JP2001518852A - 改良研磨パッド及びこれに関連する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は半導体デバイス等の製造に有用な改良研磨パッドに関する。この発明のパッドは、有益な親水性研磨材からなり、通常、予測性と研磨性能を改善する革新的な表面トポグラフィとテクスチャーを有する。

Description

【発明の詳細な説明】 改良研磨パッド及びこれに関連する方法 この出願は、1997年4月４日に出願した米国仮特許出願第60/043,404号及び199 7年6月12日に出願した米国仮特許出願第60/049,440号による利益を主張する。 発明の背景発明の技術分野 この発明は、半導体デバイス等の製造において有用な研磨パッドに関する。詳 細には、この発明の研磨パッドは、（研磨作業の予測性は勿論）研磨性能を改善 する、革新的な表面トポグラフィーとテクスチャーを有する有益な親水性材料か らなる。先行技術の説明 集積回路の作製には、通常、シリコン、シリカ、タングステン、銅、アルミニ ウム等の一枚以上の基板の研磨を必要とする。このような研磨は、通常、研磨パ ッドと研磨流体とを使用して行なわれる。 半導体産業は許容誤差を小さくする精密な研磨を必要としているが、一般的に は、殆どの場合、研磨性能がパッドによって異なるという望ましくない状況があ る。従って、半導体産業において必要とされているのは、高精度の研磨作業にお いて予測性の高い性能を示す研磨パッドである。 米国特許第5,569,062号は、研磨パッドの表面を研摩する切削手段について記 載している。米国特許第5,081,051号は、パッド表面を押圧してパッド表面に周 溝を切削する、鋸歯状エッジを有する細長刃について記載している。米国特許第 5,489,233号は、硬質で均一なポリマーシートの表面上に外部手段のみによって 作られた大小の流路を有する研磨パッドに関するものである。 発明の概要 この発明は、革新的な親水性研磨層を有すると共に革新的な研磨表面トポグラ フィーとテクスチャーを有する研磨パッドに関する。ここで「トポグラフィー」 とは、１０ミクロン未満の大きさの表面粗度特性を意味し、「表面テクスチャー 」とは１０ミクロン以上の表面粗度特性を意味する。 この発明の研磨パッドは、ランダムなトポグラフィーを有する。ランダムな表 面トポグラフィーは、より大きな材料からパッドを切り取ったり、薄く剥ぎ取っ たりするのではなく、研磨表面を凝固させ、そうでない場合でも切り取ることな く形成することによって得られるのが好ましい。切り取ったり、薄く剥ぎ取った りするには、刃物あるいは他の切削用具を使用して、形成される研磨面に実質的 に平行な切断をすることが必要となる。そのような切断をすると、ランダムでな い表面トポグラフィーを作ることになる。なぜなら、刃物が研磨表面を切断する ときに、表面に溝を付け、そうでない場合であっても、表面上に何らかのパター ンを残すことになるからである。このパターンは、通常、切断方向を示す。 一定の高精度の研磨において、切断や薄く剥ぎ取ることによるランダムでない 表面パターンが、比較的多く （そして予測できない）数の好ましくない大きな 傷（マクロの傷）をつくる傾向があるということが驚きをもって発見された。「 マクロの傷」とは、パッドの研磨表面のバリその他の突出物であって、その大き さ（幅、高さ又は長さのいずれか）が２５ミクロンより大きいものを意味する。 このようなマクロの傷は研磨には好ましくなく、使用するパッドによって性能に 違いが生じる。なぜなら、各パッドの切削工程は実質的に同一であっても、切削 用具が磨耗すると、切削用具によってできるマクロの傷の量が次第に増加するか らである。切削時にマクロの傷を変えるその他の要因としては、周囲温度及び切 削速度の変化がある。 マクロの傷と「ミクロの凹凸（micro-asperitles）」とを混同してはならない 。「ミクロの凹凸」とは、パッド表面のバリその他の突出物であって、その大き さ（幅、高さ又は長さのいずれか）が１０ミクロン未満のものを意味する。ミク ロの凹凸は、精密研磨、特に、半導体デバイスの製造において、概して有益であ ることが、驚きをもって発見された。 この発明の研磨材料は、スラリー粒子を吸収しあるいは移送するという本質的 な能力を持たない。従って、この発明は、バディンガーその他に付与された米国 特許第4,927,432号に記載してあるような繊維基板にポリマーを癒着させて作っ たフェルトベースの研磨パッドを含まない。更に、この発明の研磨材料は、（ｉ ）０．５ｇ／cm³より高い密度、（ii）３４ミリニュートン／ｍ以上の臨界表面 張力、（iii）０．２〜５ギガパスカルの引張応力、（iv）３０℃での引張応力 と６０℃での引張応力の比が１．０〜２．５、（ｖ）２５〜８０ショワーＤの硬 さ、（vi）３００−６０００ｐｓｉ（２．１−４１．４メガパスカル）の降伏応 力、（vii）１，０００〜１５，０００ｐｓｉ（７−１０５メガパスカル）の引 張強度、（viii）５００％で破砕する伸度を有する親水性材料からなる。好まし い実施例においては、研磨層はさらに多数の軟質領域及び硬質領域からなる。 この発明は革新的である。