(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体基材の研磨において、最小限のコンディショニングしか必要とせず、かつ平坦性の良い研磨が可能な研磨パッドを提供する。【解決手段】研磨面を構成する研磨層を有し、かつ研磨層がポリマーマトリックス中に配置された粒子を含み、さらにこの粒子が５０ダイン／cm未満の表面張力を有する材料で被覆されており、被覆された粒子が研磨中に前記研磨面から離脱可能であるようにした研磨パッド。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基材を研磨するのに有用な研磨パッドであって、研磨面を有する研磨層を含み、前記研磨層がポリマーマトリックス中に配置された粒子を含み、前記粒子が５０ダイン／cm未満の表面張力を有する材料で被覆されており、前記被覆された粒子が研磨中に前記研磨面から放出されることができる、研磨パッド。
【請求項２】
被覆された粒子を２０〜９０重量％含む、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記被覆された粒子が０．５〜４００ミクロンの平均粒径を有する、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記材料が３０ダイン／cm未満の表面張力を有する、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記材料が、ステアリン酸、ステアリン酸カルシウム、四水素化ケイ素、テトラフルオロエチレン及びステアリン酸亜鉛ならびにそれらの混合物からなる群より選択される、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項６】
前記ポリマーマトリックスが、熱可塑性材料及び熱硬化性材料からなる群より選択される、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項７】
前記粒子が、無機酸化物、無機水酸化物、無機水酸化物の酸化物、有機酸化物、有機水酸化物、有機水酸化物の酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、ポリマー粒子及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項８】
半導体基材を研磨するのに有用な研磨パッドであって、炭酸カルシウム粒子が中に配置されたポリマーマトリックスを含み、前記粒子がテトラフルオロエチレンで被覆されており、前記被覆された粒子が研磨中に前記研磨パッドから放出されることができる、研磨パッド。
【請求項９】
半導体基材を研磨するのに有用な研磨パッドであって、研磨面を有する研磨層を含み、前記研磨層がポリマーマトリックス中に配置された非研磨性粒子を含み、前記非研磨性粒子が５０ダイン／cm未満の表面張力を有し、研磨中に前記研磨面から放出されることができる、研磨パッド。
【請求項１０】
半導体基材をケミカルメカニカル研磨する方法であって、
前記基材と研磨パッドとの間に研磨流体を供給する工程と、
前記基材と前記研磨パッドとの間で相対運動及び圧力を提供する工程と、を含み、
前記研磨パッドが研磨面を有する研磨層を含み、前記研磨層がポリマーマトリックス中に配置された粒子を含み、前記粒子が５０ダイン／cm未満の表面張力を有する材料で被覆されており、前記被覆された粒子が研磨中に前記研磨面から放出されることができる、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、放出可能な滑らかな粒子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。望ましくない表面トポグラフィー及び表面欠陥、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装置において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との隙間に流れ込む。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】
重要なことには、ひとたび材料除去速度が所定値まで低下すると、研磨パッドをコンディショニングしてその十分な機能性を回復させなければならない。パッドのコンディショニングは、化学添加剤を含む又は含まない音波攪拌される液体の流れに研磨パッドをさらすことによって実施することもできるし、硬い砥面を研磨パッドにこすり付けて、埋め込まれた研磨くずを除去し、所望の粗度及び多孔度を研磨パッド面に回復させることによって実施することもできる。パッドコンディショナーは、たとえば、工業用ダイヤモンドが表面に取り付けられた金属板であってもよい。典型的なＣＭＰ処理では、研磨パッドは、わずか数枚のウェーハを研磨した後でコンディショニングされなければならないかもしれず、製造工程でさらなるクリティカルなパス時間を浪費させ、半導体製造ライン全体の生産性にマイナスの影響を及ぼす。
