(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層研磨パッドを形成する方法であって、
ａ）サブパッドの下面及び上面に第一及び第二の両面感圧接着層を形成する工程であって、それぞれ、両面積層サブパッドを形成するためのニップローラによって形成し、両面積層サブパッドが、ニップローラを貫通するニップ退出角γを有し、第一及び第二の両面感圧接着層が応力を発生させ、応力が両面積層サブパッドの巻き上がりを生じさせるおそれがある、工程、
ｂ）両面積層サブパッドの巻き上がりを制限するために、走行長にわたってニップ退出角γを０±３°に調整する工程、
ｃ）下面を有する研磨パッド層を提供する工程、及び
ｄ）研磨パッド層の下面を第二の両面感圧接着層に押し当てることによって、研磨パッド層を両面積層サブパッドに接着する工程であって、両面積層サブパッドが、下面及び上面に接着される第一及び第二の両面感圧接着層を含む、工程
を含む方法。
【請求項２】
積層研磨パッドを形成する方法であって、
ａ）サブパッドの下面及び上面に第一及び第二の両面接着層を積層する工程であって、それぞれ、両面積層サブパッドを形成するためのニップローラによって形成し、両面積層サブパッドが、ニップローラを貫通するニップ退出角γを有し、第一の両面感圧接着層が応力を発生させ、応力が両面積層サブパッドの巻き上がりを生じさせるおそれがある、工程、
ｂ）両面積層サブパッドの巻き上がりを制限するために、走行長にわたってニップ退出角γを０±３°に調整する工程、
ｃ）両面積層サブパッドの、第一の感圧接着層、サブパッド及び第二の感圧接着層を貫通する開口を形成する工程、及び
ｄ）中に形成された窓を有する研磨パッドを、窓が両面積層サブパッド内の開口と整合するよう、第二の接着層によって両面積層サブパッドに固着する工程
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）のための研磨パッドに関し、特に、窓を有するパッドを含む、積層研磨パッドを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路が上に形成されている半導体ウェーハは、場合によっては所与の平面から１ミクロンの何分の１かの誤差しかない非常に滑らかで平坦なウェーハ面を提供するために研磨されなければならない。このような研磨は通常、研磨パッドによってウェーハ面に対してバフィングされる化学的に活性なスラリーを使用するケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）作業で達成される。
【０００３】
ＣＭＰ作業に伴う一つの問題はパッドの性能である。ある種の研磨パッドは材料の層でできている。時間とともに、研磨加工による磨耗及び裂け目のせいで、異なる材料層の間の結合が弱まることがある。これが積層パッドの離層を招くおそれがある。
【０００４】
ＣＭＰ作業に伴うもう一つの問題は、ウェーハ研磨加工を停止するタイミングを決定することである。研磨終点を決定する従来の方法は、寸法特性を決定することができるよう、研磨作業を中断し、ウェーハを研磨装置から取り外すことを要する。しかし、ＣＭＰ作業を中断することはウェーハ製造を遅らせる。さらに、ウェーハ臨界寸法が規定最小値に満たないことがわかるならば、そのウェーハは使用不可になるかもしれず、それによってより高いスクラップ率及び製造コストにつながる。
【０００５】
また、研磨終点を決定するための工程内で行なう法が開発された。たとえば、米国特許第５，４１３，９４１号は、レーザ干渉分光法を使用してウェーハ寸法を計測する光学検出法を開示している。
【０００６】
ＣＭＰ中の光学検出法を容易にするため、窓を有する研磨パッドが開発されている。たとえば、米国特許第５，６０５，７６０号は、透明な窓を含む研磨パッドを開示している。窓は、透明なポリマー材料のロッド又はプラグである。ロッド又はプラグは、研磨パッド内にインサート成形されるか、成形作業の後で研磨パッド中の切り抜いた中に設置される。
【０００７】
窓を有する従来技術の研磨パッドは多くの欠点を抱えている。たとえば、窓片を、パッドの穴の中に設置するか、パッドが製造される成形キャビティに挿入するためには、多数の製造工程が必要である。場合によっては、窓片を受けるための穴をパッドに切らなければならない。また、パッドと窓との間のスラリーの漏れがしばしば問題である。
