(57)【要約】本発明は、固定研磨層とサブパッドとを含む研磨物品に関する。固定研磨要素はサブパッドと共に延存する。サブパッドは弾性要素を含む。弾性要素は、ＡＳＴＭ−２２４０を用いて測定したときに６０以下のショアＡ硬度を有する。
2006513573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定研磨層と、
弾性要素を含むサブパッドと、
を含む研磨物品であって、前記固定研磨要素が前記サブパッドと共に延存し、かつ前記弾性要素が、ＡＳＴＭ−２２４０を用いて測定したときに６０以下のショアＡ硬度を有する、研磨物品。
【請求項２】
固定研磨層と、
弾性要素を含むサブパッドと、
を含む研磨物品であって、前記固定研磨要素が前記サブパッドと共に延存し、かつ前記弾性要素が、ＡＳＴＭ−２２４０を用いて測定したときに３０以下のショアＡ硬度を有する、研磨物品。
【請求項３】
前記弾性要素が、ＡＳＴＭ−２２４０を用いて測定したときに２０以下のショアＡ硬度を有する、請求項２に記載の研磨物品。
【請求項４】
前記弾性要素が、ＡＳＴＭ−２２４０を用いて測定したときに１０以下のショアＡ硬度を有する、請求項２に記載の研磨物品。
【請求項５】
前記弾性要素が、ＡＳＴＭ−２２４０を用いて測定したときに４以下のショアＡ硬度を有する、請求項２に記載の研磨物品。
【請求項６】
固定研磨層と、
弾性要素を含むサブパッドと、
を含む研磨物品であって、前記固定研磨要素が前記サブパッドと共に延存し、かつ前記弾性要素が、ＡＳＴＭ−２２４０を用いて測定したときに１超のショアＡ硬度を有する、研磨物品。
【請求項７】
前記弾性要素が、ＡＳＴＭ−２２４０を用いて測定したときに２超のショアＡ硬度を有する、請求項６に記載の研磨物品。
【請求項８】
前記サブパッドが、前記固定研磨層と前記弾性要素との間に剛性要素を含む、請求項１、２または６に記載の研磨物品。
【請求項９】
前記固定研磨層と前記弾性要素との間にバッキングをさらに含む、請求項１、２または６に記載の研磨物品。
【請求項１０】
前記研磨層と前記サブパッドとの間に感圧接着剤層をさらに含む、請求項１、２または６に記載の研磨物品。
【請求項１１】
前記剛性要素と前記弾性要素との間に感圧接着剤層をさらに含む、請求項８に記載の研磨物品。
【請求項１２】
前記固定研磨層のヤング率が約３００ＭＰａ未満である、請求項１、２または６に記載の研磨物品。
【請求項１３】
前記固定研磨層のヤング率が約７５ＭＰａ未満である、請求項１、２または６に記載の研磨物品。
【請求項１４】
前記固定研磨層のヤング率が約３５ＭＰａ未満である、請求項１、２または６に記載の研磨物品。
【請求項１５】
請求項１、２または６に記載の研磨物品を提供することと、
前記研磨物品をウェーハの表面に接触させることと、
前記研磨物品と前記表面とを相対移動させることと、
を含む、半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項１６】
前記ウェーハが、３．５未満の誘電率を有する材料を含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨物品と該物品の使用方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハは半導体ベースを有する。半導体ベースは、任意の適切な材料、たとえば、単結晶シリコン、ヒ化ガリウム、および当技術分野で公知の他の半導体材料から作製することができる。半導体ベースの表面上には誘電体層が存在する。この誘電体層は典型的には二酸化ケイ素を含有するが、他の好適な誘電体層もまた当該技術の対象となりうる。
【０００３】
誘電体層のフロント表面上には、多くの個別の金属インターコネクト（たとえば金属導体ブロック）が存在する。各金属インターコネクトは、たとえば、アルミニウム、銅、アルミニウム銅合金、タングステンなどから作製することができる。これらの金属インターコネクトは、典型的には、最初に誘電体層上に金属の連続層を堆積させることにより作製される。次に、金属をエッチングして余分な金属を除去することにより、金属インターコネクトの所望のパターンを形成する。その後、各金属インターコネクト上、金属インターコネクト間の誘電体層の表面上に、絶縁層を適用する。絶縁層は、典型的には、二酸化ケイ素、ＢＰＳＧ（ボロホスホシリケートガラス）、ＰＳＧ（ホスホシリケートガラス）、またはそれらの組合せのような金属酸化物である。得られる絶縁層は、望まれるような「平坦性」および／または「均一性」を備えていない可能性のあるフロント表面を有していることが多い。
【０００４】
回路の任意の追加層がフォトリソグラフィープロセスにより適用可能な状態になる前に、「平坦性」および／または「均一性」が所望の度合で達成されるように絶縁層のフロント表面を処理することが望ましい。特定の度合は、個々のウェーハおよび対象となる用途ならびにウェーハが加工対象となりうる任意の後続の加工工程の特質をはじめとする多くの因子に依存するであろう。簡潔にするために、本出願の残りの部分全体にわたり、このプロセスを「平坦化」と呼ぶことにする。平坦化の結果として、絶縁層のフロント表面が十分に平坦になり、それにより、後続のフォトリソグラフィープロセスを用いて新しい回路設計を実装する際にクリティカルディメンション特徴部が解像可能になるようにしなければならない。これらのクリティカルディメンション特徴部は回路設計を構成する。
【０００５】
他の層もまた、ウェーハ製造プロセスの過程で平坦化しうる。実際には、絶縁材料の各追加層を金属インターコネクト上に適用した後、平坦化が必要になる可能性がある。同様にブランクウェーハを平坦化することが必要になることもある。このほか、ウェーハには、同様に平坦化が必要とされる銅のような導電層が含まれることもある。そのようなプロセスの特定例は金属ダマシンプロセスである。平坦化は、任意の層を堆積させながら同時に行うことが可能である。
【０００６】
