(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケミカルメカニカル研磨パッドを形成する方法であって、
研磨パッド材料とは別に窓を一次アニーリングすることと、
一次アニーリングした窓を所定の温度に急冷する前に前記一次アニーリングした窓の外周に前記研磨パッド材料を供給することと、
前記窓と前記研磨パッド材料とをいっしょに二次アニーリングすることと、
前記二次アニーリングした窓及び前記研磨パッド材料を所定の厚さに切断することと
を含む方法。
【請求項２】
前記窓が、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、エチルビニルアセテート、ポリ酪酸ビニル、ポリ酢酸ビニル、アクリロニトリルブタジエンスチレン、フッ素化エチレンプロピレン及びペルフルオロアルコキシポリマーからなる群より選択される材料から形成される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
研磨パッド材料で形成された、終点検出のための中に形成された窓を有する研磨パッドを含むケミカルメカニカル研磨パッドであって、前記窓が、前記研磨パッド材料とは別に一次アニーリングされたのち、前記研磨パッド材料とともに二次アニーリングされたものであるケミカルメカニカル研磨パッド。
【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プラナリゼーション（ＣＭＰ）のための研磨パッドに関し、特に、光学終点検出を実施するために、中に形成された応力が軽減した窓を有する研磨パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路及び他の電子素子の製造においては、導体、半導体及び絶縁材料の多数の層を半導体ウェーハの表面に付着させたり同表面から除去したりする。導体、半導体及び絶縁材料の薄い層は、多数の付着技術によって付着させることができる。最新の加工で一般的な付着技術としては、スパッタリングとしても知られる物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）及び電気化学的めっき法（ＥＣＰ）がある。
【０００３】
材料層が順次付着され、除去されるにつれ、ウェーハの一番上の表面が非平坦になる。後続の半導体加工（たとえばメタライゼーション）はウェーハが平坦面を有することを要するため、ウェーハは平坦化されなければならない。望ましくない表面凹凸及び表面欠陥、たとえば粗面、凝集した材料、結晶格子の損傷、スクラッチ及び汚染された層又は材料を除去する際にはプラナリゼーションが有用である。
【０００４】
ケミカルメカニカルプラナリゼーション又はケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）は、半導体ウェーハのような基材を平坦化するために使用される一般的な技術である。従来のＣＭＰでは、ウェーハキャリヤがキャリヤアセンブリに取り付けられ、ＣＭＰ装置中で研磨パッドと接する状態に配置される。キャリヤアセンブリが制御可能な圧力をウェーハに供給して、ウェーハを研磨パッドに押し当てる。場合によっては、パッドは外部駆動力によってウェーハに対して動かされる（たとえば回転させられる）。それと同時に、化学組成物（「スラリー」）又は他の研磨溶液がウェーハと研磨パッドとの間に供給される。このようにして、ウェーハ表面は、パッド表面及びスラリーの化学的かつ機械的作用によって研磨され、平坦化される。
【０００５】
ウェーハを平坦化する際に重要な工程は、加工の終点を決定することである。したがって、多様なプラナリゼーション終点検出法、たとえば、ウェーハ表面その場での光学的計測を伴う方法が開発された。光学的技術は、光の波長を選択するための窓を研磨パッドに設けることを含む。光ビームがその窓を通してウェーハ表面に当てられると、そこで反射し、窓を逆に通過して検出器（たとえば分光光度計）に達する。この戻り信号に基づき、終点検出のためにウェーハ表面の性質（たとえば膜の厚さ）を測定することができる。
【０００６】
