(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体ウェハを研磨するための化学機械研磨パッドを提供する。【解決手段】研磨パッド１００は、熱可塑性バッキング・フィルム１０５と、前記熱可塑性バッキング・フィルム１１０に結合した感圧接着剤１１５を含む。前記感圧接着剤１１５は、化学機械研磨パッド１００を研磨盤に接着するように構成されている。前記感圧接着剤１１５はさらに、少なくとも約４日間ｐＨが４以上の研磨スラリ媒体に曝露しても、前記化学機械研磨パッド１００が前記研磨盤から剥離することが実質的に防止できる界面を形成するように構成されている。【選択図】図１
2005303121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性バッキング・フィルムと、
前記熱可塑性バッキング・フィルムに結合した感圧接着剤を備え、
前記感圧接着剤は、化学機械研磨パッドを研磨盤に結合し、少なくとも４日間ｐＨが４以上の研磨スラリ媒体に曝露しても、前記化学機械研磨パッドが前記研磨盤から剥離することを実質的に防止できる界面を形成するように構成された、
半導体ウェハを研磨するための化学機械研磨パッド。
【請求項２】
前記感圧接着剤は両面感圧接着剤であり、第１の面には前記研磨盤に結合可能なシリコーン系接着剤を有し、第２の面には前記熱可塑性バッキング・フィルムに結合可能なアクリル系接着剤を有する、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項３】
前記シリコーン系接着剤の抽出物が、前記シリコーン系接着剤の抽出物１ｇ当たり、８０４ｃｍ−１における吸収単位が１００未満に相当するモノマー性シリコーンを有する、請求項２に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項４】
前記感圧接着剤がさらに、ポリエステルを含み、前記シリコーン系接着剤と、前記アクリル系接着剤との間に位置するキャリヤー・フィルムを含む、請求項２に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項５】
前記熱可塑性バッキング・フィルムが、高密度ポリエチレンである、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項６】
前記熱可塑性バッキング・フィルムに結合された発泡熱可塑性研磨体をさらに含み、前記発泡熱可塑性研磨体は、架橋エチレン酢酸ビニル共重合体と、低密度または中密度ポリエチレン共重合体との混合物からなる独立気泡発泡体であり、エチレン酢酸ビニルとポリエチレンとの比が、１：９〜９：１である、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項７】
前記混合物のエチレン酢酸ビニルとポリエチレンとの比が、０．６：９．４〜１．８：８．２である、請求項６に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項８】
前記発泡熱可塑性研磨体が、凹面気泡と、前記凹面気泡の内面を被覆する研磨剤からなる表面を有する、請求項７に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項９】
前記研磨剤が、非晶質シリカまたは酸化チタンである、請求項８に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項１０】
発泡熱可塑性研磨体を用意し、
前記発泡熱可塑性研磨体に熱可塑性バッキング・フィルムを積層し、
感圧接着剤を前記熱可塑性バッキング・フィルムに結合する工程により製造され、
前記感圧接着剤は、化学機械研磨パッドを研磨盤に結合し、少なくとも４日間ｐＨが４以上の研磨スラリ媒体に曝露しても、前記化学機械研磨パッドが前記研磨盤から剥離することを実質的に防止できる界面を形成するように構成された、
半導体ウェハを研磨するための化学機械研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス、半導体、誘電体・金属複合体、磁気大量記憶媒体、集積回路などの品目に、平滑で、超平坦な表面を形成するために使用する研磨パッドに関するものである。さらに具体的には、本発明は、特定の研磨パッド保持体を研磨装置に接着して、剥離が生じるまでのパッドの耐用寿命を延長させるのに適した接着材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、ＶＬＳＩ集積回路の製造における平坦化技術として広く使用されている。ＣＭＰは、ＩＣの加工において、各種の材料を平坦化する可能性を有するが、半導体ウェハ上のメタライズされた層や、中間の誘電体を平坦化したり、浅いトレンチ分離のために基板を平坦化したりするために、最も広範に使用される。
【０００３】
浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）では、たとえば大面積のフィールド酸化膜は研磨して、出発材料であるウェハを平坦にしなければならない。従来のエッチング処理を使用して、ウェハを直径全体にわたって許容できる平坦度を得ることには成功していない。しかし、従来のＣＭＰ、すなわち機械的研磨ホイールと化学エッチング液を使用してウェハを研磨すると、不要の酸化物が除去されて、高度な平坦度が得られる。
【０００４】
