JP2002535843A - 改良された研磨パッド、及び、これに関連する方法 - Google Patents

改良された研磨パッド、及び、これに関連する方法

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Abstract

(57)【要約】 この発明は、半導体素子等の製作において有用な改良された研磨パッドに関する。本発明のパッドは、有用な親水性研磨材を有するものであり、大抵の場合の予測性と研磨性能を改善できるように十分に薄く構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
この出願は、1999年1月21日提出の仮出願、出願番号60/116,5
47の優先権を主張するもの。
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概ね、半導体素子、メモリーディスク、或いは類似品の製作におい
て有用な研磨パッドに関する。更に特定して云えば、本発明の研磨パッドは、薄
い親水性研磨層を支持するベース基体(base substrate)を包含し、該研磨層は
、特定の表面テクスチャ(texture)及びトポグラフィ(topography)を備えて
いる。
【0002】
【従来の技術】
高度に精密な化学機械研磨(chemical mechanical polishing)が、集積回路
及びメモリーディスクの製作において、多くの場合、要求される。この研磨は、
研磨パッドと研磨流体との組み合わせを使用して、一般に達成される。しかし、
所望しない“パッドとバッドとの間”の研磨性能のばらつきは極めて普通である
。従って、より確かに予想出来る性能を発揮する研磨パッドの存在の必要性は認
められる。
【0003】 米国特許第4,927,432号は、フェルト状マットのような繊維質の網目
で強化された多孔質の熱可塑性樹脂を採用している。即ち、研磨材料は、材料の
空隙度と硬度を増大させるために、好ましくは熱処理で、繊維の間の樹脂を合体
させ、同時に樹脂の表面活性を向上させる改変が加えられた。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、1.ベース基体;2.薄い親水性の研磨層、を備えた研磨パッドに
関する。研磨層には特定の表面テクスチャと表面トポグラフィが存在する。“表
面テクスチャ(Texture)”という語は、10ミクロン以下の大きさである表面
特徴物、“表面トポグラフィ”は、10ミクロン又はそれ以上の表面特徴物を意
味するものである。
【0005】 本発明におけるベース基体は、1つの層でも複数層でもよいし、一緒に合体さ
れた複数の層の結合である場合もある。重要なことは、ベース層の少なくとも一
部は、1平方吋当たり10ポンドの非均一圧力がベース層に加えられても、平面
を維持することである。1つの具体例では、ベース層は研磨層に接着され、その
結合体は研磨作業の間、プラテン又はプレートのような硬い部品の上を滑らせら
れる。好適なベース層はプラスチック、特にエンジニアリングプラスチック、例
えば、ポリアミド、ポリイミド、及び/又はポリエステル、特に、ポリ(エチレ
ンテレフタレート)即ちPET、からなる可撓性の層をを包含している。この層
は、ロールからの引き出し乃至ロールへの巻回が可能な、曲折性のリボン状(we
b)であることが好ましい。
【0006】 本発明のベース基体は、厚さが1ミリメートル以下であることが好ましい。好
適な具体例では、支持層は0.5ミリメートル以下、特に300ミクロン以下で
ある。
【0007】 好適な具体例では、本発明の薄い研磨層は500ミクロン以下、より好適には
300ミクロン以下、更により好適には150ミクロン以下であり、色々な寸法
と大きさの孔及び/又は微少空隙を包含する、不規則な表面テキスチャを有して
いる。薄い研磨層を形成する好ましい方法は、支持(ベース)層の上で、ポリマ
ーを凝固させる方法であり、例えば、米国特許3,100,721号に記述の“
微細空孔を有するフィルム及び塗膜をつくる方法”に基づくが、該特許は引用加
入によりこの出願に包含させる。他の具体例では、薄い研磨層は、支持層に印刷
、噴霧、鋳造、成形、インキジェット印刷或いは塗装され、その後で、冷却又は
硬化反応で固化させる方法でつくられる。
【0008】 驚くべきことには、薄いベース層と薄い研磨層との結合体は、硬い支持物が薄
い研磨パッドを、研磨すべき基体に対して押しつけると、(そしてパッドは相対
的に動かされる)より正確且つ予想可能な相互作用により、抜群の性能の研磨を
