(57)【要約】  研磨物品には、支持パッド、第１研磨エレメント、第２研磨エレメント及び固定メカニズムが含まれる。支持パッドは、第１主表面、第２主表面、第１エッジ、第２エッジ及びチャネルを有する。このチャネルは第１主表面内に形成され、第１エッジから第２エッジへと延在する。第１及び第２研磨エレメントは、支持パッドの一部を覆い、互いに位置調整可能である。固定メカニズムはチャネル内に配置され、第１研磨エレメントのエッジと第２研磨エレメントのエッジとを支持パッド内に固定する。【選択図】図１
2013533125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主表面と、第２主表面と、第１エッジと、第２エッジと、チャネルとを有し、前記チャネルが前記第１主表面内に形成され、前記第１エッジから前記第２エッジへと延在している、支持パッドと、
前記支持パッドの一部の上に配置可能な第１研磨エレメントと、
前記支持パッドの一部の上に配置可能な第２研磨エレメントと、
前記チャネル内に配置され、前記第１研磨エレメントのエッジと前記第２研磨エレメントのエッジとを前記支持パッド内に固定するための、固定メカニズムと、を含む、研磨物品。
【請求項２】
前記第１及び第２研磨エレメントの前記エッジが、別個の固定メカニズムによって前記支持パッドに固定されている、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項３】
前記第１及び第２研磨エレメントの前記エッジが、単一の固定メカニズムによって前記支持パッドに固定されている、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項４】
前記固定メカニズムが、
複数のスリットを有する剛性材料と、
前記スリットの一方の中に前記第１研磨エレメントの前記エッジを保持する手段と、を含む、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項５】
前記スリットの一方の中に、前記第１研磨エレメントの前記エッジを保持するための手段が、吸引及びクランプのうち１つを含む、請求項４に記載の研磨物品。
【請求項６】
前記固定メカニズムが、感圧接着剤、面ファスナー取り付け、機械的取り付け、又は永久接着剤のうち１つを含む、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項７】
第１主表面及び第２主表面を有するパッドと、
前記第１主表面の一部の上に配置可能な第１研磨エレメントと、
前記第１主表面の一部の上に配置可能な第２研磨エレメントと、
前記第１主表面により画定される面の下に位置し、前記第１研磨エレメントのエッジと前記第２研磨エレメントのエッジとを前記パッドに取り付ける、固定メカニズムと、を含む、固定研磨物品。
【請求項８】
前記第１主表面が、前記第１主表面内に、底、第１側壁及び第２側壁を画定するチャネルを含む、請求項７に記載の固定研磨物品。
【請求項９】
前記第１及び第２研磨エレメントの前記エッジが、別個の固定メカニズムによって前記パッドに取り付けられている、請求項７に記載の固定研磨物品。
【請求項１０】
前記第１及び第２研磨エレメントの前記エッジが、単一の固定メカニズムによって前記パッドに固定されている、請求項７に記載の固定研磨物品。
【請求項１１】
前記固定メカニズムが、前記第１及び第２研磨エレメントの前記エッジを、前記チャネル内に取り付けている、請求項８に記載の固定研磨物品。
【請求項１２】
前記固定メカニズムが、感圧接着剤、面ファスナー取り付け、機械的取り付け、又は永久接着剤のうち１つを含む、請求項８に記載の固定研磨物品。
【請求項１３】
前記固定メカニズムが、
第１スリット及び第２スリットを有するブロックと、
前記第１スリット内に前記第１研磨エレメントの前記エッジを保持し、前記第２スリット内に前記第２研磨エレメントの前記エッジを保持するための手段と、を含む、請求項７に記載の固定研磨物品。
【請求項１４】
前記第１及び第２研磨エレメントの前記エッジを、それぞれ前記第１及び第２スリット内に保持するための前記手段が、吸引及びクランプのうち１つを含む、請求項１３に記載の固定研磨物品。
【請求項１５】
加工対象製品の表面を研磨する方法であって、
第１主表面、第１エッジ、第２エッジ、及び前記第１主表面内に位置し前記第１エッジから前記第２エッジへと延在するチャネルを有する支持パッドを提供する工程と、
前記支持パッドの前記第１主表面の一部を第１研磨エレメントで覆う工程と、
前記第１研磨エレメントのエッジを、前記支持パッドの前記チャネル内に配置する工程と、
前記支持パッドの前記第１主表面の一部を第２研磨エレメントで覆う工程と、
前記第２研磨エレメントのエッジを、前記支持パッドの前記チャネル内に配置する工程と、
前記第１及び第２研磨エレメントの前記エッジを、前記チャネル内に保持する工程と、
前記第１及び第２研磨エレメントを、前記加工対象製品の表面に接触させる工程と、
前記加工対象製品と前記固定研磨エレメントとを互いに対して動かす工程と、を含む、方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２研磨材を、前記支持パッドの前記第１エッジから前記第２エッジへと段階的に前進させる工程を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１及び第２研磨エレメントの前記エッジを前記チャネル内に保持する方法が、吸引及びクランプのうちの１つを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１及び第２研磨エレメントの前記エッジを前記チャネル内に保持する方法が、前記チャネル内に前記エッジを接着することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記チャネル内の前記エッジの接着が、感圧接着剤、面ファスナー取り付け、機械的取り付け、又は永久接着剤のうち１つを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１及び第２研磨エレメントの前記エッジを前記チャネル内に配置する方法が、前記エッジを剛性ブロックに挿入することを含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全般に化学機械平坦化（ＣＭＰ）分野に関する。本発明は特に、ＣＭＰプロセスに使用するための固定研磨材のエッジの接合を模する技法である。
