(57)【要約】パッドの除去速度を改善する方法であって、混合物からポリウレタンのパッド本体を製造すること、化学機械的平坦化除去速度を上げるためにパッドの弾性反発力を減少させる添加剤を混合物に導入すること；添加剤として少なくともデンプンを含有する物質を使用することを含む方法。別の実施形態では、ベース樹脂およびイソシアネートを組み合わせ、イソシアネート濃度がベース樹脂の６．５〜約１１．０重量％であるパッドを形成することによって、ウレタン製研磨パッドの平坦化を改善する。別の実施形態では、バルク銅の除去処理後、バリアを除去すること、ポリウレタンをバフ磨きすることを含むＣＭＰ処理において、ショアＤ硬度が３５％未満であり、あるモル濃度を達成するイソシアネート含有プレポリマーおよびイソシアネートが添加されたモノマーの少なくとも１種で構成される混合物から造られる少なくとも１層を有する研磨パッドが使用される。
2008511181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッドを含む研磨パッドであって、
該パッドはウレタンと、デンプンと、イソシアネートとを含み；
該ウレタンはベース樹脂を含み；
該デンプンは、デンプンを含まない類似のウレタンパッドと比較して該パッドの弾性反発力を減少させ、該パッドのＣＭＰ除去速度を改善するように構成され；かつ
該イソシアネートの濃度は該パッド中の該ウレタンの６．５％〜１１．０％の範囲内である、研磨パッド。
【請求項２】
一般的平坦化効率が７５％〜９０％である、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
研磨パッドの除去速度を改善する方法であって、その少なくとも１層が、混合物からポリウレタンのパッド本体を製造する工程と；化学機械的平坦化除去速度を上昇させるように該パッドの弾性反発力を減少させる添加剤を該混合物に導入する工程と；該添加剤として少なくともデンプンを含有する物質を使用する工程とを含む方法で構成される、方法。
【請求項４】
少なくとも１層が、混合物からポリウレタンのパッド本体を製造する工程と；化学機械的平坦化除去速度を上昇させるようにパッドの弾性反発力を減少させる添加剤を該混合物に導入する工程と；該添加剤として少なくともデンプンを含有する物質を使用する工程とを含んで構成される、研磨パッド。
【請求項５】
前記使用する工程が、実質的に１ポンドのデンプンを２５ポンドの混合物に導入し、前記パッドの弾性反発力を８％ポイント減少させることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記層が、ポリエーテルウレタン、ポリエステルポリウレタンおよびポリカーボネートのうち少なくとも１種を含む、請求項３に記載のパッド。
【請求項７】
前記層が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ダイアモンドおよびシリコンカーバイドのいずれかから選択される研磨粒子を含む、請求項３に記載のパッド。
【請求項８】
前記層が、少なくとも１種の充填剤およびナイロンを含む、請求項３に記載のパッド。
【請求項９】
前記層が、研磨粒子を含まない、請求項３に記載のパッド。
【請求項１０】
ウレタン製研磨パッドの平坦化を改良する方法であって、ベース樹脂を組み合わせる工程と；該ベース樹脂およびイソシアネート中に導入し、ウレタン製研磨パッドを形成する工程と；該ベース樹脂の６．５％〜１１．０％の範囲内である該イソシアネートの濃度を選択し高い平坦化特性を得る工程とを含む、方法。
【請求項１１】
前記選択する工程が、前記イソシアネート濃度を６．５〜８．５％の範囲から選択することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記選択する工程が、イソシアネート濃度を８．５％〜１１．０％の範囲から選択する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記層が、ポリエーテルポリウレタンおよびポリエステルポリウレタンからなる群から選択されるポリウレタンで構成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
複数の研磨粒子を前記ベース樹脂および前記イソシアネートと組み合わせる工程であって、該複数の研磨粒子が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ダイアモンドおよびシリコンカーバイドからなる群から選択される工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法が、研磨粒子を前記ベース樹脂および前記イソシアネートと組み合わせるウレタン製研磨パッドの工程を含まない、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
充填剤を前記ベース樹脂および前記イソシアネートと組み合わせる工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
ベース樹脂と、該ベース樹脂中に導入されたイソシアネートとを有する層を少なくとも１層含むウレタン製研磨パッドであって、該ベース樹脂中の該イソシアネート濃度が、６．５％〜１１．０％の範囲内である、ウレタン製研磨パッド。
【請求項１８】
前記ベース樹脂中の前記イソシアネート濃度が、６．５％〜８．５％の範囲内である、請求項１７に記載のウレタン製研磨パッド。
【請求項１９】
前記ベース樹脂中の前記イソシアネート濃度が、８．５％〜１１．０％の範囲内である、請求項１７に記載のウレタン製研磨パッド。
【請求項２０】
前記少なくとも１層が、ポリエーテルポリウレタンおよびポリエステルポリウレタンからなる群から選択されるポリウレタンを含む、請求項１７に記載のウレタン製研磨パッド。
