JP2014172168A - 広スペクトル終点検出ウィンドウを有するケミカルメカニカル研磨パッド及びそれを用いる研磨方法 - Google Patents

広スペクトル終点検出ウィンドウを有するケミカルメカニカル研磨パッド及びそれを用いる研磨方法 Download PDF

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Abstract

【課題】基板研磨終点検出のため研磨パッドの窓部にウィンドゥブロックを使用しているが、短波長光に暴露されると劣化をおこす。
【解決手段】研磨面25を有する研磨層20、及び研磨面の平面に対して垂直な軸に沿って厚さを有する広スペクトル終点検出ウィンドウブロック30を含み、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが環式オレフィン付加ポリマーを含み、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがその厚さ全体で均一な化学組成を示し、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが≦40%のスペクトル損失を示し、研磨面が、磁性基板、光学基板及び半導体基板から選択される基板を研磨するように適合されている、ケミカルメカニカル研磨パッド。
【選択図】図3

Description

本発明は一般にケミカルメカニカルポリッシングの分野に関する。特に、本発明は、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを有し、その広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが≦40%のスペクトル損失を示すケミカルメカニカル研磨パッドに関する。本発明はまた、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを有し、その広スペクトル終点検出ウィンドウが≦40%のスペクトル損失を示すケミカルメカニカル研磨パッドを使用する、基板のケミカルメカニカルポリッシングの方法に関する。
集積回路及び他の電子装置の製造においては、導体、半導体及び絶縁材料の複数の層を半導体ウェーハの表面に付着させたり、半導体ウェーハの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、いくつかの付着技術を使用して付着させることができる。最新の加工において一般的な付着技術としては、スパッタリングと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。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又は材料を除去するためには平坦化が有用である。
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ポリッシング(CMP)は、半導体ウェーハのような基板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においては、CMP装置中、ウェーハをキャリヤアセンブリに取り付け、研磨パッドと接する状態に配置する。キャリヤアセンブリが制御可能な圧をウェーハに提供して、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(たとえば回転する)。それと同時に、研磨媒(たとえばスラリー)がウェーハと研磨パッドとの間に供給される。このように、ウェーハ表面は、パッド表面及び研磨媒による化学的かつ機械的作用によって研磨され、平坦化される。
ケミカルメカニカルポリッシングの場合に呈される一つの難題は、基板が所望の程度まで研磨されたときを決定することである。研磨終点を決定するためのインサイチュー法が開発されている。インサイチュー光学的終点検出技術は、二つの基本カテゴリー:(1)単一波長の反射光学信号をモニタする技術、又は(2)複数の波長からの反射光学信号をモニタする技術に分類することができる。光学終点検出に使用される一般的な波長としては、可視スペクトルの波長(たとえば400〜700nm)、紫外スペクトルの波長(315〜400nm)及び赤外スペクトルの波長(たとえば700〜1000nm)がある。米国特許第5,433,651号において、Lustigらは、レーザ光源からの光をウェーハ表面に伝送し、反射した信号をモニタする、単一波長を使用するポリマー終点検出法を開示している。ウェーハ表面の組成が一つの金属から別の金属に変化するにつれ、反射率が変化する。そして、この反射率の変化を使用して研磨終点を検出する。米国特許第6,106,662号において、Bibbyらは、分光計を使用して、光学スペクトルの可視範囲における反射光の強度スペクトルを取得することを開示している。金属CMP用途において、Bibbyらは、スペクトル全体を使用して研磨終点を検出することを教示している。
これらの光学的終点検出技術を受け入れるために、ウィンドウを有するケミカルメカニカル研磨パッドが開発された。たとえば、米国特許第5,605,760において、Robertsは、少なくとも一部分が一定範囲の波長のレーザ光に対して透過性である研磨パッドを開示している。開示された実施態様のいくつかにおいて、Robertsは、それ以外は不透明なパッド中に透明なウィンドウ部材を含む研磨パッドを教示している。ウィンドウ部材は、成形された研磨パッド中の透明なポリマーのロッド又はプラグであることができる。ロッド又はプラグは、研磨パッド内に成形されたインサートであることもできるし(すなわち「一体型ウィンドウ」)、成形作業後に研磨パッド中の切抜きの中に設置されることもできる(すなわち「嵌め込み型ウィンドウ」)。
米国特許第6,984,163号に記載されているような脂肪族イソシアネート系のポリウレタン材料が、広い光スペクトルにかけて改善された光透過を提供した。残念ながら、これらの脂肪族ポリウレタンウィンドウは、厳しい研磨用途に求められる耐久性を欠く傾向にある。
従来のポリマー系の終点検出ウィンドウは、多くの場合、330〜425nmの波長を有する光に暴露されると、望まれない劣化を示す。これは、紫外スペクトルの光に暴露されると分解又は黄変する傾向にある芳香族ポリアミン類に由来するポリマー終点検出ウィンドウの場合に特に当てはまる。過去には、終点検出目的に使用される光の経路中に、そのような波長を有する光を終点検出ウィンドウへの暴露の前に減衰させるために、フィルタが使用されたこともある。しかし、より薄い材料層及びより小さな装置サイズを容易にするために、より短い波長の光を半導体研磨用途における終点検出目的に利用することがますます迫られている。
したがって、必要とされるものは、基板研磨終点検出目的のための<400nmの波長を有する光の使用を可能にする広スペクトル終点検出ウィンドウブロックであって、そのような光に暴露されたとき劣化に耐え、厳しい研磨用途に求められる耐久性を示す広スペクトル終点検出ウィンドウブロックである。
本発明は、研磨面を有する研磨層、及び前記研磨面の平面に対して垂直な軸に沿って厚さTWを有する広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが環式オレフィン付加ポリマーを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがその厚さTW全体で均一な化学組成を示し、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが≦40%のスペクトル損失を示し、前記研磨面が、磁性基板、光学基板及び半導体基板から選択される基板を研磨するように適合されている、ケミカルメカニカル研磨パッドを提供する。
本発明は、研磨面を有する研磨層、及び前記研磨面の平面に対して垂直な軸に沿って厚さTWを有する広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが環式オレフィン付加ポリマーを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがその厚さTW全体で均一な化学組成を示し、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが≦40%のスペクトル損失を示し、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックの≧90重量%が環式オレフィン付加ポリマーであり、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがハロゲン<1ppmを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが液体充填ポリマーカプセル<1個を含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが、前記研磨面の前記平面に対して垂直な軸に沿って5〜75ミルの平均厚さTW-avgを有し、前記研磨面が、磁性基板、光学基板及び半導体基板から選択される基板を研磨するように適合されている、ケミカルメカニカル研磨パッドを提供する。
本発明は、研磨面を有する研磨層、及び前記研磨面の平面に対して垂直な軸に沿って厚さTWを有する広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが環式オレフィン付加ポリマーを含み、前記環式オレフィン付加ポリマーが環式オレフィン付加ポリマー及び環式オレフィン付加コポリマーから選択され、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがその厚さTW全体で均一な化学組成を示し、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが≦40%のスペクトル損失を示し、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックの≧90重量%が環式オレフィン付加ポリマーであり、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがハロゲン<1ppmを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが液体充填ポリマーカプセル<1個を含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが、前記研磨面の前記平面に対して垂直な軸に沿って5〜75ミルの平均厚さTW-avgを有し、前記研磨面が、磁性基板、光学基板及び半導体基板から選択される基板を研磨するように適合されている、ケミカルメカニカル研磨パッドを提供する。
本発明は、研磨面を有する研磨層、及び前記研磨面の平面に対して垂直な軸に沿って厚さTWを有する広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが環式オレフィン付加ポリマーを含み、前記環式オレフィン付加ポリマーが環式オレフィン付加ポリマーであり、前記環式オレフィン付加ポリマーが、少なくとも一つの脂環式モノマーの重合から製造され、前記少なくとも一つの脂環式モノマーが、環内二重結合を有する脂環式モノマー及び環外二重結合を有する脂環式モノマーからなる群より選択され、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがその厚さTW全体で均一な化学組成を示し、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが≦40%のスペクトル損失を示し、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックの≧90重量%が環式オレフィン付加ポリマーであり、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがハロゲン<1ppmを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが液体充填ポリマーカプセル<1個を含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが、前記研磨面の前記平面に対して垂直な軸に沿って5〜75ミルの平均厚さTW-avgを有し、前記研磨面が、磁性基板、光学基板及び半導体基板から選択される基板を研磨するように適合されている、ケミカルメカニカル研磨パッドを提供する。
本発明は、研磨面を有する研磨層、及び前記研磨面の平面に対して垂直な軸に沿って厚さTWを有する広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが環式オレフィン付加ポリマーを含み、前記環式オレフィン付加ポリマーが環式オレフィン付加コポリマーであり、環式オレフィン付加コポリマーが、少なくとも一つの脂環式モノマーと少なくとも一つの非環式オレフィンモノマーとの共重合から製造され、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがその厚さTW全体で均一な化学組成を示し、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが≦40%のスペクトル損失を示し、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックの≧90重量%が環式オレフィン付加ポリマーであり、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがハロゲン<1ppmを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが液体充填ポリマーカプセル<1個を含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが、前記研磨面の前記平面に対して垂直な軸に沿って5〜75ミルの平均厚さTW-avgを有し、前記研磨面が、磁性基板、光学基板及び半導体基板から選択される基板を研磨するように適合されている、ケミカルメカニカル研磨パッドを提供する。
本発明は、研磨面を有する研磨層、及び前記研磨面の平面に対して垂直な軸に沿って厚さTWを有する広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが環式オレフィン付加ポリマーを含み、前記環式オレフィン付加ポリマーが、

