JP2001505489A - 半導体ウエハー修正用研磨構造体 - Google Patents

半導体ウエハー修正用研磨構造体

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Abstract

(57)【要約】 半導体ウエハーなどの、工作物の表面を修正するための研磨構造体。研磨構造体は、三次元の表面パターン化固定研磨要素と、固定研磨要素と略同延性の少なくとも1つの弾性要素と、弾性要素および固定研磨要素と略同延性で且つそれらの間に挿入された少なくとも1つの硬質要素とを含み、ここで硬質要素は弾性要素よりも大きなヤング率を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 半導体ウエハー修正用研磨構造体背景技術 本発明は、半導体ウエハーの露出した表面を修正するための研磨性、硬質、お よび弾性要素を有する研磨構造体に関する。 集積回路の製造中に、半導体ウエハーは、典型的に、付着、パターン化、およ びエッチングステップを含む多数の処理ステップを経る。半導体ウエハーがどの ように処理されるかについての追加的詳細は、Annals of the International In stitution for Production Enineering Research ,Volume 39/2/1990、621〜 635ページに記載されたトンショフ(Tonshoff)、H.K.;シェイデン(Scheid en)、W.V.;イナサキ(Inasaki)、I;コーニング(Koning)、W.;スパー(S pur)、G.の記事「Abrasive Machining of Silicon」に見られる。処理の各ステ ップにおいて、所定レベルの表面「平坦性」および/または「均一性」を達成す ることがしばしば望まれる。ピットやスクラッチなどの表面欠陥を最小限に抑え ることも望まれる。そのような表面の凹凸は、最終のパターン化された半導体装 置の性能に影響を及ぼす恐れがある。 表面の凹凸を低減する1つの容認されている方法は、研磨パッドを用いて複数 の粗い研磨粒子を含有するスラリーでウエハー表面を処理することである。スラ リーと共に使用する研磨パッドの例は、米国特許第5,287,663号(ピアース(Pie rce)等)に記載される。このパッドは、研磨層と、研磨層に近接した硬質層と 、硬質層に近接した弾性層とを含む。この研磨層は、ウレタンなどの材料または ウレタンの複合物である。発明の開示 本発明は、工作物の表面を修正するための研磨構造体を提供する。この研磨構 造体は、三次元の表面パターン化固定研磨要素と、固定研磨要素と略同延性(gen erally coextensive)の少なくとも1つの弾性要素と、弾性要素および固定研磨 要素と略同延性で且つそれらの間に挿入された少なくとも1つの硬質要素と を含み、ここで硬質要素は弾性要素よりも大きいヤング率を有する。研磨要素と の硬質および弾性要素の組合せは、表面修正中に工作物の表面の全体的形状に実 質的に適合するが、工作物表面の局所的形状には適合しない研磨構造体を提供す る。 研磨構造体の他の態様は、研磨塗膜がその上に配置される裏地を備えた三次元 の表面パターン化固定研磨粒子と、固定研磨粒子の裏地と略同延性のサブパッド とを含む。このサブパッドは、約100MPa未満のヤング率および少なくとも約 60%の圧縮残留応力を有する少なくとも1つの弾性要素と、弾性要素と固定研 磨粒子の裏地と略同延性で且つそれらの間に挿入された少なくとも1つの硬質要 素とを含み、ここで硬質要素は弾性要素よりも大きいヤング率を有し、少なくと も約100MPaである。 本発明の研磨構造体の他の態様は、研磨塗膜がその上に配置される裏地を備え た三次元の表面パターン化固定研磨粒子と、サブパッドとを含む。このサブパッ ドは、固定研磨粒子の裏地と略同延性であり、約100MPa未満のヤング率と、 少なくとも約60%の圧縮残留応力と、約0.5〜5mmの厚さとを有する少なく とも1つの弾性要素と、弾性要素と固定研磨粒子の裏地と略同延性で且つそれら の間に挿入された少なくとも1つの硬質要素とを含み、ここで硬質要素は、弾性 要素よりも大きな、少なくとも約100MPaであるヤング率と、約0.075〜 1.5mmの厚さを有する。 本願全体を通じて、次の定義が適用される。 「表面修正」は、研磨および平坦化などのウエハー表面処理工程を指す; 「硬質要素」は、弾性要素よりも高いモジュラスのものであり、屈曲変形する 要素を指す; 「弾性要素」は、硬質要素を支持し、圧縮により弾性変形する要素を指す; 「モジュラス」は、材料の弾性率またはヤング率を指す;弾性材料に対しては 、材料の厚み方向での動的圧縮試験を用いて測定されるが、硬質材料に対しては 、材料の面での静的張力試験を用いて測定される; 「固定研磨要素」は、工作物の表面の修正中(例えば、平坦化)に発生される ような場合を除き実質的に未接着研磨粒子の無い、研磨物品などの、一体的研 磨要素を指す; 固定研磨要素を表現するために使用される場合の「三次元」は、平坦化中に表 面における若干の粒子が除去されると平坦化機能を実行できる追加的研磨粒子を 露出できるようにその厚みの少なくとも一部に全体的に延在する多数の研磨粒子 を有する、固定研磨要素、特に研磨物品を指す; 固定研磨要素を表現するために使用される場合の「表面パターン化」は、少な くとも隆起部分が研磨粒子と結合剤とを含む隆起部分と陥没部分とを有する、固 定研磨要素、特に固定研磨物品を指す; 「研磨複合物」は、研磨粒子と結合剤とを含む集合的に表面パターン化された 三次元研磨要素を提供する複数の整形された本体の一つを指し、研磨粒子は研磨 凝集体であっても良い; 「精密に整形された研磨複合物」は、複合物が成形型から取り出された後に保 持される型のキャビティの逆となる成形形状を有する研磨複合物を指す;好まし くは、この複合物は、米国特許第5,152,917号(パイパー(Pieper)その外)に 記載されるように、研磨物品が使用される前には、この形状の露出した表面を越 えて突出する研磨粒子は実質的に無い。