JP2010528885A - 窓付きの薄い研磨パッド及び成形プロセス - Google Patents

Abstract

研磨面をもつ研磨層と、研磨層とは反対の研磨層の側にある接着剤層と、研磨層を貫通して延びて研磨層に成形される固体の光透過窓とを有する研磨パッドが説明される。窓は、研磨面と同一平面の最上面、及び接着剤層の下面と同一平面の底面を有する。研磨パッドを作成する方法は、研磨層及び接着剤層を貫通してアパーチャーを形成し、研磨層の研磨面とは反対側で接着剤層にバッキング部片を固定し、アパーチャーに液体ポリマーを投与し、液体ポリマーを硬化して窓を形成することを含む。
【選択図】 図４

Description

[0001]窓付き研磨パッド、このような研磨パッドを含むシステム、及びこのような研磨パッドを作成して使用するプロセスについて説明する。

背景

[0002]近代的な半導体集積回路（ＩＣ）を製造するプロセスでは、基板の外面を平坦化することがしばしば必要となる。例えば、導電性フィラー層を、その下の層の最上面が露出するまで研磨して、絶縁層の持ち上がったパターン間に導電性材料を残し、基板上の薄膜回路間に導電性経路を与えるビア、プラグ及びラインを形成するために、平坦化が必要になることがある。更に、酸化物層をフラットに且つ薄くして、ホトリソグラフィーに適したフラットな表面を与えるために、平坦化が必要になることもある。

[0003]半導体基板の平坦化又はトポグラフィー除去を達成する１つの方法は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）である。在来の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）プロセスは、磨き剤（abrasive）スラリーの存在中で回転する研磨パッドに対して基板を押し付けることを含む。

[0004]一般的に、研磨を停止すべきかどうか決定するには、所望の表面平坦性又は層厚みに到達したとき又はその下の層が露出したときを検出することが必要である。ＣＭＰプロセス中に終了点をその場で検出するために多数の技術が開発されている。例えば、層の研磨中に基板上の層の均一性をその場で測定するために光学的監視システムが使用されている。この光学的監視システムは、研磨中に基板に光ビームを向ける光源と、基板から反射した光を測定する検出器と、検出器からの信号を分析して、終了点が検出されたかどうか計算するコンピュータとを含むことができる。幾つかのＣＭＰシステムでは、光ビームが研磨パッドの窓を通して基板に向けられる。

概要

[0005]１つの態様において、研磨面をもつ研磨層と、研磨層とは反対の研磨層の側にある接着剤層と、研磨層を貫通して延びて研磨層に成形された固体の光透過窓とを有する研磨パッドが説明される。窓は、研磨面と同一平面の最上面、及び接着剤層の下面と同一平面の底面を有する。

[0006]本発明の実施は、次の１つ以上を含んでもよい。研磨層は、単一の層でよい。取り外し可能なライナーが接着剤層に広がってもよい。ライナーは、窓と整列された穴を有してもよい。取り外し可能な窓バッキング部片がライナーの穴に位置付けられて窓に当接してもよい。研磨面には溝があってもよく、また、窓の一部分が溝へと突出し、そこに成形されてもよい。窓の周囲は、でこぼこした経路をたどってもよい。研磨パッドは、円形でもよく、窓は、研磨パッドの半径に沿って延びてもよく、また、窓は、半径に直角な方向に沿うよりも半径に沿って長くなっている。研磨パッドは、その全厚みが１ｍｍ未満でよい。

[0007]別の態様において、研磨パッドを作成する方法が説明される。この方法は、研磨層及び接着剤層を貫通してアパーチャーを形成し、研磨層の研磨面とは反対側で接着剤層にバッキング部片を固定し、アパーチャーに液体ポリマーを投与し、液体ポリマーを硬化して窓を形成することを含む。

