JP2004511108A - 充填材入り透光性領域を含む研磨パッド - Google Patents

Abstract

少なくとも光を透す領域を含む研磨パッドであって、この光を透す領域がマトリックスポリマーと充填材を含む研磨パッドが提供される。また、少なくとも光を透す領域を含む研磨パッドを製造する方法であって、（ａ）多孔質マトリックスポリマーを用意すること、（ｂ）マトリックスポリマーの少なくとも一部の孔に充填材を充填し少なくとも光を透す領域を設けること、及び（ｃ）光を透す領域を含む研磨パッドを形成すること、を含む方法も提供される。本発明の研磨パッドの使用を含む、基材、特に半導体基材、を研磨する方法も提供される。

Description

【０００１】
発明の技術分野
本発明は、少なくとも光を透す領域を含む研磨パッドに関し、かつそのような研磨パッドを製造及び使用する方法に関する。
【０００２】
発明の背景
基材の表面を研磨する場合、研磨プロセスをその場で（ｉｎ ｓｉｔｕ）監視するのが有利であることが多い。研磨プロセスをその場で監視する１つの方法は、開口又は窓を有する研磨パッドを用いることを必要とする。開口又は窓は、光が通過できる入口を提供して研磨プロセスの間その基材表面を検査することを可能にする。開口や窓を有する研磨パッドは公知であり、半導体デバイスの表面などの基材を研磨するために用いられている。例えば、米国特許第５，６０５，７６０号明細書（Ｒｏｂｅｒｔｓ）は、スラリーを吸収したり輸送したりする固有の能力のない、固体の一様なポリマーから形成される透明な窓を有するパッドを提供している。米国特許第５，４３３，６５１号明細書（Ｌｕｓｔｉｇら）は、パッドの一部が除去されて光が通過できる開口になっている研磨パッドを開示している。 米国特許第５，８９３，７９６号及び第５，９６４，６４３号各明細書（どちらもＢｉｒａｎｇらによる）は、研磨パッドの一部を除去して開口とし、その開口に透明なポリウレタン又は石英の栓をして透明な窓にすること、又は研磨パッドの支持材の一部を除去してパッドに光透過性を付与することを開示している。
【０００３】
しかし、依然として透光性の領域を有する効果的な研磨パッド、及びそれを製造及び使用する効率的な方法が必要とされている。本発明は、そのようなパッド、ならびにそれを製造及び使用する方法を提供する。本発明のこれら及びその他の利点、ならびに本発明のその他の特徴は、本発明についての以下の説明から明らかになろう。
【０００４】
発明の簡単な概要
本発明は、少なくとも光を透す領域を含む研磨パッドであって、この光を透す領域がマトリックスポリマーと充填材を含んでいる研磨パッドを提供する。さらに本発明は、少なくとも光を透す領域を含む研磨パッドを製造する方法であって、（ａ）多孔質のマトリックスポリマーを用意すること、（ｂ）マトリックスポリマーの孔の少なくとも一部を充填材で充填して少なくとも光を透す領域を設けること、及び（ｃ）少なくとも光を透す領域を含む研磨パッドを形成すること、を含む方法を提供する。本発明の研磨パッドの使用を含む、基材、特に半導体基材を研磨する方法も提供される。
【０００５】
発明の詳細な説明
本発明の研磨パッドは少なくとも光を透す領域（透光性領域）を含み、この光を透す領域はマトリックスポリマーと充填材を含む。ここで用いられる「少なくとも光を透す」という用語は、パッドの表面に接触する光の少なくとも一部を透過することができることを指し、わずかに、部分的に、実質的に、及び完全に透光性の又は透明な物質を記述するために用いることができる。本発明の研磨パッドの光を透す領域は、好ましくは約１９０〜３５００ ｎｍの波長を有する光に対して、さらに好ましくは可視光に対して、最も好ましくは、特に研磨パッドと共に用いられる研磨装置で用いられるような、レーザー光源からの可視光に対して、少なくとも光透過性である。
【０００６】
マトリックスポリマーは、一般に、研磨パッドの本体の役目をするものであり、当該技術分野で公知のいかなる適当なポリマーを含んでもよい。好ましいマトリックスポリマーは、その天然の形態によって、又は当該技術分野で公知のいろいろな生産手法（例えば、発泡、ブロー、等）を用いることによって、多孔質の構造（すなわち、任意の大きさ又は形の複数の孔、空所、通路、導通路、などを含む）を提供できる。さらに好ましくは、マトリックスポリマーの構造は、充填材が存在しないときはマトリックスポリマーが実質的に不透明であるが、充填材と一緒になるとマトリックスポリマーが少なくとも光透過性になるようなものである。マトリックスポリマーとして使用するのに適したポリマーには、ウレタン、アクリル、ナイロン、エポキシ、その他当該技術分野で公知の適当なポリマーが含まれる。好ましいマトリックスポリマーは、ポリウレタン、さらに好ましくは多孔質ポリウレタン、を含むか、又はそれから本質的になり、又はそれからなる。