図面の簡単な説明 第1図は、三次元の表面パターン化固定研磨要素に取り付けられた本発明のサ ブパッドの一部の断面図である。発明を実施するための最良の形態 本発明は、半導体ウエハーなどの工作物の露出した表面を修正するための研磨 構造体を提供する。研磨構造物は、三次元の表面パターン化固定研磨要素と、弾 性要素と、弾性要素と固定研磨要素との間に挿入された硬質要素とを含む。これ らの要素は、互いに実質的に同延性である。固定研磨要素は、好ましくは固定研 磨物品である。典型的に所定パターンの形で複数の研磨粒子および結合剤を含む 研磨塗膜がその上に配置される裏地から成る適当な三次元の表面パターン化固定 研磨物品、および半導体ウエハー処理にそれらを使用する方法は、8月8日に ファイルされた米国特許出願第08/694,014号で開示される。 本発明の研磨構造体は、少なくとも1つの比較的高モジュラスの硬質要素と1 つの低モジュラスの弾性要素とを含む。典型的に、弾性要素のモジュラス(すな わち、材料の厚み方向のヤング率)は、硬質要素のモジュラス(すなわち、材料 の面のヤング率)より少なくとも約25%(好ましくは少なくとも50%)だけ 小さい。好ましくは、硬質要素は少なくとも約100MPaのヤング率を有し、弾 性要素は約100MPa未満のヤング率である。より好ましくは、弾性要素のヤン グ率は約50MPa未満である。 硬質および弾性要素は、研磨要素のサブパッドとなる。第1図に示されるよう に、ザブパッド10は、少なくとも1つの硬質要素12および少なくとも1つの 弾性要素14を含み、固定研磨物品16に取り付けられる。硬質要素12は、弾 性要素14と、工作物と接触する表面17を有する固定研磨物品16との間に挿 入される。故に、本発明の研磨構造体では、硬質要素12および弾性要素14は 、固定研磨物品16と略同連続性、および平行であるので、3つの要素は実質的 に同延性である。第1図には示されていないが、弾性要素14の表面18は、典 型的に半導体ウエハー修正用の機械のプラテンに取り付けられ、固定研磨物品の 表面17は半導体ウエハーと接触する。 第1図に示されるように、固定研磨物品16の実施例は、研磨塗膜24が接着 され、結合剤30内に分散された研磨粒子28から構成される所定パターンの複 数の精密に整形された研磨複合物26を含む表面を有する裏地22を含む。研磨 塗覆24は、裏地上で連続的または不連続的であっても良い。但し、ある実施例 では、固定研磨物品は裏地を必要としない。さらに、研磨構造体の硬質要素は、 少なくとも部分的に、固定研磨物品の裏地で提供されることもある。 第1図は、精密整形された研磨複合物を有する表面パターン化三次元固定研磨 要素を示すが、本発明の研磨複合物は、精密整形された複合物に限定されない。 つまり、1996年8月8日にファイルされた米国特許出願第08/694,014号に記 載されたものなど、他の表面パターン化三次元固定研磨要素も可能である。 研磨構造体の様々な構成要素間に介在する接着剤または他の取り付け手段の層 があっても良い。例えば、第1図に示されるように、接着剤層20は、硬質要 素12と固定研磨物品16の裏地22との間に挿入される。第1図に示されてい ないが、硬質要素12と弾性要素14との間に挿入され、弾性要素14の表面上 に設置された接着剤層があっても良い。 使用中、固定研磨物品16の表面は17、工作物、例えば、半導体ウエハーに 接触して、工作部の表面を修正し、処理前の表面よりも平坦な、および/または 均一な、および/または粗さが少ない表面を達成する。サブパッドの硬質および 弾性要素の基底の組合せは、表面修正中の工作物の表面の全体的形状(例えば、 半導体ウエハーの全表面)に実質的に適合するが、工作物の表面の局所的形状( 半導体ウエハーの表面上の隣接特徴間の間隔)に実質的に適合しない研磨構造体 となる。その結果、本発明の研磨構造体は、工作物の表面を修正して所望レベル の平坦性、均一性、および/または粗さを達成する。所望の平坦性、均一性、お よび/または粗さの特定の度合いは、ウエハーが受け得る後の処理ステップの性 質だけでなく、個々のウエハーおよびそれが意図される用途によりまちまちであ る。 本発明の研磨構造体は、処理された半導体ウエハー(すなわち、回路構成をそ の上に備えたパターン化された半導体ウエハー、またはブランケット、非パター ン化ウエハー)で使用するのに特に適しているが、それらは、未処理またはブラ ンク(例えば、シリコン)ウエハーとでも使用できる。故に、本発明の研磨構造 体は、半導体ウエハーを研磨または平坦化するために使用できる。 弾性要素の主目的は、研磨構造体を工作物の表面の全体的形状に実質的に適合 させ、しかも工作物上に均一な圧力を維持することである。例えば、半導体ウエ ハーは、研磨構造体が実質的に一致すべき比較的大きな起伏または厚みの変化を 備えた全体形状を有しても良い。工作物表面の修正後に所望レベルの均一性を達 成できるように、工作物表面の全体的形状への研磨構造体の実質的な適合性を提 供することが望ましい。弾性要素は表面修正工程中に圧縮力を受けるので、厚み 方向に圧縮される場合のその弾性がこの目的を果たすための重要な特性となる。 弾性要素の弾性(すなわち、圧縮剛性および弾性反発)は、厚み方向の材料のモ ジュラスに関連し、その厚さによっても影響を受ける。 硬質要素の主目的は、工作物の表面の局所的特徴に実質的に適合する研磨構造 体の能力を制限することである。