JP2007180550A

JP2007180550A - 改善された欠陥品率を有する多層研磨パッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007180550A
Application number: JP2006343775A
Authority: JP
Inventors: David B James; デビッド・ビー・ジェームス
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Current assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2007-07-12
Also published as: KR20070067641A; FR2894861A1; DE102006058321A1; US20070141312A1; TW200732088A; CN1986162A

Abstract

【課題】半導体基材を研磨するための複合ケミカルメカニカル研磨パッドを得る。
【解決手段】複合ケミカルメカニカル研磨パッド３００は、第一の圧縮性を有する研磨層３０４と、第一の圧縮性よりも低い第二の圧縮性を有する中間層３１２と、第二の圧縮性よりも高く、第一の圧縮性よりも低い第三の圧縮性を有する下層３１４とを有する。研磨層３０４は、少なくとも５０容量％の気孔率を有する。低下した欠陥品率及び改善された研磨性能を有する多層水系研磨パッドを提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）のための研磨パッドに関し、特に、低欠陥品率での研磨を可能にする多層研磨パッド及び多層研磨パッドの製造方法に関する。

集積回路及び他の電子装置の製作においては、導体、半導体及び絶縁材料の多数の層を半導体ウェーハの表面に付着させたり、同表面から除去したりする。導体、半導体及び絶縁材料の薄層は、多様な付着技術によって付着させることができる。最新の加工における一般的な付着技術としては、スパッタリングとしても知られる物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ増強化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）及び電気化学的めっき法（ＥＣＰ）がある。

材料層が順次に付着され、除去されるにつれ、ウェーハの一番上の表面が非平坦になる。後続の半導体加工（たとえばメタライゼーション）はウェーハが平坦面を有することを要するため、ウェーハは平坦化されなければならない。プラナリゼーションは、望ましくない表面トポグラフィーならびに表面欠陥、たとえば粗面、凝集した材料、結晶格子の損傷、スクラッチ及び汚染された層もしくは材料を除去するのに有用である。

ケミカルメカニカルプラナリゼーション、又はケミカルメカニカル研磨（ＣＭＰ）は、半導体ウェーハのような基材を平坦化するために使用される一般的な技術である。従来のＣＭＰでは、ウェーハキャリヤがキャリヤアセンブリに取り付けられ、ＣＭＰ装置中で研磨パッドと接する位置に配される。キャリヤアセンブリは、制御可能な圧力をウェーハに供給して、ウェーハを研磨パッドに押し当てる。パッドは、外部駆動力によってウェーハに対して動かされる（たとえば回転させられる）。それと同時に、化学組成物（「スラリー」）又は他の流動媒体が研磨パッド上で、かつウェーハと研磨パッドとの間の隙間に流される。こうして、ウェーハ表面は、スラリー及びパッド表面の化学的かつ機械的作用によって研磨され、平坦化される。

ポリマー（たとえばポリウレタン）をケークに流込み成形し、そのケークを切り出して（「削出し」）いくつかの薄い研磨パッドにする方法が、再現精度が一貫して高い研磨性を有する「硬い」研磨パッドを製造する効果的な方法であることがわかった。残念ながら、流込み成形・削出し法から製造されるポリウレタンパッドは、研磨パッド流込み位置から生じる研磨性のばらつきを有することがある。たとえば、一番下の流込み位置から切り出されたパッドと、一番上の流込み位置から切り出されたパッドとは、密度及び気孔率が異なることがある。さらには、研磨パッドは、一つのパッドの中でも密度及び気孔率における中心−端部間のばらつきを有することもある。これらのばらつきは、もっとも要求の厳しい用途、たとえば脆い多孔性low-ｋ絶縁体を含むパターン付きウェーハの研磨に悪影響を及ぼすおそれがある。

また、溶媒／非溶媒法を使用してポリマーを凝固させて研磨パッドをウェブフォーマットで形成する方法が「軟らかい」研磨パッドを製造するのに効果的な方法であることがわかった。この方法（すなわちウェブフォーマット）は、流込み成形・削出し法で見られる上述の欠点のいくつかを回避させる。残念ながら、一般に使用される（有機）溶媒（たとえばＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド）は、取扱いがやっかいであり、費用的に許されないことがある。加えて、これらの軟らかいパッドは、凝固過程で形成する気孔のランダムな配置及び構造のためにパッド間のばらつきを有するおそれがある。

