JP2008528309A - 低圧研磨のための多層研磨パッド - Google Patents

Abstract

研磨パッドは、研磨層と研磨層に固定された裏打ち層を有する。研磨層は、研磨面と、第一厚みと、第一圧縮性と、約４０から８０のショアＤ硬さとを有する。裏打ち層は、第一厚み以下の第二厚みを有し、第一圧縮性より大きい第二圧縮性を有する。第一厚みと、第一圧縮性と、第二厚みと、第二圧縮性とは、研磨面が１.５ｐｓｉ以下の加圧下で研磨層の厚み不均一性よりゆがむようなものである。
【選択図】 図３Ｃ

Description

背景

本発明は、化学機械的研磨に用いられる研磨パッドに関する。

集積回路は、典型的には、シリコンウエハ上に導電層、半導電層又は絶縁層を連続して堆積させることにより基板上に形成される。一製造ステップは、平面でない表面上に充填剤層を堆積させることと、平面でない表面が曝されるまで充填剤層を平坦化することが必要である。例えば、絶縁層内のトレンチ或いはホールを充填するためにパターン形成絶縁層上に導電性充填剤層を堆積させることができる。その後、充填剤層は絶縁層の隆起したパターンが曝されるまで研磨される。平坦化後、絶縁層の隆起したパターンの間に残っている導電層の部分が、基板上の薄膜回路に導電性通路を与えるバイアやプラグやラインを形成する。更に、フォトリソグラフィのために基板表面を平坦化する平坦化が必要である。

化学機械的研磨（ＣＭＰ）は一般に認められた平坦化の一方法である。この平坦化法は、典型的には、基板がキャリア或いは研磨ヘッド上に取り付けられることが必要である。基板の曝された表面は、回転する研磨ディスク或いは直線的に進むベルトのような研磨パッドの研磨面に向かって配置される。キャリアヘッドは、研磨パッドに向かって押すように基板上に制御可能な負荷を与える。砥粒研磨粒子を含むことができる研磨液は、研磨パッドの表面に供給され、基板と研磨パッド間の相対運動によって平坦化と研磨が得られる。

従来の研磨パッドとしては、“標準”パッドと固定砥粒研磨パッドが挙げられる。典型的な標準パッドは、耐久性粗面層を有するポリウレタン研磨層を有し、圧縮性裏打ち層を含むこともできる。対照的に、固定砥粒研磨パッドは、密封媒体内に保持された砥粒研磨粒子を有し、たいていは非圧縮性の裏打ち層上に支持され得る。

化学機械的研磨の一つの目的は、基板全体のトポロジー均一性を得ることである。他の目的は、研磨均一性を得ることである。基板上の異なる面積が異なる速度で研磨される場合には、基板の一部の面積が非常に多くの材料が除去される（“過剰研磨”）か又はほとんど除去されない（“不足研磨”）ことが可能であり、結果として基板全体で均一でないトポロジーが起こり得る。

概要

一態様においては、本発明は、研磨層と研磨層に固定された裏打ち層を有する研磨パッドに関する。研磨層は、研磨面と、第一厚みと、第一圧縮性と、約４０から８０のショアＤ硬さと、厚み不均一性とを有する。裏打ち層は、第二厚みと、第一圧縮性より大きい第二圧縮性とを有する。第一厚みと第一圧縮性と第二厚みと第二圧縮性は、研磨面が１.５ｐｓｉ以下の加圧下で研磨層の厚み不均一性よりゆがむようなものである。

本発明の実施態様には、以下の特徴の１以上が含まれ得る。第二厚みは、第一厚みよりも大きいか又は第一厚みとほぼ同一であってもよい。裏打ち層は、約１から１０のショアＡ硬さを有してもよい。裏打ち層は約３０〜２００ミルの第二厚み、例えば、約３０〜９０ミルを有してもよい。複数の溝が研磨面に形成されてもよい。凹部が研磨層の下面に形成されてもよく、アパーチャが凹部と整列した裏打ち層に形成されてもよい。導電性シートは、研磨層に対向する側の裏打ち層に固定されてもよい。導電性シートをさらすために研磨層と裏打ち層を通って複数のホールが形成されてもよい。固体の光透過部分が研磨層内に位置してもよい。アパーチャは、光透過部分と整列した裏打ち層内に形成されてもよい。光透過接着層は、研磨層に対向する裏打ち層上にあってもよく、接着層は、裏打ち層上のアパーチャにかかっていてもよい。液体不浸透性シートは、裏打ち相と研磨層の間にあってもよい。研磨層の外縁は、裏打ち層の外縁の上に覆いかぶさってもよい。裏打ち層は、１.５ｐｓｉの加圧下で第二厚みと第二圧縮性の積を有してもよい。裏打ち層には、ポリウレタン、ポリエーテル又はポリシリコーンの発泡体が含まれるのがよい。

他の態様においては、本発明は、研磨パッドが研磨面と、研磨層内に位置する固体光透過部分と、研磨面に対向する研磨層の側の裏打ち層と、研磨層に対向する裏打ち層の側の光透過接着層とを有する研磨パッドに関する。裏打ち層は光透過部分と整列したアパーチャを有し、光透過接着層は裏打ち層上のアパーチャにかかっている。

