JP2007505749A - Polishing pad for chemical mechanical polishing - Google Patents

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Abstract

本発明は、一実施形態において、化学的機械的研磨用の研磨パッド(100)を提供する。研磨パッドは、研磨本体(110)を備えている。研磨本体は、凹面セル(125)を備えた表面(120)を有する熱可塑性発泡体基板(115)を備えている。研磨剤(130)は、凹面セルの内部表面(135)を被覆する。研磨剤は、炭化物または窒化物を含有する無機金属酸化物を含む。本発明の別の実施形態は、研磨パッド(200)を製造するための方法である。
The present invention, in one embodiment, provides a polishing pad (100) for chemical mechanical polishing. The polishing pad includes a polishing body (110). The polishing body comprises a thermoplastic foam substrate (115) having a surface (120) with concave cells (125). The abrasive (130) coats the inner surface (135) of the concave cell. The abrasive includes an inorganic metal oxide containing carbide or nitride. Another embodiment of the invention is a method for manufacturing a polishing pad (200).

Description

本発明は、ガラス、半導体、誘電体、金属およびそれらの複合材料、磁性大容量記憶媒体および集積回路などの物品上に、平滑な、超平坦面を作りだすための化学的機械的研磨を対象とする。   The present invention is directed to chemical mechanical polishing to create smooth, ultra-flat surfaces on articles such as glass, semiconductors, dielectrics, metals and their composites, magnetic mass storage media and integrated circuits. To do.

化学的機械的研磨(CMP)は、金属および誘電体薄膜の両方を平坦化するために、成功裏に使用されてきた。1つの妥当な平坦化機構においては、研磨工程では、スラリーの存在下でウエハ表面およびパッド材料の高い部分が緊密に接触することが必要であると考えられている。この筋書きでは、スラリーと研磨されつつあるウエハ表面との反応から生じた腐食された材料が、パッド−ウエハ界面で剪断によって除去される。パッド材料の弾性的特性は、最終の平坦性および研磨速度に大きく影響する。その結果、弾性的特性は、固有のポリマーおよびその発泡構造物の両方の関数である。   Chemical mechanical polishing (CMP) has been successfully used to planarize both metal and dielectric thin films. In one reasonable planarization mechanism, it is believed that the polishing process requires intimate contact between the wafer surface and high portions of pad material in the presence of the slurry. In this scenario, the corroded material resulting from the reaction between the slurry and the wafer surface being polished is removed by shear at the pad-wafer interface. The elastic properties of the pad material greatly affect the final flatness and polishing rate. As a result, the elastic properties are a function of both the intrinsic polymer and its foam structure.

歴史的には、ポリウレタンベースのパッドが、高強度、高硬度、高弾性率および破壊時の伸びが大きいために、CMP用に使用されてきた。そのようなパッドは、良好な均一性を有し、かつ効果的に形態を縮小しうるが、急速かつ均一に表面材料を除去するパッドの能力は、使用することにより急速に低下する。ポリウレタンベースのパッドについて観測される、時間に依存した材料除去速度の低下は、臨界剪断力の条件下にあるそのような研磨パッドの機械的な応答の変化によるものとされてきた。ポリウレタンベースのCMPパッドの機能が低下するのは、研磨時に使用されるパッドおよびスラリー間の相互作用によりパッドが分解するためであると一般に考えられている。   Historically, polyurethane-based pads have been used for CMP due to their high strength, high hardness, high modulus, and high elongation at break. Such pads have good uniformity and can effectively shrink in shape, but the ability of the pad to remove surface material quickly and uniformly decreases rapidly with use. The time-dependent decrease in material removal rate observed for polyurethane-based pads has been attributed to changes in the mechanical response of such polishing pads under critical shear conditions. It is generally believed that the degradation of the functionality of polyurethane-based CMP pads is due to the degradation of the pads due to the interaction between the pad used during polishing and the slurry.

さらに、ポリウレタンパッドの場合は、分解により、均一な研磨にとって有害となりうる、パッド内およびパッド自体の表面改変が生じる。別法として、いくつかの例においては、CMP研磨に使用される材料の表面改変により、使用時の性能を改善しうる。しかし、そのような改変は一時的なものであり、したがって、CMPパッドの交換または再処理が頻繁に必要になる。また、ポリウレタンパッドでは、研磨前の試運転期間、さらに使用後の整備および再処理が通常必要である。また、研磨装置が活動を停止している間、伝統的なパッドを湿った状態に保持することが、しばしば必要になる。これらの特性により、ポリウレタンまたはこれと類似の従来のパッドを使用する場合は、望ましくないことにCMPの全体としての効率が低下する。
米国特許第6579604号 米国特許出願第10/241074号
In addition, in the case of polyurethane pads, decomposition results in surface modifications within the pad and the pad itself that can be detrimental to uniform polishing. Alternatively, in some cases, surface modification of the material used for CMP polishing may improve performance in use. However, such modifications are temporary and therefore frequently require CMP pad replacement or reprocessing. Also, polyurethane pads usually require a trial run period before polishing and further maintenance and reprocessing after use. It is also often necessary to keep the traditional pad moist while the polishing apparatus is inactive. These characteristics undesirably reduce the overall efficiency of CMP when using polyurethane or similar conventional pads.
US Pat. No. 6,579,604 US patent application Ser. No. 10 / 24,104

したがって、必要なものは、CMPの間に高度に平坦な表面を作りだし、寿命を改善し、その一方で、上述の諸問題を経験しなくて済むことができる改善されたCMPパッドである。   Therefore, what is needed is an improved CMP pad that can create a highly flat surface during CMP and improve lifetime, while avoiding experiencing the problems described above.

上記で考察した従来技術の欠陥に対処するために、本発明は、一実施形態において、化学的機械的研磨用の研磨パッドを提供する。研磨パッドは、熱可塑性発泡体基板を備えた研磨本体を含む。熱可塑性発泡体基板は、凹面のセルを備えた表面を含む。凹面セルの内部表面を被覆する研磨剤は、炭化物または窒化物を含む無機金属酸化物を含む。   To address the prior art deficiencies discussed above, the present invention, in one embodiment, provides a polishing pad for chemical mechanical polishing. The polishing pad includes a polishing body with a thermoplastic foam substrate. The thermoplastic foam substrate includes a surface with concave cells. The abrasive | polishing agent which coat | covers the internal surface of a concave cell contains the inorganic metal oxide containing a carbide | carbonized_material or nitride.

本発明の別の実施形態は、研磨パッドを製造するための方法を対象とする。この方法は、熱可塑性発泡体基板の内部にある独立セルを露出させて、凹面セルを含む基板表面をもたらすことを含む。この方法は、さらに、無機金属酸化物を含む研磨剤により凹面セルの内部表面を被覆することを含み、被覆する間に炭化物および窒化物は無機金属酸化物中に取り込まれる。   Another embodiment of the invention is directed to a method for manufacturing a polishing pad. The method includes exposing independent cells within the thermoplastic foam substrate to provide a substrate surface that includes concave cells. The method further includes coating the inner surface of the concave cell with an abrasive containing an inorganic metal oxide, during which the carbides and nitrides are incorporated into the inorganic metal oxide.

本発明をより完全に理解するために、添付図と共に以下の説明を参照することにする。   For a more complete understanding of the present invention, reference should be made to the following description taken in conjunction with the accompanying drawings.

本発明は、凹面セル上に研磨剤の均一な被覆を堆積させるための基板として熱可塑性ポリマーを使用するという、以前には気づいていなかった利点から利益を得る。凹面セルの内部表面は、研磨剤の均一な被覆を収容するための優れた容器を形成することが分かった。中心のセルの表面エネルギーは最も低いので、凹面セルの中心は、被覆のための優れた核形成点として働くと仮定される。この地点で被覆が開始すると、凹面セルの内部表面を研磨剤により均一に覆いやすくなり、その結果、そのような表面を有するパッドの研磨性能を促進するとみられる。   The present invention benefits from the previously unnoticed advantage of using a thermoplastic polymer as a substrate for depositing a uniform coating of abrasive on the concave cells. It has been found that the inner surface of the concave cell forms an excellent container for accommodating a uniform coating of abrasive. Since the center cell has the lowest surface energy, it is assumed that the center of the concave cell serves as an excellent nucleation point for the coating. When coating starts at this point, it is likely that the inner surface of the concave cell will be more easily covered with the abrasive, and as a result, the polishing performance of the pad having such a surface will be promoted.

本発明の研磨剤は、窒化物または炭化物を含む無機金属酸化物を含む。パッド表面を被覆するためにそのような金属酸化物を使用することにより、有利にも研磨パッド表面を永久に親水性にすることができる。好ましくは、無機金属酸化物は、窒化物または炭化物を格子中に取り入れた原子の格子を有する。そのような研磨剤の表面被覆を使用することにより、研磨パッドの表面の機械的特性が改変され、研磨が向上する。   The abrasive | polishing agent of this invention contains the inorganic metal oxide containing a nitride or a carbide | carbonized_material. By using such metal oxides to coat the pad surface, the polishing pad surface can advantageously be made permanently hydrophilic. Preferably, the inorganic metal oxide has a lattice of atoms incorporating nitrides or carbides in the lattice. By using such a surface coating of an abrasive, the mechanical properties of the surface of the polishing pad are modified and polishing is improved.