【請求項２１】
前記少なくとも１層が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ダイアモンドおよびシリコンカーバイドからなる群から選択される研磨粒子を含む、請求項１７に記載のウレタン製研磨パッド。
【請求項２２】
前記少なくとも１層が研磨粒子を含まない、請求項１７に記載のウレタン製研磨パッド。
【請求項２３】
前記少なくとも１層が、充填剤を含む、請求項１７に記載のウレタン製研磨パッド。
【請求項２４】
半導体ウエハの表面上に析出した銅フィルムを化学機械的に研磨する方法であって：
バルク銅層を除去しバリアとする工程と；
該バリアを除去する工程と；
バフ磨きする工程とを含み、ここで、該バリアを除去する工程およびバフ磨きする工程では、ショアＤ硬度が約３５％未満であって、（ｉ）あるモル濃度を達成する濃度が６．５％と１１．０％との間のイソシアネートと組み合わされたプレポリマーおよび（ｉｉ）実質的に（ｉ）と同じモル濃度を達成するのに充分なイソシアネートと組み合わされたモノマーの少なくとも１つを含む混合物で造られた層を有するポリウレタン研磨パッドを使用することを含む、方法。
【請求項２５】
前記パッドが、メチルアルコール、水およびデンプンの少なくとも１種を含有する添加剤を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記パッドが、１０ミルと２００ミルの間の厚さである、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記パッドが、４０ミルと１００ミルの間の厚さである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記パッドが開放単層パッドである、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記パッドが、サブパッドに積載され結合される、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記パッドが、溝を備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
前記パッドが、穿孔を備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
前記層が、ポリエーテルポリウレタンおよびポリエステルポリウレタンの少なくとも１種を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
前記層中にシリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ダイアモンドおよびシリコンカーバイドの少なくとも１種を含む研磨粒子を導入することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３４】
充填剤を前記混合物中に導入することをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３５】
バルク銅を除去しバリアとした後、半導体ウエハの表面に析出した銅フィルムを化学機械的に研磨するときにバリアを除去し、バフ磨きするための研磨パッドであって、該研磨パッドが、３５％未満のショアＤ硬度を有し、（ｉ）あるモル濃度を達成する濃度が６．５％と１１．０％との間のイソシアネートを有するプレポリマーおよび（ｉｉ）実質的に（ｉ）と同じモル濃度を達成するのに充分なイソシアネートと組み合わされたモノマーの少なくとも１つを含む混合物で造られている少なくとも１層を有する、研磨パッド。
【請求項３６】
前記パッドが、メチルアルコール、水およびデンプンの少なくとも１種を含む添加剤を含有する、請求項３５に記載のパッド。
【請求項３７】
前記パッドが、開放単層パッドである、請求項３６に記載のパッド。
【請求項３８】
前記パッドが、１０ミルと２００ミルとの間の厚さである、請求項３５に記載のパッド。
【請求項３９】
前記パッドが、４０ミルと１００ミルとの間の厚さである、請求項３５に記載のパッド。
【請求項４０】
前記パッドが、サブパッド上に積載され結合される、請求項３５に記載のパッド。
【請求項４１】
前記パッドが、溝を備える、請求項３５に記載のパッド。
【請求項４２】
前記パッドが、穿孔を備える、請求項３５に記載のパッド。
【請求項４３】
前記層が、ポリエーテルポリウレタンおよびポリエステルポリウレタンの少なくとも１種を含む、請求項３５に記載のパッド。
【請求項４４】
さらに、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ダイアモンドおよびシリコンカーバイドの少なくとも１種を含む、研磨粒子を含む、請求項３５に記載のパッド。
【請求項４５】
前記混合物に導入された充填剤をさらに含む、請求項３５に記載のパッド。
【請求項４６】
半導体ウエハの表面に析出した銅フィルムを化学機械的に研磨する方法であって、該方法は：
バルク銅を除去しバリアとすることと；
該バリアを除去することと；