本発明の実施態様には、以下の特徴の１以上が含まれ得る。接着層は裏打ち層に隣接してもよい。裏打ち層は、接着剤によって研磨層に直接結合されてもよい。導電層は裏打ち層に対向する接着層の側にあってもよい。例えば、導電層は接着層に隣接してもよい。裏打ち層は研磨層より圧縮性であってもよい。接着層は両面接着テープを含んでもよい。接着層は、ポリエチレンテレフタレート膜を含んでもよい。ウインドウは、研磨層内に一体形成されてもよく、接着剤によって研磨層内のアパーチャに固定されてもよい。液体不浸透性の透明シートは、裏打ち層と研磨層の間にあってもよい。

他の態様においては、本発明は研磨面を有する研磨層と、研磨面に対向する研磨層の側の裏打ち層とを有する研磨パッドに関する。研磨層の外縁は裏打ち層の外縁に覆いかぶさっている。

本発明の実施態様には、以下の特徴の１以上が含まれ得る。研磨層と裏打ち層はほぼ円形であり、裏打ち層の直径は研磨層の直径未満であってもよい。裏打ち層は研磨層より圧縮性であってもよい。研磨層の外縁は、約４分の１インチだけ裏打ち層の外縁を覆いかぶさってもよい。研磨層と裏打ち層は接着剤によって固定されてもよい。

他の態様においては、本発明は、研磨面を有する研磨層と、研磨層内に位置する固体光透過部分と、研磨面に対向する研磨層の側の裏打ち層と、裏打ち層と研磨層の間の液体不浸透性透明シートと、研磨層に対向する裏打ち層の側の光透過接着層と、裏打ち層に対向する接着層の側の導電層とを有する研磨パッドに関する。裏打ち層は光透過部分と整列したアパーチャを有し、透明シートは固体光透過部分にかかっている。

他の態様においては、本発明は、基板処理装置に関する。装置には、パッド支持体と、上記態様の一つの研磨パッドと、研磨パッドと接触して基板を保持するためのキャリアヘッドと、処理液の供給部と、処理パッドと基板間の相対運動を引き起こすためにパッド支持体とキャリアヘッドの少なくとも１つに接続されたモータとが含まれ得る。

本発明の実施態様には、以下の特徴の１以上が含まれ得る。装置には、基板と接触するように位置する電極と、処理液と接触する陰極と、電極と陰極間に結合されてバイアスを生成させる電源とが含まれてもよい。

他の態様においては、本発明は、化学機械的処理方法に関する。方法には上記態様の１つの研磨パッドの研磨層の研磨面と基板を接触させるステップと、研磨面に研磨液を供給するステップと、基板と研磨面との間に相対運動を生成させるステップと、研磨パッドに向かって基板に押圧する圧力を加えるステップとが含まれる。

本発明の実施態様には、以下の特徴の１つ以上が含まれる。加圧は１.５ｐｓｉ以下であってもよく、研磨面は加圧下で研磨層の厚み不均一性よりゆがんでもよい。研磨液を供給するステップは電解液を供給するステップを含み、方法には、更に、電解液に曝された陰極と基板との間にバイアスを加えるステップが含まれる。

上記種々の実施態様のいずれもが、本発明の種々の態様のいずれにも適用できるものである。

本発明の潜在的利点には、以下の１以上が含まれるのがよい。基板全体の研磨不均一性は、特に低圧下で、例えば、１.５又は１.０ｐｓｉ未満又は０.８ｐｓｉ、又は０.５ｐｓｉ未満又は０.３ｐｓｉでさえ改善することができる。その結果として、層間剥離のような不可逆損傷を避けるために低圧で研磨する必要がある低ｋ誘電材料のような材料は、許容しうる程度の均一性で研磨され得る。更に、基板が非常に低い力で研磨されるか及び/又は基板が複数レベルの導電層と誘電層によって引き起こされる内部応力のために平坦でない場合、研磨パッドは基板表面と良好な機械的接触を与えることができる。ウインドウ前後の領域でプラテンからパッドの脱離が早すぎるような早すぎるパッドの不具合の可能性は減少することができ、それによって研磨パッドの寿命が長くなる。裏打ち層への研磨液の滲出の可能性を減少させることができる。

本発明の１以上の実施形態の詳細は、添付図面と以下の説明に示される。本発明の他の特徴、目的、利点は、説明及び図面から、また、特許請求の範囲から明らかになる。

種々の図面において同符号は同じ要素を示す。

詳細な説明

上述したように、図１Ａを参照すると、従来の研磨パッド６０は、耐久性研磨粗面６２と、被覆層としてほぼ同じ厚みの圧縮性裏打ち層６２を有するポリウレタン被覆層６４を有し得る。更に、被覆層６４の厚みに小さい、例えば、研磨パッド全体で数ミルの程度、例えば、約１〜２ミルで変動があってもよい（明瞭にするために、図１Ａでは変動が著しく誇張されている。）。

例えば、Ｒｏｄｅｌ社から市販されている一研磨パッドは、中空微小球（ＩＣ１０００）が埋め込まれたポリウレタンから形成された被覆層とポリエステルフェルト（ＳｕｂａＩＶ）を含浸したポリウレタンから形成された裏打ち層を有する。被覆層は厚みが５０又は８０ミルで、硬さがショアＤスケールで５２-６２であるが、裏打ち層は厚みは５０ミルで、硬さがショアＡスケールで約６１である。

