(57)【要約】      （修正有）【課題】改善された電気的及び熱的能力及び制御が出来うるエレクトロケミカルメカニカルポリッシング（ＥＣＭＰ）用の研磨パッド、そのための方法およびシステムを提供する。【解決手段】  パッド１０は、導電性基材５の上に重なる厚さ１．５mm未満の多孔性ポリマー層３を有し、多孔性ポリマー層の厚さが０．５mm未満、導電性基材の厚さが０．０７mm〜０．３８mmである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基材の上に重なる厚さ１．５mm未満の多孔性ポリマー層を含む、エレクトロケミカルメカニカルポリッシング用の研磨パッド。
【請求項２】
前記多孔性ポリマー層が厚さ０．５mm未満である、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記多孔性ポリマー層が厚さ０．２５mm未満である、請求項２記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記導電性基材が厚さ０．０７mm〜０．３８mmである、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記多孔性ポリマー層が、ポリウレタンポリマー、ハロゲン化ビニルポリマー、ポリアミド、ポリエステルアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリビニルブチラール、ポリ−α−メチルスチレン、ポリ塩化ビニリデン、アクリル酸及びメタクリル酸のアルキルエステル、クロロスルホン化ポリエチレン、ブタジエンとアクリロニトリルとのコポリマー、セルロースエステル及びエーテル、ポリスチレンならびにそれらの組み合わせを含む、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項６】
前記導電性基材が、銅、銅ベースの合金、カーボンならびに貴金属、たとえばロジウム、白金、銀、金及びそれらの合金を含む、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項７】
前記導電性基材が、１０5Ω-1cm-1よりも大きい導電率を有する、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項８】
導電性基材の上に重なる厚さ１．５mm未満の多孔性ポリマー層を含み、前記導電性基材が可撓性基材を覆っている、エレクトロケミカルメカニカルポリッシング用の研磨パッド。
【請求項９】
回路化された可撓性基材の上に重なる厚さ１．５mm未満のポロメリック研磨層を含む、エレクトロケミカルメカニカルポリッシング用の研磨パッド。
【請求項１０】
導電性基材の上に重なる厚さ１．５mm未満の多孔性ポリマー層を有する研磨パッドを用意することと、
加工物と前記多孔性ポリマー層との間に電解研磨流体を供給することと、
前記加工物に電流を供給することと、
前記加工物を前記多孔性ポリマー層に押し当てながら、少なくとも前記研磨パッド又は前記加工物を動かすことと
を含む、加工物のエレクトロケミカルメカニカルポリッシングを実施する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）用の研磨パッドに関し、特に、エレクトロケミカルメカニカルポリッシング（ＥＣＭＰ）用の研磨パッド、そのための方法及びシステムに関する。
【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、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れる。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（たとえばリソグラフィー）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】
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、ウェーハキャリヤ又は研磨ヘッドがキャリヤアセンブリに取り付けられ、ＣＭＰ装置内で研磨パッド（たとえば米デラウェア州NewarkのRohm and Haas Electronic Materials CMP社によるIC1000（商標）及びOXP4000（商標））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（たとえばモータ）によってパッドを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、研磨流体（たとえばスラリー又は反応性液体）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、パッド表面及び研磨流体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】