バフ磨きすることとを含み、ここで、該バリアの除去とバフ磨きにおいて、３５％未満のショアＤ硬度を有し、あるモル濃度を達成する濃度が６．５％と８．５％との間のイソシアネートを有するプレポリマーおよび実質的に同じモル濃度を達成するのに充分なイソシアネートと組み合わされたモノマーの少なくとも１つを含む混合物で造られている層を有するポリウレタン研磨パッドを使用することを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して研磨パッドに関し、特にスラリーを使用する化学機械的研磨（ＣＭＰ）に関する。さらに、本発明は、研磨パッドのＣＭＰ除去速度を上げ、加工片の研磨パッドによる平坦化を改善し、研磨パッドの一般的平坦化効率（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を改善する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰは、一般的に半導体ウエハの製造の不可欠な部分となっている半導体製造手順における１処理工程である。ＣＭＰは、半導体製造手順において、様々な用途で使用される。たとえば、ＣＭＰは、「酸化物」または「ＩＬＤ／ＰＭＤ」、「ＳＴＩ」、「銅」、「バリア」、「ポリ」および「タングステン」と言われる適用において使用される。これらの用語は、一般的に、除去される物質のタイプを示す。ＣＭＰ工程は、欠陥がなく異物混入がないように保たれながら、物質を目的に合ったように除去し、表面を平坦化するように構成されているのが好ましい。これらの適用のそれぞれに、異なるスラリーが使用される可能性があるので、除去機構は一般的に各適用に応じて異なる。そのため、各適用の最適条件も同様に異なる傾向にある。
【０００３】
これらＣＭＰ工程の各工程において、シリコン基板は、動いている研磨パッドと直接接触して配置される。ウエハキャリアは、同時にパッドを回転しながら、基板の裏面に対して圧力をかける。この処理の間、スラリーは利用できるようになり、通常、パッドの動きによってウエハとパッドの間に運ばれる。スラリーの組成は、１つのＣＭＰの適用と別のものとでは変化してもよい。一般的に、絶縁材料を除去するために設計されたスラリーは、水、研磨剤および絶縁材料を「加水分解」するように設計されたアルカリ製剤からなる。一方、銅スラリーは、一般的に、水、研磨剤、酸化剤、錯化剤および表面を不動態化する化学薬品を含む。代表的なスラリーは、除去するように設計されていない物質においては、除去速度が非常に遅いことが多い。
【０００４】
ＣＭＰ研磨パッドは、複数のエンジニアリング機能を発揮することが好ましい。パッドは、速い除去速度で研磨し、近距離（＜１００マイクロメーター）を平坦化し、シリコン基板の品質によって決定されるある平坦化長さ（下記を参照のこと）までの長範囲（＞１００マイクロメーター）を平坦化し、その長さを超えて平坦化せず、スラリーを運び、順次研磨されるウエハのためにウエハと同じ摩擦力を保ち、数百のウエハの障害となることなく、ウエハ表面を清浄にし、ウエハ表面にスクラッチを造らず、最小時間で交換可能で、そして／または他の機能も発揮するように構成されているのが望ましい。
【０００５】
したがって、研磨パッドの１以上のこれらの機能を改善することのできるパッドを製造する方法の開発が望まれている。特に、研磨パッドの除去速度を改善すること、加工片の平坦化を改善すること、および研磨パッドの一般的平坦化効率（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を改善することが望まれている。
【０００６】
この点で、本発明の種々の態様は短範囲平坦化および長範囲平坦化の両方を企図している。一般的に、長範囲平坦化は、パッドのバルク特性によって調整され、短範囲平坦化はパッドの表面特性によって調整される。長範囲平坦化を表す有用な概念は、パッドの平坦化する能力の横方向寸法特徴として規定される平坦化長さ（Ｌ）である。プレストンの式がこの概念に固有である。これは、研磨の時、除去速度は力に比例すると言うものである。この関係には大きな偏差があるが、一般的には適用される。平坦化されるべき特徴部は、隆起した要素としてモデル化されてもよい。研磨パッドは、この特徴部を平坦化しようとし、特徴部の頂上でパッドによって与えられる圧力が、特徴部の隣接部の圧力を超えたとき、そうすることに成功するだろう。プレストンの式によれば、特徴部の頂上での除去速度は、特徴部の隣接部の除去速度を超え、時間がたつにつれ、該特徴部の高さは研磨によって減少する。平坦化長さの規定の１つは、圧力が、特徴部から無限に離れた圧力の１／ｅ（ｅはＩｎ（１０）である）まで増加した特徴部からの距離である。
【０００７】
短範囲平坦化には、Ｌと類似したものはない。短範囲平坦化は表面特性によって影響を受けるので、同じ研磨パッドを使用しても、パッドによって受けるダイアモンド調整量およびパッドの表面粗さに影響する作用を変化させることによって、劇的に変化しうる。しかし、一般的に、パッド表面は、除去速度を保つ目的で調整されている。したがって、短範囲平坦化に関しては、パッド上に配置されたエンジニアリング拘束物は、むしろ結果を重視したものである。もし書くとすれば、このような感じになるであろう。「・・・標準調整処理を常に使用する場合、パッドは、適切な除去速度と高い短範囲平坦化を発揮するはずである・・・」このため、短範囲平坦化の要求は、一般的に、経験的結果から生じる。銅の適用においては、これらの結果は、普通、そりで表され、狭い銅線から除去された物質の量を書く。酸化物の適用では、結果は、典型的には、短範囲平坦化を計測するように設計された試験構造体の平坦化性能によって表される。
【０００８】
種々の米国特許で、平坦化の改善が企図されている。たとえば、Ｊａｍｅｓ，特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４を参照のこと。Ｊａｍｅｓは、所望する高いＫＥＬ値を達成すると言われている添加剤の例、その教示および先に短範囲平坦化として記載したもの、すなわち１００マイクロメーター未満の距離を越えて起こる平坦化のためだけの所望の特性を支持するデータを提案している。
【０００９】
したがって、短範囲平坦化および長範囲平坦化の両方を改善する配合処方を開発することが望まれている。
【００１０】
