(57)【要約】化学機械研磨パッドを形成する方法。該方法は、１つ以上のポリマー前駆体を重合して、表面を有する化学機械平坦化パッドを形成するステップと、該表面に溝を形成し、該溝の間にランドを画定するステップであって、溝は第１の幅を有する、ステップと、ランドを、表面における第１のランドの長さ（Ｌ１）から該表面における第２のランドの長さ（Ｌ２）にまで収縮させるステップであって、該第２のランドの長さ（Ｌ２）は第１のランドの長さ（Ｌ１）より小さく、溝が第２の幅（Ｗ２）を有し、（Ｗ１）≦（Ｘ）（Ｗ２）であり、（Ｘ）は０．０１〜０．７５の範囲の値を有する、ステップとを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械平坦化パッドを形成する方法であって、該方法は、
１つ以上のポリマー前駆体を重合し、表面を有する化学機械平坦化パッドを形成するステップと、
前記表面に溝を形成し、該溝の間にランドを画定するステップであって、前記溝は第１の幅（Ｗ１）を有する、ステップと、
前記ランドを、前記表面における第１のランドの長さ（Ｌ１）から前記表面における第２のランドの長さ（Ｌ２）にまで収縮させるステップであって、前記第２のランドの長さ（Ｌ２）は第１のランドの長さ（Ｌ１）より小さく、かつ前記溝は第２の幅（Ｗ２）を有し、（Ｗ１）≦（Ｘ）（Ｗ２）であり、（Ｘ）は０．０１〜０．７５の範囲の値を有する、ステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ランドを収縮させるステップは、前記表面に溝を形成した後、更に前記ポリマー前駆体を重合することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溝は、第１の深さ（Ｄ１）を有し、収縮後は第２の深さ（Ｄ２）を有し、（Ｄ１）≦（Ｙ）（Ｄ２）であり、（Ｙ）は０．８０〜０．９５の範囲の値を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記（Ｌ１）は（Ｌ１）≧（Ｚ）（Ｌ２）であり、（Ｚ）は１．１〜１．４の範囲の値を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ランドを収縮させるステップは、前記化学機械平坦化パッドを１１０°Ｆ〜４００°Ｆ（約４３．３℃〜約２０４．４℃）の範囲の温度で一定時間加熱することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ランドを収縮させるステップは、前記化学機械平坦化パッドを８０°Ｆ〜１５０°Ｆ（約２６．７℃〜約６５．６℃）の温度で一定時間冷却することを更に含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記化学機械平坦化パッドは、少なくとも１つの埋込み構造をポリマーマトリクス中に含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記埋込み構造は、前記ポリマーマトリクスの少なくとも一部には存在せず、前記化学機械平坦化パッドは、前記埋込み構造が存在しない前記パッドの前記一部に画定された、前記パッドと一体的な窓を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの埋込み構造は可溶性材料を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
化学機械平坦化パッドを形成する方法であって、該方法は、
表面を有する化学機械平坦化パッドを形成するステップであって、前記化学機械平坦化パッドは、ポリマー前駆体を選択された転化率まで重合することによって形成される、ステップと、
１つ以上の溝を前記化学機械平坦化パッドの前記表面に形成するステップであって、前記溝は第１の幅（Ｗ１）と第１の深さ（Ｄ１）とを有し、溝の間にランドを画定する、ステップと、
前記表面に形成された溝を有する化学機械平坦化パッドを熱処理し、前記転化率を上昇させ、前記ランドを収縮させるステップであって、前記溝が第２の幅（Ｗ２）と第２の深さ（Ｄ２）とを示し、前記第２の幅（Ｗ２）は前記第１の幅（Ｗ１）より大きく、前記第２の深さ（Ｄ２）は前記第１の深さ（Ｄ１）より大きい、ステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記ランドは第１の長さ（Ｌ１）を前記表面において有し、収縮後は前記表面において第２の長さ（Ｌ２）を有し、前記第２のランドの長さ（Ｌ２）は、前記第１のランドの長さ（Ｌ１）より小さく、（Ｌ１）≧（Ｚ）（Ｌ２）であり、（Ｚ）は１．１〜１．４の範囲の値を有することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記化学機械平坦化パッドを熱処理するステップは、前記化学機械平坦化パッドを液体槽あるいは炉に、少なくとも部分的に入れることを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記化学機械平坦化パッドを熱処理するステップは、前記パッドを１１０°Ｆ〜４００°Ｆ（約４３．３℃〜約２０４．