【背景技術】
【０００２】
固定研磨材は、一定した平面性、高い基材除去率、及び不均一性と欠陥のレベルが低いことから、化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスに広く使用されている。半導体分野においては、例えば、固定研磨物品のエッジでウェハを研磨すると、その研磨されたウェハに高レベルの欠陥が生じ得ることが周知である。このような欠陥は、固定研磨物品の直径が、固定研磨物品の配置されているプラテン直径よりも小さいときに生じ得る。この欠陥は、ウェハに接触している固定研磨物品の、比較的粗く不均一なエッジによって生じる傷の形状であり得る。従来の解決策としては、２つの別個の固定研磨物品のエッジを合わせて接合すること、又はプラテン全体を覆うよう、１つの固定研磨物品の２つのエッジを接合することが挙げられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一実施形態において、本発明は支持パッド、第１研磨エレメント、第２研磨エレメント及び固定メカニズムを含む研磨物品である。支持パッドは、第１主表面、第２主表面、第１エッジ、第２エッジ及びチャネルを有する。このチャネルは、第１主表面内に形成され、第１エッジから第２エッジへと延在する。第１及び第２研磨エレメントは、支持パッドの一部を覆い、互いに位置調整可能である。固定メカニズムは、チャネル内に配置され、第１研磨エレメントのエッジと第２研磨エレメントのエッジとを支持パッド内に固定する。
【０００４】
別の一実施形態において、本発明はパッド、第１研磨エレメント、第２研磨エレメント及び固定メカニズムを含む固定研磨物品である。このパッドは、第１主表面及び第２主表面を有する。第１及び第２研磨エレメントは、この第１主表面の一部を覆い、互いに位置調整可能である。固定メカニズムは、第１主表面により画定される面より下に位置し、第１研磨エレメントのエッジと第２研磨エレメントのエッジとをパッドに取り付ける。
【０００５】
更に別の一実施形態において、本発明は、加工対象製品の表面を研磨する方法である。この方法には、第１主表面、第１エッジ、第２エッジ、及び第１エッジから第２エッジへと延在する第１主表面内のチャネルを有する支持パッドを提供する工程と、支持パッドの第１主表面を第１研磨エレメント及び第２研磨エレメントで覆う工程と、支持パッドのチャネル内に第１及び第２研磨エレメントそれぞれのエッジを配置する工程と、第１及び第２研磨エレメントを加工対象製品の表面に接触させる工程と、加工対象製品及び固定研磨エレメントを互いに対して動かす工程と、が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明は、あくまで例として提供される下記の添付図面を参照することで、より容易に理解され、その特徴と利点がより明確になるであろう。
【図１】本発明による支持パッドの平面図。
【図２】支持パッドに取り付ける本発明による固定メカニズムの第１実施形態を備えた、図１の支持パッドにより形成された固定研磨物品の、線Ａ−Ａに沿った断面図。
【図３】支持パッドに取り付ける本発明による固定メカニズムの第２実施形態を備えた、図１の支持パッドにより形成された固定研磨物品の、線Ａ−Ａに沿った断面図。
【図４】支持パッドに取り付ける本発明による固定メカニズムの第３実施形態を備えた、図１の支持パッドにより形成された固定研磨物品の、線Ａ−Ａに沿った断面図。
【図５】支持パッドに取り付ける本発明による固定メカニズムの第４実施形態を備えた、図１の支持パッドにより形成された固定研磨物品の、線Ａ−Ａに沿った断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、支持パッド１０の平面図であり、例えば、化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスに使用するためのパッド又はサブパッドである。支持パッド１０は、本発明の固定研磨構造体１２（図２、３、４及び５において、研磨物品１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄとして示されている）の一部を形成し、この固定研磨構造体を、例えば、半導体ウェハの研磨又は平坦化に使用することができる。単純化のため、本発明の固定研磨物品を全般に指す際は、参照番号１２を用いる。固定研磨物品の特定の一実施形態を参照するときは、該当する参照番号１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄが使用される。本発明の固定研磨構造体１２は特に、加工された半導体ウェハ（すなわち、回路を上面に備えたパターン形成済み半導体ウェハ、あるいはパターン形成されていないブランケットウェハ）に使用するのに好適であるが、本発明の意図した範囲から逸脱することなく、未加工又は半加工の（例えば、シリコン）ウェハに使用することもできる。
【０００８】
支持パッド１０は、第１主表面１４、第２主表面１６、及び第１エッジ２０から、第１エッジ２０の反対側の第２エッジ２２へと延在するチャネル１８を有する。チャネル１８は、第１主表面１４内に形成され、底２４、第１側壁２６及び第２側壁２８を含む。チャネル１８は、第１高さＨ１及び第２高さＨ２を有する支持パッド１０をもたらす。第１高さＨ１は、第２主表面１６の面から第１主表面１４の面までの値である。第２高さＨは、第２主表面１６の面からチャネル１８の底２４までの値である。ゆえに第２高さＨ２は、第１高さＨ１よりも値が小さい。一実施形態において、第１高さＨ１は約９０マイクロメートルであり、第２高さＨ２は約６０マイクロメートルである。図１には、チャネル１８が支持パッド１０をほぼ半分に分割しているものとして描かれているが、固定研磨エレメント３０及び３２（図２、３、４及び５に図示）がチャネル１８によって生じる２つの主表面領域を覆っている限り、２つのチャネル１８は、本発明の意図した範囲から逸脱することなく、支持パッド１０の任意のそれぞれのエッジから延在し得る。更に、図１では支持パッド１０がほぼ円形を有するものとして描かれているが、支持パッド１０は本発明の意図した範囲から逸脱することなく、任意の形状をとることができる。例えば支持パッド１０は、長方形、正方形、楕円形等であり得る。