【０００６】
Jamesらは、米国特許第６，０６９，０８０号で、とりわけコンディショニングを最小限にする試みにおいて、砥粒を含有する砥粒固定研磨パッドを開示している。残念ながら、砥粒は、研磨される表面とマイナスに相互作用するおそれがある。換言するならば、砥粒は、望まれない破壊やスクラッチを生じさせるおそれがある。
【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、改善されたプラナリゼーションを提供すると同時に、最小限のコンディショニングしか必要としない研磨パッドである。特に、要望されているものは、平滑でスクラッチのない研磨面を提供しながらも、最小限のコンディショニングしか必要としない研磨パッドである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様で、半導体基材を研磨するのに有用な研磨パッドであって、研磨面を有する研磨層を含み、研磨層がポリマーマトリックス中に配置された粒子を含み、粒子が５０ダイン／cm未満の表面張力を有する材料で被覆されており、被覆された粒子が研磨中に研磨面から放出されることができる、研磨パッドが提供される。
【０００９】
本発明の第二の態様で、半導体基材を研磨するのに有用な研磨パッドであって、炭酸カルシウム粒子が中に配置されたポリマーマトリックスを含み、粒子がテトラフルオロエチレンで被覆されており、被覆された粒子が研磨中に研磨面から放出されることができる、研磨パッドが提供される。
【００１０】
本発明の第三の態様で、半導体基材を研磨するのに有用な研磨パッドであって、研磨面を有する研磨層を含み、研磨層が、ポリマーマトリックス中に配置された非研磨性粒子を含み、非研磨性粒子が、５０ダイン／cm未満の表面張力を有し、研磨中に研磨面から放出されることができる、研磨パッドが提供される。
【００１１】
本発明の第四の態様で、半導体基材をケミカルメカニカル研磨する方法であって、基材と研磨パッドとの間に研磨流体を供給する工程と、基材と研磨パッドとの間で相対運動及び圧力を提供する工程とを含み、研磨パッドが研磨面を有する研磨層を含み、研磨層がポリマーマトリックス中に配置された粒子を含み、粒子が５０ダイン／cm未満の表面張力を有する材料で被覆されており、被覆された粒子が研磨中に研磨面から放出されることができる、方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図面を参照すると、図１は、研磨層１を有し、マトリックス材料６に埋め込まれた複数の滑らかな粒子４を有する研磨パッド２を示す。研磨パッド２は、研磨パッド２の摩耗状態にかかわりなくウェーハ研磨作業を達成するための所望の粗度及び多孔度を提供する。滑らかな粒子４は、マトリックス材料６の中、研磨パッド２の厚さＴ全体に連続的に分布している。マトリックス材料６は、熱可塑性材料、たとえば熱可塑性ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、エチレン酢酸ビニル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリブタジエン、エチレン−プロピレンターポリマー、ポリカーボネート及びポリエチレンテレフタレートならびにそれらの混合物を含むことができる。加えて、マトリックス材料６は、熱硬化性材料、たとえば架橋ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリブタジエン及びそれらの混合物を含むことができる。マトリックス材料６は、選択された滑らかな粒子４とともに所定の研磨及び摩耗性能を提供するため、所望の程度の弾性、多孔性、密度、硬さなどを有するように選択することができる。
【００１３】
Ｔが減るにつれ、滑らかな粒子４の異なる集団が研磨面８に露出するようになる。図１では二次元で示されているが、マトリックス材料６は、滑らかな粒子４の三次元配列を支持するため、三次元のミクロ格子又はメッシュを画定するということに留意されたい。滑らかな粒子４は、パッド２の厚さＴにわたって一貫した研磨性を提供するため、マトリックス材料６中に均一又はランダムに分布していることができる。あるいはまた、被覆された粒子４の体系的な配列が望まれるかもしれず、その場合、厚さＴの方向又は研磨面８の直径の方向で滑らかな粒子４の分布の変化が可能である。もう一つの実施態様では、パッド深さＴの関数として、マトリックス材料６の単位容量あたりにしてより多数の滑らかな粒子４があってもよい。単位容量あたりの滑らかな粒子４の数は、特定の用途に望まれる材料除去性能を達成するため、他のパッド特性の仕様に関連させて選択することができる。
【００１４】
