(57)【要約】【課題】マイクロ孔を有する化学的機械的研磨パッドを提供する。【解決手段】開示されるのは、化学的機械的研磨パッドであって、その研磨面において所望の深さを有すると共に所望の断面積を各々有するマイクロ孔が形成されたパッドである。マイクロ孔の形状、寸法、及び密度は所望により調節され得る。化学的機械的研磨パッドは、研磨プロセスの間の所望の研磨速度を維持する効果を提供する。本発明にしたがうと、マイクロ孔は、与えられた加工条件による種々の配置を有し得る。【選択図】図５ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的機械的研磨パッドであって、その表面において、所望の深さで所望の均一の断面積を各々有するマイクロ孔が形成されている化学的機械的研磨パッド。
【請求項２】
前記マイクロ孔の各々は、円形、楕円形、三角形、矩形、正方形、多角形、又は星形に対応した断面形状を有する請求項1記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項３】
前記マイクロ孔の各々の断面積は、１０μｍ2ないし１０ｍｍ2の範囲内にある請求項1記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項４】
前記マイクロ孔の各々は、研磨面に対して垂直方向に又は斜めに延びている請求項1記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項５】
前記マイクロ孔の各々の深さは、パッドの厚さに対して０．０１：１ないし１：１の範囲内の比を有する請求項1記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項６】
前記パッドは、それぞれ異なる断面積、異なる形状、及び/又は異なる密度を有するマイクロ孔が分布している少なくとも二つのマイクロ孔領域に分割されている請求項１ないし５のうちいずれか１項記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項７】
前記マイクロ孔は、レーザーにより形成される請求項１ないし５のうちいずれか１項記載の化学的機械的研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing）プロセスに用いられる研磨パッドに関し、及びさらに特には、その表面にマイクロ孔が形成された研磨パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術
一般に、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）は、半導体装置製造プロセスにおいてグローバル平坦化（global planarization）を得るために使用される超精密／鏡面研磨方法である。そのようなＣＭＰによれば、スラリーが研磨パッドと研磨されるウエハとの間に供給されて、該ウエハの表面を化学的にエッチングする。該研磨パッドを使用して、該ウエハのエッチングされた表面が機械的に研磨される。
【０００３】
図１を参照すると、参照番号１により示される典型的なＣＭＰ装置が模式的に図示される。同様に、ＣＭＰ装置１を使用するＣＭＰ方法が図２で模式的に図示される。該ＣＭＰ法は、化学的エッチング反応プロセスと、機械的研磨プロセスとを含み、該プロセスはＣＭＰ装置１中に含まれる研磨パッド１０を使用して実施される。該化学的エッチング反応はスラリー４２により実施される。即ち、スラリー４２は、研磨されるウエハ３０の表面と化学反応して、それにより、該化学的エッチング反応に続く該機械的研磨プロセスが容易に実施されるようにする。機械的研磨プロセスにおいて、定盤２０上に固定して取り付けられた研磨パッド１０は回転する。保持リング３２により堅固に保持されたウエハ３０は、振動しながら回転する。研磨粒子を含むスラリーが、スラリー供給手段４０により研磨パッド１０に供給される。供給されたスラリーは、研磨パッド１０とウエハ３０との間に導入される。導入された研磨粒子は、研磨パッド１０とウエハ３０との間の相対回転速度の差により、ウエハ３０と摩擦接触して、機械的研磨を実施する。スラリー４２は、ナノメートル大の粒度を有する研磨粒子を含むコロイド液である。このスラリー４２が、該研磨プロセスの間に研磨パッド１０上に散布される。研磨パッド１０が該研磨プロセスの間に回転すると、研磨パッド１０上に供給されたスラリー４２は、研磨パッド１０の回転により引き起こされる遠心力の為に、研磨パッド１０の周囲から外側に排出される。増大した研磨効率を達成する為に、多くの研磨粒子が所望の長時間、研磨パッド１０の上表面上に残存して、該ウエハの研磨に参加するべきである。即ち、研磨パッド１０は、スラリー４２を、その表面上に可能な限り長時間保持させるべきである。