なぜなら、この発明は、（1）精密研磨に関するミ クロの凹凸の利益を認識する一方で、マクロの傷の不利益をも認識しており、（ 2）マクロの傷が通常どのようにして研磨パッドに生じるかを認識しており、（3 ）都合のよい程度の低レベルのマクロの傷を持ちながら、都合のよい程度の高レ ベルのミクロの凹凸を有する研磨パッドの製造方法を教えているからである。こ の発明のこれらの面のいずれも、従来、この分野においては認識されていず、精 密研磨の分野に真に重要な貢献をするものである。研磨表面は、切断したり薄く 剥ぎ取られることなく、研磨表面を凝固させあるいは切断を伴わない他の方法で 研磨表面を形成することによって作られているので、この発明のパッドには、比 較的低レベルのマクロの傷しか生じない。この発明のパッドの研磨表面において は、１０００倍に拡大して見たときに、観察可能なマクロの傷が、平均して、研 磨表面１平方ミリメートル当たりに２個よりも少ないことが好ましい。 この発明の研磨層は、（1）鋳型成形（モールディング）、型押付成形（エン ボッシング）、印刷（プリンティング）、流込成形（キャスティング）、焼結（ シンタリング）、フォト−イメージング、化学的エッチング、凝固、あるいは大 きな材料からパッドを切断することなく作成することにより、（2）マクロ−テ クスチャーの少なくとも一部を、研磨表面を切削（又は同種の破砕）することな く研磨表面に形成することによって製造される。この発明の方法は、流動材料か ら、（切断することなく）マクロ−テクスチャーを表面に（そして選択的に、ミ クロ −テクスチャーをも形成しながら）形成すること、あるいは（または、さらに） その後、エンボッシング等によって、研磨表面の切断あるいは同種の破砕をする ことなく、研磨表面上にマクロ−テクスチャーを作りだすことに関するものであ る。選択的に、その後、研磨表面を機械加工あるいは切削してマクロ−テクスチ ャー（及び／又はミクロ−テクスチャー）を追加することもできる。 好ましい実施例の詳細な説明 この発明は、基板、特に半導体デバイス等の製造用の基板等の研磨あるいは平 坦化に有用な改良研磨パッドに関するものである。この発明の合成物および方法 は、その他の産業においても有用であり、多種多様な材料に使用することができ る。例えば、シリコン、シリカ、金属、誘電体（高分子誘電体等）、セラミック 、ガラスがあるが、これらに限定されるものではない。 マクロの傷（通常、パッドにマクロ−テクスチャーを切削することにより生じ る破損、すり傷及び／又は同種の表面のデコボコからなる２５ミクロン以上の大 きな表面の傷）は、ミクロの凹凸（通常、パッドにミクロ−テクスチャーを切削 することにより生じる表面破損、すり傷及び／又は同種の表面のデコボコからな る１０ミクロン以下の小さな表面の突出物）と区別しなくてはならない。マクロ −テクスチャーとミクロ−テクスチャーは、研磨パッドに対して、非常に異なる 作用をする。マクロ−テクスチャーは、パッド表面に沿って研磨流体を配送する 通路（あるいは一連の通路）を提供する。ミクロ−テクスチャーはマクロ−テク スチャーと非常に似ているが、そのサイズが非常に小さい。 （非常に大きい）マクロ−テクスチャーと異なり、ミクロ−テクスチャーは、 研磨して除去される表面突起の大きさと同様の大きさである。ミクロ−テクスチ ャーは、（1）研磨流体及び／又は研磨粒子と、（2）研磨して取り除かれる突出 部間の相互作用を高める研磨環境を提供する。 この発明は、（1）ミクロの凹凸が、概して、パッドの研磨作業に有益である と共に、（2）マクロの傷が、概して、パッドの研磨作業に有害であることを認 識している点において革新的である。この発明は、また、マクロの傷の不利益に 対処している点において革新的である。マクロ−テクスチャーの少なくとも一部 を、 凝固あるいは形成又は鋳型成形によって研磨表面に形成することによって、マク ロの傷は、パッドにマクロ−テクスチャーを切削して作製した従来のパッドと比 較して、劇的に減少し、パッドの性能は改善される。 従来のパッド製造工程においては、 1．ポリマーの固まりからパッドを切り取る、あるいは 2．パッドにマクロ−テクスチャーを切削あるいは機械加工する ために機械的な切削工程が使用されている。 マクロの傷の数は、切削工具の鋭利さ、切削速度、周囲温度／湿度等により異 なる。このことから、マクロの傷はパッドによって異なる傾向にあり、その結果 、研磨性能もパッドによって異なることとなる。 この発明のパッドには、外表面を有する研磨層がある。この発明の好ましい方 法には、（1）熱可塑性射出成形（サーモプラスチックインジェクションモール ディング）、（2）熱硬化性射出成形（サーモセットインジェクションモールデ ィング、しばしば、反応射出成形ＲＩＭと呼ばれる）、（3）熱可塑性又は熱硬 化性射出ブロー成形、（4）圧縮成形、あるいは、（5）流動材料が位置付けられ て凝固されることによって、パッドのマクロ−テクスチャーの少なくとも一部を 作製するその他同種の方法がある。この発明の好ましい成形方法の実施例では、 （1）流動材料が構成物あるいは基板の中あるいはその上に流し込まれ、（2）構 成物あるいは基板は、その材料が凝固するときにその材料に表面テクスチャーを 作り、（3）構成物あるいは基板は、その後、凝固した材料から分離される。 一つの実施例においては、固体あるいは半固体の挿入物（インサート）が先ず 囲いの中に入れられ、次いで、流動材料がこの囲いの中に流し込まれ、この材料 が凝固した後に、挿入物はこの材料とあるいはこの材料内に固着されることにな る。