現在、集積回路（ＩＣ）製造において、より微細な導体フィーチャ及び／又はスペーシングを要する配線密度の増大が要望されている。さらには、多数の導電層及びダマシン加工を低誘電率絶縁体とともに使用するＩＣ製造技術がますます使用されている。このような絶縁体は、従来の絶縁材料よりも機械的な強さが劣る傾向にある。これらの技術を使用してＩＣを製造する際には、種々の層を平坦化することがＩＣ製造法における重要な工程である。残念ながら、ＣＭＰの機械的側面は、層が研磨中の機械的応力及び発熱に対処することができないため、そのようなＩＣ基材を平坦化する能力の限界に達しようとしている。特に、ＣＭＰ中、研磨される基材と研磨パッドとの物理的接触によって誘発される摩擦応力のせいで、下層キャップ及び絶縁材料のデラミネーション及び破壊が起こる。摩擦応力に加えて、物理的接触によって望まれない過剰な熱が発生して、たとえば劣悪な研磨結果が生じる。
【０００６】
上記のようなＣＭＰに伴う有害な機械的作用を軽減するための一つの手法は、ＥＣＭＰを実施することである。ＥＣＭＰは、金属層を有する基材を平坦化するために使用される、制御された電気化学的溶解法である。平坦化機構は、印加電圧を使用して金属をイオン化することによる、基材表面上の金属（たとえば銅）の拡散制御吸着及び溶解である。ＥＣＭＰを実施する際、基材と研磨パッドとの間に電位を設けて、基材金属層からの金属原子の電界拡散を起こさせなければならない。これは、たとえば、基材キャリヤ（アノード）及びプラテン（カソード）に電流を供給することによって実施することができる。
【０００７】
Jacobsenらは、米国特許第３，５０４，４５７号で、半導体ウェーハを研磨するための、微孔質研磨層２０が不活性層３５の上に重なる積層パッドを開示している。残念ながら、不活性層３５は、研磨層２０及びスラリーから接着材４０を絶縁するように働く。換言するならば、不活性層３５は導電性が劣り、ＥＣＭＰで使用するには効果がない。加えて、不活性層３５は熱伝導率が劣り、先に論じたような過剰な発熱をこうむる。
【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、上記欠点を解消する研磨パッドである。すなわち、要望されているものは、改善された電気的及び熱的能力及び制御を提供する、ＥＣＭＰ用の研磨パッドである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第一の態様で、本発明は、エレクトロケミカルメカニカルポリッシング用の研磨パッドであって、導電性基材の上に重なる厚さ１．５mm未満の多孔性ポリマー層（cellular polymeric layer）を含む研磨パッドを提供する。
【００１０】
第二の態様で、本発明は、エレクトロケミカルメカニカルポリッシング用の研磨パッドであって、導電性基材の上に重なる厚さ１．５mm未満の多孔性ポリマー層を含み、導電性基材が可撓性基材を覆っている研磨パッドを提供する。
【００１１】
第三の態様で、本発明は、エレクトロケミカルメカニカルポリッシング用の研磨パッドであって、回路化された可撓性基材の上に重なる厚さ１．５mm未満の微孔質研磨層（poromeric polishing layer）を含む研磨パッドを提供する。
【００１２】
第四の態様で、本発明は、加工物のエレクトロケミカルメカニカルポリッシングを実施する方法であって、導電性基材の上に重なる厚さ１．５mm未満の多孔性ポリマー層を有する研磨パッドを用意することと、加工物と多孔性ポリマー層との間に電解研磨流体を供給することと、加工物に電流を供給することと、加工物を多孔性ポリマー層に押し当てながら、少なくとも研磨パッド又は加工物を動かすことと、を含む方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面を参照すると、図１は、導電性基材５の上面４の上に重なる多孔性ポリマー層３を含む、本発明の研磨パッド１０を示す。本明細書で定義する「多孔性」ポリマー層は、セル又はポア６を含むポリマー層である。「多孔性」ポリマー層はしばしば「ポロメリック」又は「ポロメリック研磨層」とも呼ばれる。本発明では、導電性基材５が、導電物（たとえばキャリヤ基材（アノード））と電気的に連絡することができる電極（カソード）として働く。本発明の導電性基材５は、ＥＣＭＰ加工を容易にするために良好な電気及び熱伝導性を可能にする。本発明は、ケミカルメカニカルポリッシング（たとえばエレクトロケミカルメカニカルポリッシング）の具体的用途に照らして記載するが、本発明は、改善された電気及び熱伝導性が望まれるいかなるタイプのケミカルメカニカルポリッシングにも等しく有用であることに注目されたい。場合によっては、以下に論じるように、感圧接着材２を設けて研磨パッド１０をＥＣＭＰ装置のプラテンに接着してもよい。