残念ながら、従来の研磨パッドによって、低圧、例えば、１.５ｐｓｉ未満又は１.０ｐｓｉ未満で、特に非常に低圧、０.５ｐｓｉ未満で許容しえない研磨均一性を生じることがある。いかなる具体的な理論にも制限されることなく、標準研磨パッドの寸法と物理的性質は、低い研磨圧で、裏打ち層が充分に剛性のままであり、基板１４の下向きの圧力が被覆層を完全に“平らにする”程でないというようなものであってもよい。その結果として、図１Ｂに示されるように、被覆層６４の厚みのあらゆる変動によって、被覆層６４の厚い部分６６のみで基板に伝達される圧力が生じ、従って、研磨速度の不均一性が引き起こされる。更に、典型的な基板は内部応力のための完全に平らではなく、基板と研磨面の間で均一に接触するように研磨パッドに対して基板を一致させるほど加えられた荷重が十分大きくないことがある。

これらの従来の研磨パッドとは対照的に、本発明の研磨パッドの一実施態様は、より薄い被覆層とより厚くより圧縮性の裏打ち層を有する。更にまた、いかなる具体的な理論にも制限されることなく、被覆層の減少した厚みはゆがませることを容易にすることができる。更に、裏打ち層の増加した厚みと圧縮性は被覆層をゆがませることを容易にすることができる。結果として、非常に低研磨圧でさえ、被覆層は基板と一致させることができる（例えば、図示したように基板が平らである場合には、被覆層は平らになり、基板がゆがんでいる場合には、被覆層は同様の形になる）ので、被覆層の厚みの変動が逆に研磨の均一性の影響を必要とせず、また、良好な機械的接触が高研磨速度とより短い研磨時間を与えるように基板と研磨面の間に形成される。

ここで図２を見ると、１以上の基板１４は、ＣＭＰ装置の研磨ステーション１０で研磨され得る。適した研磨装置の説明は、米国特許第５,７３８,５７４号に見ることができ、その全体の開示内容は本明細書に援用されている。

研磨ステーション１０は、研磨パッド１８上に配置されている回転プラテン１６を含む。次に記載されるように、研磨パッド１８はほぼ均一な組成を有する軟らかい裏打ち層２０と硬い耐久性外層２２の二層研磨パッドである。耐久性外部被覆層２２は、研磨面２４を備えている。研磨ステーションには、また、研磨パッドの表面の状態を維持するようにパッドコンディショナ装置も含まれ得るので、効果的に基板を研磨する。

研磨ステップ中に、例えば、スラリの研磨液３０は、スラリ供給ポート又はスラリ/リンス組合せアーム３２によって研磨パッド１８の表面に供給し得る。スラリ３０は、砥粒研磨粒子、ｐＨ調整剤、又は化学活性成分を含有し得る。

基板１４は、キャリアヘッド３４によって研磨パッド１８に向かって保持される。キャリアヘッド３４は、カルーセルのような支持構造から吊り下げられ、キャリアドライブシフト３６によってキャリアヘッド回転モータへ接続されるので、キャリアヘッドは軸３８を回転し得る。

図３Ａを参照すると、研磨パッド１８の被覆層２２は、研磨プロセスに不活性である相対的に耐久性の硬い研磨材料、例えば、注型ポリエチレンである。例えば、被覆層２２の硬さは、ショアＤスケールで約３０〜８０、例えば、４０〜８０、例えば、５０〜６５であり得る。被覆層２２の研磨面２４は粗面組織を持ち得る、例えば、中空微小球がポリウレタンに埋め込まれているので、被覆層が注型ポリウレタンブロックから剥がれた場合、曝された表面の微小球は破壊されてくぼみのある粗面組織を示す。

被覆層２２は、薄く、例えば、５０ミル未満、４０ミル以下、又は２５ミル以下、又は２０ミル以下、又は１５ミル以下である。一般的に、被覆層２２は、製造可能な限りできるだけ薄い。しかしながら、調整プロセスは、カバー層を摩滅させる傾向がある。それ故、被覆層の厚みは、有用な寿命、例えば、３０００の研磨と調整サイクルを持つ研磨パッドを与えるように選択され得る。例えば、被覆層は、５〜１０ミルの厚みを持ち得る。約５〜２０ミルの厚みが適切であるに違いない。約１〜３ミルのパッド全体に厚み不均一性があってもよいが、より大きい不均一性が起こり得る（これらの不均一性は、溝、穿孔、表面の粗さのような小規模(例えば、１００ミル未満)の不連続な厚みの変動よりはむしろ、パッド製造プロセスによって引き起こされる研磨パッド全体の広範囲の変動を意味する）。

任意に、研磨面２４の少なくとも一部には、スラリを運ぶためにその中に形成された複数の溝２６が含まれてもよい。溝は、同心円、直線、斜交平行、らせん等のほとんどあらゆるパターンを有してもよい。溝２６は、被覆層の厚みの約２０〜８０％、例えば、２５％だけ伸長し得る。例えば、２０ミル厚である被覆層２２を有する研磨パッドにおいて、溝２６は約５ミルの深さＤ１を持ち得る。