【０００７】
一般に、マトリックスポリマーは、研磨パッドの研磨表面を提供し、研磨の際にこの表面が基材表面と接触する。したがって、マトリックスポリマーはパッドの研磨表面にくまなくスラリーを運ぶのを容易にする表面組織を含むことが好ましい。好ましくは、マトリックスポリマーはその表面の研磨スラリーを吸収及び／又は移動することを可能にする固有の表面組織を含む。「固有の表面組織」という用語は、外因的な加工によって作られた組織でなく、構成物の性質から生じる表面組織を指す。例えば、多孔質ポリウレタンパッドはパッド表面に露出した孔構造の結果としての固有の表面組織を持つことができる。マトリックスポリマーは、固有の表面組織に加えて、又はその代わりに、当該技術分野で公知であるような外的な加工（例えば、エンボス加工、型打ち、切抜き又は擦過など）によって作られた表面組織（すなわち外因的な表面組織）を含むことができる。本発明のマトリックスポリマーは、スラリーを吸収し及び／又はパッドの表面にくまなく運ぶのを容易にするに十分な固有の及び／又は外因的な表面組織を含むことが好ましい。
【０００８】
研磨パッドの透光性の領域はマトリックスポリマーと充填材とを含む。充填材は、マトリックスポリマーと一緒になってマトリックスポリマーの透光性を高めることができるどんな物質であってもよい。どんな特定の理論にも拘束されたくないが、マトリックスポリマー内の空気又は気体が充満している孔又は空所（すなわちマイクロポア又はマイクロボイド）は通過する光を散乱させ、それによりマトリックスポリマーの透光性を低下させ又はマトリックスポリマーを不透明にすると考えられる。さらに、充填材は、気体が充満している孔又は空所の気体又は空気の少なくとも一部をマトリックスポリマーにより近い屈折率を有する充填材で置き換えることによって、その孔又は空所の光散乱効果を減少させると考えられる。その結果、一緒にしたマトリックスポリマー／充填材は、単独のマトリックスポリマーに比べて光透過率が高く（すなわち透光性が高く）なり、光学密度が減少する。したがって、充填材はマトリックスポリマーの孔を占めている気体（例えば、空気）の屈折率よりも大きな屈折率、したがってマトリックスポリマーのそれにより近い屈折率を有することが好ましい。充填材はマトリックスポリマーの屈折率とほぼ同じ屈折率を有することがさらに好ましい。マトリックスポリマーと充填材を一緒にしたものの透光性は、マトリックスポリマーの屈折率と充填材のそれとの相対的な差に部分的に依存するので、充填材の選択は、一部は使用されるマトリックスポリマーに依存する。
【０００９】
充填材は、適当な任意の物質を含むことができ、あるいはそれから本質的になることができ、あるいはそれからなることができる。適当な充填材としては、例えば、脂肪、オイル、天然樹脂、等の有機化合物がある。その他の適当な充填材としては、エポキシ樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、光硬化性樹脂、及びそれらの混合物、などの合成ポリマー及び樹脂がある。本発明に関連して使用するのに適した充填材のもっと具体的な例としては、ポリエステル、スチレン、アクリル樹脂、アクリレート、メタクリレート、ポリカーボネート、エチルシアノアクリレート、及びそれらの誘導体及び混合物、があげられる。好ましい充填材材料は、ポリエステルを含み、又はそれから本質的になり、又はそれからなる。
【００１０】
一般に、マトリックスポリマーの所定の領域の透光性の度合い（すなわち透過する光の量）は、充填材によって占められる孔の数が増加するにつれて増大する。しかし、透光性の領域とするために充填材はマトリックスポリマーの領域のすべての孔を占める必要はない。本発明の１つの側面によれば、充填材は研磨パッドの透光性領域の孔のうちの一部しか占有しない。例えば、充填材はマトリックスポリマーの領域の内部の孔のうちの十分な部分を占有して透光性領域にすることができるが、この透光性領域の表面の孔は実質的に充填しないで残し、マトリックスポリマーの透光性領域がその固有の表面組織を保持するのを可能にすることができる。本発明の別の側面によれば、充填材は透光性領域の実質的にすべての孔を占有する。この側面によると、例えば、内部の孔も表面の孔も充填されて、マトリックスポリマーの固有の表面組織は減少または消失する。