【００１４】
多孔性ポリマー層３は、適切な溶媒（たとえば水／Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ））中のポリマー（たとえばエラストマーポリマー）の粘稠溶液を導電性基材５上に供給することによって形成することができる。ポリマーの粘稠溶液を、たとえば水に通して、ポリマーを導電性基材５上その場で凝固させてもよい。その後、多孔性ポリマー層３を水洗し、次いで乾燥させて、残留溶媒を除去することができる。場合によっては、多孔性ポリマー層３の外皮を従来の方法によってバフィングして、多孔性構造が露出した研磨面２４を形成してもよい。加えて、研磨面２４は、場合によっては、所望により、孔、溝又は模様を付されてもよい。
【００１５】
セル６は、数ミクロンから数百ミクロンの直径を有することができ、たとえば１mm2あたり１００〜３２５個である。通常、「ポア数」と呼ばれる単位面積あたりのポアの数を使用して研磨面を表す。本明細書に関して、ポア数は、×５０の光学倍率で１mm2あたり検出可能なポアの平均数をいう。ポアを計数し、データを処理するのに有用なコンピュータソフトウェアの具体例は、Image-Pro  Plusソフトウェアのバージョン４．１．０．１である。ポア数は（平均）孔径に比例する。すなわち、ポア数が高くなればなるほど平均孔径は小さくなる。セル６の壁は固いものであることもできるが、より一般的には、壁は微孔質スポンジ状物でできている。
【００１６】
凝固過程の性質のため、セル６は、材料中に深く貫入すればするほど直径が大きくなる傾向にある。また、薄い表皮層（図示せず）が多孔性ポリマー層３の上面に形成する。層３の上面又はその近くのポアの直径は、下にあるポアの直径に比べて相対的に小さく、バフィング中に層３の上面から材料が除去されるにつれて大きくなる。同様に、（元の）表面又はその近くでのポア数は、パッドがバフィングされて新たな上面が創出した場合よりも大きい。たとえば、ポア数は、元の表面又はその近くで１mm2あたり５００〜１０，０００である。
【００１７】
場合によっては、上面４を処理して、導電性基材５の上面４に対する多孔性ポリマー層３の接着を促進してもよい。たとえば、上面４は、酸化剤（たとえば過酸化水素）、カップリング剤（たとえばメラミン）又はプライマーコートで処理することができる。
【００１８】
有利には、多孔性ポリマー層３は、ＥＣＭＰを促進するため、厚さＴ１を有する。厚さＴ１は、ＥＣＭＰ加工中の除去を最大限にしながらも、最適化された平坦化を提供するのに十分な厚さを維持するように選択される。換言するならば、厚さＴ１は、導電性基材５（カソード）及び基材キャリヤ（アノード）が、不要な材料の除去を促進するための最大限の電位を提供しながらも、平坦化に十分な厚さを提供することができるように最適化される。厚さＴ１は、有利には１．５mm（６０ミル）未満である。好ましくは、Ｔ１は０．５mm（２０ミル）未満である。より好ましくは、厚さＴ１は０．２５mm（１０ミル）未満である。加えて、導電性基材５は、厚さＴ２が０．０７mm〜０．３８mm（３〜１５ミル）である。好ましくは、厚さＴ２は０．０１mm〜０．２５mm（５〜１０ミル）である。
【００１９】
多孔性ポリマー層３は、膜形成ポリマー材料で作ることができ、その材料の液状溶剤溶液を形成し、その溶液の層を乾燥させると、常温固体のポリマー膜（すなわち、通常の大気温度で固体）を形成することができる。ポリマー材料は、直鎖状のポリマー又はそのブレンドならびに添加物、たとえば硬化剤、着色剤、可塑剤、安定剤及び充填剤からなることができる。典型的なポリマーとしては、ポリウレタンポリマー、ハロゲン化ビニルポリマー、ポリアミド、ポリエステルアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリビニルブチラール、ポリ−α−メチルスチレン、ポリ塩化ビニリデン、アクリル酸及びメタクリル酸のアルキルエステル、クロロスルホン化ポリエチレン、ブタジエンとアクリロニトリルとのコポリマー、セルロースエステル及びエーテル、ポリスチレンならびにそれらの組み合わせがある。
【００２０】
多孔性ポリマー層３を形成するのに好ましいポリマー材料は、有機ジイソシアネートを活性水素含有ポリマー材料、たとえばポリアルキレンエーテルグリコール又はヒドロキシル末端ポリエステルと反応させてイソシアネート末端ポリウレタンプレポリマーを生成することによって製造されるポリウレタンエラストマーである。得られたプレポリマーを鎖長延長性化合物、たとえば水又はアミノ窒素原子に結合した２個の活性水素原子を有する化合物と反応させてもよい。有用なポリウレタンエラストマーはまた、ポリマーグリコールの全部又は一部を単純な非ポリマーグリコール（たとえばエチレングリコール又はプロピレングリコール）で置き換えることによって製造することもできる。ヒドラジン及びＮ−メチル−ビス−アミノプロピルアミンが好ましいアミノ窒素含有鎖長延長剤である。しかし、他の鎖長延長剤として、ジメチルピペラジン、４−メチル−ｍ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、１，４−ジアミノピペラジン、エチレンジアミン及びそれらの混合物がある。