(式中、yは20〜20,000であり、R1及びR2は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜10アルキル基、C1〜10ヒドロキシアルキル基、C1〜10アルコキシル基、C1〜10アルコキシアルキル基、C1〜10カルボキシアルキル基、C1〜10アルコキシカルボニル基及びC1〜10アルキルカルボニル基からなる群より選択される)、

(式中、a:bの比は0.5:99.5〜30:70であり、R3は、H及びC1〜10アルキル基からなる群より選択され、R4及びR5は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜10アルキル基、C1〜10ヒドロキシアルキル基、C1〜10アルコキシル基、C1〜10アルコキシアルキル基、C1〜10カルボキシアルキル基、C1〜10アルコキシカルボニル基及びC1〜10アルキルカルボニル基からなる群より選択される)、

(式中、環式オレフィン付加コポリマー中のc:dの比は0.5:99.5〜50:50であり、R6は、H及びC1〜10アルキル基からなる群より選択され、R7及びR8は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜10アルキル基、C1〜10ヒドロキシアルキル基、C1〜10アルコキシル基、C1〜10アルコキシアルキル基、C1〜10カルボキシアルキル基、C1〜10アルコキシカルボニル基及びC1〜10アルキルカルボニル基からなる群より選択される)、及び

(式中、hは20〜20,000であり、R9及びR10は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜10アルキル基、C1〜10ヒドロキシアルキル基、C1〜10アルコキシル基、C1〜10アルコキシアルキル基、C1〜10カルボキシアルキル基、C1〜10アルコキシカルボニル基及びC1〜10アルキルカルボニル基からなる群より選択される)
からなる群より選択される式によって表され、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがその厚さTW全体で均一な化学組成を示し、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが≦40%のスペクトル損失を示し、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックの≧90重量%が環式オレフィン付加ポリマーであり、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがハロゲン<1ppmを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが液体充填ポリマーカプセル<1個を含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが、前記研磨面の前記平面に対して垂直な軸に沿って5〜75ミルの平均厚さTW-avgを有し、前記研磨面が、磁性基板、光学基板及び半導体基板から選択される基板を研磨するように適合されている、ケミカルメカニカル研磨パッドを提供する。
本発明は、基板のケミカルメカニカルポリッシングの方法であって、プラテン、光源及びフォトセンサを有するケミカルメカニカルポリッシング装置を提供する工程、磁性基板、光学基板及び半導体基板から選択される少なくとも一つの基板を提供する工程、本発明のケミカルメカニカル研磨パッドを提供する工程、前記ケミカルメカニカル研磨パッドを前記プラテン上に設置する工程、場合によっては、前記研磨面と前記基板との間の界面に研磨媒を提供する工程、前記研磨面と前記基板との間に動的接触を生じさせて、少なくともいくらかの材料を前記基板から除去する工程、及び前記光源からの光を前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックに通して伝送し、前記基板の表面から反射して前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを逆に通って前記フォトセンサに入射する光を分析することによって研磨終点を決定する工程を含む方法を提供する。
本発明の好ましいケミカルメカニカル研磨パッドの平面図である。 本発明の好ましいケミカルメカニカル研磨層の側面斜視図である。 本発明の好ましいケミカルメカニカル研磨層の断面の側面図である。 広スペクトル終点検出ウィンドウブロックの側面図である。
詳細な説明
本発明のケミカルメカニカル研磨パッドは、磁性基板、光学基板及び半導体基板から選択される基板を研磨するのに有用である。特に、本発明のケミカルメカニカル研磨パッドは、半導体ウェーハを研磨する場合、特に広スペクトル(すなわち多波長)終点検出を利用する先進用途の場合に有用である。
本明細書及び特許請求の範囲の中で使用される「研磨媒」とは、粒子含有研磨溶液及び非粒子含有溶液、たとえば無砥粒及び反応液研磨溶液を包含する。
本明細書及び特許請求の範囲の中で使用される「ポリ(ウレタン)」とは、(a)(i)イソシアネート類と(ii)ポリオール類(ジオール類を含む)との反応から形成されるポリウレタン類、ならびに(b)(i)イソシアネート類と(ii)ポリオール類(ジオール類を含む)及び(iii)水、アミン類(ジアミン類及びポリアミン類を含む)又は水とアミン類(ジアミン類及びポリアミン類を含む)との組み合わせとの反応から形成されるポリ(ウレタン)を包含する。
本明細書及び特許請求の範囲の中で広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを参照して使用される「ハロゲンフリー」とは、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがハロゲンを<100ppmの濃度でしか含有しないことをいう。
本明細書及び特許請求の範囲の中で広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを参照して使用される「液体フリー」とは、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが大気条件下で液体状態にある物質を<0.001重量%しか含有しないことをいう。
本明細書及び特許請求の範囲の中で使用される「液体充填ポリマーカプセル」とは、液状コアを包囲するポリマーシェルを含む物質をいう。
本明細書及び特許請求の範囲の中で広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを参照して使用される「液体充填ポリマーカプセルフリー」とは、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが液体充填ポリマーカプセルを<1個しか含有しないことをいう。
本明細書及び特許請求の範囲の中で所与の材料を参照して使用される「スペクトル損失」は、以下の式を使用して決定される。
SL=|(TL300+TL800)/2|
式中、SLは、スペクトル損失の絶対値(%単位)であり、TL300は、300nmにおける透過損失であり、TL800は、800nmにおける透過損失である。
本明細書及び特許請求の範囲の中で所与の材料を参照して使用される「λにおける透過損失」又は「TLλ」は、以下の式を使用して決定される。
TLλ=100*((PATLλ−ITLλ)/ITLλ
式中、λは、光の波長であり、TLλは、λにおける透過損失(%単位)であり、PATLλは、ASTM D1044−08にしたがって実施例に記載された条件下、サンプルの研磨の後に分光計を使用して計測された所与の材料のサンプルを透過する波長λの光の透過度であり、ITLλは、ASTM D1044−08にしたがってサンプルの研磨の前に分光計を使用して計測されたサンプルを透過する波長λの光の透過度である。