ダマシンプロセスでは、パターンは、酸化物誘電体（たとえば二酸化ケイ素）層中にエッチングされる。他の好適な誘電体層としては、低誘電率（Ｋ）層、たとえば、カーボンドープ酸化物、ポーラスカーボンドープ酸化物、ポーラススピンオン誘電体、および高分子フィルム、ならびに一般に１．０〜３．５の範囲（たとえば１．５〜３．５）の誘電率を有する他の材料の層が挙げられよう。次に、場合により、絶縁キャップを誘電体層上に堆積させることが可能である。キャップ層の例としては、炭化ケイ素や窒化ケイ素の層が挙げられる。オプションの接着層／バリヤー層は全表面上に堆積される。典型的なバリヤー層は、たとえば、タンタル、窒化タンタル、チタン、または窒化チタンを含みうる。次に、金属（たとえば銅）を誘電体層および任意の接着層／バリヤー層の上に堆積させる。次に、堆積された金属および場合により接着層／バリヤー層の一部分を誘電体の表面から除去することにより、堆積された金属層の改質、改善、または仕上げ処理を行う。典型的には、ウェーハの外側露出改質表面が、金属と、バリヤー層、キャップ層、もしくは酸化物誘電体材料、またはそれらの組合せと、の両方を含むように、十分な表面金属が除去される。露出ウェーハ表面を上側から見れば、エッチングパターンに対応する金属と、金属に隣接する誘電体材料と、を有する平坦表面が確認されるであろう。ウェーハの改質表面上に位置する材料は、本質的に、異なる物理的特性たとえば異なる硬度値を有する。ダマシンプロセスにより作製されるウェーハを改質するために使用される研磨処理は、一般的には、金属層および／または接着層／バリヤー層および／またはキャップ層および／または誘電体材料を同時に改質するように設計される。
【０００７】
構造化ウェーハの露出表面を改質または改善する従来の一方法では、液体中に分散された複数の遊離研磨粒子を含有するスラリーでウェーハ表面を処理する。典型的には、このスラリーを研磨パッドに適用し、次に、ウェーハ表面を研磨してすなわちパッドに対して移動させてウェーハ表面から材料を除去する。スラリーはまた、除去速度を向上させるべくウェーハ表面と反応する化学薬剤または加工液を含有しうる。上記のプロセスは、一般に、化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）プロセスと呼ばれる。
【０００８】
ＣＭＰスラリー法の代替法では、半導体表面を改質または改善するために研磨物品を使用することにより、以上のスラリーの必要性を回避する。研磨物品は、一般に、サブパッド構成体を含む。そのような研磨物品の例は、米国特許第５，９５８，７９４号明細書；同第６，１９４，３１７号明細書；同第６，２３４，８７５号明細書；同第５，６９２，９５０号明細書；および同第６，００７，４０７号明細書（それらは参照により組み入れられるものとする）に見いだすことができる。研磨物品は、一般に、バインダー中に分散された研磨粒子を含むテクスチャー化研磨表面を有する。使用時、しばしば加工液の存在下で、ウェーハ上の材料の単一の層を改質するように適合化された動作を行いながら、研磨物品を半導体ウェーハ表面に接触させ、平坦で均一なウェーハ表面を提供する。加工液は、材料を化学修飾したりまたは研磨物品の作用下におけるウェーハの表面からの材料の除去を促進したりするために、ウェーハの表面に適用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ウェーハ平坦化時にサブパッドを有する固定研磨物品を使用すると、いくつかの望ましくない影響が現れる可能性がある。たとえば、いくつかのウェーハでは、層の境界で離層を起こす可能性がある。本出願は、新しいサブパッドとサブパッドの使用方法とに関する。この新しいパッドおよびサブパッドの使用方法を用いれば、望ましくない影響を受けることなく良好な平坦化が行われる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、固定研磨層とサブパッドとを含む研磨物品に関する。固定研磨要素はサブパッドと共に延存する。サブパッドは弾性要素を含む。弾性要素は、ＡＳＴＭ−２２４０を用いて測定したときに６０以下のショアＡ硬度を有する。
【００１１】
本出願全体にわたり、以下の定義を適用する。
「表面改質」は、研磨や平坦化のようなウェーハ表面処理プロセスに関連付けられる。
「固定研磨要素」は、被加工品の表面の改質（たとえば平坦化）時に生成される可能性のあるものを除いて、非固定研磨粒子を実質的に含まない研磨物品に関連付けられる。そのような固定研磨要素は、個別研磨粒子を含んでいてもよいし含んでいなくてもよい。
「三次元」は、固定研磨要素を記述するために使用する場合、平坦化時に表面の粒子のいくつかが除去されたときに、平坦化機能を行いうるさらなる研磨粒子が露出されるように、その厚さの少なくとも一部分にわたって延在する多くの研磨粒子を有する固定研磨要素とくに固定研磨物品に関連付けられる。
「テクスチャー化」は、固定研磨要素を記述するために使用する場合、凸部および凹部を有する固定研磨要素とくに固定研磨物品に関連付けられる。
「研磨複合体」は、研磨粒子とバインダーとを含むテクスチャー化三次元研磨要素を集合的に構成する複数の造形体のうちの１つに関連付けられる。
「精密造形研磨複合体」は、複合体を成形型から取り出した後に保持される成形型キャビティーの逆形状である成形形状を有する研磨複合体に関連付けられる。好ましくは、複合体は、米国特許第５，１５２，９１７号明細書（ピーパー（Ｐｉｅｐｅｒ）ら）に記載されているように、研磨物品を使用する前の形状の露出表面を越えて突出する研磨粒子を実質的に含まない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、半導体ウェーハのような被加工品の露出表面を改質するための研磨物品を提供する。研磨物品は、テクスチャー化固定研磨要素と、弾性要素を含むサブパッドと、を含む。これらの要素は、実質的に互いに共に延存する。固定研磨要素は、好ましくは、固定研磨物品である。好適な三次元テクスチャー化固定研磨物品（典型的には、複数の研磨粒子とバインダーとを含む研磨層をあらかじめ決められたパターンの形態で上置してなるバッキングを含む）および半導体ウェーハ加工におけるその使用方法については、開示されている。たとえば、米国特許第５，９５８，７９４号明細書などに開示されている。その特許は参照により本明細書に組み入れられるものとする。