例えば、特定の無機金属酸化物中の窒化物または炭化物の含有量を変化させることにより、研磨パッド表面の機械的特性を微調整して、研磨されつつある表面に適した機械的特性にすることができる。その結果、研磨パッド表面の機械的特性を研磨されつつある表面に適したものにすることにより、研磨速度の選択性を向上させ、工程によって引き起こされる欠陥、例えば引っ掻き傷などを減少させることができる。表面の機械的特性の微調整は、プラズマ支援化学蒸着(PECVD)による表面被覆および大部分の熱可塑性基板内の二次熱誘起反応により生じた熱可塑性ポリマー基板の改変を利用して達成することができる。   For example, by changing the content of nitride or carbide in a specific inorganic metal oxide, the mechanical properties of the polishing pad surface can be fine-tuned to make it suitable for the surface being polished. Can do. As a result, by making the mechanical properties of the polishing pad surface suitable for the surface being polished, selectivity of the polishing rate can be improved and defects caused by the process, such as scratches, can be reduced. . Fine-tuning the mechanical properties of the surface should be achieved using plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) surface coating and modification of the thermoplastic polymer substrate caused by secondary thermally induced reactions in most thermoplastic substrates Can do.

本発明の一実施形態は、半導体デバイスを化学的機械的に研磨するための研磨パッドである。図1は、本発明の例示的な研磨パッド100を示す。この研磨パッド100は、研磨本体110を備えている。研磨本体110は、凹面セル125を含む表面120を有する熱可塑性発泡体基板115を備えている。凹面セル125の内部表面135を被覆する研磨剤130は、炭化物または窒化物を含む無機金属酸化物を含む。   One embodiment of the present invention is a polishing pad for chemically and mechanically polishing a semiconductor device. FIG. 1 illustrates an exemplary polishing pad 100 of the present invention. The polishing pad 100 includes a polishing body 110. The polishing body 110 includes a thermoplastic foam substrate 115 having a surface 120 that includes concave cells 125. The abrasive | polishing agent 130 which coat | covers the inner surface 135 of the concave cell 125 contains the inorganic metal oxide containing a carbide | carbonized_material or nitride.

研磨剤130は、プラズマ支援化学蒸着(PECVD)法において、熱可塑性発泡体基板115表面120上で二次反応物のグラフティング(grafting)によって形成された、1種または複数種の無機金属酸化物から構成されたセラミック化合物を含む。以下でさらに説明されるように、本発明においては、無機金属酸化物内に炭化物または窒化物が含有されるのを促進するように、PECVD法を変更することができる。   The abrasive 130 is one or more inorganic metal oxides formed by grafting secondary reactants on the surface 120 of the thermoplastic foam substrate 115 in a plasma assisted chemical vapor deposition (PECVD) process. A ceramic compound composed of As described further below, in the present invention, the PECVD method can be modified to promote the inclusion of carbides or nitrides in the inorganic metal oxide.

炭化物または窒化物の一方または両方が無機金属酸化物の格子に取り込まれていることが好ましい。例えば、無機金属酸化物が酸化ケイ素を含む場合、格子は、四面体および歪んだ四面体配置を持つ、重合したSi−O−Si構造内にケイ酸塩を含むことができる。窒化物は、これらの格子に取り込まれた窒化ケイ素を含むことができる。別法として、無機金属酸化物が酸化チタンを含む場合は、窒化物は、酸化チタンの格子に取り込まれた窒化チタンを含むことができる。同様に、炭化ケイ素および炭化チタンは、無機金属酸化物が、それぞれ、酸化ケイ素および酸化チタンを含む研磨剤130に取り込まれることができる。いくつかの好ましい実施形態においては、窒化ケイ素などの窒化物は研磨剤130を約10モル%含み、一方、別の実施形態においては、炭化ケイ素などの炭化物は研磨剤を約10モル%含む。いくつかの好ましい実施形態においては、研磨剤130は、これらの濃度の窒化物および炭化物を共に含む。   It is preferable that one or both of carbide and nitride are incorporated in the lattice of the inorganic metal oxide. For example, when the inorganic metal oxide includes silicon oxide, the lattice can include silicate within a polymerized Si-O-Si structure having a tetrahedral and distorted tetrahedral arrangement. The nitride can include silicon nitride incorporated into these lattices. Alternatively, if the inorganic metal oxide includes titanium oxide, the nitride can include titanium nitride incorporated into the lattice of titanium oxide. Similarly, silicon carbide and titanium carbide can have inorganic metal oxides incorporated into abrasives 130 containing silicon oxide and titanium oxide, respectively. In some preferred embodiments, a nitride such as silicon nitride includes about 10 mole percent abrasive 130, while in other embodiments, a carbide such as silicon carbide includes about 10 mole percent abrasive. In some preferred embodiments, the abrasive 130 includes both these concentrations of nitride and carbide.

PECVD法が長時間に及ぶと、研磨剤130中のシラノール濃度は減少し、酸素のケイ素に対する比の減少をもたらす。研磨剤130が酸化ケイ素を含む研磨パッド100のいくつかの有利な実施形態においては、O:Si比は、少なくとも約8:1、およびいくつかの場合は、少なくとも約9.9:1である。   As the PECVD process takes a long time, the silanol concentration in the abrasive 130 decreases, resulting in a decrease in the oxygen to silicon ratio. In some advantageous embodiments of the polishing pad 100 where the abrasive 130 comprises silicon oxide, the O: Si ratio is at least about 8: 1, and in some cases at least about 9.9: 1. .

研磨剤130に窒化物および炭化物を含ませることにより、研磨パッド100の機械的特性を変化させ、それによりパッドの研磨特性を変化させるというこれまでは気づいていなかった、追加の手段がもたらされる。いくつかの好ましい実施形態においては、研磨パッド100は、60KPaを超える、より好ましくは70KPaを超える硬度を有する。その他の好ましい実施形態では、研磨パッド100は約62KPaから70KPaの間の硬度を有する。特定の好ましい実施形態においては、研磨パッド100は、約3MPaをほぼ超える、より好ましくは4MPa以上の弾性率を有する。他の好ましい実施形態においては、研磨パッドは、それぞれ、約4MPaおよび8.2MPaの間の弾性率を有する。その他の実施形態においては、研磨パッド100は、約0.4MPa以上の、およびより好ましくは、少なくとも約0.6MPaの損失弾性率を有する。   Inclusion of nitrides and carbides in the abrasive 130 provides an additional means not previously noticed that changes the mechanical properties of the polishing pad 100 and thereby changes the polishing properties of the pad. In some preferred embodiments, the polishing pad 100 has a hardness greater than 60 KPa, more preferably greater than 70 KPa. In other preferred embodiments, the polishing pad 100 has a hardness between about 62 KPa and 70 KPa. In certain preferred embodiments, the polishing pad 100 has a modulus of elasticity greater than about 3 MPa, more preferably 4 MPa or greater. In other preferred embodiments, the polishing pad has an elastic modulus between about 4 MPa and 8.2 MPa, respectively. In other embodiments, the polishing pad 100 has a loss modulus of about 0.4 MPa or more, and more preferably at least about 0.6 MPa.

参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第6579604号および米国特許出願第10/241074号に開示されているように、研磨剤130の無機金属酸化物は、PECVD法において二次反応物として使用される、さまざまな酸素含有有機金属化合物から製造されうる。例えば、二次プラズマ混合物は、チタン、マンガン、またはタンタルなどの遷移金属を含むことができる。しかし、1つまたは複数の酸素原子を含有する金属エステルなどの揮発性有機金属化合物を形成し、かつポリマー表面にグラフトされうるどの金属元素でも適している。また、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用いることができる。これらの実施形態において、有機金属試薬の有機部分は、エステル、酢酸、またはアルコキシ・フラグメントでありうる。好ましい実施形態においては、研磨剤130の無機金属酸化物には、それぞれ、二酸化ケイ素または二酸化チタンなどの酸化ケイ素または酸化チタン;テトラエトキシシランポリマー;またはチタンアルコキシドポリマーが含まれる。   As disclosed in U.S. Pat. No. 6,579,604 and U.S. Patent Application No. 10/241074, which are incorporated herein by reference, the inorganic metal oxide of abrasive 130 is used as a secondary reactant in the PECVD process. Produced from various oxygen-containing organometallic compounds. For example, the secondary plasma mixture can include a transition metal such as titanium, manganese, or tantalum. However, any metal element that forms a volatile organometallic compound such as a metal ester containing one or more oxygen atoms and can be grafted onto the polymer surface is suitable. Silicon can also be used as the metal portion of the organometallic secondary plasma mixture. In these embodiments, the organic portion of the organometallic reagent can be an ester, acetic acid, or an alkoxy fragment. In a preferred embodiment, the inorganic metal oxide of abrasive 130 includes silicon oxide or titanium oxide, such as silicon dioxide or titanium dioxide; a tetraethoxysilane polymer; or a titanium alkoxide polymer, respectively.