本明細書及び特許請求の範囲の中で所与の材料を参照して使用される「300nmにおける透過損失」又は「TL300」は、以下の式を使用して決定される。
TL300=100*((PATL300−ITL300)/ITL300
式中、TL300は、300nmにおける透過損失(%単位)であり、PATL300は、ASTM D1044−08にしたがって実施例に記載された条件下、サンプルの研磨の後に分光計を使用して計測された所与の材料のサンプルを透過する波長300nmの光の透過度であり、ITL300は、ASTM D1044−08にしたがってサンプルの研磨の前に分光計を使用して計測されたサンプルを透過する波長300nmの光の透過度である。
本明細書及び特許請求の範囲の中で所与の材料を参照して使用される「800nmにおける透過損失」又は「TL800」は、以下の式を使用して決定される。
TL800=100*((PATL800−ITL800)/ITL800
式中、TL800は、800nmにおける透過損失(%単位)であり、PATL800は、ASTM D1044−08にしたがって実施例に記載された条件下、サンプルの研磨の後に分光計を使用して計測された所与の材料のサンプルを透過する波長800nmの光の透過度であり、ITL800は、ASTM D1044−08にしたがってサンプルの研磨の前に分光計を使用して計測されたサンプルを透過する波長800nmの光の透過度である。
本発明のケミカルメカニカル研磨パッド(10)は、研磨面(25)を有する研磨層(20)、及び研磨面(25)の平面(28)に対して垂直な軸(B)に沿って厚さTWを有する広スペクトル終点検出ウィンドウブロック(30)を含み、広スペクトル終点検出ウィンドウブロック(30)は環式オレフィン付加ポリマーを含み、広スペクトル終点検出ウィンドウブロック(30)はその厚さTW全体で均一な化学組成を示し、広スペクトル終点検出ウィンドウブロック(30)は≦40%のスペクトル損失を示し、研磨面(25)は、磁性基板、光学基板及び半導体基板から選択される基板を研磨するように適合されている(図1〜3を参照)。
本発明のケミカルメカニカル研磨パッド中の研磨層は、好ましくは、ポリカーボネート類、ポリスルホン類、ナイロン類、ポリエーテル類、ポリエステル類、ポリスチレン類、アクリルポリマー類、ポリメチルメタクリレート類、ポリ塩化ビニル類、ポリフッ化ビニル類、ポリエチレン類、ポリプロピレン類、ポリブタジエン類、ポリエチレンイミン類、ポリウレタン類、ポリエーテルスルホン類、ポリアミド類、ポリエーテルイミド類、ポリケトン類、エポキシ類、シリコーン類、EPDM及びそれらの組み合わせから選択されるポリマーを含むポリマー材料である。もっとも好ましくは、研磨層はポリウレタン類を含む。当業者は、所与の研磨作業のためにケミカルメカニカル研磨パッドにおける使用に適した厚さTPを有する研磨層を選択することを理解するであろう。好ましくは、研磨層は、研磨面(25)の平面(28)に対して垂直な軸(A)に沿って平均厚さTP-avgを示す(図3を参照)。より好ましくは、平均厚さTP-avgは20〜150ミル(より好ましくは30〜125ミル、もっとも好ましくは40〜120ミル)である。
本発明のケミカルメカニカル研磨パッドに使用される広スペクトル終点検出ウィンドウブロックは環式オレフィン付加ポリマーを含む。好ましくは、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックの≧90重量%(より好ましくは≧95重量%、もっとも好ましくは≧98重量%)が環式オレフィン付加ポリマーである。好ましくは、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックはハロゲンフリーである。より好ましくは、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックはハロゲン<1ppmを含む。もっとも好ましくは、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックはハロゲン<0.5ppmを含む。好ましくは、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックは液体フリーである。好ましくは、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックは液体充填ポリマーカプセルフリーである。
環式オレフィン付加ポリマーは、好ましくは、環式オレフィン付加ポリマー及び環式オレフィン付加コポリマーから選択される。
環式オレフィン付加ポリマーは、好ましくは、少なくとも一つの脂環式モノマーの重合から製造される。好ましい脂環式モノマーは、環内二重結合を有する脂環式モノマー及び環外二重結合を有する脂環式モノマーから選択される。環内二重結合を有する好ましい脂環式モノマーは、ノルボルネン、トリシクロデセン、ジシクロペンタジエン、テトラシクロドデセン、ヘキサシクロヘプタデセン、トリシクロウンデセン、ペンタシクロヘキサデセン、エチリデンノルボルネン、ビニルノルボルネン、ノルボルナジエン、アルキルノルボルネン類、シクロペンテン、シクロプロペン、シクロブテン、シクロヘキセン、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタトリエン及びインデンからなる群より選択される。環外二重結合を有する好ましい脂環式モノマーとしては、たとえば、環式オレフィン類のアルキル誘導体(たとえばビニルシクロヘキセン、ビニルシクロヘキサン、ビニルシクロペンタン、ビニルシクロペンテン)がある。
環式オレフィン付加コポリマーは、好ましくは、少なくとも一つの脂環式モノマー(上記のような)と少なくとも一つの非環式オレフィンモノマーとの共重合から製造される。好ましい非環式オレフィンモノマーは、1−アルケン類(たとえばエチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテン、2−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、2−メチル−1−プロペン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン)及び2ブテンからなる群より選択される。場合によっては、非環式オレフィンモノマーはジエン類を含む。好ましいジエン類は、ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエン、1,4−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、1,5−ヘプタジエン、1,6−ヘプタジエン、1,6−オクタジエン、1,7−オクタジエン及び1,9−デカジエンからなる群より選択される。
環式オレフィン付加コポリマーは、好ましくは、エチレン−ノルボルネンコポリマー、エチレン−ジシクロペンタジエンコポリマー、エチレン−シクロペンテンコポリマー、エチレン−インデンコポリマー、エチレン−テトラシクロドデセンコポリマー、プロピレン−ノルボルネンコポリマー、プロピレン−ジシクロペンタジエンコポリマー、エチレン−ノルボルネン−ジシクロペンタジエンターポリマー、エチレン−ノルボルネン−エチリデンノルボルネンターポリマー、エチレン−ノルボルネン−ビニルノルボルネンターポリマー、エチレン−ノルボルネン−1,7−オクタジエンターポリマー、エチレン−ノルボルネン−ビニルシクロヘキセンターポリマー及びエチレン−ノルボルネン−7−メチル−1,6−オクタジエンターポリマーからなる群より選択される。
環式オレフィン付加ポリマーは、好ましくは、