Robertsは、米国特許第５，６０５，７６０号で、中に形成された窓を有する研磨パッドを開示している。Robertsでは、窓は、流動性研磨パッドポリマー中に流し込み成形され、挿入される。残念ながら、流動性ポリマーが硬化するとき、「収縮する」研磨パッドポリマーから過度な圧力又は応力が窓に加わり、望ましくない残留応力変形又は「膨れ」を窓の中に生じさせるおそれがある。この応力変形又は膨れが、非平坦な窓を生じさせ、不十分な終点検出をもたらすことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、要望されているものは、ＣＭＰの間の広い範囲の波長でのロバストな終点検出又は計測のための、応力が軽減した窓を有する研磨パッド及びその製造方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様で、ケミカルメカニカル研磨パッドを形成する方法であって、研磨パッド材料とは別に窓を一次アニーリングすることと、一次アニーリングした窓を所定の温度に急冷する前に一次アニーリングした窓の外周に研磨パッド材料を供給することと、窓と研磨パッド材料とをいっしょに二次アニーリングすることと、二次アニーリングした窓及び研磨パッド材料を所定の厚さに切断することとを含む方法が提供される。
【０００９】
本発明の第二の態様で、研磨パッド材料で形成された、終点検出のための中に形成された窓を有する研磨パッドを含むケミカルメカニカル研磨パッドであって、窓が、研磨パッド材料とは別に一次アニーリングされたのち、研磨パッド材料とともに二次アニーリングされたものであるケミカルメカニカル研磨パッドが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１を参照すると、本発明の研磨パッド１が示されている。研磨パッド１は、上パッド４及び任意の下パッド２を含む。上パッド４及び下パッド２は、研磨パッドとして個々に作用してもよいことが理解されよう。換言するならば、本発明は、上パッド４のみで使用することもできるし、上パッド４と下パッド２とを研磨パッドとして組み合わせたもので使用することもできる。下パッド２は、フェルト地のポリウレタン、たとえば米デラウェア州NewarkのRohm and Haas Electronic Materials CMP社（「ＲＨＥＭ」）製のSUBA-IV（商標）でできていることができる。上パッド４は、ポリウレタンパッド（たとえば微小球を充填したパッド）、たとえばＲＨＥＭ製のIC1000（商標）を含むことができる。薄い感圧接着剤層６が上パッド４と下パッド２とを合わせて保持することができる。上パッド４は、１．２５〜２．５０mmの厚さＴを有することができる。
【００１１】
典型的な実施態様では、上パッド４は、下パッド２の上方及び感圧接着剤６の上に設けられた透明な窓１４を有する。窓１４は開口１０及び棚状部１２の上に設けられて、終点検出の際に使用されるシグナル光のための経路を創出するということが注目される。したがって、レーザ分光光度計（図示せず）からのレーザ光を開口１０及び透明な窓材料片１４に通してウェーハ又は基材に当てて、終点検出を容易にすることができる。
【００１２】
次に図２を参照すると、ステップＳ１で、透明な材料から透明な窓１４を形成する、すなわち流し込み成形し、のこ引きし、ブロックへと加工する。ブロックは、ロッド又はプラグの形態であることができる。他の方法、たとえば押し出し成形を使用して窓１４を形成してもよい。その後、ステップＳ２で、窓１４のブロックを所定の温度でアニーリングして残留応力を均一に除去する。換言するならば、窓１４は、以下さらに論じるように、上パッド４材料による過度な応力又は妨害を受けることなく、自由に膨張及び収縮することができる。したがって、窓１４は、一次アニーリング加工され、（上パッド材料４とともに）均一に加熱されて均等に膨張及び収縮し、応力を異なる区域、特に窓１４と上パッド４材料の隣接する外周で分散させる。
【００１３】
有利には、窓１４は、２５℃〜１６５℃の温度で３０分〜２４時間一次アニーリングされる。好ましくは、窓１４は、３０℃〜１５０℃の温度で１時間〜１５時間一次アニーリングされる。より好ましくは、窓１４は、４０℃〜１２０℃の温度で１．２５時間〜１３時間一次アニーリングされる。
【００１４】
次に、ステップＳ３で、一次アニーリングした窓１４をたとえば型に挿入したのち、流動可能な状態にある上パッド４材料を、窓１４の、その隣接する外周を含めた周囲に供給する。次に、ステップＳ４で、流動性の上パッド４材料と窓１４とをいっしょにアニーリングして流し込み成形物を形成する。換言するならば、窓１４を上パッド４材料とともに二次アニーリング加工に付す。
【００１５】