実行し得ることが、発見された。この研磨パッドは、非常に厳しい許容条件に合
わせて製作可能であり、且つ(硬い支持物と一緒になって)予想可能な圧縮性と
平坦化長さを提供し得る。“平坦化長さ”は、研磨パッドの表面を横切る長さを
意味し、実質的に1つの平坦面となり、研磨の間、1つの平面として留まるので
、ウエハー上の背の高い特徴物(features)が研磨され、背の低い特徴物は、背
の高い特徴物が低い特徴物の高さに減少する迄は、研磨されないことになる。
【0009】 驚くべきことには、1.5ミリメートル以上の厚さの研磨パッドは、予想出来
ないソリ(warping)を生ずるか、そうでなければ、元の形から変形する傾向が
非常に大きいことが、発見された。ソリ及び/又は変形は、本発明の薄い基体を
有するパッドに比べて、超精密な研磨を行う際に一般に大きな障害となる。
【0010】 更に驚くべきことには、本発明の薄い研磨層は、研磨作業中の材料の疲労によ
る、予想し得ない研磨結果を生じさせる可能性が低いことが発見された。本発明
の研磨層の場合は、疲労効果は非常に予測可能であり、研磨の実行に対する影響
が少ない。更に、薄い研磨層は充分飽和する傾向があり、従来の研磨パッドに比
べて、遙かに早期且つ予想可能性をもって、研磨スラリーと平衡した定常状態に
達する。
【0011】 好ましい具体例では、研磨層には実質的にマクロ欠陥は無い。“マクロ欠陥(
macro-defects)”とは、25ミクロン以上の大きさ(幅、高さ、長さの何れか
)の寸法を有する、バリ又はパッドの研磨面からの他の隆起を意味する。
【0012】 マクロ欠陥は“ミクロ粗子(micro-asperities)”と混同すべきでない。ミク
ロ粗子は、10ミクロン以下の大きさ(幅、高さ、長さの何れか)の寸法を有す
る、バリ又はパッドの研磨面からの他の隆起を意味する。驚くべきことには、ミ
クロ粗子は、普通は超精密研磨には、特に半導体素子の製作に、有利であること
が発見された、そして、好適な具体例では、研磨層は研磨中の界面に多数のミク
ロ粗子を提供する。
【0013】 更に、本発明の研磨層は、親水性の材料を包含している。研磨層は好ましくは
:i.0.5g/cm3 以上の密度 ;ii.メートル当たり34ミリニュートンに
等しいか、それ以上の臨界表面張力;iii.引っ張りモデュラス0.02〜5
ギガパスカル;iv.30℃における引っ張りモデュラスの60℃における引っ
張りモデュラスに対する比率が1.0〜2.5;v.硬度15〜80、ショワー
D;vi.降伏応力、300〜6000ポンド/平方吋、vii.引っ張り強度
1000〜15,000ポンド/平方吋(7〜105メガパスカル);viii
.破断伸度500%迄。好適な具体例では、研磨層は更に複数の軟領域と硬領域
をもっている。軟領域はポリマーである可能性があり、硬領域はセラミックであ
る可能性がある。研磨層に加入される粒子は、例えば、アルミナ、シリコンカー
バイド、クロミナ、アルミナ−ジルコニア、シリカ、ダイヤモンド、アイアンオ
キシド、セリア、ボロンニトリド、ボロンカーバイド、ガーネット、ジルコニア
、マグネシュウムオキシド、チタニア、及びこれらの取り合わせ。
【0014】 本発明のパッドは、硬いプラテン、例えば、代表的な半導体平坦化装置である
円形のプラテンに載置されるために、製作される場合がある。パッドは、直線形
の平坦化装置で、研磨の間、パッドのために硬い平面を提供するプラテンの上に
繰り出されるロール巻きにしたシート状で製作される可能性がある。他の可能性
は、連続ベルト状のパッドである。
【0015】
【発明の実施の態様】
本発明は、基体、特に半導体素子、メモリーディスク、又は類似物の製作の為
の、基体の研磨或いは平坦化において有用な、改良された研磨パッドに関する。
本発明の構成物と方法は、他の工業においても有用である可能性があり、例えば
、以下に限定されるものではないが、シリコン、二酸化ケイ素、金属(例えば、
タングステン、銅、アルミニュームに限定されない)、誘電体物質(例えば、ポ
リマー誘電体)、セラミックス、ガラスのような多くの材料の何れにも適用の可
能性がある。
【0016】 本発明のパッドは、外表面を有する研磨層を備えている。本発明の研磨層を製
作する好適なプロセスは:1.鋳造、2.接合、3.噴霧、4.成形、5.印刷
(ジェット印刷を含む)、或いは、他の類似の方法、即ち、流れる性質のある材
料を所定の場所におき、固化させることにより、パッドのトポグラフィの少なく
とも一部をつくる方法を含む。
【0017】 本発明を用いて、トポグラフィの少なくとも一部を(切断を行わずに)、パッ
