前に、最初に１〜４分間研磨した。脱イオン水又は過酸化水素のいずれか一方を作動流体として使用した。酸化ケイ素ウエハは、金属コーティングした検査用ウエハのために使用したのと同様の条件下で処理した。
【０２０３】
表１の表記は、物品１〜１４の記載で使用されている。
【０２０４】
【表１】
0005513384.tif 000002
【０２０５】
物品１は、ＳＲ４９２の１８．７５グラム、ＳＲ２５６の５６．２５グラム、Ｄ１１１の１．５グラム、及びＬＲ８８９３の２．４グラムをこの順番で組み合わせ、かつ１分間高せん断ミキサーで混合することにより調製した。引き続き撹拌しながら、ＡＬＴの１００グラム（５００℃で４時間加熱したもの）を添加し、研磨剤スラリーを更に約１０分間混合した。次に、研磨物品の一般的製造手順に従って、この研磨剤スラリーをＥＡＡ上にコーティングした。
【０２０６】
物品２は、ＳＲ４９２の５６．２７グラム、ＳＲ２５６の１６８．７５グラム、Ｄ１１１の１５．０１グラム、及びＬＲ８８９３の７．２１グラムをこの順番で組み合わせ、かつ１分間高せん断ミキサーで混合することにより調製した。そのまま撹拌しつつ、ＡＬＡの３００グラムを添加し、研磨剤スラリーを混合して更に約１０分間撹拌した。次に、研磨物品の一般的製造手順に従って、この研磨剤スラリーをＥＡＡ上にコーティングした。
【０２０７】
物品３は、ＳＲ３５１の１８．７５グラム、ＳＲ２５６の５６．２５グラム、ＦＰ４の５．８３グラム、及びＬＲ８８９３の２．４９グラムをこの順番で組み合わせ、かつ１分間高せん断ミキサーで混合することにより調製した。そのまま撹拌しつつ、ＣＥＯの４００．５８グラムを添加し、研磨剤スラリーを混合して更に約１０分間撹拌した。次に、研磨物品の一般的製造手順に従って、この研磨剤スラリーをＥＡＡ上にコーティングした。
【０２０８】
物品４は、ＳＲ３５１の１８．７５グラム、ＳＲ２５６の５６．２８グラム、Ｄ１１１の３．２６グラム、及びＬＲ８８９３の２．４０グラムをこの順番で組み合わせ、かつ１分間高せん断ミキサーで混合することにより調製した。そのまま撹拌しつつ、ＡＡＦの１３１．０１グラムを添加し、研磨剤スラリーを混合して更に約１０分間撹拌した。次に、研磨物品の一般的製造手順に従って、この研磨剤スラリーをＥＡＡ上にコーティングした。
【０２０９】
物品５は、ＳＲ３５１の１８．７６グラム、ＳＲ２５６の５６．２８グラム、Ｄ１１１の８．０グラム、及びＬＲ８８９３の２．４０グラムをこの順番で組み合わせ、かつ１分間高せん断ミキサーで混合することにより調製した。攪拌を更に続けながら、４００℃にて４時間加熱したＡＬＴの１６０グラムを添加し、かつ更に約１０分間研磨材スラリーを混合した。次に、研磨物品の一般的製造手順に従って、この研磨剤スラリーをＥＡＡ上にコーティングした。
【０２１０】
試験手順Ｉに従って物品１〜５を試験した。物品１については、１０枚の異なった金属テストウエハ（１−１〜１−１０で示す）を同一研磨物品にて研磨し、第１金属テストウエハの前に、熱酸化ウエハを２分間研磨し、その後、各々の後続の金属テストウエハの間において、熱酸化ウエハを４分間研磨した。物品２については、金属テストウエハに先だって、熱酸化ウエハを２分間研磨した。物品３については、金属テストウエハに先立って、熱酸化ウエハ、金属ウエハ、及び第２熱酸化ウエハを１分間研磨した。物品４及び５については、金属テストウエハに先だって、熱酸化ウエハを１分間研磨した。物品４については、第２熱酸化ウエハ及び金属テストウエハを１分間研磨した。物品３については、研磨物品は約８０ｒｐｍにて回転させた。下表２は、ウエハ上の金属層の種別、キャリアヘッドと研磨物品との間の下向きの力、及び金属除去速度について報告する。
【０２１１】
【表２】
0005513384.tif 000003
【０２１２】