有利には、ステップＳ３で、所定の温度に急冷する前に一次アニーリングした窓１４を型に挿入する。特に、窓１４が、窓１４がアニーリングされたときの温度よりも１５℃低い温度になる前に、窓１４を型に挿入する。換言するならば、窓１４の温度は、窓１４が一次アニーリングされたときと窓が型に挿入されるときとで１５℃以内しか異ならない。好ましくは、窓１４が、窓１４がアニーリングされたときの温度よりも１０℃低い温度になる前に、窓１４を型に挿入する。より好ましくは、窓１４が、窓１４がアニーリングされたときの温度よりも５℃低い温度になる前に、窓１４を型に挿入する。
【００１６】
次に、ステップＳ５で、たとえば流し込み成形物を削り出すことにより、窓１４を有する上パッド４のシートを形成することができる。したがって、窓１４は、上パッド４材料とは別に一次アニーリング加工を受けて残留応力を除かれたのち、上パッド４材料とともに二次アニーリング加工を受けて研磨パッドを形成する。本明細書で定義する「別に」とは、少なくとも二つの個別の加工又は工程をいう。このようにして、窓１４は、過度な応力を受けることなく自由に「膨張」することができ、次いで、上パッド４材料とともに「収縮」して応力を軽減することができる。換言するならば、窓１４は、一次アニーリングを受けることにより、一次アニーリング加工を受けない場合に比べて、研磨パッド材料の冷却及び収縮によって生じる圧力又は応力を受けにくくなる。それどころか、一次アニーリングされた窓１４と研磨パッド材料とをいっしょに二次アニーリングして、それにより、応力又は「膨れ」を減らし、改善された終点検出能力を有する窓を得ることができる。本発明の窓１４は、３５０〜９００nmの波長を有する光の透過に利用することができる。
【００１７】
したがって、本発明は、応力が軽減した窓を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供する。加えて、本発明は、ケミカルメカニカル研磨パッドを形成する方法であって、研磨パッド材料とは別に窓を一次アニーリングすることと、一次アニーリングした窓の所定の温度に急冷する前に一次アニーリングした窓の外周に研磨パッド材料を供給することとを含む。方法はさらに、窓と研磨パッド材料とをいっしょに二次アニーリングすることと、二次アニーリングした窓及び研磨パッド材料を所定の厚さに切断することとを含む。
【００１８】
さらには、本発明の典型的な実施態様では、窓１４の透明な材料は、ポリイソシアネート含有材料（「プレポリマー」）から製造される。プレポリマーは、ポリイソシアネート（たとえばジイソシアネート）とヒドロキシル含有材料との反応生成物である。ポリイソシアネートは、脂肪族又は芳香族であることができる。そして、プレポリマーを硬化剤で硬化させる。好ましいポリイソシアネートとしては、メチレンビス４，４′−シクロヘキシルイソシアネート、シクロヘキシルジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、プロピレン−１，２−ジイソシアネート、テトラメチレン−１，４−ジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレン−ジイソシアネート、ドデカン−１，１２−ジイソシアネート、シクロブタン−１，３−ジイソシアネート、シクロヘキサン−１，３−ジイソシアネート、シクロヘキサン−１，４−ジイソシアネート、１−イソシアナト−３，３，５−トリメチル−５−イソシアナトメチルシクロヘキサン、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートのトリイソシアネート、２，４，４−トリメチル−１，６−ヘキサンジイソシアネートのトリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオン、エチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及びこれらの混合物があるが、これらに限定されない。好ましいポリイソシアネートは脂肪族である。好ましい脂肪族ポリイソシアネートは、１４％未満の未反応のイソシアネート基を有する。
【００１９】
有利には、ヒドロキシル含有材料はポリオールである。典型的なポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、ヒドロキシ終端ポリブタジエン（部分的／完全に水素化された誘導体を含む）、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカーボネートポリオール及びこれらの混合物があるが、これらに限定されない。