【００１３】
本発明の研磨物品は、サブパッド中に少なくとも１つの弾性要素を含む。本発明の目的では、弾性要素は、約６０以下のショアＡ硬度（ＡＳＴＭ−Ｄ２２４０を用いて測定したとき）を有する。他の実施形態では、ショアＡ硬度は、約３０以下、たとえば約２０以下である。いくつかの実施形態では、弾性要素のショアＡ硬度は約１０以下であり、特定の実施形態では、弾性要素は約４以下のショアＡ硬度を有する。いくつかの実施形態では、弾性要素のショアＡ硬度は約１超であり、特定の実施形態では、弾性要素は約２超のショアＡ硬度を有する。
【００１４】
図１は、本発明のプロセスに使用される固定研磨物品６の一実施形態の例の断面図であり、サブパッド１０と固定研磨要素１６とが含まれる。図１の実施形態に示されるように、サブパッド１０は、少なくとも１つの剛性要素１２と少なくとも１つの弾性要素１４とを含む。これは固定研磨要素１６に接合される。しかしながら、特定の実施形態では、サブパッドは弾性要素１４だけを有する。このほか、特定の実施形態では、サブパッドは、２つ以上の弾性要素、２つ以上の剛性要素、または弾性要素と剛性要素との任意の組合せを有する。図１に示される実施形態では、剛性要素１２は、弾性要素１４と固定研磨要素１６との間に挟置される。固定研磨要素１６は、被加工品に接触する表面１７を有する。したがって、本発明で使用される研磨構成体では、剛性要素１２および弾性要素１４は、一般に、固定研磨要素１６と共連続かつ平行になるので、３つの要素は実質的に共に延存する。図１には示されていないが、弾性要素１４の表面１８は、典型的には、半導体ウェーハ改質用の機械のプラテンに接合され、固定研磨要素１６の表面１７は半導体ウェーハに接触する。
【００１５】
図１に示されるように、固定研磨要素１６のこの実施形態は、バインダー３０中に分散された研磨粒子２８を含むあらかじめ決められたパターンの複数の精密造形研磨複合体２６を含む固定研磨層２４が接合される表面を有するバッキング２２を含む。しかしながら、先に述べたように、固定研磨要素したがって研磨層は、個別研磨粒子を含んでいなくてもよい。他の実施形態では、固定研磨要素は、たとえば、商品名ＩＣ−１０００およびＩＣ−１０１０（デラウェア州ニューアークのローデル・インコーポレーテッド（Ｒｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗａｒｋ，ＤＥ）から入手可能）として販売されているようなテクスチャー化固定研磨要素および他の状態の固定研磨要素の場合にように、ランダムである。研磨層２４は、バッキング上で連続であっても不連続であってもよい。しかしながら、特定の実施形態では、固定研磨物品はバッキングを必要としない。いくつかの実施形態では、固定研磨層は、約３００ＭＰａ未満、たとえば７５ＭＰａ未満、さらなる例では約３５ＭＰａ未満のヤング率を有する。
【００１６】
図１には精密造形研磨複合体を有するテクスチャー化三次元固定研磨要素が示されているが、本発明の研磨組成物は精密造形複合体に限定されるものではない。すなわち、他のテクスチャー化三次元固定研磨要素も可能である。たとえば、米国特許第５，９５８，７９４号明細書および米国特許出願第２００２／０１５１２５３号明細書（それらは参照により本明細書に組み入れられるものとする）に開示されているものが挙げられる。
【００１７】
研磨構成体の種々のコンポーネント間に、接着剤または他の接合手段の介在層が存在していてもよい。たとえば、図１の実施形態に示されるように、接着剤層２０は、剛性要素１２と固定研磨要素１６のバッキング２２との間に挟置される。図１には示されていないが、剛性要素１２と弾性要素１４との間に挟置された接着剤層および弾性要素１４の表面１８上の接着剤層が存在していてもよい。
【００１８】
使用時に、固定研磨要素１６の表面１７を被加工品（たとえば半導体ウェーハ）に接触させて被加工品の表面を改質し、処理前の表面よりも平坦かつ／または均一かつ／または粗さの少ない表面を達成する。サブパッドの剛性要素と弾性要素とを下側で組み合わせることにより、表面改質時の被加工品の表面の局所的トポグラフィー（たとえば、半導体ウェーハの表面上の隣接する特徴部間の間隔）に実質的に整合することなく、被加工品の表面の全体的トポグラフィー（たとえば、半導体ウェーハの全表面）に実質的に整合する研磨構成体が提供される。その結果、本発明の研磨構成体により、平坦性、均一性、および／または粗さの所望のレベルが達成されるように被加工品の表面が改質されるであろう。所望の平坦性、均一性、および／または粗さの特定の度合は、個々のウェーハおよび対象となる用途ならびにウェーハが加工対象となりうる任意の後続の加工工程の特質に依存して変化するであろう。
【００１９】
図２は、本発明の研磨物品２０６の他の実施形態を示している。固定研磨要素２１６および弾性要素２１４は、感圧接着剤層２２０により連結される。図３は、本発明の固定研磨物品３０６の他の実施形態を示しており、固定研磨層３２４は、弾性要素３１４に直接接している。
【００２０】
図４Ａ〜４Ｆは、本発明の研磨物品の特定の実施形態の例を示している。図４Ａは、固定研磨材４０１、バッキング４０２、第１の感圧接着剤層４０３、剛性要素４０４、第２の感圧接着剤層４０５、弾性要素４０６、および第３の感圧接着剤層４０７を含む。図４Ｂは、固定研磨材４０８、バッキング４０９、第１の感圧接着剤層４１０、弾性要素４１１、および第２の感圧接着剤層４１２を含む。図４Ｃは、固定研磨層４１３、バッキング４１４、第１の感圧接着剤層４１５、弾性要素４１６、第２の感圧接着剤層４１７、剛性要素４１８、および第３の感圧接着剤層４１９を含む。図４Ｄは、固定研磨層４２０、弾性要素４２１、および第１の感圧接着剤層４２２を含む。図４Ｅは、固定研磨層４２３、弾性要素４２４、第１の感圧接着剤層４２５、剛性要素４２６、および第２の感圧接着剤層４２７を含む。図４Ｆは、固定研磨層４２８、バッキング４２９、第１の感圧接着剤層４３０、第１の剛性要素４３１、第２の感圧接着剤層４３２、弾性要素４３３、第３の感圧接着剤層４３４、第２の剛性要素４３５、および第４の感圧接着剤層４３６を含む。