加えて、研磨パッドは、２個以上のパッドを合わせることによって形成することもできる。たとえば、Pierceらは、米国特許第５，２８７，６６３号で、異なる材料の３層を積層することによって形成される、ＣＭＰを実施するための研磨パッドを開示している。比較的非圧縮性の上部研磨層が、その非圧縮性研磨層に剛性を提供するのに適した材料から形成された剛性層に取り付けられている。剛性層は、剛性層に弾性圧力を提供するための圧縮性材料でできた弾性層の上部に設けられている。Pierceの３層研磨パッドは、「弾性曲げモード」で作用するように設計されている。換言するならば、剛性層と弾性層とが協働して、研磨面が、ウェーハ表面の局所的トポグラフィーに対して制御された剛性を維持しながらもウェーハ表面の大域的トポグラフィーに適合するように制御された曲げを研磨面に誘発する。

残念ながら、Pierceの複合研磨パッドは、将来的なより厳格な欠陥品率要件を満たすのには不十分である。たとえば、硬質で比較的非圧縮性のPierceの研磨パッドは、特にＣｕlow-ｋ材料の場合、許容できないレベルの欠陥品率を非研磨面に生じさせる。しかし、特にlow-ｋ材料研磨で使用される非常に低いダウンフォース（１psi未満）を考慮すると、硬質のパッドが所要の研磨速度を達成することが望まれる。

したがって、一貫した研磨性能、より低い欠陥品率を提供し、費用効果的に製造することができる研磨パッドが要望される。加えて、求められるものは、改善された密度及び気孔率の均一性を有する研磨パッドである。

本発明の態様で、第一の圧縮性を有する研磨層と、第一の圧縮性よりも低い第二の圧縮性を有する中間層と、第二の圧縮性をよりも高く、第一の圧縮性よりも低い第三の圧縮性を有する下層とを有し、研磨層が少なくとも５０容量％の気孔率を有するものである、半導体基材を研磨するための複合ケミカルメカニカル研磨パッドが提供される。

本発明は、低下した欠陥品率及び改善された研磨性能を有する多層研磨パッドを提供する。好ましくは、研磨パッドは、ウェブフォーマットで製造され、流込み成形され、削り出された「硬い」研磨パッドに伴いがちなパッド間のばらつきを減らす。加えて、研磨パッドは、好ましくは、有機溶媒系ではなく水系であり、凝固法によって形成される従来技術の「軟らかい」パッドよりも製造しやすい。また、研磨パッドは、気孔率が高く、多層であって、他の研磨計量指標、たとえば除去速度、トポグラフィー制御及びパッド寿命を犠牲にすることなく欠陥品率の低下を提供する。本発明の研磨パッドは、半導体基材、剛性メモリディスク、光学製品を研磨するのに有用であり、半導体加工の様々な局面、たとえばＩＬＤ、ＳＴＩ、タングステン、銅、low-ｋ絶縁材及び超low-ｋ絶縁材の研磨における使用に有用である。

図面を参照すると、まず図１は、本発明の多層研磨パッド３００を製造するための装置１００を示す。好ましくは、多層研磨パッド３００は、できるだけ多くの研磨スラリー又は反応性液体を保持してウェーハと接触させるために高い気孔率を有する。本発明者によって認識されているように、将来的な研磨要件に関して、研磨の化学的寄与が機械的寄与よりも重要になろう。したがって、本発明の研磨パッド３００は、少なくとも５０容量％の気孔率を有する研磨層３０４を有する多層の多孔性（「多孔質」）研磨パッドである。より好ましくは、本発明の研磨パッド３００は、少なくとも６５容量％の上部パッドの気孔率を有する多孔質研磨パッドである。もっとも好ましくは、本発明の研磨パッド３００は、少なくとも７５容量％の上部パッドの気孔率を有する多孔質研磨パッドである。多孔質の上部の研磨層３０４は、「デュアル」サブパッド（以下さらに述べる）とともに、他の研磨計量指標、たとえば除去速度、トポグラフィー制御及びパッド寿命を犠牲にすることなく欠陥品率の低下を提供する本発明の多層研磨パッドを提供する。