裏打ち層２０は、被覆層２２より軟らかくより圧縮性である圧縮性材料である。例えば、裏打ち層は、ボイドのあるポリウレタン、ポリエーテル又はポリシリコーンのような開放気泡又は独立気泡であり得るので、圧力によってセルは崩壊し、裏打ち層は圧縮する。裏打ち層２０の材料が、圧力によって基板から側方に移されることは許容しうる。裏打ち層２０の硬さは、ショアＡスケールで２０以下、例えば、１２以下、例えば、１から１０のショアＡ、例えば、５以下であり得る。

上述したように、裏打ち層２０は、被覆層２２より圧縮性でなければならない。圧縮性は、一定の圧力での厚みの変化パーセントとして測定することができる。例えば、０.５ｐｓｉの圧力によって、裏打ち層２０は約３％の圧縮を受ける。裏打ち層に適した材料はコネチカット州、ロジャーにあるロジャーコーポレーションのＰＯＲＯＮ４７０１-３０である（ＰＯＲＯＮはロジャーコーポレーションの商標である）。

更に、裏打ち層２０は厚み、例えば、９０ミル以上である。例えば、裏打ち層は約９５〜５００ミル厚、例えば、９５〜２００ミル、又は９５〜１５０ミル、又は９５〜１２５ミルであってもよい。特に、裏打ち層２０は、被覆層２２の約２〜１５倍の厚み、例えば、４.５〜８倍の厚みであってもよい（特に２０ミルの厚みの被覆層の場合）。

一般に、裏打ち層２０の厚みは、裏打ち層２０の圧縮性と被覆層２２の剛性を考えれば、非常に低圧、例えば、０.５ｐｓｉ以下で、被覆層の厚み、例えば、数ミル、例えば、約２ミルのあらゆる不均一性と少なくとも等しい量に被覆層がゆがむことを確実にするように選択される（不均一性は図３Ａに示されていない）。例えば、１００ミル厚の裏打ち層は、０.５ｐｓｉで少なくとも２％圧縮しなければならず、２００ミル厚の裏打ち層は０.５ｐｓｉで少なくとも１％圧縮しなければならない。

更に、裏打ち層は、充分に圧縮性でなければならず、問題の動作圧力、１.５ｐｓｉ〜０.１ｐｓｉで、研磨パッドは研磨パッドの最大圧縮性未満である。裏打ち層は、１０％を超える、又は２０％を超える最大圧縮性を持ち得る。一実施態様においては、裏打ち層は、３〜８ｐｓｉの圧力で２５％の圧縮性を持ち得るが、最大圧縮性は更に大きい。

裏打ち層は、１〜１０ｐｓｉの圧縮力ゆがみ範囲を持ち得る（２５％ゆがみで０.２インチのひずみ速度力）。

簡単に言えば、１.５ｐｓｉ以下（おそらく１.０ｐｓｉ以下、０.８ｐｓｉ以下、又は０.５ｐｓｉ以下、又は０.３ｐｓｉ以下）の圧力で、裏打ち層は、カバー層の厚みの不均一性よりも大きい圧縮性と厚みの積（Ｃ・Ｄ）を持ち得る。例えば、０.８ｐｓｉ以下（おそらく０.５ｐｓｉ以下）の圧力で、裏打ち層は、圧縮性と数ミル、例えば、２ミル以上（おそらく３ミル以上）の厚みの積（Ｃ・Ｄ）を持ち得る。

体積弾性係数Ｋは加圧（Ｐ）割る体積ひずみ（ΔＶ/Ｖ）、即ち、Ｋ＝ＰＶ/ΔＶとして測定することができる。裏打ち層が純粋な圧縮（即ち、材料が加圧によって側方にずれない）を受けると仮定すると、体積弾性係数Ｋは圧縮で割った加圧と等しい（ΔＤ/Ｄ）。従って、裏打ち層が０.５ｐｓｉで少なくとも２％の純粋圧縮を受けると仮定すると、裏打ち層は２５以下の圧縮係数Ｋを有する。一方、より低圧が使われる場合には、例えば、０.１ｐｓｉの圧力、裏打ち層２０は５以下の圧縮係数Ｋを有するに違いない。裏打ち層は、０.１〜１.０ｐｓｉの範囲で加圧ｐｓｉあたり５０ｐｓｉ以下の圧縮係数Ｋを有してもよい。勿論、裏打ち層の材料が圧縮によって側面のずれを受ける場合には、体積ひずみは圧縮よりも幾分小さくなるので、体積弾性係数が幾分大きくなる。

図３Ｂを参照し、また、いかなる具体的な理論にも制限されることなく、この構造は、低圧で、０.５ｐｓｉ以下、例えば、０.３ｐｓｉ以下、例えば、０.１ｐｓｉの圧力でさえ、基板からの下向きの力が被覆層を“平らにする”ことを可能にし、従って、研磨層の厚みの不均一性と基板におけるゆがみを実質的に相殺する。例えば、示されるように、被覆層２２の厚みの変動は、裏打ち層２０の圧縮によって吸収される（明瞭にするために、変動は図３Ａに著しく誇張されている）ので、研磨面は基板表面全体にほぼ平面な基板とほぼ均一に接触したままである。結果として、一様な圧力を基板に加えることができ、それによって低圧研磨中の研磨均一性が改善される。その結果、低ｋ誘電材料のような材料は、層間剥離のような損傷を避けるために低圧研磨を必要とし、許容しうる程度の均一性で研磨され得る。