【００２１】
本発明の研磨構成体は、加工された半導体ウェーハ（すなわち、回路を上に有するパターン化半導体ウェーハまたはブランケット非パターン化ウェーハ）と併用するのにとくに好適であるが、非加工ウェーハまたはブランク（たとえばシリコン）ウェーハと併用することもできる。したがって、本発明の研磨構成体は、半導体ウェーハを研磨または平坦化するために使用することができる。
【００２２】
弾性要素の材料の選択は、被加工品表面および固定研磨要素の組成、被加工品表面の形状および初期平坦性、表面の改質（たとえば、表面の平坦化）に使用される装置のタイプ、改質プロセスで使用される圧力などに依存して変化するであろう。本発明の研磨構成体は、多種多様な半導体ウェーハ改質用途に使用することができる。
【００２３】
サブパッドに使用するのに好適な材料は、たとえば、ＡＳＴＭにより提案された標準的試験方法を用いて特性付けることができる。いずれの所与の材料も、固有の特性、たとえば、密度、引張強度、ショア硬度、弾性率を有するであろう。剛性材料の静的引張試験を用いれば、材料の平面内のヤング率（弾性率と呼ばれることも多い）を測定することができる。金属のヤング率を測定するために、ＡＳＴＭ  Ｅ３４５−９３（金属箔引張試験の標準的試験方法）を使用することができる。有機ポリマー（たとえば、プラスチックまたは強化プラスチック）のヤング率を測定するために、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８−８４（プラスチック引張特性の標準的試験方法）およびＡＳＴＭ  Ｄ８８２−８８（薄肉プラスチックシートの標準的引張特性）は使用することができる。材料の多層を含むラミネート化要素では、最高率材料に対する試験を用いて、全要素のヤング率（すなわち、ラミネート率）を測定することが可能である。
【００２４】
弾性材料の動的圧縮試験を用いれば、材料の厚さ方向のヤング率（貯蔵率または弾性率と呼ばれることも多い）を測定することができる。本発明では、弾性材料の場合、弾性要素が一層であるかまたは材料の多層を含むラミネート化要素であるかにかかわらず、ＡＳＴＭ  Ｄ５０２４−９４（圧縮時のプラスチックの動的機械的特性を測定するための標準的試験方法）を使用しうる。好ましくは、弾性材料（または全弾性要素自体）は、約１００ＭＰａ未満（たとえば約５０ＭＰａ未満）のヤング率値を有する。本発明では、弾性要素のヤング率は、３４．５ｋＰａの予荷重を加えて２０℃および０．１Ｈｚで材料の厚さ方向にＡＳＴＭ  Ｄ５０２４−９４により決定される。
【００２５】
好適な弾性材料はまた、その応力緩和を追加的に評価することにより、選択することができる。応力緩和は、材料を変形させてそれを変形状態に保持し、変形を保持するのに必要な力または応力を測定することにより、評価される。好適な弾性材料（または全弾性要素）は、好ましくは、１２０秒後、最初に加えられた応力の少なくとも約６０％（より好ましくは少なくとも約７０％）を保持する。特許請求の範囲を含めて本発明では、これは「残留応力」と呼ばれ、最初に、室温（２０〜２５℃）で８３ｋＰａの初期応力が達成されるまで２５．４ｍｍ／分の速度で厚さ０．５ｍｍ以上の材料のサンプルを圧縮し、２分後に、残留応力を測定することにより決定される。
【００２６】
研磨構成体に使用するための弾性材料は、多種多様な材料から選択することができる。典型的には、弾性材料は、熱可塑性であっても熱硬化性であってもよい有機ポリマーであり、エラストマー性であってもなくてもよい。有用な弾性材料であることが一般に判明している材料は、フォーミングまたはブローイングによりポーラス有機構造体（典型的にはフォームと呼ばれる）を生成する有機ポリマーである。そのようなフォームは、天然もしくは合成のゴムまたは他の熱可塑性エラストマー、たとえば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、およびそれらのコポリマーから作製可能である。好適な合成熱可塑性エラストマーとしては、クロロプレンゴム、エチレン／プロピレンゴム、ブチルゴム、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ＥＰＤＭポリマー、ポリビニルクロリド、ポリクロロプレン、またはスチレン／ブタジエンコポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。有用な弾性材料の特定例は、フォームの形態であるポリエチレンとエチレンビニルアセテートとのコポリマーである。
【００２７】
適切な機械的特性（たとえば、ヤング率および圧縮時の残留応力）が得られるのであれば、弾性材料はまた、他の構成をとることも可能である。たとえば、従来の研磨パッドで使用されるようなポリウレタン含浸フェルト系材料を使用することができる。弾性材料はまた、樹脂（たとえばポリウレタン）で含浸されたポリオレフィン、ポリエステル、またはポリアミドの繊維のような不織繊維または製織繊維のマットであってもよい。繊維は、有限の長さ（すなわち、ステープル）であってもよいし、繊維マット中で実質的に連続であってもよい。
【００２８】
本発明の研磨構成体に有用な特定の弾性材料としては、マサチューセッツ州ローレンスのセキスイ・アメリカ・コーポレーション（Ｓｅｋｉｓｕｉ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｃｏｒｐ．，Ｌａｗｒｅｎｃｅ，ＭＡ）の一部門であるボルテック（Ｖｏｌｔｅｋ）から市販品として入手可能である商品名ボルテック・ボララ（ＶＯＬＴＥＣ  ＶＯＬＡＲＡ）タイプＥＯ独立気泡フォームとして販売されているものが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００２９】