さらに、本発明の研磨パッド３００は、研磨層３０４の厚さ方向全体に相互接続される気孔を有する。このようにして、研磨くずを研磨層３０４に吸収させ、研磨層（界面）から離して上部の研磨層３０４の下面に向けて分散させることができる。また、その高い気孔率及び研磨流体中の含浸のために圧縮性である上層は、流体がウェーハの下で反復的に循環移行する間に流体をウェーハ表面に押し当てるポンプとして作用することができる。さらには、研磨パッド３００の相互接続気孔構造は、研磨層３０４の厚さ方向全体に均一であり、パッドが磨耗しても、気孔の断面形状及びウェーハと接触する表面積が一定のままであるようになっている。気孔構造は、微孔が相互接続されたものであってもよいし、柱状であってもよい。

研磨パッド３００の研磨層３０４は、焼結、延伸、トラックエッチング、テンプレートリーチング及び転相をはじめとする種々の方法によって形成することができる。特に、転相の方法としては、たとえば、溶媒蒸発による沈殿、気相からの沈殿、制御された蒸発による沈殿、熱沈殿及び浸漬沈殿がある。相互接続された気孔を製造する他の方法としては、超臨界流体又は低密度発泡技術を使用する方法がある。

本発明の実施態様では、多層研磨パッド３００は、「連続製造」を可能にする「ロール状」フォーマットで形成されて、バッチ処理法によって生じるおそれのある異なる研磨パッド３００間のばらつきを減らす。装置１００は、らせんに巻かれた基材３０２を長手方向に連続した形態で貯蔵するフィードリール又は巻き出しステーション１０２を含む。図３〜３Ｂに関して以下さらに述べるように、基材３０２は、剛性中間層３１２及び圧縮性下層３１４を含む「デュアル」サブパッド設計を含む。このようにして、剛性中間層３１２は、ダイスケール長では剛性を均衡させるが、より圧縮性の層３１４とともに作用してウェーハスケール長では可撓性になるようにする。

フィードローラ１０２は、駆動機構１０４によって機械的に駆動されて制御された速度で回転する。駆動機構１０４は、たとえば、ベルト１０６及びモータ駆動プーリ１０８を含む。場合によっては、駆動機構１０４は、モータ駆動フレキシブルシャフト又はモータ駆動ギヤ系（図示せず）を含む。

さらに図１を参照すると、連続基材３０２は、フィードリール１０２により、離間した駆動ローラ１１２の間に掛け渡された連続コンベヤ１１０、たとえばステンレス鋼ベルトの上に供給される。駆動ローラ１１２は、コンベヤ１１０の線移動を連続基材３０２の線移動と同期化する速度でモータ駆動することができる。基材３０２は、コンベヤ１１０により、各駆動ローラ１１２と対応するアイドラローラ１１２ａとの間の空間に沿って輸送される。アイドラローラ１１２ａは、基材３０２の正トラッキング制御のためにコンベヤ１１０と係合する。コンベヤ１１０は、テーブル支持体１１０ｂの平坦で水平な面に支持された平坦区分１１０ａを有し、この平坦区分が、基材３０２を支持し、輸送して、連続する製造ステーション１１４、１２２及び１２６に通す。ローラの形態にある支持部材１１０ｃが、コンベヤ１１０及び基材３０２の正トラッキング制御のために、コンベヤ１１０及び基材３０２の側縁に沿って分布している。

第一の製造ステーション１１４はさらに、貯蔵タンク１１６及びそのタンク１１６の出口のノズル１１８を含む。粘稠な流動状態ポリマー組成物がタンク１１６に供給され、ノズル１１８によって連続基材３０２の上にディスペンスされる。ノズル１１８の流量はタンク１１６の出口のポンプ１２０によって制御される。ノズル１１８は、基材３０２の全幅に及ぶように連続基材３０２の幅と同じ幅であってもよい。コンベヤ１１０が基材３０２を輸送して製造ステーション１１４に通すと、連続流体相研磨層３０４が基材３０２の上に供給される。流動状態ポリマー組成物は、従来の接着技術によって基材３０２に付着させることもできる。

原料は、タンク１１６を繰り返し満たす大きな均質供給分に混合することができるため、完成品の組成及び性質におけるばらつきが減る。換言するならば、本発明は、従来技術の流込み成形・削出し技術に伴う問題を解決するための水性研磨パッドを製造するウェブフォーマット法を提供する。この方法の連続性は、多層多孔質研磨パッド３００を製造するための、多数の個々の研磨パッド３００が所望の区域パターン及びサイズに切り出される正確な制御を可能にする。多数の個々の研磨パッド３００は、組成及び性質のばらつきが減少する。

