(57)【要約】重合体前駆体の反応で形成されたマトリックス重合体中に埋め込まれた繊維を含むボディを有する研磨パッド。繊維が隙間を画定し、前駆体が反応の完了前にこの隙間を実質的に完全に満たす。パッドはその研磨面で自由な繊維の薄い層を含むことができる。自由な繊維の少なくとも一部の部分が、重合体と繊維の隣り合うボディ中に埋め込まれている。繊維は独立しても、または織ウェブまたは不織ウェブの形であってもよい。
2004528997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重合体前駆体の反応で形成されたマトリックス重合体中に埋め込まれた繊維を含むボディを含む研磨パッドであって、前記繊維が隙間を画定し、前記前駆体が前記反応の完了前に前記隙間を実質的に完全に満たす研磨パッド。
【請求項２】
前記パッドが、さらに、自由な繊維の研磨層を含み、この自由な繊維の少なくとも一部が、前記ボディのマトリックス重合体中に埋め込まれたその自由な繊維の部分を有する、請求項1に記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記自由な繊維の研磨層が約2ミル以下の厚さを有する、請求項2に記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記繊維が、ニードルパンチング、ハイドロエンタングリング、化学結合、またはエアスルー結合を含んだ不織布技術によって、またはウィービング、ニッティング、またはフェルト化を含む織布技術によって形成された繊維ウェブを含む、請求項1に記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記繊維ウェブが、約10ショアAから約90ショアAの範囲のデュロメータ硬度を有する、請求項4に記載の研磨パッド。
【請求項６】
前記繊維ウェブが、約0.15g/ccから約0.9g/ccの範囲の密度を有する、請求項4に記載の研磨パッド。
【請求項７】
前記繊維が、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアミド、レーヨン、ポリイミド、またはポリフェニレン、またはこれらの繊維の組合せからなる、請求項1に記載の研磨パッド。
【請求項８】
前記重合体が、固体または多孔質のポリウレタン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、またはエポキシである、請求項1に記載の研磨パッド。
【請求項９】
前記反応の後で、前記パッドが、約50ショアDから約100ショアDの範囲のデュロメータ硬度を有する、請求項1に記載の研磨パッド。
【請求項１０】
前記重合体が、固体ポリウレタンである、請求項1に記載の研磨パッド。
【請求項１１】
前記反応の後で、前記パッドが、重量で約20%から約80%の繊維および重量で約80%から約20%の重合体を含む、請求項1に記載の研磨パッド。
【請求項１２】
前記反応の後で、前記パッドが、約0.5g/ccから約1.1g/ccの範囲の密度を有する、請求項1に記載の研磨パッド。
【請求項１３】
前記反応の後で、前記パッドが、約10ミルから約130ミルの範囲の厚さを有する、請求項1に記載の研磨パッド。
【請求項１４】
重合体前駆体の反応で形成されたマトリックス重合体の中に埋め込まれた繊維を含むボディを含む研磨パッドを作る方法であって、前記繊維が隙間を画定し、前記前駆体が前記反応の完了前に前記隙間を実質的に完全に満たし、
前記繊維および前記前駆体を前記パッドを成形するための鋳型のキャビティに入れるステップと、
前記鋳型キャビティに差圧を加えるステップとを含み、
前記差圧および前記前駆体の量が、前記前駆体が前記反応の完了前に前記隙間を実質的に完全に満たすことができるほどに十分であり、さらに、
前記前駆体を反応させて前記パッドを少なくとも部分的に硬化するように、前記鋳型に十分な熱を加えるステップを含む方法。
【請求項１５】