ド研磨層の内部に(或いは層上に)流動させて固化することにより、研磨層表面
は(機械加工に比べて)乱されることが殆どなく且つ損害を受けることがない:
従って、本発明のパッドは殆どマクロ欠陥をもたず、パッドの研磨性能とその性
能の予測性は、概ね改良される。
【0018】 一般にパッドは使用前にコンデショニングされる。コンデショニングはパッド
のテクスチャを新しくつくるか、増大させる。使用中に、テクスチャは好ましく
ない塑性流動を経験する可能性があり、破片で傷を受ける可能性がある。この為
に、パッドは普通、使用期間中に、最適なミクロトポグラフィを再生する目的で
、周期的に再コンデショニングされる。一部の具体例では、本発明の研磨パッド
は、使用中の再コンデショニングを従来の研磨パッド程必要としない。
【0019】 好適な具体例では、パッドのマクロ構造物は、製作プロセスの連続した一部と
して、研磨層の表面から中へ入れるようにしてつくられる。これを実行する1つ
の方法は、その周辺に、パッド材料を最初に流して固化させる、通常行われる型
押しによる凹凸付与を用いるものである。この方法では、マクロトポグラフィは
、パッド材料が固化する時に、研磨層の表面に沿って同時にできる。マクロトポ
グラフィは、0.1、更に好ましくは0.4、これ以上に好ましくは0.6ミリ
メートル以上の、平均深さ及び/又は幅を有する、1つ又はそれ以上の窪みを包
含することが好ましい。このマクロトポグラフィは研磨流体の流れを良くし、こ
れにより、研磨性能が向上する。
【0020】 好適な具体例では、パッド材料は、メートルあたり34ミリニュートンに等し
いか、それ以上、更に好適には、37に等しいか、それ以上、最も好適にはメー
トルあたり40ミリニュートンに等しいか、それ以上の臨界表面張力を与える親
水性を有する。臨界表面張力は固体表面の濡れ易さを示し、液体が固体上でもち
得る、そして0度以上の接触角を示す場合の、最低の表面張力を表記する方法で
、定義される。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濡
れるもので、それだけ親水性である。通常のポリマーの臨界表面張力は下記に示
される。
【0021】 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 ポリメチルメタアクリレート 39 ポリビニルクロライド 39 ポリスルホン 41 ナイロン6 42 ポリウレタン 45 ポリカーボネート 45 1つの具体例では、パッドのマトリックスは少なくとも次の物から成る: 1.アクリレート化ウレタン 2.アクリレート化エポキシ 3.カルボキシル、ベンジル、又はアミド機能性を有するエチレン性不飽和有機 化合物 4.ペンダント不飽和カルボニルグループを有するアミノプラスト誘導物 5.少なくとも1つのペンダントアクリレートグループを有するイソシアヌレー ト誘導物 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/エステル共重合体又はその酸誘導物 10.ポリビニルアルコール 11.ポリメチルメタアクリレート 12.ポリスルホン 13.ポリアミド 14.ポリカーボネート 15.ポリビニルクロライド 16.エポキシ 17.上記の共重合体 18.その組み合わせ 好適なパッド材料は、ウレタン、カーボネート、アミド、スルホン、ビニルクロ
ライド、アクリレート、メタアクリレート、ビニルアルコール、エステル又はア
クリルアミドを分子構成部分とするもの。パッド材料は多孔質であっても、非多
孔質であってもよい。1つの具体例ではマトリックスは非多孔質であるが、他の
具体例では、マトリックスは非多孔質で、繊維補強は無い。
【0022】 好適な具体例では、研磨層材料は、1.研磨の間、塑性流動に抵抗する、複数
の硬い領域;と2.研磨の間、塑性流動に弱く抵抗する、複数の硬くない領域を
包含する。この性質の異なる組み合わせは2つの研磨機構を提供するので、二酸
化ケイ素と金属の研磨において、特に有利であることが発見されている。硬領域
は、隆起を研磨の境界に力強く係合させる傾向があるが、他方、軟領域は、隆起
と研磨される基体表面との間の研磨相互作用を向上させる傾向がある。
【0023】 硬相の大きさ(高さ、幅、長さ)の何れかの寸法は、好ましくは、100ミク
ロン以下、更に好ましくは、50ミクロン以下、更により好ましくは、25ミク
ロン以下、最も好ましくは、10ミクロン以下である。同様に、非硬相は、好ま
しくは、100ミクロン以下、更に好ましくは、50ミクロン以下、更により好