４℃）の範囲の温度で１０時間以上加熱することを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記化学機械平坦化パッドを熱処理するステップは、前記パッドを１６０°Ｆ〜１９０°Ｆ（約７１．１℃〜約８７．８℃）の範囲の温度で１６時間〜９０時間加熱することを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記化学機械平坦化パッドを熱処理するステップは、前記化学機械平坦化パッドを８０℃〜１５０℃の範囲の中間温度で、１０分以上冷却することを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記化学機械平坦化パッドを熱処理するステップは、前記化学機械平坦化パッドを１００°Ｆ〜１３０°Ｆ（約３７．８℃〜約５４．４℃）の範囲の中間温度で１０分〜１２０分冷却することを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記化学機械平坦化パッドは、少なくとも１つの埋込み構造をポリマーマトリクス中に含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記埋込み構造は、前記ポリマーマトリクスの少なくとも一部には存在せず、前記化学機械平坦化パッドは、前記埋込み構造が存在しない前記パッドの前記一部に画定された、前記パッドと一体的な窓を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記埋込み構造は、１つあるいは複数の繊維を備えることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの埋込み構造は可溶性材料を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハの化学機械平坦化（ＣＭＰ）において有用な研磨パッドに溝を形成する方法に関する。各パッドは、場合に応じて、連続的なポリマーマトリクスに埋込まれた終点検出窓、あるいは格子状の網状体を含んでいてもよい。
（背景技術）
半導体デバイスは、シリコン等の半導体材料からなる平坦で薄いウエハから形成される。該デバイスと相互接続回路の層とがウエハ上に堆積されているため、各層は、次の層が堆積される前に、欠陥を最小限に抑えて、十分に平坦な表面を達成するように研磨される必要がある。ウエハの研磨には、様々な化学的、電気化学的および化学機械的な研磨技術が用いられる。
【０００２】
化学機械研磨（ＣＭＰ）において、ポリウレタン等のポリマー材料で形成された研磨パッドは、ウエハを研磨するために、スラリーと共に用いることができる。該スラリーは、水性媒体中に分散された研磨粒子、例えば酸化アルミニウム、酸化セリウム、あるいはシリカ粒子を含む。該研磨粒子は、大きさが概して２０〜２００ナノメートル（ｎｍ）の範囲にわたる。その他の化学物質、例えば界面活性剤、酸化剤、あるいはｐＨ調整剤が、通常はスラリー中に存在する。また、該パッドは、スラリーをパッドおよびウエハ全体に分配しやすく、またそこからスラリーおよび副産物を除去しやすくするために、溝あるいは穿孔などを有するように表面加工されていてもよい。
【０００３】
例えば、米国特許第６，６５６，０１８号明細書においては、該明細書の教示は参照により本願に援用されているが、スラリーの存在下で基板を研磨するためのパッドが開示されており、該スラリーには研磨粒子および分散剤が含まれていてもよい。パッド自体には加工面とバッキング面とが含まれていてもよい。該パッドは、第１の成分が可溶性成分を含み、第２の成分がポリマーマトリクス成分を含む、二成分系で形成されていてもよく、該可溶性成分は加工構造の少なくとも上部全体に分散され、該可溶性成分は、空隙構造を加工面に形成するように、スラリーに溶解する繊維性材料を含んでいてもよい。
【０００４】
所望量の材料が基板の表面から除去された時点で、ＣＭＰ工程を終了することが有用である。いくつかのシステムにおいては、ＣＭＰ工程を休止することなく基板の表面から所望量の材料が除去された時点を判定すべく、ＣＭＰ工程の間中、該工程が継続的に監視される。これは通常、その場での光学式終点検出によって行われる。その場での光学式終点検出とは、光学的な（あるいはその他の）光を研磨パッドの開口部あるいは窓を介してプラテン側から投射し、ウエハ表面の平坦化の進度を監視するために、該光学的な光が基板の研磨された面に反射し、検出器によって収集されることを含む。
（発明の概要）
本発明の一態様は、化学機械研磨パッドを形成する方法に関する。該方法は、１つ以上のポリマー前駆体を重合し、表面を有する化学機械平坦化パッドを形成するステップを含んでいてもよい。また該方法は、前記表面に溝を形成し、溝の間にランドを形成するステップを含んでいてもよく、溝は第１の幅を有する。また前記方法は、ランドを、前記表面における第１のランドの長さ（Ｌ１）から該表面における第２のランドの長さ（Ｌ２）にまで収縮させるステップを含んでいてもよく、第２のランドの長さ（Ｌ２）は第１のランドの長さ（Ｌ１）より小さく、溝が第２の幅（Ｗ２）を有し、（Ｗ１）≦（Ｘ）（Ｗ２）であり、（Ｘ）は０．０１〜０．７５の範囲の値を有する。
【０００５】