【００２１】
加えて、芳香族、脂肪族及び脂環式ジイソシアネート又はそれらの混合物をプレポリマーの形成に使用することができる。たとえば、トリレン−２，４−ジイソシアネート、トリレン−２，６−ジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ビフェニレン−４，４′−ジイソシアネート、メチレンビス（４−フェニルイソシアネート）、４−クロロ−１，３−フェニレンジイソシアネート、ナフタレン−１，５−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、ヘキサメチレン−１，６−ジイソシアネート、デカメチレン−１，１０−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−１，４−ジイソシアネート、メチレンビス（４−シクロヘキシルイソシアネート）及びテトラヒドロナフタレンジイソシアネートである。イソシアナト基が芳香環に結合しているアリーレンジイソシアネートが好ましい。
【００２２】
好ましいポリグリコールとしては、たとえば、ポリエチレンエーテルグリコール、ポリプロピレンエーテルグリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリヘキサメチレンエーテルグリコール、ポリオクタメチレンエーテルグリコール、ポリノナメチレンエーテルグリコール、ポリデカメチレンエーテルグリコール、ポリドデカメチレンエーテルグリコール及びそれらの混合物がある。ポリアルキレンエーテルグリコールが、プレポリマー形成に好ましい活性水素含有ポリマー材料である。
【００２３】
導電性基材５の材料としては、たとえば、金属（アルミニウム、銅、タングステン、銀、金など）、合金、グラファイト、カーボン及び導電性ポリマーの１種以上がある。基材５に好ましい材料としては、銅、銅ベースの合金、カーボンならびに貴金属、たとえばロジウム、白金、銀、金及びそれらの合金がある。有利には、導電性基材５は、少なくとも１０5Ω-1cm-1の導電率を有する。好ましくは、導電性基材５は、少なくとも５×１０5Ω-1cm-1の導電率を有する。
【００２４】
次に図２を参照すると、本発明のもう一つの実施態様が示され、導電性基材５によって覆われた可撓性基材７を有する研磨パッド２０が示されている。図１と同種の構造が同じ符号によって指定されている。本明細書で定義する「可撓性」とは、材料が１〜５GPaの曲弾性率を有することをいう。可撓性基材７は、たとえば、ポリエステルフィルムであってもよい。可撓性基材７のための他の典型的な材料は、ポリイミドフィルム、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンを包含する。可撓性基材７は、図２に示すように片側だけを覆ってもよいし、その両側を覆ってもよい（図示せず）。可撓性基材７は、有利には、増強された電気チューニング能力及び制御を研磨パッド２０に提供する。可撓性基材７は、厚さＴ３が０．０２５mm〜０．５mmである。好ましくは、厚さＴ３は０．０７５mm〜０．３７５mmである。より好ましくは、厚さＴ３は０．１２５mm〜０．２５mmである。
【００２５】
次に図３を参照すると、本発明のさらに別の実施態様が示され、回路化された可撓性基材９を有する研磨パッド３０が示されている。回路化された可撓性基材９は、有利には、増強された電気チューニング能力及び制御を研磨パッド３０に提供する。基材９の材料は、上記図２の可撓性基材７の材料と同種であってもよい。回路１５は上回路１３及び下回路１１を含む。回路１５は、たとえば、金属（アルミニウム、銅、タングステン、銀、金など）、合金、グラファイト、カーボン及び導電性ポリマーの１種以上で形成されていることができる。回路１５に好ましい材料としては、銅、銅ベースの合金、カーボンならびに貴金属、たとえばロジウム、白金、銀、金及びそれらの合金がある。
【００２６】
上下の回路１３、１１は、基材９の厚さＴ４を通して導電性を提供する。このようにして、回路１５は、導電物（たとえばキャリヤ基材（カソード））と電気的に連絡することができる電極（アノード）として働く。回路１５は、ＥＣＭＰ加工を容易にするために良好な電気及び熱伝導性を考慮している。加えて、回路化された可撓性基材９は、厚さが０．０２５mm〜０．５mmである。好ましくは、基材９は、厚さが０．１２５mm〜０．２５mmである。
【００２７】