物品１（ウエハ番号５）と、物品３と、物品４を備えた第２金属テストウエハで処理したテストウエハの仕上げ表面（surface finish）とを、ワイコ社（WYCO Corp.）（アリゾナ州フェニックス）からワイコＲＳＴプラス（WYCO RST PLUS）の商標名で市販されている光干渉計にて測定した。頂点から谷部までの範囲（Ｒｔ）測定値は、それぞれ９６２オングストローム、２０４オングストローム及び２１０オングストロームであった。
【０２１３】
物品６は、ＣＮ９８０の７．５０グラム、ＳＲ２５６の４５．００グラム、ＳＲ３３９の３．７５グラム、ＳＲ３５１の１８．７５グラム、及びＦＰ４の７．０１グラム、及びＬＲ８８９３の２．４０グラムをこの順番で組み合わせ、かつ１分間高せん断ミキサーで混合することにより調製した。そのまま撹拌しつつ、ＣＥＯの４６７．３０グラムを添加し、研磨剤スラリーを混合して更に約１０分間撹拌した。次に、研磨物品の一般的製造手順に従って、この研磨剤スラリーをＰＶＤＣ上にコーティングした。
【０２１４】
物品７は、ＣＮ９８０の７．５０グラム、ＳＲ２５６の４８．７５グラム、ＳＲ３５１の１８．７５グラム、Ｄ１１１の５．３１グラム、及びＬＲ８８９３の２．４０グラムをこの順番で組み合わせ、かつ１分間高せん断ミキサーで混合することにより調製した。そのまま撹拌しつつ、ＡＡＦの１５１．６０グラムを添加し、研磨剤スラリーを混合して更に約１０分間撹拌した。次に、研磨物品の一般的製造手順に従って、この研磨剤スラリーをＰＶＤＣ上にコーティングした。
【０２１５】
物品６及び７は、試験手順Ｉに従い銅上にて試験した。実施例６及び７の両方については、金属テストウエハに先立って、熱酸化ウエハを１分間（６０秒）研磨した。各実施例について複数テストウエハを試験したが（即ち、同一研磨物品を複数回使用した）、各実施に対して、２つのデータポイントで計算し、平均化した。下表３は、各種実施における金属除去速度について報告する。
【０２１６】
【表３】
0005513384.tif 000004
【０２１７】
物品８は、ＣＤ５０１の３７．５１グラム、ＳＲ２５６の１１２．５１グラム、Ｄ１１１の１６．５３グラム、及びＬＲ８８９３の４．８０グラムをこの順番で組み合わせ、かつ１分間高せん断ミキサーで混合することにより調製した。そのまま撹拌しつつ、ＡＡＦの４００．００グラムを添加し、研磨剤スラリーを混合して更に約１０分間撹拌した。次に、研磨物品の一般的製造手順に従って、この研磨剤スラリーをＰＶＤＣ上にコーティングした。
【０２１８】
物品９は、ＣＮ９８０の１５．０２グラム、ＳＲ２５６の９７．２０グラム、ＳＲ３５１の３７．５０グラム、ＦＲ４の１４．０８グラム、及びＬＲ８８９３の４．８０グラムをこの順番で組み合わせ、かつ１分間高せん断ミキサーで混合することにより調製した。そのまま撹拌しつつ、ＣＥＯの９３８グラムを添加し、研磨剤スラリーを混合して更に約１０分間撹拌した。次に、研磨物品の一般的製造手順に従って、この研磨剤スラリーをＰＶＤＣ上にコーティングした。
【０２１９】
試験手順Ｉに従い銅上にて物品８及び９の研磨物品を試験したが、各種作動流体を使用した。全ての実施について、金属テストウエハに先立って、脱イオン水を作動流体として使用して熱酸化ウエハを１分間（６０秒間）研磨した。物品９（その上で硝酸溶液を試験した同一パッドを使用して試験した）についてＨ２Ｏ２を使用した以外は、各試験のために新しい研磨物品が使用された。下表４は、各種実施における、使用した作動流体及び金属除去速度について報告する。
【０２２０】
【表４】
0005513384.tif 000005
【０２２１】
各種作動流体溶液は、次のようにして調製した。Ｈ２Ｏ２溶液は、３０重量％過酸化水素を当量の脱イオン水を用いて希釈することによって調製した。ＮＨ４ＯＨ溶液は、１０ｍＬの３０重量％水酸化アンモニウムを十分な脱イオン水を組み合わせて、総容量１，０００ｍＬにすることによって調製した。
【０２２２】