【０００４】
スラリーを研磨パッド上に長時間保持させるために、マイクロメートル（μｍ）大の直径を有する球形マイクロセル（microcell）を形成する方法が提案されている。研磨プロセスの間に研磨パッド上に供給されるスラリーは、マイクロセル中に貯蔵され、そしてそこに適用されるウエハからの圧力によってマクロセルから流れ出す。こうして、スラリーはウエハの研磨に参加する。マイクロセルはまた、研磨プロセスの間にウエハから分離したデブリス(debris) を貯蔵する役割を果す。マイクロセル中に貯蔵されたデブリスは、研磨パッドがコンディショニングされる時に外部へと排出される。
【０００５】
従来、前記研磨パッドでのマイクロセルの形成は、各々空洞を有する中空マイクロエレメントをポリマー性マトリクス中に物理的に混入してマイクロセルを形成する物理的方法、又は気泡を化学的に形成させてマイクロセルを形成する発泡方法を使用して達成される。
【０００６】
ポリマー性マトリクス中へのマイクロエレメントの混入は、各々空洞を有する多量のマイクロエレメントをポリマー性マトリクス中に、該マイクロエレメントが該ポリマー性マトリクス中で均一に分布するような方法で含浸し、それによりマイクロセルを形成することにより達成される。ポリマー性マトリクスは、硬化剤を、ウレタン、ポリエステル、フッ化炭化水素又はそれらの混合物のような樹脂と混合することにより調製される。マイクロエレメントについては、無機塩、糖、水溶性ガム又は樹脂が主として使用される。そのようなマイクロエレメントは、ポリビニルアルコール、ぺクチン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリウレタン又はそれらの組合せから作られる。そのようなマイクロエレメントは、およそ１５０μｍの平均直径を有する。マイクロエレメントは、高剪断混合プロセスに従いポリマーマトリクスにわたって均一に分布されて、均一なマイクロセルを形成する。図３を参照すると、空洞体を使用して形成されたマイクロセルが図示される。上述の方法においてマイクロセルが形成されたパッドを、その後各々所望の厚さを有する片に切断して研磨パッドを得る。各切断片において、パッド中に無作為に分布したマイクロセルは、切断片の切断面で開口されて、該切断片の切断面が円形又は楕円形の形態で露出される。各研磨パッドの研磨面で露出されたマイクロセル断面の寸法及び位置は無作為である。そのような露出されたマイクロセル断面の無作為な寸法及び位置は、研磨パッド間の所望の均一性を悪化させるように作用する。
【０００７】
セルが発泡プロセスを使用して形成される化学的方法に従うと、ポリマー性マトリクスは、硬化剤を、低沸点を有する液相ポリウレタン形成物質と混合することにより形成される。直接化学反応に関与してガスを発生する水又は液化ガスもまた発泡剤として使用され、それにより気泡を生成して該ポリマーマトリクス中にセルを形成する。気泡の生成は、高剪断混合操作により引き起こされる核形成により達成される。表面張力の低下を達成する役割を果す界面活性剤もまた、マイクロセルの寸法を調節する為に使用され、それによりマイクロセルの所望の均一性を達成する。発泡プロセスを使用して形成されたマイクロセルを図４に示す。図４に見られるように、この方法は、研磨パッド上に均一な寸法を有するマイクロセルを形成することが不可能であるという欠点を有する。発泡プロセスにしたがって形成されたマイクロセルが、それらが受ける温度変化によって多くの特性を示す為に、硬化プロセスにおいて生じる熱量に依存して粒径が変わるかもしれない。
【０００８】
各々空洞を有するマイクロエレメント又は発泡プロセスを使用して形成されたマイクロセルは、円形又は楕円形の断面形状を有する球状構造を有する。そのような形状の為に、マイクロセルは、研磨パッドの厚さ方向に変化する断面を有する。この理由の為に、研磨パッドの研磨面で露出された各々のマイクロセルの断面は、研磨パッドが研磨プロセスの間に摩耗するので変化する。言い換えると、研磨パッドの研磨面で露出された円形又は楕円形のマイクロセルは、研磨プロセスが進行すると共に徐々に直径が減少し、そして最終的に消滅する。結果として、露出されること無く研磨パッドの表面の下側に存在するマイクロセルが、該研磨パッドの研磨面で新たに露出される。
【０００９】
