JP2007521980A - 研磨パッドのベースパッド及びそれを含む多層パッド - Google Patents

Abstract

【課題】開示されたものは、化学的機械研磨又は平坦化加工中、研磨スラリーと共に使用される研磨パッドのベースパッド及びそれを用いる多層パッドである。本発明のベースパッドは微細孔を有さないため、研磨スラリー及び水の浸透を防止することができ、また、物性の不均一化を回避することができる。それにより、研磨パッドの寿命を長期化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、研磨パッドのベースパッド及びそれを用いる多層パッドに関する。より具体的には、本発明は、半導体加工の全ての工程における種々の基材の平坦化のための研磨加工に使用する研磨パッドのベースパッド及びそれを用いて製造される多層パッドに関する。

化学的機械研磨（以後、“ＣＭＰ”と記載する。）又は平坦化加工は、半導体加工の全ての工程において、種々の基材、即ち、シリコン、酸化ケイ素、金属（タングステン、銅又はチタン）、金属酸化物、誘電体又はセラミックが被着される基材を平坦化するために実施される。この研磨加工は、ウェハーの表面を化学的に腐食し、該腐食された表面を機械的に研磨するために、研磨スラリーが研磨パッドとウェハーの間に供給される、精密／光沢表面研磨加工の一つである。

典型的には、研磨パッドは、直接研磨加工中に目的物を磨くための研磨層を有する研磨パッド及び該研磨パッドを支持するためのベースパッドを含む。

研磨パッドを製造するための方法は、例えば、“レーザーを使用する化学的機械研磨パッドの製造方法（ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ａ ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐａｄ ｕｓｉｎｇ ａ ｌａｓｅｒ）”の表題が付けられた韓国特許出願第２００１−４６７９５号明細書、“レーザー光線及びマスクを使用する研磨パッドの製造方法（ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ａ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐａｄ ｕｓｉｎｇ ａ ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ ａｎｄ
ａ ｍａｓｋ）”の表題が付けられた韓国特許出願第２００２−４５８３２号明細書及び“高硬度及び優れた耐摩耗性を有するポリウレタン弾性体の製造のための組成物（ａ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ａ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ
ｅｌａｓｔｉｃ ｂｏｄｙ ｈａｖｉｎｇ ｈｉｇｈ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）”の表題が付けられた韓国特許出願第２００２−０６３０９号明細書に開示されている。一般に、長時間スラリーを維持するために、物理的及び化学的方法を介して、研磨パッドに微小−気泡が形成されるか或いは貫通孔又は溝が形成される。これに関して、上記の韓国特許出願第２００１−４６７９５号明細書及び韓国特許出願第２００２−４５８３２号明細書は、レーザー及びマスクを使用する研磨パッドにおける微小−気泡、溝及び／又は貫通孔の種々の様式の形成方法を開示するが、これは中空体の挿入又は泡の化学的発生により気泡を形成する慣用方法の代わりに又は機械的手段を使用する溝及び貫通孔を形成する別の慣用方法の代わりに採用される。更に、上記の韓国特許出願第２００２−０６３０９号明細書は、研磨パッドの硬度及び耐摩耗性を改善し得るポリウレタン弾性体の製造のための組成物を提案する。

同様に、ベースパッドは、発泡ポリウレタン材料から形成されたシート又はフェルトをポリマー物質中に組み込むことにより製造される。更に詳細には、典型的な発泡を用いるポリウレタンパッドの製造は１段階からなるワンショット法を介して達成されるが、該方法においては、全ての原材料及び発泡体（化学的及び機械的発泡）は同時に撹拌及び互いに反応され、それにより、パッド中に微細孔を形成する。ウレタン組み込みを介するパッドの製造方法において、フェルトのような繊維は、事前に製造された液体ポリウレタンに浸漬され（湿潤され）、従ってポリウレタンがフェルト間の空隙を満たし、結果として微細孔が形成される。