この挿入物が、パッドを補強するので、挿入物の回りの凝固した材料は自立 している必要はなく、あるいは、研磨層を支持するのに必要な密度を有する必要 がない。代わりに、あるいは、さらに、この挿入物はパッドを構造的に完全なも のとし、これによって、製造におけるパッドの性能、寿命、及び／又は柔軟性が 改善される。 溝あるいは凹みをパッドに機械加工すると、破損、すり傷、デコボコその他の マクロの傷をパッド表面に生じせしめて、パッドの表面を壊してしまうことにな る。半導体産業が求める精密研磨においては、このようなマクロの傷（マクロ− テクスチャーを研磨パッドに機械加工したための傷）はパッドの性能（特に、予 測性）に不利益を及ぼすことになる。この発明では、研磨材料を流入させて凝固 （例えば、鋳型成形）させ、（切断することなく）パッドの研磨層にマクロ−テ クスチャーの少なくとも一部を形成することにより、（機械加工と較べて）研磨 層の表面が破損したり損傷を受けることが遙に少ない。従って、この発明のパッ ドにはマクロの傷が少なくなり、パッドの研磨の性能およびパッドの性能の予測 性が、向上する。 この発明において有用な鋳型技術は、多様な産業において極めて一般的なもの であるが、この発明の鋳型成形では、平均モールド縦横比（アスペクトレシオ） が少なくとも４００、好ましくは少なくとも５００、更に好ましくは７００以上 であるとよい。「縦横比」とはここでは、選択された長さをパッドの平均の厚み で割ったものを意味する。 このように高い縦横比を有する精密研磨パッドの成形は、当業界における一般 的な見解に反するものであり、選択されるパッド材料によっては、不可能でない としても、その成形が困難である。その結果、研磨パッドは、他の製造方法によ って製造されてきた。例えば、ポリマーをフェルト基板の上で凝固させたり、高 分子材料を流延して塊にしたり（その後、薄く剥いで研磨パッドを作る）してい た。この発明の利益が、当技術の通常の専門家にとって認識されていなかったた めである。 驚いたことに、この発明の好ましい合成物はこの発明によって成形されて、公 知の従来技術であるパッド製造方法によっては達成することができなかった必要 性に応じ得る研磨パッドを提供することできる。例えば、この発明のパッドは、 多くの従来のパッド製造方法のものに較べて、一般に、より精密であり、複製が 容易である。 パッドは、通常、使用前に調整される。この調整によって、パッドにミクロ− テクスチャーを作り、あるいは、それを増やす。パッドの使用中に、好ましくな い塑性流がミクロ−テクスチャー上を流れ、研磨屑（デブリ）が衝突したり挟ま ったりする。その結果、通常、パッドはその有効寿命中に定期的に再調整され、 最適なミクロ−テクスチャーが再生される。幾つかの実施例において、この発明 の研磨パッドにおいては、従来の研磨パットと比較すると、使用中の再調整が少 なくてすむ。 好ましい実施例においては、パッドのマクロの構造が、研磨層の表面に組み込 まれる。モールドには突出部があるが、この突出部の回りに、まずパッド材料が 流入され、その後凝固するためである。このようにして、パッド材料が凝固する とき、研磨層の外側表面に沿ってマクロ−テクスチャーが同時に作り出される。 マクロ−テクスチャーは、平均０．０１、より好ましくは０．０５、さらに好ま しくは０．１mmよりも大きい深さ及び／又は幅の一つ以上の凹みを持っているこ とが好ましい。このマクロ−テクスチャーは、研磨流体の流れを促進し、それに よって、研磨性能を高める。 この発明の好ましい方法は、射出成形、特に、反応射出成形あるいはＲＩＭを 採用する。ＲＩＭは、通常、後でモールド内に素早く注入される反応流動体（又 は、半流動体）の前駆体を混合することを必要とする。一旦、モールドが充填さ れると、反応前駆体は化学反応を始め、最終成形製品へと凝固していく。この反 応化学作用を調整することによって、パッドの物理特性を上手く調整することが できるので、この種の射出成形が最も好ましい。さらに、反応射出成形は、通常 、熱可塑性射出成形よりも粘度の低い前駆体を使用するので、高い縦横比のモー ルドへの充填が容易である。 ウレタンプレポリマーが、この発明の反応射出成形にとって好ましい反応化学 性質を有する。「プレポリマー」とは、ここでは、最終的に重合製品となる全ゆ る前駆体を意味し、オリゴマーやモノマー等が含まれる。多くのプレポリマーが 周知であり、市販されている。ウレタンプレポリマーは、通常、反応成分をプレ ポリマー鎖の端部に有している。 ウレタンプレポリマーの一般的な反応成分は、イソシアン酸塩である。市販さ れているイソシアン酸プレポリマーには、ジイソシアン酸プレポリマーとトリイ ソシアン酸プレポリマーがある。ジイソシアン酸ポリマーには、例えば、トルエ ンジイソシアネート、メチレンジイソシアネート等がある。イソシアン酸プレポ リマーは、平均イソシアン酸官能性が少なくとも２であることが好ましい。４よ り大きい平均イソシアン酸官能性は、通常、好ましくない。成形設備や使用方法 によって、工程が困難になるからである。 イソシアン酸プレポリマーは、通常、反応してイソシアン酸反応成分を有する 第二のプレポリマーになる。第二のプレポリマーは、平均して、少なくとも２つ のイソシアン酸反応成分を有することが好ましい。