【００２０】
一つの好ましい実施態様では、ポリオールはポリエーテルポリオールを含む。例は、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（「ＰＴＭＥＧ」）、ポリエチレンプロピレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール及びこれらの混合物を含むが、これらに限定されない。炭化水素鎖は、飽和又は不飽和結合を有することもできるし、置換又は非置換の芳香族及び環状基を有することもできる。好ましくは、本発明のポリオールはＰＴＭＥＧを含む。適当なポリエステルポリオールとしては、ポリエチレンアジペートグリコール、ポリブチレンアジペートグリコール、ポリエチレンプロピレンアジペートグリコール、ｏ−フタレート−１，６−ヘキサンジオール、ポリ（ヘキサメチレンアジペート）グリコール及びこれらの混合物があるが、これらに限定されない。炭化水素鎖は、飽和又は不飽和結合を有することもできるし、置換又は非置換の芳香族及び環状基を有することもできる。適当なポリカプロラクトンポリオールとしては、１，６−ヘキサンジオール誘導ポリカプロラクトン、ジエチレングリコール誘導ポリカプロラクトン、トリメチロールプロパン誘導ポリカプロラクトン、ネオペンチルグリコール誘導ポリカプロラクトン、１，４−ブタンジオール誘導ポリカプロラクトン、ＰＴＭＥＧ誘導ポリカプロラクトン及びこれらの混合物があるが、これらに限定されない。炭化水素鎖は、飽和又は不飽和結合を有することもできるし、置換又は非置換の芳香族及び環状基を有することもできる。適当なポリカーボネートとしては、ポリフタレートカーボネート及びポリ（ヘキサメチレンカーボネート）グリコールがあるが、これらに限定されない。
【００２１】
有利には、硬化剤はポリジアミンである。好ましいポリジアミンとしては、ジエチルトルエンジアミン（「ＤＥＴＤＡ」）、３，５−ジメチルチオ−２，４−トルエンジアミン及びその異性体、３，５−ジエチルトルエン−２，４−ジアミン及びその異性体、たとえば３，５−ジエチルトルエン−２，６−ジアミン、４，４′−ビス−（sec−ブチルアミノ）−ジフェニルメタン、１，４−ビス−（sec−ブチルアミノ）−ベンゼン、４，４′−メチレン−ビス−（２−クロロアニリン）、４，４′−メチレン−ビス−（３−クロロ−２，６−ジエチルアニリン）（「ＭＣＤＥＡ」）、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−ｐ−アミノベンゾエート、Ｎ，Ｎ′−ジアルキルジアミノジフェニルメタン、ｐ，ｐ′−メチレンジアニリン（「ＭＤＡ」）、ｍ−フェニレンジアミン（「ＭＰＤＡ」）、メチレン−ビス２−クロロアニリン（「ＭＢＯＣＡ」）、４，４′−メチレン−ビス−（２−クロロアニリン）（「ＭＯＣＡ」）、４，４′−メチレン−ビス−（２，６−ジエチルアニリン）（「ＭＤＥＡ」）、４，４−メチレン−ビス−（２，３−ジクロロアニリン）（「ＭＤＣＡ」）、４，４′−ジアミノ−３，３′−ジエチル−５，５′−ジメチルジフェニルメタン、２，２′，３，３′−テトラクロロジアミノジフェニルメタン、トリメチレングリコールジ−ｐ−アミノベンゾエート及びこれらの混合物があるが、これらに限定されない。好ましくは、本発明の硬化剤は、３，５−ジメチルチオ−２，４−トルエンジアミン及びその異性体を含む。適当なポリアミン硬化剤は、第一級及び第二級アミンを含む。
【００２２】
加えて、他の硬化剤、たとえばジオール、トリオール、テトラオール又はヒドロキシ終端硬化剤を前述のポリウレタン組成物に加えてもよい。適当なジオール、トリオール及びテトラオール群は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、低分子量ポリテトラメチレンエーテルグリコール、１，３−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、１，３−ビス−［２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ］ベンゼン、１，３−ビス−｛２−［２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ］エトキシ｝ベンゼン、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、レソルシノール−ジ−（β−ヒドロキシエチル）エーテル、ヒドロキノン−ジ−（β−ヒドロキシエチル）エーテル及びこれらの混合物を含む。