本開示の別の態様は、化学機械平坦化パッドを形成する方法に関する。該方法は、表面を有する化学機械平坦化パッドを形成するステップを含んでいてもよく、該化学機械平坦化パッドは、ポリマー前駆体を選択された転化率まで重合することによって形成される。また前記方法は、１つあるいは複数の溝を、化学機械平坦化パッドの表面に形成するステップを含んでいてもよく、該１つあるいは複数の溝は第１の幅（Ｗ１）と第１の深さ（Ｄ１）とを有し、溝の間にランドを画定する。また前記方法は、表面に形成された溝を有する化学機械平坦化パッドを熱処理するステップ、転化率を上昇させるステップ、及びランドを収縮させるステップを含むことができ、溝が第２の幅（Ｗ２）と第２の深さ（Ｄ２）とを示し、第２の幅（Ｗ２）は第１の幅（Ｗ１）よりも大きく、第２の深さ（Ｄ２）は第１の深さ（Ｄ１）よりも大きい。
【０００６】
上記の特徴および本開示のその他の特徴、ならびにこれらを実現する方法は、本明細書に記載される以下の実施形態の説明を付随する図面と併せて参照することにより、より明確かつ良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】研磨パッドの一例を示す図である。
【図２】研磨パッドに含まれる埋込み構造を示す図である。
【図３】研磨パッドの一例の上面図を示す図である。
【図４】熱焼鈍前の図３の研磨パッドの断面図、およびその拡大図である。
【図５】熱焼鈍後の図３の研磨パッドの断面図、およびその拡大図である。
【図６】ＳＸ１１２２−２１の除去率（ＲＲ）を、オングストローム／分の除去率（ＲＲ）で示す図である。
【図７】ＳＸ１１２２パッド対ＩＣ−１０１０に関する比較データを示す図である。
【図８】所与のパッドの中に３次元構造を組み込んだ、パッドの埋込み構造部分の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本願は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッド、およびＣＭＰパッドの形成方法に関する。本願における研磨パッドの一例が、図１に示されている。図示の通り、パッド１０は、必要に応じて埋込み構造１２を含んでいてもよく、該埋込み構造１２は、以下により詳細に説明されるが、パッドのポリマーマトリクス中に分散された、複数の交差位置１４を形成してもよい。また、該埋込み構造は、１つあるいは複数の、埋込み構造が存在しない窓領域１６を含むよう設けられてもよい。
【０００９】
ポリマーマトリクスは、レーザあるいはその他の光を窓１６を通して用い、該レーザあるいは光がその後基板の研磨面から反射されることによって光学式終点検出を行うことが可能なポリマー樹脂から選択されてもよい。したがって、ポリマーマトリクスは、光学的放射を含む、入射放射(incident radiation)の少なくとも一部を伝達可能であってもよい。入射放射とは、ポリマーマトリクスの表面に作用する光などの放射として理解することができる。１％〜９９％の範囲の全ての値および増分を含めて、少なくとも１％以上の放射がポリマーマトリクスの一部分、例えばパッドの厚さ、を貫通して伝達されてもよい。
【００１０】
窓１６には、任意の所望の形状、例えば円形、楕円形、正方形、長方形、多面体等、を想定することができる。また図２に示すように、埋込み構造は、窓領域１６を同様に含む非相互接続型のパターン１８になっていてもよい。埋込み構造は、ランダム型のパターンであってもよい。
【００１１】
埋込み構造自体は、繊維、より具体的には、不織布、織布および／または編布タイプの構造で構成されていてもよい。このような繊維の網状体は、パッドの特定の特徴を向上させてもよい。このような特徴には、例えばパッド表面の硬度および／または体積弾性率および／または剛性が含まれていてもよい。また、繊維の網状体は、所与の研磨パッド製品に対する要求に応じて、このような特徴を別々に高めるように構成されていてもよい。したがって、本開示のパッドは、窓を用いた終点検出機能と同様に、研磨された半導体ウエハのより良好な全体的均一性および局所的平面性も要求通りに提供するべく構成されていてもよい。上記を更に詳細に説明すると、埋込み構造のためのその他の入手可能な材料には、オープンセルポリマー発泡体およびスポンジ、ポリマーフィルタ（例えば、ろ過紙および繊維フィルタ）、格子およびスクリーンなどが含まれていてもよい。よって、埋込み構造は、決められた二次元または三次元パターンを有することができる。したがって、埋込み構造は、該構造が存在しない選択的な領域を有するパッド中に分散された任意の材料として理解されてもよく、該領域は、所与の研磨作業において終点検出を行うための窓の位置を決定する。更なる実施形態において、埋込み構造は、パッドの本体全体に分散された粒子を含んでいてもよい。該粒子は、相互接続してあるいは接触して網状体を形成していてもよく、あるいは相対的に分離されていてもよい。
【００１２】
現段階で認識されているかもしれないが、埋込み構造をパッドの形成に用いられるポリマーマトリクスに組込み、窓がパッド構造と一体的である（すなわち、該パッドが単一構造である）と考えられ得るように窓を設けることによって、パッドが形成された後に、別途窓をパッドに設置することに付随する問題のいくつかを回避することができる。例えば、窓を含むパッドを製造する際に、通常はパッドに開口部を切取り、材料の透明な部分を取付け得る。しかしながら、このような方法は、窓挿入物の縁部の周囲が不適切に取付けられていると、スラリーの漏れにつながり得る。