イソシアン酸反応成分には、 アミン、特に、第一アミン及び第二アミン、および、ポリオールが含まれ、好ま しいプレポリマーとしては、ジアミン、ジオール及びヒドロキシル官能化アミン が含まれる。さらに、研摩粒子をパッド材料に混合することができる。脱水研磨 流動体あるいは研磨流動体となる前駆体をパッドに混合することができ、これに よって、研磨中に、研磨インターフェース内に水が注がれてパッドが磨耗すると き、パッド自身が成分を提供して研磨流動体を作り、あるいは研磨流動体を改善 することになる。 しかしながら、ウレタン以外のポリマー組織を有するどんなプレポリマーの化 学的性質であっても、最終製品が以下の特性を示すことを条件に、この発明に使 用することができる。 ０．５ｇ／cm³、好ましくは０．７ｇ／cm³、さらに好ましくは約０．９ｇ／ cm³よりも高い密度； ３４ミリニュートン／ｍ以上の臨界表面張力； ０．０２〜５ギガパスカルの引張応力； ３０℃の引張応力と６０℃の引張応力の比が０．１〜２．５の範囲； ２５〜８０ショワーＤの硬度； ３００〜６０００ｐｓｉの降伏応力； ５００〜１５，０００ｐｓｉの引張強度;および ５００％の破断までの伸度。 射出成形及び同種の方法に有用な多くの材料が、これらの特性を持ち得る。例え ば、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ナイロン、エチレン共重合体、ポリエ ーテル、ポリエステル、ポリエーテル−ポリエステル共重合体、アクリルポリマ ー、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネイト、ポリエチレ ン共重合体、ポリエチレンイミン、ポリウレタン、ポリエーテルスルフォン、ポ リエーテルイミド、ポリケトン等、及びこれらの光化学反応誘導体を含む。 重合反応時間、特に、ゲル化（樹脂化）時間及び型（モールド）からの取出時 間を短くするために、しばしば触媒が必要になる。しかしながら、反応が早すぎ ると、材料が型に完全に充填される前に、材料が凝固あるいはゲル化するおそれ がある。ゲル化時間は、０．５秒から１時間の範囲、好ましくは約１秒から約５ 分の範囲、より好ましくは１０秒から５分の範囲、さらに好ましくは３０秒から ５分の範囲である。 好ましい触媒は、遷移金属、特に、亜鉛、銅、ニッケル、コバルト、タングス テン、クロム、マンガン、鉄、錫、又は鉛を含まない。ウレタンプレポリマー組 織と共に使用する最も好ましい触媒は、ジアゾ−ビシクロ−オクタン等の第三ア ミンである。その他の有用な触媒としては、選択される特定の反応化学性質によ って、有機酸、第一アミン、第二アミンがある。 好ましい実施例において、パッド材料は、３４ミリニュートン／ｍ以上、好ま しくは３７ミリニュートン／ｍ以上、最も好ましくは４０ミリニュートン／ｍ以 上の臨界表面張力をもたらすのに十分な親水性がある。臨界表面張力は、流動体 が持つことができる最小表面張力で、その流体が固体上に０度よりも大きい接触 角を呈することができる最小表面張力を示すことによって、その固体表面の湿潤 性を限定する。従って、より高い臨界表面張力を有するポリマーはより容易に湿 潤し、従って、より親水性が高い。一般的ポリマーの臨界表面張力は以下の通り である。 ポリマー 臨界表面張力（ｍＮ／ｍ） ポリテトラフルオロエチレン １９ ポリジメチルシロキサン ２４ シリコンゴム ２４ ポリブタジエン ３１ ポリエチレン ３１ ポリスチレン ３３ ポリプロピレン ３４ ポリエステル ３９−４２ ポリアクリルアミド ３５−４０ ポリビニルアルコール ３７ ポリメタクリル酸メチル ３９ ポリ塩化ビニル ３９ ポリスルフォン ４１ ナイロン６ ４２ ポリウレタン ４５ ポリカーボネート ４５ 一つの実施例において、主要構成成分は、少なくとも 1. アクリル化ウレタン 2. アクリル化エポキシ 3. カルボキシル、ベンジル、あるいはアミド官能性を有するエチレン 不飽和有機化合物 4. ペンダント不飽和カルボニル基を有するアミノ樹脂誘導体 5. 少なくとも一つのペンダントアクリル基を有するイソシアヌレート 誘導体 6. ビニルエーテル 7. ウレタン 8. ポリアクリルアミド 9. エチレン／エステル共重合体あるいはその酸性誘導体 10. ポリビニルアルコール 11. ポリメタクリル酸メチル 12. ポリスルフォン 13. ポリアミド 14. ポリカーボネート 15. ポリ塩化ビニル 16. エポキシ 17. 上記の共重合体、あるいは 18. 上記の組合せ から得られる。 好ましいパッド材料には、ウレタン、炭酸エステル、アミド、スルフォン、塩 化ビニル、アクリル酸塩、メタクリル酸塩、ビニルアルコール、エステル又はア クリルアミド成分がある。パッド材料は多孔性であっても非多孔性であってもよ い。一つの実施例の構成成分は非多孔性であり、他の実施例の構成成分は非多孔 性で繊維強化材を含まない。 好ましい実施例においては、研磨層の材料は、（1）研磨中の塑性流に耐性が ある複数の硬質領域、（2）研磨中の塑性流に対して耐性が小さい複数の硬性の 低い領域からなる。この特性の組合せによって、シリカと金属の研磨に特に有益 だと判っている二重機構が得られる。硬質領域では、突出部が激しく研磨インタ ーフェースに係合する傾向がある。