ＮＨ４ＯＨ／Ｋ３Ｆｅ（ＣＮ）６溶液は、先に記載したＮＨ４ＯＨ溶液を調製し、次にＮＨ４ＯＨ溶液９９０ｇをＫ３Ｆｅ（ＣＮ）６・１０ｇと混ぜ合わせ、塩が完全に溶解するまで撹拌することによって調製した。ＨＮＯ３溶液は、１０ｍＬの７０重量％ＨＮＯ３水溶液を十分な脱イオン水を組み合わせて、総容量１，０００ｍＬにすることによって調製した。ＨＮＯ３／ベンゾトリアゾール溶液は、先に記載したＨＮＯ３溶液を調製し、次にその溶液９９９ｇをベンゾトリアゾール１グラムと組み合わせ、かつベンゾトリアゾールが溶解するまで撹拌することによって調製した。
【０２２３】
試験手順ＩＩ
銅試験パターンウエハは、まず、１０ｃｍ（４インチ）のシリコンウエハの表面上に、熱蒸着技術を使用して約５，０００オングストロームの二酸化ケイ素を形成することによって製造された。ウエハは、一連の１００マイクロメートル四方のフィーチャーを約５，０００オングストロームの深さまでエッチングすることによってパターニングした。次に、パターンウエハを２００オングストロームのＰＶＤチタンでコーティングし、続いて約１０，０００オングストロームのＰＶＤ銅でコーティングした。
【０２２４】
テストウエハは、全部で７．５分間研磨した。過酸化水素１５％、リン酸０．４２５％、ベンゾトリアゾール（benzotrizole）０．２％、ポリエチレングリコール（分子量６００）８％で構成される作動溶液を研磨中ウエハに適用した。量は、重量％で計算した。ウエハの大きな領域では、ウエハ表面から銅及びチタンが除去されて、エッチングされた１００マイクロメートル四方のフィーチャー以外では、酸化ケイ素ストップ層が露出している。
【０２２５】
次の実施例は、銅堆積シリコンウエハを熱酸化物ストップ層まで平坦化するための固定研磨材の有用性を示す。
【０２２６】
物品１０は、ＳＲ９００３の６０．０１グラム、ＳＲ３３９の９０．０３グラム、Ｄ１１１の１１．１２グラム、及びＬＲ８８９３の４．８グラムをこの順番で組み合わせ、かつ１分間高せん断ミキサーで混合することにより調製した。そのまま撹拌しつつ、ＴＲＳ２０３９の３７０．０１グラムを添加し、研磨剤スラリーを混合して更に約１０分間撹拌した。次に、シリンダー形状にて空洞を含有するポリプロピレン生産工具を使用して、研磨物品の一般的製造手順に従ってＦ１上へと本研磨材スラリーをコーティングした。シリンダーは、直径が約１７５マイクロメートル、かつ高さが約６３．５マイクロメートル（micmeters）（２．５ミル）であり、約２０％の負荷面積比を有した。
【０２２７】
物品１０は、試験手順ＩＩに従って試験し、ウエハ上の１００マイクロメートル四方のフィーチャーの特性を測定して、銅を除去して二酸化ケイ素ストップ層を露出させた表面上のディッシング領域の広がりを決定した。テンコア（Tencor）Ｐ−２２表面計を使用して、ディッシングを測定した。ウエハ上での６個の異なる箇所で測定した。測定値は、表５にて報告されている。
【０２２８】
【表５】
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【０２２９】
試験手順ＩＩＩ
銅試験パターンウエハは、まず、１０ｃｍ（４インチ）のシリコンウエハの表面上に、熱蒸着技術を使用して約５，０００オングストロームの二酸化ケイ素を形成することによって製造された。ウエハは、一連の１００マイクロメートル四方のフィーチャーを約５，０００オングストロームの深さまでエッチングすることによってパターニングした。次に、パターンウエハを２００オングストロームのＰＶＤチタンでコーティングし、続いて約１０，０００オングストロームのＰＶＤ銅でコーティングした。
【０２３０】