同様に、多層メタライゼーション処理では、多層構造中の各層が不規則な断面形状の原因となる。工程の進行に従って中間の誘電体層を平坦化することは、現在、多くの最新技術によるＩＣ製作工程で、好ましい場合が多い。金属層を高度に平坦化することは、共通した目的であり、このことはプラグ間隔接続を使用することにより促進される。プラグ形成のための好ましい方法は、たとえばＷ、Ｔｉ、ＴｉＮを含む厚い金属層を中間の誘電体上および中間のウインドウ中の全面に付着させた後、ＣＭＰを使用して過剰の金属を除去する方法である。ＣＭＰは、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｗ２Ｏ５などの酸化物層を研磨したり、Ｓｉ３Ｎ４、ＴａＮ、ＴｉＮなどの窒化物層を研磨したりするのにも用いることができる。
【特許文献１】米国特許第６，４１９，５５６号
【特許文献２】米国特許第６，０９９，９５４号
【特許文献３】米国特許第６，４２５，８１６号
【特許文献４】米国特許第６，４２５，８０３号
【非特許文献１】ＡＳＴＭ  Ｄ  ３５７６
【非特許文献２】Ｐｅｒｅｚ，ｅｔ  ａｌ．、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉ．、Ｖｏｌ．６８（１９９８）、１２３７〜１２４４ページ
【特許文献５】米国特許出願第０９／９９４，４０７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の研磨パッドの材料にはいくつかの欠陥がある。ポリウレタン、ポリカーボネート、ナイロン、尿素樹脂、フェルト、ポリエステルなど、各種の材料は、固有の研磨能力が低く、したがって未加工の状態では研磨パッドとしては使用されない。ある例では、機械的または化学的にテクスチャー加工することによってこれらの材料を変形させ、これにより研磨に使用できるようにしている。他に、ウェハの研磨が不均一になるのを防止するために重要な考慮として、研磨パッドを研磨機の研磨盤に取り付けるのに使用するバッキング・フィルムの選択と寿命が挙げられる。バッキング・フィルムは、研磨中のウェハへの衝撃を和らげ、ウェハまたはバッキング・プレートの厚みのばらつきを補正する。さらに他の考慮として、研磨パッドを研磨盤に取り付けるのに使用する接着剤が挙げられる。
【０００６】
化学機械研磨に使用するスラリは、研磨機の研磨盤から研磨パッドが剥離する原因となることが考えられる。その後の問題は、剥離の所期に生じるウェハの不満足な平坦化によって、ウェハの品質が低下することから、剥離した研磨パッドが稼働中の研磨機から飛散した場合、ウェハや研磨装置が完全に破損することにまで及んでいる。剥離は、研磨パッドを研磨機の研磨盤に固定するのに使用する接着剤が、スラリにより化学的に侵された場合に生じると考えられる。換言すれば、このことはおそらく接着剤の溶解により、接着剤と研磨盤との界面で接着不良が生じるためである。剥離が集積回路生産コスト全体に著しい影響を与えるため、十分に高品質の半導体ウェハの生産数が減少する。
【０００７】
剥離による生産の損失を減少させるひとつの方法は、研磨パッドを研磨盤に強力に接着する接着剤を使用することである。この方法は、研磨パッドが研磨盤に強固に接着されていれば、研磨スラリは研磨盤と研磨パッドとの間に進入しにくくなり、剥離を生じることがなくなるという概念に基づくものである。しかし、この方法の問題のひとつは、研磨パッドの交換がきわめて困難になることである。このようなパッドを研磨盤から容易に剥がすには、通常特殊な装置が必要になる。研磨盤の表面に接着剤が残ることが多く、研磨盤から接着剤を除去するのに有機溶剤が必要になる。このような余分な除去・洗浄工程によって、集積回路製造全体の時間とコストが増加する。
【０００８】
したがって、必要とされるものは、ウェハの表面を高度に平坦にすることが可能で、ＣＭＰの間の寿命が改善され、しかも上記の問題を生じることがない、改善されたＣＭＰパッドである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の問題に対処するため、本発明の一実施形態では、本発明は半導体ウェハを研磨するための化学機械研磨パッドを提供する。この研磨パッドは、熱可塑性バッキング・フィルムと、前記熱可塑性バッキング・フィルムに結合した感圧接着剤を含む。前記感圧接着剤は、化学機械研磨パッドを研磨盤に接着して、少なくとも約４日間ｐＨが４以上の研磨スラリ媒体に曝露しても、前記化学機械研磨パッドが前記研磨盤から剥離することが実質的に防止できる界面を形成するように構成されている。
【００１０】
他の実施の形態では、本発明は化学機械研磨パッドの製法を提供する。この方法は、発泡熱可塑性研磨体を形成し、前記発泡熱可塑性研磨体に熱可塑性バッキング・フィルムを積層する工程を備える。この方法はさらに、感圧接着剤を前記熱可塑性バッキング・フィルムに結合する工程を備える。前記感圧接着剤は、化学機械研磨パッドを研磨盤に接着して、上述のように界面を形成するように構成されている。本発明のさらに他の実施の形態は、上述の方法により製造された半導体ウェハを研磨するための化学機械研磨パッドである。
【００１１】
前記のものは、当業者が以下の本発明の詳細な説明をより良く理解できるように、本発明の好ましい特長および代替的特長の概要である。本発明の請求範囲の主題を形成する更なる特長について以下に述べる。当業者は、本発明と同様の目的を実行するに当たり、他の構造を設計または変更するための基盤として、開示された概念および特定の実施形態を容易に利用できることを、理解できるであろう。また、当業者は、このような同等の構成が本発明の範囲から逸脱しないことも理解できるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、従来の研磨パッドと接着剤との組合せと比較して、長い耐用寿命にわたって研磨品質に優れる研磨パッドのバッキング・フィルムと接着材料との組合せを開示する。特に、ある種の接着剤とプラスチックのバッキング・フィルムとの組合せが、酸性および酸化性の条件に対して驚異的に良好な耐性を示し、しかも水平（研磨盤）面では良好なせん断強さを保持し、垂直（研磨盤に対して直角）面では剥離強さが低いことが見出された。特に、研磨盤側の接着剤がシリコーン系の接着剤を有し、バッキング・フィルム研磨盤側の接着剤がアクリル系の接着剤を有する両面感圧接着剤（ＰＳＡ）が、剥離に対して驚異的に良好な耐性を示すことが発見された。シリコーン系の接着剤のＣＭＰスラリによる化学的浸食への耐性によって、耐剥離性が得られると考えられる。さらに、スラリが研磨盤と接着剤との界面への進入がきわめて少なく、したがって研磨盤と接着剤との界面の周辺のみがスラリと接触することになる。