【０００９】
図２は、図１の支持パッド１０で形成された固定研磨物品１２ａの、線Ａ−Ａに沿った断面図である。固定研磨物品１２ａには、支持パッド１０、第１研磨エレメント３０、第２研磨エレメント３２、及び第１実施形態の固定メカニズム３４ａが含まれる。支持パッド１０は、弾性エレメント３６と剛性エレメント３８から形成されている。「弾性エレメント」とは、剛性エレメントを支持している、圧迫により弾力的に変形するエレメントを意味する。「剛性エレメント」とは、弾性エレメントよりも高い弾性率を有し、屈曲により変形するエレメントを意味する。固定研磨エレメント３０及び３２は、剛性エレメント３８を備えた支持パッド１０の第１主表面１４の上に配置され、この剛性エレメントは、弾性エレメント３６と固定研磨エレメント３０及び３２との間に挟まれている。本発明の固定研磨物品１２において、剛性エレメント３８と弾性エレメント３６は全般に、固定研磨エレメント３０及び３２に対して平行かつ連続的であり、これにより、エレメント３０、３２、３６及び３８は実質的に同一の広がりを持つ。図２には示されていないが、弾性エレメント３６は、典型的には、固定研磨エレメント３０及び３２を半導体ウェハに接触させて、半導体ウェハ改変用の機械のプラテンに取り付けられる。加えて、支持パッド１０は、弾性エレメント３６及び剛性エレメント３８で形成されたものとして図２に描かれ説明されているが、本発明の意図した範囲を逸脱することなく、支持パッド１０には、単一の弾性エレメントを含め、任意の数のエレメントを含めることができる。
【００１０】
支持パッドエレメント３６及び３８の硬度及び／又は圧縮率は、具体的なプロセスに望ましい研削特性（すなわち、切断速度、製品寿命、ウェハ均一性、及び加工対象製品の表面仕上げ）を提供するよう選択される。よって、弾性エレメント３６及び剛性エレメント３８の材質の選択は、加工対象製品（すなわち、ウェハ表面）及び固定研磨エレメント３０及び３２の構成成分、加工対象製品表面を改変（例えば、表面を平坦化）するのに使用する器具のタイプ、その改変プロセスに使用する圧力等によって変わってくる。加えて、弾性エレメント３６及び剛性エレメント３８に使用する材料は、その固定研磨物品１２が、加工対象製品表面にわたって均一な材料除去（すなわち、均一性）を提供し、パターン形成されたウェハに良好な平面性を提供するよう選択される。これには平面度（平坦度（ＴＩＲ値）として測定される）及びディッシング（平坦率として測定される）が含まれる。具体的な平面性値は、個々の加工対象製品及び意図された用途によって異なり、また加工対象製品に対して行う可能性のある以降のプロセス工程の性質によっても異なる。
【００１１】
弾性エレメント３６の主な目的は、加工対象製品に対して均一な圧力を維持しつつ、加工対象製品の表面の全体的な形状に対し、固定研磨物品１２をほぼぴったり一致させることである。例えば、半導体ウェハはその厚さにおいて比較的大きな起伏又は変動を備えた全体的形状を有することがあり、これは、固定研磨物品１２が実質的に合致する。固定研磨物品１２が加工対象製品の全体的な形状にほぼぴったり一致することが望ましく、これによって、加工対象製品表面を改変した後の、望ましいレベルの均一性を達成することができる。弾性エレメント３６は、表面改変プロセス中に圧縮を受け続けるため、厚さ方向に圧縮されたときの弾力性が、この目的を達成するための重要な特性となる。弾性エレメントの弾力性（すなわち、圧縮時の剛性と弾性反発）は、材料の厚さ方向の弾性率に関係し、また厚さによっても影響を受ける。
【００１２】
固定研磨物品１２に使用するのに好適な弾性材料は、幅広い材料から選択することができる。典型的には、この弾性材料は有機ポリマーであり、これは熱可塑性又は熱硬化性であってよく、本質的にエラストマー性であってもなくてもよい。一般に有用な弾性材料であることが見出される材料は、発泡又は吹込み形成により多孔質有機構造を形成する有機ポリマーであり、これは典型的に発泡体と呼ばれる。そのような発泡体は、天然若しくは合成ゴム、又はその他の熱可塑性エラストマー（例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、及びこれらのコポリマー）から調製することができる。好適な剛性熱可塑性エラストマーには、クロロプレンゴム、エチレン／プロピレンゴム、ブチルゴム、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ＥＰＤＭポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリクロロプレン、又はスチレン／ブタジエンコポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。具体的な好適な弾性材料の一例としては、発泡体形状のポリエチレン及び酢酸エチルビニルのコポリマーがある。弾性材料は、好適な機械的特性（例えば、ヤング率及び圧縮時の残留応力）が達成できる場合は、他の構造であってもよい。例えば、従来の研磨パッドに使用されている、ポリウレタンを含浸したフェルト系材料も使用することができる。弾性材料は、樹脂（例えば、ポリウレタン）に含浸させた、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、又はポリアミド繊維の、織布又は不織布繊維マットであってもよい。この繊維マットの繊維は、有限の長さ（すなわち、短繊維）であってもよく、また実質的に連続的な繊維であってもよい。本発明の固定研磨物品に好適な具体的な弾性材料には、ポリ（エチレン−ｃｏ−酢酸ビニル）発泡体が挙げられるがこれに限定されず、これは商品名ＣＥＬＬＦＬＥＸ  １２００、ＣＥＬＬＦＬＥＸ  １８００、ＣＥＬＬＦＬＥＸ  ２２００、ＣＥＬＬＦＬＥＸ  ２２００  ＸＦ（Ｄｅｒｔｅｘ  Ｃｏｒｐ．