(式中、yは、1分子あたりの反復単位の重量平均数であり、20〜20,000、好ましくは50〜15,000、より好ましくは75〜10,000、もっとも好ましくは200〜5,000であり、R1及びR2は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜10アルキル基、C1〜10ヒドロキシアルキル基、C1〜10アルコキシル基、C1〜10アルコキシアルキル基、C1〜10カルボキシアルキル基、C1〜10アルコキシカルボニル基及びC1〜10アルキルカルボニル基からなる群より選択され(好ましくは、R1及びR2は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜4アルキル基、C1〜4ヒドロキシアルキル基、C1〜4アルコキシル基、C1〜4アルコキシアルキル基、C1〜4カルボキシアルキル基、C1〜4アルコキシカルボニル基及びC1〜4アルキルカルボニル基からなる群より選択され、より好ましくは、R1及びR2は、それぞれ独立して、H、メチル基、C1〜3ヒドロキシアルキル基、C1〜3アルコキシル基、C1〜3アルコキシアルキル基、C1〜3カルボキシアルキル基、C1〜3アルコキシカルボニル基及びC1〜3アルキルカルボニル基からなる群より選択され、もっとも好ましくは、R1及びR2は、それぞれ独立して、H、メチル基及び−C(O)OCH2からなる群より選択される))、