【００１３】
シリコーン系の接着剤をＣＭＰに適用することは、接着剤からのシリコーン化合物がシリコン・ウェハに浸透して、不可逆的にウェハを汚染するという、従来の概念に反している。特に、不安定なポリシロキサンのモノマー成分が、シリコン・ウェハの表面と反応し、ウェハの半導体としての特性に有害な変化の原因となると、長い間考えられていた。本発明は、シリコーン系の接着剤を研磨盤側のみに使用する、スラリの研磨盤と接着剤との界面への進入が少ない、シリコーン系の接着剤は本質的にＣＭＰスラリによる化学的浸食への耐性を有する、などの理由により、これらの問題を回避している。
【００１４】
本発明では、研磨パッド材料、特にバッキング・フィルムを、化学的もしくは機械的作用、または両方の作用により、研磨盤に接着することが可能で、水、水以外の溶剤、加圧、加熱、冷却、その他の手段により活性化可能な材料をいう。「感圧接着剤」の用語は、室温で、短時間加圧するだけで表面に接着する種類の接着剤をいう。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態による、半導体ウェハを研磨するための化学機械研磨パッド１００を示す。研磨パッド１００は、熱可塑性バッキング・フィルム１０５と、熱可塑性バッキング・フィルム１０５に接着した感圧接着剤１１０を含んでいる。感圧接着剤１１０は、化学機械研磨パッド１００を研磨盤１１５に接着するように構成されている。
【００１６】
感圧接着剤１１０はさらに、少なくとも約４日間ｐＨが４以上の研磨スラリ媒体１２５に曝露しても、化学機械研磨パッド１００が研磨盤１１５から剥離することが実質的に防止できる界面１２０を形成するように構成されている。さらに好ましくは、研磨スラリ媒体１２５に露出して、少なくとも１４日間防止される。実質的な剥離の防止は、下記の実験の部でさらに説明するが、界面１２０へのスラリの進入１３０が約２ｍｍ未満であることによって示される。
【００１７】
研磨パッド１００の好ましい実施の形態は、前記研磨盤１１５に結合可能な第１の側１３５にシリコーン系の接着剤を有し、前記バッキング・フィルム１０５に結合可能な第２の側１４０にアクリル系接着剤を有する両面感圧接着剤１１０を含む。通常、研磨盤１１５は高い表面エネルギーを有するため、シリコーン系の接着剤は、第１の側１３５のみに有することが望ましい。熱可塑性バッキング・フィルム１０５は通常表面エネルギーが低い材料で、たとえば、研磨パッド１００を研磨盤１１５に十分な接着強度で接着させるシリコーン系の接着剤とは接着しない高密度ポリエチレンで形成される。
【００１８】
感圧接着剤１１０は、モノマー性シリコーンの含有量が低いことが望ましい。これは、研磨する半導体ウェハを汚染する可能性を少なくするためである。原理的には本発明の範囲を限定するものではないが、このような汚染の原因となる可能性があるのは、感圧接着剤１１０の第１の側１３５上にあるシリコーン系接着剤からであることを前提とする。シリコーン系接着剤のモノマー性シリコーン含有量は、研磨中は第１の側１３５の範囲内にとどめる程度に低いことが理想的である。
【００１９】
感圧接着剤１１０のモノマー性シリコーン含有量は、従来の製法により、十分なレベルまで減少させることができる。完成したテープ構成中のモノマー性シリコーンのレベルは、当業者に周知の、いくつもの従来の抽出手段により決定することができる。たとえば、感圧接着剤１１０または第１の側１３５上にあるシリコーン系接着剤から、エタノールでモノマー性シリコーンを抽出した後、窒素雰囲気中で再乾燥させることができる。次に、抽出残渣を窒素中で乾燥し、シリコーン含有量を、たとえば赤外線分光分析で、８０４ｃｍ−１におけるシリコーンのピークを測定することにより分析することができる。好ましい実施の形態では、たとえばシリコーン系接着剤のエタノール抽出物からの乾燥サンプルは、シリコーン含有量が８０４ｃｍ−１において１グラム当たり約１００吸収単位未満に相当する。抽出物の８０４ｃｍ−１におけるサンプル重量当たりの吸収単位は、約５０未満が好ましく、約２０未満がさらに好ましい。
【００２０】
研磨パッド１００の他の好ましい実施の形態では、感圧接着剤１１０はさらに、感圧接着剤の第１の側１３５と第２の側１４０との間に、たとえばポリエステルのキャリヤー・フィルム１４５を有する。キャリヤー・フィルム１４５は、研磨盤または熱可塑性バッキング・フィルムより強くキャリヤー・フィルムに接着する、シリコーン系およびアクリル系接着剤に対する表面エネルギーがそれぞれ十分に高い他の重合体材料であってもよい。このような材料の例には、ナイロン、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、および可塑化しないポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）がある。
【００２１】
