JP2005518286A - CMP and substrate polishing pad - Google Patents
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Abstract
基板の研磨や基板の化学機械平坦化等の用途のためのパッド及びパッドの製造方法を提供する。パッドは、研磨・平坦化特性を改善するため、実質的に多孔質であり実質的に硬質である。本発明の幾つかの実施形態に係るパッドは、標準技術の多孔質パッドと同様の有利な特性と、標準技術の硬質パッドと同様の有利な特性とを兼ね備える。Provided are a pad and a pad manufacturing method for applications such as substrate polishing and substrate chemical mechanical planarization. The pad is substantially porous and substantially hard to improve polishing and planarization characteristics. Pads according to some embodiments of the present invention combine advantageous properties similar to standard technology porous pads and advantageous properties similar to standard technology hard pads.
Description
関連出願の相互参照
本願は、２００１年１０月２９日出願の米国特許仮出願第６０／３４０８１９号及び２００１年１２月１１日出願の米国特許出願第１０／０２００８２号の利益の享受を請求するものである。本願は、２００１年１０月２９日出願の米国特許仮出願第６０／３４０９６２号及び２００１年１２月１１日出願の米国特許出願第１０／０２００８１号の関連出願である。これら出願全ての内容全体を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is claims the benefit of benefit of U.S. Patent Application No. 10/020082, filed October 2001 29 U.S. Provisional Patent Application No. 60/340819 filed and December 11, 2001 It is. This application is related to US Provisional Application No. 60/340962, filed Oct. 29, 2001, and US Patent Application No. 10/020081, filed Dec. 11, 2001. The entire contents of all of these applications are incorporated herein as part of this specification.
技術分野
本発明は、半導体基板やウェハ、冶金試料、メモリディスク表面、光学機器、レンズ、ウェハマスク等の基板の化学機械平坦化（ＣＭＰ）及び研磨等の用途のためのパッドに関する。特に、本発明は、ＣＭＰパッド及び研磨用パッド、並びに電子デバイスの製造のための、改良された特性を有するパッドの製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to pads for uses such as chemical mechanical planarization (CMP) and polishing of substrates such as semiconductor substrates, wafers, metallurgical samples, memory disk surfaces, optical instruments, lenses, wafer masks and the like. In particular, the present invention relates to a CMP pad and polishing pad, and a method for manufacturing a pad having improved properties for manufacturing an electronic device.
デバイス製造時の様々な段階においてウェハの表面を平坦化する際に、製造プロセスの収率や性能、信頼性を向上させるため、ＣＭＰや各種研磨技法を用いたプロセスが広く利用されている。実際、ＣＭＰは、高度な集積回路の製造において本質的に不可欠なプロセスとなっている。 Processes using CMP or various polishing techniques are widely used to improve the yield, performance, and reliability of the manufacturing process when the wafer surface is planarized at various stages during device manufacturing. Indeed, CMP has become an essential process in the manufacture of advanced integrated circuits.
集積回路の基板への化学的或いは物理的な集積は、基板や基板上の層に各領域をパターニングすることにより行われる。高収率を達成するためには通常、ウェハの表面に形状工作部（凹凸、バンプ、トラフ、トレンチ等）を残す処理段階の後、基板を実質的に平坦に戻す必要がある。 Chemical or physical integration of an integrated circuit on a substrate is performed by patterning each region on the substrate or a layer on the substrate. In order to achieve high yields, it is usually necessary to return the substrate to a substantially flat state after a processing step that leaves the shape features (irregularities, bumps, troughs, trenches, etc.) on the wafer surface.
ＣＭＰプロセスや研磨プロセスにおける要求を満たすため、各種パッドが鋭意開発されてきた。研磨パッドの詳細については、ＰＣＴ出願ＷＯ９６／１５８８７を参照されたい。その明細書を、本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。研磨パッドの他の代表例は、米国特許第４７２８５５２号、第４８４１６８０号、第４９２７４３２号、第４９５４１４１号、第５０２０２８３号、第５１９７９９９号、第５２１２９１０号、第５２９７３６４号、第５３９４６５５号及び第５４８９２３３号に記載されており、これらの明細書の各々を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。 Various pads have been intensively developed to meet the demands in the CMP process and polishing process. For details of the polishing pad, see PCT application WO 96/15887. That specification is hereby incorporated by reference as part of this specification. Other representative examples of polishing pads include U.S. Pat. Each of which is incorporated herein by reference as a part of this specification.
研磨パッドは広く使用されているが、電子デバイスの基板の隅々にまで亘って良好な平坦化を提供すると共に、研磨効率が良く、除去速度が高く、基板全体に亘って不均一性が改善され、より低い維持コストでより長いパッド寿命を達成できる、改良された研磨パッドが必要とされている。これに加え、高度化したＣＭＰプロセスに必要なより高い温度にも耐えられる新しいパッドが必要とされている。更に、各種パッドの最も良い性質を兼ね備え、標準技術のパッドに比べ総合的に性能が良い新しいパッドが必要とされている。 Although polishing pads are widely used, they provide good planarization across every corner of the electronic device substrate, provide good polishing efficiency, high removal rates, and improve non-uniformity across the substrate What is needed is an improved polishing pad that can achieve longer pad life with lower maintenance costs. In addition, there is a need for new pads that can withstand the higher temperatures required for sophisticated CMP processes. Furthermore, there is a need for new pads that combine the best properties of various pads and that have overall better performance than standard technology pads.
本発明は、基板研磨や基板のＣＭＰ等の用途のためのパッド及び関連する方法の改良に関する。本発明は、基板の研磨及び／又は平坦化の標準技術の一以上の欠点を克服しようとするものである。 The present invention relates to improvements to pads and related methods for applications such as substrate polishing and substrate CMP. The present invention seeks to overcome one or more shortcomings of standard techniques for substrate polishing and / or planarization.