さらに、前記硬化されたパッドを前記鋳型キャビティから取り出し、前記重合体の部分を破砕除去して自由な繊維の研磨層を形成するために、前記硬化されたパッドの少なくとも1つの側を研磨装置でバフ研磨するステップを含み、前記自由な繊維の少なくとも一部分が、前記研磨層と隣り合う前記ボディの破砕されないマトリックス重合体中に埋め込まれている、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記自由な繊維の研磨層が、約2ミル以下の厚さを有する、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記繊維が、ニードルパンチング、ハイドロエンタングリング、化学結合、またはエアスルー結合を含んだ不織布技術によって、またはウィービング、ニッティング、またはフェルト化を含んだ織布技術によって形成された繊維ウェブを含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１８】
前記繊維ウェブが、前記鋳型キャビティ中に入れられたとき、約50ミルから約100ミルまでの初期厚さを有し、さらに前記初期厚さが、前記熱および圧力によって約10%から約20%だけ減少する、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
重合体前駆体の反応で形成されたマトリックス重合体中に埋め込まれた繊維を含むボディを含む研磨パッドと研磨すべき表面を接触させることを含む表面を研磨する方法であって、前記繊維が隙間を画定し、さらに前記前駆体が前記反応の完了前に前記隙間を実質的に完全に満たす方法。
【請求項２０】
前記研磨パッドが、さらに、自由な繊維の研磨層を含み、この自由な繊維の少なくとも一部が、前記ボディのマトリックス重合体中に埋め込まれたその自由な繊維の部分を有する、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記自由な繊維の研磨層が約2ミル以下の厚さを有する、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
前記繊維が、ニードルパンチング、ハイドロエンタングリング、化学結合、またはエアスルー結合を含んだ不織布技術によって、またはウィービング、ニッティング、またはフェルト化を含んだ織布技術によって形成された繊維ウェブを含む、請求項19に記載の方法。
【請求項２３】
前記研磨すべき表面が、Al、Al合金、Cu、Cu合金、W、W合金、シリコン酸化物、ポリシリコン、窒化シリコン、Ta、Ta合金、Ti、Ti合金、Au、Au合金、またはこれらの組合せである、請求項19に記載の方法。
【請求項２４】
前記研磨が、化学的機械的研磨(CMP)である、請求項19に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨パッドに関する。本発明の研磨パッドは半導体ウェーハの化学的機械的平坦化に特に有用である。特に、本発明は、過研磨を防止するように剛性を増し、さらに使用寿命を延ばすために硬さおよび厚さの増したパッドに関する。本発明は、例えば、光学ガラス、CRTおよびフラット・パネルの表示画面などの他の表面の研磨にも適用可能である。本発明は、さらに、このパッドを製造し使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長年の間、光学レンズおよび半導体ウェーハは化学的機械的手段で研磨されている。最近、この技術は二酸化シリコンの金属間誘電体層を平坦化する手段として、さらに、様々な基板上で作製する集積回路デバイス内の導電層の部分を取り除くために応用されている。例えば、二酸化シリコンの共形層は、この共形層の上面が、下の金属相互配線に高さおよび幅が対応する一連の平面でないステップで特徴づけされるように、金属相互配線を覆うことができる。
【０００３】
半導体技術の急速な進歩により、超大規模集積(VLSI)回路および超々大規模集積(ULSI)回路が出現し、半導体基板のより小さな面積に非常に多数のより多くのデバイスが実装されるようになった。デバイス密度が高くなると、現在の設計で組み込まれるようなより小さな特徴を有するより多数のデバイスを形成するのに必要なより高い分解能のリソグラフィ・プロセスを可能にするために、より高いレベルの平坦度が必要となる。さらに、抵抗が低いために銅が相互配線としてますます使用されるようになっている。従来、導電性(金属)表面および絶縁体表面を平坦化するために、エッチング技術が使用されている。しかし、相互配線として使用したときの有利な特性のために望ましいある特定の金属(Au、Ag、Cu)は、エッチングに容易に適用できないので、化学的機械的研磨(CMP)が必要とされる。
【０００４】