研磨パッド１００のさらに他の好ましい実施の形態では、バッキング・フィルム１０５は高密度ポリエチレン（すなわち密度が約０．９６ｇｍ／ｃｃより高い）であり、さらに好ましくは凝縮した高密度ポリエチレンである。バッキング・フィルム１０５として使用するのに好適な高密度ポリエチレンには、製品番号ＤＧＤＡ−２４９０およびＤＧＤＡ−２４８０（ダウケミカル）、製品番号パクソン（Ｐａｘｏｎ）ＢＡ７７１８およびエスコレン（Ｅｓｃｏｒｅｎｅ）ＨＤ７８４５（エクソン）がある。バッキング・フィルム１０５に好適な他の材料には、凝縮した低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、酢酸エチルビニル・ポリオレフィン共重合体（ＥＢＡＯ）、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）、熱可塑性ゴム（ＴＰＲ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド６，６、アジピン酸−１，６−ヘキサンジアミン共重合体（ＰＡ６）、および熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）がある。バッキング・フィルム１０５の厚みは、約５〜約５０ミル（約０．１３〜１．３ｍｍ）が好ましい。
【００２２】
界面１２０は、研磨盤１５０の回転面に平行な面のせん断強さが高いことが望ましい。たとえば、界面１２０は、研磨盤１５０の面に平行な面のせん断強さが、室温（約７２゜Ｆ（約２２℃））で、少なくとも１０００ｇで１０，０００時間、１５８゜Ｆ（７０℃）で、５００ｇで１０，０００時間である。
【００２３】
同時に、研磨パッドの交換を容易にするため、界面１２０が面研磨の方向１５５に対して直角方向の剥離強さが中程度であることが望ましい。たとえば、界面１２０は、室温（約７２゜Ｆ（約２２℃））で７２時間滞留後の剥離強さが、約１〜約２００オンス／インチ（約１１〜約２２００ｇ／ｃｍ）、好ましくは約１０〜約１５０オンス／インチ（約１１０〜約１７００ｇ／ｃｍ）、さらに好ましくは約１０〜約５０オンス／インチ（約１１０〜約５６０ｇ／ｃｍ）である。たとえば、１０容量％のＨ２Ｏ２を含む、ｐＨ４の研磨スラリ媒体１２５中で、剥離強さが少なくとも約２４時間、ほぼ一定に維持されることが好ましい。
【００２４】
研磨パッドの他の実施態様は、さらに熱可塑性バッキング・フィルム１０５に接着された熱可塑性発泡研磨体１６０を含む。特定の実施態様では、この熱可塑性発泡研磨体１６０は、ポリエチレン、ポリプロピレン、これらの組合せなどの架橋ポリオレフィンで形成される。特定の実施態様では、この熱可塑性発泡研磨体１６０は、独立気泡を有する架橋ホモポリマーまたは共重合体の発泡体で形成される。独立気泡を有するポリエチレン（ＰＥ）架橋ホモポリマーには、たとえばボルテック（Ｖｏｌｔｅｋ）社（米国マサチューセッツ州ローレンス）のボラーラ（Ｖｏｌａｒａ（商標））およびボレクストラ（Ｖｏｌｅｘｔｒａ（商標））、ＪＭＳプラスチックスサプライ社（ＪＭＳ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｓｕｐｐｌｙ，Ｉｎｃ．、米国ニュージャージー州ネプチューン）のアリプラスト（Ａｌｉｐｌａｓｔ（商標））、ロジャース社（Ｒｏｇｅｒｓ  Ｃｏｒｐ．、米国コネチカット州ロジャース）のセンフレックスＴセル（Ｓｅｎｆｌｅｘ  Ｔ−Ｃｅｌｌ（商標））などがある。ポリエチレンおよびエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）の架橋共重合体には、たとえばボルテック社のボラーラ（商標）およびボレクストラ（商標）、ロジャース社のセンフレックスＥＶＡ（Ｓｅｎｆｌｅｘ  ＥＶＡ（商標））、およびＪＭＳプラスチックスサプライ社のＪフォーム（Ｊ−ｆｏａｍ（商標））などがある。
【００２５】
他の好ましい実施形態では、熱可塑性発泡研磨体１６０の独立気泡を有する発泡体は、架橋エチレン酢酸ビニル共重合体と、低密度ポリエチレン共重合体とのブレンド（すなわち、好ましくは密度約０．１〜約０．３ｇ／ｍｌ）で形成される。さらに他の好ましい実施形態では、ブレンドのエチレン酢酸ビニル共重合体とポリエチレンの重量比は約１：９〜約９：１である。ある種の好ましい実施形態では、ブレンドは約５〜約４５重量％、好ましくは約６〜約２５重量％、さらに好ましくは約１２〜約２４重量％のＥＶＡを含む。このようなブレンドにより、下記に説明するような小さい凹面気泡が生成する。さらに好ましい実施形態では、ブレンドのエチレン酢酸ビニル共重合体とポリエチレンの重量比は約０．６：９．４〜約１．８：８．２である。またさらに好ましい実施形態では、ブレンドのエチレン酢酸ビニル共重合体とポリエチレンの重量比は約０．６：９．４〜約１．２：８．８である。
【００２６】
さらに他の好ましい実施形態では、熱可塑性発泡研磨体１６０は、少なくとも８５重量％のキシレン不溶材料を有する。キシレン不溶材料を測定する方法は、当業者には周知である。このような方法は、たとえばブレンドをキシレンに１２０℃で２４時間温浸した後、残留する不溶材料を乾燥し、温浸前の材料の重量と比較する方法である。
【００２７】
熱可塑性発泡研磨体１６０はさらに、２５重量％までの無機フィラー材料を含むものでもよい。無機フィラーは、発泡基板に半透明性、色、または潤滑性を与えるものとして当業者に周知の、第Ｉ族、第ＩＩ族、または遷移金属を含むものでよい。たとえば、無機フィラーは、タルク、酸化チタン、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、および亜鉛塩からなる群から選択することができる。ある種の好ましい実施形態における熱可塑性発泡研磨体１６０は、約１７重量％のタルクを含有する。他の実施形態では、フィラーは、シリカ（約２０〜約２５重量％）、酸化亜鉛（約１重量％）、ステアリン酸（約１重量％）、および当業者に周知の他の添加剤および着色剤（約２％まで）を含有する。他の従来のフィラー材料、たとえば米国特許第６，４１９，５５６号、第６，０９９，９５４号、第６，４２５，８１６号、および第６，４２５，８０３号に開示されたフィラー材料も、本発明の範囲内である。