【０００８】
米国特許第６，５２４，１６４号（１６４号特許）は、透明な窓を有し、漏れを軽減するように設計されている研磨パッドを開示している。この研磨パッドは、スラリーの漏れを防ぐため、研磨パッドとサブパッドとの間に不浸透性の透明なシートを含む。パッドを製造するためには、透明なシートは両面に接着層を有しなければならず、研磨パッドの下面に積層されなければならない。これは、パッド窓の下側に両面接触層を残す。
【０００９】
１６４号特許のパッドは初期には良好に機能するが、時間とともに窓の接着層の透明度が低下する。これが光学検出法の有効性を減じるおそれがある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一の態様は、積層研磨パッドを形成する方法であって、サブパッドの下面に第一の両面接着層を形成する工程、サブパッドの上面に第二の両面接着層を形成する工程、下面を有する研磨パッド層を提供する工程、及び研磨パッド層の下面を第二の接着層に押し当てることによって、研磨パッド層をサブパッド層に接着する工程を含む方法である。
【００１１】
本発明の第二の態様は、積層研磨パッドを形成する方法であって、サブパッドの下面に第一の両面接着層を積層する工程、サブパッドの上面に第二の両面接着層を積層する工程、第一の接着層、サブパッド及び第二の接着層を貫通する開口を形成する工程、及び中に形成された窓を有する研磨パッドを、窓が開口と整合するよう、第二の接着層によってサブパッドに固着する工程を含む方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、積層研磨パッドを形成する方法である。本発明は、接着材を含まない窓を有する積層研磨パッドを形成する方法を含む。
【００１３】
以下、最終的な積層研磨パッドを作り出す方法にともなって形成される種々の構造を示す図１〜６に関連させて本発明の方法を説明する。本発明の方法によって形成されて得られた積層研磨パッド構造が図７に示されている。図７に示す研磨パッド構造は窓を含む。しかし、本発明の積層研磨パッドは窓を含まなくてもよい。
【００１４】
図１を参照すると、方法は、下面１２及び上面１４を有する研磨サブパッド１０（「サブパッド」）を提供することを含む。サブパッド１０は、公知のサブパッド材料、たとえばRohm and Haas Electronic Materials Technologies（米デラウェア州Newark）製のSUBA IV多孔性ポリウレタンである。典型的な実施態様では、サブパッド１０は、以下さらに詳細に記載するように、「ロール品」形状で、すなわち材料のロールから提供される。
【００１５】
次に図２を参照すると、方法はまた、サブパッド１０の下面１２に第一の接着層２０を形成することを含む。典型的な実施態様では、接着層２０は、両面感圧接着材（ＰＳＡ）を用いて形成される。典型的な実施態様では、接着層２０の形成は、接着材をロール品形状で提供し、接着材を、同じくロール品形状で提供されるサブパッド１０に積層することによって達成される。典型的な実施態様では、サブパッド１０と接着層２０との組み合わせは、以下さらに詳細に記載するように、巻き取りドラムに回収され、ロール品形状で貯蔵される。
【００１６】
典型的な実施態様では、接着層２０は、Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologiesによってパッドとともに販売されているＰＳＡII又はＰＳＡIVゴム系接着材（５〜９ミル又は０．１３〜０．２３mm）である。接着層２０は、最終的な研磨パッドをＣＭＰツールのプラテン（図示せず）に接着するための接着層であり、したがって、好ましくは、剥離可能な（すなわち非永久的な）結合を提供することができる。接着層２０は、後で剥がして接着材を露出させる薄い剥離カバー又はフィルム（図示せず）、たとえば紙又はMYLAR（Dupont社の商標）を含む。
【００１７】
次に図３を参照すると、方法はさらに、サブパッド１０の上面１４に第二の接着層３０を形成することを含む。典型的な実施態様では、第二の接着層３０は、ロール品形状で提供される両面ＰＳＡである。さらに、典型的な実施態様では、本発明の方法は、先に説明したように接着層２０が中に形成されているサブパッド材料をロール品形状で提供し、接着層３０をサブパッド上面１４に積層することを含む。
【００１８】