好ましくは、流動状態ポリマー組成物は水系である。たとえば、組成物は、水系ウレタン分散系（たとえば、米コネチカット州MiddleburyのCrompton社のW-290H、W-293、W-320、W-612及びA-100ならびに米ニュージャージー州West PatersonのCytec Industries社のHP-1035及びHP-5035）及びアクリル分散系（たとえば、米ペンシルバニア州PhiladelphiaのRohm and Haas社のRhoplex（登録商標）E-358）を含むことができる。加えて、ブレンド、たとえばアクリル／スチレン分散系（たとえば、米ペンシルバニア州PhiladelphiaのRohm and Haas社のRhoplex（登録商標）B-959及びE-693）を使用してもよい。加えて、水系ウレタン分散系とアクリル分散系とのブレンドを使用してもよい。

本発明の好ましい実施態様では、水系ウレタン分散系とアクリル分散系とのブレンドは１００：１〜１：１００の重量比で提供される。より好ましくは、水系ウレタン分散系とアクリル分散系とのブレンドは１０：１〜１：１０の重量比で提供される。もっとも好ましくは、水系ウレタン分散系とアクリル分散系とのブレンドは３：１〜１：３の重量比で提供される。

水系ポリマーは、多孔性及び充填材入り研磨パッドを形成するのに有効である。本明細書に関して、研磨パッドの充填材としては、研磨中に除去される又は溶解する固形粒子及び液体充填粒子又は球体がある。本明細書に関して、気孔としては、ガス充填粒子、ガス充填球体及び他の手段、たとえばガスを機械的に粘稠系に送り込んで泡立てる、ガスをポリウレタン溶融体に注入する、ガス状生成物との化学反応を使用してガスをその場で導入する、又は圧力を下げて溶解ガスによって気泡を形成させることによって形成される空隙がある。加えて、気孔は、たとえばｐＨ、イオン強度又は温度を変えることによって水系ポリマー分散系を不安定化することによって形成することもできる。

場合によっては、流動状態ポリマー組成物は、消泡剤（CognisのFoamaster（登録商標）111）及びレオロジー変性剤（たとえば、いずれもRohm and Haas社のAcrysol（登録商標）ASE-60、Acrysol I-62、Acrysol RM-12W、Acrysol RM-825及びAcrysol RM-8W）をはじめとする他の添加剤を含有することもできる。他の添加剤、たとえば皮張り防止剤（たとえば、Lanxess社のBorchi-Nox（登録商標）C3及びBorchi-Nox M2）及び融合剤（Eastman ChemicalsのTexanol（登録商標）Esterアルコール）を使用してもよい。加えて、研磨層は、相の少なくとも一つが室温未満のガラス転移温度を有する軟質のポリマー又はポリマーブレンドでできているべきである。また、添加剤、たとえば耐摩耗性を改善するためのカーボンブラック、摩擦を減らすためのＰＴＦＥ又は湿潤性を改善するための界面活性剤を含めてもよい。

第二の製造ステーション１２２は、たとえば、連続基材３０２から所定の距離に位置して連続基材との間にクリアランス空間を画定するドクターブレード１２４を含む。コンベヤ１１０が連続基材３０２及び流体相研磨層３０４を輸送して製造ステーション１２２のドクターブレード１２４を通過させると、ドクターブレード１２４が流体相研磨層３０４を所定の厚さに連続的に成形する。

第三の製造ステーション１２６は、硬化オーブン１２８、たとえば、連続基材３０２及び研磨層３０４を輸送する加熱されたトンネル状部を含む。オーブン１２８は、流体相研磨層３０４を、連続基材３０２に接着する連続固相研磨層３０４へと硬化させる。水分は、たとえば表面のブリスタを避けるため、ゆっくりと除去するべきである。硬化時間は、オーブン１２８を通過するときの温度及び輸送速度によって制御される。オーブン１２８は、輻射加熱又は強制対流加熱又は両方を使用する、燃料燃焼式でもよいし、電気燃焼式でもよい。