[0008]本発明の実施は、次の１つ以上を含むことができる。取り外し可能なライナーに穴が形成されてもよく、バッキング部片を固定することは、バッキング部片を穴に設置する（installing）ことを含んでもよい。窓の一部分が研磨面の上に突出してもよい。研磨面の溝に液体ポリマーを流し込んでもよい。研磨層は、単一層でよい。研磨パッドを型抜きする（stamping）又は研磨パッドをカットすることによりアパーチャーが形成されてもよい。窓の周囲は、でこぼこした経路をたどってもよい。研磨パッドは、円形でもよく、窓は、研磨パッドの半径に沿って延びてもよく、また、窓は、半径に直角な方向に沿うよりも半径に沿って長くなっている。研磨パッドは、その全厚みが１ｍｍ未満でよい。

[0009]本発明の１つ以上の実施形態の詳細を添付図面に示して以下に説明する。本発明の他の特徴、目的及び効果は、以下の説明及び添付図面、並びに特許請求の範囲から明らかとなろう。

研磨パッドを含むＣＭＰ装置の断面図である。 窓付き研磨パッドの一実施形態を示す上面図である。 図２の研磨パッドの断面図である。 研磨パッドを形成する方法を示す。 研磨パッドを形成する方法を示す。 研磨パッドを形成する方法を示す。 研磨パッドを形成する方法を示す。 研磨パッドを形成する方法を示す。 研磨パッドを形成する方法を示す。

詳細な説明

[0014]種々の図面において同一要素は同一参照符号で示す。

[0015]図１に示すように、ＣＭＰ装置１０は、プラテン１６上の研磨パッド１８に対して半導体基板１４を保持するための研磨ヘッド１２を含んでいる。ＣＭＰ装置は、米国特許第５，７３８，５７４号に説明されたように構成することができ、その全ての開示内容を参考としてここに援用する。

[0016]基板は、例えば、製品基板（例えば、複数のメモリ又はプロセッサダイを含む）、テスト基板、裸基板、及びゲート基板である。基板は、集積回路製造の種々の段階にあり、例えば、基板は、裸のウェハであったり、又は１つ以上の堆積及び／又はパターン化された層を含んだりする。基板という語は、円形ディスク及び長方形シートを含む。

[0017]研磨パッド１８の有効部分は、基板に接触する研磨面２４及び接着剤２８によりプラテン１６に固定される底面２２をもつ研磨層２０を含むことができる。研磨パッドは、研磨層２０が化学的機械的研磨プロセスに適した薄い耐久性材料で形成された単一層パッドである。このような研磨パッドは、日本国東京のフジボーからＨ７０００ＨＮという商品名で入手することができる。

[0018]図２を参照すれば、ある実施において、研磨パッド１８は、半径が１５．０インチ（３８１．００ｍｍ）で、対応直径が３０インチである。他の実施において、研磨パッド１８は、半径が１５．２５インチ（３８７．３５ｍｍ）又は１５．５インチ（３９３．７０ｍｍ）で、対応直径が３０．５インチ又は３１インチである。

[0019]図３を参照すれば、ある実施において、研磨面２４に溝２６を形成することができる。これらの溝は、「ワッフル」パターンであり、例えば、傾斜側壁を伴う垂直溝のクロスハッチパターンであり、研磨面を長方形エリア、例えば、方形エリアに分割している。

[0020]図１に戻ると、典型的に、研磨パッド材料は、磨き粒子を含む化学的研磨液体３０で濡らされる。例えば、スラリーは、ＫＯＨ（水酸化カリウム）及び煙霧シリカ（fumed-silica）粒子を含むことができる。しかしながら、ある研磨プロセスは、「磨き剤なし」である。

[0021]研磨ヘッド１２は、プラテンがその中心軸の周りを回転するときに研磨パッド１８に対して基板１４に圧力を付与する。更に、研磨ヘッド１２は、通常、その中心軸の周りを回転され、駆動シャフト又は並進移動アーム３２を経てプラテン１６の表面を横切って並進移動される。研磨溶液に関連した、基板と研磨面との間の圧力及び相対運動で、基板の研磨が生じる。