テストウエハは、全部で３．０分間研磨した。Ｈ２Ｏ２・３．３％、Ｈ２Ｏ・９３．１％、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４・３．０％、（ＮＨ４）３シトレート・０．５％及びＢＴＡ・０．１％の作動溶液を、研磨中ウエハに適用した。量は、重量％で計算した。ウエハの大きな領域では、ウエハ表面から銅及びチタンが除去されて、エッチングされた１００マイクロメートル四方のフィーチャー以外では、酸化ケイ素ストップ層が露出している。
【０２３１】
物品１１は、ＳＲ９００３の３０．０グラム、ＳＲ３３９の４５グラム、「ディスパービック（DISPERBYK）１１１」の６．９グラム及びＬＲ８８９３の２．４グラムをこの順番で組み合わせ、かつ１分間高せん断ミキサーで混合することにより調製した。攪拌下に、ＴＲＳ２０３９の３７０．０１グラムを添加し、研磨剤スラリーを混合して更に約１０分間撹拌した。次に、シリンダー又はポスト形状にて空洞を含有するポリプロピレン生産工具を使用して、研磨物品の一般的製造手順に従ってＦ１上へと研磨材スラリーをコーティングした。２００マイクロメートル（μｍ）のポストを有する生産工具を使用して、物品１１を作製した。物品１１は、試験手順ＩＩＩに従って試験し、ウエハ上の１００マイクロメートル四方のフィーチャーの特性を測定して、銅を除去して二酸化ケイ素ストップ層を露出させた表面上のディッシング領域の広がりを決定した。テンコア（Tencor）Ｐ−２２表面計を使用して、ディッシングを測定した。ウエハ上での４個の異なる箇所で測定した。測定値は表６にて報告されている。
【０２３２】
【表６】
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【０２３３】
作製されたその他の研磨物品を次に示す。
【０２３４】
物品１２は物品１１について記載されたようにして作製したが、９６０μｍのポストを有する生産工具を使用した。
【０２３５】
物品１３は物品１１について記載されたようにして作製したが、１，０００μｍのポストを有する生産工具を使用した。生産工具は、以下にて更に詳細に記載されている。
【０２３６】
物品１４は、順に、ＳＲ９０００３の３０．０グラム、ＳＲ３３９２の４５．０グラム、オレイン酸の１．５３グラム、Ｂ−ＣＥＡの３．５６グラム、ＬＲ８８９３の２．４グラム、及びＴＲＳ２０３９の１４４．５グラムを組み合わせることにより調製した。次に、シリンダー又はポスト形状にて空洞を含有するポリプロピレン生産工具を使用して、研磨物品の一般的製造手順に従ってＦ１上へと研磨材スラリーをコーティングした。２００μｍのポストを有する生産工具を使用して、物品１４を作製した。
【０２３７】
物品１５は物品１４について記載されたようにして作製したが、９６０μｍのポストを有する生産工具を使用した。半導体平坦化に好適なウエハ表面の改質に使用される研磨物品の作製方法は、典型的には、濾過工程を含む。生産工具内へ研磨材スラリーをコーティングする前に、研磨材スラリーを６０μｍ又は８０μｍのフィルタのいずれかを用いて濾過する。
【０２３８】
研磨物品作製の基本手順
物品１〜１５の研磨物品は、以下の手順により作製した。
【０２３９】
ポリプロピレン生産工具は、隣接角錐台の集成物からなるキャスティング表面を有するメタルマスターツール上にポリプロピレン材料をキャスティングすることによって作製した。得られた生産工具は、角錐台形状の空洞を有していた。角錘パターンは、それらの隣接した基部が、約５１０マイクロメートル（０．０２０インチ）以下で互いに隔置されているようなものであった。各角錐台の高さは、約８０マイクロメートルであり、基部は一辺当たり約１７８マイクロメートル及び頭頂部は一辺当たり約５１マイクロメートルであった。
【０２４０】
２００マイクロメートルのポストパターンは円柱状ポストの３角形配列であって、このポストは２００マイクロメートルの直径、６０マイクロメートルの高さ、及び３７３マイクロメートルの心心距離を有する。
【０２４１】
９６０マイクロメートルのポストパターンは円柱状ポストの３角形配列であって、このポストは９６０マイクロメートルの直径、７５マイクロメートルの高さ、及び１５００マイクロメートルの心心距離を有する。
