(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェーハ表面の光学的計測用の窓を有する研磨パッドにおいて、短波長でも透過率が高く、信頼性のある検出を行う。【解決手段】終点検出のために中に形成された窓１４を有する研磨パッドにおいて、窓が、脂肪族ポリイソシアネート、ヒドロキシル含有材料及び硬化剤の反応から形成されるものとする。これにより、大きな信号強度が得られ、計測精度が改善される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中に形成された終点検出のための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、脂肪族ポリイソシアネート、ヒドロキシル含有材料及び硬化剤の反応から形成されるものである研磨パッド。
【請求項２】
前記脂肪族ジイソシアネートが、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を含む群から選択される、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記ヒドロキシル含有基が、ポリエーテルポリオール、ヒドロキシ末端ポリブタジエン、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を含む群から選択される、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項４】
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、
中に形成された終点検出のための窓を有する研磨パッドを用意することを含み、
前記窓が、脂肪族ポリイソシアネート、ヒドロキシル含有材料及び硬化剤の反応から形成されるものである方法。
【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形成された窓を中に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。最新のウェーハ加工で一般的な付着技術は、スパッタリングと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）を含む。
【０００３】
材料層が逐次に付着され、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もしく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加工物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」）又は他の流動媒体が研磨パッド上に流され、ウェーハと研磨パッドの隙間に流れ込む。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】
Birangらは、米国特許第６，２８０，２９０号で、ポリウレタンプラグの形態の窓を有する研磨パッドを開示している。パッドは開口部を有し、その開口部の中に窓が接着剤で保持されている。残念ながら、これらの従来技術の窓は、多様なプラナリゼーション条件に関して効果的な終点検出又は計測を妨げる光透過性を有する。これは、一部には、芳香族ジイソシアネート系材料、たとえばトルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタン（ＭＤＩ）及びその誘導体の高い結晶度のせいである。これらの芳香族ジイソシアネート（ＴＤＩ、ＭＤＩ）は、ポリウレタン製造でもっとも一般的に使用される２種である。さらには、芳香族ジアミン硬化剤、たとえばメチレンビス２−クロロアニリン（ＭＢＯＣＡ）の使用が結晶度を高める。また、ＭＢＯＣＡのような硬化剤は、通常は黄色ないし緑に着色されており、完成したポリマーに色を付けてしまう（すなわちその中で吸収を起こさせる）。
【０００７】
たとえば、典型的な従来技術の窓は、４５０nmで約５０％の透過率、４３０nmで４０％をどうにか超える透過率しか提供しない。４００nmで、透過率は約１３％まで急低下して、信頼性のあるその場での終点検出又は計測を困難にする。これは、より短波長の終点検出要件（たとえば４００nm）の要求のせいで、特に問題である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、要望されているものは、広い範囲の波長、特に短めの波長でのＣＭＰの際の信頼性のある終点検出又は計測のための研磨パッド及び方法である。同じく、硬化剤の使用を減らすことができる研磨パッド及び方法が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、中に形成された窓を含むケミカルメカニカル研磨パッドであって、窓が脂肪族ポリイソシアネート含有材料から形成されている研磨パッドを提供する。特に、窓は、脂肪族ポリイソシアネート、ヒドロキシル含有材料及び硬化剤の反応から形成される。本発明の窓は、ケミカルメカニカルポリッシング加工の間の終点検出のためのレーザ信号の予想外の改善された透過を示す。
【００１０】
本発明の第一の態様で、中に形成された終点検出のための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、脂肪族ポリイソシアネート、ヒドロキシル含有材料及び硬化剤の反応から形成されるものである研磨パッドが提供される。
【００１１】
本発明の第二の態様で、中に形成された終点検出のための窓を有する研磨パッドを支持するためのプラテンと、ウェーハを研磨パッドに押し当てるためのウェーハキャリヤと、ウェーハと研磨パッドとの間に研磨流体を供給するための手段とを含む、ケミカルメカニカルポリッシングのための装置であって、窓が、脂肪族ポリイソシアネート、ヒドロキシル含有材料及び硬化剤の反応から形成されるものである装置が提供される。