本発明の一つの特徴は、基板の研磨や基板のＣＭＰ等の用途のためのパッドにある。一実施形態においては、パッドは実質的に硬質であり、実質的に開放気孔構造を有する。好ましい実施形態においては、気孔構造は、研磨スラリー等の流体をＣＭＰや研磨に効果的な速度で送り出すのに十分なものである。好ましくは、気孔構造は、パッド全体に亘って実質的に均一である。 One feature of the present invention resides in pads for applications such as substrate polishing and substrate CMP. In one embodiment, the pad is substantially rigid and has a substantially open pore structure. In a preferred embodiment, the pore structure is sufficient to deliver a fluid such as a polishing slurry at a rate effective for CMP and polishing. Preferably, the pore structure is substantially uniform throughout the pad.
本発明の用途は、下記に説明する或いは図示する構成の詳細や要素の配置に限定されるものではないと理解すべきである。本発明は、他の実施形態をとることができ、様々な方法で実施することもできる。更に、本明細書に用いた表現や用語は、説明のためのものであって、限定的に解釈されるべきものではないと理解すべきである。 It should be understood that the application of the present invention is not limited to the details of construction or the arrangement of elements described or illustrated below. The invention can take other embodiments and can be implemented in various ways. Further, it should be understood that the expressions and terms used in the present specification are illustrative and should not be construed as limiting.
このように、本明細書の開示は本発明の発明思想に基づいてなされたものであり、この発明思想に基き、本発明の種々の特徴を実施するために他の構造や方法、システムを容易に設計できることは当業者であれば認識できるであろう。従って、本発明の思想及び範囲を逸脱しない限りにおいて、各請求項はこのような均等物も含むものと理解することが重要である。 Thus, the disclosure of the present specification has been made based on the inventive concept of the present invention, and other structures, methods, and systems can be easily implemented to implement various features of the present invention based on the inventive concept. Those skilled in the art will recognize that this can be designed. Therefore, it is important to understand that the following claims include such equivalents insofar as they do not depart from the spirit and scope of the present invention.
更に、要約書の目的は、特許庁や広く一般人、特に、特許的、法律的な用語や表現に精通していない当技術分野の科学者、技術者、実務家が、本願の技術的開示内容の本質と基本とを一読してすぐに知ることができるようにすることである。要約書は、特許請求の範囲により定められる本願発明を定義することを意図したものではなく、どのような意味においても本発明の範囲を限定するものではない。 In addition, the purpose of the abstract is that the patent office and the general public, especially scientists, engineers and practitioners in the field who are not familiar with patent and legal terms and expressions, It is to be able to know immediately by reading the essence and the basics of. The abstract is not intended to define the invention as defined by the claims, and is not intended to limit the scope of the invention in any way.
本発明の上述の及び更なる特徴及び利点は、以下、具体的な実施形態の詳細な説明を、特に添付図面と合せて考察することにより明らかになるであろう。 The above and further features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of specific embodiments, particularly when taken in conjunction with the accompanying drawings.
以下、本発明の実施形態の詳細を、主に化学機械平坦化について説明する。しかしながら、本発明の実施形態は、広範な基板研磨用途、例えば半導体基板、ウェハ、冶金試料、メモリディスク表面、光学機器、レンズ、ウェハマスクに対する研削、ラッピング、成形、研磨等に使用できると理解すべきである。 Hereinafter, details of the embodiment of the present invention will be described mainly with respect to chemical mechanical planarization. However, it is understood that embodiments of the present invention can be used for a wide variety of substrate polishing applications, such as grinding, lapping, molding, polishing, etc. for semiconductor substrates, wafers, metallurgical samples, memory disk surfaces, optical instruments, lenses, wafer masks, etc. Should.
本発明はその一実施形態において、実質的に固体の表面から物質を除去するための改良された研磨パッドを提供する。特に、本発明の一実施形態として、集積回路製造工程の一段階として使用されている化学機械平坦化等の用途のための研磨パッドをが挙げられる。他の一実施形態においては、本発明は、化学機械平坦化を実施する方法を提供する。更に他の一実施形態においては、本発明は、研磨パッドを製造する方法を提供する。 The present invention, in one embodiment thereof, provides an improved polishing pad for removing material from a substantially solid surface. In particular, one embodiment of the present invention includes a polishing pad for applications such as chemical mechanical planarization that are used as a step in an integrated circuit manufacturing process. In another embodiment, the present invention provides a method for performing chemical mechanical planarization. In yet another embodiment, the present invention provides a method of manufacturing a polishing pad.
本発明はその種々の実施形態において、化学機械平坦化等の用途のための改良された研磨パッドを提供する。一実施形態において本発明は、電子デバイスを製造するために基板を化学機械平坦化するためのパッドを提供する。このパッドは実質的に硬質であり、更にこのパッドは、ＣＭＰ処理に有効な量のＣＭＰスラリーを送り出すのに十分な、実質的に均一な気孔構造を有する。 The present invention, in its various embodiments, provides an improved polishing pad for applications such as chemical mechanical planarization. In one embodiment, the present invention provides a pad for chemical mechanical planarization of a substrate to manufacture an electronic device. The pad is substantially rigid and further has a substantially uniform pore structure sufficient to deliver an effective amount of CMP slurry for the CMP process.