[0022]プラテン１６の最上面には光学的アパーチャー３４が形成される。レーザのような光源３６及び光検出器のような検出器３８を含む光学的監視システムを、プラテン１６の最上面の下に配置することができる。例えば、光学的監視システムは、プラテン１６内のチャンバーであって光学的アパーチャー３４と光学的に連通し且つプラテンと共に回転できるチャンバーに配置することができる。光学的アパーチャー３４は、石英ブロックのような透明な固体部片で埋めることもできるし、又は空の穴であってもよい。１つの実施において、光学的監視システム及び光学的アパーチャーは、プラテンにおける対応凹所に嵌合されるモジュールの一部分として形成される。或いは又、光学的監視システムが、プラテンの下に配置される固定システムで、光学的アパーチャーがプラテンを貫通して延びてもよい。光源は、遠赤外線から紫外線までのどこかの波長（例えば、赤い光）を使用できるが、広帯域スペクトル（例えば、白い光）も使用でき、且つ検出器は、分光計でよい。

[0023]窓４０は、上に横たわる研磨パッド１８に形成され、プラテンの光学的アパーチャー３４と整列される。窓４０及びアパーチャー３４は、ヘッド１２の並進移動位置に関わらず、プラテンの回転の少なくとも一部の間に、研磨ヘッド１２により保持された基板１４が見えるように位置付けることができる。光源３６は、少なくとも窓４０が基板１４に隣接する時間中、アパーチャー３４及び窓４０を通して光ビームを投射し、その上の基板１４の表面に当たるようにする。基板から反射した光は、検出器３８によって検出される合成ビームを形成する。光源及び検出器は、図示されていないコンピュータに結合され、このコンピュータは、検出器からの測定された光強度を受け取り、それを使用して、研磨終了点を決定するが、これは、例えば、新たな層の露出を示す基板の反射率の急激な変化を検出するか、干渉計原理を使用して（透明な酸化物層のような）外側層を除去した厚みを計算するか、又は所定の終了点基準について信号を監視することにより行われる。

[0024]通常の大きな長方形窓（例えば、２．２５ｘ０．７５インチの窓）を非常に薄い研磨層に置くことに伴う１つの問題は、研磨中の層剥離である。特に、研磨中に基板からの横方向摩擦力が、窓をパッドの側壁に成形する接着力より大きくなる。

[0025]図２に戻ると、窓４０は、研磨中に基板により付与される摩擦力の方向（研磨パッドを回転する場合には半径に対して接線方向）に沿って細く、且つそれに対して垂直な方向（研磨パッドを回転する場合には半径に沿った方向）に広い。例えば、窓４０は、研磨パッド１８の中心から約７．５インチ（１９０．５０ｍｍ）の距離Ｄを中心として、幅を約４ｍｍ、長さを９．５ｍｍのエリアを使用することができる。

[0026]窓４０は、ほぼ長方形の形状で、その長い方の寸法は、窓の中心を通過する研磨パッドの半径に対して実質的に平行である。しかしながら、窓４０は、でこぼこした周囲４２を有し、例えば、周囲は、同様の形状の長方形の周囲より長くなる。これは、窓が研磨パッドの側壁に接触する表面積を増大し、これにより、研磨パッドに対する窓の接着力を改善することができる。ある実施において、窓４０は、３つの概略円形の部分５０、５２及び５４を含み、中央の円形部分５２は、外側の円形部分５０及び５４に直線セグメント５６及び５８で各々が接続されている。各円形部分は、ほぼ同じ直径を有し、また、直線セグメントは、円形部分の直径より狭い。各々の円形部分５０、５２及び５４は、直径が約４ｍｍである。

[0027]図３を参照すれば、窓４０は、研磨層２０及び接着剤層２８を組み合せたものと同程度の深さであり、窓４０の最上面４４は、研磨面２４と同一平面であり、且つ窓の底面４６は、接着剤層２８の底面と同一平面である。窓４０の周囲は、研磨層２０の側壁内縁４８に固定することができ、例えば、成形することができる。

[0028]図４を参照すれば、プラテンに設置する前に、研磨パッド１８は、研磨パッドの底面２２上の接着剤層２８に広がるライナー７０を含むこともできる。このライナーは、非圧縮性の、一般的に流体不浸透性の層であり、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、例えば、Ｍｙｌａｒ^ＴＭである。使用に際し、このライナーは、研磨パッドから手で剥離され、研磨層２０が感圧接着剤２８でプラテンに付着される。しかしながら、ライナーは、窓４０には広がらず、窓４０の領域及びその直接的周囲から除去されて、穴７２を形成する。