このように、研磨プロセスの間に研磨パッドの厚さが変化するにつれて、研磨パッドの研磨面で露出された各マイクロセルの断面が変化する。この理由のために、研磨率が不均一であるという問題が有る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
発明の開示
それゆえ、本発明は、空洞を各々有するマイクロエレメントを使用して又は発泡プロセスを使用して形成されたマイクロセルを含む問題を解決する為に為されたものである。本発明は、マイクロセルと同じ機能を行うと共に所望の研磨速度を維持する為にスラリーを効果的に貯蔵及び排出し得るマイクロ孔を有する研磨パッドを提案する。
【００１１】
本発明の目的は、使用者により種々のパターンから選択されたパターンを有するように分布させた均一の寸法のマイクロ孔を有する研磨パッドを提供することであり、該マイクロ孔は、研磨プロセスの間に生じる研磨パッドの厚さの変化にかかわりなく所望の断面積を維持する。
【００１２】
本発明のもう一つの目的は、制御された寸法、形状及び密度を有するマイクロ孔を有する研磨パッドを提供することであり、それにより、最適の加工条件を維持して研磨効率の改善を達成し得る。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これら目的を達成する為に、本発明は、所望の深さを有すると共に均一の断面積を有するマイクロ孔がその研磨面において形成されたＣＭＰパッドを提供する。
【００１４】
図面の簡単な説明
本発明の上記目的、及び他の特徴並びに利点は、図面と関連づけられた以下の詳細な説明を読んだ後により明らかになるであろう。図中、
図１は、典型的なＣＭＰ装置の配置及び該ＣＭＰ装置を使用して実施される研磨方法を図示する概略図であり；
図２は、ＣＭＰ法の概念を図示する概略図であり；
図３は、空洞を各々有するマイクロエレメントを使用して形成されたマイクロセルの写真であり；
図４は、発泡法を使用して形成されたマイクロセルの写真であり；
図５ａは、本発明にしたがって形成されたマイクロ孔の断面構造を示す写真であり；
図５ｂは、本発明にしたがって形成されたマイクロ孔の平面構造を示す写真であり；
図６は、本発明にしたがって、研磨面に対して角度がつくように形成されたマイクロ孔を図示する概略図であり；
図７ａは、本発明にしたがったマイクロ孔の配置を図示する概念図であり；
図７ｂ及び７ｃは、それぞれ本発明にしたがったマイクロ孔の配置の例を図示する図であり；
図８は、異なった密度をそれぞれ有するマイクロ孔が分布された半径方向のマイクロ孔領域を有する研磨パッドを図示する概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明を、添付した図面を参照して、その構成及び機能に関して詳細に説明する。
【００１６】
本発明は、ＣＭＰプロセスにおいて使用され、そしてその研磨面において形成されたマイクロ孔を特徴とするＣＭＰパッドを提供する。本発明にしたがったマイクロ孔の各々は、その上端において開口され、そして均一な断面積を有する。図５ａ及び５ｂは、本発明にしたがったマイクロ孔の断面及び平面構造をそれぞれ示している。
【００１７】
図５ａ及び５ｂに示されるように、本発明にしたがって形成されたマイクロ孔は、均一の直径及び均一の分布を有する。図５ａ及び５ｂのマイクロ孔は、円形の断面を有する。しかしながら、これらマイクロ孔は、楕円形、多角形、例えば三角形又は矩形或いは正方形、及び星形のような種々の形態を有し得る。円形の断面を有するマイクロ孔の場合においては、好ましくはおよそ１０ないし２００μｍの直径を有する。
【００１８】
典型的には、マイクロ孔は、研磨パッドの研磨面に対して垂直方向に延びる。しかしながら、マイクロ孔は、研磨面に対して斜めに延びていてもよい。図６を参照すると、研磨パッドのｘ、ｙ、及びｚ軸に対してそれぞれ角度α、β及びγを形成するマイクロ孔が図示されている。ここで、角度α、β及びγは０°より大きいが、９０°より小さい（０°＜α、β、γ＜９０°）。
【００１９】
好ましくは、各々のマイクロ孔は、およそ１０μｍ2ないし１０ｍｍ2の範囲内の断面積を有する。また、各々のマイクロ孔は、研磨パッドの厚さに対して０．０１：１ないし１：１の範囲内の比を有する深さを有する。
【００２０】
本発明にしたがうと、そのようなマイクロ孔は、図７ａに示されるように、底辺ａ、高さｂ、及び両側の辺の間の角度βにより定義される三角形配置を有していてもよい。図７ｂ及び７ｃは、そのような三角形配置に基づいたマイクロ孔配置の例をそれぞれ図示している。
【００２１】