【００２８】
さらに他の好ましい実施形態では、研磨体１６０は、フィラー粒子を含有する基板を有する熱伝導性重合体で形成される。第ＩＩ族の塩を含有するフィラー粒子が基板に内蔵されている。たとえば第ＩＩ族の塩は、周期律表の第ＩＩ族に含まれる陽イオン型の元素であればよいが、好ましくはマグネシウム（ＩＩ）の、適合する陰イオンを伴う、酸化物が好ましい。このような研磨体１６０は、従来の研磨パッドと比較して熱伝導性が高いため、研磨工程に固有の摩擦や発熱化学反応により生じる熱の放散が改善される。さらに、特定の種類、量、形状、および大きさのフィラー粒子を選択して使用することにより、研磨中の熱を制御することができる。
【００２９】
本発明のある種の実施形態では、第ＩＩ族の塩は、硫酸塩、ステアリン酸塩、炭酸塩のいずれかの陰イオンを含む。ある種の好ましい実施形態では、第ＩＩ族の塩は、酸化マグネシウム、酸化カルシウムなど、酸化物の陰イオンを含む。他の好ましい実施形態では、第ＩＩ族の塩は、水酸化マグネシウムなど、水酸化物の陰イオンを含む。陰イオンが水酸化物である実施形態では、水酸化物の酸化物と水への吸熱分解が、熱の制御と、ＣＭＰ中の濡れを改善するのに有利な役割を果たすと考えられる。
【００３０】
ある種の実施形態では、熱伝導性重合体は、約１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、好ましくは約５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１超、最も好ましくは約１５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１〜約２０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１の熱伝導率を有する。高い熱伝導性を有するのに加えて、研磨する半導体ウェハ上のトランジスタまたは他の電気部品の機能への、短絡などの有害な影響を避けるため、研磨体１６０は電気的に中性、または非導電性であることも好ましい。たとえば、熱伝導性重合体は、体積抵抗率が２５℃で約１×１０１５Ω・ｃｍ−３を超え、好ましくは２５℃で約５×１０１５Ω・ｃｍ−３を超える。さらに、ある種の実施形態では、熱伝導性重合体は、ｐＨが約２〜約１２の範囲で、安定である。本明細書で使用する「安定」の語は、熱伝導性重合体が研磨機に使用された場合、ＣＭＰスラリ中で分解する視覚的兆候を示したり、使用中に擦り切れたり寸断したりしないことを意味する。さらに、熱伝導性重合体は、ピエゾクロミック効果を受けない。したがって、ＣＭＰに伴う圧力負荷は、重合体の熱伝導性にほとんど影響を与えない。このような圧力負荷は、たとえば、約０．１ｐｓｉ（０．００７ｋｇ／ｃｍ２）〜約５０ｐｓｉ（３．５ｋｇ／ｃｍ２）、好ましくは約０．５ｐｓｉ（０．０３５ｋｇ／ｃｍ２）〜約１０ｐｓｉ（０．７ｋｇ／ｃｍ２）、さらに好ましくは約１ｐｓｉ（０．０７ｋｇ／ｃｍ２）〜約８ｐｓｉ（０．５６ｋｇ／ｃｍ２）である。
【００３１】
上述の基板は、ＣＭＰ用途の研磨パッドに使用し、全体にフィラー粒子を混合するのに適合する、どのような重合体でもよい。たとえば、ある種の実施形態では、基板はポリウレタン、ポリオレフィン、またはポリビニルエステルで構成することができる。基板の代替実施形態には、尿素樹脂、ポリカーボネート、脂肪族ポリケトン、ポリスルホン、芳香族ポリケトン、６，６ナイロン、６，１２ナイロン、またはポリアミドが含まれる。他の実施形態では、基板は熱可塑性ゴムまたは溶融加工可能なゴムである。しかし、基板が独立気泡を有するポリプロピレン、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、またはポリ酢酸ビニルで構成されたものも、本発明の範囲内である。
【００３２】
概算として、所定のフィラー粒子の組成、寸法、および形状に対して、熱伝導率は存在するフィラーの量に比例して増大する。たとえば、ある種の実施形態では、フィラー粒子は少なくとも約２０重量％、好ましくは約４０〜約７０重量％の熱伝導性重合体を含む。フィラー粒子の寸法および形状も、熱伝導性重合体の熱伝導率の範囲に影響を与える。たとえば、ある種の好ましい実施形態では、フィラー粒子は球形である。他の好ましい実施形態では、フィラー粒子の平均粒径は、約５０μｍ〜約１μｍの範囲、好ましくは約５μｍ〜約１μｍの範囲である。ある種の好ましい実施形態では、フィラー粒子は基板中に粒子が均一に分布するように、実質的に基板全体に混合される。
【００３３】
熱可塑性発泡研磨体１６０は、バッキング・フィルム１０５を研磨盤１１５に接着するのに使用する感圧接着剤１１０などの、接着剤１６２を介して熱可塑性バッキング・フィルム１０５に接着する。代替方法として、熱可塑性発泡研磨体１６０は、熱溶接し、または溶融したバッキング・フィルム１０５を熱可塑性発泡研磨体１６０のシートに押出コーティングする。接着は、化学結合法を用いて行うこともできる。ある種の好ましい実施形態では、熱可塑性発泡研磨体１６０は凹面気泡１７０を含む表面と、凹面気泡１７０の内面１８０をコーティングする研磨剤１７５を有する。
【００３４】