典型的な実施態様では、接着層３０は、Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologiesによって積層パッド構造で販売されている、それぞれ厚さ４〜９ミル（０．１〜０．２mm）のＰＳＡＶ（アクリル系接着材）又はＰＳＡ８（ゴム系接着材）である。以下に記載するように、接着層３０は、サブパッドを上研磨パッド層に接着するための接着層であり、したがって、好ましくは永久的な結合を提供することができる。接着層２０と同様、接着層３０もまた、後で剥がして接着材を露出させるための薄い剥離カバー又はフィルム（図示せず）を含む。
【００１９】
サブパッド１０に接着層２０及び３０が付けられた両面積層は、単にサブパッドの片面に積層するよりも困難で複雑な工程である。サブパッド上の既存の接着層の存在が、サブパッド材料に張力を加え、また、接着層とサブパッドとの界面で応力差を生じさせる。さらには、接着層の不適切な積層が応力を発生させ、それがサブパッドの巻き上がり及び接着層の一方又は両方のしわを生じさせるおそれがある。加えて、層３０を形成するために用いられる特定の接着層の上の剥離カバーは、場合によっては、両面積層サブパッドに加わる応力を減らすため、好ましくは非弾性（又は実質的に非弾性）である。したがって、本発明の両面積層法の典型的な実施態様を以下さらに詳細に説明する。
【００２０】
図４は、接着層２０及び３０をサブパッド１０の両側１２及び１４に積層するための典型的な配置を示す積層装置５０の概要を示す側面図である。装置５０は、材料５６をロール品形状で保持する材料巻き出しスプール５４を含む。材料５６の送り角α（中心軸Ａ１に対して計測）は調節可能であり、調節可能な送りローラ５８Ａ及び５８Ｂを介して設定され、維持される。材料５６は、サブパッド１０の材料であってもよいし、サブパッド１０と接着層２０との片面積層複合材であってもよい。装置５０はまた、材料５６の上面５６ａを積層の前に清浄するためのウェブクリーナ５９、たとえば真空クリーナを含む。
【００２１】
装置５０は、送りローラ５８Ｂの下流側に、互いに隣接して軸Ａ１の各側に配設され、「ニップギャップ」と呼ばれる小さな隙間Ｇによって離れている２個のニップローラ６０及び６２を含む。ニップローラ６０は、接着材巻き出しスプール７０に貯蔵された接着材６８を一定量提供することを支援する。ニップローラ６０は、ロール品材料に加わる接着材の圧を調節することができるよう、調節可能である。接着材は、積層工程の段階に依存して接着層２０又は３０を形成する接着材である。ニップローラ６０は、特定のサブパッド面への接着材の積層を促進するために加熱されるが、ニップローラ６２は加熱されない。接着材６８は、ニップローラ６０の位置を調節することによって調節可能である角度βでニップギャップに送り込まれる。
【００２２】
接着層３０を形成するとき、装置５０は、ニップローラの下流側に配設されたアイドラバー７６を含む。アイドラバー７６は、以下に説明する理由のため、積層済みの材料８３をニップローラから受け、水平に案内するように配設されている。巻き取りドラム８０がアイドラバー７６の下流側に配設され、アイドラバーを離れる積層材料８３の巻き取り角θ（軸Ａ１に対する角度）を調節することができるよう、調節可能である。巻き取りドラム８０はまた、接着層２０を形成する場合にも存在し、アイドラバー７６がないときは、ニップローラを離れた材料８３を直接巻き取る。
【００２３】
アイドラバー７６は、積層材料８３が長さＬ（「走行長」）を移動するように調節可能であり、以下に論じるように、積層材料を走行長Ｌにわたってニップ退出角γ（軸Ａ１に対して計測）に維持する。図４は、もっとも好ましいγ角０°を示す。
【００２４】
続けて図４を参照すると、サブパッド材料５６は、ロール品形状で提供され、材料巻き出しスプール５４に配置されている。同様に、接着層２０を形成するのに適した接着材６８は、ロール品形状で提供され、接着材巻き出しスプール７０に配置されている。サブパッド材料５６は、送りローラ５８Ａ及び５８Ｂに載って移動し、選択された送り角αでニップギャップＧに送り込まれる。
【００２５】
同様に、接着材６８は、加熱されたニップローラ６０の一部に載せられて案内され、ニップギャップＧに送り込まれる。サブパッド材料５６及び接着材６８は、選択された速度Ｓ（「ライン速度」と呼び、矢印Ｓによって示す）で送られ、接着材の加熱とニップローラの加圧力との組み合わせによって積層される。積層済みの材料８３は、ニップローラを離れたのち、巻き取りドラム８０でロール品形状で回収される。