好ましくは、オーブン１２８の温度は５０℃〜１５０℃であることができる。より好ましくは、オーブン１２８の温度は５５℃〜１３０℃であることができる。もっとも好ましくは、オーブン１２８の温度は６０℃〜１２０℃であることができる。加えて、研磨層３０４は、５fpm〜２０fpm（１．５２mps〜６．１０mps）の速度でオーブン１２８に通すことができる。好ましくは、研磨層３０４は、５．５fpm〜１５fpm（１．６８mps〜４．５７mps）の速度でオーブン１２８に通すことができる。もっとも好ましくは、研磨層３０４は、６fpm〜１２fpm（１．８３mps〜３．６６mps）の速度でオーブン１２８に通すことができる。

次に図１Ａを参照すると、連続基材３０２は、オーブン１２８を出ると、連続固相研磨層３０４に接着して、連続多層多孔質研磨パッド３００を構成する。多層研磨パッド３００は、製造ステーション１２６の後に続く巻き取りリール１３０にらせんに巻き取られる。巻き取りリール１３０は第二の駆動機構１０４によって駆動される。巻き取りリール１３０及び第二の駆動機構１０４が、製造装置１００の中で選択的に配置される別個の製造ステーションを構成する。

次に図２を参照すると、連続多層研磨パッド３００の表面コンディショニング又は表面仕上げのための装置２００が任意に提供されている。装置２００は、図１に示すものに類似したコンベヤ１１０又は同じコンベヤ１１０の延長区分を含む。装置２００のコンベヤ１１０は、駆動ローラ１１２及びオーブン１２６を出た多層研磨パッド３００を支持する平坦区分１１０ａを有する。装置２００のコンベヤ１１０は、連続研磨パッド３００を輸送して一つ以上の製造ステーション２０１、２０８及び２１２に通し、そこで研磨パッド３００は、オーブン１２６中での硬化に続いてさらに処理される。装置２００は、図１を参照して示したように作動するさらなる平坦なテーブル支持体１１０ｂ及びさらなる支持部材１１０ｃを有する状態で示されている。

固化した研磨層３０４は、サンドペーパでバフィングするのではなくダイアモンドでバフィングすると、研磨層３０４の所望の表面仕上げ及び平坦な表面レベルを露呈させることができる。好ましくは、研磨層３０４を分割して所望の表面仕上げを露呈させてもよい。このようにして、パッド表面のアスペリティ高さが密な範囲に制御され、この分布がパッド寿命にわたって維持される。したがって、欠陥、特にマイクロスクラッチ及びチャターマーク、砥粒／パッドアスペリティとウェーハ表面との間の局所化接触圧力が最小限になる。換言するならば、研磨力が、少数の接触点に集中するのではなく多数の接触点で均一に分散する。そのために、本発明者は、ポリマー配合及び「ゴム状」ポリマーの添加に関して、ある種のポリマーが研磨層の表面を開裂させて、液交換を促進し、研磨層の厚さ方向全体を通じてより均一な気孔構造を提供するであろうことを見いだした（たとえばParaloid EXL（商標）2691）。

導体ディッシング及び酸化物エロージョンのようなパラメータの形体レベルでのトポグラフィー制御は強いスラリー依存性を有するが、パッド表面アスペリティ分布もまた、特に形体ディッシングに関して役割を演じると考えられている。先に述べたように、高い点圧力スポットを減らすためにアスペリティ高さ分布の制御は重要である。いくらか同じように、アスペリティが導体ライン幅と匹敵するサイズ又はそれよりも小さなサイズであるならば、アスペリティがフィーチャを彫り下げ、ディッシングを増すおそれがある。これは、アスペリティがフィーチャサイズよりも大きな有効先端径を有する状態でアスペリティ高さの均一な分布を保証することによって最小限に抑えることができる。先端は、鋭利ではなく丸みを帯びているべきであり、アスペリティは、高いアスペクト比ではなく低いアスペクト比を有するべきである。研磨圧力及び条件の下、アスペリティは、ウェーハと接触したときの変形が可逆性であるよう、良好な弾性を有するべきである。これがダイアモンドコンディショニングの使用を減らすことができる。

研磨中、砥粒がパッドのアスペリティと組み合わさって機械的除去効果をもたらすことによってウェーハ材料を除去する。硬い砥粒とウェーハ表面との間の力が大きすぎるならば、ウェーハ表面のマイクロスクラッチが起こるおそれがある。これを最小限にするため、アスペリティは、砥粒が部分的又は完全にアスペリティ中に浸透することができるような物理的性質を有するべきである。これは、砥粒がピッチの表面に沈み込むガラスの研磨に似ている。浸透に関して、アスペリティの肝要な性質は低い降伏強さ及び弾性率である。