一方、軟質領域は研磨されている基板表面と 突出部の間の相互作用を促進する傾向がある。 硬質相のサイズは、いずれの大きさ（高さ、幅又は長さ）においても、１００ ミクロン、好ましくは５０ミクロン、より好ましくは２５ミクロン、最も好まし くは１０ミクロンよりも小さいことが望ましい。同様に非硬質相も、１００ミク ロン、好ましくは５０ミクロン、より好ましくは２５ミクロン、最も好ましくは １０ミクロン未満であることが望ましい。好ましい二重相の材料には、（非硬質 相を提供する）軟らかい部分と（硬質相を提供する）硬い部分を有するポリウレ タン共重合体がある。硬質および軟質領域は、二つの硬質及び軟質ポリマー部分 間の不相容性のために、相が分離することにより、研磨層が形成される間に作ら れる。 硬質及び軟質部分を有する他のポリマー、例えば、エチレン共重合体、コポリ エステル、ブロック共重合体、ポリスルフォン共重合体、アクリル共重合体も好 ましい。パッド材料内の硬質及び軟質領域は、（1）ポリマーバックボーンに沿 った硬質部分と軟質部分によって、（2）パッド材料内の結晶質領域と非結晶質 領域によって、（3）硬質ポリマーと軟質ポリマーを混合することによって、又 は（4）ポリマーに有機あるいは無機充填材を組み合わせることによって、作る こともできる。このような有用な合成物には、共重合体、ポリマーネットワーク （網状組 織）に相互貫入しているポリマーブレンドその他がある。 この発明のパッドは、パッド材料をモールドの一点において注入してモールド の周辺にそって流延し、周辺充填(side-filled)とすることが望ましい。パッド は、また、流動材料をモールド面の幾何学的中心あるいはその近辺にに注入して 中心充填(center filled)とすることもできる。 マクロの流路あるいはマクロの凹部を作るのに好ましい方法は、鋳型成形、特 に射出成形である。これによって、モールド内に突出した細壁状の一つ以上の突 出部によって、その場で（in situ）でマクロ−テクスチャーが形成される。モ ールド型の突出は、意図するマクロ−テクスチャーデザインあるいは形状を相補 する反対像であることが好ましい。射出成形は周知の技術であり、ここではこれ 以上詳述しない。マクロの凹部は、研磨工程において、研磨流動体に大きな流路 を提供するので有用である。 成形後の成形部分の取り出し・解放を容易にするために、ワックス、炭化水素 あるいは他の固体、半固体又は流体有機物質を含む作用剤を、モールドに注入し てもよい。好ましいモールド解放剤は、固体有機物質及び溶剤あるいは流体キャ リヤーからなる。特に好ましいモールド解放剤は、アメリカ合衆国デラウエァ州 ウィルミントンのイー．アイ．デュポンデネムア アンド カンパニー（E．I． du Pont de Nemours and Company）が販売している炭化フツ素分散剤である。好 ましい溶剤又は流体キャリアー材の蒸気圧は、０．１〜１４．７ポンド／平方イ ンチ(psi)、好ましくは１〜１２psi、より好ましくは４．５〜５．５psiの範囲 である。好ましい実施例において、ワックス、炭化水素あるいは他の無極性固体 有機物質が、有機溶剤、好ましくはミネラルスピリット等の無極性有機溶剤に溶 かされあるいは浮遊せしめられ、モールド解放剤として射出工程前に加えられる 。あるいは、内部モールド解放剤を使用することができる。これは、直接パッド 材料内に混合されて、パッド製造後、モールドからのパッドの解放を助成するも のである。 パッド表面のトポグラフィーは、この発明によって作製されるパッドにおいて 比較的一致している。なぜなら、作られる各パッドに対して、モールド面が大体 同じだからである。多くの従来の方法によって作られたパッドは、一般的に、そ れぞれが異なり、一致しない傾向がある。作業の予測性は精密研磨パッドにとっ て重要な局面である。パッドの一貫性は、より厳密な標準作業手続きを可能にし 、従って、より生産的（及び複製可能）な研磨工程を可能にする。 マクロ−テクスチャーの少なくとも一部を含むパッドの研磨層を形成した後に 、ミクロ−テクスチャーを追加して、外表面をさらに修正することができる。こ のミクロ−テクスチャーは、研摩材の表面に対して研磨層の表面を移動させるこ とによって作られるのが好ましい。一つの実施例において、研摩材は、複数の硬 質粒子を表面に埋設（好ましくは、永久的に固定）した回転構造物（研摩材は丸 くても、正方形でも、長方形でも、長円でもあるいはその他のどんな幾何学的形 状でも良い）である。パッド表面に対してこの硬質粒子が移動することにより、 パッド表面は、（粒子と接触する点において）塑性流、破砕あるいはその双方を 受ける。研摩面はパッド表面に対して回転する必要はない。研摩面がいろんな方 法、例えば振動、線状移動、任意軌道、回転等のいずれか一つの方法でパッドに 対して移動すればよい。 （研摩面によって生じる）塑性流、破砕あるいはこれらの組合せが、パッドの 外表面にミクロ−テクスチャーを作りだす。ミクロ−テクスチャーはミクロの凹 部を有し、この凹部に隣接した少なくとも一方にミクロの突出部を有する。一つ の実施例において、ミクロの突出部は、パッドの研磨表面の表面積の少なくとも ０．１％を成し、ミクロの凹部の深さは平均５０ミクロン、より好ましくは１０ ミクロン未満であり、ミクロの突出部の高さは平均５０ミクロン、より好ましく は１０ミクロン未満であることが望ましい。