【００２６】
この時点で、今やサブパッド１０及び接着層２０でできたロール品積層材料８３を巻き取りドラムから取り外し、材料巻き出しスプール５４に配置して、サブパッドの積層されていない側を積層することができるようにする。あるいはまた、ロール品積層材料８３を巻き直して、正しい巻き出しの方向を提供することもできる。接着層３０を形成するのに適した接着材をロール品形状で用意し、接着材巻き出しスプール７０に配置する。
【００２７】
そして、サブパッド下面に接着層２０を形成するための上記積層工程を繰り返して、サブパッド上面に接着層３０を形成するが、アイドラバーの存在により、積層材料８３は、巻き取りドラム８０によって巻き取られる前に選択されたニップ退出角γで走行長Ｌを移動する。
【００２８】
上記の両面積層法では、接着層２０及び３０のいずれか又は両方を積層することによって生じる応力差がきわめて小さい又は両層で均等であり、そのため巻き上がり又はしわが発生しないことが重要である。このために、ライン速度Ｓ、送り角α及びβ、退出角θ、ニップ退出角γならびに走行長Ｌの形態のプロセスパラメータを正しく選択しなければならない。これらのパラメータのうち、ニップ退出角γ及び走行長Ｌが特に重要である。
【００２９】
アイドラバー７６によって決定される走行長Ｌは、積層材料８３が、巻き取りドラム８０によって巻き取られる前に適切に硬化するように選択される。同様に、ニップ退出角γは、層２０が材料５６（すなわちサブパッド上面１４）の上に正しく載るようにアイドラバー７６を配設することによって選択される。典型的な実施態様では、ニップ退出角γは０±約３°の範囲である。
【００３０】
サブパッド１０の上に接着層３０を形成するためのこの配設は一般的な積層装置では異例であることに注目することが重要である。大部分の積層装置は、材料が装置中を移動するとき材料の張力の調整を維持するために大きなニップ退出角を有する。
【００３１】
装置５０を使用して接着層３０を積層するためのプロセスパラメータは、所与のサブパッド及び接着材に関して多数のパラメータ組み合わせを試験することによって最適に推定される。
【００３２】
表１は、下面に形成された接着層２０をすでに有するサブパッド１０の上面１４に接着層３０を形成するための実験的に導出された典型的なパラメータを示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
図５を参照すると、装置５０に関連して上記の積層方法を用いて、接着層２０及び３０（図３）を有するサブパッド１０からなる両面積層構造（以下「両面積層サブパッド」）がロール品形状でシート１００として一定量供給されている。したがって、本発明の方法は、所望の形状（たとえば円形）を有する両面積層サブパッド１１０をシート１００から切り出すことによって形成することを含む。簡潔に説明するため、以下の説明では、切り出された両面積層サブパッド１１０を参照する。
【００３５】
続けて図５を参照し、さらに図６を参照すると、本発明の典型的な実施態様は、窓を有する積層研磨パッドを形成する方法を含む。したがって、本発明の方法は、任意に、両面積層サブパッド１１０を貫通する、すなわち接着層２０、サブパッド１０及び接着層３０を貫通する開口１２４を形成することを含む。方法はまた、以下に記載するようにして最終的な積層研磨パッドを形成する際に研磨パッド上層との整合を支援するための整合マーク（たとえば切欠き又は突起）１１２を接着層３０上に形成することを含む。典型的な実施態様では、シート１００からの両面積層サブパッド１１０の切り出し、開口１２４の形成及び整合マーク１１２の形成は、シート１００に対して作用する単一の切削ツールによって実施される。
【００３６】
続けて図６を参照すると、方法はさらに、本体部分２０１、下面２０２及び上面２０４を有する研磨パッド上層２００（以下「研磨パッド」）を提供することを含む。窓を有する積層研磨パッドを形成することを含む本発明の実施態様では、研磨パッド２００はまた、本体部分２０１と一体に形成され、下面２０２から上面２０４まで延びる窓２１０を含む。典型的な実施態様では、本体部分２０１は、ポリウレタン材料から形成され、たとえばRohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies製のIC1000（商標）研磨パッドである。窓２１０は、ＣＭＰ作業中に基材を研磨する間に光学検出装置（図示せず）によって使用される光ビームからの光を透過させるように適合されている。