幾つかの実施形態においては、パッドは、多数の繊維とポリマー樹脂とを含む。繊維は、フェルト等の不織体を形成するように構成されている。ポリマー樹脂を繊維に塗布・含浸させてパッドを形成する。各実施形態において得られる本発明のパッドは、標準技術の多孔質パッドの特性と標準技術の硬質パッドの特性とを兼ね備える。言い換えると、各実施形態における本発明のパッドは、実質的に多孔質であると共に実質的に硬質であり、標準技術の多孔質パッド及び標準技術の硬質パッドが有するＣＭＰ特性の内の一以上の特性を有するものである。即ち、本発明の実施形態に係るパッドは、標準技術の多孔質パッドよりも硬質であり、標準技術の硬質パッドよりも多孔質である。 In some embodiments, the pad includes a number of fibers and a polymer resin. The fibers are configured to form a nonwoven such as felt. A polymer resin is applied to and impregnated into the fiber to form a pad. The pad of the present invention obtained in each embodiment combines the properties of a standard technology porous pad and the properties of a standard technology hard pad. In other words, the pad of the present invention in each embodiment is substantially porous and substantially rigid, and includes one or more of the CMP characteristics of standard technology porous pads and standard technology hard pads. It has characteristics. That is, the pad according to the embodiment of the present invention is harder than a standard technology porous pad and more porous than a standard technology hard pad.
不織繊維材料を製造するために使用できる各種技法は周知である。不織繊維材料を製造するために使用できる方法の例としては、ニードルパンチ法、水流交絡法等が挙げられる。ニードルパンチ法は、ニードルパンチフェルトを製造するのに使用できる。水流交絡法は、水流交絡フェルトを製造するのに使用できる。 Various techniques that can be used to produce nonwoven fiber materials are well known. Examples of methods that can be used to produce the nonwoven fiber material include needle punching and hydroentanglement. The needle punch method can be used to produce needle punch felts. Hydroentanglement can be used to produce hydroentanglement felt.
本発明の幾つかの実施形態においては、不織繊維を使用する代わりに織繊維材料を使用する。織繊維は、任意の適切な技法により製造できる。繊維を織る幾つかの技法は当技術分野において周知である。織繊維に樹脂を含浸させ、本発明の実施形態に係るパッドを得ることができる。 In some embodiments of the invention, woven fiber material is used instead of non-woven fibers. Woven fibers can be made by any suitable technique. Several techniques for weaving fibers are well known in the art. A pad according to an embodiment of the present invention can be obtained by impregnating a woven fiber with a resin.
幾つかの実施形態においては、ショアＤ硬度は約４５〜約６５の範囲、及びこの範囲内のいずれかの範囲に入る硬度である。好ましい実施形態においては、ショアＤ硬度は約４７〜約５７の範囲、及びこの範囲内のいずれかの範囲に入る硬度である。更に好ましい実施形態においては、ショアＤ硬度は約５１〜約５４である。 In some embodiments, the Shore D hardness is a hardness in the range of about 45 to about 65, and any range within this range. In preferred embodiments, the Shore D hardness is a hardness in the range of about 47 to about 57, and any range within this range. In a more preferred embodiment, the Shore D hardness is from about 51 to about 54.
本発明の実施形態に係るパッドの気孔率は、標準技術の硬質パッドよりも高く、標準技術の軟質パッドよりも低い。パッドの気孔率は、パッドの密度と関係がある。一般に、気孔率が高い程、密度は低く、気孔率が低い程、密度は高い。具体的には、本発明に係るパッドの密度は約０．５ｇ／ｃｍ3以上である。一実施形態においては、パッドの密度は約約０．５ｇ／ｃｍ3〜約０．７ｇ／ｃｍ3である。ある用途に関しては、好ましい実施形態のパッドの密度は約０．５８±０．０４ｇ／ｃｍ3である。本発明の別の実施形態においては、パッドの密度は約１．０５ｇ／ｃｍ3である。本発明の種々の実施形態においては、密度を約０．５ｇ／ｃｍ3以上、約１．０５ｇ／ｃｍ3以下でこの範囲に入る値とすることができる。通常、本発明の実施形態においては、パッドの気孔率がスラリーを送り出すのに十分であるならば、高密度であることが好ましい。言い換えると、パッドは、パッドを使用する研磨プロセス或いはＣＭＰプロセスに必要な量の流体（スラリー、研磨流体、平坦化流体等）を送り出すことができるものであることが好ましい。 The porosity of pads according to embodiments of the present invention is higher than standard technology hard pads and lower than standard technology soft pads. The porosity of the pad is related to the density of the pad. In general, the higher the porosity, the lower the density, and the lower the porosity, the higher the density. Specifically, the density of the pad according to the present invention is about 0.5 g / cm 3 or more. In one embodiment, the density of the pad is from about 0.5 g / cm 3 to about 0.7 g / cm 3 . For certain applications, the density of the preferred embodiment pad is about 0.58 ± 0.04 g / cm 3 . In another embodiment of the present invention, the density of the pad is about 1.05 g / cm 3 . In various embodiments of the present invention, the density can be in the range of about 0.5 g / cm 3 or more and about 1.05 g / cm 3 or less. In general, in embodiments of the present invention, a high density is preferred if the porosity of the pad is sufficient to deliver the slurry. In other words, the pad is preferably capable of delivering a quantity of fluid (slurry, polishing fluid, planarization fluid, etc.) required for the polishing process or CMP process using the pad.
研磨或いはＣＭＰのためのパッドの通気性を、気孔率と気孔構造の指標とすることができる。具体的には、空気透過性は、孔径、気孔率、開放気孔構造の量等のパッドの各種特性から決まる。本発明の幾つかの実施形態においては、通気性は約２０ｃｍ3／（ｃｍ2・分）以上である。本発明の好ましい実施形態の内の一実施形態においては、通気性は約２４〜約３４ｃｍ3／（ｃｍ2・分）の範囲、及びこの範囲内のいずれかの範囲に入る通気性である。 The air permeability of the pad for polishing or CMP can be used as an index of the porosity and the pore structure. Specifically, the air permeability is determined from various characteristics of the pad such as the pore diameter, porosity, amount of open pore structure and the like. In some embodiments of the invention, the breathability is about 20 cm 3 / (cm 2 · min) or greater. In one of the preferred embodiments of the present invention, the breathability is in the range of about 24 to about 34 cm 3 / (cm 2 · min) and any range within this range.