[0029]研磨パッド４０は、非常に薄くて、例えば、２ｍｍ未満であり、例えば、１ｍｍ未満である。例えば、研磨層２０、接着剤２８及びライナー７０の合計の厚みは、約０．９ｍｍである。研磨層２０が約０．８ｍｍの厚みであり、接着剤２８及びライナー７０が残りの０．１ｍｍである。溝２６は、研磨パッドの深さの約半分であり、例えば、おおよそ０．５ｍｍである。

[0030]ライナー７０に加えて、任意の窓バッキング部片７４を窓４０に広げて、窓４０の直接的な周囲で感圧接着剤２８の一部分に固定することができる。窓バッキング部片７４は、穴７２より若干小さいので、バッキング部片は、ライナー７０からギャップで分離される。このギャップは、幅が、例えば、数ミリメートル、例えば、２ｍｍである。穴７２及びバッキング部片７４は、窓４０の最大寸法の約２倍のエリアをカバーすることができる。例えば、穴は、直径が約２４ｍｍの円形エリアであり、バッキング部片７２は、直径が約２０ｍｍのディスクである。バッキング部片７２は、厚みがライナー７０と同じであるか、又はライナー７０より薄い。バッキング部片７２は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又は別の非粘着性材料である。

[0031]研磨パッドを製造するために、最初に、研磨層２０が形成され、図５に示すように、研磨層２０の底面が感圧接着剤２８及びライナー層７０で覆われる。感圧接着剤２８及びライナー層７０を取り付ける前にパッド成形プロセスの一部分として研磨層２０に溝２６を形成することもできるし、又はパッドが形成された後、さらにライナーが取り付けられた後に研磨層２０に溝２６をカットすることもできる。

[0032]図６に示すように、研磨層２０、接着剤２８及びライナー７０を含む全パッドを貫通してアパーチャー８０が形成される。特に、図２に示す窓形状を形成するために、例えば、直径４ｍｍの３つの別々の穴を、パッドを貫通してあけることができる。穴と穴との間にチャネルをカットし、「ダンベル」形状の連続的なアパーチャーが形成される。

[0033]図７に示すように、ライナー７０の一部分を、アパーチャー８０の周囲領域から除去して、ライナー７０に穴７２を形成する。例えば、ライナー７０を研磨パッドから完全に剥離し、アパーチャー８０の周囲でライナーを貫通して穴をあけ、穴７２をアパーチャー８０と整列させてライナー７０を研磨層２０に戻すことができる。或いは又、研磨パッドの初期組み立て前又は初期組み立て中にライナー７０に穴７２をあけてもよい。

[0034]図８に示すように、窓バッキング部片７４の縁が接着剤２８に当たる状態で、窓バッキング部片７４、例えば、Ｔｅｆｌｏｎ^ＴＭのディスクを穴７２に設置する。窓バッキング部片は、きれいにしなければならず、例えば、エタノールで拭かなければならない。窓バッキング部片７４は、窓の型の底部として働く。

[0035]液体ポリマーが準備されてアパーチャー８０へ移送され、次いで、硬化されて、図９に示すように、窓４０を形成する。ポリマーは、ポリウレタンであり、幾つかの成分の混合物から形成することができる。１つの実施において、ポリマーは、（カリフォルニア州ロングビーチのCal Polymers, Inc.から入手できる）カルタンＡ２３００の２部と、カルタンＢ２３００の３部との混合物である。液体ポリマー混合物は、アパーチャーへ入れられる前に、例えば、１５から３０分間、ガス抜きされる。ポリマーは、室温において約２４時間で硬化することができ、又は硬化時間を短縮するためにヒートランプ又はオーブンを使用することもできる。硬化された窓４０が研磨面の上に突出する場合には、例えば、ダイアモンドコンディショニングディスクで磨くことにより、研磨面と同一平面になるように窓を平らにすることができる。

