JP2016524549A - 低表面粗さ研磨パッド - Google Patents

Abstract

本発明は、研磨表面を含む研磨パッド体を含む研磨パッドを提供し、この研磨体は細孔を含み、そしてこの研磨表面は０.１μｍ〜１０μｍの表面粗さを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、研磨パッド、および基材を研磨する方法に関し、そして特に、本発明は研磨表面を含む研磨パッド体を含む研磨パッドに関し、この研磨体は細孔を含み、そして研磨表面は０.１μｍ〜１０μｍの表面粗さを有する。

化学的機械的研磨（「ＣＭＰ」）法は、半導体ウェハー、フィールドエミッションディスプレイ、および多くの他のマイクロエレクトロニクス基材上の平面を形成するためにマイクロエレクトロニクス機器の製造において使用される。例えば、半導体機器の製造は、通常、半導体ウェハーを製造するために、種々のプロセス層の形成、これらの層の一部の選択的な除去またはパターニング、および半導体基材の表面上へのまたさらなるプロセス層の堆積を含む。プロセス層は、一例として、絶縁層、ゲート酸化物層、導電性層、および金属層またはガラス層等を含むことができる。ウェハープロセスのあるステップにおいて、プロセス層の最も上部の表面が平面、すなわち、その後の層の堆積のために平面であることが通常望ましい。ＣＭＰはプロセス層を平坦化するために使用され、導電性材料または絶縁性材料などの堆積された材料は、続く工程ステップのためにウェハーを平坦化するために研磨される。

典型的なＣＭＰプロセスにおいて、ウェハーは、ＣＭＰ器具中のキャリアー上に上下逆さに取り付けられる。研磨パッドに向かって力がキャリアーおよびウェハーに下向きに掛かる。キャリアーおよびウェハーは、ＣＭＰ器具の研磨テーブル上の回転する研磨パッド上で回転させられる。研磨プロセスの間、（研磨スラリーとも呼ばれる）研磨組成物は、通常、回転するウェハーと回転する研磨パッドの間に導入される。研磨組成物は、典型的には、最上部のウェハー層の一部、および層の一部を物理的に除去する研削剤材料と相互作用するかまたはこれらを溶解する化学品を含む。ウェハーおよび研磨パッドは、特定の研磨プロセスが行われるのに望ましい同じ方向または反対の方向に回転されることができる。キャリアーはまた、研磨テーブル上の研磨パッドにわたって往復できる。

研磨パッドは、典型的には１５μｍ超の初期表面粗さを有する。幾つかの基材を同じパッドで研磨する間に、パッド表面上の通常の損耗は、パッドの表面粗さにおける変化となる。パッドの表面粗さが変化するにつれて、パッド表面と研磨される基材との間の接触が変化し、したがって研磨速度が変化する場合がある。結果として、平面性などの所望の表面特性を達成するための、基材を研磨するのに必要な時間量は、生産工程の間に変化する。したがって、基材間の均一性が異なる結果となる場合がある。

このように、改善された研磨パッドへの技術的な要求がある。

本発明は、研磨表面を含む研磨パッド体を含む研磨パッドを提供し、この研磨体は細孔を含み、そしてこの研磨表面は、０.１μｍ〜１０μｍの表面粗さを有する。

本発明は基材を研磨する方法をまた提供し、この方法は、（ｉ）研磨される基材を提供することと、（ｉｉ）この基材とこの研磨パッドおよび研磨組成物とを接触させることと、（ｉｉｉ）この基材とこの研磨パッドとの間の研磨組成物とともに研磨パッドに対して基材を動かして、基材の少なくとも一部分をすり減らして基材を研磨すること、とを含む。

図１は、本発明の態様による研磨パッドの表面の走査電子顕微鏡画像である。

図２は、本発明の態様による研磨パッドの表面の走査電子顕微鏡画像である。

図３は、従来の研磨パッドの表面の走査電子顕微鏡画像である。

図４は、従来の研磨パッドと比較した、本発明の態様による研磨パッドを使用して研磨されたウェハーの数に対する酸化ケイ素の除去速度の図示である。

本発明は、研磨表面を含む研磨パッド体を含む研磨パッドを提供し、この研磨パッド体は細孔を含み、そしてこの研磨表面は０.１μｍ〜１０μｍの表面粗さを有する。

研磨パッド体は、好適な寸法を有することができる。典型的には、研磨パッド体は、（回転式研摩工具において使用されるように）円形の形であるか、または（リニアの研摩工具において使用されるように）ループ状の線形のベルトとして生産される。好ましくは、研磨パッド体は円形である。