例えば、半導体ウエハーは、典型的に、谷を それらの間に有する同じまたは異なる高さの隣接特徴を有し、研磨構造体が実質 的に適合すべきでない形状を有する。工作物の所望レベルの平坦性を達成(中低 そりを回避)できるように工作物の局所的形状への研磨構造体の適合性を減じる ことが望まれる。硬質要素の曲げ剛性(すなわち、耐曲げ変形性)はこの目的を 達成するための重要な特性である。硬質要素の曲げ剛性は、材料の平面内モジュ ラスに直接的に関連し、その厚さによって影響を受ける。例えば、均質材料では 、曲げ剛性は、材料の厚さの3乗にそのヤング率を掛けたものに正比例する。 研磨構造体の硬質および弾性要素は、典型的に異なる材料の別々の層である。 各部分は、典型的に1つの層の材料であるが;層状要素の機械的挙動が所望用途 に受け入れられる場合には各要素は1つ以上の同じまたは異なる材料の層を含め ることができる。例えば、硬質要素は、求められた曲げ剛性を与えることができ るように配置された硬質および弾性材料の層を含めることができる。同様に、弾 性要素も、全体のラミネートが十分な弾性を有する限り弾性および硬質材料の層 を含めることができる。 硬質および弾性要素がモジュラスの勾配を有する材料から製造されることも想 像される。例えば、弾性要素の役割は有孔質構造または架橋密度の勾配を有する フォームによって果たされることもあり、フォームの厚み全体に渡って剛性のレ ベルを減少させる。他の例は、剛性を変えるためにその厚さ全体に渡って充填剤 の勾配を有する硬質材料のシートである。最後に、その厚さ全体に渡ってモジュ ラスの勾配を有するように設計された材料が、硬質および弾性の両要素の役目を 効率的に果たすように使用されることもある。このように、硬質および弾性要素 は、材料の1つの層内で一体的である。 硬質および弾性要素で使用する材料は、研磨構造体が、工作物表面上の均一な 材料除去(すなわち、均一性)、および平面度(全指示ふれ(Total Indicated Run out)(TIR)に関して測定された)、および中低そり(平坦比に関して測定された )を含む、パターン化されたウエハー上に良好な平坦性を提供できるように選択 されるのが好ましい。特定の平坦値は、そのウエハーが受け得る後の処理ステッ プの性質だけでなく、個々のウエハーおよびそれが意図される用途により異なる 。 平面度TIRは、半導体ウエハー産業界では周知の用語である。これは、ウエハ ーの指定領域内のウエハーの平面度の測定値である。TIR値は、CA、マウンテン ヴューのTencor社から入手できるTENCOR P-2 Long Scan Profilometer(プロフ ィルメーター)などの装置を用いて半導体ウエハーの指定された領域内のライン に沿って典型的に測定される。それは、一方が半導体ウエハーの表面の最高点と 交差または触れ、他方が問題の領域内の半導体ウエハーの表面の最低点と交差ま たは触れる2つの仮想平行面の間の距離である。平坦化の前に、この距離(10 個のTIR読み取り値の平均)は、典型的に、約0.5mmよりも大きく、時には約0 .8mmよりも大きいまたは約1〜2mmよりも大きいことさえある。平坦化の結果 、この距離は約5,000オングストローム未満であるのが好ましく、好ましく はわずか約1,500オングストロームでしかない。 当業界では周知のように、中低そりの量は、典型的に除去が必要な領域である 高い領域から除去された材料の量を、除去が典型的に望まれない低領域から除去 された材料の量と比較する平坦比によって示される。2つの装置が平坦比を測定 するために使用される。プロフィルメーターは、平坦化前後にTIRを測定するた めに使用される。光学的干渉/吸収装置は、例えば、平坦化前後に、金属相互接 続間の領域内の酸化層の厚みを測定するために使用される。各領域から除去され た材料の量が決定され、平坦比が計算される。平坦比は、高領域(典型的に、除 去所望領域)から除去された材料の量プラス低領域(典型的に、除去が望まれな い領域)から除去された材料の量を高領域から除去された材料の量で除した比率 である。一般に、この平坦比は2未満となるべきである。平坦比が1であると、 これは実際上中低そりが無いことを示すので、典型的に好ましい。 しばしば除去またはカット速度と共に報告される工作物表面上の材料除去の均 一性は、次の公式によって計算される: %均一性=[(Si2+Sf2)1/2(hi‐hf)]×100 ここで、Siは初期材料厚さの標準偏差;Sfは最終材料厚さの標準偏差;hiは初 期材料厚さ;hfは最終材料厚さである。均一性は、好ましくは約15%未満、よ り好ましくは約10%未満、最も好ましくは約5%未満である。 平均カット速度は、研磨構造体で処理された特定ウエハー表面の組成および 形状により異なる。金属酸化物含有表面(例えば、二酸化ケイ素含有表面)の場 合、カット速度は、典型的に少なくとも約100オングストローム/分、好まし くは少なくとも約500オングストローム/分、より好ましくは少なくとも約1 ,000オングストローム/分、最も好ましくは少なくとも約1,500オング ストローム/分である。ある場合では、このカット速度は、少なくとも約2,0 00オングストローム/分であり、3,000〜4,000オングストローム/分 でも望ましいこともある。高カット速度を有することが一般に望ましいが、カッ ト速度は、ウエハー表面の所望形状を損なうことのないように選択される。 硬質および弾性要素用の材料の選択は、工作物表面および固定研磨要素の組成 、工作物表面の形状および初期平面度、表面を修正するために使用された装置の 種類(例えば、表面を平坦化する)、修正工程で使用された圧力などにより異なる 。少なくとも1つの硬質要素が固定研磨要素と弾性要素と実質的に同延性で、そ れらの間に挿入されている、少なくとも1つの硬質要素および少なくとも1つの 弾性要素がある限り、本発明の研磨構造体は、様々な半導体ウエハー修正用途で 使用できる。 