(式中、a:bの比は0.5:99.5〜30:70であり、R3は、H及びC1〜10アルキル基からなる群より選択され(好ましくは、H及びC1〜4アルキル基からなる群より選択され、より好ましくは、H及びメチル基からなる群より選択され、もっとも好ましくはHであり)、R4及びR5は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜10アルキル基、C1〜10ヒドロキシアルキル基、C1〜10アルコキシル基、C1〜10アルコキシアルキル基、C1〜10カルボキシアルキル基、C1〜10アルコキシカルボニル基及びC1〜10アルキルカルボニル基からなる群より選択され(好ましくは、R4及びR5は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜4アルキル基、C1〜4ヒドロキシアルキル基、C1〜4アルコキシル基、C1〜4アルコキシアルキル基、C1〜4カルボキシアルキル基、C1〜4アルコキシカルボニル基及びC1〜4アルキルカルボニル基からなる群より選択され、より好ましくは、R4及びR5は、それぞれ独立して、H、メチル基、C1〜3ヒドロキシアルキル基、C1〜3アルコキシル基、C1〜3アルコキシアルキル基、C1〜3カルボキシアルキル基、C1〜3アルコキシカルボニル基及びC1〜3アルキルカルボニル基からなる群より選択され、もっとも好ましくは、R4及びR5は、それぞれ独立して、H、メチル基及び−C(O)OCH2からなる群より選択される))、

(式中、環式オレフィン付加コポリマー中のc:dの比は、0.5:99.5〜50:50(好ましくは0.5:99.5〜20:80)であり、R6は、H及びC1〜10アルキル基からなる群より選択され(好ましくは、H及びC1〜4アルキル基からなる群より選択され、より好ましくは、H及びメチル基からなる群より選択され、もっとも好ましくはHであり)、R7及びR8は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜10アルキル基、C1〜10ヒドロキシアルキル基、C1〜10アルコキシル基、C1〜10アルコキシアルキル基、C1〜10カルボキシアルキル基、C1〜10アルコキシカルボニル基及びC1〜10アルキルカルボニル基からなる群より選択され(好ましくは、R7及びR8は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜4アルキル基、C1〜4ヒドロキシアルキル基、C1〜4アルコキシル基、C1〜4アルコキシアルキル基、C1〜4カルボキシアルキル基、C1〜4アルコキシカルボニル基及びC1〜4アルキルカルボニル基からなる群より選択され、より好ましくは、R7及びR8は、それぞれ独立して、H、メチル基、C1〜3ヒドロキシアルキル基、C1〜3アルコキシル基、C1〜3アルコキシアルキル基、C1〜3カルボキシアルキル基、C1〜3アルコキシカルボニル基及びC1〜3アルキルカルボニル基からなる群より選択され、もっとも好ましくは、R7及びR8は、それぞれ独立して、H、メチル基及び−C(O)OCH2からなる群より選択される))、及び