本発明のもう一つの任意の特徴は、上層における巨視的溝の存在である。これらの溝は、パッドとウェーハとの間の吸引力を減らして、ウェーハが、研磨後に流体を解放し、研磨中にパッド表面上の流体輸送を制御するようにする。後者は、より効率的な研磨を保証し、ウェーハ表面の研磨プロフィールを制御するために使用することができ、欠陥品率を下げるためのさらなる方法として使用することができる。溝は、円形、クロスハッチ、らせん状又は半径方向設計であることもできるし、特定の用途に最適化された一定の変形した半径方向又はらせん溝設計をはじめとするそれらの組み合わせであることもできる。

所望により、溝又は他の凹みの形態のアスペリティが研磨層３０４の表面に加工される。たとえば、作業ステーション２０１は、型押作業中に互いに近づく往復運動型押ダイ２０２及び固定ダイ２０４を有する１対の圧縮成形型押ダイを含む。往復運動ダイ２０２は連続研磨層３０４の表面に面する。ダイ２０２上の多数の歯２０５が連続研磨層３０４の表面に貫入する。型押作業は表面仕上げ作業を提供する。たとえば、歯２０５は研磨層３０４の表面に溝のパターンを押し込む。コンベヤ１１０は、断続的に停止させてもよく、ダイ２０２及び２０４が互いに近づくとき静止状態になる。あるいはまた、ダイ２０２及び２０４は、コンベヤ１１０と同期的に、ダイ２０２及び２０４が互いに近づく時間、輸送方向に動く。

製造ステーション２０８は、たとえば、連続研磨層３０４の表面に溝を切るための回転ソー２１０を含む。ソー２１０は、たとえば、直交運動プロッタにより、所定の経路に沿って動かされて所望のパターンの溝を切る。もう一つの製造ステーション２１２が、連続研磨層３０４の表面を、選択的に粗化又は平滑化される所望の表面仕上げの平坦面までバフィング又は研磨するための回転研磨ヘッド２１４を含む。

製造ステーション２０２、２１０及び２１２の順序は、図２に示す順序と異なることができる。所望により、一つ以上の製造ステーション２０２、２１０及び２１２を省くこともできる。巻き取りリール１３０及び第二の駆動機構１０４は、製造装置２００の中でコンベヤ１１０の端部に選択的に配置されて固相連続研磨パッド３００を収集する別個の製造ステーションを構成する。

次に図３を参照すると、本発明の装置１００によって製造される多層多孔質研磨パッド３００の断面図が提示されている。上で述べたように、オーブン１２８中で硬化すると、液相ポリマーは、固化した多孔質研磨パッド３００を形成する。一つの実施態様では、研磨パッド３００は柱状物３０６を含むこともできる。柱状物３０６は、研磨層３０４の厚さ方向全体に相互接続することができる気孔を提供する。このようにして、研磨くずを研磨層３０４に吸収し、研磨層（界面）から離して上部の研磨層３０４の下面に向けて分散させることができる。また、その高い気孔率及び研磨流体中の含浸のために圧縮性である上層は、流体がウェーハの下で反復的に循環移行する間に流体をウェーハ表面に押し当てるポンプとして作用することができる。さらには、研磨パッド３００の相互接続気孔構造は、研磨層３０４の厚さ方向全体に均一であり、パッドが磨耗しても、気孔の断面形状及びウェーハと接触する表面積が一定のままであるようになっている。

好ましくは、研磨層３０４は、研磨条件下で本質的に「ゴム状」であり、そのバルクポリマーのショアーＤ硬さは４０D未満である。より好ましくは、研磨層は、バルクポリマーのショアーＤ硬さが３０D未満である。もっとも好ましくは、研磨層は、バルクポリマーのショアーＤ硬さが２５D未満である。また、研磨層３０４は厚さ０．５mm未満である。より好ましくは、研磨層は厚さ０．４mm未満である。もっとも好ましくは、研磨は厚さ０．２５mm未満である。