ある種の実施形態では、熱可塑性発泡研磨体１６０は、研磨体全体に形成された気泡１６５を有する。ある種の好ましい実施形態では、気泡１６５はほぼ長球状である、他の好ましい実施形態では、気泡１６５の寸法は、基板をスカイビング仕上げする際、基板表面に開いた、凹面気泡１７０の平均寸法が約１００μｍ〜６００μｍとなるような寸法である。凹面気泡１６５の平均寸法は、約１００μｍ〜約３５０μｍ、好ましくは約１００μｍ〜約２５０μｍ、さらに好ましくは約１１５μｍ〜約２００μｍである。気泡１６５の寸法は、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ、ペンシルベニア州ウェストコンショホッケン）が開発し、発表した標準プロトコル、たとえば本明細書に参照として添付されたＡＳＴＭ  Ｄ３５７６などを用いて測定することができる。ある種の好ましい実施形態では、気泡１６５の形状がほぼ球形である場合、気泡の寸法は、気泡の平均直径にほぼ等しい。たとえば、ＥＶＡ共重合体で形成された実施形態では、気泡の直径は、ペレスら（Ｐｅｒｅｚ，ｅｔ  ａｌ．）が、本明細書に参照として添付されたＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉ．、Ｖｏｌ．６８（１９９８）、１２３７〜１２４４ページに開示したように、共重合体ブレンドのＥＶＡ含有量の関数である。ペレスらが開示したように、かさ密度と気泡密度は逆の関係にある。したがって、他の好ましい実施形態では、基板表面の凹面気泡１７０の密度は、２．５〜約１００個（ｃｅｌｌ）／ｍｍ２、好ましくは約６０〜１００個／ｍｍ２である。気泡密度は、たとえば基板表面の顕微鏡像を目視で観察することにより測定することができる。
【００３５】
研磨剤１７５は、本明細書に参照として添付されたＹａｗ  Ｓ，ＯｂｅｎｇおよびＥｄｗａｒｄ  Ｍ．Ｙｏｋｌｅｙの米国特許出願第０９／９９４，４０７号、「Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ａｌｔｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ  Ｔｈｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ａ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  Ｐａｄ  ａｎｄ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｔｈｅｒｅｆｏｒ」に開示されているように、１種または複数のセラミック化合物と、研磨体表面の二次反応物質とグラフト重合することによって得られた１種または複数の有機重合体で構成される。セラミック研磨剤１７５は、グラフト重合した表面を形成するための二次反応物質として、酸素を含有する有機金属化合物を使用した場合に得られる無機金属酸化物で構成することができる。たとえば、ある種の実施形態では、研磨剤１７５は、非晶質のシリカまたは酸化チタンである。このような実施形態では、二次プラズマがチタンを含んでいる。他の例には、マンガンまたはタンタルなどの遷移金属を含む二次プラズマ混合物がある。しかし、１個以上の酸素原子を含有する金属エステルなど、揮発性有機金属化合物を生成することができ、重合体表面とグラフト重合することができる、どのような金属元素でも適している。
【００３６】
ケイ素も、有機金属二次プラズマ混合物の金属部分として使用することができる。これらの実施形態では、有機金属試薬の有機部分は、エステル、酢酸塩、またはアルコキシ・フラグメントとすることができる。好ましい実施形態では、研磨剤１７５は、二酸化ケイ素、二酸化チタンなどの酸化ケイ素および酸化チタンからなるセラミック、テトラエトキシシラン重合体、チタンアルコキシド重合体からなる群から選択される。
【００３７】
しかし、他の多数の二次反応物質を、セラミック研磨剤１７５の製造に使用することができる。二次プラズマ反応物質には、オゾン、アルコキシシラン、水、アンモニア、アルコール類、ミネラルスピリット、過酸化水素などがある。たとえば、好ましい実施形態では、二次プラズマ反応物質は、チタンエステル類、アルコキシド部分が１〜５個の炭素原子を有するタンタルアルコキシド類、酢酸マンガンの水溶液、マンガンアルコキシドのミネラルスピリット溶液、酢酸マンガン、マンガンアセチルアセトネート、アルミニウムアルコキシド類、アルコキシアルミネート類、酸化アルミニウム類、アルコキシド部分が１〜５個の炭素原子を有するジルコニウムアルコキシド類、酢酸マグネシウム、またはマグネシウムアセチルアセトネートで構成することができる。二次プラズマ反応物質として、たとえばアルコキシシラン類とオゾン、アルコキシシラン類とアンモニア、チタンエステル類と水、チタンエステル類とアルコール類、チタンエステル類とオゾンなど、他の実施形態も考えられる。
【００３８】
代替方法として、有機化合物が二次プラズマ反応物質として使用される場合には、研磨剤１７５は有機重合体で構成することができる。このような二次反応物質には、アリルアルコール類、アリルアミン類、アルキル基が１〜８個の炭素原子を有するアリルアルキルアミン類、アリルエーテル類、アルキル基が１〜８個の炭素原子を有する第二アミン類、アルキル基が１〜８個の炭素原子を有するアルキルヒドラジン類、アクリル酸、メタクリル酸、１〜８個の炭素原子を有するアクリル酸エステル、１〜８個の炭素原子を有するメタクリル酸エステル、ビニルピリジン、および酢酸ビニルなどのビニルエステル類がある。ある種の好ましい実施形態では、研磨剤１７５は、ポリアルコール類とポリアミン類からなる重合体の群から選択される。
【００３９】
好ましい実施形態である研磨装置１８０の研磨パッド１００を図１に示す。研磨機１８０は、機械的に駆動されるキャリア・ヘッド１８５と、半導体ウェハ１９５を固定するキャリア・リング１９０を備える。キャリア・ヘッド１８５は、研磨盤１１５に相対して位置することが可能で、研磨盤１１５に研磨力を与える。
【００４０】