(式中、hは、20〜20,000(好ましくは50〜15,000、より好ましくは75〜10,000、もっとも好ましくは200〜5,000)であり、R9及びR10は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜10アルキル基、C1〜10ヒドロキシアルキル基、C1〜10アルコキシル基、C1〜10アルコキシアルキル基、C1〜10カルボキシアルキル基、C1〜10アルコキシカルボニル基及びC1〜10アルキルカルボニル基からなる群より選択され(好ましくは、R9及びR10は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜4アルキル基、C1〜4ヒドロキシアルキル基、C1〜4アルコキシル基、C1〜4アルコキシアルキル基、C1〜4カルボキシアルキル基、C1〜4アルコキシカルボニル基及びC1〜4アルキルカルボニル基からなる群より選択され、より好ましくは、R9及びR10は、それぞれ独立して、H、メチル基、C1〜3ヒドロキシアルキル基、C1〜3アルコキシル基、C1〜3アルコキシアルキル基、C1〜3カルボキシアルキル基、C1〜3アルコキシカルボニル基及びC1〜3アルキルカルボニル基からなる群より選択され、もっとも好ましくは、R9及びR10は、それぞれ独立して、H、メチル基及び−C(O)OCH2からなる群より選択される))
からなる群より選択される式によって表される。
環式オレフィン付加ポリマーは、好ましくは、従来の示差走査熱量測定法を使用して測定して100〜200℃(より好ましくは130〜150℃)のガラス転移温度を示す。
環式オレフィン付加ポリマーは、好ましくは、1,000〜1,000,000g/mol(より好ましくは5,000〜500,000g/mol、もっとも好ましくは10,000〜300,000g/mol)の数平均分子量Mnを示す。
本発明のケミカルメカニカル研磨パッドに使用される広スペクトル終点検出ウィンドウブロックは、研磨面の平面に対して垂直な軸に沿って厚さTWを有する。好ましくは、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックは、研磨層(20)に組み込まれたとき、研磨面(25)の平面(28)に対して垂直な軸Bに沿って平均厚さTW-avgを有する(図3及び4を参照)。より好ましくは、平均厚さTW-avgは5〜75ミル(さらに好ましくは10〜60ミル、なおさらに好ましくは15〜50ミル、もっとも好ましくは20〜40ミル)である。
本発明のケミカルメカニカル研磨パッドは、好ましくは、研磨機のプラテンと対面するように適合されている。本発明のケミカルメカニカル研磨パッドは、場合によっては、感圧接着剤及び真空の少なくとも一つを使用してプラテンに固定されるように適合されている。
本発明のケミカルメカニカル研磨パッドの研磨層の研磨面は、場合によっては、基板の研磨を促進するためのマクロテキスチャ及びミクロテキスチャの少なくとも一つを示す。好ましくは、研磨面はマクロテキスチャを示し、そのマクロテキスチャは、(i)ハイドロプレーニングの少なくとも1つを緩和すること、(ii)研磨媒の流れに影響すること、(iii)研磨層の剛性を変化させること、(iv)エッジ効果を減らすこと、及び(v)研磨面と基板との間の区域からの研磨くずの運び出しを促進することの少なくとも一つを実行するように設計されている。
本発明のケミカルメカニカル研磨パッドの研磨層の研磨面は、場合によっては、穿孔及び溝の少なくとも一つから選択されるマクロテキスチャを示す。好ましくは、穿孔は、研磨面から研磨層(20)の厚さTPの途中まで又は全部に延びることができる。好ましくは、溝は、研磨中にパッドが回転すると、少なくとも一つの溝が基板の上を掃くように研磨面上に配設される。好ましくは、溝は、カーブした溝、直線状の溝及びそれらの組み合わせから選択される。溝は、≧10ミル、好ましくは10〜150ミルの深さを示す。好ましくは、溝は、≧10ミル、≧15ミル及び15〜150ミルから選択される深さ、≧10ミル及び10〜100ミルから選択される幅ならびに≧30ミル、≧50ミル、50〜200ミル、70〜200ミル及び90〜200ミルから選択されるピッチの組み合わせを有する少なくとも二つの溝を含む溝パターンを形成する。
本発明のケミカルメカニカル研磨パッド(10)に使用される広スペクトル終点検出ウィンドウブロック(30)は嵌め込み型ウィンドウである。好ましくは、研磨層(20)は、研磨層(20)の厚さTPを通して延びる貫通路(35)を拡大するカウンタボア開口(40)を有し、このカウンタボア開口(40)は、研磨面上に開口し、カウンタボア開口(40)と貫通路(35)との間の深さDOの界面に、軸Aと平行かつ研磨面(25)の平面(28)に対して垂直な軸Bに沿って棚状部(45)を形成する(図3を参照)。好ましくは、棚状部(45)は研磨面(25)と平行である。好ましくは、棚状部(45)は研磨面(25)と平行である。好ましくは、カウンタボア開口は、軸(A)に対して平行である軸を有する円柱形容積を画定する。好ましくは、カウンタボア開口は非円柱形の容積を画定する。好ましくは、広スペクトル終点検出ウィンドウブロック(30)はカウンタボア開口(40)内に配置される。好ましくは、広スペクトル終点検出ウィンドウブロック(30)は、カウンタボア開口(40)内に配置され、研磨層(20)に接着される。好ましくは、広スペクトル終点検出ウィンドウブロック(30)は、超音波溶接及び接着剤の少なくとも一つを使用して研磨層(20)に接着される。好ましくは、軸Aと平行かつ研磨面(25)の平面(28)に対して垂直な軸Bに沿うカウンタボア開口の平均深さDO-avgは5〜75ミル(好ましくは10〜60ミル、より好ましくは15〜50ミル、もっとも好ましくは20〜40ミル)である。好ましくは、カウンタボア開口の平均深さDO-avgは、≦広スペクトル終点検出ウィンドウブロック(30)の平均厚さTW-avgである。より好ましくは、カウンタボア開口の平均深さDO-avgは以下の式を満たす。