一般に、様々な金属相互配線はリソグラフィまたはダマシン・プロセスによって形成される。ダマシン技術は、本発明の譲受人に譲渡されたChow等の米国特許第4,789,648号に記載されている。この特許の内容全体を参照により本明細書に組み込む。例えば、リソグラフィ・プロセスで、第1のブランケット金属層が第1の絶縁層の上に堆積され、これ続いて、電気線が第1のマスクによる減エッチングで形成される。第2の絶縁層が第1の金属化層の上に配置され、第2のマスクを使用して第2の絶縁層に穴がパターン形成される。この穴に金属を充填して金属柱すなわちプラグが形成される。第2の絶縁層を覆って第2のブランケット金属層が形成されて、プラグが第1と第2の金属層を電気的に接続する。第2の金属層が第2の組の電気線を形成するようにマスキングされ、エッチングされる。このプロセスが、所望のデバイスを生成するために必要なように繰り返される。
【０００５】
現在、VLSIでは、エッチングし易いために配線にアルミニウムが、そしてプラグにタングステンが使用されている。しかし、銅の抵抗率はアルミニウムにもタングステンにも優っており、銅の使用が望ましいが、銅はエッチングに関して望ましい性質を有していない。
【０００６】
金属間誘電体層の上の面の高さのばらつきは、いくつかの望ましくない特性を持っている。平面でない誘電体表面のために、次のフォトリソグラフィ処理ステップの光学的な分解能は、低下する可能性がある。光学分解能の損失で、線を印刷することができる分解能が低下する。さらに、段の高さが大きい場合、誘電体層を覆う第2の金属層の被覆率が不十分であり、開路につながる可能性がある。
【０００７】
これらの問題に鑑みて、金属層および誘電体層の上面を平坦化する方法が開発された。1つのそのような技術が、回転研磨パッドで行われる、研磨剤を使用する化学的機械的研磨(CMP)である。化学的機械的研磨法は、本発明の譲受人に譲渡されたBeyer等の米国特許第4,944,836号に記載されている。この特許の全内容を参照して、ここに組み込む。従来の研磨パッドは、比較的少量のポリウレタン接着性結合材で相互連結された不織繊維のような比較的軟らかい可撓性材料で作られ、あるいは、パッドの厚さ全体を通して物理特性の変化を有する積層とすることができる。多層パッドは、一般に、より堅い材料の層で裏打ちされた可撓性の最上部研磨層を有する。
【０００８】
CMP技術は、除去すべき表面層の化学変換と変換生成物の機械的除去とを組み合わせている。変換生成物は軟らかで、高い研磨速度を容易にするのが理想的である。CMPパッドは、本発明に関連した2つの制約を解決しなければならない。研磨すべき基板と接触する表面は弾性でなければならない。本発明に特に関連のあるのは、パッドが軟らか過ぎることに起因する「椀状変形」としても知られる局部的な過研磨の問題である。これは、金属基板のCMP中に遭遇する重要な問題の1つである。また、研磨表面の欠陥の数および密度の増加は、従来の繊維パッドが磨り減ったときに現れる、磨り切れてゆるんだ繊維によって起こる可能性がある。そのような欠陥は、製品の低歩留りと関連する。
【０００９】
半導体チップ製造のために最も一般的に使用される研磨パッドの中には、非常に軟らかい発泡樹脂パッドまたは軟らかい不織遷移パッドがある。軟らかい研磨パッドの有利な点は、研磨ウェーハの低欠陥密度と優れたウェーハ内均一性である。しかし、軟らかいCMPパッドには、約50枚のウェーハ研磨の後で取替えが必要となる非常に短いパッド寿命および、パッドが軟らかいことによる研磨ウェーハの過剰な湾状変形の問題がある。また、金属ダマシンCMPプロセスでは、軟らかいパッドでは、通常、堅いパッドに比べて椀状変形がはるかに大きくなる。
【００１０】
椀状変形の防止には、より剛性のパッドが必要であることが一般に知られている。このように、硬い研磨パッドは、通常、軟らかいパッドよりも優れた平坦化能力を有する。しかし、欠陥数は軟らかいパッドよりもはるかに多く、ウェーハ内均一性は通常非常に悪い。さらに、硬いパッドは条件付けすることができる。このことは、ダイアモンド・ディスクまたは研磨ローラを使用して磨り減った部分および食い込んだ破片を取り除いてパッド表面を条件付けし直して、パッド表面条件を再生することができることを意味する。この再条件付け能力は、硬いパッドが軟らかいパッドよりも遥かに長く持つ可能性があることを意味する。また、そのような再条件付けは、現場で、パッド交換のための研磨器具の停止時間が非常に減少することを意味する。