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明のさらに他の実施形態である化学機械研磨パッド２００を製造する方法の、選択された工程の断面を示す。図２Ａに示すように、この方法は、熱可塑性発泡研磨体２０５を形成する工程を備える。図２Ｂに示すように、この方法はまた、熱可塑性バッキング・フィルム２１０を、熱可塑性発泡研磨体２０５に積層する工程を備える。積層は、従来の接着剤、たとえばエポキシもしくは当業者に周知の他の材料、または両面がアクリル系接着剤である両面材料などの感圧接着剤を用いる化学結合によって達成される。他の好ましい実施形態では、積層は、溶融したバッキング・フィルム材料を発泡体に押出コーティングすることによって達成され、一方さらに他の実施形態では、バッキング・フィルム２１０は、熱可塑性発泡研磨体２０５に熱溶接される。
【００４１】
この方法はさらに、感圧接着剤２１５を熱可塑性バッキング・フィルム２１０の接着する工程を含む（図２Ｃ）。上述のように、感圧接着剤２１５は、化学機械研磨パッド２００を研磨盤２２０に接着し、少なくとも約４日間ｐＨが４以上の研磨スラリ媒体に曝露しても、研磨パッド２００が研磨盤２２０から剥離することが実質的に防止できる界面２２５を形成するように構成されている。
【００４２】
感圧接着剤２１５は、好ましくはシリコーン系接着剤で構成される第１の側２３０と、アクリル系接着剤で構成される第２の側２３５とが、キャリヤー・フィルム２４０を挟んで構成される。アクリル系接着剤は熱可塑性バッキング・フィルム２１０に接着され、シリコーン系接着剤は研磨盤２２０に接着されるように構成されている。
【００４３】
本発明のさらに他の実施形態である、上述の方法で製造される半導体ウェハを研磨するための化学機械研磨パッドを図２Ｃに示す。上述の研磨体２０５、バッキング・フィルム２１０、および感圧接着剤２１５の実施の形態はいずれも、化学機械研磨パッド２００を製造する方法に使用できる。
【００４４】
たとえば、熱可塑性発泡研磨体２０５の形成は、発泡研磨体２０５内の気泡２４５を露出させて、凹面気泡２５５を有する表面２５０を形成し、凹面気泡の内面を研磨剤２６０で被覆する工程を含む。発泡研磨体２０５中の独立気泡２４５の大きさは、最終的に基板２５０上に形成される、凹面気泡２５５の大きさに影響を与える。いくつかの要因が、独立気泡２４５の大きさに影響する。エチレン酢酸ビニル共重合体とポリエチレンの相対量を制御することによって、発泡工程中に形成される気泡の大きさを有利に調整することができる。さらに、使用する発泡工程の種類によって、気泡の大きさが異なる。凹面気泡２５５の平均寸法が約１００μｍ〜約６００μｍ、気泡密度が最低約４．５個／ｍｍ２であることが好ましく、寸法が約１００μｍ〜約２００μｍ、気泡密度が最低約６０個／ｍｍ２であることがさらに好ましい。
【００４５】
発泡研磨体２０５を形成するには、当業者に周知の、従来のどのような発泡工程を使用してもよい。たとえば、発泡工程には、発泡研磨体２０５を形成する重合体をブレンダで混合する方法がある。また、発泡工程には、架橋を達成するための照射または化学的手段を用いて、発泡研磨体２０５中の重合体を架橋（ＸＬ）する方法がある。さらに、発泡工程には、発泡体２０５と発泡剤との混合物を、好ましくは加圧下で形成し、この混合物を従来のダイから押し出して、独立気泡の発泡体のシートを形成する方法がある。
【００４６】
気泡２４５を露出させて、凹面気泡２５５を有する表面を形成するためには、従来のどのような方法を使用してもよい。たとえば、露出させるには、発泡研磨体２０５を平坦な表面上に固定し、発泡研磨体２０５の表面から、薄い（すなわち、約１２００μｍ〜約２０００μｍ）層を切り出す方法がある。ある種の好ましい実施形態では、たとえばドイツ、アーヘン（Ａａｃｈｅｎ）のフェッケン・カーフェル（Ｆｅｃｋｅｎ−Ｋｉｒｆｅｌ）社製スカイビング装置を使用してスカイビングまたは切り出しを行うことができる。
【００４７】
研磨剤２６０による凹面気泡内面２５５のコーティングは、本明細書に参照として添付された米国特許出願第０９／９９４，４０７号に開示されたグラフティングを使用して達成される。ある種の実施形態では、コーティングは、凹面気泡の内面２５５を初期プラズマ反応物質（第１のプラズマ反応物質）に露出して、その上に変性した表面を形成することによって行う。コーティングはさらに、変性した表面を二次プラズマ反応物質（第２のプラズマ反応物質）に露出して、変性した表面上にグラフトした表面を形成することによって行う。グラフトした表面は研磨剤２６０を含む。一次および二次反応物質のいずれか、または米国特許出願第０９／９９４，４０７号に記載された手順は、発泡研磨体２０５の凹面気泡２４５の内面に、研磨剤２６０をコーティングするグラフティング工程で使用できる。
【００４８】
本発明について説明を行ったが、本発明は下記の実験を参照することにより、さらに明確になる。これらの実験は説明のためのみに示されたもので、本発明を限定すると解釈すべきではない。たとえば、下記の実験は実験室の設定で行われたものであり、当業者は、特定の数、寸法、および量を、実際のプラントにおける設定に適した値まで、調節することができる。
【実施例１】
【００４９】
異なる種類の媒体中での、スラリ進入の動力学と剥離強さとを特徴付けるため、数種類の市販のＰＳＡについて試験を行った。３Ｍカンパニー（米国ミネソタ州セントポール）の製品番号９７３１は、ポリエステルのキャリヤー・フィルムの片側にシリコーン接着剤、反対側にアクリル接着剤を有する両面ＰＳＡである。他の数種類の３Ｍ製品、９４２５（アクリル酸重合体とポリ塩化ビニルの混合物）、７０１ＤＬ、９４３０、９４９５ＬＳＥ、およびＮＰＥ−２０１も試験を行った。さらに、アドヒーシブ・リサーチ社（Ａｄｈｅｓｉｖｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｃ．、米国ペンシルベニア州グレンロック）の製品番号ＤＥＶ８９０６、ＤＥＶ８０４９２８、およびＥＬ８９１７、ならびにアベリー・デニソン社（Ａｖｅｒｙ  Ｄｅｎｎｉｓｏｎ  Ｉｎｃ．、米国オハイオ州ペインズビル）の、ポリエステルのキャリヤー・フィルムにアクリル接着剤を結合した製品番号ＦＴ８３００も試験を行った。