更に、本発明の幾つかの実施形態では、孔径は約５μｍ〜約１５０μｍの範囲、或いはこの範囲内のいずれかの範囲の孔径である。好ましい実施形態の幾つかにおいては、気孔構造は、パッド全体に亘って実質的に均一である。 Further, in some embodiments of the present invention, the pore size is in the range of about 5 μm to about 150 μm, or any range within this range. In some preferred embodiments, the pore structure is substantially uniform throughout the pad.
本発明の各実施形態においては、各種ポリマー樹脂を使用できる。好適な樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ナイロン、フルオロカーボン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、エチレン共重合体、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、ポリケトン等の樹脂、これらの共重合体や混合物等が挙げられる。樹脂は、パッドに望まれる特性に応じて選択される。本発明の好ましい実施形態においては、硬度値の高い樹脂が用いられる。即ち、本発明の好ましい実施形態に係る樹脂含浸フェルトパッドに用いる樹脂の硬度は、標準技術の樹脂含浸フェルトパッドに通常用いられる樹脂の硬度より高い。主な樹脂は、多数の供給メーカーから市販されている。 In each embodiment of the present invention, various polymer resins can be used. Suitable resins include, for example, polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, nylon, fluorocarbon, polycarbonate, polyester, polyacrylate, polyether, polyethylene, polyamide, polyurethane, polystyrene, polypropylene, polymethyl methacrylate, polysulfone, and ethylene copolymer. And resins such as polyethersulfone, polyetherimide, polyethyleneimine, polyketone, and copolymers and mixtures thereof. The resin is selected according to the properties desired for the pad. In a preferred embodiment of the present invention, a resin having a high hardness value is used. That is, the hardness of the resin used for the resin-impregnated felt pad according to a preferred embodiment of the present invention is higher than the hardness of the resin normally used for the resin-impregnated felt pad of the standard technology. The main resins are commercially available from a number of suppliers.
樹脂の硬度は樹脂のモジュラスに関連する。モジュラスは、樹脂の引張強度の尺度を示すものである。本発明の一実施形態では、モジュラスは約３００ｋｇ／ｃｍ〜約４００ｋｇ／ｃｍである。本発明の好ましい実施形態では、モジュラスが約３５０ｋｇ／ｃｍのポリウレタン樹脂が用いられる。これに対し比較のための参考であるが、標準技術の多孔質パッドでは、モジュラスが約２００ｋｇ／ｃｍのポリウレタン樹脂が用いられているものもある。 The hardness of the resin is related to the modulus of the resin. The modulus is a measure of the tensile strength of the resin. In one embodiment of the invention, the modulus is from about 300 kg / cm to about 400 kg / cm. In a preferred embodiment of the present invention, a polyurethane resin having a modulus of about 350 kg / cm is used. On the other hand, as a reference for comparison, some of the standard porous pads use a polyurethane resin having a modulus of about 200 kg / cm.
本発明の実施形態に係る研磨パッドを製造するには各種製造技法を用いることができる。一実施形態では、研磨パッドは、ポリエステルを含む不織繊維と、ポリウレタンを含むポリマー樹脂とを含む。本発明の実施形態に係る研磨パッドの好ましい特性は、デニールが約２のポリエステル繊維を用いて得ることができる。他のデニール、例えば約１．５〜約３．０のデニールを用いても本発明の実施形態のパッドを製造できることは、当業者であれば分かることである。 Various manufacturing techniques can be used to manufacture the polishing pad according to the embodiment of the present invention. In one embodiment, the polishing pad comprises a nonwoven fiber comprising polyester and a polymer resin comprising polyurethane. Preferred properties of the polishing pad according to embodiments of the present invention can be obtained using polyester fibers having a denier of about 2. Those skilled in the art will appreciate that other deniers, such as about 1.5 to about 3.0 deniers, can be used to produce pads of embodiments of the present invention.
本発明の各実施形態においては、各種繊維を用いることができる。好適な繊維の例としては、研磨や化学機械平坦化等の用途のためのパッドに通常用いられる繊維等の合成繊維が挙げられる。好適な繊維の具体例としては、ポリエステル繊維、ポリウレタン繊維、ナイロン繊維等が挙げられる。本発明の実施形態では、ウール等の天然繊維も用いることができる。 In each embodiment of the present invention, various fibers can be used. Examples of suitable fibers include synthetic fibers such as fibers typically used in pads for applications such as polishing and chemical mechanical planarization. Specific examples of suitable fibers include polyester fibers, polyurethane fibers, nylon fibers and the like. In the embodiment of the present invention, natural fibers such as wool can also be used.