ましくは、25ミクロン以下、最も好ましくは10ミクロン以下である。この2
つの相の好適な材料には、軟質セグメント(非硬質相を与える)と硬質セグメン
ト(硬質相を与える)を有するポリウレタンポリマーがある。これらの領域は、
研磨層の形成時に、2つの(硬と軟)ポリマーセグメントの間の非相溶性の為に
、相分離が起こることで、つくられる。
【0024】 硬質セグメントと軟質セグメントを有する他のポリマーも適当である可能性が
あり、エチレン共重合体、ポリエステル共重合体、ブロック共重合体、ポリスル
ホン共重合体、アクリル共重合体がある。パッド材料内の硬質と軟質領域は次の
ものから作り出すことが出来る:1.ポリマー主鎖に沿っている硬質と軟質セグ
メント;2.パッド材料内の結晶領域と非結晶領域;3.硬質ポリマーと軟質ポ
リマーの合金化;又は4.ポリマーに有機又は無機の充填剤を結合させる。有用
な組成は、共重合体、ポリマーブレンド、インターペネトレーチングポリマーネ
ットワーク(interpenetrating polymer networks)、その他類似物である。引
用加入によりこの明細書の一部にしてある、特許出願番号09/049,864
には、硬質領域はセラミック、例えば、酸化物、特に金属酸化物である可能性が
あると記述されている。研磨層に入れられる粒子としては、アルミナ、シリコン
カーバイド、クロミナ、アルミナ−ジルコニア、シリカ、ダイヤモンド、アイア
ンオキシド、セリア、ボロンニトリド、ボロンカーバイド、ガーネット、ジルコ
ニア、マグネシュームオキシド、チタニア、及びこれらの取り合わせがある。
【0025】 マクロ溝又はマクロ窪みをつくる好適な方法はエンボス又は印刷である。マク
ロ窪みは、研磨の間、研磨流体を流す大きな溝をつくることに有用である。
【0026】 マクロトポグラフィの少なくとも一部を含む、パッドの研磨層を形成した後、
外面はミクロトポグラフィを追加することで更に改変される場合がある。ミクロ
トポグラフィは研磨層表面を、研磨材表面に対して移動させることでつくるのが
好適である。1つの具体例では、研磨材は回転する構造物(研磨材は円形、四角
形、矩形、長方形、長円形、任意の幾何形状でよい)で、表面に複数の硬質の粒
子が埋め込まれている(好適には、永久固着されている)ものである。硬質粒子
のパッド表面に対する移動は、パッド表面に塑性流動を生じさせ、(粒子との接
触点で)分化と結合が起こる。研磨材表面はパッド表面に対して回転する必要は
なく、研磨材表面は、振動する、直線的に動く、ランダムな軌道運動、回転など
の幾つかの態様の1つで、パッドに対して動き得ればよい。
【0027】 結果として起こる塑性流動、分化や結合(研磨材表面による)が、パッドの外
面にミクロトポグラフィをつくる。ミクロトポグラフィはミクロ窪みと一緒に、
少なくとも1つの側面に隣接してミクロ隆起をつくる。1つの具体例では、ミク
ロ隆起はパッドの研磨面の表面積の少なくとも0.1%を占める、そしてミクロ
窪みは平均深さが50ミクロン以下、好ましくは、10ミクロン以下であり、ミ
クロ隆起は平均高さが50ミクロン以下、好ましくは、10ミクロン以下である
。研磨材表面による、この表面改変は、研磨層の摩滅除去量(abrasion removal
)を最小限にすることが好ましく、(例えて云えば)パッドに鍬を入れて畝筋を
つくる(plows furrows)だけで、研磨層から分離されるパッド材料は、もしあ
っても、実質的に存在しないことが好ましい。しかし、好ましくはないが、ミク
ロトポグラフィがつくられるならば、パッド材料が研磨除去されることは受入ら
れる。
【0028】 別の具体例では、ミクロ窪み又はミクロ隆起の少なくとも一部は、適当な特徴
物をパッド表面に取り入れる方法で、製作プロセス中につくることができる。パ
ッド製作中にミクロトポグラフィとマクロトポグラフィを形成することは、初使
用時のプリコンデショニングの必要性を少なくするか、無くす可能性を有する。
その形成は、パッドの製作の後に表面の改変を行うことに比較して、ミクロトポ
グラフィのより管理されたそして忠実なレプリカつくりとなる。
【0029】 出願番号09/129,301は、引用加入によりこの出願の一部になってい
るが、押出成形によりパッドを製作することを記述しており、得られるパッドシ
ート材料は、シートの両端に縫い合わせをつくることで、研磨ベルトの形になし
得る、また別に、シートは切断して任意の形状、大きさになし得る。
【0030】 本発明のパッドは、好適には、研磨スラリーのような、研磨流体と組み合わせ
て用いられる。研磨中に、研磨流体はパッドの研磨表面と研磨される基体の間に