上で述べたように、基材３０２は、剛性中間層３１２及び圧縮性下層３１４を含む「デュアル」サブパッド設計を含む。このようにして、剛性中間層３１２は、ダイスケール長で剛性を均衡させるが、より圧縮性の層３１４とともに作用してウェーハスケール長で可撓性になるようにする。これは、パッドが非平坦なウェーハに適合することを可能にする。中間層に適した材料は、ポリマーフィルム、たとえばポリエチレンテレフタレート及びポリカーボネート又はそれらのブレンドである。中間層３１２に好ましい厚さは０．３８mm未満であり、好ましくは０．１３mm〜０．２６mmである。

圧縮性の下層３１４は、中間層３１２よりも圧縮性であるが、上部の研磨層３０４よりは非圧縮性である。下層３１４に適した材料としては、たとえば、非孔質エラストマーシート及び高密度独立気泡ポリマーフォームがある。また、フォームに液体が浸入することを防ぐため、ポリマーは疎水性であるべきである。好ましいポリマーとしては、たとえば、優れた加水分解安定性、耐薬品性及び耐熱性ならびに反発特性を有するシリコーンエラストマーがある。下層３１４は、ウェーハ直径の範囲での研磨均一性を改善するのに十分な圧縮性を有するべきであるが、平坦化する能力及びエッジ効果が問題にならないよう圧縮性が高すぎるべきではない。下層に好ましい厚さは１mm未満であり、好ましくは０．６４mm未満であり、もっとも好ましくは０．２５mm未満である。圧縮率の値は、１０％未満、好ましくは５％未満、もっとも好ましくは約３％であるべきである。圧縮率は、ＡＳＴＭＦ３６−９９（「Standard Test Method for Compressibility and Recovery of Gasket Materials」）手法にしたがって試験することができる。反発値は、９０％を超えるべきであり、好ましくは９５％を超えるべきであり、もっとも好ましくは９８％を超えるべきである。

次に、図３Ａを参照すると、本発明の研磨パッド３００のもう一つの実施態様で、泡立て剤又は発泡剤又はガスの形態の同伴成分がポリマー混合物に含まれ、このポリマー混合物がその成分を同伴したマトリックスとして働く。硬化すると、泡立て剤又は発泡剤又はガスは揮発分として抜けて、連続研磨層３０４中に分散した気孔３０８を提供する。図３Ａの研磨パッド３００は基材３０２をさらに含む。ここでもまた、上記のように、気孔３０８は、研磨層３０４の厚さ方向全体に相互接続されていることができる気孔を提供する。このようにして、基材３０２とともに、研磨くずを研磨層３０４に吸収し、研磨層（界面）から離して上部の研磨層３０４の下面に向けて分散させることができる。また、その高い気孔率及び研磨流体中の含浸のために圧縮性である上層は、流体がウェーハの下で反復的に循環移行する間に流体をウェーハ表面に押し当てるポンプとして作用することができる。さらには、研磨パッド３００の相互接続気孔構造は、研磨層３０４の厚さ方向全体に均一であり、パッドが磨耗しても、気孔の断面形状及びウェーハと接触する表面積が一定のままであるようになっている。

次に図３Ｂを参照すると、ポリマー混合物中に含まれ、連続研磨層３０４中に分散したマイクロバルーン又は高分子微小エレメント３１０を含む研磨パッド３００のもう一つの実施態様が示されている。微小エレメント３１０はガス充填されていてもよい。あるいはまた、微小エレメント３１０には、研磨作業中に研磨パッド３００が使用されるとき摩耗によって微小エレメント３１０が開裂すると小出しされる研磨流体が充填されていてもよい。あるいはまた、微小エレメント３１０は、研磨作業中に水に溶解する水溶性ポリマー微小エレメントである。図３Ｂの研磨パッド３００は基材３０２をさらに含む。このようにして、基材３０２とともに、研磨くずを研磨層３０４に吸収し、研磨層（界面）から離して上部の研磨層３０４の下面に向けて分散させることができる。また、その高い気孔率及び研磨流体中の含浸のために圧縮性である上層は、流体がウェーハの下で反復的に循環移行する間に流体をウェーハ表面に押し当てるポンプとして作用することができる。さらには、研磨パッド３００の相互接続気孔構造は、研磨層３０４の厚さ方向全体に均一であり、パッドが磨耗しても、気孔の断面形状及びウェーハと接触する表面積が一定のままであるようになっている。