【００１２】
本発明の第三の態様で、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、中に形成された終点検出のための窓を有する研磨パッドを用意することを含み、窓が、脂肪族ポリイソシアネート、ヒドロキシル含有材料及び硬化剤の反応から形成されるものである方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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、下層２及び上層４を含む。下層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Rodel社製のSUBA-IV（商標）でできていることができる。上層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Rodel社製のIC1000（商標）を含むことができる。薄い感圧接着剤層６が上層４と下層２とを合わせて保持する。
【００１４】
典型的な実施態様では、加工されていない下層２（すなわち、層２の中に開口部が形成されていない）が、その上面を感圧接着剤６でコーティングされる。そして、加工されていない上層４が下層２及び感圧接着剤６の上に設けられる。あるいはまた、上層４は、感圧接着剤６で合わされる前に、すでに開口部８を含むこともできる。次に、下層２に開口部１０が形成される。この開口部１０の形成が開口部１０内の感圧接着剤６を除去して、研磨パッド１中に通路が存在するようにする。上層４中の開口部８は下層２中の開口部１０よりも幅が広い。このため、感圧接着剤６で覆われた棚状部１２が形成される。その後、透明な窓材料片１４が棚状部１２の感圧接着剤６の上に配置される。透明な窓材料片１４は上層４の開口部８を完全に埋める。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部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。
【００１５】
本発明の典型的な実施態様では、窓１４は、脂肪族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、脂肪族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。そして、プレポリマーを硬化剤で硬化させる。好ましい脂肪族ポリイソシアネートは、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を含むが、これらに限定されない。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。
【００１６】
好都合には、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は、ポリエーテルポリオール、ヒドロキシ末端ポリブタジエン（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及びポリカーボネートポリオールを含むが、これらに限定されない。
【００１７】
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。適切なポリエステルポリオールは、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。適切なポリカプロラクトンポリオールは、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。適切なポリカーボネートは、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。
【００１８】
好都合には、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を含むが、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。適切なポリアミン硬化剤は、第一級及び第二級アミンを含む。
【００１９】
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。適切なジオール、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末端硬化剤は、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を含む。ヒドロキシ末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、ヒドロキシ末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。
【００２０】
したがって、本発明は、中に形成された窓を含むケミカルメカニカル研磨パッドであって、窓が脂肪族ポリイソシアネート含有材料から形成されている研磨パッドを提供する。特に、窓は、脂肪族ポリイソシアネート、ヒドロキシル含有材料及び硬化剤の反応から形成される。本発明の窓は、ケミカルメカニカルポリッシングの間の終点検出のためのレーザ信号の予想外の改善された透過を示す。
【００２１】