研摩面によるこのように表面修正は 、研磨層を最小限に擦り減らして除去するが、このような除去は寧ろ、単にパッ ドに細溝を作るものであって、作ったとしても、研磨層からパッド材料の実質的 な量を除去することにはならない。好ましいとは言えないが、作られるのがミク ロ−テクスチャーである限りにおいては、パッド材料のすり減りは認容され得る ものである。 他の実施例においては、ミクロの凹部あるいはミクロの突出部の少なくとも一 部は、好ましい輪郭をモールドに組み込むことによって、成形工程において作ら れ得る。パッド作製中にミクロ−テクスチャー及びマクロ−テクスチャーを形成 することによって、事前調整のブレークインの必要性を少なく、あるいはなくし さえすることができる。このように形成することによって、パッド作製の後に表 面を修正する場合と比較すると、より調整された、忠実なミクロ−テクスチャー の複製が可能になる。 この発明のパッドは、金属、シリコン又はシリカ基板の化学機械的研磨（ケミ カル−メカニカルポリッシング）等の工程において、研磨スラリー等の研磨流体 と組み合わせて使用することが好ましい。研磨中に、研磨流体は、パッドの研磨 表面と研磨される基板の間に注がれる。パッドが研磨されている基板に対して移 動するとき、ミクロの凹部は、研磨流体の（パッドと研磨される基板の間の）イ ンターフェースに沿った流れを改善する。この研磨流体の改善された流れは、通 常、より能率的で効果的な研磨作業を可能にする。また、研磨中は、大抵は通常 ０．１kg／m²より大きい基板と研磨層の間の圧力を利用して、基板と研磨層は相 互に押っている。 マクロ−テクスチャーの少なくとも一部は、外的手段（例えば、機械加工）に よっては作られていないので、このマクロ−テクスチャーには、バリや突出部の ようなマクロの傷が少ない。非常に低いレベルのマクロの傷を有する研磨表面を つくり、マクロの凹部にとらわれていて、もし捕らわれていないのであれば研磨 流体の流れを邪魔する可能性のある屑片を実質的に減少させることによって、研 磨パッドの性能が向上することがわかっている。 使用に際しては、この発明のパッドは、金型取付板（プラテン）に取り付けら れ、研磨あるいは平坦化される加工物に十分に接近させることが好ましい。表面 のデコボコは、加工物表面に加えられるパッドの圧力（あるいはその逆）、パッ ドと加工物が相互に移動し合う速度および研磨流体の成分等の種々のパラメータ ーに基づた速度で除去される。 パッドが研磨を行うとき、ミクロ−テクスチャーは磨耗除去あるいは塑性流に 晒され（ミクロの突出部は平坦にされあるいは平坦にされない場合はなだらかに される）、このことは研磨性能を減することとなる。パッドを再度研摩面に対し て動かして、材料に再度細溝をつくる等、再度の調整をしてミクロの突出部を再 形成することが好ましい。多くの一般の先行技術パッドと比較すると、この発明 のパッドにおけるこのような再調整は、概して、激しいものではなく、さらに、 頻繁には要求されない。 調整に好ましい研摩面は、好ましくは金属性であって、１ミクロン〜０．５ミ リメートルの範囲の大きさのダイヤモンドが埋設されているディスクである。調 整中に、調整ディスクと研磨パッドの間の圧力は、０．１〜約２５ポンド／平方 インチの間であることが好ましい。このディスクの回転速度は、１〜１０００回 転／分の間であることが好ましい。 好ましい調整ディスクは、アール．イー．サイエンス インコーポレイテッド （R.E．Science，Inc.）が製造しているＲＥＳＩ（商標）ディスク等の、直径４ インチの１００グリットダイヤモンドディスクである。最良の調整は、下向きの 力が１０ポンド／平方インチ、プラテン速度が７５ｒｐｍ、掃引の輪郭（スウィ ーププロフィール）がベル形状で、事前調整の最初の掃引回数が１５回で、ウェ ーハを再生するための調整の掃引回数が１５であるときに得られる。 調整用の流体、好ましくはウォーターベースの研摩粒子含有流体があるときに は、調整は任意に行うことができる。 研磨流体はウォーターベースであることが好ましく、研磨層の構成次第で、研 摩粒子を含有していても、含有していないてもよい。例えば、研摩粒子を含有し ている研磨層であれば、研磨流体には研摩粒子は必要でない。 例 例１、２は比較例である。例３は、この発明を説明する。 例１（比較例） 高分子構成成分を、ポリエーテルベースの液体ウレタン２９９７グラムと４， ４−メチレン−ビス−クロロアニリン７６８グラムを華氏約１５０度で混合して 用意した。この温度において、ウレタン／多機能アミン混合物のポットライフは 約２．５分である。この間に、約６９グラムの中空弾性高分子ミクロ球体を高剪 断ミキサーを使用して３４５０ｒｐｍで混合して、ミクロ球体を混合物内に均一 に分散させた。最終的な混合物は、従来のモールドに移され、約１５分間ゲル化 させた。 モールドをその後硬化炉に入れ、華氏約２００度で５時間硬化させた。混合物 を次に、モールドの温度が華氏約７０度になるまで、４〜６時間冷却した。成形 された物を次に、薄く切って薄いシートとし、マクロの流路をその表面に機械的 に加工した。機械加工工程によって、表面にバリのあるギザギサした不均一な溝 ができた。 直径４インチの１００グリットダイヤモンドディスクを使用して、ミクロの流 路とミクロの突出部をパットの表面に形成した。