一実施態様においては、被覆層２２は、例えば、成形プロセスによって製造することができ、被覆層の上面に溝が予備成形されている。成形プロセス、例えば、射出成形又は圧縮成形において、パッド材料は、溝の凹部を形成するくぼみを持つ金型で硬化又は凝固させる。或いはまた、被覆層２２は、例えば、注型ブロックからパッド材料の薄いシートを剥がすことによる、より慣用的な手法によって製造することができる。その後、溝は、それぞれ被覆層の上面を機械加工するか又はフライス加工することによって形成され得る。

裏打ち層２０と被覆層２２が製造されると、例えば、感圧接着剤のような薄い接着剤層２８で固定され得る。

図３Ｃを参照すると、他の実施態様においては、裏打ち層は被覆層と同じ厚みかそれよりも薄いが、被覆層より軟らかく圧縮性である。特に、裏打ち層は、図３Ａによって記載された研磨パッドと同様の機能性を与えるのに充分に圧縮性であり得る。例えば、被覆層は、非常に低圧で被覆層の厚みのいかなる不均一性にも少なくとも等しい量をゆがませる（図３Ｃには不均一性は示されていない）。簡単に言えば、１.５ｐｓｉ以下の圧力で（おそらく１.０ｐｓｉ以下、又は０.８ｐｓｉ以下、又は０.５ｐｓｉ以下、又は０.３ｐｓｉ以下で）、裏打ち層は、カバー層の厚み、例えば、数ミル、例えば、約２ミルの不均一性より大きい圧縮性と厚みの積（Ｃ・Ｄ）を持ち得る。例えば、約０.５ｐｓｉの圧力によって、裏打ち層２０は１％〜３０％の圧縮、例えば、３％の圧縮を受けることができる。

例えば、被覆層２２の硬さは、ショアＤスケールで約３０〜８０、５０〜６５であり得、厚みは約３０〜９０ミル、例えば、５０又は８０ミルを持ち得る。裏打ち層は、ボイドを有するポリウレタン、ポリエーテル又はポリシリコンのような開放気泡又は独立気泡であり得る。裏打ち層２０の硬さは、ショアＡスケールで２０以下、例えば、１２以下、例えば、１〜１０ショアＡ、例えば、５以下であり得、厚みは、被覆層とほぼ同じか又はそれ以下、例えば、３０〜９０ミル、例えば、５０ミルであり得る。

使用中、研磨パッド１８は、プラテンと接着剤層とを固定し得る。図３Ｄを参照すると、図３Ａ又は図３Ｃで記載されるように構成された研磨パッドは、裏打ち層２０の下を被覆する接着剤層５０、例えば、両面接着テープ、例えば、両面に接着剤で被覆したマイラーシートにより製造することができる。更に、非接着ライナ５２が接着剤層５０の下に配置されてもよい。ライナ５２は、研磨パッド１８をプラテンに取り付ける前に取り除かれる。接着剤層５０は、研磨パッドに追加の構造的完全性を与え得るので、パッドは裏打ち層を引き裂くことなく単一ユニットとしてプラテンから取り除くことができる。

図３Ｅを参照すると、図３Ａ、３Ｃ又は３Ｄで記載されるように構成され得る他の実施態様においては、裏打ち層２０は被覆層２２の直径よりも小さい直径を有する。例えば、裏打ち層２０の直径は３０.０インチであり、被覆層２２の直径は３０.５インチを有する。裏打ち層の外縁は、カバー層の外縁から約０.２５インチの距離Ｄ２だけ一様に陥凹され得る。被覆層の外縁が裏打ち層２０の外縁を覆いかぶさると、裏打ち層２０の圧縮性を変化させるとともに研磨プロセスの均一性に影響し得る、毛管作用等のために研磨液、例えば、脱イオン水が裏打ち層２０に入ることを防止するように援助することができる。

図４を参照すると、図３Ａ、３Ｃ、３Ｄ又は３Ｅで記載されるように構成され得る、他の実施態様においては、１以上の凹部７０は薄い部分７４を与えるために被覆層２２の下面７２に形成され得る。これらの凹部７０は、被覆層２２の厚みの２０％〜８０％、例えば、５０％だけ伸長することができる。例えば、２０ミル厚である被覆層２２を有する研磨パッドにおいて、凹部５２の深さは約１０ミルであり得、約１０ミルの厚みを持つ薄い部分７４が残る。更に、センサ要素が裏打ち層２０を通って部分的に被覆層に伸長させることを可能にするために、１以上のアパーチャ７６が裏打ち層２０内に形成され得る。

この実施態様においては、溝２６は、被覆層２２の中に薄い部分７４の上に伸長しない。従って、研磨パッドの研磨面２４には溝を含む部分と含まない部分が含まれ、くぼみは溝のない部分の１つにある。溝２６は、凹部７０の内面によって画成された平面まで又は平面を過ぎて伸長する充分な深さがあり得る。

図５を参照すると、図３Ａ、３Ｃ-３Ｅ又は図４で記載されるように構成され得る他の実施態様においては、液体不浸透性の引裂き抵抗材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート、例えば、マイラーの薄いシート８０は、裏打ち層２０と被覆層２２の間に位置する。シート８０は接着剤層２８によってカバー層２２に固定されてもよく、又は被覆層２２がシート８０上に直接堆積され得る。シート８０は薄い接着剤層８８によって裏打ち層２０に固定されてもよい。シート８０は、透明材料であり得、被覆層２２と裏打ち層２０の整列した部分８２と８４がそれぞれ取り除かれて、研磨パッドを通る光学ポートを備えることができる。