【００１１】
現在、これらの問題はマルチステップ技術を使用して取り扱われ、このマルチステップ技術では、最初の研磨は一組のパッドと研磨剤を使用して高速度で行われ、それに続いて、この第1の組とは違ったように最適化された第2の組のパッドと研磨剤を使用する第2の研磨ステップが行われる。これは時間のかかるプロセスであり、さらに、2つの違ったパッドを使用することによる高密度欠陥の問題もある。Cu平坦化では、CMPパッドがクリティカルであり、研磨スラリと同様に重要である。従来技術の繊維パッドは軟らか過ぎて良好な平坦化を得ることができない。より優れたCMP性能を得ようとして、以前に積層不織繊維および他の型のパッドが試みられた。しかし、ポリウレタンで結合された不織繊維の薄い(厚さが5から20ミル)パッドは十分な耐久性がなく、CMPプロセスに長く耐えられない。
【００１２】
したがって、繊維研磨パッドの改良が必要とされている。高品質CMPパッドは次の要件を満たさなければならない。すなわち、研磨表面に生じる欠陥数が非常に少ないこと、生じる椀状変形が非常に小さく、かつ研磨表面の腐食が非常に小さいこと、および再条件付けで延長可能な長いパッド寿命をもつことである。既存の従来技術のCMPパッドはどれも、次世代のCMPプロセスに必要とされるこれらの用件全てを満たすことはできない。したがって、これらの要件を満たす新しい型のCMPパッドが必要とされる。
【特許文献１】
米国特許第4789648号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は従来技術の問題に対処し、重合体マトリックスに埋め込まれた不織繊維を含む比較的厚く、剛性で硬いパッドを提供する。重合体マトリックスを生成する反応物を、この反応物が完全に硬化する前に、不織繊維マットに実質的に完全に充填する。硬化中に、反応物が最終的な硬い重合体に変換されるときに多少収縮し、マトリックス中に泡を生成する。しかし、結果として生じる繊維重合体複合物は、現在および将来のCMPプロセス化学と共存できるように十分に硬く、かつダイアモンド含有研磨ディスクまたはローラで研削して(仕上げて)パッドの加工表面を再生することで、使用後に条件付けすることができる。パッド厚さは、従来使用されたものより厚くすることもできる。このことは、パッドを再条件付けできることともに、パッド交換が必要になる前に500枚から1000枚のウェーハを研磨するように、パッド寿命が相当に長くなることを意味する。半導体および光産業での用途が想像される。
【００１４】
本発明は、また、上で開示されたパッドを作る方法に関する。特に、この方法は、鋳型中の繊維マットの隙間の中に反応物を押し込み、それから、隙間が実質的に満たされたときに、反応物を硬化して上で開示された研磨パッドを作ることを含む。熱と圧力の両方が、鋳型中の繊維マット内の前駆体系を硬化するように加えられる。硬化し鋳型から取り出した後で、皮膜状の被覆を除去し、さらに重合体の表面部分を破砕するように、パッドを研磨ディスクまたはローラでバフ研磨して、自由な繊維の薄い研磨表面層を形成することができる。この自由な繊維の部分は、隣り合う複合ボディ中に埋め込まれている。
【００１５】
本発明のさらに他の目的および利点は、次の詳細な説明から、当業者には容易に明らかになるであろう。この詳細な説明では、本発明を実施するために考えられる最良の態様の単なる例示として、本発明の好ましい実施形態を示しかつ説明する。当業者は気付くであろうように、本発明は、他の異なる実施形態が可能であり、本発明の詳細は、本発明から逸脱することなしに、様々な明白な点で修正することができる。したがって、この説明は、本質において例示であり制限しないものと見做すべきである。
【００１６】
添付の図面と関連して行う以下の詳細な説明を参照して、本発明をさらに理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