研磨パッド体は、任意の好適な材料を含むか、これから本質的になるか、またはこれからなることができる。望ましくは、研磨パッド体は、ポリマー樹脂を含むか、これから本質的になるか、またはこれからなる。ポリマー樹脂は、任意の好適なポリマー樹脂であることができる。典型的には、ポリマー樹脂は、熱可塑性エラストマー、熱硬化性ポリマー、ポリウレタン（例えば、熱可塑性ポリウレタン）、ポリオレフィン（例えば、熱可塑性ポリオレフィン｝、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ナイロン、エラストマーゴム、エラストマーポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアリーレン、ポリアクリレート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、それらのコポリマーおよびそれらの混合物からなる群から選択される。好ましくは、ポリマー樹脂は、ポリウレタン、さらに好ましくは熱可塑性ポリウレタンである。

研磨パッド体は、細孔を含む。細孔は、２μｍ以上、３μｍ以上、４μｍ以上、５μｍ以上、６μｍ以上、７μｍ以上、８μｍ以上、９μｍ以上、１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、２５μｍ以上、３０μｍ以上、３５μｍ以上、４０μｍ以上、４５μｍ以上、または５０μｍ以上の平均細孔直径を有することができる。代わりに、またはさらに、細孔は、１５０μｍ以下、１２５μｍ以下、１００μｍ以下、９０μｍ以下、８０μｍ以下、７０μｍ以下、６０μｍ以下、５０μｍ以下、４５μｍ以下、４０μｍ以下、３５μｍ以下、３０μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、または１０μｍ以下の平均細孔直径を有することができる。したがって、細孔は、平均細孔直径のために記載された任意の２つを境界とする平均細孔直径を有することができる。例えば、研磨パッド体は、２μｍ〜１５０μｍ、３μｍ〜１２５μｍ、４μｍ〜１００μｍ、５μｍ〜９０μｍ、５μｍ〜８０μｍ、５μｍ〜７０μｍ、５μｍ〜６０μｍ、５μｍ〜５０μｍ、５μｍ〜４５μｍ、５μｍ〜４０μｍ、５μｍ〜３５μｍ、５μｍ〜３０μｍ、５μｍ〜２５μｍ、５μｍ〜２０μｍ、５μｍ〜１５μｍ、５μｍ〜１０μｍ、１０μｍ〜５０μｍ、１０μｍ〜４５μｍ、１０μｍ〜４０μｍ、１０μｍ〜３５μｍ、１０μｍ〜３０μｍ、１０μｍ〜２５μｍ、または１０μｍ〜２０μｍの平均細孔直径を有することができる。

研磨表面は、０.１μｍ以上、０.２μｍ以上、０.３μｍ以上、０.４μｍ以上、０.５μｍ以上、０.６μｍ以上、０.７μｍ以上、０.８μｍ以上、０.９μｍ以上、または１μｍ以上の表面粗さを有することができる。代わりに、またはさらに、研磨表面は、４μｍ以下、３.８μｍ以下、３.６μｍ以下、３.５μｍ以下、３.４μｍ以下、３.２μｍ以下、３μｍ以下、２.８μｍ以下、２.６μｍ以下、２.５μｍ以下、２.４μｍ以下、２.２μｍ以下、２μｍ以下、１.８μｍ以下、または１.６μｍ以下の表面粗さを有することができる。したがって、研磨表面は、表面粗さのために記載された終点の任意の２つを境界とする表面粗さを有することができる。例えば、研磨パッド体は、０.１μｍ〜４μｍ、０.１μｍ〜３、８μｍ、０.１μｍ〜３.６μｍ、０.１μｍ〜３.４μｍ、０.１μｍ〜３.２μｍ、０.１μｍ〜３.０μｍ、０.１μｍ〜２.８μｍ、０.１μｍ〜２.６μｍ、０.１μｍ〜２.４μｍ、０.１μｍ〜２.２μｍ、０.１μｍ〜２μｍ、０.１μｍ〜１.８μｍ、０.１μｍ〜１.６μｍ、０.５μｍ〜４μｍ、０.５μｍ〜３.５μｍ、０.５μｍ〜３μｍ、０.５μｍ〜２.５μｍ、０、５μｍ〜２μｍ、１μｍ〜４μｍ、１μｍ〜３.６μｍ、１μｍ〜３μｍ、１μｍ〜２.５μｍ、または１μｍ〜２μｍの表面粗さを有することができる。