，（Ｌａｗｒｅｎｃｅ，Ｍａｓｓ．）から販売）、３Ｍ  ＳＣＯＴＣＨブランドＣＵＳＨＩＯＮ−ＭＯＵＮＴ  Ｐｌａｔｅ  Ｍｏｕｎｔｉｎｇ  Ｔａｐｅ  ９４９（ダブルコーティングの高密度エラストマー発泡体テープ（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ、Ｍｉｎｎ．）から販売））、ＥＭＲ  １０２５ポリエチレン発泡体（Ｓｅｎｔｉｎｅｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（Ｈｙａｎｎｉｓ、Ｎ．Ｊ．）から販売）、ＨＤ２００ポリウレタンフォーム（Ｉｌｌｂｒｕｃｋ，Ｉｎｃ．，（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，Ｍｎｎ．）から販売）、ＭＣ８０００及びＭＣ８０００ＥＶＡフォーム（Ｓｅｎｔｉｎｅｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓから販売）、並びにＳＵＢＡ  ＩＶ含浸不織布（Ｒｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．（Ｎｅｗａｒｋ，Ｄｅｌ．）から販売）として入手可能である。
【００１３】
剛性エレメント３８の主な目的は、固定研磨物品１２を、加工対象製品の表面の局所的な形体にほぼぴったり一致するようにする能力を制限することである。例えば、半導体ウェハは典型的に、谷を挟んで同じ高さ又は異なる高さを有する隣接形体を有し、このような形状には、研磨材構造体は実質的にぴったり一致することはない。加工対象製品の局所的な形状に対しては、固定研磨物品１２の順応性を低減することが望ましく、これによって、加工対象製品に望ましいレベルの平面性を実現することができる（例えば、ディッシングを回避する）。剛性エレメント３８の曲げ剛性（すなわち、曲げによる変形に対する抵抗）は、この目的を達成するための重要な特性である。剛性エレメント３８の曲げ剛性は、材料の面内弾性率に直接関係し、その厚さの影響を受ける。例えば、均質な材料の場合、曲げ剛性は、ヤング率に、材料の厚さの３乗を掛けた値に正比例する。
【００１４】
代表的な剛性材料には、有機ポリマー、無機ポリマー、セラミックス、金属、有機ポリマーの複合材料、及びこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されない。好適な有機ポリマーは、熱可塑性又は熱硬化性であり得る。好適な熱可塑性材料には、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリペルフルオロオレフィン、ポリ塩化ビニル、及びこれらのコポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。好適な熱硬化性材料には、エポキシ、ポリイミド、ポリエステル、及びこれらのコポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。本明細書で使用されるとき、「コポリマー」は、２種以上の異なるモノマー（ターポリマー、テトラポリマーなど）を含有するポリマーを含む。有機ポリマーは、強化されたものであってもなくてもよい。この強化は、繊維又は微粒子物質の形状であり得る。強化として使用するのに好適な材料には、有機又は無機繊維（連続繊維又は短繊維）、ケイ酸塩（例えば、雲母又はタルク）、シリカ系材料（例えば、砂又は石英）、金属粒子、ガラス、金属酸化物、及び炭酸カルシウムが挙げられるが、これらに限定されない。
【００１５】
金属シートも、剛性エレメント３８として使用することができる。典型的には、金属は比較的高いヤング率を有するため（例えば、約５０ＧＰａ超）、非常に薄いシート（典型的には、約０．０７５〜０．２５ｍｍ）が使用される。好適な金属には、アルミニウム、ステンレススチール、及び銅が挙げられるが、これらに限定されない。特に好適な剛性材料には、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリカーボネート、ガラス繊維強化エポキシボード（例えば、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，Ｍｉｎｎ．）から販売されているＦＲ４）、アルミニウム、ステンレススチール、及びＩＣ１０００（Ｒｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．，（Ｎｅｗａｒｋ，Ｄｅｌ．）から販売）が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１６】
研磨構造体の弾性エレメント３６及び剛性エレメント３８は、典型的には、様々な材料の別個の層である。各部分は、典型的に１つの材料からなる単一エレメントである。しかしながら、エレメント３６と３８はそれぞれ、同じ又は異なる材料の複数の層を含んでいてもよい（望ましい用途に対して、層の機械的挙動が受容できるものである限りにおいて）。例えば、剛性エレメント３８は、必要な曲げ剛性を得るために、弾性材料と剛性材料を配置したエレメントを含み得る。同様に、弾性エレメント３６は、全体的な積層体が十分な弾性を有する限り、弾性材料と剛性材料のエレメントを含み得る。
【００１７】
また、固定研磨物品構成体１２の様々な構成要素の間に、接着剤又はその他の取付け手段の層が介在していてもよい。例えば、剛性エレメント３８と固定研磨エレメント３０及び３２の裏材との間に、接着エレメント（例えば、感圧接着剤）が挟まれていてもよい。図２には示されていないが、剛性エレメント３８と弾性エレメント３６との間に挟まれた、及び弾性エレメント３６の表面上にある、接着エレメントが存在してもよい。加えて、図２では、チャネル１８の底２４が、弾性エレメント３６と剛性エレメント３８の接する面となっているが、この底２４は、固定メカニズム３４ａが研磨面Ｐより下（支持パッド１０の第１主表面１４より下）に配置されている限り、本発明の意図した範囲から逸脱することなく、支持パッド１０の第１主表面１４と第２主表面１６との間の任意の場所に配置することができる。