研磨加工中に使用される研磨スラリー及びＤＩ水はベースパッド中に存在する微細孔に浸透し、そして該微細孔への浸透は、ＣＭＰ加工の性能の指標である、ウェハーの研磨均一性に悪影響を与えうる。加えて、前記浸透は研磨パッドが使用される時間、即ち、寿命を短くする。更に、慣用のベースパッドの物性は、ＣＭＰ加工中の圧盤及びウェハー間の回転力及び鉛直応力により変化し得る。
韓国特許出願第２００１−４６７９５号明細書 韓国特許出願第２００２−４５８３２号明細書 韓国特許出願第２００２−０６３０９号明細書

発明の開示
技術的課題
従って、本発明者等は先行技術において発生する問題を解決するために広範な研究を実施し、結果として研磨パッドのベースパッド及びそれを用いる多層パッドを開発した。該ベースパッドにおいて、優れた研磨均一性が、化学的機械研磨（ＣＭＰ）又は平坦化加工中、研磨スラリー及び水が浸透すること無しに確実になされ、そのため、該研磨パッドの寿命が長期化する。本発明の目的は、内部に微細孔を有さない均一なベースパッドを提供することであるが、それは、ＣＭＰ加工中、研磨スラリー及び水の浸透を防ぐように、また、ＣＭＰ加工中、研磨パッドにおける力の作用によるその物性の変化を防ぐように、微細孔がその中に存在しないような方法においてコントロールされる。本発明の別の目的は、上記ベースパッドを含む多層パッドを提供することである。

技術的解決
上記目的を達成するために、本発明において、孔を有さず、しかし均一な物性を有するベースパッドが、発泡又はフェルトの組み込みを介する慣用のベースパッドの製造の代わりに製造される。

図１は本発明の研磨パッドのベースパッド及びそれを用いる多層パッドを示し； 図２は、本発明のベースパッド及びフェルト製の慣用のベースパッドが水と研磨スラリーの混合溶液（水：研磨スラリー＝１：１）に曝された場合の非−吸収性を比較して示すグラフであり；及び 図３は本発明のベースパッド及び慣用の発泡タイプのベースパッドを用いてＣＭＰ加工に付された基材の平坦化の程度を比較して示すグラフである。

発明を実施するための最良の形態
発泡により製造される慣用のポリマーベースパッドにおいて、又は、ポリマー物質中にフェルトを組み込んで製造される慣用のベースパッドにおいて、該製造加工の特徴により不均一な孔が存在する。これはベースパッド上で研磨スラリー又はＤＩ水の吸収を引き起こし、そしてベースパッド上に吸収された研磨スラリー又はＤＩ水は、実際のＣＭＰ加工中に該パッドの表面の不均一性を引き起こす。従って、ウェハーはＣＭＰ加工中に不均一に研磨されるが、それは該ＣＭＰ加工において望ましくないものである。

しかしながら、本発明のベースパッド、即ち、その中に孔を有さない該ベースパッドは、ベースパッドを不均一にし得る微細孔がベースパッド中に形成されないため、均一な物性を確実にすることができる。

発泡又はポリマー物質中へのフェルトの組み込みにより製造される慣用のベースパッドは微細孔を有するため、ＣＭＰ加工中の鉛直応力及び圧盤及びウェハー間の回転力によりベースパッドの物性が変化し、そのため、研磨加工中に均一性が減少し得る。

加えて、もし研磨スラリー及びＤＩ水がＣＭＰ加工中にベースパッドの孔中へ浸透すれば、ウェハーの研磨均一性が該研磨加工中に減少する。研磨加工中の研磨スラリー及びＤＩ水のベースパッドへの該浸透は、研磨パッドの寿命を減少させる。