0.90*TW-avg≦DO-avg≦TW-avg
より好ましくは、カウンタボア開口の平均深さDO-avgは以下の式を満たす。
0.95*TW-avg≦DO-avg≦TW-avg
本発明のケミカルメカニカル研磨パッドは、場合によっては、研磨層と対面するベース層をさらに含む。研磨層は、場合によっては、接着剤を使用してベース層に取り付けることができる。接着剤は、感圧接着剤、ホットメルト接着剤、コンタクト接着剤及びそれらの組み合わせから選択することができる。より好ましくは、接着剤はホットメルト接着剤である。
本発明のケミカルメカニカル研磨パッドは、場合によっては、ベース層及び研磨層及びベース層と対面し、それらの間に挿入される少なくとも一つのさらなる層をさらに含む。場合によっては、接着剤を使用して様々な層を一緒に取り付けることができる。接着剤は、感圧接着剤、ホットメルト接着剤、コンタクト接着剤及びそれらの組み合わせから選択することができる。より好ましくは、接着剤はホットメルト接着剤又は感圧接着剤である。もっとも好ましくは、接着剤はホットメルト接着剤である。
基板のケミカルメカニカル研磨のための本発明の方法は、プラテン、光源及びフォトセンサ(好ましくはマルチセンサ分光器)を有するケミカルメカニカルポリッシング装置を提供する工程、磁性基板、光学基板及び半導体基板から選択される少なくとも一つの基板(好ましくは半導体基板、もっとも好ましくは半導体ウェーハ)を提供する工程、本発明のケミカルメカニカル研磨パッドを提供する工程、ケミカルメカニカル研磨パッドをプラテン上に設置する工程、場合によっては、研磨面と基板との間の界面に研磨媒を提供する工程、研磨面と基板との間に動的接触を生じさせて、少なくともいくらかの材料を基板から除去する工程、及び光源からの光を広スペクトル終点検出ウィンドウブロックに通して伝送し、基板の表面から反射して前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを逆に通ってフォトセンサに入射する光を分析することによって研磨終点を決定する工程を含む。好ましくは、研磨終点は、基板の表面から反射し、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを通して伝送される光の複数の個々の波長の分析に基づいて決定され、それら個々の光の波長は200〜1,000nmの波長を有する。より好ましくは、研磨終点は、基板の表面から反射し、広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを通して伝送される光の複数の波長の分析に基づいて決定され、分析される個々の波長の少なくとも一つは370〜400nmの波長を有する。
以下の実施例において本発明のいくつかの実施態様を詳細に説明する。
比較例WBC
終点検出ウィンドウブロックの調製
ポリウレタン縮合ポリマー終点検出ウィンドウブロックを以下のようにして調製した。ジエチルトルエンジアミン「DETDA」(Albemarleから市販されているEthacure(登録商標)100LC)を、末端イソシアネート修飾プレポリマーポリオール(Chemturaから市販されているLW570プレポリマーポリオール)と、−NCOに対する−NH2の化学量論比105%で合わせた。次いで、得られた材料を型に入れた。次いで、型の内容物をオーブン中で18時間硬化させた。オーブンの温度設定は、はじめに93℃で20分間、その後104℃で15時間40分間、そして最後の2時間で21℃まで低下であった。その後、硬化した型内容物から、10.795cmの直径及び30ミルの平均厚さを有するウィンドウブロックを切り出した。
実施例WB1:終点検出ウィンドウブロックの調製
ポリジシクロペンタジエン環式オレフィンポリマー(Zeon CorporationからZeonor(登録商標)1420Rとして市販)の20ミル厚シートから直径10.795cmの円形試験ウィンドウを切り出した。
実施例WB2:終点検出ウィンドウブロックの調製
メタロセン触媒(Topas Advanced Polymers, Inc.からTopas(登録商標)6013として市販)を使用してノルボルネン及びエチレンから調製された環式オレフィンコポリマーの20ミル厚シートから直径10.795cmの円形試験ウィンドウを切り出した。
実施例T1:ウィンドウブロックスペクトル損失分析
次いで、比較例WBCならびに実施例WB1及びWB2にしたがって調製されたウィンドウブロック材料を、ASTM D1044−08にしたがって、Verity FL2004フラッシュランプ及びSpectraview 1ソフトウェアバージョンVI4.40を備えたVerity SD1024D分光器ならびにType H22砥粒ホイール、重量500g、60rpm及び10サイクルでセットしたTaber 5150 Abraserモデル研磨ツールを使用して試験した。ウィンドウブロック材料に関して計測された様々な波長における透過損失を表1にまとめる。同じく、表1には、各ウィンドウブロック材料の場合のスペクトル損失を示す。