【００１８】
固定研磨エレメント３０及び３２には、裏材に固定された複数の研磨粒子が含まれる。一般に、研磨粒子は結合剤中に分散されて、裏材に接着された研磨コーティング及び／又は研磨複合材料を形成する。「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次元研磨エレメントを一括して提供する複数の成形体の１つを指す。固定研磨エレメントを記述するのに使用される用語「テクスチャード」は、隆起した部分と陥凹した部分を有する固定研磨エレメントを指す。研磨粒子は、結合剤中に均一に分散されていてもよく、あるいは、研磨粒子は不均一に分散されていてもよい。一般に、研磨粒子は均一に分散されており、よって結果として得られる研磨コーティングは、より一貫した研削性能を提供する。第１固定研磨エレメント３０及び第２固定研磨エレメント３２には、同じ研磨粒子が含まれ得る。
【００１９】
半導体ウェハ平坦化には、典型的には、微細な粒子が使用される。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あり得る。研磨粒子の粒径は、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、粒径には範囲又は分布がある。場合によっては、得られる研磨物品１２がウェ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。
【００２０】
研磨粒子は更に、研磨凝集体の形態であってよく、これには個々の研磨粒子が複数接着し合って、１つの粒子体を形成したものが含まれる。研磨凝集体は不規則な形状であってよく、又は所定の形状を有していてもよい。研磨凝集体には、研磨粒子を互いに接着させるため、有機結合剤又は無機結合剤が利用されることがある。
【００２１】
好適な研磨粒子の例には、セリア（酸化セリウム）、溶融酸化アルミニウム、熱処理した酸化アルミニウム、白色溶融酸化アルミニウム、黒色炭化ケイ素、緑色炭化ケイ素、二ホウ化チタン、炭化ホウ素、窒化ケイ素、炭化タングステン、炭化チタン、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、六方晶窒化ホウ素、ガーネット、溶融アルミナジルコニア、アルミナ系ゾルゲル誘導研磨粒子及び同様物が挙げられる。アルミナ研磨粒子は、金属酸化物改質剤を含有し得る。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。ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素研磨粒子は、単結晶質であってよく、又は多結晶質であってもよい。金属酸化物を含むウェハ表面（例えば、二酸化ケイ素を含む表面）の場合、セリア研磨粒子が有用である。セリア研磨粒子は、Ｒｈｏｎｅ  Ｐｏｕｌｅｎｃ（Ｓｈｅｌｔｏｎ，Ｃｏｎｎ．）、Ｔｒａｎｓｅｌｃｏ（Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）、Ｆｕｊｉｍｉ（Ｊａｐａｎ）、Ｍｏｌｙｃｏｒｐ（Ｆａｉｒｆｉｅｌｄ，Ｎ．Ｊ．）、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｒａｒ  Ｏｘ（Ｃｈａｖｅｔｏｎ  Ｃｉｔｙ，Ｍａｓｓ．）、及びＮａｎｏｐｈａｓｅ（Ｂｕｒｒ  Ｒｉｄｇｅ，Ｉｌｌ．）から購入できる。
【００２２】
固定研磨エレメント３０及び３２は、２種類以上の異なるタイプの研磨粒子の混合物を含有していてもよい。例えば、この混合物は、「硬い」無機研磨粒子と「軟らかい」無機研磨粒子の混合物を含有していてよく、又２種類の「軟らかい」研磨粒子の混合物を含有していてもよい。「硬い」無機研磨粒子は一般的に、モース硬度が約８以上であり、「軟らかい」無機研磨粒子は一般的に、モース硬度が約８未満である。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ていてよく、あるいは異なった平均粒径を有していてもよい。
【００２３】
本発明の固定研磨エレメント３０及び３２のための結合剤は、有機結合剤前駆体から形成することができる。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、固化できる相を有する。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達成できる。この前駆体は、有機溶媒系、水系、又は１００％固体（即ち、実質的に溶媒がない）組成物であり得る。熱可塑性材料及び熱硬化性材料の両方、並びにこれらの組み合わせが、結合剤前駆体として使用できる。
【００２４】
結合剤前駆体は、特に硬化性有機材料であり、即ち、熱及び／若しくは他のエネルギー源（例えば、電子ビーム、紫外線、可視光線等）に曝露すると、又は化学触媒、水分等の添加で経時的に、重合並びに／又は架橋が可能な、材料である。結合剤前駆体の例としては、アミノ樹脂（例えば、アミノプラスト樹脂）（例えば、アルキル化尿素ホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、及びアルキル化ベンゾグアナミン樹脂）、アクリレート樹脂（アクリレートとメタクリレートを含む）（例えば、ビニルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、アクリルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、ビニルエーテル、油脂アクリレート、及びシリコーンアクリレート）、アルキド樹脂（例えば、ウレタンアルキド樹脂）、ポリエステル樹脂、反応性ウレタン樹脂、フェノール樹脂（例えば、レゾール樹脂及びノボラック樹脂）、フェノール／ラテックス樹脂、エポキシ樹脂（例えば、ビスフェノールエポキシ樹脂）、イソシアネート、イソシアヌレート、ポリシロキサン樹脂（アルキルアルコキシシラン樹脂を含む）、反応性ビニル樹脂、及び同様物が挙げられる。樹脂は、モノマー、オリゴマー、ポリマー、又はこれらの組み合わせの形態であり得る。
【００２５】