本発明の研磨構成体は、種々のコンポーネント間の接合手段をさらに含むことができる。たとえば、図１に示される構成体は、剛性材料のシートを弾性材料のシートにラミネートすることにより作製される。これらの２つの要素のラミネーションは、さまざまな一般に知られた接合法のいずれかにより、たとえば、ホットメルト接着剤、感圧接着剤、グルー、タイ層、接合剤、機械的締結具、超音波溶接、熱接合、マイクロ波活性化接合などにより、達成することができる。他の選択肢として、剛性部分とサブパッドの弾性部分とを共押出により一体化させることが可能である。
【００３０】
典型的には、要素のラミネーションは、感圧型またはホットメルト型の接着剤を用いて容易に達成される。好適な感圧接着剤は、多種多様な一般に使用される感圧接着剤でありうる。たとえば、天然ゴム、（メタ）アクリレートポリマーおよびコポリマー、熱可塑性ゴムのＡＢもしくはＡＢＡブロックコポリマー、たとえば、商品名クラトン（ＫＲＡＴＯＮ）（テキサス州ヒューストンのシェル・ケミカル・コーポレーション（Ｓｈｅｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘ．））として入手可能なスチレン／ブタジエンもしくはスチレン／イソプレンブロックコポリマー、またはポリオレフィンをベースとする接着剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。好適なホットメルト接着剤としては、多種多様な一般に使用されるホットメルト接着剤、たとえば、ポリエステル、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリアミド、エポキシなどをベースとする接着剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。接着剤に課される基本的要件は、使用時にサブパッド要素を所定の位置に保持するのに十分な凝集強度および耐剥離性を有すること、使用条件下で耐剪断性をもつこと、および使用条件下で耐化学分解性をもつことである。
【００３１】
固定研磨要素は、直前で概説された同手段により、すなわち、接着剤、共押出、熱接合、機械的締結具などにより、構成体のサブパッド部分に接合することができる。しかしながら、それをサブパッドに接合する必要はなく、それにすぐ隣接した位置に保持してそれと共に延存するようにしてもよい。この場合、使用時に所定の位置に固定研磨材を保持するいくつかの機械的手段、たとえば、位置決めピン、保持リング、張力、真空などが必要であろう。
【００３２】
本明細書に記載の研磨物品は、たとえば、シリコンウェーハの表面の改質に使用される機械のプラテン上に配置される。それは、接着剤または位置決めピン、保持リング、張力、真空などのような機械的手段により、接合可能である。
【００３３】
本発明の研磨構成体は、半導体ウェーハを平坦化するための多くのタイプの機械、たとえば研磨パッドおよび遊離研磨剤スラリーと併用される当技術分野で周知の機械で使用することができる。好適な機械の例としては、商品名ミラー（ＭＩＲＲＡ）およびレフレキソン・ウェブ・ポリッシャー（ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ  ＷＥＢ  ＰＯＬＩＳＨＥＲ）（カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ．）製）として販売されているものが挙げられる。
【００３４】
典型的には、そのような機械は、半導体ウェーハを保持するための保持リングとウェーハ支持パッドとの両方から構成されうるウェーハホルダーを有するヘッドユニットを含む。典型的には、半導体ウェーハと研磨物品の両方が互いに移動する。ウェーハホルダーは、円状、渦巻状、楕円状、不均一状、またはランダム状のいずれかの軌跡を描いて回転する。研磨物品は、回転させたり、ウェーハ表面に対して直線移動させたり、静止状態に保持したりすることができる。ウェーハホルダーの回転速度は、特定の装置、平坦化条件、研磨物品、および所望の平坦化基準に依存するであろう。しかしながら、一般的には、ウェーハホルダーは、毎分約２〜１０００回転（ｒｐｍ）の速度で回転する。
【００３５】
本発明の研磨構成体は、典型的には円形であり、約１０〜２００ｃｍ、好ましくは約２０〜１５０ｃｍ、より好ましくは約２５〜１００ｃｍの直径を有するであろう。それはまた、典型的には約５〜１０，０００ｒｐｍの速度で、好ましくは約１０〜１０００ｒｐｍ、より好ましくは約１０〜２５０ｒｐｍの速度で回転するであろう。研磨物品はまた、連続したベルトまたはウェブの形態をとるであろう。これらの例では、研磨物品は、特性線速度（たとえば０．０３８〜７５ｍ／秒）で移動するであろう。本発明の研磨構成体を利用する表面改質手順は、典型的には約６．９〜１３８ｋＰａの圧力を必要とする。
【００３６】
一般的には、プロセスは加工液の存在下で行われるであろう。そのような加工液は、研磨粒子を含んでいてもよいし、研磨粒子を含んでいなくてもよい。好適な加工液は、米国特許第６，１９４，３１７号明細書および米国特許出願第２００２／０１５１２５３号明細書（それらは参照により本明細書に組み入れられるものとする）に記載されている。
【００３７】
本発明の種々の修正形態および変更形態は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく当業者に自明なものとなろう。また、当然のことながら、本発明は、本明細書中に記載されている例示的な実施形態に過度に制限されるものではない。
【実施例】
【００３８】
試験手順
ヤング率