おかれる。パッドが研磨中の基体に対して動くと、ミクロ窪みは(パッドと研磨
される基体の間の)境界面に沿って、研磨流体の改良された流れをつくる。研磨
流体の改良された流れは、より効率のよい、そして効果的な研磨性能を可能にす
る。
【0031】 マクロトポグラフィの少なくとも一部は外部的手段(例えば、機械加工)によ
り作られないので、マクロトポグラフィは、バリ、隆起のようなマクロ欠陥とな
る可能性は低い。非常に低いレベルのマクロ欠陥を有する研磨表面をつくり且つ
研磨流体の流れを阻害するようなマクロ窪みに捉えられている破片を実質的に減
少させることで、研磨パッドの性能は改良されることが分かった。
【0032】 使用時に、本発明のパッドは好ましくはプラテンに取り付けられるか、硬いプ
レートの上を滑らされるが、その時は、研磨又は平坦化する被加工物(workpiec
e)に充分近接状態におかれる。表面の凹凸は、被加工物へのパッドの圧力(或
いはその反対);パッドと被加工物の相互の動き;研磨流体の成分などの、幾つ
かのパラメータに依存する速度で、除去される。
【0033】 パッドによる研磨が進むつれて、ミクロトポグラフィは摩滅除去(abrasion r
emoval)、又は、塑性流動(ミクロ隆起が平坦化したり、その隆起度が減少する
)を経験する可能性があり、これは研磨性能を低下させる。この為、例えば、再
度、研磨材表面上でパッドを動かして、材料に畝筋を改めてつくるような方法で
、コンデショニングを繰り返して、ミクロ隆起を再成形することが好ましい。こ
の再コンデショニングは概ね、多くの従来の先行技術パッドに比べて、本発明の
パッドに対しては、激しく且つ/或いは頻繁に必要ではない。
【0034】 コンデショニング用の好適な研磨材表面は金属ディスクで、好ましくは1ミク
ロンから0.5ミリメートルの範囲の大きさのダイヤモンドを埋め込んだもので
ある。コンデショニングにおける、コンデショニングディスクと研磨パッドの間
の圧力は0.1から約25ポンド/平方吋が好適であり、ディスクの回転速度は
1から1000回転/分が好ましい。
【0035】 好適なコンデショニングディスクは、アール、イー、サイエンス社(R. E. Sc
ience Inc,)で製作された、REST(商標)ディスクのような、直径4吋の1
00グリットダイヤモンドディスクである。最適なコンデショニングは、下向き
の力が10ポンド/平方吋、プラテン速度が75回転/分、掃引軌跡(sweep pr
ofile)はベル形、初期使用の為のプリコンデショニングの掃引回数は15,ウ
エハ間の回復コンデショニングの掃引回数は15である場合に得られる。
【0036】 選択により、コンデショニングはコンデショニング用流体、好適には、研磨材
粒子を含む水を主体とするもの、の存在の下で行うことは可能である。
【0037】 研磨流体は、水をベースとして、研磨層の組成に依存して、研磨材粒子の存在
を必要とする場合もあれば、必要としない場合もある。例えば、研磨層が研磨材
粒子を含んでいる場合は、研磨流体中に研磨材粒子を必要としないであろう。
【0038】
【実施例】 例1: この例は、薄いパッドを従来のスラリーと一緒に用い、コンデショニングを必
要とせず、良好な研磨性能を達成する性能を例証する。
【0039】 7ミルのポリエステルフィルムのシートに、接着を促進する塗布剤をプレコー
トしたものを用い、これに、重合体ミクロバルーン(Expancel)を2重量%(4
0容量%)含有する水性ウレタンラテックス(W242, Witco)を噴霧コートした
。塗布剤は重ね塗りを行い、塗布回数毎に乾燥を行い、必要な厚さ(3 mils)の
層をつくった。これを乾燥後、シート表面には軽くサンデングをかけ、背の高い
スポットを除き、研磨に適切なテクスチャを得た。感圧接着剤をシートの背面に
貼り合せ、円形の28吋直径のパッドをシートから切り取った(die-cut)。
【0040】 このパッドを用いて、シリコンウエハ上にデポジットしたTEOS酸化物フィ
ルムを研磨した。研磨は、ストラスバウ(Strasbaugh)6DS−SPを用い、下
方への力は9ポンド/平方吋、プラテン速度は20回転/分、キャリヤー速度は
15回転/分の条件を採用した。スラリーはロデール社(Rodel)のILD13
00で、流量は125ミリリットル/分であった。パッドのコンデショニングは
研磨中も、ウエハの間でも行わなかった。結果は、10%の非定常を伴った60
0オングストローム/分の安定した除去速度であった。
【0041】 例2: この例は、研磨粒子を挿入したパッドを用いて、反応性液体を含む非研磨材と