第1の繊維グループとして適している一般的な材料は、レーヨン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、NomexおよびKevlarなどのアラミド繊維、ポリ塩化ビニル、大麻、およびこれらの繊維の組合せである。第2の繊維グループとして適している一般的な材料は、ポリエステル、ポリプロピレン、ナイロン、アクリル、ポリエチレン、およびこれらの繊維の組合せである。これらの列挙した繊維は、使用できる種類を例示しようとする意図であるが、それによって、本発明は列挙された種類に限定されない。第1のグループの繊維は第2のグループの繊維よりも高い硬度を有するパッドを可能にするので、第1のグループの繊維が好ましい。第1と第2のグループの繊維の組合せもまた可能である。繊維およびマトリックス重合体はともに、一般に、デュロメータ硬度試験方法ASTMD2240で測定されるような、約30ショアDから約100ショアDまで、好ましくは約40ショアDから約80ショアDまで、より好ましくは約50ショアDから約70ショアDまでの硬度を有する。
【００１８】
繊維は、ウェブまたはマットの形であるのが好ましいが、重合体前駆体と混合された個々の繊維かまたは重合体前駆体が加えられる個々の繊維かであってもよい。繊維ウェブは、繊維の目の粗い積み重ねであってもよく、または、ニードルパンチング、ハイドロエンタングリング(hydroentangling)、化学結合、エアスルー結合、ウィービング、ニッティング、フェルト化などのような任意のよく知られている不織布または織布製造技術で形成することができる。繊維マットだけで、前述の測定方法で測定されるような、約10ショアAから約90ショアA、好ましくは約30ショアAから約70ショアAのデュロメータ硬度を有するのが好ましい。繊維ウェブは、重合体反応物(前駆体)を含浸する前に、約5ミルから約130ミル、より好ましくは約15ミルから約100ミル、さらに最も好ましくは約50ミルから約100ミルまでの範囲の厚さであるのが好ましい。成形プロセス中に、この厚さは約10%から約20%だけ小さくなる可能性がある。新しい成形パッドの厚さは、約10ミルから約100ミルまでの範囲であるのが好ましい。パッドは十分に強くかつ粘着性であるので、約5ミルの厚さまで使用し再条件付けすることができる。
【００１９】
繊維マットは重合体材料のマトリックス中に埋め込まれる。適切なマトリックス材料の例は、ポリエステル・ウレタンおよびポリエーテル・ウレタンを含んだポリウレタン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート(PMMA)を含んだポリアクリレート、ポリアラミド、エポキシおよびエポキシ誘導体のような熱硬化性重合体、およびこれらの重合体の組合せである。繊維重合体複合物の化学的物理的特性、したがって研磨性能は、繊維の種類と大きさ、重合体の種類と硬度、繊維対重合体の比、重合体の破砕性、および繊維マット内における重合体マトリックスの局部的および全体的な分布によって支配される。例えば、より大きな繊維径(したがって、繊維マットの特定の密度により少ない数の繊維を有する)を使用し、かつ大きな繊維対重合体比を使用すると、結果として全体的により小さな密度と表面硬度およびより高い圧縮性を有するパッド構造となる。逆に、より小さな繊維径、より小さな繊維対重合体比、およびより硬い重合体の種類を使用すると、結果として、より高い密度、より小さな圧縮性、およびより高い表面硬度を有するパッド構造となる。マトリックス用の多孔質重合体よりも固体重合体が好ましい。マトリックス重合体が多孔質である場合、所望の硬度を実現するために、孔サイズは5〜100ミクロン、より好ましくは5〜50ミクロンの範囲であるのが好ましい。重合体マトリックスが多孔質である場合、一様な空間率およびより高い密度によって、より適切な研磨均一性、より少ない椀状変形、およびより高い研磨速度がもたらされる。これによって、より高いプロセス処理量およびより高い製品歩留りが可能になる。
【００２０】
本発明のパッドは、一般に、重量で約30パーセントから約70パーセント、好ましくは重量で約40パーセントから約60パーセントの繊維、および対応して、一般に、重量で約70パーセントから約30パーセント、好ましくは重量で約60パーセントから約40パーセントの重合体マトリックスを含む。繊維および重合体マトリックスのパーセンテージは、パッド中の繊維と重合体マトリックスの合計に基づいている。
【００２１】