【００１３】
埋込み構造と同様に、ポリマー物質は、様々な特定のポリマー樹脂から入手されてもよいが、これらに限定されない。例えばポリマー樹脂には、ポリビニルアルコール、ポリアクリレート、ポリアクリル酸、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシルメチルセルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレングリコール、デンプン、マレイン酸共重合体、多糖類、ペクチン、アルギン酸、ポリウレタン、ポリエチレンオキシド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリアクリルアミド、ポリアミン、ならびに上記樹脂の任意の共重合体および誘導体が含まれ得る。
【００１４】
ポリマーマトリクスがポリウレタンで形成され得るいくつかの実施形態において、プレポリマー、例えばＭＤＩまたはＴＤＩ終端ポリエステルまたはポリエーテルプレポリマーが、架橋剤あるいは硬化剤と組み合わされてもよい。ポリウレタンプレポリマーは、例えば、Ｃｈｅｍｔｕｒａ社のＡＤＩＰＲＥＮＥ  ＬＦ  ７５０Ｄ、ＣＯＩＭ社のＩＭＵＴＨＡＮＥ  ＡＰＣ−５０４、およびこれらの混合物から入手されてもよい。硬化剤は、二官能性または三官能性アミン、４，４’メチレンビス（ｏ‐クロロアニリン）あるいはその他の二官能性または三官能性硬化剤を含んでいてもよい。
【００１５】
ＣＭＰパッドは、多数の工程によって形成することができる。例えば、ＣＭＰパッドは、射出成形あるいは鋳造を用いてパッドを成形することによって形成されてもよい。埋込み構造を加える際には、型にポリマーマトリクスを注入する前に、最初に埋込み構造を型の中に配置しておいてもよい。ポリマー材料によっては、特にプレポリマーを用いる場合には、ポリマーマトリクスを硬化させて固体構造を得る必要が生じ得る。硬化は、炉あるいはその他の加熱環境において、ポリマーマトリクスを反応させるのに十分な温度と時間をかけて行われてもよい。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリクスは、１５０°Ｆ〜２５０°Ｆ（６５℃〜１２２℃）（該範囲内の全ての値および範囲を含み、例えば２１０°Ｆ（９９℃））で、１０時間〜３０時間（該範囲内の全ての値および範囲を含み、例えば１６時間〜２４時間）かけて行われてもよい。ＣＭＰパッド、および特にポリマーマトリクスは、パッドの全体形状の形成に関して９８．００％以上（９８．００％〜９９．９％の範囲の全ての値および範囲を含む）の転化率を示してもよい。形成された後、ＣＭＰパッドの表面は研磨され、関係のない表面特徴を除去してもよい。
【００１６】
図３に示されるように、本開示のパッド１０は、場合に応じて、１つあるいは複数の溝２０を少なくとも１つの表面２２に含んでいてもよく、該溝２０は、溝間にランド２４を表面２２上あるいは表面２２付近に画定していてもよい。例えば、溝は、研磨あるいは平坦化される加工物に接触する、パッドの加工面に形成されてもよい。このような溝加工は、上記の窓が設けられたパッドに対して、かつ／または、このような窓形状を含まないパッドに対しても適用することができる。様々な溝のパターン、例えば同心状、渦巻状、正の対数および負の対数（反時計回りおよび時計回り）ならびに／またはこれらの組合せがパッド上に形成されてもよい。最終的な溝の寸法は、深さ０．００４ミル（０．１０μｍ）以上、幅０．００４ミル（０．１０μｍ）以上、ピッチ（中心から隣接する溝の中心までの距離）０．００４ミル（０．１０μｍ）以上を有していてもよい。例えば、本開示のパッドは、最終的な溝の深さ２ミル〜１９７ミル（５０μｍ〜５０００μｍ）、最終的な幅２ミル〜１９７ミル（５０μｍ〜５０００μｍ）、および最終的なピッチ２ミル〜１０２ミル（５０μｍ〜２６００μｍ）を含んでいてもよい。これらの全ての値に関し、本開示では、列挙された特定の範囲内における全ての値および増分が含まれる、という点は理解されるべきである。具体的には、本開示の溝のピッチは、５９ミル〜８９ミル（１５００ミクロン〜２２５０ミクロン（１５００μｍ〜２２５０μｍ））（該範囲内の全ての値および増分を含む）の値を有していてもよい。
【００１７】
本開示では、パッドに切削あるいは形成された上述の任意の物理的な特徴は、初期の段階では所望される最終的な寸法よりも小さな寸法で設けられてもよい、という点が認識されている。この場合、最終的な寸法は、パッドの寸法に物理的な変化を起こすことによって、パッドに形成されてもよい。例えば熱処理によってパッドを収縮させ、所望の物理的特徴（例えば最終的な溝および／または深さおよび／または長さおよび／またはピッチ）を与えてもよい。
【００１８】