ＣＭＰの特定の適用として、半導体ウエハの作用表面に析出する銅フィルムの研磨を起こす「銅ＣＭＰ」が知られている。典型的には、銅は電着の作用で析出し、下位酸化物層中のサブマイクロメーター溝が造られている表面に析出する。銅は、溝内および溝間の領域の上面（「フィールド」）上に析出する。溝間のフィールドに析出した銅は、しばしば「オーバーバーデン」と呼ばれる。「バリア層」は、銅が析出する前に酸化物表面上に備えられる。さもなければ、銅が酸化物層中に拡散し、下の鋭敏なシリコン基板に到達するかもしれず、トランジスターを破壊してしまうからである。したがって、バリアは、銅溝を被覆し、銅の酸化物への拡散を防ぐ。バリア層用の代表的な材料は、タンタル（Ｔａ）および窒化タンタル（ＴａＮ）である。銅ＣＭＰの間に、銅オーバーバーデンとバリア層の両方が研磨によってフィールドから除去され、溝中の銅が残り、導電性相互接続線として作用する。
【００１１】
ＣＭＰ工程の目的は、フィールドから銅の全てを実質的に除去し、酸化物のレベルで溝中に銅を残すことである。溝中の銅の表面は平坦で、その表面上には実質的に酸化されず、汚染物質がないかまたは腐食がないことが好ましい。これらの条件はまた、「ボンドパッド」として知られる、プローブが導体と接触することを可能にする銅のより広い他の範囲にとって望ましく、典型的には１００ｕｍ×５０〜７５μｍの寸法である。処理は、通常、市販のＣＭＰツールに通常見かける３個の回転プラテンに関する、３つの工程で行われる。この工程は、１）バルク銅の除去、２）バリア層の除去および３）最終表面のバフ磨きを行い実質的に全ての残留物を除去して銅表面を不活性とする工程を含む。これら３つの工程後、ウエハを清浄化し、さらなる処理の前に乾燥してもよい。銅の除去工程は、２つの工程に分けられることが多い。第１工程では、銅フィルムの半分以上を除去し、表面を実質的に平坦にする。第２工程では、銅の残渣を除去し、バリア物質のみを残す。
【００１２】
したがって、従来の銅ＣＭＰ中には３プラテンツールの使用で２つの前処理手順がある。第１手順、手順＃１では、プラテン１がバルク銅を除去しバリア物質とし、プラテン２がバリア物質を除去し、プラテン３がバフ磨きをする。第２手順、手順＃２では、プラテン１がバルク銅を除去し、プラテン２が銅の除去を仕上げ、プラテン３がバリア物質を除去しバフ磨きをする。また、これら２つの手順には小さな変形があり、使用する化学的特性およびスラリー、処理条件および時間、必要な工程の全ての正確な分別に関する変形が挙げられる。これら３つの工程で使用される研磨パッドおよびスラリー／化学的特性は一般的に異なる。
【００１３】
１例では、処理手順＃１を行う代表的な方法は、以下を使用しうる。プラテン１）ＩＣ１０００パッド（たとえばＲｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓによって供給される）およびＣａｂｏｔ５００１のような銅スラリー；プラテン２）ＩＣ１０００パッドおよびＨｉｔａｃｈｉ  Ｔ−６０５のようなバリアスラリー；およびプラテン３）Ｐｏｌｉｔｅｘパッド（たとえばＲｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓによって供給される）および水または水およびＢＴＡのような不活性薬剤。従来、処理手順＃２を行う代表的な方法は、以下を使用しうる。プラテン１）ＩＣ１０００パッドおよびＣａｂｏｔ５００１のような銅スラリー；プラテン２）ＩＣ１０００パッドおよびＣａｂｏｔ５００１のような銅スラリー；プラテン３）ＰｏｌｉｔｅｘパッドおよびＨｉｔａｃｈｉ  Ｔ−６０５のようなバリアスラリー、続いて、水または水および不活性化用ＢＴＡで濯ぐ。
【００１４】
また、最後のケースにおける工程３はＩＣ１０００パッドを使用して行うこともできるが、Ｐｏｌｉｔｅｘパッドを用いて行うことがより典型的である。この目的でＰｏｌｉｔｅｘを用いる欠点は、該パッドは基本的にこの用途には柔軟すぎるということである。代表的なＰｏｌｉｔｅｘパッドは、いくつかの層で構成されている。その底の層は、ポリエステルフェルトに含浸されたポリウレタンである。次の層は、非常に多孔質のウレタンであり、最上層は、底が広く上が狭くなっているテーパ上の孔を持つ垂直のウレタン構造で構成されている。
【００１５】
パッドが柔軟であることは、清浄およびスクラッチがないという両方で非常に優れた仕上げ面（バフ）を供給する点は利点ではあるが、バリア除去工程でこのパッドを使用した最終結果は、ウエハの最終平坦性が劣るということである。バリアを除去するものとしてパッドは、最初、銅およびタンタルの両方に同時に曝され、バリアが清浄になった後、酸化物、銅およびタンタルに同時に曝される。平坦化特性が劣るパッドは、これらの物質を均一に除去する作業は劣るであろう。この非平坦化は、架橋（除去されるべきと考えられる場所に導電性物質が残り、望ましくない電気接触を起こす）、そり／腐食（物質が処理によって除去され、それが銅の場合は抵抗値の増加を起こし、もしそれが酸化物の場合はショートする可能性を残している）、あるいは架橋を助長する望ましくない表面特性といる結果となる可能性がある。
【００１６】
Ｐｏｌｉｔｅｘパッドの使用に伴う別の問題は、パッドの寿命が比較的短いことである。ある薬剤の存在下で、パッドは結合性を失う傾向にあるようで、その結果寿命が短くなる。一般的に、発泡性ポリウレタン材料は化学的に不活性で、ＣＭＰ中に通常曝される、いかなる薬剤の存在下でも崩壊することは知られていない。
【００１７】
第３プラテンにおいて高平坦化、高不活性ＩＣ１０００を使用する別のケースは、先に挙げた問題もなく非常に平坦な表面を得るようであるが、スクラッチの割合が非常に高い。もちろん、スクラッチは、ショート（架橋）およびオープン（導電線が中断される）を起こす可能性があるので、容認できない。したがって、ＰｏｌｉｔｅｘおよびＩＣ１０００パッドによって提供される特性間の範囲における種々の特性を有するパッドに対する必要性が存在する。
【００１８】