本発明の実施形態に係る研磨パッドの好ましい特性は、研磨パッドに含まれるポリマー樹脂に対する繊維の比率を高めることにより付与することができる。本発明の幾つかの実施形態においては、ポリエステル繊維とポリウレタン樹脂の比は約５０：５０〜約６５：３５の範囲に入る比、或いはこの範囲内の様々な範囲とすることができる。言い換えると、ポリエステルの占める割合は約５０％〜約６５％の範囲、及びこの範囲内のいずれかの範囲に入る割合である。ポリウレタン樹脂の占める割合は約５０％〜約３５％の範囲、及びこの範囲内のいずれかの範囲に入る割合である。本発明の幾つかの他の実施形態では、ポリエステル繊維とポリウレタン樹脂の比は、約３５：６５〜約６５：３５の範囲に入る比、或いはこの範囲内の様々な範囲の比とすることができる。幾つかの用途についての本発明の好ましい実施形態においては、ポリエステルとポリウレタンの比は約５５：４５である。本発明の実施形態はポリエステル繊維とポリウレタン樹脂に限定されるものではないことを理解すべきである。同様に、この繊維と樹脂の比は、本発明の幾つかの実施形態における他の繊維と樹脂の組合せにも適用することができる。 The preferable characteristic of the polishing pad which concerns on embodiment of this invention can be provided by raising the ratio of the fiber with respect to the polymer resin contained in a polishing pad. In some embodiments of the present invention, the ratio of polyester fiber to polyurethane resin can range from about 50:50 to about 65:35, or various ranges within this range. In other words, the proportion of polyester is in the range of about 50% to about 65%, and in any range within this range. The proportion of the polyurethane resin is in the range of about 50% to about 35%, and in any range within this range. In some other embodiments of the present invention, the ratio of polyester fiber to polyurethane resin can be a ratio that falls within the range of about 35:65 to about 65:35, or various ranges within this range. it can. In a preferred embodiment of the invention for some applications, the ratio of polyester to polyurethane is about 55:45. It should be understood that embodiments of the present invention are not limited to polyester fibers and polyurethane resins. Similarly, this fiber to resin ratio can be applied to other fiber and resin combinations in some embodiments of the invention.
尚、当業者の従来の考えでは、樹脂含有量が多い程、パッドの硬度は高くなると考えられていた。しかしながら、本発明の幾つかの実施形態では、繊維含有量が多い程、硬度が高くなっている。これは、本発明の幾つかの実施形態における繊維と樹脂の比は、当業者が標準的に考えるものとは相容れないものであることを示している。言い換えると、本発明の幾つかの実施形態におけるフェルトの樹脂に対する比は、標準技術のパッドに見られる比よりも高い。具体的には、本発明の実施形態におけるポリエステル繊維のポリウレタンに対する比は、良好なパッド特性を得るのに好ましいと通常考えられる比よりも高い。 In addition, according to the conventional idea of those skilled in the art, it was considered that the higher the resin content, the higher the hardness of the pad. However, in some embodiments of the invention, the higher the fiber content, the higher the hardness. This indicates that the fiber to resin ratio in some embodiments of the present invention is incompatible with what the person skilled in the art would normally consider. In other words, the felt to resin ratio in some embodiments of the present invention is higher than that found in standard technology pads. Specifically, the ratio of polyester fiber to polyurethane in embodiments of the present invention is higher than the ratio that would normally be considered desirable for obtaining good pad properties.
本発明は他の一実施形態において、電子デバイス製造のための基板のＣＭＰ用のパッドを提供する。このパッドは、不織フェルトとポリマー樹脂とを含む。フェルトに樹脂を含浸させ、パッドのショアＤ硬度が約４５〜約６５、密度が約０．５ｇ／ｃｍ3〜約０．７ｇ／ｃｍ3、圧縮係数が約７０％より大きくなるようにする。 In another embodiment, the present invention provides a pad for CMP of a substrate for electronic device manufacturing. The pad includes a non-woven felt and a polymer resin. The felt is impregnated with resin so that the Shore D hardness of the pad is about 45 to about 65, the density is about 0.5 g / cm 3 to about 0.7 g / cm 3 , and the compression coefficient is greater than about 70%.
本発明は他の一実施形態において、電子デバイス製造のための基板の研磨用のパッドを提供する。このパッドは、密度が約０．２９〜約０．３５ｇ／ｃｍ3の不織フェルトと、ポリマー樹脂とを含む。フェルトに樹脂を含浸させ、パッドのショアＤ硬度が約４７〜約５７、密度が約０．５ｇ／ｃｍ3〜約０．７ｇ／ｃｍ3、圧縮係数が約７０％より大きくなるようにする。 In another embodiment, the present invention provides a pad for polishing a substrate for electronic device manufacture. The pad includes a non-woven felt having a density of about 0.29 to about 0.35 g / cm 3 and a polymer resin. The felt is impregnated with resin so that the Shore D hardness of the pad is about 47 to about 57, the density is about 0.5 g / cm 3 to about 0.7 g / cm 3 , and the compression coefficient is greater than about 70%.
表１に、本発明に係る研磨パッドの幾つかの実施形態の物性の概略を示す。 Table 1 outlines the physical properties of several embodiments of the polishing pad according to the present invention.
パッドの特性を測定する際には従来の方法を用いた。 A conventional method was used to measure the pad characteristics.
幾つかの例においては、本発明に係るパッドの性能は標準技術の硬質パッドよりも良好であった。具体的には、本発明に係るパッドを用いた場合、直径２００ｍｍのウェハにおける０．２μｍより大きい欠陥をテンコール（Tencor）（登録商標）６４２０を用いて測定したところ、欠陥密度（defectivity）は約５〜約１０であった。しかしながら、標準的な硬質パッドの通常の性能では、実質的に同じプロセス条件下では欠陥密度は約２０以上になる。 In some instances, the performance of the pads according to the present invention was better than standard technology hard pads. Specifically, when a pad according to the present invention is used, a defect larger than 0.2 μm in a wafer having a diameter of 200 mm is measured using Tencor® 6420. 5 to about 10. However, the normal performance of a standard hard pad results in a defect density of about 20 or more under substantially the same process conditions.