本発明で使用される固定研磨複合体材料のヤング率を、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８−８４（プラスチック引張特性の標準的試験方法）およびＡＳＴＭ  Ｄ−８８２−８８（薄肉プラスチックシートの標準的引張特性）に記載の試験に類似した静的引張試験を用いて決定した。現用試験に適合する試験手順に対する変更には、小型ダンベルの使用；固定研磨材の成形プラックからの裁断；１２．７ｍｍのゲージ長、３．２ｍｍの幅、および０．４３〜０．７１ｍｍの範囲の厚さを有することが含まれていた。また、試験時の伸長速度は０．０２１２ｍｍ／ｓである。
【００３９】
ウェーハの離層
ウェーハの離層を目視観察した。離層の度合が１〜５の相対尺度で測定されるように、評価システムを開発した。１の評価値は、ウェーハ表面の１％未満の離層を示す。５の評価値は、ウェーハ表面の約１０％超の離層を表す。
【００４０】
材料
固定研磨材
この試験で利用したコーテッドフィルムの形態の固定研磨材の１つは、スリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）（ミネソタ州セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））から入手可能な外径２０インチのＣｕ  ＣＭＰディスク（ＭＷＲ６６）Ｍ６１００（製品番号６０−０７００−０５２３−０）であった。入手したままの固定研磨材を３ミルのポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）バッキング上にコーティングし、さらに指定のサブパッド上にラミネートした。ＭＷＲ７３と称される組成の類似した第２の製品もまた、直径２０インチのコーテッドフィルム構成体の状態で試験した。ヤング率がより低いと測定された点を除いて、それはＭ６１００固定研磨材にほぼ等しい。
ＭＷＲ６６研磨複合体のヤング率＝７２．４ＭＰａ
ＭＷＲ７３研磨複合体のヤング率＝３３．１ＭＰａ
【００４１】
サブパッド
剛性コンポーネント
本発明で使用した剛性コンポーネントは、ポリカーボネート（ジーイー・ポリマーシェイプス（ＧＥ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓｈａｐｅｓ）（インディアナ州マウントバーモン（Ｍｏｕｎｔ  Ｖｅｒｎｏｎ，ＩＮ））製の８０１０ＭＣレキサン（Ｌｅｘａｎ）ポリカーボネート（ＰＣ）シート）であった。利用したシートの厚さは、０．５０８ｍｍ（２０ミル）であった。１つの厚さを利用したが、ＰＣシートの厚さは、０．０５０８ｍｍから２．５ｍｍまでの範囲で変化させうる。他のポリマーおよび材料もまた、この要素に使用することが可能である。
【００４２】
弾性コンポーネント
以下の実施例で使用した弾性コンポーネントはすべて、セキスイ・アメリカ・コーポレーション（Ｓｅｋｉｓｕｉ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｃｏｒｐ．）（マサチューセッツ州ローレンス（Ｌａｗｒｅｎｃｅ，ＭＡ））の一部門であるボルテック（Ｖｏｌｔｅｋ）から入手可能な独立気泡フォームであった。
ボルテック・ボララ（ＶＯＬＴＥＣ  ＶＯＬＡＲＡ）タイプＥＯフォーム、２ｐｃｆ（ポンド毎立方フィート単位のフォーム密度）、厚さ３．１７５ｍｍ（１２５ミル）。
ボルテック・ボララ（ＶＯＬＴＥＣ  ＶＯＬＡＲＡ）タイプＥＯフォーム、４ｐｃｆ、厚さ２．３８ｍｍ〜３．１７５ｍｍ（９０〜１２５ミル）。
ボルテック・ボララ（ＶＯＬＴＥＣ  ＶＯＬＡＲＡ）タイプＥＯフォーム、６ｐｃｆ、厚さ２．３８ｍｍ〜３．１７５ｍｍ（９０〜１２５ミル）。
ボルテック・ボララ（ＶＯＬＴＥＣ  ＶＯＬＡＲＡ）タイプＥＯフォーム、１２ｐｃｆ、厚さ２．３８ｍｍ〜３．１７５ｍｍ（９０〜１２５ミル）。
【００４３】
これらのフォームの代表的な特性は、供給業者により与えられた。それらを以下の表１に示す。
【００４４】
【表１】
2006513573.tif 000003
【００４５】
別段の記載がないかぎり、使用したフォームの厚さは２．３８ｍｍであった。厚さ２．３８ｍｍのフォームを利用したが、パッド構成体のフォーム厚さは０．１２７ｍｍから５ｍｍまでの範囲で変化させうると予想される。他のフォームをこの要素に使用することも可能である。このほか、弾性要素は、互いにほぼ共に延存する２種以上の弾性要素で構成することも可能である。
【００４６】
感圧接着剤（ＰＳＡ）
３Ｍ４４２ＤＬ（両面ＰＳＡ）、３Ｍ９４７１ＦＬ、および３Ｍ９６７１ＰＳＡ（いずれもミネソタ州セントポールのスリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能）を、図４Ａ〜４Ｆに示されるＰＳＡに使用した。パッド構成体に使用した特定のＰＳＡについては、特定の実施例の説明の中で詳述されている。他のＰＳＡおよび接着剤を種々のパッド構成体のＰＳＡ層に利用することも可能である。
【００４７】
サブパッドおよびパッドのラミネーション
サブパッドおよびパッドはすべて、層間の空気またはデブリのトラッピングを防止するように多大な注意を払いながらラミネーションにより一体化させた。このほか、ラミネーション加工時における研磨要素、剛性要素、および弾性要素の皺／折目を防止するように多大な注意を払う必要がある。
【００４８】
ＣＭＰ
研磨溶液
Ｃｕ  ＣＭＰ溶液ＣＰＳ−１１（製品番号６０−４１００−０５６３−５）およびＣｕ  ＣＭＰ溶液ＣＰＳ−１２（製品番号６０−４１００−０５７５−９）を試験に使用した。それらは、スリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）（ミネソタ州セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））から入手したものであった。研磨前に、適正量の３０％（重量基準）過酸化水素を溶液に添加した。ＣＰＳ−１１／３０％Ｈ2Ｏ2重量比は９４５／５５である。ＣＰＳ−１２／３０％Ｈ2Ｏ2重量比は９１８／８２である。
【００４９】
ウェーハ