サブパッドで使用するのに適した材料は、例えば、ASTMにより提案された標準 試験法を使用して特徴付けられる。硬質材料の静的引張試験は、材料の面でのヤ ング率(しばしば弾性率を指す)を測定するために使用できる。金属のヤング率 を測定するためには、ASTME345-93(Standard Test Methods of Tension Testing of Metallic Foil)が使用できる。有機重合体(例えば、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は、ASTMD638-84(Standard Test Methods for Tensile Properties of Plastics)およびASTM D882-88(Standar d Tensile Properties of Thin Plastics Sheet)が使用できる。多層の材料を 含む積層要素には、全要素のヤング率(すなわち、積層モジュラス)が、最高モ ジュラス材料のための試験を使用して測定できる。好ましくは、硬質材料(また は全硬質要素それ自体)は、少なくとも約100MPaのヤング率の値を有する。 ここでは、硬質要素のヤング率は、室温(20〜25℃)において材料の2つの 主表面によって画定された面での適切なASTM試験によって決定される。 弾性材料の動的圧縮試験は、材料の厚み方向のヤング率(しばしば貯蔵また は弾性率を指す)を測定するために使用できる。ここでは、弾性材料には、弾性 要素が単層または多層の材料を含む積層要素であろうが、ASTM D5024-94(Stand ard Test Methods for Measuring the Dynamic Mechanical Properties of Plas tics in Compression)が使用される。好ましくは、弾性材料(または全弾性要 素それ自体)は、約100MPa未満の、より好ましくは約50MPa未満のヤング率 値を有する。ここでは、弾性要素のヤング率は、34.5kPaの予備荷重をかけ て20℃および0.1Hzにおいて材料の厚み方向でASTM D5024-94によって決定 される。 適当な弾性材料は、それらの応力緩和を追加的に評価することによっても選択 できる。応力緩和は、材料を変形し、それを変形した状態に保持することによっ て評価され、それと同時に変形を維持するために要する力または応力が測定され る。適当な弾性材料(または全弾性要素)は、好ましくは120秒後に始めに加 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。これは、請求の範囲を含めて、ここでは、「残留応力」を指し、83kP aの初期応力が室温(20〜25℃)で達成されるまで25.4mm/分の速度で0 .5mmほどの厚みの材料のサンプルを最初に圧縮し、2分後の残留応力を測定す ることによって決定される。 研磨構造体の硬質および弾性要素は、材料のヤング率によって、様々な厚さの ものとなることもある。各部分の厚さは、所望の平坦度、均一性、および粗さが 達成されるように選ばれる。例えば、100MPaのモジュラスを有する硬質要素 の適当な厚さは、約1.5mmである。但し、典型的に、硬質要素は、そのモジュ ラスにより、約0.075〜1.5mmの厚さであることもある。典型的に、材料 のヤング率が増すと、材料の必要な厚さは減少する。約100MPa未満のモジュ ラスを有する弾性要素の適当な厚さは、典型的に約0.5〜5mm、好ましくは約 1.25〜3mmである。 硬質要素は、典型的に、研磨構造体が、約80kPaの加圧を受ける場合、少な くとも約1.2mm、好ましくは約1.5mm、より好ましくは少なくとも約1.7 mm、最も好ましくは少なくとも約2.0mmの特徴間のギャップ幅をこえて工作物 表面局所形状に実質的に適合できないように選択される。これは、指定された 値よりも小さなギャップ幅では、この特定圧力において局所形状への実質的な適 合はないことを意味する。一般に、より高いおよびより低い圧力は、例えば圧力 が典型的にウエハー平坦化で経験したように、実質的な適合性も無しに使用でき る。本発明の重要な利点は、典型的に達成するのが難しいとされるより大きなギ ャップ幅に架橋する能力である。 研磨構造体内に使用するための硬質材料は、有機重合体、無機重合体、セラミ ック、金属、有機重合体の複合物、およびそれらの組合せなど、広範囲の様々な 材料から選択できる。適当な有機重合体は熱可塑性または熱硬化性であることも ある。適当な熱可塑性材料は、これらに限定されるものではないが、ポリカーボ ネート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリペ ルフルオロオレフィン、ポリ塩化ビニル、およびそれらの共重合体を含む。適当 な熱硬化性重合体は、これらに限定されないが、エポキシ、ポリイミド、ポリエ ステル、およびそれらの共重合体を含む。ここで使用される場合、共重合体は、 2つ以上の異なるモノマ(例えば、三元共重合体、四元共重合体など)を含有す る重合体を含む。 有機重合体は、強化されていても、されていなくても良い。この強化は、ファ イバまたは特定の材料の形であることもある。強化に使用するのに適した材料は 、これらに限定されるものではないが、有機または無機ファイバ(連続またはス テープル)、マイカまたはタルクなどのシリケート、砂や石英などのシリカをベ ースにした材料、金属微粒子、ガラス、金属酸化物、および炭酸カルシウムを含 む。 金属シートは、硬質要素としても使用できる。