これらの問題に照らし、手順＃１は明らかに全ての要求を満足するが、非常に遅い。それは処理能力（「ｔｐｔ」）が非常に遅く、したがって、研磨設備の利用が不十分である。ちょうどいかなる組み立てラインのように、ツールのｔｐｔは、その最も遅い工程の機能である。一般的に、そのようなツール上でステーションからステーションへウエハを動かすロボットは、（たとえば、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓによって提供されるＭｉｒａ  Ｍｅｓａを参照）は速い。最も遅い工程は、普通、プラテン工程のうちの最も遅いものである。手順＃１は第１プラテンで銅のバルク除去を含むので、そのプラテンはたぶんｔｐｔを制限するものである。工程に３、４分かかり、１時間当たり１５〜２０個のウエハ（「ｗｐｈ」）がツールの最大ｔｐｔとなることはまれなことではない。より高いｔｐｔが一般的に望まれる。
【００１９】
したがって、改良されたＣＭＰパッド、増大したｔｐｔを提供する改善された銅ＣＭＰ法、および改善されたバルク銅除去および／または平坦化法の必要性がある。
【特許文献１】米国特許第６，４５４，６３４号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５８２，２８３号明細書
【特許文献３】米国特許第６，７３６，７０９号明細書
【特許文献４】米国特許第６，７４９，４８５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
したがって、本発明の目的は、研磨パッドの化学機械的平坦化除去速度を改善する方法を提供すること、改善された化学機械的研磨方法を提供すること、および改良された研磨パッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の例示的な実施形態の１態様によれば、パッドの除去速度を改善する方法は、その少なくとも上層がポリウレタンであるパッド本体を製造する工程と、化学機械的平坦化除去速度を上げるようにパッドのＥＲを減少させる添加剤を前記本体に導入する工程と、前記添加剤として少なくともデンプンを含有する物質を使用する工程とを含む。本発明のさらなる機能によれば、前記使用する工程は、実質的に１ポンドのデンプンを２５ポンドの混合物に導入し、弾性反発を約８％減少させることを含む。
【００２２】
本発明の種々の態様によれば、少なくともデンプンを含有する物質をパッドのポリウレタン本体に導入することによって、弾性反発を大幅に減少させ、その結果、パッドの化学機械的平坦化除去速度を上げる。
【００２３】
これらの目的および以下で明らかになるであろう他の目的によれば、本発明の１機能は、半導体ウエハの表面に析出した銅フィルムの銅ＣＭＰ法を含む。この方法は、バルク銅を除去しバリアとする工程と、そのバリアを実質的に除去する工程と、引き続きバフ磨きする工程とを含み、前記バリアを除去する工程とバフ磨きする工程では、イソシアネート濃度が約６．５％と約１１．０％との間のプレポリマーで構成される混合物、またはモノマーと、実質的に前記と同じモル濃度を達成するように加えられるイソシアネートとから形成される層を少なくとも１層有するポリウレタン研磨パッドを使用することを含み、前記層のショアＤ硬度は約３５％未満である。
【００２４】
本発明の例示的な実施形態として、半導体ウエハの表面に析出する銅フィルムのＣＭＰにおける、バリアの除去およびそれに続くバフ磨き用の研磨パッドが挙げられる。この研磨パッドは、イソシアネート濃度が約６．５％と約１１．０％との間のプレポリマーで構成される混合物、またはモノマーと、実質的に前記と同じモル濃度を達成するように加えられるイソシアネートとから製作され、約３５％未満のショアＤ硬度を有する。
【００２５】
本発明の特徴と考えられる新規な機能は、特に添付の請求の範囲において規定する。本発明自体、すなわち、付加的な目的およびその利点とともに、その構成およびその操作の方法は、添付の図面とともに以下に記載する特定の実施形態から最もよく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下の記載は、いかなる意味でも、本発明の範囲、適用性、または構成を限定するものではなく、むしろ、本発明の種々の実施形態を実施するための簡便な説明を提供するものである。明らかになるように、本発明の範囲を逸脱しない限り、これらの実施形態に記載された要素の機能および構成は、様々に変化させてもよい。当然のことながら、本明細書における記載は、異なる形状、成分などを有する代替的に設計されたパッドを使用することを採用してもよいし、これも本発明の範囲内に入る。したがって、本明細書の詳細な説明は、説明だけの目的であるものであり、限定のためにあるものではない。
【００２７】
本発明の例示的な実施形態の１態様によれば、研磨パッドの除去速度を改善する方法が提供される。除去速度は、パッドとともに使用されるスラリーの組成によっても影響される可能性があるが、パッドが関連する複数の要因もまた除去速度に影響を及ぼす。たとえば、溝によってたとえばスラリーがウエハ−パッド界面に送られ、除去速度を改善することができる。これらの溝の様々なパターン、ピッチおよび深さも除去速度に影響する可能性がある。また、除去速度には、スラリーの存在下でのウエハとパッドとの間で起こる摩擦も関与する。この摩擦はパッドが異なれば異なり、パッド中の孔径、パッドの密度および／またはパッドの材料組成などの要因に影響されうる。
【００２８】
一般的にＣＭＰに使用されるパッドは、擬弾性である。擬弾性材料は、弾性的特性と非弾性的特性を発揮する。材料の非弾性度の量は、弾性反発力あるいは弾性回復率（ＥＲ）で測定する。圧縮して開放した時、ある設定された時間後の回復の割合がＥＲである。弾性反発力が高いほど、その材料はより弾性的である。一方、弾性反発力が低いほど、その材料はより可塑的である。本発明の例示的な実施形態の１態様によれば、ポリウレタンパッドおよび酸化物ウエハは、ＥＲとは強い逆の相関関係があることが見出されたＣＭＰ除去速度を発揮する。