[0036]窓バッキング部片７４は、硬化が完了した後に、パッドを顧客へ出荷する前に、製造者によりアパーチャー７２から除去することもできるし、又は顧客が、研磨パッドをプラテンに設置する前に窓バッキング部片を除去することもできる。

[0037]溝２４がアパーチャー８０に交差する場合は、液体ポリマーがアパーチャーへ移送されるときに、液体ポリマーの一部分が溝２４に沿って流れる。従って、若干のポリマーがアパーチャー８０の縁を越えて延びて、溝への突出部分を形成することになる。これらの突出部分は、硬化すると、研磨パッドへの窓の結合を更に強める。更に、充分な液体ポリマーが与えられる場合には、若干の液体ポリマーが研磨層の最上面にわたって流れることになる。この場合も、研磨面にわたるポリマーの部分は、研磨パッドへの窓の結合を強めることができるが、上述したように、研磨面の上に突出する窓４０の部分を除去して、窓の最上部が研磨面と平らになるようにすることができる。

[0038]幾つかの実施形態を上述したが、本発明は、これに限定されない。例えば、でこぼこした縁をもつ窓を説明したが、窓は、長方形や楕円形のような単純な形状でもよい。本発明の精神及び範囲から逸脱せずに種々の他の変更がなされ得ることが理解されよう。従って、特許請求の範囲内で他の実施形態も考えられる。

１０…ＣＭＰ装置、１２…研磨ヘッド、１４…半導体基板、１６…プラテン、１８…研磨パッド、２０…研磨層、２２…底面、２４…研磨面、２６…溝、２８…接着剤、３０…研磨液体、３２…駆動シャフト、３４…アパーチャー、３６…光源、３８…検出器、４０…窓、４２…でこぼこした周囲、５０、５２、５４…円形部分、５６、５８…直線セグメント、７０…ライナー、７２…穴、７４…バッキング部片、８０…アパーチャー

Claims (15)

1. 研磨面を有する研磨層と、
   上記研磨層とは反対の上記研磨層の側にある接着剤層と、
   上記研磨層を貫通して延び且つ研磨層に成形された固体の光透過窓であって、上記研磨面と同一平面の最上面及び上記接着剤層の下面と同一平面の底面を有している窓と、
   を備えた研磨パッド。
2. 上記研磨層は、単一の層より成る、請求項１に記載の研磨パッド。
3. 上記接着剤層に広がる取り外し可能なライナーを更に備えた、請求項１に記載の研磨パッド。
4. 上記ライナーは、上記窓と整列された穴を有する、請求項３に記載の研磨パッド。
5. 上記ライナーの上記穴に位置付けられて上記窓に当接する取り外し可能な窓バッキング部片を更に備えた、請求項４に記載の研磨パッド。
6. 上記研磨面における溝を更に備えた、請求項１に記載の研磨パッド。
7. 上記窓の一部分が上記溝へ突出し、そこに成形される、請求項５に記載の研磨パッド。
8. 上記窓の周囲は、でこぼこした経路をたどる、請求項１に記載の研磨パッド。
9. 研磨パッドを製造する方法において、
   研磨層及び接着剤層を貫通するアパーチャーを形成するステップと、
   上記研磨層の研磨面とは反対の側で上記接着剤層にバッキング部片を固定するステップと、
   上記アパーチャーに液体ポリマーを投与するステップと、
   上記液体ポリマーを硬化して、窓を形成するステップと、
   を備えた方法。
10. 取り外し可能なライナーに穴を形成するステップを更に備え、バッキング部片を固定する上記ステップは、上記バッキング部片を上記穴に設置することを含む、請求項９に記載の方法。
11. 上記研磨面の上に突出する上記窓の一部分を除去するステップを更に備えた、請求項９に記載の方法。
12. 上記液体ポリマーは、上記研磨面の溝に流れ込む、請求項９に記載の方法。
13. 上記研磨層は、単一の層より成る、請求項９に記載の方法。
14. アパーチャーを形成する上記ステップは、上記研磨パッドを型抜き又はカットすることを含む、請求項９に記載の方法。
15. 上記窓の周囲は、でこぼこした経路をたどる、請求項９に記載の方法。

Images