【００１１】
本発明の研磨パッドは全体が透光性であってもよいが、好ましくは研磨パッドは透光性領域の他に、実質的に不透明な領域を含む。前に述べたように、マトリックスポリマーは好ましくは、充填材が存在しなければ実質的に不透明である。したがって、一般には、実質的に不透明な領域と透光性の領域が連続のマトリックスポリマーを含むように、マトリックスポリマーの未充填の領域によって実質的に不透明の領域がもたらされる。しかし、実質的に不透明な領域は連続のマトリックスポリマーなしにすることができる。言い換えると、透光性領域は、実質的に不透明な領域の材料と異なるマトリックスポリマーを含むことができる。例えば、マトリックスポリマーを含む透光性領域を異なる材料を含む実質的に不透明な研磨パッドの一部に挿入し、又はその一部として形成することができる。不透明領域を形成するための適当な材料は一般に当該技術分野で公知であり、それには多孔質又は非多孔質ポリウレタン、ナイロン、アクリルなどのよく用いられる研磨パッド材料が含まれる。また、マトリックスポリマーに関して前に述べたように、パッドの実質的に不透明な領域は、スラリーを吸収し及び／又はそれをパッドの表面にくまなく運ぶのを容易にする固有の表面組織及び／又は外因的な表面組織を含むことが好ましい。
【００１２】
ここで検討した特徴の他に、充填材及び／又はマトリックスポリマーは他の構成要素、成分、又は添加物、例えば支持材、接着剤、研磨材、及びその他当該技術分野で公知の添加物を含むことができる。充填材及び／又はマトリックスポリマーは、例えば、ある波長の光の通過を許す一方で他の波長の光の通過を阻止又は排除する、紫外線又は色を吸収又は反射する物質のような光吸収性又は反射性構成要素を含むことができる。
【００１３】
本発明はまた、少なくとも光を透す領域を含む研磨パッドを製造する方法を提供し、この方法は、（ａ）多孔質マトリックスポリマーを用意すること、（ｂ）このマトリックスポリマーの孔のうちの少なくとも一部に充填材を充填して少なくとも光を透す領域を設けること、及び（ｃ）少なくとも光を透す領域を含む研磨パッドを形成すること、を含む。この本発明の方法のマトリックスポリマー、充填材、及びその他の構成要素は、本発明の研磨パッドに関連して先に説明したとおりである。この研磨パッドは任意の適当な手法で製造することができる。
【００１４】
研磨パッドは、充填材と一緒にする前又は後のマトリックスポリマーから、当該技術分野で公知の任意の方法によって形成できる。適当な方法には、注型、切削、射出成形、又はプレスによってマトリックスポリマーを所望の研磨パッドの形にすることが含まれる。所望に応じ、マトリックスポリマーを成形する前又は後で他の研磨パッド構成要素をマトリックスポリマーに加えることができる。例えば、当該技術分野において一般的に知られたいろいろな方法によって、支持材を取り付けたり、孔をあけたり、表面組織を作り出したりすることができる。好ましくは、研磨パッド又はマトリックスポリマーの表面の少なくとも一部にマクロ又はミクロ組織が作り出される。
【００１５】
マトリックスポリマーの孔は、当該技術分野で公知の任意の方法によって充填材を充填することができる。適当な方法には、液体充填材をマトリックスポリマーの表面に流し、あるいはマトリックスポリマーを液体充填材に浸漬し、そして充填材をマトリックスポリマー中に吸収させることが含まれる。圧力及び／又は熱を利用してマトリックスポリマーへの充填材の吸収を助けることができる。あるいはまた、充填材をマトリックスポリマーと混ぜ合わせて、注型その他の仕方で固化させて充填材入りのマトリックスポリマーにすることができる。マトリックスポリマーの孔に充填材を充填するその他の方法が利用可能であり、当業者には公知である。
【００１６】