したがって、一実施形態において、ＣＭＰパッドの溝加工には、第１の寸法の組合せ（例えば深さ、長さ、幅、体積および／またはピッチを含む）を有する溝をパッドに切削することと、切削加工されたパッドを、加熱された液体あるいは１以上の気体媒体に曝露することとが含まれていてもよい。加熱された液体あるいは気体媒体に曝露されると、ＣＭＰパッドは寸法の変化を経て、溝の寸法（深さ、長さ、および／または幅）を変化させてもよい。冷却によってこのような寸法の変更が確定され、パッドがこの段階でＣＭＰ研磨が効率的に行われるための最終的な溝の寸法を有するようにしてもよい。なお、寸法の変化は、パッドの形成に用いられた任意のポリマー前駆体の更なる重合の結果によるものであってもよく、かつ／または、パッドの形成に用いられた構成要素の熱収縮の結果によるものであってもよい。
【００１９】
したがって、ＣＭＰパッドの形成および硬化を行い、パッドの全体的な形状を形成した後、ＣＭＰパッドは切削装置、例えば外形加工機、旋盤切断ブレード、フライス盤あるいはその他の切断システムなどを用いて切削されてもよいということは認識されるべきである。パッドの全体的な形状には、パッドの外形の寸法、例えば外径、厚さなどが含まれていてもよい。上述の通り、様々な形状を有する１つあるいは複数の溝が、十字溝、平行線状の溝あるいは図３に示されたような同心円状の溝などを含むパッドを形成するように切削により形成されてもよい。また、パッド表面の一部分あるいは全体にわたって延びる渦巻形、均一あるいは非均一に離間されて繰り返される山形模様が繰り返されたパターン、ランダムなパターン、あるいはこれらの組合せなどを含む、その他の形状が設けられてもよい。
【００２０】
溝の様々な特徴の一例が、図３の断面図である図４に示されている。ＣＭＰ表面２２が切削されると、初期の溝は、概して幅Ｗ１、深さＤ１およびランドＬ１を有していてもよい。幅Ｗ１とは、溝が表面２２と交差する位置における、溝を画定している壁と壁の間の距離であると理解することができる。切削された溝の幅は、１ミル〜３０ミル（２５．４μｍ〜７６２μｍ）（該範囲の全ての値および範囲を含む）、例えば５ミル〜１０ミル（１２７μｍ〜２５４μｍ）、６ミル〜１２ミル（１５２．４μｍ〜３０４．８μｍ）、約１０ミル（２５４μｍ）などとすることができる。いくつかの実施形態において、幅は溝の深さＤ１に沿って変化していてもよく、溝の底面に向かってより狭くあるいはより広くなっていてもよい。切削された溝の深さＤ１とは、溝の底面から、該溝が表面２２と交差する位置までの距離として理解することができる。溝の深さは、１０ミル〜８０ミル（２５４μｍ〜２０３２μｍ）（該範囲内の全ての値と範囲を含む）、例えば３０ミル（７６２μｍ）、４０ミル（１０１６μｍ）、６０ミル（１５２４μｍ）などとすることができる。いくつかの実施形態において、切削された溝の深さは、パッドの厚さ全体の３分の１〜２分の１とすることができる。溝のランドＬ１とは、ＣＭＰパッド表面２２に沿った、あるいは該表面と実質的に平行な、隣接する溝同士の隣合った壁同士の間の距離であると理解することができる。また、全体的な空隙の体積あるいは溝の体積は、ＣＭＰの表面２２に設けられた溝によって画定されてもよい。
【００２１】
切削装置は、様々な形状の切削ビットを用いて溝を切削してもよく、その結果、溝は様々な形状を有し得る。一実施形態において、切削ビットがテーパードカッターおよび／またはシャフトを有し、尖った底面を有する「Ｖ字」状の溝を形成してもよい。別の実施形態において、切削ビットの少なくとも一部分が平坦な切削面を有し、鋭利な角あるいは半径を有する角のいずれかを備えた「Ｕ字」状の溝を形成してもよい。したがって、溝の底面は、平坦、尖鋭、丸みを帯びた形状であってもよく、あるいはその他多数の形状が想定され得る。
【００２２】
ＣＭＰパッドに初期の切削溝の形状が形成された後、ＣＭＰパッドが熱処理されてもよい。ＣＭＰパッドを熱処理するために、ＣＭＰパッドが部分的あるいは完全に加熱された環境に入れられ、その後冷却されてもよい。加熱は、ＣＭＰパッドが硬化し、最終的に寸法を縮小できる十分な温度で十分な時間行われてもよい。したがって、いくつかの実施形態において、冷却はポリマーマトリクスの負の熱膨張（すなわち収縮）が可能となる十分な速度で行われてもよい。他の実施形態において、冷却は熱膨張した状態にあるＣＭＰパッドを急冷するに十分な速度で行われてもよい。
【００２３】
一実施形態において、ＣＭＰパッドは、液体槽、例えば脱イオン水槽あるいは炉、例えば対流式の炉に入れられてもよい。該槽あるいは炉の温度は、１１０°Ｆ〜４００°Ｆ（４３℃〜２０５℃）（該範囲内の全ての値と範囲を含む）、例えば１６０°Ｆ〜１９０°Ｆ（７１℃〜８８℃）などとすることができる。パッドは１０時間以上（該範囲内の全ての値と範囲を含む）、例えば１０時間〜１２０時間、例えば１６時間〜９０時間入れられてもよい。炉を用いる場合には、炉内を真空に引いてもよく、あるいは不活性ガスまたはガス混合物が炉内に供給されてもよい。不活性ガスには、窒素、アルゴン等が含まれ得る。ＣＭＰパッドが加熱されている間、ＣＭＰパッドは加圧もされていてもよい。例えば、パッドは、液体槽の中の液体によって、炉内のガスによって、あるいはプレス機を用いて、加圧されてもよい。圧力は、加熱サイクルの間中、あるいは該サイクルの一部において維持されてもよい。例えば、一実施形態において、加圧は加熱サイクルの最後に、あるいは加熱サイクルの終盤に近付くにつれて行われてもよい。
【００２４】