表面粗さは、研磨表面の幾つかの領域において決定される平均表面粗さとして表されることができる。研磨表面または研磨表面の領域の表面粗さを決定するための好適な方法の非限定の例はＩＳＯ１３５６５である。

研磨パッド体は任意の好適な技術を使用して生産されることができ、その多くは当該技術分野で知られている。例えば、研磨パッドは、キャスティングおよび押し出し等の方法により形成されることができる。ポリマー樹脂は、熱可塑性材料が流れそして次にキャスティングまたは押出によって所望の形に形成される温度に加熱される熱可塑性材であることができる。ポリマー樹脂は、その自然の配置により、多孔質構造を提供できる。他の態様において、多孔質構造は、当該技術分野で知られている種々の生産技術（例えば、フォーミング（ｆｏａｍｉｎｇ）、ブローイング、およびその同類のもの）の使用を通して導入されることができる。独立気泡細孔を含む多孔質構造を提供する代表的な方法は、ムセル（ｍｕｃｅｌｌ）プロセス、相反転プロセス、スピノーダル（ｓｐｉｎｏｄａｌ）またはバイモーダル（ｂｉｍｏｄａｌ）分解プロセス、または加圧ガス圧入プロセスなどのフォーミングプロセスを含み、これらはすべて周知技術である。開放気泡細孔を含む多孔質構造を提供する代表的な方法は、ポリウレタンなどの熱可塑性ポリマーの粒子を焼結して、開放気泡多孔質構造を提供することを含む。

研磨表面は、任意の好適な方法を使用して生産されることができる。ある態様では、研磨表面は、研磨パッド体をスカイビング（ｓｋｉｖｉｎｇ）することによって生産される。

研磨パッド体は、３０℃において、５ＭＰａ以上、１０ＭＰａ以上、２０ＭＰａ以上、３０ＭＰａ以上、４０ＭＰａ以上、５０ＭＰａ以上、６０ＭＰａ以上、７０ＭＰａ以上、８０ＭＰａ以上、９０ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、２００ＭＰａ以上、３００ＭＰａ以上、４００ＭＰａ以上、または５００ＭＰａ以上の貯蔵弾性率を有することができる。
代わりに、またはさらに、研磨パッド体は、３０℃において、６００ＭＰａ以下、５５０ＭＰａ以下、５００ＭＰａ以下、４５０ＭＰａ以下、４００ＭＰａ以下、３５０ＭＰａ以下、または３００ＭＰａ以下の貯蔵弾性率を有することができる。したがって、研磨パッド体は、３０℃における貯蔵弾性率に記載された終点の任意の２つを境界とする３０℃における貯蔵弾性率を有することができる。例えば、研磨パッド体は、３０℃において、５ＭＰａ〜６００ＭＰａ、２０ＭＰａ〜６００ＭＰａ、３０ＭＰａ〜６００ＭＰａ、４０ＭＰａ〜５５０ＭＰａ、５０ＭＰａ〜５００ＭＰａ、６０ＭＰａ〜４５０ＭＰａ、７０ＭＰａ〜４００ＭＰａ、８０ＭＰａ〜３５０ＭＰａ、９０ＭＰａ〜３００ＭＰａ、５ＭＰａ〜５００ＭＰａ、１０ＭＰａ〜５００ＭＰａ、２０ＭＰａ〜４００ＭＰａ、または２０ＭＰａ〜３００ＭＰａの貯蔵弾性率を有することができる。

本発明による研磨パッドは単独で使用でき、または任意選択的に多層積層研磨パッドの１層として使用できる。例えば、本発明の研磨パッドは、サブパッドと組み合わせて使用できる。サブパッドは、任意の好適なサブパッドであることができる。好適なサブパッドは、ポリウレタンフォームサブパッド、含浸フエルトサブパッド、微小細孔性ポリウレタンサブパッド、または焼結ウレタンサブパッドを含む。サブパッドは、典型的には、本発明の研磨パッドより軟質であり、したがって研磨パッドより圧縮可能である。いくつかの態様において、サブパッドは、研磨パッドより硬質でありかつより圧縮可能でない。サブパッドは、任意選択的に、溝、チャネル、中空の区画、およびその同類のものを含む。本発明の研磨パッドがサブパッドと組み合わせて使用される場合、典型的には、研磨パッドおよびサブパッドと同一の広がりを持ちかつ研磨パッドとサブパッドとの間にあるポリエチレンテレフタレートフィルムなどの中間支持層がある。