その他の二次プラズマ反応物には、オゾン、アルコキシシラン、水、アンモニア、アルコール、ミネラルスピリットまたは過酸化水素が含まれる。いくつかの好ましい実施形態においては、二次プラズマ反応物には、チタンエステル;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を含むタンタルアルコキシド;水に溶解した酢酸マンガン溶液;ミネラルスピリットに溶解したマンガンアルコキシド;酢酸マンガン;アセチルアセトナトマンガン;アルミニウムアルコキシド;アルコキシアルミネート(alkoxy aluminate);酸化アルミニウム;アルコキシドが1〜5個の炭素原子を有するジルコニウムアルコキシド;アルコキシジルコネート(alkoxy zirconate);酢酸マグネシウム;およびアセチルアセトナトマグネシウムが含まれる。また、他の実施例は、二次プラズマ反応物、例えば、アルコキシシランおよびオゾン、アルコキシシランおよびアンモニア、チタンエステルおよび水、チタンエステルおよびアルコール、またはチタンエステルおよびオゾンのために企図されている。   Other secondary plasma reactants include ozone, alkoxysilane, water, ammonia, alcohol, mineral spirit or hydrogen peroxide. In some preferred embodiments, the secondary plasma reactant includes a titanium ester; a tantalum alkoxide in which the alkoxide moiety includes a tantalum alkoxide having 1 to 5 carbon atoms; a manganese acetate solution dissolved in water; a mineral spirit. Manganese alkoxide, manganese acetate, manganese acetylacetonate, aluminum alkoxide, alkoxy aluminate, aluminum oxide, zirconium alkoxide in which the alkoxide has 1 to 5 carbon atoms, alkoxy zirconate; Magnesium acetate; and magnesium acetylacetonato. Other examples are also contemplated for secondary plasma reactants such as alkoxysilanes and ozone, alkoxysilanes and ammonia, titanium esters and water, titanium esters and alcohols, or titanium esters and ozone.

熱可塑性発泡体基板115のいくつかの好ましい実施形態は、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびそれらの組合せなどの架橋ポリオレフィンを含む。特定の好ましい実施形態においては、熱可塑性発泡体基板115は、架橋ホモポリマーまたはコポリマーの独立セルの泡を含む。ポリエチレン(PE)を含む、独立セルの発泡体架橋ホモポリマーの例には、Voltek(ローレンス、マサチューセッツ州)からのVolara(商標)およびVolextra(商標);JMS Plastics Supply、Inc.(ネプチューン、ニュージャージー州)からのAliplast(商標);またはSenflex T−cell(商標)(Rogers Corp.、ロジャーズ、コネチカット州)が含まれる。ポリエチレンおよびエチレン酢酸ビニルコポリマー(EVA)を含む架橋コポリマーの独立セルの発泡体の例には、Volara(商標)およびVolextra(商標)(Voltek Corp.から);Senflex EVA(商標)(Rogers Corp.から);およびJ−foam(商標)(JMS Plastics JMS Plastics Supply、Inc.から)が含まれる。   Some preferred embodiments of the thermoplastic foam substrate 115 include cross-linked polyolefins such as polyethylene, polypropylene, and combinations thereof. In certain preferred embodiments, the thermoplastic foam substrate 115 comprises a closed cell foam of cross-linked homopolymer or copolymer. Examples of independent cell foam cross-linked homopolymers including polyethylene (PE) include Volara ™ and Volextra ™ from Voltek (Lawrence, Mass.); JMS Plastics Supply, Inc. Aliplast (TM) from (Neptune, NJ); or Senflex T-cell (TM) (Rogers Corp., Rogers, CT). Examples of independent cell foams of crosslinked copolymers including polyethylene and ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) include: Volara ™ and Volextra ™ (from Voltek Corp.); Senflex EVA ™ (from Rogers Corp.). ); And J-foam ™ (from JMS Plastics JMS Plastics Supply, Inc.).

その他の好ましい実施形態においては、独立セルの熱可塑性発泡体基板115は、架橋エチレン酢酸ビニルコポリマーおよび低密度ポリエチレンコポリマー(すなわち、好ましくは、約0.1から約0.3gm/ccの間にある)のブレンドを含む。その他の有利な実施形態においては、ブレンドは、約1:9から約9:1の間にあるエチレン酢酸ビニル:ポリエチレンの重量比を有する。特定の好ましい実施形態においては、ブレンドは、約5から約45重量%、好ましくは、約6から約25重量%、およびより好ましくは、約12から約24重量%にわたるEVAを含む。そのようなブレンドは、熱可塑性発泡体基板115の、小さな寸法(例えば、約10から約500ミクロン、より好ましくは、50から150ミクロンの間にある直径)を有する独立セル140を、望ましく製造することに貢献すると考えられている。さらに、より好ましい実施形態においては、ブレンドは、約0.6:9.4から約1.8:8.2の間にあるエチレン酢酸ビニル:ポリエチレンの重量比を有する。さらに、より好ましい実施形態においては、ブレンドは、約0.6:9.4から約1.2:8.8の間にあるエチレン酢酸ビニル:ポリエチレンの重量比を有する。   In other preferred embodiments, the independent cell thermoplastic foam substrate 115 is a crosslinked ethylene vinyl acetate copolymer and a low density polyethylene copolymer (ie, preferably between about 0.1 and about 0.3 gm / cc). ). In other advantageous embodiments, the blend has an ethylene vinyl acetate: polyethylene weight ratio of between about 1: 9 and about 9: 1. In certain preferred embodiments, the blend comprises about 5 to about 45% by weight of EVA, preferably about 6 to about 25% by weight, and more preferably about 12 to about 24% by weight. Such a blend desirably produces a stand-alone cell 140 having a small dimension (eg, a diameter between about 10 and about 500 microns, more preferably between 50 and 150 microns) of the thermoplastic foam substrate 115. It is thought to contribute. Further, in a more preferred embodiment, the blend has an ethylene vinyl acetate: polyethylene weight ratio of between about 0.6: 9.4 and about 1.8: 8.2. Further, in a more preferred embodiment, the blend has an ethylene vinyl acetate: polyethylene weight ratio of between about 0.6: 9.4 and about 1.2: 8.8.

図1においてさらに例示されているように、熱可塑性発泡体基板115は、独立セル140を含む。本明細書において使用される独立セル140という用語は、基板115内部の膜によって画定され、空気、または窒素またはヘリウムなどの発泡剤として使用されるその他の気体によって占有された、任意の体積を指す。独立セル140は、基板115の皮を剥ぎ取る際に形成される、実質的に凹面であるセル135を形成する。しかし、凹面セル135は、滑らかなまたは曲線状の壁を有する必要はない。むしろ、凹面セル135は、不規則な形および寸法を有することができる。熱可塑性発泡体基板115の組成および熱可塑性発泡体基板115を製造するために使用された手順などのいくつかの要因が、独立セル140および凹面セル135の形および寸法に影響しうる。   As further illustrated in FIG. 1, the thermoplastic foam substrate 115 includes independent cells 140. As used herein, the term independent cell 140 refers to any volume defined by a film inside the substrate 115 and occupied by air or other gas used as a blowing agent such as nitrogen or helium. . The independent cell 140 forms a substantially concave cell 135 that is formed when the substrate 115 is peeled. However, the concave cell 135 need not have a smooth or curved wall. Rather, the concave cell 135 can have an irregular shape and dimensions. Several factors, such as the composition of the thermoplastic foam substrate 115 and the procedure used to manufacture the thermoplastic foam substrate 115, can affect the shape and dimensions of the independent cells 140 and the concave cells 135.

図1においてさらに例示されているように、熱可塑性発泡体基板115は、場合により、基材145に結合されうる。いくつかの好ましい実施形態においては、基材145は剛性である。剛性の裏打ちは、研磨中の発泡体の圧縮性および伸びを制限し、その結果、CMPによる金属研磨の間に生じる腐食および皿押し作業(dishing)効果を有利に低減させる。いくつかの場合は、基材145は、高密度ポリエチレン(すなわち、約0.98gm/ccを超える)、およびより好ましくは濃縮高密度ポリエチレンを含む。ある場合は、熱可塑性発泡体基板115への結合は、当業者には公知であるエポキシまたはその他の材料などの、従来の接着剤150を使用した化学結合によって達成される。いくつかの好ましい実施形態においては、結合は、熱可塑性発泡体基板115の上に、融解した基材145を押出しコーティングすることによって達成される。さらにその他の好ましい実施形態においては、基材145は、熱可塑性発泡体基板115に熱的に溶接される。   As further illustrated in FIG. 1, the thermoplastic foam substrate 115 can optionally be bonded to a substrate 145. In some preferred embodiments, the substrate 145 is rigid. The rigid backing limits the compressibility and elongation of the foam during polishing, thereby advantageously reducing the corrosion and dishing effects that occur during CMP metal polishing. In some cases, substrate 145 comprises high density polyethylene (ie, greater than about 0.98 gm / cc), and more preferably concentrated high density polyethylene. In some cases, bonding to the thermoplastic foam substrate 115 is accomplished by chemical bonding using a conventional adhesive 150, such as an epoxy or other material known to those skilled in the art. In some preferred embodiments, bonding is accomplished by extrusion coating a molten substrate 145 onto a thermoplastic foam substrate 115. In still other preferred embodiments, the substrate 145 is thermally welded to the thermoplastic foam substrate 115.

本発明の別の態様は、化学的機械的研磨用の研磨パッドを製造するための方法である。図2から4は、研磨パッド200を製造する例示的方法において選択されたステップを示す。上記の一次および二次プラズマ反応物を含む、研磨パッドおよびその構成要素の実施形態のいずれでも、研磨パッド200を製造する方法の中に取り入れることができる。   Another aspect of the present invention is a method for producing a polishing pad for chemical mechanical polishing. 2-4 illustrate selected steps in an exemplary method of manufacturing the polishing pad 200. FIG. Any of the embodiments of the polishing pad and its components, including the primary and secondary plasma reactants described above, can be incorporated into the method of manufacturing the polishing pad 200.