【０２４２】
１，０００マイクロメートルのポストパターンは、正方形ポストの３角形配列である。ポストは一片が１，０００マイクロメートル、高さ１００マイクロメートルであるとともに、３，４００マイクロメートルの心心距離を有する。正方形は全て同一配向を有し、かつ三角形配列内の点を接続する直線の１つと平行な１つの面に向けられている。
【０２４３】
一連の複合材料を描写する約５０本の線が１ｃｍ当たりに存在した。生産工具は、マスキング型感圧性接着剤テープを使用し金属キャリアプレートに固定した。各実施例に列挙された成分から構成される研磨剤スラリーは、高せん断ミキサーを使用して均質になるまで混合した。次に、研磨剤スラリーは通常、６０μｍ〜８０μｍのフィルタを介して濾過した。次に、この研磨剤スラリーはスキージを使用して生産工具の空洞内にコーティングし、及びプライム化ポリエステルフィルム裏材を生産工具の空洞内に収容された研磨剤スラリーと接触させる。次に、物品をケム・インスツルメンツ（Chem Instruments）から市販されている卓上型実験室用貼合せ機・型式００１９９８番を通過させた。約２７５．７９〜５５１．５８ｋＰａ（約４０〜８０ｐｓｉ）及び約２〜７の速度にて、物品を２個のゴムローラ間に連続的に供給した。石英板を物品上に置いた。工具を裏材及び研磨剤スラリーと共に、２個の鉄をドープしたランプ（アメリカン・ウルトラバイオレット社（American Ultraviolet Company）から市販されている）か、２個の紫外線ランプ（ultraviolet）（「Ｖバルブ」）（フュージョン・システムズ社（Fusion Systems, Inc.）より市販されている）（両方とも、約１５７．５ワット／ｃｍ（４００ワット／インチ）にて稼働させる）のいずれか一方を通過させることによって物品を硬化した。放射線は、フィルム裏材を貫通した。速度は、約１０．２〜１３．７メートル／分（１５〜４５フィート／分）であり、サンプルは２回まで通過させた。
【０２４４】
試験用研磨物品を作製するため、研磨物品を感圧性接着テープ（３Ｍ社（ミネソタ州、セントポール）から市販されている）へと積層した。次に、直径３０．５ｃｍ（１２インチ）の円形試験試料を、試験用に打抜いた。
【０２４５】
平面化プロセス完了後、処理済みウエハは通常、当技術分野において既知の手順を使用して洗浄する。一般に、洗浄媒体は、それがウエハ表面に損傷をほとんど与えることなく残骸を除去するように選択される。好適な洗浄媒体の例としては、水道水、蒸留水、脱イオン水、有機溶媒、などが挙げられる。それらは、単独で、又はお互いに組み合わされて使用されてよい。所望する場合、洗浄工程を手助けするために、それらは更に、石鹸又はその他の添加剤を含んでよい。
【０２４６】
典型的には、本開示の研磨物品を使用して、複数の半導体ウエハを平坦化する。研磨物品が２つの逐次的平面化工程の間において仕上げ加工又はコンディショニングできることは、本開示の範囲内である。コンディショニング工程は、「擦り切れた研磨粒子」を除去し、かつ／又は任意の望ましくない付着物若しくは残骸を除去し、それによって研磨物品の切断能力、並びに平坦化表面の品質を高めることができる。このような状況では、研磨物品表面は、ダイヤモンドコンディショニング工具、ブラシ、結合研磨材、コーティング研磨材、金属ロッド、ウォータージェットなどと接触させることを含む周知の従来技術に従って研磨材表面をコンディショニングしてよい。その他の技術としては、レーザー又はコロナエネルギーへの曝露が挙げられる（例えば、シェルマン・トリーターズ社（Sherman Treaters, Ltd.）（英国）から入手可能なシェルマン（Sherman）コロナ処理ユニットを使用）。このコンディショニング工程は、当該コンディショニング工程に付随する時間と費用のため、必ずしも好ましいとは限らない。研磨物品が２つの逐次的平面化工程の間において仕上げ加工又はコンディショニングされていないことは、本開示の範囲内である。