それ故に、本発明において、微細孔を有さないベースパッドが、研磨加工中に悪化した物性を引き起こし得るベースパッドの変形を防止することを目的に開発される。

本発明において、ベースパッドは孔を有さず、そのため、高精密、高集積のＣＭＰ加工中に該パッドの厚さの一貫性を確実にすることが可能になり、それにより、機械的加工を用いる慣用のベースパッドの厚さを高精度にコントロールすることにおける諸問題を回避する。

本発明のベースパッドはポリウレタン、ＰＶＣ、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、マレイン酸コポリマー、メチルセルロース及びカルボキシメチルセルロースからなる群より選択される少なくとも１種から製造される。

本発明のベースパッドの製造方法は、発泡又はフェルトの組み込みを用いる慣用のベースパッドの製造とは異なり、該ベースパッド中に微細孔が形成しないように、２段階の混合法を用いる。

２段階の混合法はプレポリマー法と呼ばれ、また、微細孔を有さないベースパッドの製造方法である。即ち、要求される物性を有するベースパッドを製造するために、ポリウレタン、ＰＶＣ、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、マレイン酸コポリマー、メチルセルロース及びカルボキシメチルセルロースからなる群より選択される少なくとも１種を第一反応器中に供給し及び反応させて最初にプレポリマーを製造する。第二工程において、完全硬化を達成するために、プレポリマーはポリオール反応基又はアンモニア反応基を有する物質と３：１ないし２：１の質量比で反応される。

ポリオール反応基を有する物質の例は、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート及びポリプロピレンアジペートのようなポリエステルグリコール、テトラメチルエーテルグリコール、ポリ（オキシプロピレン）トリオール、ポリ（オキシプロピレン）ポリ（オキシエチレン）トリオール、ポリ（オキシプロピレン）ポリ（オキシエチレン）トリオール及びポリ（オキシプロピレン）ポリ（オキシエチレン）ポリ（オキシプロピレン）トリオールのようなポリアルキレンエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリブタジエンポリオール並びにポリマーポリオールを含む。更に、ポリオールは単独又は混合物として使用される。

アンモニア系反応基を有する物質の例は、３，３´−ジクロロベンジジン、４，４´−ジアミノ−３，３´−ジクロロフェニルエーテル、４，４´−ジアミノ−３，３´−ジクロロジフェニルスルフィド、４，４´−ジアミノ−３−クロロ−３−ブロモジフェニルメタン、４，４´−メチレンビス（２−トリフルオロメチルアニリン）、４，４´−メチレンビス（２−クロロアニリン）（商品名−ＭＯＣＡ、デュポン社製造）、４，４´−メチレンビス（２−メトキシカルボニルアニリン）及び４，４´−メチレンビス（２，５−ジ
クロロアニリン）を含む。同様に、アンモニア系反応基を有する物質は、２，６−ジクロロ−ｍ−フェニレンジアミン、２−クロロ−５−イソブトキシカルボニル−ｍ−フェニレンジアミン及び２−クロロ−５−イソプロポキシカルボニル−ｍ−フェニレンジアミンのようなｐ−又はｍ−フェニレンジアミン系化合物、トリメチレンビス（ｐ−アミノベンゾエート）及びジエチレングリコールビス（ｐ−アミノベンゾエート）のようなアミノベンゾエート化合物並びに１，２−ビス（ｐ−アミノフェニルチオ）エタン及び１，２−ビス（ｏ−アミノフェニルチオ）エタンのようなアミノフェニルスルフィド系化合物により例示される。加えて、アンモニア系反応基を有する物質は、４−クロロ−３，５−ジアミノ−イソプロピルフェニルアセテート、４−エトキシ−３，５−ジアミノトリフルオロメチルベンゼン及びビス｛２−（ｏ−アミノフェニルチオ）エチル｝テレフタレートにより例示される。ポリアミンは単独又は混合物として使用される。