或いはまた、透明シートを使用せずに研磨パッド内にウインドウが形成され得る。例えば、固体の透明部分が被覆層２２内に形成され、アパーチャが固体の透明部分と整列した裏打ち層２０内に形成され得る。透明部分は、被覆層２２のアパーチャを切断し且つ接着剤で透明プラグを固定することによって形成され得る。或いはまた、透明部分は、液体パッド材料中に透明材料の挿入部を配置し、液体パッド材料を硬化して、挿入部が固化パッドのブロックに一体形成され、その後、ブロックから被覆層をはがすことにより形成され得る。

これらの双方の実施態様においては、接着剤層５０は光学ポート又はウインドウの領域から取り除くことができる。

更に、光学ポート又はウインドウの領域から取り除く代わりに、接着剤層５０はほぼ透明であり得、光学ポートにかかり得る。例えば、図６Ａを参照すると、研磨パッド１８には被覆層内に一体形成されるか又は被覆層内のアパーチャにおいて接着剤で保持される固体の透明部分５６が含まれ得る。アパーチャ５８は、固体の透明部分５６と整列した裏打ち層２０に形成される。透明部分が接着剤で固定されたと仮定すると、透明部分５６の縁はアパーチャ５８の周りの裏打ち層２０のリムの上に突き出で置かれ、接着剤２８の一部である接着剤５９によって裏打ち層２０に固定され得る。一方、透明部分５６が被覆層２２に一体形成される場合には、接着剤５９は必要とせず、アパーチャ５８は透明部分と同じ大きさか又は異なる大きさであり得る。そうでなければ、この実施態様には、図３Ａ、３Ｃ-３Ｅ、図４のいずれかに記載された特徴が含まれ得る。

接着剤層５０は裏打ち層２０の下面にかかり、アパーチャ５８が含まれる。接着剤層は、薄い、例えば、２ミル厚の接着剤で両面に被覆されたポリエチレンテレフタレートのような両面接着テープであり得る。図６Ａに示される研磨パッドを製造するために、接着剤層５０が研磨パッドの下面に適用される前に、アパーチャが裏打ち層２０に形成され得る。アパーチャは、裏打ち層２０が被覆層２２に固定される前か後に裏打ち層の中に形成され得る。

アパーチャ５８にかかっている接着剤層５０を有する潜在的利点は、ウインドウの故障の可能性が減少し、結果として研磨パッドの寿命が延びることである。いかなる具体的な理論にも制限されることなく、接着剤層５０がアパーチャ５８にかからない場合には、研磨パッドのウインドウの周りのプラテンへの接着が減少し、基板の装填、非装填中のパッドからの圧力の循環は、研磨パッドのウインドウの周りのプラテンへの取り付けの故障を引き起こすことがあり、ウインドウの周りのパッドの部分をゆがめさせ、研磨不均一性が生じる。対照的に、ウインドウにかかっている接着剤層５０はプラテン表面への接着を補強し、それによってパッドの故障の可能性を減少させる。

任意に、図６Ｂに示されるように、ポリエチレンテレフタレートのような液体不浸透性引裂き抵抗材料の薄いシート８０は、裏打ち層２０と固体の透明部分５６を有する被覆層２２の間に位置してもよい。透明部分５６は、カバー層２２内に一体成形されるか、又は液体不浸透性シート８０に接着剤で固定された離れた別個の透明要素であり得る。透明部分５６は、接着剤層２８と同じ材料か異なる材料であり得る、接着剤５９によって液体不浸透性シート８０に接着剤で固定され得る。透明部分５６が被覆層内に一体成形される場合には、接着剤５９は取り除かれてもよい。更に、アパーチャ５８の上の接着剤層８８の部分は取り除くことができ、定位置に残ることもできる。

図７を参照すると、図３Ａ-図５のいずれかで記載されるように構成され得る他の実施態様においては、導電層９０、例えば、ステンレス鋼のような薄い金属層、例えば、ＳＳＴ４１０が裏打ち層２２の下面、例えば、接着剤層９８により固定される。金属層９０は磁石であってもよい。複数の穿孔９４は、カバー層２２と裏打ち層２０の双方を通って伸長し、金属層の上面９２が曝される。更に、１以上のホール９６が被覆層２２、裏打ち層２０、金属層９０を通って伸長し、プラテンに固定された電極が研磨パッドを通って突き出て基板と接触する。

図８を参照すると、研磨パッドが図７によって記載される導電層９０と図６Ａによって記載されるウインドウにかかっている接着剤層５０とを含む場合には、導電層９０は接着剤層５０より下に位置する。更に、アパーチャは金属層の上面９２をさらすように穿孔９４内の接着剤層５０内に形成され得る。図８は、透明部分５６が被覆層２２に一体成形され、アパーチャ５８が透明部分と同じ寸法であることを示す図である。

図９を参照すると、研磨パッドが図７によって記載される導電層９０と図６Ｂによって記載されるウインドウにかかっている接着剤層５０と透明シートとを含む場合には、導電層９０は接着剤層５０の下に堆積され得る。更に、金属層の上面９２をさらすように穿孔９４内の接着剤層５０、２８、８８と透明シート８０にアパーチャが形成され得る。