ある態様では、研磨パッドは、支持材料の２つの層の間に研磨パッド体を挟むことによって調製される。生じたサンドイッチ構造の研磨パッド体は次にスカイビングされて２つの研磨パッドを生成できる。いくつかの態様において、サンドイッチ構造の研磨パッド体は、２つの支持層の間で、プレポリマー、例えば、熱可塑性ポリウレタンを硬化させることによって生成できる。支持材料は、任意の好適な支持材料であることができ、そしてポリマーシートを含むことができる。いくつかの態様において、支持材料は、本明細書中に記載されたサブパッドを含むことができる。これらの態様において、サンドイッチ構造の研磨パッドは、連続工程において、次にスカイビングされ、そしてセグメントに切断されて研磨パッドを生成する細長いシートの形態で調製されることができる。

図１および２中に具体的に説明したように、本発明の研磨パッドの表面は、研磨パッド体のスカイビングによる研磨表面の形成から生じた開放細孔を含む。研磨表面の表面粗さとは、細孔を除いた研磨表面の表面粗さをいい、図３は、比較の目的のための従来の研磨パッドの表面を具体的に示す。

表面粗さは、三次元表面プロファイラー、レーザー走査顕微鏡、電子ビーム表面プロファイラーなどの光学タイプの表面粗さ試験機、接触スタイラスを有する表面粗さ試験機などの接触タイプの表面粗さ試験機、およびその同類のものを用いて測定できる。好ましくは、表面粗さは、ＩＳＯ１３５６５により決定される。

本発明は、基材を研磨する方法をさらに提供し、この方法は、（ｉ）研磨される基材を提供すること、（ｉｉ）基材と本明細書中に記載された本発明の研磨パッドおよび研磨組成物とを接触させることと、（ｉｉｉ）基材と研磨パッドとの間の研磨組成物とともに研磨パッドに対して基材を動かして、基材の少なくとも一部分をすり減らして基材を研磨することとを含む。

研磨組成物は、任意の好適な研磨組成物であることができる。研磨組成物は、典型的には、水性キャリアー、ｐＨ調整剤、および任意選択的に研削剤を含む。研磨される基材（加工対象物）のタイプによって、研磨組成物は、任意選択的に、酸化剤、有機酸、錯化剤、ｐＨバッファー、界面活性剤、腐食防止剤、消泡剤、殺生剤、およびその同類のものの１種または２種以上を含むことができる。

この例は、研磨される基材の数の関数として、本発明の研磨パッドによって示される酸化ケイ素の除去速度を具体的に示す。

テトラエチルオルトシリケートから誘導された酸化ケイ素のブランケット層を含む類似の基材を、研磨組成物とともに、本発明の態様による研磨パッドを用いておよび従来の研磨パッドを用いて研磨した。本発明の研磨パッドは熱可塑性ポリウレタン樹脂（Ｌｕｂｒｉｚｏｌ、Ｗｉｃｋｃｌｉｆｆｅ、ＯＨからの８７Ａ熱可塑性ポリウレタン樹脂）を使用して調製され、そして表に示すように、４２ＤのショアＤ硬度、２５〜４５μｍの平均細孔直径、共焦点顕微鏡によって測定された１.４μｍの平均表面粗さ、および貯蔵弾性率（Ｅ’）を有した。

比較例の研磨パッドは、ミリングされた表面および共焦点顕微鏡によって測定して５．６μｍの平均表面粗さを有する市販の熱可塑性ポリウレタンパッドであった。

基材の研磨に続き、除去速度をそれぞれの基材で決定し、そして結果を図４中に図示して具体的に説明した。

図４中に示されたデータから明らかであるように、本発明の研磨パッドは、約４０基材の研磨後において、約５３０Å/分の安定化した酸化ケイ素の除去速度を示した。比較例の研磨パッドは、一連の基材の研磨の間に増加したケイ素の除去速度を示し、そして２００基材の研磨後において、約３７０Å/分に近かった。