好ましくは、微小エレメント３１０の少なくとも一部は一般に可撓性である。適当な微小エレメント３１０としては、無機塩、糖及び水溶性粒子がある。このような高分子微小エレメント３１０の例は、ポリビニルアルコール、ペクチン、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、ポリヒドロキシエーテルアクリライト、デンプン、マレイン酸コポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリウレタン、シクロデキストリン及びこれらの組み合わせを含む。微小エレメント３１０を、たとえば分枝化、ブロッキング及び架橋によって化学的に改変して溶解度、膨潤度及び他の性質を変化させてもよい。微小球に好ましい材料は、ポリアクリロニトリルとポリ塩化ビニリデンとのコポリマー（たとえば、スウェーデンSundsvallのAkzo NobelのExpancel（商標））である。

好ましくは、上で述べたように、多層多孔質研磨パッド３００は、少なくとも５０容量％の気孔率又は充填材濃度を含有することができる。この気孔率又は充填材は、研磨中に研磨流体を移動させる研磨パッドの能力に寄与する。換言するならば、気孔率の増大が研磨パッドの相互接続性を可能にする。より好ましくは、研磨パッドは、少なくとも６５容量％の気孔率又は充填材濃度を有する。もっとも好ましくは、研磨パッドは、少なくとも７５容量％の気孔率又は充填材濃度を有する。好ましくは、気孔又は充填材粒子は重量平均直径が１０〜１００μmである。もっとも好ましくは、気孔又は充填材粒子は重量平均直径が１５〜９０μmである。膨張した中空高分子微小エレメントの重量平均直径の公称範囲は１５〜５０μmである。

したがって、本発明は、低下した欠陥品率及び改善された研磨性能を有する多層研磨パッドを提供する。本発明の研磨パッドは、少なくとも５０容量％の気孔率を有する研磨層を有する多層多孔質研磨パッドである。好ましくは、研磨パッドは、ウェブフォーマットで製造され、流込み成形され、削り出された「硬い」研磨パッドに伴いがちなパッド間のばらつきを減らす。加えて、研磨パッドは、好ましくは、有機溶媒系ではなく水系であり、溶媒ベースの凝固法によって形成される従来技術の「軟らかい」パッドよりも収率が高く、欠陥が少ない。したがって、本多層研磨パッドは、抜きんでた欠陥品性能を提供して、ウェーハ、ダイ及び形体サイズスケール長で平坦なトポグラフィーを生成する。

本発明の多層研磨パッドの連続製造のための装置を示す。本発明のもう一つの製造装置を示す。本発明の多層研磨パッドの連続コンディショニングのための装置を示す。図１に示す装置によって製造された多層研磨パッドの断面を示す。図１に示す装置によって製造されたもう一つの多層研磨パッドを示す。図１に示す装置によって製造されたもう一つの多層研磨パッドを示す。

Claims

第一の圧縮性を有する研磨層と、
前記第一の圧縮性よりも低い第二の圧縮性を有する中間層と、
前記第二の圧縮性よりも高く、前記第一の圧縮性よりも低い第三の圧縮性を有する下層と
を有し、前記研磨層が少なくとも５０容量％の気孔率を有するものである、半導体基材を研磨するための複合ケミカルメカニカル研磨パッド。
前記研磨層が４０D未満のショアーＤ硬さを有する、請求項１記載の研磨パッド。
前記研磨層が０．５mm未満の厚さを有する、請求項１記載の研磨パッド。
前記研磨層が水性ポリマー又はそのブレンドで形成されたポリマーマトリックスを含む、請求項１記載の研磨パッド。
前記ポリマーマトリックスがウレタン分散系、アクリル分散系、スチレン分散系又はそれらのブレンドである、請求項４記載の研磨パッド。
前記ポリマーマトリックスがウレタン分散系とアクリル分散系との重量比１００：１〜１：１００のブレンドを含む、請求項４記載の研磨パッド。
前記ポリマーマトリックスが消泡剤、レオロジー変性剤、皮張り防止剤又は融合剤をさらに含む、請求項４記載の研磨パッド。
前記ポリマーマトリックスが、その中に分散した微小エレメントを有し、前記微小エレメントが、ポリビニルアルコール、ペクチン、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、ポリヒドロキシエーテルアクリライト、デンプン、マレイン酸コポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリウレタン、シクロデキストリン、ポリ二塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるものである、請求項４記載の研磨パッド。
前記中間層が０．４mm未満の厚さを有する、請求項１記載の研磨パッド。
前記下層が１mm未満の厚さを有する、請求項１記載の研磨パッド。