ここで図１を参照すると、図１は本発明の実施形態に係るパッドのＳＥＭ写真である。このパッドはポリエステル繊維フェルトを含み、該繊維にポリウレタン樹脂が含浸されている。図１は、倍率約１００倍でパッドの側面断面の表面を示しており、開放気孔構造を見ることができる。図１に示すパッドのショアＤ硬度は約５１〜約５４、密度は約０．５９ｇ／ｃｍ3、圧縮率は約１．８％、反発性（rebound）は約８５％である。 Referring now to FIG. 1, FIG. 1 is a SEM photograph of a pad according to an embodiment of the present invention. The pad includes a polyester fiber felt, and the fiber is impregnated with a polyurethane resin. FIG. 1 shows the surface of the side cross-section of the pad at a magnification of about 100 times and the open pore structure can be seen. The pad shown in FIG. 1 has a Shore D hardness of about 51 to about 54, a density of about 0.59 g / cm 3 , a compressibility of about 1.8%, and a rebound of about 85%.
比較のため、同様の測定を標準技術の硬質パッドの一つに対して行った。ここで図２を参照すると、図２は標準技術のポリウレタン製硬質パッドのＳＥＭ写真である。図２は、倍率約１００倍で標準技術の硬質パッドの表面を示している。このＳＥＭ写真から、標準技術の硬質パッドは、図１に示す本発明の実施形態よりも気孔構造が少ないことが判る。図２に示す標準技術の硬質パッドのショアＤ硬度は約５２〜５６、密度は０．７５ｇ／ｃｍ3、圧縮率は２．１％、反発性は約７３％である。図２に示すパッドはフェルトを含んでいない。 For comparison, similar measurements were made on one of the standard technology hard pads. Reference is now made to FIG. 2, which is an SEM photograph of a standard polyurethane hard pad. FIG. 2 shows the surface of a standard technology hard pad at a magnification of about 100 times. From this SEM photograph, it can be seen that the hard pad of the standard technology has less pore structure than the embodiment of the present invention shown in FIG. The standard technology hard pad shown in FIG. 2 has a Shore D hardness of about 52-56, a density of 0.75 g / cm 3 , a compressibility of 2.1%, and a rebound of about 73%. The pad shown in FIG. 2 does not include felt.
更に、同様の測定を標準技術の半軟質パッド（これも多孔質パッドと称される）に対して行った。ここで図３を参照すると、図３は、標準技術の半軟質パッドの一つを倍率約４１倍で撮影したＳＥＭ写真である。この半軟質パッドのショアＤ硬度は約３０〜約３５、密度は約０．３７ｇ／ｃｍ3、圧縮率は約２．４％、反発性は約７６％である。 In addition, similar measurements were made on standard technology semi-soft pads (also referred to as porous pads). Referring now to FIG. 3, FIG. 3 is an SEM photograph taken of a standard semi-soft pad at a magnification of about 41 times. The semi-soft pad has a Shore D hardness of about 30 to about 35, a density of about 0.37 g / cm 3 , a compressibility of about 2.4%, and a resilience of about 76%.
本発明に係るパッドは、標準技術の半軟質パッドと標準技術の硬質パッドの中間の性質を有していると考えられる。具体的に例えば、本発明の実施形態に係るパッドの硬度は、標準技術の半軟質パッドと標準技術の硬質パッドの中間である。この結果、本発明に係るパッドの性能は、標準技術の半軟質パッドと標準技術の硬質パッドよりある意味優ったものとなっている。 The pad according to the present invention is believed to have properties that are intermediate between a standard semi-soft pad and a standard hard pad. Specifically, for example, the hardness of a pad according to an embodiment of the present invention is intermediate between a standard semi-soft pad and a standard hard pad. As a result, the performance of the pad according to the present invention is superior to that of the standard technology semi-soft pad and the standard technology hard pad.
表２は、本発明の実施形態に係るパッドを用いてタングステンをＣＭＰプロセスに付した際のプロセス条件と結果とを示す。ＣＭＰプロセスは、標準的な市販スラリーであるＥＫＣ３５５０Ｗスラリーを用いて実施した。 Table 2 shows process conditions and results when tungsten is subjected to the CMP process using the pad according to the embodiment of the present invention. The CMP process was performed using a standard commercial slurry, EKC3550W slurry.
本発明の実施形態のパッドが標準技術のパッドより有利である別の点は、タングステンダマシン構造体のＣＭＰ等のプロセスにおいて発生するエロージョンが少ない点である。表３は、本発明に係るパッドと標準技術のパッドのエロージョンについてのデータを示す。一般に、本発明に係るパッドを用いると、タングステンダマシン構造体の平坦化において発生する酸化物のエロージョンは少なくなる。 Another advantage of the pads of embodiments of the present invention over standard technology pads is that less erosion occurs in processes such as CMP of tungsten damascene structures. Table 3 shows data on erosion of pads according to the present invention and standard technology pads. In general, the use of a pad according to the present invention reduces oxide erosion that occurs during planarization of a tungsten damascene structure.