一緒に研磨を行う性能を例証する。
【0042】 7ミルのポリエステルフィルムのシートに、接着を促進する塗布剤をプレコー
トしたものを用い、これに、70重量%の粒子含有スラリー(SCP’s)を含
んだ水性ウレタンラテックス(W242, Witco)を噴霧コートした。前記SCP’
sの95重量%はセリアであった。塗布剤は重ね塗りを行い、各塗布回数毎に乾
燥処理を行い、必要な厚さ(15 mils)の層をつくった。感圧接着剤をシートの
背面に塗布し、円形の28吋直径のパッドをシートから切り取った(die-cut)。
【0043】 このパッドを用いて、シリコンウエハ上にデポジットしたTEOS酸化物フィ
ルムを研磨した。研磨は、ストラスバウ(Strasbaugh)6DS−SPを用い、下
方への力は6ポンド/平方吋、プラテン速度は65回転/分、キャリヤー速度は
50回転/分の条件を採用した。研磨中に用いた液体は、pH10.5のアンモ
ニウム水酸化物溶液で、流量は100ミリリットル/分であった。パッドのプリ
コンデショニングは研磨の前に行い、高いスポットを除去し、100グリッドの
コンデションニングディスクを用いて、研磨中にコンデションニングを同時に行
った。安定した除去速度、1500オングストローム/分が達成された。
【0044】 本発明について如何なる限定も、上記の記述では意図していない。本発明の全
ての限定は、下記のクレームの中だけで発見されること意図している。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年8月10日(2000.8.10)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B24D 11/00 B24D 11/00 A 11/04 11/04 C08J 5/14 CEZ C08J 5/14 CEZ // C08L 101:00 C08L 101:00 (72)発明者 クック リー メルボルン アメリカ合衆国 ペンシルヴァニア州 19310 スティールヴィル ブライソン ロード 20 (72)発明者 ベーカー アーサー リチャード アメリカ合衆国 デラウェア州 19803 ウィルミングトン ラムゼイ ロード 404 Fターム(参考) 3C058 AA07 AA09 AA12 DA12 DA17 3C063 AA03 AB05 AB07 BA15 BC03 BG08 BH14 CC08 CC19 CC20 CC30 EE10 FF23 4F071 AA23 AA32 AA33 AA35 AA43 AA50 AA51 AA53 AA54 AA64 AF15Y AF20Y AF21Y AF25Y AH19 BC01 BC11 BC12 BC13

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子又はその未完成品の製作において有用な基体の
    研磨方法であって、該方法は: 基体と薄いパッドの間に流体を存在させ、該薄いパッドは研磨層を有し、該研
    磨層は更に研磨表面を有すること; 該研磨表面と該基体表面を相互に動かし、該流体又は追加の流体が2つの表面
    の間に維持されるようにして、2つの表面を相互に近づける力を加えること、但
    し、該流体が両表面の平均して少なくとも50%を相互に接触させないこと; 該両表面に25ポンド/平方吋より少ない均一な力を適用し、且つ研磨表面に
    5ミクロン以内の位置差が生ずる圧縮を起こすように、両表面を相互に近づける
    力を加えて、これにより、該研磨表面が、該基体表面の主要部分に平行な、平坦
    形状を呈するようにすること、そして、該研磨表面は複数のナノレベルの表面粗
    子を有すること; 前記研磨層は1ミリメートルに等しいか、それより薄い厚さを有し、該研磨層
    は支持フィルムに貼り合わされており、該支持フイルムは1ミリメートルに等し
    いか、それより薄い厚さを有し、該研磨パッドは平均の全体厚さが3ミリメート
    ルに等しいか、それより薄い厚さを有し、前記研磨層は以下に記す研磨材料から
    本質的に構成されている研磨表面を有すること: i.0.5g/cm3 以上の密度 ; ii.メートル当たり34ミリニュートンに等しいか、それ以上の臨界表面張力
    ; iii.引っ張りモデュラス0.02〜5ギガパスカル; iv.引っ張りモデュラス30℃の引っ張りモデュラス60℃に対する比率が1