次に図2を参照すると、凹面セル240を備えた基板表面230を提供するために、研磨パッド200の熱可塑性発泡体基板220の内部にある独立セル210を露出させた後の、一部が組み立てられた研磨パッド200が示されている。凹面セル240は、剥ぎ取りによって基板表面230上に形成される。本明細書において使用される剥ぎ取りという用語は、熱可塑性発泡体基板220の内部にある凹面セル240を露出させるために、基板220の表面の薄層を切り離すいかなる方法をも意味する。剥ぎ取りは、当業者にはよく知られている従来の技術を使用することによって達成されうる。   Referring now to FIG. 2, a portion of the polishing pad 200 after exposing the independent cells 210 inside the thermoplastic foam substrate 220 to provide a substrate surface 230 with concave cells 240 is shown. An assembled polishing pad 200 is shown. Concave cell 240 is formed on substrate surface 230 by stripping. As used herein, the term stripping means any method of cutting off a thin layer of the surface of the substrate 220 to expose the concave cells 240 inside the thermoplastic foam substrate 220. Stripping can be accomplished by using conventional techniques well known to those skilled in the art.

図3および4には、表面被覆工程における選択された段階が図示されている。最初に図3を参照すると、PECVD法において、基板表面230を最初のプラズマ反応物に曝露し、次いで、二次プラズマ反応物に曝露した後の、部分的に完成した研磨パッド200が図示されている。   3 and 4 illustrate selected stages in the surface coating process. Referring initially to FIG. 3, in PECVD, a partially completed polishing pad 200 is illustrated after exposing the substrate surface 230 to a first plasma reactant and then to a secondary plasma reactant. Yes.

最初のプラズマ反応物への曝露により、熱可塑性発泡体基板220の改変された表面310が形成される。プラズマ処理の条件および時間を注意深く制御して、熱可塑性発泡体基板220に対する過度な損傷を避けることが重要である。例えば、ラジオ・フロー放電電極(radio flow discharge electrode)の温度が、過度に高いかまたは制御されていない場合は、熱可塑性発泡体基板220を融解させ、捻れさせ、または基板に亀裂を発生させる。この方法のいくつかの好ましい実施形態においては、ラジオ・フロー放電電極の温度は、約20℃から100℃、およびより好ましくは約30℃から50℃の間で維持される。いくつかの場合は、約250から約1000ワット、およびより好ましくは、約300ワットから400ワット間の高周波操作電力が使用される。特定の好ましい実施形態においては、最初のプラズマ反応物は、ネオン、およびより好ましくは、アルゴンまたはヘリウムなどの不活性ガスを含む。いくつかの場合には、最初のプラズマへの曝露が、約1秒から60秒の間、より好ましくは約30秒間進行する。いくつかの実施形態においては、PECVD反応室は、約300ミリトールから約400ミリトールの間に、およびより好ましくは、約350ミリトールに維持される。   Upon exposure to the initial plasma reactant, a modified surface 310 of the thermoplastic foam substrate 220 is formed. It is important to carefully control the plasma treatment conditions and time to avoid undue damage to the thermoplastic foam substrate 220. For example, if the temperature of the radio flow discharge electrode is too high or uncontrolled, the thermoplastic foam substrate 220 is melted, twisted, or cracked in the substrate. In some preferred embodiments of this method, the temperature of the radio flow discharge electrode is maintained between about 20 ° C. and 100 ° C., and more preferably between about 30 ° C. and 50 ° C. In some cases, high frequency operating power between about 250 to about 1000 watts, and more preferably between about 300 watts to 400 watts is used. In certain preferred embodiments, the initial plasma reactant comprises neon and, more preferably, an inert gas such as argon or helium. In some cases, the initial plasma exposure proceeds for between about 1 second and 60 seconds, more preferably about 30 seconds. In some embodiments, the PECVD reaction chamber is maintained between about 300 mTorr and about 400 mTorr, and more preferably about 350 mTorr.

また、図3には、改変された表面310を二次プラズマ反応物に曝露した後の、部分的に完成した研磨パッド200が示されている。いくつかの好ましい実施形態においては、二次プラズマ反応物は、テトラエトキシシラン(TEOS)またはチタンアルコキシド(TYZOR)を含む。いくつかの場合には、また、二次プラズマ反応物には、一次プラズマ反応物、例えば、ヘリウムまたはアルゴン・ガスと混合されたTEOSまたはTYZOR蒸気が含まれている。二次プラズマ反応物への曝露により、二次プラズマ反応物の、改変された表面310へのグラフティングが生じ、無機金属酸化物を含む研磨剤320を形成する。研磨剤320は、凹面セル240の内部表面330を被覆する。   Also shown in FIG. 3 is a partially completed polishing pad 200 after exposing the modified surface 310 to a secondary plasma reactant. In some preferred embodiments, the secondary plasma reactant comprises tetraethoxysilane (TEOS) or titanium alkoxide (TYZOR). In some cases, the secondary plasma reactant also includes a primary plasma reactant, such as TEOS or TYZOR vapor mixed with helium or argon gas. Exposure to the secondary plasma reactant causes grafting of the secondary plasma reactant to the modified surface 310 to form an abrasive 320 that includes an inorganic metal oxide. The abrasive 320 covers the inner surface 330 of the concave cell 240.

再び、二次プラズマ反応物に曝露する条件および時間を注意深く制御して、熱可塑性発泡体基板220、または研磨剤320を損傷することを避け、研磨剤320の長持ちする被覆を達成させる。いくつかの実施形態においては、PECVD反応室は、約300ミリトールから約400ミリの間に、およびより好ましくは、約350ミリに維持される。いくつかの例では、ラジオ・フロー放電電極の温度は、約20℃から100℃の間、およびより好ましくは、約30℃から50℃の間に維持される。いくつかの場合は、約50から約500ワット、およびより好ましくは、約250から約350ワットの間の高周波操作電力が使用される。   Again, the conditions and time of exposure to the secondary plasma reactant are carefully controlled to avoid damaging the thermoplastic foam substrate 220 or the abrasive 320 and to achieve a lasting coating of the abrasive 320. In some embodiments, the PECVD reaction chamber is maintained between about 300 millitorr to about 400 millimeters, and more preferably about 350 millimeters. In some examples, the temperature of the radio flow discharge electrode is maintained between about 20 ° C. and 100 ° C., and more preferably between about 30 ° C. and 50 ° C. In some cases, high frequency operating power between about 50 to about 500 watts, and more preferably between about 250 to about 350 watts is used.

次に、図4を参照すると、二次プラズマ反応物に少なくとも約30分間曝露した後の、部分的に完成した研磨パッド200が図示されている。いくつかの好ましい実施例においては、二次プラズマ反応物への曝露を、約30分から約60分の間行う。別の好ましい実施例においては、二次プラズマ反応物への曝露を、約30分から約45分の間行う。そのような長さの時間曝露することにより、研磨剤320の無機金属酸化物中へ、窒化物または炭化物、またはその両方を取り込むことが、有利に増強される。この方法のいくつかの実施形態においては、熱可塑性発泡体基板220の独立セル410の内部には、窒素ガスが含まれる。窒素ガスは、二次プラズマ反応物と反応して窒化物を形成する。この方法の別の実施形態においては、熱可塑性発泡体基板220の少なくとも一部は、二次プラズマ反応物と反応して炭化物を形成する。例えば、いくつかの実施形態においては、改変された表面310から、熱可塑性発泡体基板220の約1ミクロンの深さ以内にある炭素ラジカル種は、二次プラズマ反応物と反応することができる。   Referring now to FIG. 4, a partially completed polishing pad 200 is illustrated after exposure to a secondary plasma reactant for at least about 30 minutes. In some preferred embodiments, the exposure to the secondary plasma reactant is performed for about 30 minutes to about 60 minutes. In another preferred embodiment, the exposure to the secondary plasma reactant is performed for about 30 to about 45 minutes. Such a length of time exposure advantageously enhances the incorporation of nitrides or carbides, or both, into the inorganic metal oxide of the abrasive 320. In some embodiments of the method, nitrogen gas is contained within the independent cells 410 of the thermoplastic foam substrate 220. Nitrogen gas reacts with the secondary plasma reactant to form nitride. In another embodiment of this method, at least a portion of the thermoplastic foam substrate 220 reacts with the secondary plasma reactant to form carbide. For example, in some embodiments, carbon radical species within a depth of about 1 micron of thermoplastic foam substrate 220 from the modified surface 310 can react with the secondary plasma reactant.

上で考察され、以下の実施例で説明されるように、PECVDによって研磨剤320を蒸着することにより、ポリオレフィン発泡体などの特定の熱可塑性発泡体230の表面特性を改変する。約30分までの間の、研磨剤320による熱可塑性発泡体表面310の表面被覆は、1つの機構により生じる。しかし、この時間を過ぎると、表面被覆は異なった機構によって生じる。その結果、このことにより、被覆時間に応じて表面のマイクロメカニックスおよび化学的性質が明らかに異なる研磨パッド表面410が製造される。   As discussed above and illustrated in the examples below, depositing abrasive 320 by PECVD modifies the surface properties of certain thermoplastic foams 230, such as polyolefin foams. Surface coating of the thermoplastic foam surface 310 with abrasive 320 for up to about 30 minutes occurs by one mechanism. However, after this time, the surface coating occurs by different mechanisms. As a result, this produces a polishing pad surface 410 that clearly differs in surface micromechanics and chemical properties as a function of coating time.

