JP2001505489A

JP2001505489A - 半導体ウエハー修正用研磨構造体

Info

Publication number: JP2001505489A
Application number: JP50974798A
Authority: JP
Inventors: ルーサーフォード，デナイズ・アール; ゴーツ，ダグラス・ピー; トーマス，クリスティーナ・ユー; ウェブ，リチャード・ジェイ; ブルックスボールト，ウェズリー・ジェイ; ブーラー，ジェイムズ・ディ; ハリウッド，ウィリアム・ジェイ
Original assignee: ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング・カンパニー; イクスクルーシブ・デザイン・カンパニー・インコーポレイテッド
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 2001-04-24
Also published as: US5692950A; EP0921906A1; AU3893297A; US6007407A; CN1068815C; CA2262579A1; DE69713108T2; KR100467400B1; EP0921906B1; DE69713108D1; CN1227519A; KR20000029865A; WO1998006541A1

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２，０００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２０〜１５０cm、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。例試験手順ヤング率（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４０℃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２，７３０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、６０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７６mm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，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，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，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，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

【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０．０７５〜１．５mm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。