【実施例２】
【００５０】
ＰＳＡとバッキング・フィルムとの各種の組合せについて、ｐＨの異なる溶液の進入を調べた。ＰＳＡとバッキング・フィルムとは相互に接着し、パッドは市販の卓上型研磨機の研磨盤に接着した。化学機械研磨中のスラリの流れをシミュレートした、ｐＨ４〜１０の市販の緩衝液（フィッシャー・サイエンティフィック社（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）、米国ペンシルベニア州ピッツバーグ）の連続した流れに、アセンブリを浸漬した。ＰＳＡとバッキング・フィルムとの界面への溶液の進入は、流体の侵入の先端が移動する距離を測定することによって決定した。測定を容易にするため、ポリカーボネートまたは高密度ポリエチレンの透明熱可塑性シートを使用して、研磨盤のバッキング・フィルムをシミュレートした。
【００５１】
浸漬時間の平方根の関数として、進入をｍｍ単位で示した結果の例を、図３Ａ〜図３Ｉに示す。進入が拡散によって制限されるかどうかを見るため、進入データを時間の平方根の関数としてプロットしてある。直線は、拡散によって制限される機構を示す。製品番号９７３１は、他のＰＳＡより進入速度がかなり遅い。たとえば、ｐＨ４の溶液中では、（８０分）１／２（約４．４日）後に約２ｍｍ未満であり、中性及びアルカリ性のｐＨではさらに遅い速度（約１４日）であった。
【実施例３】
【００５２】
酸化性溶液が、各種の接着剤とバッキング・フィルムとの組合せに与える影響について調べた。実験は、ステンレススチール板とアルミニウム片に挟んだ各種のＰＳＡについて、１〜１０％のＨ２Ｏ２の存在下および非存在下で、ｐＨを約４に調整した溶液中に、０〜約２４時間浸漬した後の、ステンレススチール板とアルミニウム片に挟んだ各種のＰＳＡについて行った。剥離強さは、接着・剥離試験機ＡＲ−１０００（ケムインスツルメント社（Ｃｈｅｍｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ、米国オハイオ州メンター）製）を用いて９０°の検査角度で測定した。データの分析は、当メーカーから提供されたＥＺ  ＳＴＡＴＳ分析ソフトウェアを使用して行った。
【００５３】
オンス／インチ単位で示した結果の例を、図４に示す。これらの試験の結果は、製品番号９７３１が、Ｈ２Ｏ２によって発生するフリー・ラジカルおよび酸化性の種によって生じる変化に対して、他の接着剤よりも耐性が大きいことを示している。他の接着剤と異なり、製品番号９７３１の剥離強さは、少なくとも２４時間まで、使用が容易な中程度の一定な値を維持する。
【００５４】
本発明について詳細に説明したが、当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、各種の変更、置換、改変を行うことができることが理解できるであろう。
本発明をさらに完全に理解するため、添付の図と併せて下記の説明を参照にする。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明による研磨パッドを示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の原理による研磨パッドの製法における、選択された工程を示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の原理による研磨パッドの製法における、選択された工程を示す断面図である。
【図２Ｃ】本発明の原理による研磨パッドの製法における、選択された工程を示す断面図である。
【図３Ａ】本発明による感圧接着剤および他の接着剤の、進入試験データの例を示すグラフである。
【図３Ｂ】本発明による感圧接着剤および他の接着剤の、進入試験データの例を示すグラフである。
【図３Ｃ】本発明による感圧接着剤および他の接着剤の、進入試験データの例を示すグラフである。
【図３Ｄ】本発明による感圧接着剤および他の接着剤の、進入試験データの例を示すグラフである。
【図３Ｅ】本発明による感圧接着剤および他の接着剤の、進入試験データの例を示すグラフである。
【図３Ｆ】本発明による感圧接着剤および他の接着剤の、進入試験データの例を示すグラフである。
【図３Ｇ】本発明による感圧接着剤および他の接着剤の、進入試験データの例を示すグラフである。
【図３Ｈ】本発明による感圧接着剤および他の接着剤の、進入試験データの例を示すグラフである。
【図３Ｉ】本発明による感圧接着剤および他の接着剤の、進入試験データの例を示すグラフである。
【図４】本発明による感圧接着剤および他の接着剤の、剥離強さ試験データの例を示すグラフである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図４】
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【外国語明細書】
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2005303121.tif 000018
2005303121.tif 000019
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2005303121.tif 000023
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