いくつかの場合に、被覆時間が長くなると、熱可塑性発泡体基板220の温度は高くなる。その結果、このことにより、基板220を発泡する際に使用され、基板240の独立セル410内に存在している窒素ガスのガス放出が生じる。例えば、研磨剤320が酸化ケイ素を含むいくつかの実施形態においては、放出された窒素ガスは、パッド表面上のケイ素種と反応し、SiOからSiへの化学量論的変換におけるSi種を形成させるもとになる。勿論、研磨剤が酸化チタンなどのその他の金属酸化物を含む実施形態においては、類似の反応が起こりうる。 In some cases, as the coating time increases, the temperature of the thermoplastic foam substrate 220 increases. As a result, this results in outgassing of nitrogen gas that is used in foaming the substrate 220 and is present in the independent cells 410 of the substrate 240. For example, in some embodiments where the abrasive 320 includes silicon oxide, the released nitrogen gas reacts with silicon species on the pad surface and in stoichiometric conversion from SiO 4 to Si 3 N 4 . This is the basis for forming the Si 3 N 4 species. Of course, a similar reaction can occur in embodiments where the abrasive comprises other metal oxides such as titanium oxide.

同様に、被覆時間が長い場合は、熱可塑性発泡体基板240の表面310をイオン衝撃することにより、パッド200の表面310上にかなりの量の炭素ラジカルが発生する。例えば、研磨剤320が酸化ケイ素を含むいくつかの実施形態においては、これらのラジカルはケイ素種と反応して炭化ケイ素(SiC)を形成し、その後、炭化ケイ素はパッド200を被覆する研磨剤320中に取り込まれる。   Similarly, if the coating time is long, a significant amount of carbon radicals are generated on the surface 310 of the pad 200 by ion bombardment of the surface 310 of the thermoplastic foam substrate 240. For example, in some embodiments where the abrasive 320 includes silicon oxide, these radicals react with the silicon species to form silicon carbide (SiC), after which the silicon carbide coats the pad 200. Captured inside.

SiおよびSiCなどの種が研磨剤320に取り込まれると、研磨パッド200の特性を改変し、例えば、出発の熱可塑性発泡体基板または短時間の被覆を受けた基板と比較して、剛性、硬度を増強し、弾性率を変化させる。 When species such as Si 3 N 4 and SiC are incorporated into the abrasive 320, it modifies the properties of the polishing pad 200, for example compared to a starting thermoplastic foam substrate or a substrate that has received a brief coating, Increases rigidity and hardness, and changes elastic modulus.

本発明を説明してきたが、以下の実験を参照することによって、同じことが一層明らかになるはずである。実験は、説明の目的のためにのみ提示されるものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解すべきである。例えば、以下に記載の実験は、実験室の環境で実行されうるが、当業者は、具体的な数、大きさおよび量を、実物大の装置の環境のための適切な値に調節することができるはずである。   Having described the invention, the same should be made clearer by referring to the following experiments. It should be understood that the experiments are presented for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the invention. For example, the experiments described below may be performed in a laboratory environment, but those skilled in the art will adjust specific numbers, sizes, and quantities to appropriate values for a full-scale device environment. Should be able to.

実験
実験は、1)研磨剤によって被覆された熱可塑性発泡体基板の化学組成を、被覆時間の関数として特性決定するために、2)研磨剤によって被覆された熱可塑性発泡体基板の機械的特性を特性決定するために、および3)研磨剤によって被覆された研磨パッドの研磨特性を被覆時間の関数として特性決定するために行われた。
Experiment The experiment was to 1) characterize the chemical composition of the thermoplastic foam substrate coated with the abrasive as a function of coating time, and 2) the mechanical properties of the thermoplastic foam substrate coated with the abrasive. And 3) to characterize the polishing properties of the polishing pad coated with the abrasive as a function of coating time.

熱可塑性発泡体基板を、ほぼ120cmの直径と約0.3cmの厚さとを有する円形研磨パッドに成形した。「J−60SE」と呼ばれる市販の熱可塑性発泡体基板(JMS Plastics、ネプチューン、ニュージャージー州からのJ−foam)は、約18%のEVA、約16から約20%のタルク、および残余のポリエチレンおよび市販の基板内に存在するその他の添加物、例えばケイ酸塩などを含む。J−60のシートを、市販の切刃(型番D5100 K1、フェッケン−キルフェル社(Fecken−Kirfel)、アーヘン、ドイツから)により剥ぎ取った。次いで、水/イソプロピルアルコール溶液によって、手を使ってシートを洗浄した。   The thermoplastic foam substrate was molded into a circular polishing pad having a diameter of approximately 120 cm and a thickness of approximately 0.3 cm. A commercially available thermoplastic foam substrate called "J-60SE" (JMS Plastics, Neptune, J-foam from NJ) has about 18% EVA, about 16 to about 20% talc, and the remaining polyethylene and Includes other additives present in commercially available substrates, such as silicates. The J-60 sheet was peeled off with a commercially available cutting edge (model number D5100 K1, from Fecken-Kirfel, Aachen, Germany). The sheet was then washed manually with a water / isopropyl alcohol solution.

次いで、温度制御された電極配置を有する従来の市販の高周波グロー放電(RFGD)プラズマ反応室(モデルPE−2、Advanced Energy Systems、メドフォード、ニューヨーク)に、剥ぎ取った基板を設置することにより、テトラエトキシシラン(TEOS)を含む研磨剤によって、J−60SE基板を被覆した。350ミリに維持した反応室内で、一次プラズマ反応物であるアルゴンを30秒間導入することから、基板のプラズマ処理を開始した。電極温度を30℃に維持し、300ワットの高周波操作電力を使用した。次いで、HeまたはArガスが混合したTEOSを含む二次反応物を、0.10SLMの流量で、約0から約45分間の間導入した。ガス流中の二次反応物の量は、モノマー貯蔵容器の温度(MRT;50±10℃)における二次反応物モノマーの蒸気の背圧(BP)によって調整した。   Then, by placing the stripped substrate in a conventional commercially available radio frequency glow discharge (RFGD) plasma reaction chamber (model PE-2, Advanced Energy Systems, Medford, NY) with a temperature controlled electrode arrangement, The J-60SE substrate was coated with an abrasive containing tetraethoxysilane (TEOS). The plasma treatment of the substrate was started by introducing argon as a primary plasma reactant for 30 seconds in a reaction chamber maintained at 350 mm. The electrode temperature was maintained at 30 ° C. and 300 watts of high frequency operating power was used. A secondary reactant comprising TEOS mixed with He or Ar gas was then introduced at a flow rate of 0.10 SLM for about 0 to about 45 minutes. The amount of secondary reactant in the gas stream was adjusted by the back pressure (BP) of the secondary reactant monomer vapor at the temperature of the monomer reservoir (MRT; 50 ± 10 ° C.).

約4000オングストロームの厚さのタングステン表面およびその下の250オングストロームの厚さのタンタル障壁層を有するウエハを研磨することによって、J60SE研磨パッドの研磨特性を試験した。市販の研磨機(製造番号EP0222;Ebara Technologies、サクラメント、カリフォルニア州から)を用いて、タングステンの研磨特性を評価した。特段の記述がない限り、タングステン研磨の除去速度は、基板を抑える約25kPaのダウンフォース(下向きの力)、約100から約250rpmのテーブル速度を用いて評価した(製造番号MSW2000;Rodel、ニューアーク、デラウェア州から)。pHを約2に調節した従来のスラリー(製造番号MSW2000;Rodel、ニューアーク、デラウェア州から)を使用した。   The polishing characteristics of the J60SE polishing pad were tested by polishing a wafer with a tungsten surface approximately 4000 angstroms thick and a tantalum barrier layer 250 angstroms below. The polishing characteristics of tungsten were evaluated using a commercially available polishing machine (manufacture number EP0222; Ebara Technologies, Sacramento, Calif.). Unless otherwise stated, the removal rate of tungsten polishing was evaluated using a down force of about 25 kPa (downward force) to suppress the substrate and a table speed of about 100 to about 250 rpm (Production Number MSW2000; Rodel, Newark). , From Delaware). A conventional slurry with a pH adjusted to about 2 (manufacture number MSW2000; from Rodel, Newark, Del.) was used.

図5は、さまざまな長さの時間でTEOSを被覆した後の、基板表面のFTIRスペクトルを示す。FTIR分光計(FTIR1727、Perkin−Elmer System 検出器:シリーズ−I FTIR顕微鏡(MCT検出器)を装備し、10000から370cm−1のスペクトル範囲を有する)を使用して、スペクトルを得た。約1010および約950cm−1の信号を、それぞれ、シリカの非対称性Si−O−Si伸縮およびケイ酸塩のSi−O−X伸縮(ただし、Xは、四面体配置をしていない、ポリマー状の−(Si−O−Si)−構造物を指す)に帰属させた。850cm−1の信号は、遊離および会合したシラノール(Si−O−H)による。シラノールは、水素結合を媒介して会合し、会合の程度は、シラノールの表面濃度が高くなるにつれて増大する。 FIG. 5 shows the FTIR spectrum of the substrate surface after coating TEOS for various lengths of time. Spectra were obtained using an FTIR spectrometer (FTIR 1727, Perkin-Elmer System detector: equipped with a series-I FTIR microscope (MCT detector) and having a spectral range of 10,000 to 370 cm −1 ). Signals of about 1010 and about 950 cm −1 are applied to the asymmetric Si—O—Si stretch of silica and the Si—O—X stretch of silicate, respectively, where X is a polymer that is not in a tetrahedral configuration. -(Si-O-Si) n -indicates a structure). The signal at 850 cm −1 is due to free and associated silanol (Si—O—H). Silanol associates through hydrogen bonding and the degree of association increases as the surface concentration of silanol increases.