【００２９】
したがって、本発明の例示的な実施形態の１態様によれば、研磨パッドの除去速度を改良する方法は、パッドをより低いＥＲを持つように構成し、これでより速い除去速度とすることを含む。パッドのＥＲは、パッド原料の混合中にデンプンをパッド成分に加えることによって低下させてもよい（以下に更に詳しく記載するように）ことが見出されている。
【００３０】
デンプンのウレタン混合物への導入は、種々の目的で知られているが、研磨パッドにおける除去速度を改良するために使用されたことはない。デンプンは、たとえば、生物分解性を増す（たとえば米国特許第６，２２８，９６９号明細書）、難燃性改善、および起泡性促進（たとえば米国特許第４，３７４，２０８号明細書）の公知のウレタン添加剤である。
【００３１】
本発明の例示的な実施形態の１態様によれば、ＣＭＰパッドは、他の成分に加え、デンプンを含んでもよい。たとえば、ＣＭＰパッドは、２０ポンドのＡＤＩＰＲＩＭＥ  Ｌ３２５液体ポリエーテルウレタン（Ｃｒｏｍｐｔｏｎ  Ｕｎｉｒｏｙａｌ製）、４．７ポンドのＭＯＣＡ（４，４−メチレン−ビス−クロロアニリン）、０．５ポンドのＬ−６１００シリコーン界面活性剤（ＧＥ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅ製）および１ポンドのデンプンを含んでもよい。
【００３２】
さらに、先に記載した成分は、他の量で用いてもよく、相対割合も種々に変化してよい。また、当然、デンプンは、普通に使用される他の組み合わせに添加してポリウレタンパッドを造ってもよい。本発明の例示的な実施形態によれば、前記方法は、デンプン（またはデンプン含有添加剤）をＬ−３２５液体ポリマーウレタンとともに、Ｌ−６１００シリコーン界面活性剤と約５分間混合する工程を含む。さらに、この方法は、ＭＯＣＡのような促進剤を、混合したデンプン／Ｌ−３２５／Ｌ−６１００とさらに約１分間混合する工程含んでもよい。この方法は、さらに、前記混合物を型に注ぎ入れる工程、それを室温で１５分間硬化させる工程、それを約２５０°Ｆのオーブン内に約８時間置く工程、得られたケーキを冷却する工程、およびスカイビング型刃でスライスする工程を含んでもよい。スライスされたものは、次いで、研磨パッドに形成され、溝付け、接着剤の塗布および／またはサブパッドの貼り付けなどのさらなる工程に付される。
【００３３】
本発明の例示的な実施形態によれば、１ポンドのデンプンを混合物に導入した場合、同じ成分であるがデンプンを含まない成分で造られたパッドと比較して、パッドの弾性反発力は、ｒ−平方値が約６６％で、約９４％から約８６％と完全に８％は減少する。別の例示的な実施形態では、デンプンの量を０．５ポンドだけにして混合物に加えると、デンプンを含まないパッドと比較して、ＥＲは、約９４％から約９０％に減少するかもしれない。
【００３４】
このように、除去速度の新規な改良方法が提案されている。パッドの形成中にデンプンまたはデンプン様物質をパッドに添加し、パッドの弾性反発力を減少させることによって、ＣＭＰ除去速度を上げる。さらに、本発明の種々の態様によれば、加工片の平坦化も改善されるかもしれない。
【００３５】
平坦化の測定は、異なるピッチと幅とを持つ領域内に配置された規則的な周期的配置を含むトポグラフ構造体である平坦化試験構造体を使用して行ってもよい。計量学に関連する実用上の限界により、正確な測定値を得るためには、これらの最も小さな値は、５０％密度（すなわち密度の高い構造体と低い構造体の変動が幅に等しい）で１００マイクロメーターピッチであり、最も大きな値は５０％密度で５００マイクロメーターピッチである。平坦化能力は、残りの振幅と除去された酸化物の平均量とを各工程で記録する、逐次的研磨／測定作業行為を繰り返すことによって測定する。構造体が「ノイズ」レベル未満になった時、一連の手順は完了する。この一連の手順によって、平坦化効率と呼ばれる単一の平坦化の性能指数に減らすことのできる曲線を得る。短範囲の平坦化および長範囲の平坦化をともに得るために、本発明の例示的な実施形態の１態様では、短範囲および長範囲効率の平均値からなる一般的平坦化効率（ＧＰＥ）と呼ばれるパラメーターを開発した。ＧＰＥは０％から１００％まで変動し、０％は平坦化が全くなされていないこと（すなわち完全な侵蝕）を表し、一方１００％は完全な平坦化（高い領域からのみ材料が除去され、低い領域からは少しも材料は除去されていない）を表す。本発明の例示的な実施形態において、ＧＰＥは、本明細書に記載する方法によって改善される。
【００３６】
この点に関し、本発明の例示的な実施形態のさらに別の態様によれば、ウレタン製研磨パッドは、ベースポリオール樹脂とイソシアネート（「ＮＣＯ」）とを結合することによって製造する。当然のことながら、パッド全体をこの方法によって製造することができ、またパッドが多層パッドの場合は、作用する層だけをこの方法によって製造することができる。新規で特定な方法で、イソシアネートを約６．５％と約１１．０％との間の濃度でベース樹脂に導入する。
【００３７】
本発明に従って製造されたパッドの平坦化を測定する試験が行われる。４個の研磨パッド、特に、ＡＤＩＰＲＩＭＥシリーズから、イソシアネート濃度４．０％の研磨パッドＬ−１００、イソシアネート濃度７．５％の研磨パッドＬ−２００およびイソシアネート濃度９．５％のＬ−３２５、およびロイヤルキャストシリーズからイソシアネート濃度１１．６％の樹脂２５０５（全てＣｒｏｍｐｔｏｎ  Ｕｎｉｒｏｙａｌ製）が試験された。図１に示すように、イソシアネート濃度が約６．５％と約１１．０％との間のウレタン製研磨パッドを試験した場合、それらは、約７２％〜約９５％の範囲内の平坦化を達成した。
【００３８】