研磨層８を使用して１個以上の半導体ウェーハを研磨するにつれ、研磨層１の頂部が消費され、一番上の滑らかな粒子４が放出され、それによって空隙１２が形成し、粗度及び多孔度が研磨面８に回復する。このようにして、研磨面８は、せいぜい最小限のコンディショニングしか必要としない。また、実践では、放出された粒子１０は、使用済みスラリーとともに簡単に洗い流すことができる。
【００１５】
好都合には、研磨パッド２は、滑らかな粒子４を２０〜９０重量％含む。この範囲内で、滑らかな粒子４を５０重量％以上の量で存在させることが望ましい。同じくこの範囲内で望ましいものは８０重量％以下の量である。本発明の好ましい実施態様では、滑らかな粒子４は、０．５〜４００ミクロンの平均粒径を有する。より好ましくは、１０〜５０ミクロンの平均粒径を有する滑らかな粒子４を使用することが望ましい。
【００１６】
次に図２を参照すると、滑らかな粒子４は、粒子１６を封入又は被覆する材料１４を含む。本発明の典型的な実施態様では、材料１４は、有利には、５０ダイン／cm未満の表面張力を有する。好ましくは、材料１４は３０ダイン／cm未満の表面張力を有する。材料１４の表面張力が、被覆された滑らかな粒子４の表面張力を大きく決定するということに留意されたい。したがって、本明細書に関して、滑らかな粒子４の表面張力は材料１４の表面張力に等しいと考えられる。提供される表面張力は、滑らかな粒子４が平滑であることを許し、研磨加工を妨害しない。換言するならば、被覆された粒子１４は、非研磨性であり、破壊又はスクラッチを、あったとしても、ほんの僅かしか生じさせない。本発明の好ましい実施態様では、材料１４は、ステアリン酸、ステアリン酸カルシウム、四水素化ケイ素、テトラフルオロエチレン、ステアリン酸亜鉛及びそれらの混合物を含むことができる。好ましくは、材料１４はテトラフルオロエチレンである。材料１４は、種々の技術、たとえば吹付け塗り又は噴霧乾燥によって粒子１６上に設けることができる。
【００１７】
粒子１６は、無機酸化物、無機水酸化物、無機水酸化物の酸化物、有機酸化物、有機水酸化物、有機水酸化物の酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、ポリマー粒子及び前記の少なくとも一つを含む混合物を含むことができる。適切な無機酸化物としては、たとえば、シリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、セリア（ＣｅＯ2）、酸化マンガン（ＭｎＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）又は前記酸化物の少なくとも一つを含む組み合わせがある。適切な無機水酸化物としては、たとえば、水酸化アルミニウム酸化物（「ボーマイト」）がある。適切な金属炭化物、金属ホウ化物及び金属窒化物としては、たとえば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化ジルコニウム、ホウ化アルミニウム、炭化タンタル、炭化チタン又は前記金属炭化物、金属ホウ化物及び金属窒化物の少なくとも一つを含む組み合わせがある。好ましくは、粒子１６は炭酸カルシウムである。
【００１８】
本発明のもう一つの実施態様で、図３は、すべてが材料１４で構成されている滑らかな粒子４を示す。この実施態様では、材料１４と粒子１６（図２）とは同じである。換言するならば、材料１４は、図２のように粒子を被覆しないが、そのものが滑らかな粒子４である。本発明の好ましい実施態様では、材料１４は、図２におけるように、ステアリン酸、ステアリン酸カルシウム、四水素化ケイ素、テトラフルオロエチレン、ステアリン酸亜鉛及びそれらの混合物を含むことができる。本発明の典型的な実施態様では、材料１４は、有利には、５０ダイン／cm未満の表面張力を有する。好ましくは、材料１４は３０ダイン／cm未満の表面張力を有する。先に論じたように、本明細書に関して、滑らかな粒子４の表面張力は材料１４の表面張力に等しいと考えられる。また、提供される表面張力は、滑らかな粒子４が平滑であることを許し、研磨加工を妨害しない。換言するならば、滑らかな粒子１４は、非研磨性であり、破壊又はスクラッチを、あったとしても、ほんの僅かしか生じさせない。
【００１９】
したがって、半導体基材を研磨するのに有用であり、せいぜい最小限のコンディショニングしか必要とせず、費用効果的に利用することができる研磨パッドが提供される。本発明の一つの実施態様では、研磨パッドは、ポリマーマトリックス中に配置され、５０ダイン／cm未満の表面張力を有する材料で被覆されている粒子を含む。被覆された粒子は、研磨中に研磨層の研磨面から放出されることができる。このようにして、研磨層の頂部が消費されるにつれ、研磨層中の一番上の滑らかな粒子が放出されて、それによって、研磨される表面を損耗又はスクラッチを生じさせることなく、空隙が形成し、粗度及び多孔度が研磨面８に回復する。
【００２０】