本明細書中に引用された出版物、特許出願、および特許を含むすべての参照物を、それぞれの参照物が個々にかつ具体的に参照により取り込まれることが示されかつ本明細書中にそのすべてが記述されているのと同じ程度で、参照により本明細書中に取り込む。

本発明（特に以下の請求項の内容において）を記載する脈絡における用語「１つの」および「１つ」および「その」および「少なくとも１つの」および類似の参照の使用は、本明細書中において特に断らないか、または内容が明らかに矛盾しない限り、単数および複数の両方を包含すると解される。１つまたは２つ以上の項目（例えば、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」）の列挙に続く用語「少なくとも１つの」の使用は、本明細書中において特に断らないか、または内容が明らかに矛盾しない限り、列挙された項目（ＡまたはＢ）から選択された１つの項目、または列挙された項目（ＡおよびＢ）の２つもしくは３つ以上の任意の組み合わせを意味すると解される。用語「含む」「有する」「包含する」および「を含有すること」は、そうでないと記載しない限り、（すなわち、「含むがこれらに限られない」を意味する）オープンエンドの用語であると解される。本明細書中における値の範囲の再記載は、本明細書中において特に断らなければ、その範囲内にあるそれぞれの別個の値に個々に言及する手短な方法として機能することを目的とするだけであり、そしてそれぞれの別個の値は、それぞれが個々に記載されているかのように明細書中に取り込まれる。本明細書中に記載されたすべての方法は、本明細書中において特に断らないか、または内容が明らかに矛盾しない限り、任意の好適な順序で行われることができる。本明細書中の任意のおよびすべての実施例、または例示的な記載（例えば、「等の」）の使用は、そうでないと記載しない限り本発明をより良く具体的に説明し、そして本発明の範囲を制限しないことを意図する。明細書のいかなる用語も、本発明の実施に必須の任意の請求項に記載されていない要素を示すと解されない。

本発明を行うために本発明者らに知られたベストモードを含む本発明の好ましい態様が本明細書中に記載された。これらの好ましい態様の変化形は先の記載を読むことによって当業者に明らかになることができる。本発明者らは、当業者がそうした変化形を適当に用いることを期待し、そして本発明者らは、具体的に本明細書中に記載された範囲外で本発明が行われることを意図する。したがって、本発明は、適用可能な法律により認められるように本明細書に付属する請求項中に記載された主題のすべての改変および均等を含む。さらに、それらのすべての可能な変化形中の上記の要素の任意の組み合わせは、本明細書中において特に断らないか、または内容が明らかに矛盾しない限り、本発明によって包含される。

Claims (9)

1. 研磨表面を含む研磨パッド体を含む研磨パッドであって、該研磨体が細孔を含み、そして該研磨表面が０.１μｍ〜４μｍの表面粗さを有する、研磨パッド。
2. 該研磨表面が０.５μｍ〜２μｍの表面粗さを有する、請求項１に記載の研磨パッド。
3. 該細孔が２μｍ〜１５０μｍの平均細孔直径を有する、請求項１に記載の研磨パッド。
4. 該研磨パッドが、３０℃において、５ＭＰａ〜６００ＭＰａの貯蔵弾性率を有する、請求項１に記載の研磨パッド。
5. 該研磨パッド体が熱可塑性ポリウレタンを含む、請求項１に記載の研磨パッド。
6. 該研磨パッドがパッド基材をさらに含む、請求項１に記載の研磨パッド。
7. 該研磨パッド体が該研磨表面と反対側にある非研磨表面を有し、そして該パッド基材が該非研磨表面に結合されている、請求項６に記載の研磨パッド。
8. 該研磨パッドが、該研磨表面から該研磨表面の反対側にある表面に伸びる光学的に透過性の領域をさらに含む、請求項１に記載の研磨パッド。
9. 基材を研磨する方法であって、
   （ｉ）研磨される基材を提供することと、
   （ｉｉ）該基材と請求項１に記載の研磨パッドおよび研磨組成物とを接触させることと、
   （ｉｉｉ）該基材と該研磨パッドとの間の該研磨組成物とともに該研磨パッドに対して該基材を動かして、該基材の少なくとも一部分をすり減らして該基材を研磨することと、を含む、方法。