一実施形態において、研磨物品には、結合剤中に分散された研磨粒子を構成する、複数の精密に成形された研磨複合材料の所定のパターンが含まれ得る。「精密に成形された研磨複合材料」とは、型の窪みの逆の合成体が型から除去された後に維持された成形の形を有する研磨複合材料を指し、好ましくはその複合材料は、米国特許第５，１５２，９１７号（Ｐｉｅｐｅｒら）に開示されているように、研磨物品が使用される前に形の露出表面から突き出る研磨粒子を実質的に含まない。
【００２６】
研磨物品の好適な裏材には、柔軟な裏材と、より剛性の高い裏材の両方が挙げられる。裏材は、すでに研磨物品に使用されている材料の群、例えば、紙、不織布材、布、処理布、高分子フィルム、プライム高分子フィルム、金属フォイル、その処理されたもの、及びこれらの組み合わせから選択され得る。裏材の１つの好ましい種類は、高分子フィルムであり得る。そのような高分子フィルムの例としては、ポリエステルフィルム、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。
【００２７】
高分子フィルム裏材の厚さは、一般に、約２０マイクロメートルから、好ましくは約５０マイクロメートルから、最も好ましくは約６０マイクロメートルから、約１，０００マイクロメートルまで、より好ましくは約５００マイクロメートルまで、最も好ましくは約２００マイクロメートルまでの範囲であり得る。裏材の少なくとも１つの表面には、マトリックス材料及び研磨粒子がコーティングされ得る。特定の実施形態において、裏材は、厚さが均一であり得る。裏材は厚さが十分に均一でないと、ＣＭＰプロセスにおいて、ウェハポリシング均一性のばらつきがより大きくなる場合がある。
【００２８】
実際に、第１固定研磨エレメント３０及び第２固定研磨エレメント３２の裏材は、支持パッド１０の第１主表面１４と全般に同一の広がりを持ち、支持パッド１０に恒久的に取り付けられている。第１研磨エレメント３０は、チャネル１８によって形成された支持パッド１０の第１主表面１４の第１部分に配置され、これによって第１研磨エレメント３０のエッジ４０がチャネル１８内に配置される。同様に、第２研磨エレメント３２は、チャネル１８によって形成された支持パッド１０の第１主表面１４の第２部分に配置され、これによって第２研磨エレメント３２のエッジ４２がチャネル１８内に配置される。固定研磨エレメント３０及び３２は、当該技術分野において既知の任意の方法によって支持パッド１０に取り付けることができ、例えば、接着剤、共押出成型、熱接着、機械的固定装置などが挙げられるが、これらに限定されない。所望により、固定研磨エレメント３０及び３２は、第１主表面１４に取り付ける必要はないが、少なくとも第１主表面に直接隣接した位置に保持され、同一の広がりを持っている。この場合、使用中に固定研磨エレメント３０及び３２を定位置に保持する何らかの機械的手段、例えば、固定ピン、保持リング、張力、吸引などが必要になる。
【００２９】
図２に見られるように、第１及び第２研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２は、チャネル１８内に別々に固定されている。特に、エッジ４０、４２それぞれが、別個の固定メカニズムを用いて、チャネル１８の底２４に固定されている。固定メカニズム３４ａは、第１及び第２研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２をチャネル１８に取り付ける機能をもち、これによって、エッジ４０及び４２は支持パッド１０にしっかりと固定され、ポリシングの苛酷さ（例えば、設定条件、熱発生及び圧力）に耐えることができる。エッジ４０及び４２は、当該技術分野において既知の任意の固定手段によって支持パッド１０に固定することができる。図２に示す実施形態において、エッジ４０及び４２は支持パッド１０に接着されている。他の代表的な固定手段には、感圧接着剤、面ファスナー取り付け、機械的取り付け、又は永久接着剤が挙げられるが、これらに限定されない。永久接着剤には、架橋ポリマー接着剤（例えば、熱硬化性樹脂）、及び冷却によって固化する接着剤（例えば、ホットメルト接着剤）が挙げられるが、これらに限定されない。有用な熱硬化性樹脂には、例えば、ポリエステル及びポリウレタン、並びにそのハイブリッドとコポリマーが挙げられ、これには、例えば、ウレタンアクリレート及びポリエステルアクリレート、アミノ樹脂（例えば、アミノプラスト樹脂）（例えば、アルキル化尿素ホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂など）、アクリレート樹脂（例えば、アクリレート及びメタクリレート、ビニルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、アクリルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、ビニルエーテル、油脂アクリレート及びシリコーンアクリレート）、アルキド樹脂（例えば、ウレタンアルキド樹脂）、ポリエステル樹脂、反応性ウレタン樹脂、フェノール樹脂（例えば、レゾール樹脂、ノボラック樹脂及びフェノール−ホルムアルデヒド樹脂など）、フェノール／ラテックス樹脂、エポキシ樹脂（例えば、ビスフェノールエポキシ樹脂、脂肪族及び脂環式エポキシ樹脂、エポキシ／ウレタン樹脂、エポキシ／アクリレート樹脂、並びにエポキシ／シリコーン樹脂）、イソシアネート樹脂、イソシアヌレート樹脂、ポリシロキサン樹脂（アルキルアルコキシシラン樹脂など）、反応性ビニル樹脂、並びにこれらの混合物が挙げられる。ホットメルト接着剤として有用な樹脂には、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、スチレンブロックコポリマー（例えば、スチレンブタジエンスチレン、スチレンイソプレンスチレン、及び同様物）ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び同様物）（メタロセン系ポリオレフィンを含む）、シリコーン、ポリカーボネート、酢酸エチルビニル、アクリレート系及びメタクリレート系ポリマーが挙げられる。好適な感圧接着剤の代表的な例としては、ラテックスクレープ、ロジン、アクリルポリマー及びコポリマー（例えば、ポリブチルアクリレート）、ポリアクリレートエステル、ビニルエステル（例えば、ポリビニルｎ−ブチルエーテル）、アルキド接着剤、ゴム接着剤（例えば、天然ゴム、合成ゴム、塩素化ゴム）、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３０】