本発明のパッドは、約0.5g/ccから約1.1g/ccまでの密度を有するのが好ましく、さらにパッドを作るための繊維マットは約0.15g/ccから約0.9g/ccまでの密度を有するのが好ましい。パッドの所望の硬度を保証するために、繊維マットは比較的目の粗い繊維の網目模様を含み、この網目模様に実質的に完全に重合体マトリックスを形成する前駆体反応物が充填され、この反応物が硬化された後で繊維マットは重合体マトリックス中に埋め込まれるようになる。硬化された重合体は、比較的硬いがもろいマトリックスを形成するのが好ましい。硬化に続いて、ダイアモンド・ディスクまたは対向するインライン式研磨ローラでバフ研磨して皮膜状重合体表面を取り除き、さらに約1ミルから2ミルの厚さの繊維マットを露出させて、成形されたパッドを条件付けする。これによって、部分的に自由な繊維を含む約1ミルから2ミル厚さの繊維表面層が作られる。この表面層の生成は、硬化された重合体マトリックスのもろい性質に起因している。言い換えると、繊維の強度は充填材またはマトリックス材料よりも強いので、バフ研磨中に、充填材料は表面から取り除かれ、一方で、表面の繊維は、主ボディまたは繊維重合体複合物の裏打ち層に付いたままになっている。したがって、バフ研磨後に、小さな厚さすなわち深さの表面重合体を取り除いて自由な繊維の薄い表面層を残し、この自由な繊維の少なくとも一部の部分は、図1、2および3に見られるように、重合体と繊維の隣り合う複合物ボディ中に埋め込まれたままになっている。CMPプロセス中に、この繊維研磨表面は、従来の硬いパッドの使用によって生じる欠陥数の約90%以上を減らすのに役立つ。さらに、繊維マットを高密度に充填する重合体で形成された固体マトリックスで、パッドは現在市販されている最も硬い従来のCMPパッドよりも最高で50%硬くなる。
【００２２】
したがって、本発明の好ましいパッドの薄い繊維表面層のために、このパッドで研磨されたウェーハの欠陥数は相当に減少し、さらに繊維表面層の下の硬い裏打ちボディまたは層のために、研磨されたウェーハ表面の椀状変形は遥かに少なくなる。結果として、金属椀状変形は、ウェーハ上の金属の特徴の寸法の約0.04%以下に最小化することができる。さらに、ウェーハ表面の腐食は非常に小さく無視することができる。
【００２３】
さらに、パッド表面は、1つまたは複数のウェーハを研磨した後で再条件付けして、高い性能のレベルを維持することができる。これによって、パッド使用寿命は従来の繊維を使用した軟らかいパッドよりも非常に長くなる(多分、ウェーハ1000枚以上)。下の硬い繊維と重合体のボディが椀状変形現象を軽減するように繊維層を固定支持する間、条件付けプロセスで、実際に、薄い(約1から2ミル)繊維表面層を作り直すことができ、この繊維表面層は引き続いて欠陥数を減少するのに役立つ。
【００２４】
米国特許出願番号09/599,514に記載されているように、パッドは多数の層を有し、個別の層でパッドの剛性および硬度を個別に最適化することを可能にすることができる。一番下の支持層は、パッドに機械的な剛性を与える。一番下の支持層の剛性は、加工すべき表面を構成する材料の展性に関係して最適化するのが好ましい。一番上の加工層は、そのボディが自由な繊維の薄い表面層を保持し、さらに、この加工層が自由な繊維の薄い表面層を含む。この一番上の加工層は、研磨すべき表面の特性とCMPプロセスで使用される研磨混合物の化学的特性の両方に関して最適化するのが好ましい。一般に、支持層は、研磨表面として使用される自由な繊維を保持する層よりも剛性の繊維を有し、またこの層よりも厚く、典型的にはパッドの全厚さの約55%から約90%である。
【００２５】
上で示したように、より適切なCMP性能を得ようとして、積層不織布型および他の型の繊維パッドが過去に試みられた。しかし、薄い(厚さ5から15ミル)繊維パッドは十分な耐久性がなく、CMPプロセスに耐えられない。本発明では、単一ボディ研磨パッドまたは多層パッドの加工ボディは、CMPプロセス中に依然として構造完全性を維持しながら、5ミルまでバフ研磨することができる。どちらの形でも、自由繊維層は引っ掻き傷の無い研磨表面を実現し、さらに硬い下のボディによって、より軟らかいパッドを用いたCMP中に通常生じる過剰な椀状変形が減少する。したがって、本発明は、研磨すべき基板との適合性および研磨複合物との適合性のために研磨し過ぎが起こらないように最適特性を個別に制御することを可能にする。
【００２６】
本発明に従って、繊維をマトリックス重合体に埋め込む前に、同じ重合体または異なる重合体をこの繊維にプレコーティングすることができる。繊維にプレコーティングするのに適している重合体の例は、エチルまたはメチル・アクリレートまたは、エチルまたはメチル・メタクリレートのようなアクリレートまたはメタクリレートとスチレンとの共重合体、アクリロニトリル・ゴム、ブタジエンスチレン・ゴム、ポリウレタン、フルオロカーボン、およびエポキシ樹脂である。