典型的に、金属は比較的高ヤン グ率(例えば、約50Gpaよりも大きい)を有するので、非常に薄いシート(典 型的に約0.075〜0.25mm)が使用される。適当な金属は、これらに限定 されるものではないが、アルミニウム、ステンレススチール、および銅を含む。 本発明の研磨構造体に有用な特定材料は、これらに限定されるものではないが 、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリカーボネート、ガラスファイバ強化エポ キシボード(例えば、MN、ミネアポリスのMinnesota Plastics社から入手できるF R4)、アルミニウム、ステンレススチール、およびIC1000(DE、ニューア ークのRodel,Inc.社から入手できる)を含む。 研磨構造体で使用するための弾性材料は、広範囲の様々な材料から選択できる 。典型的に、弾性材料は有機重合体で、熱可塑性または熱硬化性であり、本質的 にエラストマであってもなくても良い。弾性材料に一般に有用と思われる材料は 、典型的にフォームと呼ばれる、有孔性有機構造体を生成するために発泡または ブロウンされる有機重合体である。そのようなフォームは、天然または合成ゴム 、または例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、 およびそれらの共重合体などの他の熱可塑性エラストマから作製されても良い。 適当な合成熱可塑性エラストマは、これらに限定されるものではないが、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重合体、ポリ塩化ビニル、ポリクロロプレン、またはスチレン/ ブタジエン共重合体を含む。有用な弾性材料の特定例は、フォームの形のポリエ チレンおよびエチルビニルアセテートの共重合体である。 弾性材料は、適切な機械的特性(例えば、ヤング率および圧縮残留応力)が得 られる場合には他の構造体であっても良い。例えば、従来の磨きパッドで使用さ れるようなものなどのポリウレタン含浸フェルトベースの材料が使用できる。弾 性材料は、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、またはポリアミドファイバ の、樹脂(例えば、ポリウレタン)によって含浸されている不織布または織られ たファイバマットであっても良い。このファイバは、ファイバマット内で有限長 (すなわちステープル)または実質的に連続的なものであっても良い。 本発明の研磨構造体で有用となる特定弾性材料は、これらに限定されるもので はないが、CELIFLEX 1200、CELIFLEX 1800、CELIFLEX 2200、CELIFLEX 2200 XF( MA、ローレンスのDertex Corp.社)、3M SCOTCHブランドのCUSHION-MOUNT Plate Mounting Tape 949(MN、セントポールの3M Company社から入手できる両面高密度 エラストマフォームテープ)、EMR 1025ポリエチレンフォーム(NJ、ヒヤニス(Hy annis)のSentinel Products社から入手できる)、HD 200ポリウレタンフォーム( MN、ミネアポリスのIllbruck,Inc社から入手できる)、MC 8000およびMC 8000EV Aフォーム(Sentinel Products社から入手できる)、SUBA IV Impregnated Nonwov en(DE、ニューアークのRodel,Inc.社から入手できる)の商 標名で入手可能なポリ(エチレン‐co‐ビニルアセテート)フォームを含む。 以外にも、スラリ磨き作業で使用された硬質および弾性の両要素を有する市販 のパッド、またはそれらの部分が、本発明のサブパッドとしても有用となり得る ことが分かった。この発見は、スラリパッドが粗い研磨粒子をウエハー表面に運 ぶように設計されており、固定研磨要素の効果的なサブパッドとして機能するよ うには考えられていなかったであろうことが意外である。このようなパッドの例 は、IC 1400、IC 2000、またはIC 1000-SUBA IVパッドスタック(DE、ニューア ークのRodel,Inc.社から入手できる)の商標のものを含む。 本発明の研磨構造体は、硬質要素と弾性要素との間、硬質要素と研磨要素との 間など、様々な構成要素間の取り付け手段をさらに含めることができる。例えば 、第1図に示された構造体は、硬質材料のシートを弾性材料のシートに積層する ことによって作製される。これらの2つの要素の積層は、ホットメルト接着剤、 感圧接着剤、グルー、結束層、接合剤、機械的締結装置、高周波溶接、熱接合、 マイクロ波活性化接合など、通常に周知されている様々な接合方法の任意のもの によっで達成できる。代わりに、サブパッドの硬質部分および弾性部分は、同時 押出によって共に合わすこともできる。 典型的に、硬質および弾性要素の積層は、感圧、またはホットメルト型の接着 剤を用いることによって容易に達成される。適当な感圧接着剤は、これらの限定 されるものではないが、天然ゴム、(メト)アクリル酸重合体および共重合体、 KRATON(TX、ヒューストンのShell Chemical Co.社)の商標で入手できるスチレ ン/ブタジエンまたはスチレン/イソプレンブロック共重合体などの熱可塑性ゴ ムのABまたはABAブロック共重合体、またはオレフィンをベースにしたものを含 む通常に使用される様々な感圧接着剤であっても良い。適当なホットメルト接着 剤は、これらに限定されるものではないが、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にしたものなど、通常に使用 されている様々なホットメルト接着剤を含む。