平坦化に影響を与えると通常予測されるグループへのデータの解析によって結果は変更されない。たとえば、溝加工は、一般的に、表面を構造的に薄くするため、パッドのＧＰＥに悪い影響を与えることが知られている。しかし、先に記載した平坦化範囲は、溝加工のあるパッドも溝加工のないパッドも両方に留保されることがわかった。また、サブパッドを使用することによりＧＰＥに悪影響が及ぼされる可能性があることも知られている（長範囲平坦化へのその影響の効果による）。この場合も、単一のパッドと積載されたパッドを別々に考慮した場合、結果は影響されなかった。したがって、ＮＣＯ濃度が、短範囲および長範囲平坦化能力の両方に影響を与えるパッドの物性を制御すると考えられる。
【００３９】
本発明の有利な特徴によれば、イソシアネートの濃度は、約６．５％〜約８．５％の範囲内にありうる。この場合、ウレタンパッドまたは作用層は、より柔軟で、バリアバフにより適している。本発明の別の好ましい特徴によれば、イソシアネートの濃度は約８．５％〜約１１．０％の範囲内であってもよい。この場合、ウレタンパッドまたは作用層は、より固く、層間絶縁により適している。
【００４０】
ウレタンパッドまたはその層は、ポリエステルポリウレタンまたはポリエーテルポリウレタンで構成することができる。さらに、ウレタンパッドまたはその作用層は、以下の成分：シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ダイアモンドおよびシリコンカーバイドの１種以上を含んでもよい研磨粒子を含有することができる。あるいは、ウレタンパッドまたはその作用層は、研磨粒子を含まなくてもよい。さらに、本発明によれば、ウレタンパッドまたはその作用層は、充填剤を含んでもよい。
【００４１】
上で提示した平坦化の範囲は、ウレタン製研磨パッドに関し高性能である。先に示したように、このイソシアネート濃度が約６．５％未満および１１．０％を超える場合は、ウレタン製研磨パッドの平坦化特性は悪化する。
【００４２】
銅のＣＭＰについて、本発明の例示的な実施形態の１つでは、半導体ウエハの表面に析出した銅フィルムのＣＭＰを改善する方法が提供される。この方法は、たとえば、バルク銅層を除去しバリアとする工程と、そのバリアを除去する工程と、引き続きバフ磨きする工程とを含み、前記バリアの除去とバフ磨きでは、プレポリマー、またはモノマーと実質的にモル濃度を達成するように加えられたイソシアネートとで構成された混合物から製作されるポリウレタン研磨パッドを使用することを含み、ショアＤ硬度は約３５％未満である。好ましい実施形態では、イソシアネート濃度は約６．５％と約８．５％との間であり、この値が小さいほど一般的により柔軟な研磨パッドとなる。
【００４３】
また、本発明は、半導体ウエハの表面に析出した銅フィルムの化学機械的研磨処理におけるバリアの除去およびそれに続くバフ磨き用のポリウレタン研磨パッドであって、この研磨パッドは、イソシアネート濃度が約６．５％と約１１．０％との間であるプレポリマーで構成される混合物から、またはモノマーと実質的に同じモル濃度を達成するような濃度で加えられたイソシアネートから製作され、ショアＤ硬度が約３５％である研磨パッドに関する。好ましい実施形態では、パッドは、イソシアネート濃度が約６．５％と約８．５％との間のポリウレタンから造られ、硬度スペクトルの柔軟側にあるパッドが得られる。
【００４４】
本発明の方法およびパッドの開発中に、硬度はスクラッチを予測するうえで重要なパラメーターであることが見つけ出された。これを図２に示す。図２ではｙ軸にスクラッチの数、ｘ軸にショアＤ硬度を示す。スクラッチの数は、種々のケース（たとえ最も柔軟なパッドからであっても）においてスクラッチを解明するために開発されたテストから来ている。このテストは、一般に銅は除去できない、公知の反応性バリアスラリーを使用することと、それをかなり強い下向きの力（４ｐｓｉ）で予備研磨でのスクラッチの数がすでに計測されている、新品の布状銅フィルムの研磨のために使用することを含む。銅ウエハを１分間研磨し、次いで、暗視野顕微鏡検査を低い倍率で使用してスクラッチを再び計測する。次いで、スクラッチの数の増加をプロットする。
【００４５】
グラフは、パッドの望ましい硬度はシュアＤスケールで約３５未満であることを示す。Ｐｏｌｉｔｅｘは、同じ測定法によりこのスケールで２５であると測定され（グラフに示す）、参考のため、ＩＣ１０００は５６と測定され（グラフに示す）Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ社により公開された情報では５５と報告されている。
【００４６】
一般的平坦化効率（「ＧＰＥ」）と呼ばれる平坦化性能指数は、どのような材料（単数または複数）が平坦化を制御するかを正確に判定するために開発された。ＧＰＥはベース樹脂のイソシアネート（「ＮＣＯ」）濃度の関数であると決定された。６．５％〜１１．０％の範囲に含まれる樹脂は高いＧＰＥを提供し、その範囲から外れる樹脂は低いＧＰＥを与える。したがって、この範囲の樹脂が求められる。
【００４７】
１実施形態では、化学的に不活性な発泡性ポリウレタンが本発明のパッドに選択される。したがって、本発明によれば、先に記載したバリアを除去しバフ磨きする方法とともに、前記ポリウレタン研磨パッドが提案される。
【００４８】
種々の実施形態において、ポリウレタン製研磨パッドは、メチルアルコール、水またはトウモロコシデンプンを始めとするいかなるタイプのデンプンを含む添加剤を含有してもよい。パッドの厚さは１０ミルと２００ミルとの間でよく、好ましくは８０ミルである。
【００４９】
本発明の例示的な実施形態の種々の態様によれば、パッドはサブパッド上に積載することができ、あるいはパッドは単層のパッドでもよい。さらに本発明によるパッドは、溝付であっても溝なしであってもよく、穿孔されていても穿孔されていなくてもよい。
【００５０】