図6に示されているように、被覆時間が約30分に達するまでは、被覆時間が長くなるにつれて、Si−Oの表面濃度が正味で減少するために、これらの信号は両方とも単調に減少した。その後は、蒸着の速度論および機構が変化し、表面のSi−O濃度が上昇することを示した。後者の観測は、TEOSの蒸着機構および速度論の、一般に受け入れられている概念と矛盾し、被覆過程、特に30分より後の被覆時間における被覆過程のさらなる研究を促進するものである。   As shown in FIG. 6, both of these signals are monotonic until the coating time reaches about 30 minutes, as the surface concentration of Si—O decreases net as the coating time increases. Diminished. Thereafter, the deposition kinetics and mechanism changed, indicating that the Si-O concentration on the surface increased. The latter observation contradicts the generally accepted concept of TEOS deposition mechanism and kinetics and facilitates further study of the coating process, particularly at coating times later than 30 minutes.

ナノ押込み試験を用いて、表面をコーティングした被覆の機械的特性の評価、より具体的には、弾性率および硬度の測定を行った。押込みは、さまざまな時間で研磨剤により被覆された熱可塑性発泡体基板上において実行された。NANOTEST 600(登録商標)、Advanced Material and Characterization Facility(AMPAC、オーランド、フロリダ州)に設置されているNanoindenterを、すべての測定に使用した。機械装置は、振動遮断テーブル上に置かれ、温度制御された箱の中に収容されている。箱の前面の両側に設置された2つの別々のヒータが、熱障壁を形成している。予想される安定性が±0.1℃である温度制御器を、室温より約2または3℃高い値に設定した。実験を開始する前に熱安定性を得るために、少なくとも30分間、押込み圧子を安定化させることができた。   The nano-indentation test was used to evaluate the mechanical properties of the surface-coated coating, more specifically, the elastic modulus and hardness. Indentation was performed on thermoplastic foam substrates coated with abrasive at various times. A Nanoindenter installed at NANOTEST 600®, Advanced Material and Charactarization Facility (AMPAC, Orlando, FL) was used for all measurements. The machine is placed on a vibration isolation table and housed in a temperature controlled box. Two separate heaters installed on both sides of the front of the box form a thermal barrier. A temperature controller with an expected stability of ± 0.1 ° C. was set to a value about 2 or 3 ° C. above room temperature. The indenter could be stabilized for at least 30 minutes to obtain thermal stability before starting the experiment.

押込み圧子の型、最大深さおよび負荷/除荷速度などの押込みパラメータは、被覆された研磨パッドの予備試験を実施することによって確定した。研磨パッド表面は、数ミクロン程度のさまざまな大きさの凸凹および細孔を含有していることが分かった。これらの観測に基づいて、約1mmの先端直径を有する球形の押込み圧子を選択し、押込み圧子がパッド材料を十分に試験できるようにした。同じ理由から、500ミクロンを超える空間分解能を選択した。押込みは、機械装置パラメータである最初の負荷を0.1mNとする、超低負荷範囲で実施した。制御パラメータを制御された深さに設定し、それぞれのパッドを、10000ナノメートルの最大深さを有する、さまざまな深さで押込んだ。通常、10個の押込みを平均した結果を吟味した。Oliver−Pharr法およびHertz法を用いて結果を評価し、その正当性を立証した。ナノ押込み圧子から得られた、負荷−深さ(P−h)曲線を、Oliver−Pharr法を用いて分析した。   Indentation parameters such as indenter indenter type, maximum depth and loading / unloading rate were determined by conducting a preliminary test of the coated polishing pad. The polishing pad surface was found to contain irregularities and pores of various sizes on the order of a few microns. Based on these observations, a spherical indenter with a tip diameter of about 1 mm was selected so that the indenter could fully test the pad material. For the same reason, a spatial resolution of over 500 microns was selected. The indentation was carried out in an ultra-low load range where the initial load, which is a machine parameter, was 0.1 mN. The control parameter was set to a controlled depth and each pad was pushed in at various depths with a maximum depth of 10,000 nanometers. Usually, the result of averaging 10 indentations was examined. The results were evaluated using the Oliver-Pharr method and the Hertz method to prove its validity. The load-depth (Ph) curve obtained from the nanoindentation indenter was analyzed using the Oliver-Pharr method.

研磨剤を被覆された研磨パッドは、押込み実験の間、不均一な貫入を示した。押込み(P−h)曲線の目視検査から、いくつかの特性が分かる。図7に示すように、「pop−in」(Xb)、「pop−out」または「kink−back」(Xc)と標識された、別々の事象が曲線から識別できる。例えば、「pop−in」は、押込み圧子の先端が試料中へ突然貫入する場合に、圧縮サイクル中に生じる。これらの事象は、被覆時間、負荷/除荷速度および押込み圧子の深さなどのいくつかの実験パラメータと相関している。被覆された研磨パッドによって示された混合応答により、「pop−in」の事象は、1000ナノメートル付近の深さの押込み圧子の貫入の場合に、よりしばしば生じたこと、「pop−out」の事象は、押込み深さには影響されないように見えたこと、および負荷/除荷速度はこれらの事象の両方に影響を与えたことが明らかになった。   The polishing pad coated with abrasive showed non-uniform penetration during the indentation experiment. Several characteristics can be seen from visual inspection of the indentation (Ph) curve. As shown in FIG. 7, separate events labeled “pop-in” (Xb), “pop-out” or “kink-back” (Xc) can be identified from the curve. For example, “pop-in” occurs during the compression cycle when the tip of the indenter suddenly penetrates into the sample. These events correlate with several experimental parameters such as coating time, loading / unloading speed and indenter depth. Due to the mixed response exhibited by the coated polishing pad, the “pop-in” event occurred more often in the case of indentation indentation depths near 1000 nanometers, “pop-out” It became clear that the event appeared to be unaffected by the indentation depth, and that the loading / unloading rate affected both of these events.

さまざまな深さおよび種々の被覆時間について、P−h曲線をさらに分析することによって、負荷曲線は急速に上昇し、減少することが分かった。このX座標、またはこの転移点の深さをXaと呼ぶ。同様に、XbおよびXcは、対応するX座標またはナノメートルで表した深さである。押込み圧子の先端が被覆中へ、そのように不均一に貫入することは、おそらく、塑性変形が開始されたことから生じる。塑性変形は、CMPパッドの重要な属性であり、CMP工程の効率に影響する。したがって、負荷−深さ曲線における上記の事象は、パッドの性能を予告するものであると仮定した。初期の表面貫入の事象(Xa)は、PECVD被覆時間、最大貫入深さおよび負荷速度の関数であることが分かった。例えば、図8は、XaとTEOS被覆時間との代表的な相関を示す。このデータは、Xaが、誘電体被覆によって改変された表面発泡体の厚さに関係していることを示唆する。   By further analyzing the Ph curve for various depths and various coating times, it was found that the loading curve rapidly increased and decreased. This X coordinate or the depth of this transition point is called Xa. Similarly, Xb and Xc are the corresponding X coordinates or depth in nanometers. Such non-uniform penetration of the indenter tip into the coating probably results from the beginning of plastic deformation. Plastic deformation is an important attribute of the CMP pad and affects the efficiency of the CMP process. Therefore, it was assumed that the above event in the load-depth curve is an indication of pad performance. The initial surface penetration event (Xa) was found to be a function of PECVD coating time, maximum penetration depth and loading rate. For example, FIG. 8 shows a representative correlation between Xa and TEOS coverage time. This data suggests that Xa is related to the thickness of the surface foam modified by the dielectric coating.

図9および図10は、Oliver−Pharr法を用いて計算した、さまざまなTEOS被覆時間を有する研磨パッドの硬度および弾性率を、それぞれ図示したものである。有効表面弾性率および硬度は、被覆時間が増大するにつれて上昇することが分かった。30分、40分および45分の被覆時間では、研磨パッドは、それぞれ、約65KPa、62KPaおよび70Kpaの硬度の値を有していた。研磨時間がより短い場合は、硬度は60KPa以下であった。30分、40分および45分の被覆時間では、研磨パッドは、それぞれ、約4MPa、5.5MPaおよび8.2MPaの弾性率の値を有していた。研磨時間がより短い場合は、弾性率の値は3MPa以下であった。   9 and 10 illustrate the hardness and elastic modulus, respectively, of a polishing pad having various TEOS coating times, calculated using the Oliver-Pharr method. It has been found that the effective surface modulus and hardness increase with increasing coating time. At coating times of 30, 40 and 45 minutes, the polishing pads had hardness values of about 65 KPa, 62 KPa and 70 Kpa, respectively. When the polishing time was shorter, the hardness was 60 KPa or less. At coating times of 30, 40 and 45 minutes, the polishing pad had modulus values of about 4 MPa, 5.5 MPa and 8.2 MPa, respectively. When the polishing time was shorter, the value of the elastic modulus was 3 MPa or less.