接着剤の主な条件は、使用中に所 定位置に留まるよう硬質および弾性要素に対して十分な凝集強さおよび耐剥離性 を有し、使用条件下で耐剪断性があり、使用条件下で耐化学崩壊性であること。 固定研磨要素は、直前に概説された、接着剤、押出、熱接合、機械的締結装置 など、同手段で構造体の硬質部分に取り付けることができる。但し、それは構造 体の硬質部分に取り付けられる必要はないが、それに近接し、それと同延性の位 置に維持されなければならない。この場合、使用中に固定研磨物を保持する、配 置ピン、保持リング、張力、真空などの、ある機械的手段が必要となる。 ここで説明された研磨構造体は、例えば、シリコンウエハーの表面を修正する のに使用する機械プラテン上に配置される。それは、配置ピン、保持リング、張 力、真空などの、接着剤または機械的手段によって取り付けられても良い。 本発明の研磨構造体は、磨きパッドや粗い研磨スラリと共に使用する当業界で 周知のものだけでなく、半導体ウエハーを平坦化するためのあらゆる種類の機械 で使用できる。適当な市販の機械の例は、AZ、フェニックスのIPEC/WESTECHから 入手できるChemical Mechanical Planarization(CMP)機械である。 典型的に、このような機械は、半導体ウエハーを保持するための保持リングと ウエハー支持パッドとの両方から成るウエハー保持装置を備えたヘッドユニット を含む。典型的に、半導体ウエハーおよび研磨構造体の両方とも、好ましくは同 方向に回転する。ウエハー保持装置は、円形状、らせん状、長円形状、不等速、 または任意の運動のいずれかで回転する。ウエハー保持装置が回転する速度は、 特定の装置、平坦化条件、研磨粒子、および所望平坦化基準によりまちまちであ る。但し、一般に、ウエハー保持装置は、約2〜1,000回転/分(rpm)の速 度で回転する。 本発明の研磨構造体は、典型的に、約10〜200cm、好ましくは約20〜1 50cm、より好ましくは25〜100cmの直径を有する。それは、典型的に、約 5〜10,000rpmの速度で、好ましくは約10〜1,000rpmの速度で、よ り好ましくは約10〜250rpmの速度で回転しても良い。 本発明の研磨構造体を利用する表面修正手順は、約6.9〜138kPaの圧力 を典型的に含む。 本発明の様々な修正および変形は、本発明の趣旨および範囲を逸脱することな く実施可能であることは当業者には明白であり、本発明がここで詳述された例示 的実施例に不当に限定されるものではないことは理解されるべきである。 試験手順 ヤング率(引張モジュラス)−試験A 本発明で使用された硬質プラスチック構成要素材料のヤング率は、ASTM D638- 84(Standard Test Methods for Tensile Properties of Plastics)とASTM D-882 -88(Standard Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting)とによる静的引 張試験を使用して決定された。金属のヤング率は、ゲージ長が指定された12. 7cmの代わりに10.2cmであったことを除いて、実質的にASTM E345-93(Stand ard Test Methods of Tension Testing of Metallic Foil)により決定された。動的圧縮−試験B 本発明で使用された弾性構成要素材料のヤング率は、実質的にASTMD5024-94(S tandard Test Methods for Measuring the Dynamic Mechanica1 Properties of Plastics In Compression)による動的機械的試験によって決定された。使用され た計測装置は、NJ、ピスカタウエイ(Piscataway)のRheometrics,Inc.社製のR heometrics Solids Analyzer(RSA)であった。34.5kPaの公称平均圧縮応力が 試料に加えられ、次に小さな周期的荷重が静荷重に加えられて動的応答を決定し た。等温周波数掃引は、0.015Hzと15Hzとの間で掃引して、20℃と4 0℃とにおいて行われた。圧縮応力緩和試験−試験C 応力緩和測定は、ASTM E328-86(Method for Stress Relaxation Tests for Ma terials or Structures)により決定された。円形試験サンプル(直径20.32 mm)が、ASTM E328-86で指定されるように2つの直径が25.4mmの平板の間に 配置され、これらの平板は、上部の板がサンプルと確実に接触するように25グ ラムの予備負荷がかけられた。上部板は、次に、サンプルにかかる負荷が2,7 30グラムに増大するまで25.4mm/分の速度で固定下部板に向かって移動 された。指定された負荷に達すると、上部板の移動が停止され、サンプルの応力 の緩和がその後120秒間記録された。材料 下記の材料が以下の例で使用された。 表1 硬質構成要素 * カタログ値 N.S.=無指定 表2 弾性構成要素 本発明の研磨構造体を作製するのに有用な接着剤は、442 PC(SCOTCHブランド のDotlble Coated Tapeとして入手できる)、9482PC(SCOTCHブランドのDouble Co ated Membrane Transfer Tapeとして入手できる)、7961 PC(SCOTCHブランドのDo uble Coated Membrane Switch Spacerとして入手できる)を含む。上記接着剤の 全ては、MN、セントポールの3M Company社から入手できる。 例1 ポリプロピレン製造ツールは、隣接平頭4面角錐の集合から成る流延表面を有 する金属マスター成型用具上にポリプロピレンを流延することによって製造され た。