    .0〜2.5; v.硬度15〜80、ショワーD; vi.降伏応力、300〜6000ポンド/平方吋 vii.引っ張り強度1000〜15,000ポンド/平方吋; viii.破断伸度500%に等しいか、それ以下: 前記研磨材料は、以下のグループから選択された、少なくとも1つの分子構成
    成分を有すること:1.ウレタン、2.カーボネート、3.アミド、4.エステ
    ル、5.エーテル、6.アクリレート、7.メタアクリレート、8.アクリル酸
    、9.メタアクリル酸、10.スルホン、11.アクリルアミド、12.ハライ
    ド、13.イミド、14.カルボキシル、15.カルボニル、16.アミノ、1
    7.アルデヒド、18.ヒドロキシル。
  2. 【請求項2】 請求項1の研磨パッドであって、マクロトポグラフィは、
    以下により、研磨表面にとり入れられること;i.エンボス、ii.成形、ii
    i.印刷、iv.鋳造、v.焼結、vi.写真撮像、vii.化学エッチング、
    又は、viii.インクジェット印刷。
  3. 【請求項3】 請求項2の研磨パッドにおいて、前記研磨表面はインクジ
    ェット印刷で形成されること。
  4. 【請求項4】 請求項1の研磨パッドにおいて、前記研磨表面は、平均し
    て、1000倍の拡大で観察する時、研磨表面の1平方ミリメートルについて、
    2つ以下の観察可能なマクロ欠陥が存在すること。
  5. 【請求項5】 請求項1の研磨パッドにおいて、研磨材料は、更に、複数
    の軟領域と複数の硬領域を含み、硬領域と軟領域は平均して100ミクロン以下
    の大きさであること。
  6. 【請求項6】 請求項5の研磨パッドにおいて、硬領域と軟領域は研磨層
    がつくられる時の、相分離によりつくられること、研磨層は複数の硬セグメント
    と複数の軟セグメントを有するポリマーを包含していること。
  7. 【請求項7】 請求項3の研磨パッドにおいて、研磨層は本質的に2相ポ
    リウレタンからなっていること。
  8. 【請求項8】 請求項1の研磨パッドにおいて、研磨層は押出成形による
    シートとして、つくられること。
  9. 【請求項9】 請求項8の研磨パッドにおいて、前記シートは先端と終端
    を有し、両端は連続ベルトをつくるために結合されること。
  10. 【請求項10】 請求項8の研磨パッドにおいて、前記シートは、切断され
    、自由な大きさ、形状のパッドになること。
  11. 【請求項11】 請求項1の研磨パッドにおいて、その周囲で流動性の材料
    を固化させる挿入物を包含すること。
  12. 【請求項12】 請求項1の研磨パッドにおいて、パッドは平均して少なく
    とも400のアスペクト比を有すること。
  13. 【請求項13】 請求項1の研磨パッドにおいて、研磨層は研磨材粒子を包
    含していること。
  14. 【請求項14】 シリコン、二酸化ケイ素、又は金属基体を平坦化する方法
    であって、下記を包含する: a)研磨層を有する研磨パッドを準備すること、前記研磨層は本質的に親水性研
    磨層からなっていること、前記研磨層は1ミリメートルに等しいか、これより小
    さい厚さを有し且つ以下に表記の研磨材料から本質的になっている研磨表面を有
    していること、 i.0.5g/cm3 以上の密度 ; ii.メートル当たり34ミリニュートンに等しいか、それ以上の臨界表面張力
    ; iii.引っ張りモデュラス0.02〜5ギガパスカル; iv.30℃における引っ張りモデュラスの60℃における引っ張りモデュラス
    に対する比率が1.0〜2.5; v.硬度15〜80、ショワーD; vi.降伏応力、300〜6000ポンド/平方吋 vii.引っ張り強度1000〜15,000ポンド/平方吋; viii.破断伸度500%に等しいか、それ以下: 前記研磨材料は、以下の分子構成成分からなるグループを少なくとも1つ包含し
    ていること:イソシアネート反応を促進する触媒であり、銅、タングステン、鉄
    、又はクロムを有しないもの、によりつくられるウレタン;カーボネート;アミ
    ド;エステル;エーテル;アクリレート;メタアクリレート;アクリル酸;メタ
    アクリル酸;スルホン;アクリルアミド;ハライド;ヒドロキシド: 前記研磨表面は流動性材料の固化によりつくられるマクロトポグラフィを有する
    こと、そして b)金属、シリコン又は二酸化ケイ素基体を前記パッドで化学機械研磨すること
  15. 【請求項15】 請求項14の方法において、前記マクロトポグラフィは以
    下の方法で、研磨表面に含められること:i.エンボス、ii.成形、iii.