【００２７】
プレコーティングは、重合体マトリックスへの自由な繊維の部分の付着力を高めて、自由な繊維の安定性を維持するのに役立つ可能性がある。また、プレコーティングは、繊維とプレコーティングの全重量を基準にして重量で約10から約90%、好ましくは重量で約15から50%の量で使用することができる。
【００２８】
本発明のパッドは、1つまたは複数の層の不織繊維で目の粗い繊維ウェブまたはマットを形成し、続いて、使用時に、吹付けなどで目の粗い繊維マットにプレコーティングを施し、次にこのプレコーティング膜を硬化することによって製造することができる。他の選択可能な方法では、各繊維層に別個にプレコーティングを行い、互いに積み重ね、続いて、このプレコーティング膜をB段階のようなものまで部分的に硬化する。この段階で、繊維マット構造はマトリックス中に埋め込まれる。これは、マットをパッド状の鋳型に入れて、UniroyalからのADIPRENEまたはAir ProductsからのAIRFLEXとして知られているイソシアネート系のような未反応粘性重合体前駆体系をマットの表面に塗ることで行うことができる。それから、鋳型を閉じ、十分な差圧を加えて、重合体前駆体が繊維間のスペース(隙間)を実質的に完全に満たし、さらに、それによって、繊維を基本的に連続した重合体マトリックス中に埋め込むようにする。鋳型を加圧することに代わるものとして、約マイナス10psig（ポンド−力／平方インチゲージ）のような真空を使用して、重合体反応物(前駆体)を繊維マット中に引き込むことができる。
【００２９】
この「充填」段階中に、または充填の後で、マトリックス重合体の部分的な硬化か最終硬化かいずれかを行うように、鋳型を加熱する。マトリックス重合体の硬化は、一般に、約60°Fから約250°F、好ましくは約100°Fから約180°Fの温度、および約1psigから約200psig、好ましくは約10psigから約150psig、より好ましくは約50psigから約75psigの圧力で、約5時間から約24時間行う。重合体の部分的な硬化だけの後で鋳型からパッドを取り出す場合、最終硬化は、オーブンまたは同様なもの中の周囲圧力で行うことができ、この硬化の時間および温度は重合体および部分効果の程度に依存する。
【００３０】
従来技術の繊維重合体複合パッドでは、マットの不織繊維を互いに結合するのにちょうど十分なだけの重合体が使用されるが、本発明では、ポリウレタン用のイソシアネート系のような重合体用の反応物を繊維マットの隙間に実質的に完全に充填して、繊維が埋め込まれた極めて硬い重合体マトリックスを実現する。また、本発明のパッドは、1つまたは複数のそのような硬い層の繊維重合体複合物でも作ることができる。
【００３１】
使用されたマットの繊維は、好ましくは約15ミクロンから約70ミクロン、より好ましくは約20ミクロンから約50ミクロンの範囲にある繊維直径、さらに最も好ましくは約25ミクロンの繊維直径を有する。
【００３２】
パッドのマトリックスが異常に硬いために、パッドは比較的堅い可能性がある。したがって、成形が完了した後で、可撓性を増すためにパッドに穴を形成することができる。パッドの可撓性を増すために穴が使用される場合、この穴は、加工側から取付側にパッドを完全に貫通するのが好ましく、さらに穴の大きさは、直径が1/16インチから1/4インチの範囲であるのが好ましく、1/4インチの穴は好ましくは1/2インチの間隔を空けて配置され、また1/16インチの穴は好ましくは約1/4インチの間隔を空けて配置される。
【００３３】
本発明のパッドは、高品質ウェーハに一様な研磨面をいつも形成することができる溝付き研磨パッドを実現するための溝削りに特に適している。パッドに溝を付ける装置は、パッドの加工面に溝を機械加工するために、ルータによる係合のための適所にパッドを保持する位置決め棒を有するプラテンを備えることができる。パッドに溝を付けるときに溝の深さを正確に制御するために、ルータを保持しかつ回転するためのチャックとパッドの加工面との間に一定の正確な間隔を与える間隔機構を使用することができる。この種の装置は、「Polishing Pad Grooving Method and Apparatus」として2000年6月29日に出願された米国特許出願番号09/605,869に記載されている。この出願の全内容を参照してここに組み込む。従来技術パッドの繊維は、そのような溝削りプロセスでほつれることが多いのに対して、本発明のパッドの繊維は、プレコーティングされているかどうかにかかわらず、溝削りプロセス中に重大なほつれを受けることはない。