結果として得られた製造成型用具は、平頭角錐の形状となるキャビティを包 含した。各平頭角錐の高さは、約80mmであり、そのベースは面当たり約178 mmであり、頂上部は面当たり約51mmであった。これらのキャビティは、1セン チメートル当たり約50キャビティの間隔を有する四角平面構成で配置さ れた。 ポリプロピレン製造成型用具は、巻取機から巻出され、研磨スラリ(後述の) が真空スロットダイコータを用いて製造成型用具のキャビティ内に室温で塗布さ れた。エチレン/アクリル酸共重合体を有する片面に下塗りされた76mm厚みの ポリ(エチレンテレフタレート)フィルム裏地(PPF)は、研磨スラリが裏地の 下塗りされた表面を湿潤できるように研磨スラリ塗膜製造成型用具と接触させら れた。研磨スラリは、紫外線光をPPF裏地を通して研磨スラリ内に照射すること によって硬化された。2つの異なる紫外線ランプが、硬化を行うために直列にし て使用された。第1の紫外線ランプは、「V」電球を備え、236.2ワット/c mで作動されるFusion System紫外線光であった。第2のものは、中間圧力水銀電 球を備え、157.5ワット/cmで作動されるATEK紫外線ランプであった。この 製造成型用具は、硬化した研磨複合物/裏地から取り除かれた。この工程は、約 3.0〜7.6メートル/分の間で運転される連続工程であった。 この研磨スラリは、トリメタノールプロパントリアクリレート(「Sartomer 351」 の商標でPA、エクストンのSartomer Co.,Inc.社から入手できる、10部、TMP TA)、ヘキサンジオールジアクリレート(「Sartomer 238」の商標でSartomer Co., Inc.社から入手できる、30部、HDDA)、アルキルベンジルフタレート可塑剤(「S ANTICIZER 278」の商標でMO、セントルイスのMonsant Co.社から入手できる、6 0部、PP)、イソプロピルトリイソステアロイルチタネートカップリング剤(「KR- TTS」の商標でNJ、ベイヨンのKenrich Petrochemicals Inc.社から入手できる、 6.6部、CA3)、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−ホスフィッ トオキシド光化学開始剤(「Lucirin TPO」の商標でNC、シャーロットのBASF社から 入手できる、93.2部、PH7)、酸化セリウム(CT、シェルトンのRhcne Poulenc 社から入手できる、イソプロピルトリイソステアロイルチタネートカップリング 剤で処理した、165.9部、CEOl、平均粒度0.5mm)、炭酸カルシウム(「USP- EX-HEAVY」の商標でNY、ニューヨークのPfizer Speciality Minerals社から入手 できる、80.93部、CACO3、平均粒度4.6mm)、炭酸カルシウム(「USP-MEDI UM」の商標でPfizer Speciality Mineralsから入手できる、7.44部、CACO2、 平均粒度2.6mm)、炭酸カルシウム(「MULTIFLEX-MM」 の商標でPfizer Speciality Minerals社から入手できる、1.85部、CACO4、 平均粒度0.07mm)から成った。TMPTA、HDDANPP、CA3、PH7、およびPH1の混合 物が混合されて均質混合物を得た。CEO1は、その均質混合物に徐々に添加され、 続いてCACO2、CACO3、およびCACO4が徐々に添加され、その結果得られた混合物 は、均質混合物が得られるまで撹拌された。 上述の固定研磨物品は、20パスのスチールハンドローラ(2.05kg、直径 8.2cm)を用いて剥離ライナを有する両面塗布感圧接着剤テープ(442PC)に積 層された。この剥離ライナは除去され、固定研磨物品がIC1000-SUBA IVスラリ磨 きパッド(Rodel Inc.社から入手できる)に20パスのスチールハンドローラを 用いて連続的に積層された。このラミネートは、次に、例えば直径50.8cmの ディスクを打ち抜くことによってウエハー磨きパッドに変換された。 例2 固定研磨物は、ポリ(エチレンテレフタレート)裏地が127mmの厚さであっ たことを除いて実質的に例1の手順に従って作製された。感圧接着剤両面テープ (442PC)は、例1で説明された30パスのハンドローラを用いて0.51mm厚 さの1枚のポリカーボネートシートの両面に積層された。剥離ライナは、テープ /ポリカーボネート/テープ構造体の一方の表面から除去され、上述の固定研磨物 品は20パスのハンドローラを用いて露出した接着表面に積層された。CELIFLEX 1800フォーム(2.3mm厚さ)は、剥離ライナの除去後に20パスのハンドロ ーラを用いてテープ/ポリカーボネート/テープ構造体の反対面に積層された。こ のラミネートは、次に、例えば、直径50.8cmのディスクに打ち抜くことによ ってウエハー磨きパッドに変換された。 例3〜15 固定研磨構造体の次例の全ては、弾性および硬質構成要素が表3に示されるよ うに変更されたことを除いて、ポリ(エチレンテレフタレート)裏地の厚さが7 6mmまたは127mmのいずれかであった例2と同様に作製された。 表3 サブパッド構造体 例1〜15で説明された研磨構造体の全ては、ブランケットおよびパターン化 されたウエハーを修正するために使用され、ブランケットおよびパターン化され たシリコンウエハーのための磨きパッドとして評価されたときに産業界で受け入 れられる基準範囲内の平坦性および均一性の値を有する研磨済みウエハーを生成 することが観察された。 ここで引用された全ての特許、特許文書、および広報は、個別に引用される如 く引用によりここに含める。先に詳述されたものは、単に理解の明瞭化を目的と したものである。