加熱後、ＣＭＰパッドは冷却されてもよい。冷却は単にＣＭＰパッドを加熱された環境から移動させ、ＣＭＰパッドを周囲温度で保管することによって行われてもよい。その他の実施形態において、冷却は段階的に行われてもよく、ＣＭＰパッドが１つあるいは複数の中間温度で所定の期間保持されてもよい。中間温度とは、周辺温度と最大加熱温度との間の温度であると理解することができる。冷却は、液体槽あるいは炉、例えば対流式の炉において行われてもよい。
【００２５】
一実施形態において、冷却温度は、８０°Ｆ〜１５０°Ｆ（２６℃〜６６℃）（該範囲内の全ての値および増分を含む）、例えば１００°Ｆ〜１３０°Ｆ（３７℃〜５５℃）などとすることができる。冷却は１０分以上、例えば１０分〜１２０分の範囲等で行われてもよい。ＣＭＰパッドはその後、使用されるまで、あるいは更に加工されるまで、６８°Ｆ〜７７°Ｆ（２０℃〜２５℃）の周囲温度に曝露されてもよい。ＣＭＰパッドには、付加的な焼鈍工程あるいは同様に熱サイクルが施されてもよく、これらの工程はＣＭＰパッドが周囲温度まで冷却できる前、あるいは冷却できた後に行われてもよい。
【００２６】
熱処理および冷却工程の間、ＣＭＰパッドは収縮（負の熱膨張）されてもよく、またＣＭＰパッドは更に転化させて残留ポリマー前駆体からポリマーを生成し、同様に収縮されてもよい。重合がされる場合の追加の転化率は、少なくとも０．０１％以上（該範囲内の全ての値および範囲を含む）、例えば０．０１％〜１．９９％の範囲とすることができる。熱処理の後、溝の深さおよび溝の幅は、図５に示されるように、同量分拡張しても、あるいは異なった量で拡張してもよい。
【００２７】
本開示において、切削された溝の初期の幅の寸法（Ｗ１）と最終的な幅（Ｗ２）（更なる硬化および／または熱処理による）との関係は、（Ｗ１）≦（Ｘ）（Ｗ２）（ただし、（Ｘ）の値は０．０１〜０．７５の範囲で、増分０．０１である。）として示されてもよい。好ましくは、（Ｘ）の値は０．５０〜０．７５の範囲で、増分０．０１である。同様に、深さについては、切削された溝の初期の深さの寸法（Ｄ１）と最終的な深さ（Ｄ２）（硬化および／または熱処理による）との関係は、（Ｄ１）≦（Ｙ）（Ｄ２）（ただし、（Ｙ）の値は０．８０〜０．９５の範囲で、増分０．０１である。）として示されてもよい。ランドの長さについては、初期のランドの長さ（Ｌ１）と最終的なランドの長さ（Ｌ２）（硬化および／または熱処理による）の関係は（Ｌ１）≧（Ｚ）（Ｌ２）（ただし、（Ｚ）は１．１〜１．４の値を有し、増分は０．０１である。）として示されてもよい。
【００２８】
したがって、一例において、初期の溝の幅（Ｗ１）は５ミル〜１０ミル（１２７μｍ〜２５４μｍ）の範囲、熱処理後は第２の溝の幅（Ｗ２）が１０ミル〜２０ミル（２５４μｍ〜５０８μｍ）を示してもよい。初期の溝の深さ（Ｄ１）は４０ミル（１０１６μｍ）、熱処理後は第２の溝の深さ（Ｄ２）は４５ミル（１１４３μｍ）を示してもよい。初期のランドの長さ（Ｌ１）は９５ミル〜１２０ミル（２４１３μｍ〜３０４８μｍ）、熱処理後は長さ（Ｌ２）は８５ミル〜９０ミル（２１５９μｍ〜２２８６μｍ）を示してもよい。なお、切削された溝の深さ（Ｄ１）が深いほど、最終的な溝の幅（Ｗ２）は、特に溝とパッド表面との交差位置において、より広くなる。
【００２９】
いかなる特定の理論にも制限されていないが、熱処理工程によって溝の間のランドが収縮されてもよい。したがって、材料を除去することのみならず、溝の間のランドを収縮させることによっても、溝の寸法の制御を行い、パッドから除去される材料をより少なくしてもよい。これによって、切削ブレードが保護され、切削ブレードの寿命が延び、溝加工の時間が減るため、ＣＭＰパッドを提供するためのコストと生産性の損失とが減少する。いくつかの例においては、特定の最終的な溝の体積を達成するために、材料の体積の５０％未満がパッド表面から除去される必要があるということを理解されよう。
【００３０】
このような点について、オングストローム／分の除去率（ＲＲ）をＳＸ１１２２−２１に関して示す図６を参照する。ＳＸ１１２２−２１は５０８ミクロン（５０８μｍ）の溝幅と、７６２ミクロン（７６２μｍ）の溝の深さと、２１５９ミクロン（２１５９μｍ）のピッチとを有する。図から分かるように、このようなパッドの特徴は、５０８ミクロン（５０８μｍ）の溝幅と７６２ミクロン（７６２μｍ）の溝の深さと２２８６ミクロン（２２８６μｍ）のピッチとを有するＩＣ−１０１０の除去率ＲＲと比較して、相対的に高い除去率をもたらした。また、ＳＸ１１２２−２１は、６．０％未満の不均一性（ＮＵ）を維持しており、これはパッド研磨の許容範囲であると考えられる。パラメータＮＵに言及するということは、研磨されたウエハの厚さのばらつきに言及するということである。
【００３１】