【００３４】
したがって、本発明のパッド設計は、高いレベルの平坦化および全体的な均一性を様々な研磨基板に与えるために必要な特性の融通性および性能を提供する。本発明のパッドを使用して、アルミニウムおよび、AlSiおよびAlCuのようなアルミニウム合金、Cu、Cu合金、W、W合金、およびTi、Ti合金、TiN、Ta、Ta合金、TaN、Crなどのような様々な付着兼拡散バリア、シリコン酸化物、ポリシリコン、窒化シリコン、Au、Au合金、ならびに、他の金属および合金、および様々な組成のガラスを研磨することができる。
【００３５】
使用される研磨スラリは、任意の知られているCMPスラリであってよい。特定の例は、脱イオン水中のアルミナ、または、アルミナと水のスラリにフッ化水素酸または硝酸を加えて得られるpHが3より小さい酸性構成物、およびpHが7より大きい塩基性スラリを含んだ3以上のpHを有するスラリである。
【００３６】
半導体産業に適した実施形態は、例えば、IBM Technical Disclosure Bulletin,Vol.15,No.6,November 1972,pages 1760-1761に記載されている装置の、研磨装置で使用できる可能性があるような一般的な寸法を有する実質的に円筒形のパッドである。
【００３７】
他の実施形態として、研磨装置は、回転可能なプラテンを有する研磨台を含み、このプラテンに、上で参照した仮出願番号60/214,774の図14に図示されているような研磨パッドが取り付けられる。この実施形態のパッドは、直径が好ましくは約10インチから約36インチ、より好ましくは約24インチであり、24インチのパッドは「8インチ」または「12インチ」の半導体ウェーハを研磨することができる。プラテンは、一般に、毎分30回転から200回転の速度でパッドを回転させる。ただし、この範囲より小さな速度、および大きな速度を使用することができる。半導体ウェーハは、一般に、真空チャックを使用して回転可能な保持具先端部に取り付けられる。この先端部は、例えば1インチ平方当たり1ポンドから10ポンド、好ましくは2ポンドから8ポンドの圧力で、研磨を行うパッドにウェーハを押し付け。ただし、より大きな圧力またはより小さな圧力を使用することもできる。研磨速度は、スラリの組成、先端部およびプラテンの回転速度、および接触圧力で制御することができる。
【００３８】
Cuの研磨試験で、本発明のパッドは、現在入手可能なパッドで得ることができない優れた結果をもたらすことが明らかになった。
【００３９】
本発明についての上述の説明は、本発明の好ましい実施形態だけを図示し、説明している。しかし、上で言及したように、理解すべきことであるが、本発明は、様々な他の組合せ、修正および環境で作り使用することができ、さらに、上記の教示および/または当業者の熟練または知識と同程度である、ここに示されるような発明の概念の範囲内で変え、または修正することができる。上記の実施形態は、さらに、本発明を実施する知られている最良の態様を説明し、当業者が、そのようなまたは他の実施形態で、また本発明の特定の応用または使用で必要となる様々な修正と共に、本発明を使用することができるように意図されている。したがって、説明は本発明を開示された形態に制限することを意図していない。また、添付の特許請求の範囲は他の実施形態を含むように解釈されるものと意図している。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】100倍の倍率で撮られた本発明の使用されたパッドの研磨表面の部分を示す写真である。
【図２】500倍のより大きな倍率で撮られた図2の使用されたパッドの研磨表面の部分を示す写真であり、重合体と繊維の硬いボディの表面の上の繊維層に焦点を合わせた像である。
【図３】500倍のより大きな倍率で撮られた図2の使用されたパッドの研磨表面の部分を示す写真であり、重合体と繊維の硬いボディの表面に焦点を合わせ、この表面の上の繊維層は焦点が合っていない像である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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