パッド表面の機械的特性の変化は、発泡体基板上に蒸着した被覆の効果による。これらのデータは、FTIRデータにおける以前に記述した不連続が、TEOSから誘導された被覆の正味の除去ではなく、パッド表面の化学的性質の変化を示唆していることを示す。   The change in mechanical properties of the pad surface is due to the effect of the coating deposited on the foam substrate. These data indicate that the previously described discontinuities in the FTIR data suggest a change in pad surface chemistry rather than a net removal of the coating derived from TEOS.

5℃/分の、プログラムされた加熱速度で−125から200℃まで、引張モードで、周波数1Hz、振幅10ミクロンで稼働する市販の装置を用いて、被覆された研磨パッドの試料の動的機械分析(DMA)を行った。液体窒素を使用して、周辺温度より低い温度を達成した。測定を行う前に、所定の初期温度で10分間、試料を平衡させた。研磨パッド試料のすべてを、15cm×5cmの同一寸法を有するように製造し、DMA測定の前に、24時間、真空乾燥(約1×10−2で30℃)し、湿気の影響を考慮する必要がないようにした。 Dynamic machine of coated polishing pad sample using a commercial device operating from -125 to 200 ° C at a programmed heating rate of 5 ° C / min, in tension mode, frequency 1 Hz, amplitude 10 microns Analysis (DMA) was performed. Liquid nitrogen was used to achieve a temperature below ambient temperature. Prior to the measurement, the sample was equilibrated for 10 minutes at a predetermined initial temperature. All of the polishing pad samples are manufactured to have the same dimensions of 15 cm × 5 cm and are vacuum dried (30 ° C. at about 1 × 10 −2 ) for 24 hours prior to DMA measurement to account for moisture effects I didn't need it.

図11に示すように、DMAによる研究から、長時間のPECVD被覆においては損失弾性率が急激に変化することが示される。10分から40分の被覆時間の間に、損失弾性率の値が0.37から0.23に変化するのと比べて、被覆時間が45分の時点で、損失弾性率は約0.6MPaへ急上昇する。   As shown in FIG. 11, a study by DMA shows that the loss modulus changes abruptly for a long period of PECVD coating. Compared to the value of loss modulus changing from 0.37 to 0.23 during the coating time of 10 minutes to 40 minutes, the loss modulus is about 0.6 MPa when the coating time is 45 minutes. Soars.

このことは、PECVD被覆は基板の表面を改変するのみであるという一般に受け入れられている見解とは対立するものである。この驚くべき結果は、表面被覆を行っている間に、発泡体基板のバルクの機械的特性を変える、別の過程が生じていることを示唆する。熱可塑性発泡体基板中の残留反応物が、PECVD被覆を行っている間、時間に依存するやり方で反応し続けたと仮定した。   This is in contrast to the generally accepted view that PECVD coating only modifies the surface of the substrate. This surprising result suggests that another process occurs during surface coating that alters the bulk mechanical properties of the foam substrate. It was assumed that the residual reactants in the thermoplastic foam substrate continued to react in a time dependent manner during the PECVD coating.

X線光電子分光法(XPS)を用いて、種々の時間で被覆された研磨パッドの表面改変を、さらに特性決定した。市販のX線光電子分光計を10−10の基準圧力下で操作し、金属の金標準(Au(4f7/2):84.0±0.1eV)を用いて分光計を較正した。250Wのパワーで1253eVのエネルギーを有する、非単色のMgK∝ X線源を分析に使用した。285.0eVにおける不定(adventitious)の炭素線の水素部分の結合エネルギーを基準とした結合エネルギー・スケールを使用することにより、研磨パッド試料によって生じたチャージング・シフトを除去した。市販のソフトウェアを使用して、ピークのデコンボリューションを行った。 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to further characterize the surface modification of the polishing pad coated at various times. A commercial X-ray photoelectron spectrometer was operated at a reference pressure of 10 −10 and the spectrometer was calibrated using a metal gold standard (Au (4 f7 / 2 ): 84.0 ± 0.1 eV). A non-monochromatic MgK X-ray source with an energy of 1253 eV at a power of 250 W was used for the analysis. The charging shift caused by the polishing pad sample was removed by using a binding energy scale based on the binding energy of the hydrogen portion of the adventitious carbon line at 285.0 eV. Peak deconvolution was performed using commercially available software.

XPS分析により、TEOSの吸着および解離から生じたトポグラフィの化学的性質に関するいくつかの洞察がもたらされた。炭素(1s)の信号は、3つの主要なピークに分解された:C−CおよびC−H結合に対応する約285.0eVにおける2つのピーク、およびC−O結合に対応する約286.5eVにおいて観測されたピークである。約289から約289.3eVを中心とするピークは、熱可塑性発泡体基板の製造工程で使用された発泡剤の残留物に由来するカルバミド[−O−C(NH)=O]官能基に帰属された。それぞれ、40および45分間被覆された試料については、約283.6eV付近に別のピークが観測され、仮にC−Si結合に帰属された。 XPS analysis provided some insight into the topographic chemistry resulting from the adsorption and dissociation of TEOS. The carbon (1s) signal was resolved into three main peaks: two peaks at about 285.0 eV corresponding to C—C and C—H bonds, and about 286.5 eV corresponding to C—O bonds. It is a peak observed in. The peak centered at about 289 to about 289.3 eV is attributed to the carbamide [—O—C (NH 2 ) ═O] functionality derived from the residue of the blowing agent used in the process of manufacturing the thermoplastic foam substrate. Assigned. For the samples coated for 40 and 45 minutes, another peak was observed around 283.6 eV, which was temporarily assigned to the C—Si bond.

図12は、TEOSにより、(a)10分、(b)20分、(c)30分、(d)40分、および(e)45分間被覆した後のパッドから得たSi(2p)エンベロープのXPS信号に当てはめた、例示的なピーク包絡線を示す。ピークは、(1)Si−O、(2)ケイ酸塩、(3)Si−N、および(4)Si−C結合として同定された。各スペクトルを、それぞれ、ケイ酸塩およびSi−O種における結合に対応する、約102.3および約103.4eVにおける2つの主要なピークにデコンボリューションした。   FIG. 12 shows Si (2p) envelopes obtained from pads after coating with TEOS for (a) 10 minutes, (b) 20 minutes, (c) 30 minutes, (d) 40 minutes, and (e) 45 minutes. Fig. 6 shows an exemplary peak envelope fitted to the XPS signal. The peaks were identified as (1) Si—O, (2) silicate, (3) Si—N, and (4) Si—C bonds. Each spectrum was deconvoluted into two major peaks at about 102.3 and about 103.4 eV, corresponding to bonds in the silicate and Si-O species, respectively.

これらのデータは、被覆時間が短い(例えば、約30分未満)場合、パッド表面はシラノールに富んでおり、TEOS薄膜が低い工程温度で蒸着されることと矛盾しないことを示す。図13においてさらに示すように、XPSデータから計算した酸素のSiに対する強度比は、被覆の初期において高く、蒸着された被覆中のシラノールの濃度が高いことを示す。シラノール濃度は、30分までは被覆時間と共に減少し、それから上昇し始める。例えば、図9に示されているように、約10分、20分、30分、40分および45分間被覆された後では、O:Siの比は、それぞれ、約7.4、4.8、3.6、7.1および9.9に等しい。   These data indicate that if the coating time is short (eg, less than about 30 minutes), the pad surface is rich in silanol and is consistent with the TEOS film being deposited at low process temperatures. As further shown in FIG. 13, the intensity ratio of oxygen to Si calculated from XPS data is high at the beginning of the coating, indicating that the concentration of silanol in the deposited coating is high. The silanol concentration decreases with the coating time up to 30 minutes and then begins to rise. For example, as shown in FIG. 9, after coating for about 10, 20, 30, 40 and 45 minutes, the O: Si ratio is about 7.4, 4.8, respectively. Equal to 3.6, 7.1 and 9.9.

再び図12を参照すると、30、40および45分の被覆時間については、Si−N結合に対応する小さなピークが、約102.1eVにおいて観測される。この同一時間の間に、SiのNに対する比が急激に減少し、表面上の窒素種が増加したことを示す。   Referring again to FIG. 12, for the coating times of 30, 40 and 45 minutes, a small peak corresponding to the Si—N bond is observed at about 102.1 eV. During this same period of time, the ratio of Si to N decreases rapidly, indicating that the nitrogen species on the surface has increased.

これらの観測から、PECVDベースの被覆には、いくつかの過程間の競争が伴うことが示唆される。PECVDベースの被覆により、発泡体表面上の(SiOおよびSiO)上にシリカおよびケイ酸塩が形成される。さらに、基板の表面化学は、被覆時間の関数として変化する。30分以内の被覆時間では、Arイオンが表面を衝撃することによって、デポジットの正味のエッチングが発生する。また、プラズマによって試料も加熱され、熱的過程も生じる。被覆時間が増大すると、基板表面上のケイ酸塩含有量が減少し始め、パッドは密になり、パッドの硬度を増すようになる。 These observations suggest that PECVD-based coating involves competition between several processes. The PECVD-based coating forms silica and silicate on (SiO x and SiO 2 ) on the foam surface. Furthermore, the surface chemistry of the substrate varies as a function of coating time. In a coating time of less than 30 minutes, net etching of the deposit occurs due to the impact of Ar ions on the surface. Also, the sample is heated by the plasma, and a thermal process occurs. As the coating time increases, the silicate content on the substrate surface begins to decrease, the pad becomes dense and the pad hardness increases.