ベースパッドは、微細孔を含まず、１０ないし１００ショアＤの硬度及び１ないし１０％の圧縮率を有する。

慣用の多層の又は２層の研磨パッドは、硬い研磨層を有する研磨パッド及びその低い部分の軟らかいベースパッドからなり、そのため、研磨加工中、研磨速度はそれほど高くない。しかしながら、もし上記の新規なベースパッド、即ち、孔を有さないベースパッドが図１に示されるように２層又は多層の研磨パッドを製造するために使用されると、ウェハーの研磨速度を向上することが可能となる。

図１に示されるように、本発明において、ベースパッド２は感圧粘着剤（ＰＳＡ）４を用いて研磨層を有する研磨パッド１に貼り付けられ、これにより、２層の研磨パッドを製造する。別のベースパッド２は感圧粘着剤（ＰＳＡ）４を用いて２層の研磨パッドに貼り付けられて、多層の研磨パッドが製造される。更に、該多層研磨パッドは別の感圧粘着剤４´を用いて研磨加工において研磨加工を実施するために使用される圧盤３に貼り付けられ得る。感圧粘着剤は、ポリアクリル成分、エポキシ成分又はゴム成分を含む該分野において典型的に公知の接着剤により例示され得る。粘着性及び接着性物質が基材（ＰＥＴフィルム又はフェルト）の両面に適用された感圧両面粘着テープを採用し得る。加えて、多層パッドのラミネート加工が該技術分野において典型的な公知の方法に従って行われ得、例えば、事前に決定された間隙で離間する上側及び下側のロールの間を通過するコンベア法を介してラミネート加工が実施され得る。

５００ないし２５００マイクロメートルの厚さを有する前記ベースパッドを含む前記多層研磨パッドは２０００ないし４０００マイクロメートルの厚さを有する。

更に、ＣＭＰ加工が、本発明の微細孔を有さないベースパッドを含む研磨パッドを用いて実施され、それにより、研磨速度が増加し、研磨加工中の浸透によるベースパッドの変形及び研磨均一性の減少を防止する。従って、微細孔を有さないベースパッドを含む研磨パッドの寿命を長期化することができる。

図２は、フェルト製の慣用のベースパッドサンプル及び本発明のベースパッドサンプルの浸漬時間の関数としての質量を示したグラフである。慣用のベースパッド及び本発明のベースパッドの質量は、研磨スラリー及びＤＩ水（１：１）の混合溶液に浸漬する前に測定され（実験室電子天秤としてＭｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏ ＡＸ−２０４を使用）、そしてサンプルは１０ないし１７２８００秒間浸漬された。サンプルは異なった浸漬時間の後、溶液から取り出され、３０分空気乾燥され、そして質量測定された。本発明のベースパッドは、ポリウレタン中にフェルトが浸漬された慣用のパッドと比較して、比較的一定の質量を有し、そのため、非吸収性を有することが判る。

ＣＭＰ加工は、慣用の発泡タイプのベースパッド及び本発明のベースパッドを用いて研磨スラリーの流量が１５０ｍＬ、圧盤ＲＰＭ：オブジェクトヘッドＲＰＭの比が４６：２８及びヘッド圧：背圧の比が７：２．５のような条件下、ＩＰＥＣ４７２、即ち、市販のＣＭＰ加工機器において実施された。基材の平坦化は、Ｔｈｅｒｍａ−ｗａｖｅ社により生産された厚さ測定装置である光学−検出を用いて自動的に測定された。それにより、除去速度（研磨速度（Ａ／分））が得られ、そして図３に示された。図３より、単位時間当たりのウェハーの研磨量は、発泡タイプのベースパッドを用いたＣＭＰ加工においてよりも本発明の微細孔を有さないベースパッドを用いたＣＭＰ加工においてより多いことが判る。特に、ウェハーの端面の形状の観点において、本発明のベースパッドは慣用のベースパッドよりも好ましい。