本発明に係るパッドの平坦化能を測定した。更に同様の測定を標準技術のパッドに対しても実施した。実験結果から、一般に、本発明に係るパッドは標準技術のパッドより優れた平坦化能を有することがわかった。実験結果の一部を図４に示す。図４は、酸化物の平坦化プロセスについての結果である。Ｘ軸は除去された酸化物の量（オングストローム）を示し、Ｙ軸は残存段差高さ（オングストローム）を示す。これらは、１００μｍのライン／スペースに対して行い、４．５ｐｓｉのダウンフォースにより得た結果である。実線で結ばれた菱形の点は本発明の一実施形態に係るパッドのデータである。破線で結ばれた四角形の点は標準技術の硬質パッドのデータである。これらの測定において、酸化物除去量あたりの残存段差高さは本発明に係るパッドの方が低かった。言い換えると、平坦な表面を作ることに関して、本発明に係るパッドは標準技術のパッドよりも効率が良い。図４に結果を示した本発明に係るパッドは、ポリウレタン樹脂を含浸させたポリエステルフェルトを含み、パッドのショアＤ硬度は約５１〜約５４、密度は約０．５９ｇ／ｃｍ3、圧縮率は約１．８％、反発性は約８５％であった。 The planarization ability of the pad according to the present invention was measured. Similar measurements were also performed on standard technology pads. From the experimental results, it has been found that, in general, the pad according to the present invention has a planarization ability superior to that of the standard technology pad. A part of the experimental results is shown in FIG. FIG. 4 shows the results for the oxide planarization process. The X axis indicates the amount of oxide removed (Angstrom), and the Y axis indicates the remaining step height (Angstrom). These are the results obtained with a downforce of 4.5 psi for a 100 μm line / space. The diamond-shaped points connected by a solid line are data of the pad according to the embodiment of the present invention. The square dots connected by the broken lines are data of standard technology hard pads. In these measurements, the remaining step height per oxide removal amount was lower in the pad according to the present invention. In other words, with respect to making a flat surface, the pad according to the present invention is more efficient than a standard technology pad. The pad according to the present invention, the results of which are shown in FIG. 4, includes a polyester felt impregnated with polyurethane resin. The pad has a Shore D hardness of about 51 to about 54, a density of about 0.59 g / cm 3 , and a compressibility of About 1.8% and rebound was about 85%.
本発明に係るパッドの平坦化能を、銅の平坦化についても測定した。図５は、本発明に係るパッドを用いて銅を平坦化した際の、除去されたフィールド銅に対する段差高さ（オングストローム）を示す。プロセス条件は、ダウンフォース３ｐｓｉ、テーブル速度１０５ｒｐｍ、キャリア速度１００ｒｐｍ、スラリー流量１００ｍＬ／分、背圧０ｐｓｉであった。図５に結果を示した本発明に係るパッドは、ポリウレタン樹脂を含浸させたポリエステルフェルトを含み、パッドのショアＤ硬度は約５１〜約５４、密度は約０．５９ｇ／ｃｍ3、圧縮率は約１．８％、反発性は約８５％であった。 The planarization ability of the pad according to the present invention was also measured for copper planarization. FIG. 5 shows a step height (angstrom) with respect to the removed field copper when copper is planarized using the pad according to the present invention. The process conditions were downforce 3 psi, table speed 105 rpm, carrier speed 100 rpm, slurry flow rate 100 mL / min, back pressure 0 psi. The pad according to the present invention, the results of which are shown in FIG. 5, includes a polyester felt impregnated with a polyurethane resin. The pad has a Shore D hardness of about 51 to about 54, a density of about 0.59 g / cm 3 , and a compressibility of About 1.8% and rebound was about 85%.
ここで図６を参照すると、図６は、本発明に係るパッドの性能データを示す。このプロセスデータは、市販のスラリーＥＫＣ３５５０Ｗスラリーを用いて行った、タングステンのＣＭＰプロセスについてのデータである。Ｘ軸はウェハ数を示す。Ｙ軸は、除去速度（分あたりのオングストローム）と、不均一性（％）或いは欠陥密度とを示す。黒い菱形はタングステンの除去速度ＷＲＲを示す。この一連の実験では、タングステンの除去速度は約３８００Ａ／分〜約４８００Ａ／分である。三角形はチタンの除去速度ＴｉＲＲを示す。白い菱形はタングステン除去における不均一性ＷＮＵを示すデータポイントである。この一連の実験では、タングステンの不均一性は、約１０％未満の値であり、幾つかの例では約５％以下である。欠陥密度の測定値を黒の楕円で示すが、この一連の実験では、直径２００ｍｍのウェハについての欠陥密度は約５〜約１０である。図６に結果を示した本発明に係るパッドは、ポリウレタン樹脂を含浸させたポリエステルフェルトを含み、パッドのショアＤ硬度は約５１〜約５４、密度は約０．５９ｇ／ｃｍ3、圧縮率は約１．８％、反発性は約８５％である。 Reference is now made to FIG. 6, which shows performance data for a pad according to the present invention. This process data is for a tungsten CMP process performed using a commercially available slurry EKC3550W slurry. The X axis indicates the number of wafers. The Y axis shows removal rate (angstroms per minute) and non-uniformity (%) or defect density. The black diamond indicates the tungsten removal rate WRR. In this series of experiments, the tungsten removal rate is about 3800 A / min to about 4800 A / min. The triangle indicates the titanium removal rate TiRR. White diamonds are data points indicating non-uniformity WNU in tungsten removal. In this series of experiments, the non-uniformity of tungsten is a value of less than about 10%, and in some examples is less than about 5%. Defect density measurements are shown as black ellipses, but in this series of experiments, the defect density for a 200 mm diameter wafer is about 5 to about 10. The pad according to the present invention whose results are shown in FIG. 6 includes a polyester felt impregnated with a polyurethane resin. The pad has a Shore D hardness of about 51 to about 54, a density of about 0.59 g / cm 3 , and a compressibility of About 1.8% and rebound is about 85%.
本発明の実施形態に係るパッドの別の利点は、より速い研磨速度が要求される、より進んだＣＭＰプロセスの或るものに対して特に適しているということである。本発明の数々の実施形態で見られるこの優れた点は、本発明に係るパッドの熱安定性等の安定性がより高いためであると考えられる。 Another advantage of the pad according to embodiments of the present invention is that it is particularly suitable for some of the more advanced CMP processes where a higher polishing rate is required. This superior point seen in many embodiments of the present invention is believed to be due to higher stability such as thermal stability of the pad according to the present invention.