次に図７に注目する。図７は上記のＳＸ１１２２パッド（２つのパッドサンプル）対Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社から市販されているＩＣ−１０１０の更なる比較データを提供している。評価されたパラメータは、「凹部０．５」であり、これはパッドの絶縁領域の上端と、隣接する０．５ミクロン（０．５μｍ）の導電配線との間の距離のことである。図から分かるように、ＳＸ１１２２が１５０〜２００オングストローム（１５ｎｍ〜２０ｎｍ）の垂直測定値を示したのに対し、ＩＣ１０１０はこの垂直測定値は４００オングストローム（４０ｎｍ）を示した。また「エロージョン」のパラメータも示されている。「エロージョン」とは、絶縁層の好ましくない過度の除去として理解することができる。図から分かるように、ＳＸ１１２２が約１００オングストローム（１０ｎｍ）（パッド１）あるいは約１５０オングストローム（１５ｎｍ）（パッド２）の垂直測定値を示したのに対し、ＩＣ１０１０は約１７５オングストローム（約１７．５ｎｍ）の垂直測定値を有していた。ＥＯＥあるいは「エッジオンエロージョン」のパラメータは、所与のパッドの周囲に位置する有効でない研磨領域を反映する水平測定値を示している。図から分かるように、ＳＸ１２２が約２００〜２２５オングストローム（約２０〜２２．５ｎｍ）の値を示したのに対し、ＩＣ１０１０は約４２５オングストローム（約４２．５ｎｍ）のＥＯＥを有していた。
【００３２】
先に示唆した通り、本開示のパッドの埋込み構造部分は、３次元構造を所与のパッドに組み込むものであると理解することができ、その一例が図８に示されている。図から分かるように、該構造は、相互接続するポリマー要素３０を複数の接合位置３２と共に含んでいてもよい。３次元構造の中（すなわち隙間）は、特定のポリマー結合剤材料３４（すなわちポリマーマトリクス）であってもよく、該結合剤材料３４は、３次元相互接続ポリマー要素３０と組み合わされると、研磨パッド基材を提供する。また、該網状体は相対的な正方形あるいは長方形の形状で示されているが、楕円形、円形、多面体等（これらに限定されるものではない）、その他のタイプの構造を含んでいてもよいという点は理解されよう。
【００３３】
また、本発明の更なる態様は、複数の３次元埋込み構造の網状体を一体的に形成された窓と共に用いることであり、該網状体は、同一のパッドにおいて異なる物理的および化学的性質の領域に作用してもよい。したがって、埋込み構造要素３０のための上記化学（ポリマー）組成および／またはこのような要素の物理的な特徴を変化させてもよい。このような物理的特徴には、以下により詳細に説明されるように、要素３０の間隔および／または埋め込み構造要素の全体形状が含まれていてもよい。
【００３４】
半導体の先端技術では、半導体ウエハ上に多数のより小さなデバイスを集積することが要求される、という点は注目されるに値する。そして、デバイス密集度が高いほど、フォトリソグラフィーにおける焦点深度の理由から、ウエハ上に、より高度な局所的平面性および全体的均一性が求められることになる。したがって、本発明における３次元構造網状体および窓の構成は、従来の網状体を用いないＣＭＰパッド構造よりも、ＣＭＰパッドの機械的および寸法的安定性を向上させ得る。また、一体形成された窓を有する本開示の３次元埋込み構造は、研磨動作による圧縮応力および粘性せん断応力に対してより良好に耐え得るため、パッドの表面の変形が減少することにより、所望の程度の局所的平面性および全体的均一性をもたらし、またウエハのスクラッチ欠陥を低減する。
【００３５】
先に示唆した通り、パッドの中の実際の３次元埋込み構造は、ポリマー材料のタイプと、相互接続要素および埋込み要素の寸法と、これらの要素の大きさおよび形状とを変化させることによって、特定のＣＭＰの用途に合わせて作製することも可能である。また、界面活性剤、安定剤、阻害剤、ｐＨ緩衝剤、抗凝固剤、キレート剤、促進剤および分散剤（これらに限定されるものではない）を含む様々な化学物質を、パッドの表面あるいはバルクに加えることにより、これらの物質が制御された態様、あるいは制御されていない態様で研磨スラリーあるいは研磨液の中に放出され、ＣＭＰの性能および安定性を向上させてもよい。
【００３６】
本発明の一実施形態は、分散され、水溶性材料（例えばポリアクリレート）で構成され埋込まれた３次元網状体の隙間を部分的あるいは全体的に充填するポリウレタン物質と、相互接続する埋込み構造要素とを備える。パッド内に配置され、ポリウレタン中に分散された相互接続要素は、円筒形を有していてもよく、該円筒形は１ミクロン未満（例えば０．１ミクロン（０．１μｍ））〜約１０００ミクロン（約１０００μｍ）の直径と、０．１ミクロン（０．１μｍ）以上の隣接する相互接続接合点同士の間の水平距離と呼べるもの（例えば、接合点間の水平距離が０．１ミクロン（０．１μｍ）〜２０ｃｍにわたる（該範囲内の全ての値および増分を含む）である接合点）とを有していてもよい。この相互接続接合点間の長さは、アイテム「Ａ」として図８に示されている。また、相互接続接合点間の垂直距離と呼べるものはアイテム「Ｂ」として図８に示されており、これも所望に応じて０．１ミクロン（０．１μｍ）以上で変化させてもよい（例えば、０．１ミクロン（０．１μｍ）〜２０ｃｍ（該範囲内の全ての値および増分を含む）にわたる接合点間の垂直距離を有する接合点）。最後に、接合点間の奥行きと呼べるものはアイテム「Ｃ」として図８に示されており、これもまた、所望に応じて０．１ミクロン（０．１μｍ）以上で変化させてもよい（例えば０．１ミクロン（０．１μｍ）〜２０ｃｍ（該範囲内の全ての値および増分を含む）にわたる接合点間の奥行き距離を有する接合点）。
【００３７】