Claims (10)

  1. 研磨面を有する研磨層、及び
    前記研磨面の平面に対して垂直な軸に沿って厚さTWを有する広スペクトル終点検出ウィンドウブロック
    を含み、
    前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが環式オレフィン付加ポリマーを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがその厚さTW全体で均一な化学組成を示し、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが≦40%のスペクトル損失を示し、前記研磨面が、磁性基板、光学基板及び半導体基板から選択される基板を研磨するように適合されている、ケミカルメカニカル研磨パッド。
  2. 前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックの≧90重量%が環式オレフィン付加ポリマーであり、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックがハロゲン<1ppmを含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが液体充填ポリマーカプセル<1個を含み、前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが、前記研磨面の前記平面に対して垂直な軸に沿って5〜75ミルの平均厚さTW-avgを有する、請求項1記載のケミカルメカニカル研磨パッド。
  3. 前記環式オレフィン付加ポリマーが環式オレフィン付加ポリマー及び環式オレフィン付加コポリマーから選択される、請求項2記載のケミカルメカニカル研磨パッド。
  4. 前記環式オレフィン付加ポリマーが、少なくとも一つの脂環式モノマーの重合から製造され、前記少なくとも一つの脂環式モノマーが、環内二重結合を有する脂環式モノマー及び環外二重結合を有する脂環式モノマーからなる群より選択される、請求項3記載のケミカルメカニカル研磨パッド。
  5. 前記環内二重結合を有する脂環式モノマーが、ノルボルネン、トリシクロデセン、ジシクロペンタジエン、テトラシクロドデセン、ヘキサシクロヘプタデセン、トリシクロウンデセン、ペンタシクロヘキサデセン、エチリデンノルボルネン、ビニルノルボルネン、ノルボルナジエン、アルキルノルボルネン類、シクロペンテン、シクロプロペン、シクロブテン、シクロヘキセン、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタトリエン及びインデンからなる群より選択され、前記環外二重結合を有する脂環式モノマーが、ビニルシクロヘキセン、ビニルシクロヘキサン、ビニルシクロペンタン及びビニルシクロペンテンからなる群より選択される、請求項4記載のケミカルメカニカル研磨パッド。
  6. 前記環式オレフィン付加コポリマーが、少なくとも一つの脂環式モノマーと少なくとも一つの非環式オレフィンモノマーとの共重合から製造される、請求項3記載のケミカルメカニカル研磨パッド。
  7. 前記少なくとも一つの脂環式モノマーが、環内二重結合を有する脂環式モノマー及び環外二重結合を有する脂環式モノマーからなる群より選択され、
    前記環内二重結合を有する脂環式モノマーが、ノルボルネン、トリシクロデセン、ジシクロペンタジエン、テトラシクロドデセン、ヘキサシクロヘプタデセン、トリシクロウンデセン、ペンタシクロヘキサデセン、エチリデンノルボルネン、ビニルノルボルネン、ノルボルナジエン、アルキルノルボルネン類、シクロペンテン、シクロプロペン、シクロブテン、シクロヘキセン、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタトリエン及びインデンからなる群より選択され、
    前記環外二重結合を有する脂環式モノマーが、ビニルシクロヘキセン、ビニルシクロヘキサン、ビニルシクロペンタン及びビニルシクロペンテンからなる群より選択され、
    前記少なくとも一つの非環式オレフィンモノマーが、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテン、2−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、2−メチル−1−プロペン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、2−ブテン、ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエン、1,4−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、1,5−ヘプタジエン、1,6−ヘプタジエン、1,6−オクタジエン、1,7−オクタジエン及び1,9−デカジエンからなる群より選択される、請求項6記載のケミカルメカニカル研磨パッド。
  8. 前記環式オレフィン付加ポリマーが、

    (式中、yは20〜20,000であり、R1及びR2は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜10アルキル基、C1〜10ヒドロキシアルキル基、C1〜10アルコキシル基、C1〜10アルコキシアルキル基、C1〜10カルボキシアルキル基、C1〜10アルコキシカルボニル基及びC1〜10アルキルカルボニル基からなる群より選択される)、

    (式中、a:bの比は0.5:99.5〜30:70であり、R3は、H及びC1〜10アルキル基からなる群より選択され、R4及びR5は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜10アルキル基、C1〜10ヒドロキシアルキル基、C1〜10アルコキシル基、C1〜10アルコキシアルキル基、C1〜10カルボキシアルキル基、C1〜10アルコキシカルボニル基及びC1〜10アルキルカルボニル基からなる群より選択される)、

    (式中、環式オレフィン付加コポリマー中のc:dの比は0.5:99.5〜50:50であり、R6は、H及びC1〜10アルキル基からなる群より選択され、R7及びR8は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜10アルキル基、C1〜10ヒドロキシアルキル基、C1〜10アルコキシル基、C1〜10アルコキシアルキル基、C1〜10カルボキシアルキル基、C1〜10アルコキシカルボニル基及びC1〜10アルキルカルボニル基からなる群より選択される)、及び

    (式中、hは20〜20,000であり、R9及びR10は、それぞれ独立して、H、ヒドロキシル基、C1〜10アルキル基、C1〜10ヒドロキシアルキル基、C1〜10アルコキシル基、C1〜10アルコキシアルキル基、C1〜10カルボキシアルキル基、C1〜10アルコキシカルボニル基及びC1〜10アルキルカルボニル基からなる群より選択される)
    からなる群より選択される式によって表される、請求項2記載のケミカルメカニカル研磨パッド。
  9. 前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックが嵌め込み型ウィンドウである、請求項2記載のケミカルメカニカル研磨パッド。
  10. 基板のケミカルメカニカルポリッシングの方法であって、
    プラテン、光源及びフォトセンサを有するケミカルメカニカルポリッシング装置を提供する工程、
    磁性基板、光学基板及び半導体基板から選択される少なくとも一つの基板を提供する工程、
    請求項2記載のケミカルメカニカル研磨パッドを提供する工程、
    前記ケミカルメカニカル研磨パッドを前記プラテン上に設置する工程、
    場合によっては、前記研磨面と前記基板との間の界面に研磨媒を提供する工程、
    前記研磨面と前記基板との間に動的接触を生じさせて、少なくともいくらかの材料を前記基板から除去する工程、及び
    前記光源からの光を前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックに通して伝送し、前記基板の表面から反射して前記広スペクトル終点検出ウィンドウブロックを逆に通って前記フォトセンサに入射する光を分析することによって研磨終点を決定する工程
    を含む方法。
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