本発明はまた、本発明の研磨パッドの使用を含む基材の研磨方法を提供する。基材を研磨するこの方法は、任意の基材、例えば、ガラス、金属、金属酸化物、金属複合材料、半導体ベース材料、又はそれらの混合物を含む基材を、研磨又は平坦化するために用いることができる。基材は、任意の適当な金属を含むことができ、あるいはそれから本質的になることができ、あるいはそれからなるものであってよい。適当な金属としては、例えば、銅、アルミニウム、タンタル、チタン、タングステン、金、白金、イリジウム、ルテニウム、及びそれらの組み合わせ（例えば、合金又は混合物）、などがある。基材はまた、任意の適当な金属酸化物を含み、又はそれから本質的になり、又はそれからなることもできる。適当な金属酸化物としては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、ゲルマニア、マグネシア、及びそれらの組み合わせ、がある。さらに、基材は、任意の適当な金属複合材料を含み、又はそれから本質的になり、又はそれからなることもできる。適当な金属複合材料としては、例えば、金属窒化物（例えば、窒化タンタル、窒化チタン及び窒化タングステン）、金属炭化物（例えば、炭化ケイ素及び炭化タングステン）、ニッケル−リン、アルミノボロシリケート、ホウケイ酸ガラス、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、シリコン／ゲルマニウム合金、及びシリコン／ゲルマニウム／炭素合金、などがある。基材はまた、任意の適当な半導体ベース材料を含み、又はそれから本質的になり、又はそれからなることもできる。適当な半導体ベース材料としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、絶縁体上シリコン、及び化合物半導体材料、例えばヒ化ガリウム、リン化インジウム、などがある。
【００１７】
本発明の方法は、いろいろな硬化工作物を平坦化又は研磨するのに、例えば、メモリー又は硬質ディスク、金属（例えば、貴金属）、ＩＬＤ層、微細電子−機械システム、強誘電体、磁気ヘッド、ポリマーフィルム、及び低及び高誘電率フィルムを平坦化又は研磨するのに使用できる。「メモリー又は硬質ディスク」という用語は、電磁的な形で情報を保持する何らかの磁気ディスク、ハードディスク、硬質ディスク、又はメモリーディスクを指す。メモリー又は硬質ディスクは、普通、ニッケル−リンを含む表面を有するが、表面は他のどんな適当な物質を含んでもよい。
【００１８】
本発明の方法は、半導体デバイスを研磨又は平坦化するのに、例えば、約０．２５ μｍ又はそれより小さな（例えば、０．１８ μｍ以下の）デバイスフィーチャー寸法を有する半導体デバイスを研磨又は平坦化するのに特に有用である。ここで用いる「デバイスフィーチャー」という用語は、単一機能成分、例えば、トランジスタ、抵抗器、コンデンサ、集積回路、などを指す。本発明の方法は、半導体デバイスの製造の際に、半導体デバイスの表面を、例えばトレンチ分離法による分離構造の形成時に、研磨又は平坦化する（ＳＴＩ研磨）のに用いることができる。本発明の方法はまた、層間絶縁膜の形成時に半導体デバイスの誘電体層又は金属層（すなわち金属配線）を研磨するのに用いることもできる（ＩＬＤ研磨）。
【００１９】
基材を研磨する本発明の方法は、例えば基材の研磨又は平坦化の際に研磨プロセスを点検又は監視するために、研磨パッドの透光性領域を通して光を基材表面に進ませることをさらに含むことができる。基材の表面から反射された光又はその他の放射線を分析して研磨プロセスを点検又は監視する技術は当該技術分野で公知である。そのような方法は、例えば、米国特許第５，１９６，３５３号、米国特許第５，４３３，６５１号、米国特許第５，６０９，５１１号、米国特許第５，６４３，０４６号、米国特許第５，６５８，１８３号、米国特許第５，７３０，６４２号、米国特許第５，８３８，４４７号、米国特許第５，８７２，６３３号、米国特許第５，８９３，７９６号、米国特許第５，９４９，９２７号、及び米国特許第５，９６４，６４３号各明細書に提示れている。
【００２０】
特許明細書、特許出願明細書、及び刊行物を含めて、ここで引用された全ての参照文献は、参照することによって全体がここに取り込まれる。
【００２１】
本発明を好ましい態様に重点を置いて説明してきたが、好ましい態様を変形したものを用いることができること、そして本発明はここで具体的に説明したのとは違う仕方で実施してもよいものであるということは、当業者に明らかであろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲で明示される発明の精神及び範囲に包含されるすべての変更を含むものである。

Claims (38)

1. 少なくとも光を透す領域を含む研磨パッドであって、該光を透す領域がマトリックスポリマーと充填材を含んでいる研磨パッド。
2. 該マトリックスポリマーが該充填材がなければ実質的に不透明であり、該充填材と組み合わせられると少なくとも光を透す請求項１に記載の研磨パッド。