したがって、本発明は、エレクトロケミカルメカニカルポリッシング用の研磨パッドであって、導電性基材の上に重なる多孔性ポリマー層を含む研磨パッドを提供する。本発明では、導電性基材が、導電物と電気的に連絡することができる電極（カソード）として働くことができる。本発明の導電性基材は、ＥＣＭＰ加工を容易にするために良好な電気及び熱伝導性を発熱の減少とともに可能にする。加えて、多孔性ポリマーは、ＥＣＭＰを促進するための厚さＴ１を有する。厚さＴ１は、ＥＣＭＰ加工中の除去を最大限にしながらも最適化された平坦化を提供するのに十分な厚さを維持するように選択される。換言するならば、厚さＴ１は、カソード及びアノードが、不要な材料の除去を促進するための最大限の電位を提供しながらも、平坦化に十分な厚さを提供することができるように最適化される。
【００２８】
次に図４を参照すると、本発明の研磨パッドの断面図がＥＣＭＰシステムの一部として提示されている。この実施態様では、研磨パッド１０が示されている。パッド１０は研磨面２４を有する。研磨パッド１０はプラテン１７によって支持されている。金属層２１（たとえば銅）を有する基材（たとえばウェーハ）１９が基材キャリヤ２３に保持され、研磨パッド１０の研磨面２４と接触又は非常に近接する位置に配されている。電解研磨流体２５が研磨面２４と基材金属層２１との間に配置されている。
【００２９】
導電性基材５（カソード）が電気コネクタシステム３１を介して負端子２９で電源２７に接続されている。基材キャリア２３が配線３５を介して正端子３３で電源２７に接続されて、基材１９（又は、より具体的には金属層２１）をアノードとして効果的に作用させる。したがって、導電性研磨流体２５を介してアノードとカソード（導電性基材５）との間に電気接続（回路）が設けられる。
【００３０】
特定のタイプのＥＣＭＰシステム（回転研磨システム、軌道研磨システム、リニアベルト研磨システム及びウェブベースの研磨システム）では、研磨パッドが電源に対して回転する。したがって、さらに図４を参照すると、図示するＥＣＭＰシステムは、研磨パッド１０が電源２７に対して動く場合でさえ、導電性基材５と電源２７との間に電気接続を維持するように適合されている、前述の電気コネクタシステム３１を含む。電気コネクタシステム３１は、種々の研磨システムに伴う異なるパッド運動を受け入れるように適合されている。たとえば、IPEC  472、AMAT  Mirra、Speedfam  Auriga、Strasburg  6DSのような回転研磨機では、側面取り付け接続、プラテン貫通接続又は終点ケーブルセットアップを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の研磨パッドの典型的な実施態様を示す図である。
【図２】本発明の研磨パッドのもう一つの典型的な実施態様を示す図である。
【図３】本発明の研磨パッドのさらに別の典型的な実施態様を示す図である。
【図４】本発明の研磨パッドを使用するＥＣＭＰシステムを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
1. Title of Invention
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2. Detailed Description of Invention
2005335062.tif 000008
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2005335062.tif 000010
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2005335062.tif 000013
2005335062.tif 000014
2005335062.tif 000015
3. Brief Description of Drawings
2005335062.tif 000016
1.Claims
2005335062.tif 000017
2005335062.tif 000018
1. Abstract
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2. Representative Drawing
None
Fig. 1
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Fig. 2
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Fig. 3
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Fig. 4
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