ディスクは、アール．イー．サ イエンス インコーポレイテッドが製造したＲＥＳＩ（商標）ディクスを使用し た。調整は、約１０ポンドの下方向への力、７５ｒｐｍのプラテン速度、ベル形 状の掃引輪郭で、約１５回の掃引をして行った。 例２（比較例） この例では、例１と同様の製造工程によったが、ポリウレタンは充填しなかっ た。この充填物を省略することによって、パッドの特性は複製し易くなるが、パ ッドが硬いので、機械加工上、問題が大きいことが判った。 例３ 薄く切ることと機械加工の別個の工程の代わりに、例１、２で使用したのと同 様のポリウレタン溶剤を、所望するパッドの最終的な大きさと溝のデザインを相 補する形状としたモールド内に射出成形することによってパッドを形成した。こ れは、ネット形状（最終正味形状）方式であり、薄く切り取り溝を形成するとい う別個の工程を必要としない。 この例（例３）の結果得られたパッドは、厚み及び溝のサイズにおいてパッド による相違が少なく、溝には実質的なマクロの傷（例えば、バリ）がなかった。 酸化による化学機械的研磨をする間に、基板にはより少ない傷しか作られなかっ た。ウェーハ毎のパッドの調整の必要性が少ないため、パッドの有効寿命が伸び た。 上記説明のいずれも、この発明に関するいかなる種類の限定を意味するもので はない。以下の請求項においてのみ、この発明の限定は行われるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＮ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＳＧ (72)発明者 ジェームス デヴィッド ビー. アメリカ合衆国 デラウェア州 19711 ニューアーク アロニミンク ドライブ 221 (72)発明者 クック リー メルボルン アメリカ合衆国 ペンシルヴェニア州 19310 スティールヴィル ブライソン ロード 190

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数のスラリー粒子を吸収あるいは移送する本質的な能力を持たない親水性 研磨層であって、この層は ｉ．密度が０．５ｇ／cm³よりも高く、 ii．臨界表面張力が３４ミリニュートン/m以上であり、 iii．引張応力が０．２〜５ギガパスカル、 iv．３０℃の引張応力と６０℃の引張応力との比が１．０〜２．５、 ｖ．硬さが２５〜８０ショワーＤ、 vi．降伏応力が３００−６０００ｐｓｉ、 vii．引張強度が１０００〜１５，０００ｐｓｉ、 viii．破壊伸度が５００％以下である 研磨材から成る研磨表面を有し、 前記研磨材は、（1）イソシアン反応を速める、銅、タングステン、鉄又は クロムを含まない触媒によって作られたウレタン、（2）炭酸塩、（3）アミド 、（4）エステル、（5）エーテル、（6）アクリル酸塩、（7）メタクリル酸塩 、（8）アクリル酸、（9）メタクリル酸、（10）スルフォン、（11）アクリル アミド、（12）ハロゲン化物および（13）水酸化物からなるグループの内少な くとも一つを成分とし、 前記研磨表面が、流動材料の凝固によって作られたランダムな表面トポグラ フィーとマクロ−テクスチャーを有することを特徴とする研磨パッド。 ２．前記マクロ−テクスチャーが、（ｉ）エンボシング、（ii）モールディング 、（iii）プリンティング、（iv）キャスティング、（ｖ）焼結、（vi）フォ ト−イメージング、あるいは、（vii）化学エッチングによって研磨表面に組 み込まれていることを特徴とする請求項１記載の研磨パッド。 ３．前記研磨表面が、モールディングによって形成されていることを特徴とする 請求項２記載の研磨パッド。 ４．前記研磨表面が、１０００倍に拡大して見たときに、研磨表面の１平方ミリ メートル当たりに、観察可能なマクロの傷が平均して２よりも少ないことを特 徴とする請求項１記載のパッド。 ５．前記研磨材が、さらに、複数の軟質領域と複数の硬質領域からなり、この硬 質領域及び軟質領域が平均１００ミクロン未満の大きさであることを特徴とす る請求項１記載のパッド。 ６．前記硬質領域及び軟質領域が、研磨層が形成されるときに、相分離によって 作られ、この研磨層には複数の硬質部分と複数の軟質部分があることを特徴と する請求項５記載のパッド。 ７．前記研磨層が主として二相ポリウレタンからなることを特徴とする請求項３ 記載のパッド。 ８．前記研磨層が、反応射出成形工程においてモールド内で形成されることを特 徴とする請求項１記載のパッド。 ９．前記モールドが、研磨表面がモールド内で凝固すると、その表面上に複数の ミクロの凹凸を作りだすことになる相補の表面テクスチャーを有していること を特徴とする請求項８記載のパッド。 １０．前記モールドが、周辺において充填されることを特徴とする請求項９記載 のパッド。 １１．前記モールドが、中心において充填されることを特徴とする請求項９記載 のパッド。 １２．さらに、挿入物を有し、この挿入物の回りで流動材が凝固していることを 特徴とする請求項１記載のパッド。 １３．さらに、非金属触媒を含むことを特徴とする請求項１記載のパッド。 １４．研磨層の反応射出成形前に、固形有機物質がモールド面に加えられること を特徴とする請求項８記載のパッド。 １５．前記固形有機物質が、液体によって移送されることを特徴とする請求項１ ４記載のパッド。 １６．前記固形有機物質が、ワックスであり、液体が無極性有機溶剤であること を特徴とする請求項１５記載のパッド。 １７．平均縦横比が少なくとも４００であることを特徴とする請求項８記載のパ ッド。 １８．前記研磨層がさらに研摩粒子を含んでいることを特徴とする請求項１記載 のパッド。 １９．a）主として、複数のスラリー粒子を吸収する本質的な能力のない親水性 研磨層からなる研磨層を具備する研磨パッドであって、その研磨層が、主とし て、 ｉ．密度が０．５／cm³よりも高く、 ii．臨界表面張力が３４ミリニュートン/m以上であり、 iii．引張応力が０．２〜５ギガパスカル、 iv．３０℃の引張応力と６０℃の引張応力との比が１．０〜２．５、 ｖ．硬さが２５〜８０ショワーＤ、 vi．降伏応力が３００−６０００ｐｓｉ、 vii．引張強度が１０００〜１５，０００ｐｓｉ、 viii．破壊伸度が５００％以下である 研磨材から成る研磨表面を有し、 前記研磨材が、イソシアン反応を速める、銅、タングステン、鉄又はクロム を含まない触媒によって作られたウレタン、炭酸塩、アミド、エステル、エー テル、アクリル酸塩、メタクリル酸塩、アクリル酸、メタクリル酸、スルフォ ン、アクリルアミド、ハロゲン化物、水酸化物からなるグループの内少なくと も一つを成分とし、 前記研磨表面が、流動材料を凝固させることによって作られたランダムな表 面トポグラフィーとマクロ−テクスチャーを有する研磨パッドを準備する工程 と、 b）金属、シリコン又はシリカ基板を前記バッドで化学機械的に研磨する 工程と からなるシリコン、シリカ又は金属基板を平坦化する方法。 ２０．前記マクロ−テクスチャーが、（ｉ）正圧あるいは負圧による圧縮、（ii ）モールディング、（iii）プリンティング、（iv）キャスティング、（ｖ） 焼結、（vi）フォト−イメージング、あるいは、（vii）化学エッチングによ って研磨表面に組み込まれていることを特徴とする請求項１９記載の方法。 ２１．複数の硬質粒子を含んでいる研摩手段を研磨表面に対して動かすことによ って、前記研磨表面が複数のミクロの凹凸を有するように調整されていること を特徴とする請求項１９記載の方法。 ２２．前記研磨層が、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリスルフォ ン、ナイロン、ポリカーボネイト、ポリウレタン、エチレン共重合体、ポリエ ーテル、スルフォンポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリケトン、 およびこれらの組合せのいずれかの物質を主とすることを特徴とする請求項１ 記載のパッド。 ２３．前記の凝固した材料が二相ポリウレタンであることを特徴とるす請求項１ ９記載の方法。 ２４．前記研磨パッドが、反応射出成形により形成されていることを特徴とする 請求項２３記載の方法。 ２５．複数のスラリー粒子を吸収あるいは移送する本質的能力持たず、ランダム な表面トポグラフィーを有する親水性研磨表面上に、この研磨表面に対して研 摩手段を移動させることによって、複数のミクロの凹凸を作る工程と、 シリコン、シリカ、ガラス又は金属の基板と研磨層の間の０．１キログラム ／m²より大きい圧力を利用しながら、ミクロの凹凸を有する前記研磨表面によ ってこのシリコン、シリカ、ガラス又は金属基板を研磨する工程と、 からなる半導体デバイスの基板を研磨する方法。 ２６．さらに、基板の研磨中に、再度研摩手段を研磨表面に対して動かして、周 期的にミクロの凹凸を更新する工程含む請求項２５記載の方法。 ２７．研摩手段が、最初の段階で、その後ミクロの凹凸が更新される時よりも激 しくパッドと係合することによってミクロの凹凸が作られることを特徴とする 請求項２６記載の方法。 ２８．主として、複数のスラリー粒子を吸収する本質的な能力のない親水性研磨 層からなる研磨層であって、前記研磨層が、主として、 ｉ．密度が０．５／cm³よりも高く、 ii．臨界表面張力が３４ミリニュートン／ｍ以上であり、 iii．引張応力が０．２〜５ギガパスカル、 iv．３０℃の引張応力と６０℃の引張応力との比が１．０〜２．５、 ｖ．硬さが２５〜８０ショワーＤ、 vi．降伏応力が３００−６０００ｐｓｉ、 vii．引張強度が１０００〜１５，０００ｐｓｉ、 viii．破壊伸度が５００％以下である 研磨材料から成る連続的あるいは非連続的な研磨表面を有し、 前記研磨層は、少なくとも一つの溝とこの溝に近接する研磨表面からなる表 面テクスチャーを持ち、前記溝は、少なくとも０．０１ミリメートルの幅、少 なくとも０．０１ミリメートルの深さ、少なくとも０．１ミリメートルの長さ を有し、前記表面テクスチャーはその一部に、前記研磨表面から溝の境界面ま で変移する変移領域を有し、前記溝の境界面は第一平面に、前記研磨表面はこ れとは異なる第二平面に存在し、前記移送領域は第一平面と第二平面を架橋す る研磨表面の一部によって構成され、全研磨表面の変移領域には、溝の長さの １ミリメートル当たりに、２５ミクロンよりも大きなマクロの傷が１０よりも 少ないことを特徴とする化学機械的な研磨に使用される研磨パッド。 ２９．前記固形有機物質が、揮発性有機溶剤を含まない噴霧推進剤によって、モ ールド表面まで移送される炭化フッ素であることを特徴とする請求項１４記載 のパッド。