不必要な限定がそれらから解釈されるべきものではない。本発 明は、示され、説明された正確な詳細に限定されるものではない、故に、当業者 には明白な変更は、請求の範囲によって定義された本発明の範囲内に包含されよ う。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG ,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT ,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,GH,HU,IL,IS,JP,KE ,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS, LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,M X,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE ,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT, UA,UG,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 ルーサーフォード,デナイズ・アール アメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州セ ント・ポール、ポスト・オフィス・ボック ス33427 (72)発明者 ゴーツ,ダグラス・ピー アメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州セ ント・ポール、ポスト・オフィス・ボック ス33427 (72)発明者 トーマス,クリスティーナ・ユー アメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州セ ント・ポール、ポスト・オフィス・ボック ス33427 (72)発明者 ウェブ,リチャード・ジェイ アメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州セ ント・ポール、ポスト・オフィス・ボック ス33427 (72)発明者 ブルックスボールト,ウェズリー・ジェイ アメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州セ ント・ポール、ポスト・オフィス・ボック ス33427 (72)発明者 ブーラー,ジェイムズ・ディ アメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州セ ント・ポール、ポスト・オフィス・ボック ス33427 (72)発明者 ハリウッド,ウィリアム・ジェイ アメリカ合衆国55133―3427ミネソタ州セ ント・ポール、ポスト・オフィス・ボック ス33427

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.工作物の表面修正中に工作物表面の全体的形状に実質的に適合できるが、 工作物表面の局所的形状に実質的に適合できない研磨構造体であって、 (a)三次元の表面パターン化された固定研磨要素と、 (b)前記固定研磨要素と略同延性の少なくとも1つの弾性要素と、 (c)前記弾性要素および前記固定研磨要素と略同延性で且つそれらの間に挿 入された少なくとも1つの硬質要素と、を含み、前記硬質要素が前記弾性要素の ものよりも大きなヤング率を有する、研磨構造体。 2.工作物表面を修正するための研磨構造体であって、 (a)研磨塗膜が配置された裏地を含む三次元の表面パターン化固定研磨物品 と、 (b)前記固定研磨物品の裏地と略同延性のサブパッドであって、 (i)約100MPa未満のヤング率および少なくとも約60%の圧縮残 留応力を有する少なくとも1つの弾性要素と、 (ii)前記弾性要素、および前記固定研磨物品の裏地と略同延性で且つ それらの間に挿入された少なくとも1つの硬質要素と、を含み、前記硬質要素が 前記弾性要素のものよりも大きなヤング率を有し、少なくとも約100MPaであ る、サブパッドと、を含む、研磨構造体。 3.前記弾性要素が約0.5〜5mmの厚さを有し、前記硬質要素が約0.07 5〜1.5mmの厚さを有する、請求の範囲第1項または2項に記載の研磨構造体 。 4.前記弾性要素のヤング率が前記硬質要素のヤング率より少なくとも約25 %だけ小さい、請求の範囲第1項または2項に記載の研磨構造体。 5.前記弾性要素のヤング率が前記硬質要素のヤング率より少なくとも約50 %だけ小さい、請求の範囲第1項または2項に記載の研磨構造体。 6.前記弾性要素がフォームの1つ以上の層を含む、請求の範囲第1項または 2項に記載の研磨構造体。 7.前記硬質要素と前記弾性要素との間に挿入された取り付け手段をさらに 含む、請求の範囲第1項または2項に記載の研磨構造体。 8.前記固定研磨要素と前記サブパッドとの間に挿入された取り付け手段をさ らに含む、請求の範囲第1項または2項に記載の研磨構造体。 9.半導体ウエハーの露出した表面を修正する方法であって、 (a)三次元の表面パターン化固定研磨要素と、前記固定研磨要素と略同延性 の少なくとも1つの弾性要素と、前記弾性要素および前記固定研磨要素と略同延 性で且つそれらの間に挿入された少なくとも1つの硬質要素とを含み、前記硬質 要素が前記弾性要素よりも大きなヤング率を有して成る、研磨構造体と前記表面 を接触させるステップと、 (b)前記ウエハーと前記研磨構造体を相対的に移動することによって前記ウ エハーの表面を修正するステップと、を含む方法。
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