図７-図９の研磨パッド（示された特徴部に加えて又はその代わりに図３Ａ-図６Ｂで記載された種々の特徴を用いることができる）は、化学機械的研磨に加えて、電気化学機械的研磨（ＥＣＭＰ）又は同時電気化学堆積と研磨のような電気化学処理に用いることができる。

電気化学機械的研磨において、基板を同時に研磨しつつ、銅のような導電材料が電気化学溶解によって基板表面から取り除かれる。基板表面は、電解液（研磨液としても働く）中に配置され、基板と電解液と接触している陰極の間にバイアスが加えられる。ＥＣＭＰは、低圧又は超低圧、例えば、１ｐｓｉ未満、０.８ｐｓｉ以下、又は０.５ｐｓｉ以下、又は０.３ｐｓｉ以下で行うことができる。

例えば、図７-図９を参照すると、金属シート９０は陰極として働く第一電極に接続することができ（ホール９４は電解液の金属シート９０への到達を与える）、第二電極はアパーチャ９６を通って伸びて、基板と接触することができるので、基板は陽極として働く。

電気化学堆積において、バイアス電圧は逆転するので、基板表面が陰極になり、電解液と接触した電極が陽極となり、導電材料が基板に電着される。基板が低圧で移動処理パッドと接触しつつ、これが行われる場合には、誘電層内のあらゆるトレンチに材料が優先的に堆積される。

本発明の多くの実施形態を記載してきた。しかし、本発明の精神と範囲から逸脱することなく種々の変更が行われてもよいことは理解される。

例えば、接着剤層はパッドをプラテンに固定するために研磨パッドの下面に適用することができ、接着剤層は取り外し可能なライナによって覆うことができる。透明シートを用いる実施態様においては、透明シートは全体の研磨パッドにかかる必要がない。透明シートは各アパーチャにかかってウインドウをシールするだけの十分な大きさであればよい。

研磨パッドか又はキャリアヘッドのいずれか又はその双方が研磨面と基板の間の相対運動を与えるように移動させることができる。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（又はある他の形）パッド、供給部と巻き取りローラーの間に伸びるテープ、又は連続ベルトであり得る。研磨パッドは、プラテン上に付けられ、研磨動作の間にプラテンの上に増加分で進み、或いは研磨中にプラテンの上で連続して駆動され得る。パッドは研磨中にプラテンに固定することができ、研磨中にプラテンと研磨パッドの間に液体が生じ得る。更に、垂直の位置の条件が用いられているが、研磨面と基板が垂直の向きに、又は他のある向きに、逆さに保持され得ることが理解されるべきである。

従って、他の実施形態は以下の特許請求の範囲の範囲内にある。

図１Ａは、従来の研磨パッドを示す側断面図である。 図１Ｂは、図１Ａの研磨パッドと接触している基板を示す側断面図である。 図２は、化学機械的研磨ステーションの部分断面の側面略図である。 図３Ａは、図２の研磨パッドを示す側断面略図である。 図３Ｂは、図３Ａの研磨パッドと接触している基板を示す側断面略図である。 図３Ｃは、被覆層と裏打ち層がほぼ同一の厚みである研磨パッドの他の実施態様を示す側断面略図である。 図３Ｄは、接着剤層とライナが裏打ち層に取り付けられている研磨パッドの他の実施態様を示す側断面略図である。 図３Ｅは、被覆層が裏打ち層に覆いかぶさっている研磨パッドの他の実施態様を示す側断面略図である。 図４は、凹部が被覆層の下面に形成される研磨パッドの他の実施態様を示す側断面略図である。 図５は、透明シートを含む研磨パッドの他の実施態様を示す側断面略図である。 図６Ａは、ウインドウとウインドウにかかっている接着剤層とを含む研磨パッドの他の実施態様を示す側断面略図である。 図６Ｂは、ウインドウと、ウインドウにかかっている接着剤層と、透明シートとを含む研磨パッドの他の実施態様を示す側断面略図である。 図７は、導電層を含む研磨パッドの他の実施態様を示す側断面略図である。 図８は、ウインドウと導電層とを含む研磨パッドの他の実施態様を示す側断面略図である。 図９は、ウインドウと、透明シートと、導電層とを含む研磨パッドの他の実施態様を示す側断面略図である。

符号の説明

１０…研磨ステーション、１４…基板、１６…回転プラテン、１８…研磨パッド、２０…裏打ち層、２２…被覆層、２４…研磨面、２６…溝、３０…研磨液、３２…スラリ供給ポート又はスラリ/リンス組合せアーム、３４…キャリアヘッド、３６…キャリアドライブシャフト、３８…軸、５０…接着剤層、５２…ライナ、５６…透明部分、５８…アパーチャ、５９…接着剤、６０…研磨パッド、６２…裏打ち層、６４…被覆層、６６…研磨面、７０…凹部、７２…下面、７４…薄い部分７６…アパーチャ、８０…シート、９２…上面、９４…穿孔、９６…ホール、９８…接着剤層。

Claims (22)