次に図２を参照すると、本発明の研磨パッドを使用した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、本発明の、窓１４を含むパッド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及び化学研磨スラリーとともに使用されてウェーハ２４を研磨する上層４を有する。図示されてはいないが、研磨流体又はスラリーを供給するためのいかなる手段をも本装置で使用することができることに留意されたい。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２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に留意されたい。加えて、穴３２がプラテン２６に設けられ、パッド１の窓１４にかぶさっている。したがって、穴３２は、ウェーハ２４の研磨の間、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、レーザ分光光度計が３４がプラテン２６の下方に設けられ、これが、ウェーハ２４の研磨の間、正確な終点検出のために、レーザービーム３６を投射して、穴３２及び高透過率窓１４に通し、反射させる。
【実施例】
【００２２】
実施例では、数字が本発明の例を表し、文字が比較例を表す。この実験では、本発明の典型的な窓の光透過率を、３６０nm〜７５０nmの波長範囲に関し、Gretag Macbeth 3000A分光光度計を使用して計測した。特に、脂肪族ジイソシアネート含有材料から形成された窓を、芳香族ジイソシアネート含有材料から形成された窓と対比して試験した。試験Ａの場合、４８℃（華氏１２０度）に維持したプレポリマー１００部と、１１５℃（華氏２４０度）に維持した硬化剤２６部とを液体タンク中で混合し、真空下（＜１トール）でガス抜きした。次に、この混合物を型に流し込み、１０４℃（華氏２２０度）で１８時間硬化させた。試験１〜８の場合、６５℃（華氏１５０度）に維持したプレポリマー１００部と、室温に維持した適量の硬化剤とを液体タンク中で混合し、真空下（＜１トール）でガス抜きした。次に、この混合物を型に流し込み、１０４℃（華氏２２０度）で１８時間硬化させた。Adiprene（登録商標）LW520及びLW570は、Uniroyal Chemical社の登録商標であり、市販されている脂肪族ジイソシアネート含有プレポリマーである。LW520は、ＮＣＯを４．６〜４．９重量％有し、LW570は、ＮＣＯを７．３５〜７．６５重量％有する。Adiprene（登録商標）L325は、Uniroyal Chemical社の登録商標であり、市販されている芳香族ジイソシアネート含有プレポリマーである。L325は、ＮＣＯを８．９５〜９．２５重量％有する。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
上記表１に示すように、脂肪族ジイソシアネート含有材料から製造された窓はすべて、３６０nm〜７５０nmの波長範囲で全体的に改善された透過率を提供した。試験２は、３６０nm〜７５０nmの全波長範囲で少なくとも９０％の終点信号透過率を示した。試験１、３及び４は、３６０nm〜７５０nmの波長範囲で少なくとも８４％の透過率を提供した。試験５〜８は、４５０nm〜７５０nmの波長範囲で少なくとも６９％の透過率値を示した。実際に、試験５〜７は、４５０nm〜７５０nmの波長範囲で少なくとも８７％の透過率値を提供した。それに比べ、試験Ａは、４５０nm〜７５０nmの波長範囲で約５７％の透過率値しか示さなかった。４００nmでは、試験１〜８は少なくとも２１％の透過率値を示したが、試験Ａは１３％の透過率値しか示さなかった。
【００２５】
加えて、表１に示すように、脂肪族ジイソシアネートは通常、低めの硬化剤含有率ででも所望の硬さ及び透過率値を達成して、先に論じたような硬化剤の有害な影響を最小限にする。たとえば、試験１〜４及び６〜８では、所望の硬さを達成するための硬化剤の量は、同じレベルの硬さを達成するために硬化剤２６部を要した試験Ａで求められる量よりも少なかった。
【００２６】
したがって、本発明は、中に形成された窓を含むケミカルメカニカル研磨パッドであって、窓が脂肪族ポリイソシアネート含有材料から形成されている研磨パッドを提供する。特に、窓は、脂肪族ポリイソシアネート、ヒドロキシル含有材料及び硬化剤の反応から形成される。本発明の窓は、その場での光学終点検出又は計測システムの波長範囲で、光透過率がより低い従来技術の窓で可能であるよりも大きな光学信号強度（たとえば窓に出入りするビームの相対強さ）を可能にする。信号強度におけるこれらの改善は、ウェーハ表面パラメータのその場での光学計測における有意な改善につながる。特に、終点検出の信頼性及び計測精度が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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】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】
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【図２】
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【外国語明細書】
1. Title of Invention
2005175464.tif 000006
2. Detailed Description of Invention
2005175464.tif 000007
2005175464.tif 000008
2005175464.tif 000009
2005175464.tif 000010
2005175464.tif 000011
2005175464.tif 000012
2005175464.tif 000013
2005175464.tif 000014
2005175464.tif 000015
3. Brief Description of Drawings
2005175464.tif 000016
1. Claims
2005175464.tif 000017
1. Abstract
2005175464.tif 000018
2. Representative Drawing
None
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