30分以上の被覆時間では、基板温度が十分高くなり、基板を発泡させるために使用した窒素ガスのガス放出または発泡体中に残された残留発泡剤の分解を引き起こし、窒素ガスを生成する。窒素は、気相中のSi含有中間体またはパッド表面上のSi種と反応し、SiOを消費しながらSiなどの窒化物を形成する。そのような窒化物は、10モル%までの濃度で研磨剤中に取り込まれる。さらに、そのような被覆時間では、発泡体表面のイオン衝撃により、パッド表面上に炭素ラジカルがかなりの量で発生する。これらのラジカルは、ケイ素種と反応して、例えば、炭化ケイ素(SiC)などの炭化物を形成し、形成された炭化物は10モル%までの濃度で研磨剤中に取り込まれる。 With a coating time of 30 minutes or more, the substrate temperature becomes sufficiently high, causing release of the nitrogen gas used to foam the substrate or decomposition of the residual blowing agent left in the foam, producing nitrogen gas. Nitrogen reacts with Si-containing intermediates in the gas phase or Si species on the pad surface to form nitrides such as Si 3 N 4 while consuming SiO 2 . Such nitrides are incorporated into the abrasive at a concentration of up to 10 mol%. Furthermore, at such coating times, a significant amount of carbon radicals are generated on the pad surface due to ion bombardment of the foam surface. These radicals react with silicon species to form carbides such as, for example, silicon carbide (SiC), and the formed carbides are incorporated into the abrasive at a concentration of up to 10 mol%.

図14は、TEOSによる、異なった時間の被覆をされた熱可塑性発泡体基板について、相対的なブランケット・タングステン除去速度(W−RR)と静的な摩擦係数(COF)とを比較したものである。W−RRおよびCOFの両方とも、30分までは、被覆時間が長くなるにつれて増大し、研磨剤の厚さが増すことを意味する。30から60分までの被覆時間では、W−RRおよびCOFの両方とも減少し、次いで、増大する。これらの結果は、表面のマイクロメカニックスおよび化学的特性が異なるために、パッドが、30分までの時間で被覆された表面については1つの機構による、30分を超える時間で被覆された表面については異なった機構による研磨剤のように見えることを示唆する。   Figure 14 compares the relative blanket-tungsten removal rate (W-RR) and static coefficient of friction (COF) for thermoplastic foam substrates coated at different times with TEOS. is there. Both W-RR and COF increase up to 30 minutes with increasing coating time, meaning that the abrasive thickness increases. At coating times from 30 to 60 minutes, both W-RR and COF decrease and then increase. These results show that because the micromechanics and chemical properties of the surface are different, the pad is coated on the surface coated in more than 30 minutes, with one mechanism for the surface coated in time up to 30 minutes. Suggests that it looks like an abrasive with a different mechanism.

本発明の研磨パッドの断面図である。It is sectional drawing of the polishing pad of this invention. 研磨パッドを製造するための、本発明の方法において選択された段階の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of selected stages in the method of the present invention for manufacturing a polishing pad. 研磨パッドを製造するための、本発明の方法において選択された段階の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of selected stages in the method of the present invention for manufacturing a polishing pad. 研磨パッドを製造するための、本発明の方法において選択された段階の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of selected stages in the method of the present invention for manufacturing a polishing pad. テトラエトキシシラン(TEOS)を含む研磨剤前駆体によって、さまざまな時間で被覆した後の、熱可塑性発泡体研磨パッド試料の近赤外スペクトルである。2 is a near infrared spectrum of a thermoplastic foam polishing pad sample after coating at various times with an abrasive precursor comprising tetraethoxysilane (TEOS). TEOSに、さまざまな時間曝露した後の、代表的な熱可塑性発泡体研磨パッドの近赤外信号の変化を示すグラフである。2 is a graph showing the change in the near infrared signal of a representative thermoplastic foam polishing pad after exposure to TEOS for various times. TEOSによって被覆された後の、熱可塑性発泡体研磨パッドの例示的な押込み曲線である。2 is an exemplary indentation curve of a thermoplastic foam polishing pad after being coated with TEOS. TEOSによる被覆時間の関数としての(Xa)、即ち熱可塑性発泡体研磨パッドの「pop−in」の代表的な変化を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a representative change in (Xa), ie, “pop-in” of a thermoplastic foam polishing pad, as a function of TEOS coating time. TEOSによる被覆時間の関数としての、熱可塑性発泡体研磨パッドの硬度の代表的な変化を示すグラフである。2 is a graph showing a typical change in hardness of a thermoplastic foam polishing pad as a function of TEOS coating time. TEOSによる被覆時間の関数としての、熱可塑性発泡体研磨パッドの弾性率の代表的な変化を示すグラフである。2 is a graph showing a typical change in elastic modulus of a thermoplastic foam polishing pad as a function of TEOS coating time. TEOSによる被覆時間の関数としての、熱可塑性発泡体研磨パッドの貯蔵および損失弾性率の代表的な変化を示すグラフである。2 is a graph showing a typical change in storage and loss modulus of a thermoplastic foam polishing pad as a function of TEOS coating time. TEOSによってさまざまな時間で被覆した後の、研磨パッドの代表的なXPSスペクトルである。2 is a representative XPS spectrum of a polishing pad after coating with TEOS at various times. TEOSによってさまざまな時間で被覆した後の、研磨パッドのXPSスペクトルから計算した、酸素のSiに対する強度比の値の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the value of the ratio of the intensity | strength of oxygen with respect to Si calculated from the XPS spectrum of the polishing pad after coat | covering with TEOS for various time. TEOSによる被覆時間の関数としての、熱可塑性発泡体研磨パッドの相対的なブランケット・タングステン除去速度(WRR)および静的摩擦係数(COF)の変化を示すグラフである。6 is a graph showing the change in relative blanket tungsten removal rate (WRR) and static coefficient of friction (COF) of a thermoplastic foam polishing pad as a function of TEOS coating time.

Claims (10)

凹面セルを含む表面を有する熱可塑性発泡体基板を備えた研磨本体、および
前記凹面セルの内部表面を被覆し、炭化物または窒化物を含有する無機金属酸化物を含む研磨剤
を含む化学的機械的研磨用の研磨パッド。
A chemical body comprising a polishing body comprising a thermoplastic foam substrate having a surface containing concave cells, and an abrasive comprising an inorganic metal oxide containing carbide or nitride covering the inner surface of the concave cells Polishing pad for polishing.
前記炭化物または窒化物は前記無機金属酸化物の格子中に取り入れられている、請求項1に記載の研磨パッド。   The polishing pad of claim 1, wherein the carbide or nitride is incorporated in the inorganic metal oxide lattice. 前記窒化物は窒化ケイ素または窒化チタンを含み、前記炭化物は炭化ケイ素または炭化チタンを含む、請求項2に記載の研磨パッド。   The polishing pad according to claim 2, wherein the nitride includes silicon nitride or titanium nitride, and the carbide includes silicon carbide or titanium carbide. 前記研磨パッドは70KPa以上の硬度を有する、請求項1に記載の研磨パッド。   The polishing pad according to claim 1, wherein the polishing pad has a hardness of 70 KPa or more. 前記研磨パッドは5MPa以上の弾性率を有する、請求項1に記載の研磨パッド。   The polishing pad according to claim 1, wherein the polishing pad has an elastic modulus of 5 MPa or more. 化学的機械的研磨用の研磨パッドを製造するための方法であって、
熱可塑性発泡体基板内部の独立セルを露出して凹面セルを含む基板表面をもたらすこと、および
前記凹面セルの内部表面を、無機金属酸化物を含む研磨剤によって被覆すること
を含み、前記被覆を実施する間に炭化物および窒化物が前記無機金属酸化物中に取り入れられる方法。
A method for producing a polishing pad for chemical mechanical polishing comprising:
Exposing the independent cells within the thermoplastic foam substrate to provide a substrate surface comprising concave cells, and coating the inner surface of the concave cells with an abrasive comprising an inorganic metal oxide, the coating comprising: A method in which carbides and nitrides are incorporated into the inorganic metal oxide during operation.
被覆は、プラズマ支援化学蒸着(PECVD)法における初期プラズマ反応物に前記基板表面を曝露し、その上に改変された表面を製造すること、および
前記PECVD法における二次プラズマ反応物に前記改変された表面を曝露し、前記研磨剤を形成すること
を含む、請求項6に記載の方法。
A coating exposes the substrate surface to an initial plasma reactant in a plasma assisted chemical vapor deposition (PECVD) method to produce a modified surface thereon, and the modified to a secondary plasma reactant in the PECVD method. The method of claim 6, comprising exposing an exposed surface to form the abrasive.
二次プラズマ反応物への曝露は、30分から60分間続行する、請求項7に記載の方法。   8. The method of claim 7, wherein exposure to the secondary plasma reactant continues for 30 to 60 minutes. 前記独立セルの内部に窒素ガスが含まれ、前記窒素ガスは前記二次プラズマ反応物と反応して前記窒化物を形成する、請求項7に記載の方法。   The method of claim 7, wherein nitrogen gas is contained inside the independent cell, and the nitrogen gas reacts with the secondary plasma reactant to form the nitride. 前記熱可塑性発泡体基板は、前記二次プラズマ反応物と反応して前記炭化物を形成する、請求項7に記載の方法。
The method of claim 7, wherein the thermoplastic foam substrate reacts with the secondary plasma reactant to form the carbide.
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