1. 研磨面と、第一厚みと、第一圧縮性と、約４０から８０のショアＤ硬さとを有する研磨層であって、該研磨層が厚み不均一性を有する前記研磨層と、
   該研磨層に固定された裏打ち層であって、該裏打ち層が該第一厚み以下の第二厚みを有し、且つ該第一圧縮性より大きい第二圧縮性を有する、前記裏打ち層と、
   を備え、
   ここで、該第一厚みと第一圧縮性と第二厚みと第二圧縮性が、１.５ｐｓｉ以下の加圧下で該研磨層の厚み不均一性より該研磨面がゆがむようなものである、
   研磨パッド。
2. 該第二厚みが、該第一厚みにほぼ等しい、請求項１記載の研磨パッド。
3. 裏打ち層の硬さが、約１から１０のショアＡである、請求項１記載の研磨パッド。
4. 該裏打ち層の第二厚みが約３０〜９０ミルである、請求項１記載の研磨パッド。
5. 該研磨層に対向する側の該裏打ち層に固定された導電性シートを更に備えている、請求項１記載の研磨パッド。
6. 該研磨層における光透過部分と、該光透過部分と整列した該裏打ち層内に形成されたアパーチャと、該研磨層に対向する該裏打ち層の側の光透過接着層であって、該接着層が該裏打ち層上の該アパーチャにかかっている前記接着層と、を更に備えている、請求項１記載の研磨パッド。
7. 裏打ち層と該研磨層との間に液体-不浸透性透明シートを更に備えている、請求項１記載の研磨パッド。
8. 該研磨層の外縁が、該裏打ち層の外縁に覆いかぶさっている、請求項１記載の研磨パッド。
9. 該裏打ち層が、１.５ｐｓｉ以下の加圧で、２ミル以上の該第二厚みと第二圧縮性の積を有する、請求項１記載の研磨パッド。
10. 該裏打層が、ポリウレタン、ポリエーテル又はポリシリコーンの発泡体を含む、請求項１記載の研磨パッド。
11. 研磨面を有する研磨層と、
    該研磨層における固体光透過部分と、
    該研磨面に対向する該研磨層の側の裏打ち層であって、該裏打ち層が光透過部分と整列したアパーチャを有する、前記裏打ち層と、
    該研磨層に対向する該裏打ち層の側の光透過接着層であって、該接着層が該裏打ち層上の該アパーチャにかかっている前記接着層と、
    を備えている研磨パッド。
12. 該接着層が該裏打層に隣接する、請求項１１記載の研磨パッド。
13. 該裏打ち層に対向する該接着層の側に導電層を更に備えている、請求項１１記載の研磨パッド。
14. 該接着層が、両面接着テープを備えている、請求項１１記載の研磨パッド。
15. 該接着層が、ポリエチレンテレフタレート膜を備えている、請求項１１記載の研磨パッド。
16. 研磨面を有する研磨層と、
    該研磨面と対向する該研磨層の側の裏打層と、
    を備え、ここで、該研磨層の外縁が該裏打層の外縁に覆いかぶさっている、研磨パッド。
17. 該研磨層と裏打ち層がほぼ円形であり、該裏打ち層の直径が該研磨層の直径未満である、請求項１６記載の研磨パッド。
18. 該研磨層の該外縁が約１/４インチだけ該裏打ち層の該外縁に覆いかぶさっている、請求項１６記載の研磨パッド。
19. 基板処理装置において：
    パッド支持体と；
    研磨パッド支持体によって保持される処理パッドであって、該処理パッドが、
    外面、第一厚み、第一圧縮性と、約４０から８０のショアＤ硬さ、厚み不均一性を備えた被覆層と、該被覆層に固定された裏打ち層であって、該裏打ち層が該第一厚み以下の第二厚みを有し且つ該第一圧縮性より大きい第二圧縮性を有する、前記裏打ち層と、を有し、ここで、該第一厚みと第一圧縮性と第二厚みと第二圧縮性が、１.５ｐｓｉ以下の加圧下で該被覆層の該厚み不均一性より研磨表面がゆがむようなものである、前記処理パッドと；
    該研磨パッドと接触して基板を保持するキャリアヘッドと；
    処理液の供給部と；
    該パッド支持体と該キャリアヘッドの少なくとも１つに接続して該処理パッドと該基板との間に相対運動を引き起こすモータと；
    を備えている、前記基板処理装置。
20. 該基板と接触するように位置する電極と、該処理液と接触する陰極と、該電極と該陰極との間に結合してバイアスを生成させる電源と、を更に備えている、請求項１９記載の装置。
21. 化学機械的処理方法であって：
    基板を研磨パッドの研磨層の研磨面と接触させるステップであって、該研磨層が、研磨面と、第一厚みと、第一圧縮性と、約４０から８０のショアＤ硬さと、厚み不均一性とを有し、該第一厚み以下の第二厚みを有し且つ該第一圧縮性より大きい第二圧縮性を有する裏打ち層に固定されている、前記ステップと；
    該研磨面に研磨液を供給するステップと；
    該基板と該研磨面との間に相対運動を生成させるステップと；
    基板に圧力を加えて、１.５ｐｓｉ以下の加圧で該研磨パッドに向かって基板を押圧するステップと；
    を含み、
    ここで、該第一厚みと第一圧縮性と第二厚みと第二圧縮性が、該加圧下で該研磨層の該厚み不均一性より該研磨表面がゆがむようなものである、前記方法。
22. 研磨液を供給するスッテプが、電解液を供給するステップを含み、該方法が、該電解液に曝される陰極と基板との間にバイアスを加えるステップを更に含む、請求項２１記載の方法。

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