【０２４７】
作動液の評価
半導体デバイスの製作に適したウエハ表面の改質に有用な各種作動液を評価するために、一連の実験を実施した。一例示的実施形態では、作動液は、遊離研磨粒子を実質的に含まない初期構成成分の水溶液であって、当該構成成分が、水、界面活性剤、及び７超のｐＫａを少なくとも１つ示すｐＨ緩衝剤を含み、当該ｐＨ緩衝剤が、塩基性ｐＨ調整剤及び酸性錯化剤を含み、かつ当該作動液が約７〜約１２のｐＨを示すものであった。界面活性剤含有作動液について、固定した研磨剤ウェブを使用して、ストップオンナイトライド（stop on nitride）ＣＭＰプロセスでの酸化物除去速度を促進又は維持する能力を評価した。
【０２４８】
レフレキシオン（Reflexion）（商標）ウェブ研磨機（アプライドマテリアル社（Applied Materials, Inc.）（カルフォルニア州サンタクララ））を使用して、２００ｍｍプロファイラＩＩウエハキャリア上で、６０／９０リブ付サブパッド（３Ｍ社（ミネソタ州セントポール））上に取り付けた３Ｍ・ＳＷＲ５５０−１２５／１０固定研磨剤ウェブ（３Ｍ社（ミネソタ州セントポール））を使用して、２００ｍｍブランケットＴＥＯＳウエハを研磨した。界面活性剤含有作動液は、脱イオン水中にて、水酸化アンモニウム緩衝水溶液（塩基性ｐＨ制御剤として）中の選択した界面活性剤・０．１重量％及びＬ−プロリン・２．５重量％（酸性多座錯化剤として）と共に調製した。比較のために、水酸化アンモニウム緩衝水溶液（塩基性ｐＨ制御剤として）及びＬ−プロリン・２．５重量％（酸性多座錯化剤として）のみを含む対照作動液もまた調製した。作動液は、ＣＭＰプロセス中、体積流量１００ｍＬ／分にて個別にウエハ表面に適用される。
【０２４９】
評価した界面活性剤を表７に示す。界面活性剤は、水、塩基性ｐＨ調整剤（例えば、水酸化アンモニウム）及び多座アミノ酸錯化剤（例えば、Ｌ−プロリン・２．５重量％）と、約９〜１２の範囲のｐＨにわたって混ぜ合わされた。次に、作動液は、半導体デバイス製造での使用において有用なＣＭＰプロセスを行うため、３Ｍ社のマイクロレプリケート固定研磨材製品と組み合わせて適用した。
【０２５０】
【表７】
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【０２５１】
アルカリ性ｐＨにて生じ得る特定の利点としては、適切な酸化物除去速度を維持しながらのより低い研磨圧力の使用が挙げられる。一般に、より低い研磨圧力では、欠陥が減少しかつ歩留まりが向上する。研磨プロセスパラメーターは、インクリメントが５ｍｍ、ウエハ圧力が２０．６８ｋＰａ（約３ｐｓｉ）、プレート回転速度が毎分３０回転（３０ＲＰＭ）、キャリア回転速度が２８ＲＰＭ、及び研磨時間が６０秒（ウエハ当たり）であった。界面活性剤含有作動液及び対照作動液のＣＭＰ評価結果を表８に示す。
【０２５２】
【表８】
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【０２５３】
表８に示すように、界面活性剤をＬ−プロリンの２．５重量％と共に、７〜１２のｐＨにて使用することで、対照作動液（界面活性剤無し、類似のｐＨにて）と比較して、２倍超の酸化物除去速度の増加が得られた。ｐＨが約９〜１１のある種の実施例では、酸化物除去速度は、窒化物除去速度より２００倍以上大きいので、ＣＭＰ・ＳＴＩ法にて作動流体が使用される場合、窒素上で選択的に（selectivity）停止する。
【０２５４】