金属レベル２（Ｍ２）のウェーハをインターナショナル・セマテック（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｍａｔｅｃｈ）（テキサス州オースチン（Ａｕｓｔｉｎ，ＴＸ））から入手した。超低Ｋ基板は、ＪＳＲ  ＬＫＤ−５１０９（カリフォルニア州サニーヴィルのジェイエスアール・マイクロエレクトロニクス（ＪＳＲ  ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）製）であった。ＪＳＲ  ＬＫＤ−５１０９およびＩＳＭＴ  ８００ＡＺデュアルダマシンレチクルセットを用いて、ウェーハを加工した。
【００５０】
一般的研磨手順
ＰＳＡの下端層を介して研磨パッドをミラー（ＭＩＲＲＡ）研磨工具のプラテンにラミネートした。ＤＩ水を用いてパッドを高圧で１０秒間すすいだ。１０１ｒｐｍのプラテン速度および９９ｒｐｍのキャリヤー速度で直径８インチの銅（Ｃｕ）ディスクを６分間研磨し１２０ｍｌ／分の流量でパッド中心近傍に研磨溶液（ＣＰＳ−１１  ｗ／過酸化水素）を送給することにより、ミラー３４００ケミカル・メカニカル・ポリシング・システム（ＭＩＲＲＡ  ３４００  Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）（カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ・インコーポレーテッド（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ））により、パッドを状態調節した。この研磨時、チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤー内管、保持リング、およびメンブレンに加えた圧力は、それぞれ、４．５ｐｓｉ、５．０ｐｓｉ、４．５ｐｓｉであった。パッドを状態調節した後、二段階Ｃｕ研磨シーケンスをＭ２パターンウェーハの研磨に利用した。第１の段階では、過酸化水素を含むＣＰＳ−１１研磨溶液を使用し、パッドの中心近傍に１８０ｍｌ／分の流量で送給した。キャリヤー内管、保持リング、およびメンブレンに加えた圧力は、それぞれ、１．０ｐｓｉ／１．５ｐｓｉ／１．０ｐｓｉであった。プラテンおよびキャリヤーの速度は、それぞれ、３１ｒｐｍおよび２９ｒｐｍである。これらの条件で研磨を４５秒間行った。この研磨後、基板表面はおもにＣｕであり、ダイ領域下側のＩＬＤ層／キャップ層／バリヤー層はいずれも露出されることはない。ウェーハを取り出して、基板の離層に関して目視検査を行った。パッドを高圧で１０秒間すすいだ後、第２の研磨では、過酸化水素を含むＣＰＳ−１２研磨溶液を利用し、１８０ｍｌ／分の流量でパッドの中心近傍に送給した。キャリヤー内管、保持リング、およびチタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーのメンブレンに加えた圧力は、それぞれ、１．０ｐｓｉ／１．５ｐｓｉ／１．０ｐｓｉであった。プラテンおよびキャリヤーの速度は、それぞれ、３１ｒｐｍおよび２９ｒｐｍであった。研磨時間は、さまざまであり、ウェーハを清澄化するのに必要な時間は、典型的には１７０〜１９０秒間であった。その後、同等なプロセス条件を用いて、さらに２０秒間にわたり過剰研磨を行った。研磨後、目に見える離層がないかウェーハを検査した。
【００５１】
デチャック条件
ミラー（ＭＩＲＲＡ）ソフトウェアのウェーハ取出しセクションでは、種々のデチャック条件を設定することができる。実施例１Ａ〜１Ｄおよび実施例２Ａ〜２Ｄのさまざまなデチャック条件を以下に示す。実施例３では、実施例２Ａ〜２Ｄのものと同等なデチャック条件を使用した。
【００５２】
実施例１Ａ〜１Ｄのデチャック条件（標準的なデチャック条件）
６−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：メンブレン真空前の内管圧力３．０ｐ．ｓ．ｉ．
７−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：メンブレン真空前の保持リング圧力２．０ｐ．ｓ．ｉ．
８−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：メンブレン真空前のメンブレン圧力１．０ｐ．ｓ．ｉ．
９−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：メンブレン真空前の上記圧力の保持時間２５００ミリ秒
１０−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：メンブレン真空の適用時間３０００ミリ秒
１１−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：メンブレン真空後の内管圧力１．０ｐ．ｓ．ｉ．
１２−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：第２の内管圧力を安定化させるための待時間２５００ミリ秒
１３−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：ヘッドによりパッドからウェーハを引き剥がすための待時間３０００ミリ秒
【００５３】
実施例２Ａ〜２Ｃおよび実施例３のデチャック条件（温和なデチャック条件）
６−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：メンブレン真空前の内管圧力０．８ｐ．ｓ．ｉ．
７−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：メンブレン真空前の保持リング圧力０．５ｐ．ｓ．ｉ．
８−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：メンブレン真空前のメンブレン圧力−１．０ｐ．ｓ．ｉ．