次に図４を参照すると、本発明の研磨パッド２を利用するケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）システム３が示されている。ＣＭＰシステム３は、半導体基材、たとえば半導体ウェーハ７又は他の加工物、たとえばとりわけガラス、シリコンウェーハ及び磁気情報記憶ディスクの研磨の際に、研磨パッド２に適用されるスラリー４３又は他の液状研磨媒体の利用度を高めるように配設及び設計された複数の溝５（図示せず）を含む研磨層１を有する研磨パッド２を含む。便宜上、以後の記載では「ウェーハ」を使用する。しかし、当業者は、ウェーハ以外の加工物が本発明の範囲に入るということを理解するであろう。
【００２１】
ＣＭＰシステム３は、プラテンドライバ１１によって軸４１を中心に回転可能である研磨プラテン９を含むことができる。プラテン９は、研磨パッド２が取り付けられる上面１３を有することができる。軸１７を中心に回転可能であるウェーハキャリヤ１５を研磨層１の上方に支持することができる。ウェーハキャリヤ１５は、ウェーハ７と係合する下面１９を有することができる。ウェーハ７は、研磨層１と対面し、研磨中に平坦化される面２１を有する。ウェーハキャリヤ１５は、ウェーハ７を回転させ、ウェーハ面２１を研磨層１に押し付けるためのダウンフォースＦを提供して、研磨中にウェーハ面２１と研磨層１との間に所望の圧力が存在するように適合されたキャリヤ支持アセンブリ２３によって支持することができる。
【００２２】
ＣＭＰシステム３はまた、研磨層１にスラリー４３を供給するためのスラリー供給システム２５を含むことができる。スラリー供給システム２５は、スラリー４３を保持するタンク２７、たとえば温度制御式タンクを含むことができる。導管２９がスラリー４３をタンク２７から研磨パッド２に隣接する位置まで運ぶことができ、その位置でスラリーが研磨層１の上に分配される。流量制御弁３１を使用してパッド２へのスラリー４３の分配を制御してもよい。
【００２３】
ＣＭＰシステム３は、装填、研磨及び取り出し作業の間に、種々のシステム構成部品、たとえばとりわけスラリー供給システム２５の流量制御弁３１、プラテンドライバ１１及びキャリヤ支持アセンブリ２３を制御するためのシステム制御装置３３を備えることができる。例示的な実施態様では、システム制御装置３３は、プロセッサ３５、プロセッサに接続されたメモリ３７ならびにプロセッサ、メモリ及びシステム制御装置の他の構成部品の動作を支援するための支援回路３９を含む。
【００２４】
研磨作業中、システム制御装置３３がプラテン９及び研磨パッド２を回転させ、スラリー供給システム２５を起動してスラリー４３を回転中の研磨パッド２上に分配させる。スラリーは、研磨パッド２の回転のために、研磨層１上に、ウェーハ７と研磨パッド２との隙間を含めて広がる。システム制御装置３３はまた、ウェーハ面２１が研磨層１に対して動くよう、ウェーハキャリヤ１５を、選択した速度、たとえば０rpm〜１５０rpmで回転させることができる。システム制御装置３３はさらに、ウェーハ７と研磨パッド２との間に所望の圧力、たとえば０psi〜１５psiの圧力を誘起するため、ウェーハキャリヤ１５を制御してダウンフォースＦを提供することができる。システム制御装置３３はさらに、通常は０〜１５０rpmの速度で回転させられる研磨プラテン９の回転速度を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の研磨パッドの部分断面図である。
【図２】本発明の滑らかな粒子の分解図である。
【図３】本発明の滑らかな粒子のもう一つの実施態様の分解図である。
【図４】本発明の研磨パッドを使用するケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）システムの一部略式一部斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
1. Title of Invention
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2. Detailed Description of Invention
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3. Brief Description of Drawings
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1. Claims
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1. Abstract
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2. Representative Drawing
None
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