本発明にしたがった研磨パッド上に形成されたマイクロ孔は、使用者により望まれる寸法、密度及び形状にしたがって種々の配置から選択された配置を有していてもよい。マイクロセルを形成する為の、各々空洞を有するマイクロエレメントを使用した慣用の方法又は慣用の発泡プロセスにしたがうと、それらマイクロセルの寸法、形状、及び密度を調節し得る手段がない。しかしながら、本発明にしたがうと、マイクロ孔の寸法、形状、及び密度を調節し得る為に、使用者にとって所望の最適の条件に合致する。
【００２２】
図８は、本発明にしたがったマイクロ孔が形成された研磨パッドの例を概略的に示している。図８に示されるように、円形を有する研磨パッドは、異なったマイクロ孔密度をそれぞれ有する４つの半径領域を有している。各々の半径領域において、マイクロ孔は、均一の密度、均一の形状及び均一の断面積を有するように分布されている。或いは、研磨パッドは、半径方向以外の方向で配置されたマイクロ孔領域に分割されていてもよい。例えば、研磨パッドは、円周方向に配置されたマイクロ孔領域を有していてもよい。このように、本発明の研磨パッドは、そのマイクロ孔が様々に配置されるので、最適の加工条件を達成するという利点を有する。
【００２３】
本発明にしたがうと、研磨パッド上のマイクロ孔の形成は、レーザー、穿孔ピン又はドリル法を使用して達成され得る。好ましくは、レーザー加工原理が本発明にしたがって利用される。レーザー加工法は、熱変形を受ける層領域を減少させる性質を有する点で有利である。また、レーザー加工法は、非接触状態で行われる為、工具の磨耗がない。レーザー加工法はまた、複雑な形状を有する物品を正確に加工し、騒音及び振動の発生をなくし、及び清潔な仕事環境を維持し得る。また、レーザー加工法により形成された各々のマイクロ孔は、平滑かつ正確な内部表面を有するといる利点がある。レーザー加工法は、マイクロ孔の形状、寸法、深さ、及び密度を自在に変え及び調節することが出来るというもう一つの利点を提供する。
【００２４】
本発明のマイクロ孔は、研磨プロセスの間に研磨パッド上に供給されるスラリーを貯蔵し、そしてそこに適用されるウエハからの圧力によってマイクロ孔から流し出す。こうして、スラリーは、ウエハの研磨に参加する。本発明の研磨パッドは、研磨プロセスが進行すると共に厚さが変化するが、各々のマイクロ孔は均一の断面積を有する為に所望の研磨速度を維持し得る。特に、マイクロ孔は常に開口状態にある。したがって、慣用のマイクロセルとは異なって、マイクロ孔を人為的に開口する必要はない。マイクロ孔はまた、研磨プロセスの間ウエハから分離したデブリスを貯蔵し、そして研磨パッドがコンディショニングされる時に貯蔵されたデブリスを外部へと排出する役割を果す。
【００２５】
産業上の利用可能性
上記の記載から明らかなように、本発明は、所望の研磨速度を維持する為にスラリーを効果的に吸収すると共に研磨プロセスの間に該スラリーを放出し得るマイクロ孔を有するＣＭＰパッドを提供する。
【００２６】
本発明にしたがうと、最適の加工条件を達成する為にマイクロ孔の形状、寸法、深さ、及び密度を自在に変え及び調節することが出来る。このように、研磨効率の向上が得られる。
【００２７】
本発明の好ましい態様は、マイクロ孔が形成されたＣＭＰパッドに関する例示的な目的により開示されるが、当業者は、添付の特許請求の範囲に開示されるような本発明の範囲及び精神から外れることなく、種々の変更、付加及び代替が可能であることを高く評価するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】典型的なＣＭＰ装置の配置及び該ＣＭＰ装置を使用して実施される研磨方法を図示する概略図である。
【図２】ＣＭＰ法の概念を図示する概略図である。
【図３】空洞を各々有するマイクロエレメントを使用して形成されたマイクロセルの写真である。
【図４】発泡法を使用して形成されたマイクロセルの写真である。
【図５】ａは、本発明にしたがって形成されたマイクロ孔の断面構造を示す写真であり、ｂは、本発明にしたがって形成されたマイクロ孔の平面構造を示す写真である。
【図６】本発明にしたがって、研磨面に対して角度がつくように形成されたマイクロ孔を図示する概略図である。
【図７】ａは、本発明にしたがったマイクロ孔の配置を図示する概念図であり、ｂ及びｃは、それぞれ本発明にしたがったマイクロ孔の配置の例を図示する図である。
【図８】異なった密度をそれぞれ有するマイクロ孔が分布された半径方向のマイクロ孔領域を有する研磨パッドを図示する概略図である。
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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