【００３７】
同じく典型的な実施態様では、窓２１０は、好ましくは、本体部分とともに注入成形され、本体部分とともに加工されるポリウレタン材料から形成されている。窓２１０は研磨パッドの本体部分と一体に形成されているため、プラグ窓又は他のタイプの非一体形成研磨パッド窓に伴うような漏れの問題はない。任意に、プラグ嵌め込みタイプ又はシートタイプでシールした窓が、本発明の方法と共に作用する。同じく典型的な実施態様では、窓２１０は開口１２４よりもわずかに大きく、最終的な積層研磨パッドの棚状部によって支えられるようになっている（図７）。
【００３８】
典型的な実施態様では、研磨パッド２００は、最終的な積層研磨パッド構造で窓２１０を開口１２４と整合させるために整合マーク１１２と組み合わせて用いられる一以上の整合マーク（図示せず）を含む。窓２１０と開口１２４との正しい整合が、両面積層サブパッド１１０を研磨パッド２００と接合するときに空気の取り込みを防ぐのに役立つ。
【００３９】
続けて図６を参照すると、研磨パッド２００は、両面積層サブパッド１１０に隣接して、研磨パッド下面２０２が接着層３０に面する状態で配設される。接着層３０がＰＳＡ層である場合、剥離カバー（図示せず）が接着層３０から剥がされる。
【００４０】
さらに、窓付きのパッド実施態様の場合、窓２１０を開口１２４と整合させる（たとえば上記の整合マークによって）。そして、研磨パッド２００と両面積層サブパッド１１０とを合わせ（小さな矢印２２１によって示すように）、互いに押し当てて（矢印２２２Ａ及び２２２Ｂによって示すように）接着層３０がそれらを結合させる（すなわち、接着又は固着）ようにする。典型的な実施態様では、必要な押圧は、上記のように研磨パッド２００を両面積層サブパッドと接触させたのち、組み合わせた構造をニップローラに通すと、ニップローラが研磨パッド及びサブパッドを合わせて絞ることによって達成される。
【００４１】
サブパッドは接着層３０を含むため、加えられる圧は上パッド下面でさらに均等に分布し、より一貫した予測可能な結合が得られる。これが逆に、時間が経っても離層しにくい最終的な研磨パッド構造を生じさせる。
【００４２】
最終的な積層研磨パッド構造２５０が図７に示されている。場合によって設けられる窓２１０には接着層が存在しないことに注目すること。したがって、矢印ＯＰによって示す、最終的な積層研磨パッド構造を貫通する光路（「スルー光路」）は接着層を含まない。上述したように、このような接着層は窓の有効光透過率及び究極的にはＣＭＰ加工の光学モニタリングを低下させることが知られているため、これは有利である。上述したように、図７に示す最終的な研磨パッド構造２５０は、窓２１０又は開口１２４を含まなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】相対する上下の面を示すサブパッドの側面図である。
【図２】サブパッドの下面に形成された第一の接着層をさらに示す、図１のサブパッドの側面図である。
【図３】サブパッドの上面に形成された第二の接着層をさらに示す、図２に類似した側面図である。
【図４】図３に示すようにサブパッド面に第一及び第二の接着層を形成するために典型的な実施態様で用いられる積層装置の概要図である。
【図５】図４の積層装置を用いて形成された両面積層シートの平面図であって、両面積層サブパッドをシートから切り出す方法を示し、また、任意に設けられる窓付き積層研磨パッド実施態様のため、開口及び整合マークを示す図である。
【図６】図５の６−６線から見た両面積層サブパッドの断面図であって、任意に設けられる両面積層サブパッドを貫通する開口を示し、また、窓が開口と整合した状態でサブパッドと接合される研磨パッドを示す図である。
【図７】本発明の方法によって形成される最終的な積層研磨パッド構造の断面図であって、窓と、その窓を通過する、接着層を有しない光路とを含む典型的な実施態様を示す図である。
【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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