好ましいヒドロキシ終端硬化剤としては、１，３−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、１，３−ビス−［２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ］ベンゼン、１，３−ビス−｛２−［２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ］エトキシ｝ベンゼン、１，４−ブタンジオール及びこれらの混合物がある。ヒドロキシ終端硬化剤及びアミン硬化剤は、いずれも、１個以上の飽和、不飽和、芳香族及び環状基を含むことができる。さらには、ヒドロキシ終端硬化剤及びアミン硬化剤は、１個以上のハロゲン基を含むことができる。ポリウレタン組成物は、硬化剤のブレンド又は混合物で形成することができる。しかし、望むならば、ポリウレタン組成物は、１種の硬化剤で形成することもできる。
【００２３】
本発明の好ましい実施態様では、窓１４は、たとえば、ポリウレタン、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、シリコーン、ポリイミド及びポリスルホンで形成することができる。窓１４に典型的な材料としては、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、エチルビニルアセテート、ポリ酪酸ビニル、ポリ酢酸ビニル、アクリロニトリルブタジエンスチレン、フッ素化エチレンプロピレン及びペルフルオロアルコキシポリマーがあるが、これらに限定されない。
【００２４】
次に図３を参照すると、本発明の研磨パッドを使用するＣＭＰ装置２０が示されている。装置２０は、半導体ウェーハ２４を研磨プラテン２６に対して保持する又は押し当てるためのウェーハキャリヤ２２を含む。研磨プラテン２６は、窓１４を含む本発明のパッド１を備えている。先に論じたように、パッド１は、プラテンの表面と対面する下層２と、ウェーハ２４を研磨するために化学研磨スラリーとともに使用される上層４とを有する。図示しないが、研磨流体又はスラリーを供給するための手段をこの装置とともに使用することができることが理解されよう。プラテン２６は通常、その中心軸２７を中心に回転する。加えて、ウェーハキャリヤ２２は通常、その中心軸２８を中心に回転し、並進アーム３０によってプラテン２６の表面を並進する。図３には１個のウェーハキャリヤしか示されていないが、ＣＭＰ装置は、研磨プラテンの周囲に円周方向に離間した２個以上のウェーハキャリヤを有してもよいことが理解されよう。加えて、穴３２がプラテン２６に設けられ、パッド１の窓１４に重なっている。したがって、穴３２は、ウェーハ２４の研磨中に、正確な終点検出のために窓１４を介してウェーハ２４の表面へのアクセスを提供する。すなわち、レーザ分光光度計３４がプラテン２６の下方に設けられ、このレーザ分光光度計が、ウェーハ２４の研磨中に、正確な終点検出のためにレーザビーム３６を投射して穴３２及び高透過率窓１４に通過させ、それらを通って反射させる。
【００２５】
したがって、本発明は、応力が軽減した窓を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供する。加えて、本発明は、ケミカルメカニカル研磨パッドを形成する方法であって、研磨パッド材料とは別に窓を一次アニーリングすることと、一次アニーリングした窓を所定の温度に急冷する前に一次アニーリングした窓の外周に研磨パッド材料を供給することとを含む方法を提供する。方法はさらに、窓と研磨パッド材料とをいっしょに二次アニーリングすることと、二次アニーリングした窓及び研磨パッド材料を所定の厚さに切断することとを含む。加えて、方法はさらに、窓の隣接する外周に応力除去ゾーンを設けることを含むことができる。本発明の窓は、ケミカルメカニカルポリッシング中に終点検出のためのレーザシグナルの予想外の改善された透過を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の窓を有する研磨パッドを示す図である。
【図２】図１の研磨パッドを製造する典型的な方法を示す図である。
【図３】本発明の研磨パッドを使用したＣＭＰシステムを示す図である。
【図１】
0004834887.tif 000002
【図２】
0004834887.tif 000003
【図３】
0004834887.tif 000004