別の一連の実験を実施して、ＣＭＰにて使用される固定研磨剤ウェブに対するならし期間を短縮するための界面活性剤の使用を評価した。６０／９０リブ付サブパッドに取り付けた３Ｍ・ＳＷＲ５５０−１２５／１０固定研磨剤ウェブ（３Ｍ社（ミネソタ州セントポール））を使用して、２００ｍｍプロファイラＩＩウエハキャリア（３Ｍ社（ミネソタ州セントポール））上にて２００ｍｍブランケットＴＥＯＳウエハを研磨するために、レフレキシオン（Reflexion）（商標）ウェブ研磨機（アプライドマテリアル社（Applied Materials, Inc.）（カルフォルニア州サンタクララ））を使用した。テルギトール（TERGITOL）（商標）１５−Ｓ−７界面活性剤の０．０５重量％と共に、脱イオン水中にＬ−プロリンの２．５重量％を含む作動液（ダウ・ケミカル社（Dow Chemical Company）（ミシガン州ミッドランド））を、１００ｍＬ／分の体積流量にて使用した。研磨プロセスパラメーターは、インクリメントが５ｍｍ、ウエハ圧力が２０．６８ｋＰａ（約３ｐｓｉ）、プレート回転速度が毎分３０回転（３０ＲＰＭ）、キャリア回転速度が２８ＲＰＭ、及び研磨時間・６０秒（ウエハ当たり）であった。
【０２５５】
３つの異なる固定研磨材ならし運転手順を使用した。目標値である２０００〜２５００オングストローム／分の安定した酸化物除去速度に到達するために必要なウエハ数を決定した。図８は、本実験で評価された各ならし運転手順のために処理されたウエハ数の関数としての研磨速度を示す。
【０２５６】
第１試験（図８のダイヤモンド形記号にて示されている）、２０００〜２５００オングストローム／分の目標にて、一定（±２００オングストローム／分で安定）の研磨速度を得るために１４５枚のウエハを処理し、平衡状態に達した。本試験に先立って、脱イオン水のみにて、固定研磨材ウェブと共に一晩（約１５時間のアイドル時間）、標準的な濡れたアイドリング（a standard wet idle）を実施した。研磨速度は、目標の２０００〜２５００オングストローム／分の速度では、１４枚全てのウエハを処理するまで完全には安定しなかった。これは、安定した研磨速度を得るための非常に長いならし期間を示す。第２試験（図８にて正方形記号で示す）は、５時間濡れたアイドリング（wet idle）をした後で実施した。第２試験においては、研磨速度を安定した目標研磨速度である２０００〜２５００オングストローム／分にするためには、約４０枚のウエハが処理される必要があった。これは依然として、所望されない、長いならし期間である。第３試験（図８の三角形記号にて示す）は、固定研磨材ウェブを界面活性剤含有作動液に浸漬させ、ウェブ上にて一晩室温で乾燥させた後に実施した。研磨に先立つアイドル時間中、固定研磨材ウェブのすすぎ洗いは実施しなかった。ここで、研磨速度は、約２５枚のウエハのみを処理した後、目標の２０００〜２５００オングストローム／分の速度にて安定値に到達した。
【０２５７】
界面活性剤を固定研磨材上に維持するその他の方法もまた同様に使用することができる。一実施例では、濡れたアイドリング中に脱イオン水をウェブ上へと直接ポンプで送る（pumping straight）よりもむしろ、界面活性剤含有作動液を使用する。別の実施例としては、界面活性剤単独の使用、又は脱イオン水へ希釈されかつ固定研磨材ウェブ研磨表面上へとアイドル時間中にポンプで送られた界面活性剤である。別の方法では、休止期間直後に固定研磨材表面へ適用される界面活性剤の濃縮溶液を使用できる。
【０２５８】
様々な修正が、本開示の範疇及び原理から逸脱することなくなされうることが、当業者には上記の説明から明らかとなり、また、本開示が、先に記載した例示的な実施形態に不当に限定されるものではないことが、理解されるべきである。本開示の様々な実施形態について説明した。これらの及びその他の実施形態が、以下の特許請求の範囲内である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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