    印刷、iv.鋳造、v.焼結、vi.写真撮像、vii.化学エッチング、又は
    、viii.インクジェット印刷。
  16. 【請求項16】 請求項14の方法において、研磨表面は、研磨材媒体を研
    磨表面に対して動かすことで、複数のミクロ表面粗子をつくる為に、コンデショ
    ニングすること、前記研磨材媒体は複数の硬い粒子を含んでいること。
  17. 【請求項17】 請求項1のパッドにおいて、研磨層は以下のグループより
    選択された材料から本質的にナッテイルコト:ポリメチルメタアクリレート、ポ
    リビニルクロライド、ポリスルホン、ナイロン、ポリカーボネート、ポリウレタ
    ン、エチレンコポリマー、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエ
    チレンイミン、ポリケトン、及び、以上の組み合わせ。
  18. 【請求項18】 半導体素子の基体の研磨方法であって、下記を包含する:
    無秩序な表面テクスチャを有する親水性研磨表面の上に複数のミクロ表面粗子を
    つくること、前記研磨表面は複数のスラリー粒子を吸収する、又は、移動させる
    能力は自身ではもっていないこと、前記ミクロ表面粗子は研磨表面に対して、及
    び、相対的に動かすことでつくられること;そして、 ミクロ欠陥を有する研磨層を備えた、シリコン、二酸化ケイ素、ガラス又は金属
    の基体を、基体と研磨層との間の圧力を0.1キログラム/平方米以上にして、
    研磨すること。
  19. 【請求項19】 請求項18の方法において、更に、研磨剤媒体を研磨表面
    に対して、及び、相対的に再び動かすことで、基体の研磨の間に、ミクロ表面粗
    子を周期的に更新すること。
  20. 【請求項20】 請求項19の方法において、ミクロ表面粗子を更新する時
    は、以後に比べて、前記研磨材媒体は、最初に、より力強くパッドに係合し、こ
    れにより、ミクロ表面粗子をつくること。
  21. 【請求項21】 化学機械研磨に使用する研磨バッドであって、 であって、下記を包含する: 複数のスラリー粒子を吸収する本質的な能力を有しない本質的に親水性研磨
    層からなる研磨層であって、前記研磨層は、以下に表記の研磨材料から本質的に
    なっている、連続的あるいは非連続的な研磨表面を有していること、 i.0.5g/cm3 以上の密度 ; ii.メートル当たり34ミリニュートンに等しいか、それ以上の臨界表面張力
    ; iii.引っ張りモデュラス0.02〜5ギガパスカル; iv.30℃における引っ張りモデュラスの60℃における引っ張りモデュラス
    に対する比率が1.0〜2.5; v.硬度15〜80、ショワーD; vi.降伏応力、300〜6000ポンド/平方吋 vii.引っ張り強度1000〜15,000ポンド/平方吋; viii.破断伸度500%に等しいか、それ以下: 前記研磨層は、少なくとも一つの溝を有する表面トポグラフィーとこの溝に隣接
    する研磨表面とからなるものであり、前記溝は、幅が少なくとも0.01mm、深さが
    少なくとも0.01mm、長さが少なくとも0.01mmであり、表面トポグラフィーは遷移
    領域を有し、この遷移領域は研磨表面から溝の境界表面へと移行する表面トポグ
    ラフィーの1部であり、溝の境界表面は、研磨表面が存在する第二平面とは異な
    る第一平面に存在し、前記遷移領域は、前記第一及び第二平面間を繋ぐ研磨表面
    の1部によって領域付けられており、この全研磨表面の遷移領域は、溝の長さの
    ミリメートル当たりに、25ミクロンより大きいマクロ欠陥を10以下有してい
    る。
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