３次元埋込み構造自体は、薄い正方形あるいは円形の平板の形態とすることができ、１０〜６０００ミル（約２５４μｍ〜約１５．２４ｃｍ）の範囲、好ましくは６０〜１３０ミル（約１．５２４ｍｍ〜約３．３０２ｍｍ）の厚さと、２０〜４０００平方インチ（約１２９ｃｍ２〜約２．６ｍ２）、好ましくは１００〜１６００平方インチ（約６４５ｃｍ２〜約１ｍ２）の面積とを有する形状であってもよい（これら範囲中の全ての値および増分を含む）。硬化剤と混合されたウレタンプレポリマーが、埋込み構造の隙間を充填するために用いられてもよく、該複合材料は、その後炉で硬化され、ウレタンプレポリマーの硬化反応を完了させる。通常の硬化温度は、室温〜８００°Ｆ（約４２６．７℃）の範囲にわたり、通常の硬化時間は最低１時間未満〜２４時間以上である。その結果生じる複合材料はその後、バフ研磨、スカイビング、ラミネーティング、溝切加工および穿孔加工などの従来のパッド転換工程を用いてＣＭＰパッドへと転換される。
【００３８】
また、埋込み構造は上記の実施形態において、円筒体あるいは矩形ブロックの形態で利用可能であってもよい。したがって、本実施形態において硬化剤と混合されたウレタンプレポリマーで充填された埋込み構造を備える複合材料は、円筒体あるいは矩形ブロックの形態をとるように硬化されてもよい。この場合、硬化された複合材料の円筒体あるいはブロックは、転換される前に、個々のパッドを作製するためにまずスカイビングされてもよい。
【００３９】
本発明の別の実施形態では、異なる厚さを有する２つ以上の埋込み構造を備え、該２つ以上の埋込み構造は、その中に含まれるポリマー材料のタイプによって、更に互いに異なる。例えば、第１の埋込み構造を含むパッドの一部は、１〜２０ｃｍの厚さを有していてもよく、第２の埋込み構造を含むパッドの第２の部分は、１〜２０ｃｍの厚さを有していてもよい。なお、これら範囲内には、該範囲内の全ての値および増分を含む。同一のＣＭＰパッド中の埋込み構造は、該埋込み構造の化学的あるいは物理的特性における選択された相違点に起因して、異なった物理的および化学的特性を有する異なるパッドの領域を画定してもよい。例えば、第１の埋込み構造が第１のポリマーから選択され、第２の埋込み構造が第２のポリマーから選択されてもよく、これらのポリマーは化学的反復単位構造において相違している。化学的反復単位構造における相違とは、選択された２つのポリマー間の、反復単位の少なくとも１つの要素における相違、あるいは反復単位における要素の数の相違として理解することができる。例えば、第１および第２のポリマーは、ポリエステル、ナイロン、セルロース、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリル系繊維などの変性アクリル繊維、ポリウレタン等のポリマーから選択されてもよい。
【００４０】
一実施例では、厚さ２０ミル（５０８μｍ）の第１の領域を含み、該第１の領域は、直径１０ミクロン（１０μｍ）の比較的小さな円筒体の形態をとり、かつ互いに５０〜１５０ミクロン（５０〜１５０μｍ）離間した、複数の可溶性ポリアクリレート繊維からなる埋込み構造を備え、該埋込み構造は、第１のポリアクリレート繊維の網状体と同様の円筒体形状と、同様の寸法とを有するポリエステル繊維を備える第２の埋込み構造上に積み重ねられる。その後、硬化剤と混合されたウレタンプレポリマーが、積み重ねられた繊維の網状体の隙間を充填するために用いられてもよく、複合材料全体が上述したように硬化される。その結果生じた複合材料はその後、バフ研磨、スカイビング、ラミネーティング、溝切加工、および穿孔加工などの従来のパッド転換工程を用いてＣＭＰパッドへと転換される。したがってこのように形成されたＣＭＰパッドは、２つの明確に異なった、ただし互いに積重ねられた、付着構造層を有する。ＣＭＰにおいて、可溶性ポリアクリレート繊維要素を備える層が、研磨層として用いられてもよい。該可溶性ポリアクリレート要素は、研磨粒子を含む水性スラリーに溶解してもよく、パッド表面の上下に空隙を残し、パッド全体にスラリーを均一に分配するためのミクロンサイズの流路およびトンネルを形成してもよい。一方、比較的不溶性のポリエステル要素を含む層は、ＣＭＰにおける機械的安定性およびパッドのバルク特性を保持するために、支持層として用いられてもよい。
【００４１】
上述の実施形態にかかわらず、ＣＭＰパッドの設計、製造および応用の分野における当業者であれば、ＣＭＰパッドに網状構造体を組込むことによって生じる予期しない特性を容易に理解し、本発明に基づき、同一のパッドにおける様々なタイプの網状体材料、構造およびポリマー物質に関する同じ概念を用いて、特定のＣＭＰの用途の要件を満たすような多数のパッドの設計を容易に導き出し得ることが、本願において理解されよう。
【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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【図６】
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【図８】
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【図７】
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【国際調査報告】
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