本発明によるパッドを製造する例示的な方法を説明する。全てのウレタンと同じように、組成物は、先ず、ＮＣＯ濃度が約６．５％と約１１．０％との間であるプレポリマー、あるいは同じモル濃度を達成するのに必要な量のイソシアネートとから開始する。プレポリマーは約１００°Ｆで予備加熱され、その温度に達するまで混合してもよい。次いで所望であれば添加剤を加えてもよい。添加剤の例として、水のような開始剤、Ｖａｚｏのような発泡剤、第３アミンのような触媒、Ｌ−６１００のような界面活性剤、Ｃｒｏｍｐｔｏｎにより供給され、典型的には気泡サイズを調整するために使用されるシリコーン界面活性剤が挙げられる。発熱反応が一度始まれば、鎖延長剤としても知られている、ＭＯＣＡ（４，４’−メチレンビス−［ｏ−クロロアニリン］）のような促進剤を加える。
【００５１】
１実施形態では、あるモル濃度を達成するイソシアネート濃度が約６．５％と約１１．０％との間のプレポリマーと、実質的に同じモル濃度を達成するのに充分なイソシアネートと併用するモノマーとの少なくとも１つを含む混合物からパッドを形成する。
【００５２】
混合中に空気を導入することによって、またはＲｅｉｎｈａｒｄｔ、米国特許第５，５７８，３６２号明細書で考えられているマイクロバルーンのような孔を造るものを意図的に加えることによって孔を形成してもよい。混合物を型に注ぎ入れ、これを予備加熱してもよい。発熱反応は充分で、ケーキの中心温度を２７０°Ｆ程度にし、したがって反応が完全であるが、表面冷却によりケーキの外側が適切な時間で反応するのを阻止する。したがって、そのケーキを炉中で硬化させてもよい。これは、普通、約２４０°Ｆの温度で約６時間行われる。次いでケーキを冷却し、スライスし、研磨パッドを形成する。
【００５３】
硬化させた後、ケーキを放冷して一度冷却し、たとえば、スカイビング固定刃および可動式テーブルを使用してスライスすることができる。次いでこの「ケーキ」の使用可能なスライスの１面に接着剤を塗布し、サブパッドに搭載してパッドとし、所望なら、可用面を溝加工し、平滑処理で仕上げ処理し、検査を行い、そして／またはパッドを包装する。
【００５４】
パッドが平坦化されかつスクラッチ発生試験に合格できた場合は、バフ磨きだけが必要な用途にも使用されうることが多い。このように、パッドはポスト酸化物バフ磨きのような付加的な用途を有する場合もある。さらに、半導体製造環境において通常実施される、他の単純な非ＣＭＰ清浄用途にも適用することが考えられうる。
【００５５】
また、パッドは平坦化するので、残存する銅を取り除きバリアとするためにそれを使用することも考えることができる。この場合、それは第１パッドより柔軟であるので、同じ長範囲の平坦化はない。しかし、もし第１銅除去工程が硬いパッドで行われていれば、銅表面はよく平坦化されているはずで、幾分柔軟なパッドの使用も実行可能になる。したがって、このパッドの別の潜在的な用途として、第１銅ＣＭＰもある。
【００５６】
一般的に、そして本発明の例示的な実施形態のさらなる態様によれば、該パッドは、ベアシリコンウエハ、半導体デバイスウエハおよび／または磁気メモリディスクなどのような数多くのいかなるものに使用してもよい。さらにパッドは、キャスティング、圧縮、射出成型、押出し、ウェブ塗布、および焼結など（これらに限定されない）数多くのポリマー処理法のいかなる方法によっても製造することもできる。パッドの少なくとも１層は、単層あるいは複数層であってよく、その第２相は、重合体マイクロバルーン、ガスまたは流体を含有することができる。第２相はまた、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、セリア、チタニア、ゲルマニウム、ダイアモンド、シリコンカーバイドまたはこれらの混合物のような研磨剤であってもよい。
【００５７】
前記の各要素またはその２種以上の混合物は、当然、先に記載したタイプとは異なる他のタイプの構成において、有用な適用を見出すこともある。本発明は、化学機械的研磨およびそれに提供されるパッドにおける形態として説明し、記載してきたが、いかなる意味でも本発明の精神を逸脱しない限り、種々の改変および構造的変更がなされてもよいので、本発明は、詳細に示したものに限定されるものではない。
【００５８】
さらなる解析なしで、先の記載で、本発明の要旨は、現在の知見を適用することによって、第３者が従来技術の立場から本発明の一般的または特定の態様の本質的な特徴を充分に構成する特色を省略することなく種々の用途のためにそれを容易に適用できる程度に十分明らかであろう。
【００５９】
前記の各要素またはその２種以上の混合物は、当然、先に記載したタイプとは異なる他の用途および他のタイプの構成において、用途を見出すであろう。本発明は、ポリウレタン製研磨パッドおよびその製造方法における形体として説明し、記載してきたが、詳細に示したものに限定されるものではない。種々の改変および構造的変更、および本明細書で検討した種々の成分および工程における選択、設計および配置に関する変更は、本発明の範囲を逸脱しない限り、なされてよい。たとえば、代替方法において種々の成分を導入してもよい。これらの代わりになるものは、特定の用途により、およびシステムの操作に関係する数多くの要因を考慮して、適切に選択することができる。さらに、本明細書で記載した教示は、他のタイプの器具の用途に広げあるいは改変してもよい。これらおよび他の変更または改変は、本発明の範囲内に入るものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
本発明のさらなる完全な理解は、添付の図面を考慮しながら、詳細な説明および請求の範囲を参照することによって得られる。
【図１】ＮＣＯ濃度の関数として、本発明により製造されたウレタン製研磨パッドの平坦化を示す。
【図２】パッドの硬度とスクラッチの数の間の関係を示すプロットである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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