固定研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２は、図２において、チャネル１８の底２４に固定されているように描かれているが、エッジ４０及び４２が研磨面Ｐより下に配置（すなわち、固定研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２が、研磨される加工対象製品にぶつからないように）されている限り、本発明の意図した範囲から逸脱することなく、固定研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２は、チャネル１８内の任意の場所に配置することができる。例えば、別の方法として、固定研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２は、チャネル１８の第１及び第２側壁２６及び２８の一方に固定してもよい。チャネル１８内で研磨面Ｐより下で、第１固定研磨エレメント３０と第２固定研磨エレメント３２との間の接合を模することによって、研磨される加工対象製品上の欠陥レベルが最小限に抑えられ、又は排除される。
【００３１】
使用中、固定研磨エレメント３０及び３２の表面は加工対象製品に接触して、その加工対象製品の表面を改変し、これまでの処理に比べてより平坦、及び／又はより均一、及び／又はより粗さの少ない表面を達成する。支持パッド１０の下にある、弾性エレメント３６と剛性エレメント３８の組み合わせにより、加工対象製品の表面（例えば、半導体ウェハの全体的表面）の全体的な形状に実質的にぴったり一致すると同時に、表面改変中に加工対象製品の表面の局所的な形状（例えば、半導体ウェハの表面の隣接する機能間の接合）には実質的にぴったり一致しない。その結果、固定研磨物品１２は、望ましいレベルの平坦さ、均一さ、及び／又は粗さを達成するよう、加工対象製品の表面を改変する。望ましい平坦さ、均一さ、及び／又は粗さの具体的なレベルは、個々の加工対象製品及び意図した用途、並びに対象のウェハに対する後続のプロセス工程の性質によって異なる。
【００３２】
図３は、図１の支持パッド１０で形成された固定研磨物品１２ｂの、線Ａ−Ａに沿った断面図である。固定研磨物品１２ｂには、支持パッド１０、第１研磨エレメント３０、第２研磨エレメント３２、及び第２実施形態の固定手段３４ｂが含まれる。図３に示す固定研磨物品１２ａは、図２に示す固定研磨物品１２ａに類似であるが、第１及び第２研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２が、単一の固定手段を用いて支持パッド１０に取り付けられている点が異なる。図３に示す実施形態において、第１及び第２研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２は、単一の接着剤列でチャネル１８内に固定されている。ただし、エッジ４０及び４２は、当該技術分野において既知の任意の固定手段によって支持パッド１０に固定することができる。他の代表的な固定手段には、図２の固定メカニズム３４ａに対して以前に検討したものが挙げられる。
【００３３】
前述のように、第１及び第２研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２は、チャネル１８の底２４に固定されているものとして図示されているが、エッジ４０及び４２が研磨面Ｐより下に配置されている限り、本発明の意図した範囲から逸脱することなく、エッジ４０及び４２は、チャネル１８内の任意の場所に配置することができる。
【００３４】
図４は、図１の支持パッド１０と同様の支持パッド１０で形成された固定研磨物品１２ｃの、線Ａ−Ａに沿った断面図である。固定研磨物品１２ｃには、支持パッド１０、第１研磨エレメント３０、第２研磨エレメント３２、及び第３実施形態の固定手段３４ｃが含まれる。図４に示す固定研磨物品１２ｃは、図２及び３について記述した固定研磨物品１２ａ及び１２ｂに類似であるが、ただし、図４の固定研磨物品１２ｃの固定研磨エレメント３０及び３２は、増大するウェブ又はロールの形態で使用するためのものであり、典型的に、プレート状の形状を有する個別パッドの形態ではなく、研磨材ロールとしての研磨手段を指す。研磨材ロールは、幅約１０ｍｍ〜２０００ｍｍ、典型的には幅約２０ｍｍ〜７６０ｍｍの範囲のサイズであり得る。更に、研磨剤ロールは、長さ約１００ｃｍ〜５００，０００ｃｍ、典型的には長さ約５００ｍｍ〜２０００ｃｍの範囲のサイズであり得る。
【００３５】
一般に、研磨材ロールは、望ましい平坦化基準を達成するため、一定長さをずらす操作（indexed）が行われる。一定長さをずらす操作は、２枚の個別の加工対象製品の平坦化の合間に行うことができる。別の方法としては、一定長さをずらす操作は、１枚の加工対象製品の平坦化中に行うことができる。後者の場合、一定長さをずらす速度は、望ましい平坦化基準を達成するよう設定される。従来の研磨材ロールの一定長さをずらす操作は、当該技術分野において周知である。よって、研磨ロールは支持パッド１０には取り付けず、支持パッド１０の第１エッジ２０から、支持パッド１０の第２エッジ２２へと、チャネル１８の方向に、支持パッド１０の第１主表面１４に沿って段階的に動くよう設計されている（図１参照）。
【００３６】