3. 該マトリックスポリマーが該充填材がなければ多孔質である請求項２に記載の研磨パッド。
4. 該マトリックスポリマーがポリウレタンである請求項３に記載の研磨パッド。
5. 該充填材が該マトリックスポリマーとほぼ同じ屈折率を有する請求項４に記載の研磨パッド。
6. 該充填材が有機化合物を含む請求項４に記載の研磨パッド。
7. 該充填材が、エポキシ樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、光硬化性樹脂、及びそれらの混合物からなる群から選択される請求項４に記載の研磨パッド。
8. 該充填材が、ポリエステル、スチレン、アクリル樹脂、アクリレート、メタクリレート、ポリカーボネート、エチルシアノアクリレート、及びそれらの混合物からなる群から選択される請求項４に記載の研磨パッド。
9. 該充填材がポリエステルである請求項８に記載の研磨パッド。
10. 該充填材が該光を透す領域の一部の孔だけを占有する請求項３に記載の研磨パッド。
11. 該光を透す領域が固有の表面組織を有する請求項１０に記載の研磨パッド。
12. 該充填材が該光を透す領域の実質的に全部の孔を占有する請求項３に記載の研磨パッド。
13. 実質的に不透明な領域をさらに含む請求項２に記載の研磨パッド。
14. 該実質的に不透明な領域が多孔質である請求項１３に記載の研磨パッド。
15. 該実質的に不透明な領域が固有の表面組織を有する請求項１４に記載の研磨パッド。
16. 該実質的に不透明な領域及び該光を透す領域が連続のマトリックスポリマーを含む請求項１３に記載の研磨パッド。
17. 該パッドの表面の少なくとも一部が外因的に作られた表面組織を含む請求項１６に記載の研磨パッド。
18. 該光を透す領域が約１９０〜３５００ ｎｍの波長を有する光に対して透光性である請求項１に記載の研磨パッド。
19. 少なくとも光を透す領域を含む研磨パッドを製造する方法であって、
    （ａ）多孔質のマトリックスポリマーを用意すること、
    （ｂ）該マトリックスポリマーの領域の少なくとも一部の孔に充填材を充填して少なくとも光を透す領域を設けること、及び
    （ｃ）該光を透す領域を含む研磨パッドを形成すること、
    を含む研磨パッド製造方法。
20. 該マトリックスポリマーが該充填材がなければ実質的に不透明であり、充填材と一緒にされると少なくとも透光性になる請求項１９に記載の方法。
21. 該マトリックスポリマーがポリウレタンである請求項２０に記載の方法。
22. 該充填材が該マトリックスポリマーとほぼ同じ屈折率を有する請求項２１に記載の方法。
23. 該充填材が有機化合物を含む請求項２１に記載の方法。
24. 該充填材が、エポキシ樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、光硬化性樹脂、及びそれらの混合物からなる群から選択される請求項２１に記載の方法。
25. 該充填材が、ポリエステル、スチレン、アクリル樹脂、アクリレート、メタクリレート、ポリカーボネート、エチルシアノアクリレート、ウレタン、及びそれらの混合物からなる群から選択される請求項２１に記載の方法。
26. 該充填材がポリエステルである請求項２５に記載の方法。
27. 該マトリックスポリマーの領域の一部の孔だけを充填して該光を透す領域とする請求項２１に記載の方法。
28. 該光を透す領域が固有の表面組織を含む請求項２７に記載の方法。
29. 該マトリックスポリマーの領域の実質的に全部の孔を充填して該光を透す領域とする請求項２１に記載の方法。
30. 該研磨パッドが実質的に不透明な領域を含む請求項１９に記載の方法。
31. 該実質的に不透明な領域が多孔質である請求項３０に記載の方法。
32. 該実質的に不透明な領域が固有の表面組織を含む請求項３１に記載の方法。
33. 該研磨パッドの表面の少なくとも一部に外因的に作られた表面組織を設けることをさらに含む請求項１９に記載の方法。
34. 該光を透す領域が約１９０〜３５００ ｎｍの波長を有する光に対して透光性である請求項１９に記載の方法。
35. 請求項１に記載の研磨パッドの使用を含む基材の研磨方法。
36. 該基材が半導体デバイスである請求項３５に記載の方法。
37. 該研磨パッドの該光を透す領域を通して光を通過させることをさらに含む請求項３６に記載の方法。
38. 該光がレーザー光である請求項３７に記載の方法。