本発明のベースパッド、即ち、２段階プレポリマー法を介して製造され、そのため、パッド中に微細孔が存在しないパッドを含む多層研磨パッドが研磨加工に適用される場合、以下の利点が得られ得る。

１．研磨加工中、ウェハーの研磨速度を増加させることができ、
２．研磨加工中のＣＭＰ機器及びプロセス変数における変化により引き起こされる鉛直応力及び回転力による、ベースパッドの変形が防止されるため、ウェハーの研磨均一性が減少せず、
３．研磨スラリー及びＤＩ水のベースパッドへの浸透が起きないため、ウェハーの研磨均一性を維持することができ、
４．ベースパッドの変形及び浸透による研磨パッドの寿命の減少を防止することができ、５．ベースパッドの均一な物性を確実にすることができ、また、パッドを加工する間に、厚さを高精度でコントロールすることができ及び高精度の表面加工を実施することができ、そのため、高精密、高集積のＣＭＰ加工において有用であり、及び
６．金属ＣＭＰ加工を実施している間、本発明のベースパッドは均一な表面及び物性を有し、そのため、酸化ケイ素及び金属回路の研磨速度間の違いにより引き起こされるディッシング又は侵食を防止することができる。

産業上の利用可能性
ＣＭＰ加工は、本発明の微細孔を有さないベースパッドを含む研磨パッドを用いて実施され、そのため、研磨速度を増加させることができ、また、研磨加工中のベースパッドの変形及び浸透の発生による研磨均一性の減少を防止することができる。それにより、微細孔を有さないベースパッドを含む研磨パッドの寿命を長期化することができる。

Claims (9)

1. 化学的機械研磨パッドのベースパッドであって、微細孔を含まず、１０ないし１００ショアＤの硬度及び１ないし１０％の圧縮率を有するベースパッド。
2. 前記ベースパッドは厚さにおいて５００ないし２５００マイクロメートルである請求項１記載のベースパッド。
3. 前記ベースパッドはポリウレタン、ＰＶＣ、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、マレイン酸コポリマー、メチルセルロース及びカルボキシメチルセルロースからなる群より選択される少なくとも１種から製造される請求項１記載のベースパッド。
4. ポリウレタン、ＰＶＣ、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、マレイン酸コポリマー、メチルセルロース及びカルボキシメチルセルロースからなる群より選択される少なくとも１種を第一反応器中で反応させて最初にプレポリマーを製造し、そして完全硬化を達成するために第二工程において該プレポリマーをポリオール反応基又はアンモニア反応基を有する物質と３：１ないし２：１の質量比で反応させ、それにより前記ベースパッドを製造するところの請求項１記載のベースパッド。
5. 微細孔を含まず、１０ないし１００ショアＤの硬度及び１ないし１０％の圧縮率を有するベースパッドを使用して製造される多層研磨パッド。
6. 研磨のための研磨層を有する研磨パッド及び該研磨パッドを支持するためのベースパッドを含む請求項５記載の多層研磨パッド。
7. 前記多層研磨パッドは２０００ないし４０００マイクロメートルの厚さを有し、ここで前記ベースパッドは５００ないし２５００マイクロメートルの厚さを有する請求項５記載の多層研磨パッド。
8. 前記ベースパッドがポリウレタン、ＰＶＣ、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、マレイン酸コポリマー、メチルセルロース及びカルボキシメチルセルロースからなる群より選択される少なくとも１種から製造されている請求項５記載の多層研磨パッド。
9. ポリウレタン、ＰＶＣ、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、マレイン酸コポリマー、メチルセルロース及びカルボキシメチルセルロースからなる群より選択される少なくとも１種を第一反応器中で反応させて最初にプレポリマーを製造し、そして完全硬化を達成するために第二工程において該プレポリマーをポリオール反応基又はアンモニア反応基を有する物質と３：１ないし２：１の質量比で反応させるようにして前記ベースパッドが製造されているところの請求項５記載の多層研磨パッド。
   
   

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