本発明の実施形態に従って製作されたパッドは、各種平坦化試験において、標準技術のパッドよりも優れた性能を有することが示された。同一のプロセスパラメータにおける除去速度は、固体ポリウレタンパッド即ち標準技術の硬質パッドに比べ、本発明の実施形態に係るパッドの方が一般に２０〜２５％高い。本発明の実施形態に係るパッドの欠陥密度は一般に、標準技術の硬質パッドの約１／２〜約１／１０である。スラリー流に影響されずに除去速度を維持するのに必要なスラリー使用量は、本発明の実施形態に係るパッドの方が一般に４０％少ない。本発明の実施形態に係るパッドの使用寿命は一般に、標準技術の硬質パッドの通常約２倍〜約３倍である。本発明の実施形態に係るパッドは、標準技術の硬質パッドに比べ、ウェハ毎に行うダイヤモンドによるパッドのコンディショニングが少なくて済む。必要なダウンフォースは本発明の実施形態の方が小さく、ウェハ毎に必要なスイープは１回か２回だけでよい。また、本発明の実施形態に係るパッドに比べ、標準技術の硬質パッドの方がパッドコンディショナーの擦り減りが早い。標準技術の硬質パッドに比べ、本発明の実施形態に係るパッドの方が一般に酸化物のエロージョンが少ない。 Pads made in accordance with embodiments of the present invention have been shown to perform better than standard technology pads in various planarization tests. Removal rates at the same process parameters are typically 20-25% higher for pads according to embodiments of the present invention than solid polyurethane pads, ie standard technology hard pads. The defect density of pads according to embodiments of the present invention is typically about 1/2 to about 1/10 of standard technology hard pads. The amount of slurry used to maintain the removal rate unaffected by the slurry flow is generally 40% less for the pads according to embodiments of the present invention. The service life of pads according to embodiments of the present invention is typically about 2 to about 3 times that of standard technology hard pads. The pad according to the embodiment of the present invention requires less conditioning of the diamond pad for each wafer as compared to the standard hard pad. The required down force is smaller in the embodiment of the present invention, and only one or two sweeps are required for each wafer. Further, the pad conditioner wears faster with the hard pad of the standard technology than the pad according to the embodiment of the present invention. Compared to hard pads of standard technology, the pads according to embodiments of the present invention generally have less oxide erosion.
更に、本発明に係るパッドは、充分な研磨特性を提供しつつ、寿命は実質的に長い。 Furthermore, the pad according to the present invention has a substantially long life while providing sufficient polishing properties.
本発明の具体的な実施形態について説明し図示してきたが、添付の特許請求の範囲及びそれらの法的均等物により定義される本発明の真の思想と範囲から逸脱しない限り、具体的に説明し図示した実施形態の詳細部において各種変更が可能であることは明らかであろう。 While specific embodiments of the present invention have been illustrated and illustrated, specific descriptions will be made without departing from the true spirit and scope of the invention as defined by the appended claims and their legal equivalents. It will be apparent that various modifications can be made in the details of the illustrated embodiments.
Claims (28)
ポリマー樹脂と
を含むパッドであって、パッドのショアＤ硬度が約４７より大きくなり、密度が約０．５ｇ／ｃｍ3〜約０．７ｇ／ｃｍ3となり且つ圧縮係数が約７０％より大きくなるように繊維材料に樹脂を含浸させたパッド。 A pad comprising a fibrous material having a density greater than about 0.29 g / cm 3 and a polymer resin, wherein the pad has a Shore D hardness greater than about 47 and a density of about 0.5 g / cm 3 to about 0.7 g. / Cm 3 and a pad in which a fiber material is impregnated with a resin so that the compression coefficient is greater than about 70%.
ポリエステル繊維を含み、デニールが約２、密度が約０．３２±０．０３ｇ／ｃｍ3である不織フェルトと、
ポリウレタンを含み、モジュラスが約３００ｋｇ／ｃｍ〜約４００ｋｇ／ｃｍであるポリマー樹脂と
を含み、
パッドのショアＤ硬度が約４７〜約５７、密度が約０．５ｇ／ｃｍ3〜約０．７ｇ／ｃｍ3、ポリウレタンと繊維の比が約４５：５５、圧縮係数が約７０％より大きくなるように、且つパッドがＣＭＰに有効な量の研磨スラリーを送り出すのに十分な実質的に均一で実質的に開放気孔構造を有するように、フェルトに樹脂を含浸させたパッド。 A pad for chemical mechanical planarization of a substrate for electronic device manufacturing,
A non-woven felt comprising polyester fibers and having a denier of about 2 and a density of about 0.32 ± 0.03 g / cm 3 ;
A polymer resin comprising polyurethane and having a modulus of about 300 kg / cm to about 400 kg / cm,
Pad Shore D hardness of about 47 to about 57, density of about 0.5 g / cm 3 to about 0.7 g / cm 3 , polyurethane to fiber ratio of about 45:55, compression factor greater than about 70% And a pad impregnated with a resin such that the pad has a substantially uniform and substantially open pore structure sufficient to deliver a CMP effective amount of polishing slurry.
ポリマー繊維の不織フェルトであって密度が約０．２９ｇ／ｃｍ3より大きい不織フェルトを準備する工程と、
樹脂を準備する工程と、
繊維の重量％と樹脂の重量％の比が約３５：６５〜約６５：３５の範囲になるようにフェルトに樹脂を含浸させる工程とを含む硬質多孔質パッドの方法。 A method for producing a rigid porous pad having a Shore D hardness of about 47 to about 57 and a density of about 0.5 g / cm 3 to about 0.7 g / cm 3 , comprising:
Providing a non-woven felt of polymer fibers having a density greater than about 0.29 g / cm 3 ;
Preparing a resin;
Impregnating the felt with a resin such that the ratio of the weight percent of the fiber to the weight percent of the resin ranges from about 35:65 to about 65:35.
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