図４に示されている固定研磨物品１２ｃの支持パッド１０並びに固定研磨エレメント３０及び３２は、図２及び３に示されている支持パッド１０並びに固定研磨エレメント３０及び３２と同様である。しかしながら、固定研磨エレメント３０及び３２は段階的に動くウェブの一部であるため、固定手段３４ｃは異なる。固定手段３４ｃには、支持パッド１０のチャネル１８内に配置された剛性ブロック４４が含まれる。剛性ブロック４４には、第１及び第２研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２を受容し、一時的にエッジ４０及び４２を定位置に保持するよう設計された複数のスリット４６及び４８が含まれる。図４は、剛性ブロック４４が長方形の形状で、２本のスリット４６及び４８を含むものとして図示されているが、この剛性ブロック４４は任意の形状であってよく、この剛性ブロックと、固定研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２とが、研磨面Ｐより下に配置されている限り、本発明の意図した範囲から逸脱することなく、任意の数のスリットを含み得る。加えて、剛性ブロック４４は、研磨面Ｐより下に、第１及び第２研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２を保持するためのスリットを含むものとして図示され説明されているが、本発明の意図した範囲から逸脱することなく、望ましい位置に物品のエッジを一時的に固定又は保持する任意の手段を使用することができる。
【００３７】
エッジ４０及び４２がスリット４６及び４８内に配置されているとき、研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２は、加工対象製品を研磨している間、研磨面Ｐより下に保持される。研磨中に、固定研磨エレメント３０及び３２の残り部分を、支持パッド１０の第１主表面１４に対して保持するためには、当該技術分野において周知のように、吸引が適用される。吸引を使用する構成においては、プラテン表面は典型的に、孔、ポート及び／又はチャネルを備えて設計され、これにより吸引と固定研磨物品１２ｃとの間の導通を容易にする。吸引は、チャネル１８内、並びに固定研磨エレメント３０及び３２の下側に適用され、これによって固定研磨エレメント３０及び３２が、模擬接合の領域であっても、しっかりと押し付けられて保持される。研磨作業が終了すると、吸引を取り除くことができ、研磨エレメント３０及び３２を前進させることができ、すなわち設定した量をインクリメントさせ、プラテン上に研磨材の新しい部分を露出させることができる。所望により、本発明の意図した範囲から逸脱することなく、研磨中に固定研磨エレメント３０及び３２を支持パッド１０に一時的に保持するため、当該技術分野において既知の任意の手段を使用することができる。
【００３８】
加工対象製品が研磨されていないときは、吸引を取り除き、固定研磨エレメント３０及び３２を前進させる。スリット４６及び４８によって、固定研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２を、スリット４６及び４８内でスライドさせることができ、これによってインクリメントさせたウェブをチャネル１８の方向に前進させ、支持パッド１０の第１エッジ２０から支持パッド１０の第２エッジ２２に向かって動かすことができる。固定研磨エレメント３０及び３２を望ましい位置へと前進させた後、吸引を再び適用して、固定研磨エレメント３０及び３２を支持パッド１０に一時的に固定する。
【００３９】
図５は、図１の支持パッド１０と同様の支持パッド１０で形成された固定研磨物品１２ｄの、線Ａ−Ａに沿った断面図である。固定研磨物品１２ｄには、支持パッド１０、第１研磨エレメント３０、第２研磨エレメント３２、及び第４実施形態の固定手段３４ｄが含まれる。図５に示す研磨物品１２ｄもまた、研磨剤ロールの形状であり、図４に示し参照して検討した研磨物品１２ｃと、形状、材質及び機能が類似である。唯一の違いは、第４実施形態の固定手段３４ｄには、追加の要素が含まれていることである。図５に示す固定手段３４ｄにも複数のスリット４６及び４８を有する剛性ブロック４４が含まれている一方、第１及び第２研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２は、追加のクランプ５０を用いて支持パッド１０に取り付けられている。クランプ５０は、研磨中に、固定研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２に圧力をかけてスリット４６及び４８内に保持し、次に、研磨の合間に、固定研磨エレメント３０及び３２を支持パッド１０の第１エッジ２０から第２エッジ２２へと前進させるときには、圧力を解除する。よってクランプ５０は、図４において使用した吸引と同様に機能する。クランプは、固定研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２に選択的に圧力をかけてエッジ４０及び４２をスリット４６及び４８内に保持するための手段として特に述べたけれども、エッジ４０及び４２に圧力を選択的に適用する任意の手段を、本発明の意図した範囲から逸脱することなく使用することができる。
【００４０】
一実施形態において、固定研磨エレメント３０及び３２は、図４の実施形態で述べたように、研磨中に吸引によって支持パッド１０に対して保持される。しかしながら、クランプ５０によって研磨エレメント３０及び３２のエッジ４０及び４２がスリット内に保持されているため、吸引は支持パッド１０の第１主表面１４に沿ってのみ適用すればよく、チャネル１８に必ずしも適用されない。
【００４１】
本発明の固定研磨物品は、例えば、化学機械平坦化中の半導体ウェハなど、加工対象製品の研磨又は平坦化に使用することができる。この固定研磨物品は、固定研磨エレメントの粗いエッジに接触することによって生じる加工対象製品表面上の欠陥を最小限に抑えることができる。
【００４２】
好ましい実施形態を参照しながら本発明を記載してきたが、当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細の変更を行えることを認識するであろう。
【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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【国際調査報告】
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