９−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：メンブレン真空前の上記圧力の保持時間２５０ミリ秒
１０−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：メンブレン真空の適用時間７５０ミリ秒
１１−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：メンブレン真空後の内管圧力０．８ｐ．ｓ．ｉ．
１２−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：第２の内管圧力を安定化させるための待時間２５０ミリ秒
１３−チタン（ＴＩＴＡＮ）キャリヤーデチャック：ヘッドによりパッドからウェーハを引き剥がすための待時間７５０ミリ秒
【００５４】
実施例１Ａ〜１Ｄ
以上に記載した一般的研磨手順に従って、２つの異なる固定研磨材タイプを用いて２つのパッド構成体の検査を行った。パッド構成体１は、図４Ａに示されるとおりであり、固定研磨材４０１、バッキング４０２、第１の感圧接着剤層４０３、剛性要素４０４、第２の感圧接着剤層４０５、弾性要素４０６、および第３の感圧接着剤層４０７を含んでいた。感圧接着剤層４０７は３Ｍ４４２ＤＬであり、感圧接着剤層４０３は３Ｍ９４７１ＦＬであり、そして感圧接着剤層４０５は３Ｍ９６７１であった（いずれもミネソタ州セントポールのスリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能）。パッド構成体３は、図４Ｃに示されるとおりであり、固定研磨層４１３、バッキング４１４、第１の感圧接着剤層４１５、弾性要素４１６、第２の感圧接着剤層４１７、剛性要素４１８、および第３の感圧接着剤層４１９を含んでいた。第３の感圧接着剤層４１９は３Ｍ９４７１ＦＬであり、第１の感圧接着剤層４１５は３Ｍ４４２ＤＬであり、そして第２の感圧接着剤層４１７は３Ｍ９６７１であった（いずれもミネソタ州セントポールのスリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能）。第２のＣｕ段階の研磨プロセスの後で得られた結果と共に、パッド構成体、固定研磨材タイプを表２に示す（以下参照）。第１の段階のＣＰＳ−１１，Ｃｕ研磨の後、いずれのウェーハについても離層は観察されなかった。
【００５５】
【表２】
2006513573.tif 000004
【００５６】
パッド構成体３は、パッド構成体１と比較して改善されたウェーハ離層挙動を示した。同様に、ＭＷＲ７３研磨複合体は、ＭＷＲ６６研磨複合体と比較して改善されたウェーハ離層挙動を示した。
【００５７】
実施例２Ａ〜２Ｃ
先に記載した一般的研磨手順に従って、表１に示される１２ｐｃｆ、６ｐｃｆ、および４ｐｃｆのボルテック（Ｖｏｌｔｅｋ）フォームとＭＷＲ７３固定研磨材とから作製されたパッドを用いて、パッド構成体２（図４Ｂ参照、固定研磨材４０８、バッキング４０９、第１の感圧接着剤層４１０、弾性要素４１１、および第２の感圧接着剤層４１２を含む）の検査を行った。実施例２Ａ〜２Ｃのパッドでは、３Ｍ４４２ＤＬを感圧接着剤層４１０および４１２の両方に使用した。一般的研磨手順に加えた変更の１つに、内管圧力を０．６ｐｓｉに減少させたことが含まれていた。また、２つの研磨段階の研磨時間は、実施例１Ａ〜１Ｄに記載のものとわずかに異なっていた。これらの実施例に関して、ＣＰＳ−１１およびＣＰＳ−１２研磨の研磨時間を表３に報告する。標準的研磨条件およびＣＰＳ−１２研磨溶液を用いて、実施例２Ｂのウェーハを２０秒間過剰研磨した。第１の段階のＣＰＳ−１１，Ｃｕ研磨の後、いずれのウェーハについても離層は観察されなかった。
【００５８】
離層の結果を表３に示す。明らかに、より低い密度／硬度／引張強度の弾性要素を含有する物品は、離層挙動の改善を示した。これらのプロセス条件で過剰研磨を行っても（実施例２Ｂ）、離層の度合が有意に増大されることはなかった。また、実施例１Ｄと実施例２Ａとの比較からわかるように、ウェーハデチャック条件をより温和な条件に変更することにより離層が改善された。
【００５９】
【表３】
2006513573.tif 000005
【００６０】
実施例３：デチャック条件の比較
ＭＷＲ６６固定研磨材と１２ｐｃｆのボルテック（Ｖｏｌｔｅｋ）フォームとを用いて、パッド構成体１の検査を行った。より温和なデチャック条件で研磨を行った。研磨プロセス条件は、ＣＰＳ−１１の研磨時間が６５秒間であったことおよびＣＰＳ−１２の研磨時間が１００秒間であったことさらには５秒間の過剰研磨を追加したこと以外は、実施例１Ａ〜１Ｄの条件と同等であった。
【００６１】
このウェーハのウェーハ離層の評価値は、３．５であった。実施例１Ａのウェーハとの比較からわかるように、デチャック条件の過酷度を低減させることにより、ウェーハの離層が改善された。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】三次元テクスチャー化固定研磨要素に接合された本発明のサブパッドの実施形態の一部分の断面図である。
【図２】三次元テクスチャー化固定研磨要素に接合された本発明のサブパッドの第２の実施形態の一部分の断面図である。
【図３】三次元テクスチャー化固定研磨要素に接合された本発明のサブパッドの第３の実施形態の一部分の断面図である。
【図４Ａ−４Ｆ】本発明の多数の実施形態の断面図である。
【図１】
2006513573.tif 000006
【図２】
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【図３】
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2006513573.tif 000009
2006513573.tif 000010
【国際調査報告】
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2006513573.tif 000012