JP2022531472A - 一定の溝容積を有する化学機械平坦化パッド - Google Patents

一定の溝容積を有する化学機械平坦化パッド Download PDF

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Abstract

化学機械研磨パッドは、第１の材料の表面部分を含む。表面部分は、複数の溝を含む。溝の第１の部分は、化学機械研磨パッドの表面に位置する露出した溝である。溝の第２の部分は、化学機械研磨パッドの表面の下に埋め込まれた、埋め込まれた溝であり、その結果、化学機械研磨パッドの使用中に、埋め込まれた溝の１つ以上が表面に露出する。【選択図】図７Ａ

Description

関連出願の相互参照
この出願は、２０１９年５月７日に出願された、「Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ ｐａｄｓ ｖｉａ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｌｉｑｕｉｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ」と題された、米国仮特許出願第６２／８４４，１９６号と、２０１９年１０月２５日に出願された、「Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ ｐａｄｓ ｗｉｔｈ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｇｒｏｏｖｅ ｖｏｌｕｍｅ」と題された、米国仮特許出願第６２／９２６，１９２号との米国特許法第１１９条に基づく優先権を主張し、これらのそれぞれは、参照により本明細書に組み込まれる。
この開示は、一般に、化学機械研磨において使用される研磨パッド、より具体的には、一定の溝容積を有する化学機械研磨パッドに関する。
集積回路は、典型的には、シリコンウェーハ上に導電性、半導電性、および／または絶縁性の層を順次堆積させることによって基板上に形成される。様々な製作プロセスは、基板上のこれらの層のうちの少なくとも１つの平坦化を必要とする。例えば、ある特定の用途（例えば、パターン化された層のトレンチ内にビア、プラグ、およびラインを形成するための金属層の研磨）については、パターン化された層の上表面が露出するまで、上にある層が平坦化される。他の用途（例えば、フォトリソグラフィーのための誘電体層の平坦化）では、上にある層は、下にある層の上に所望の厚さが残るまで研磨される。化学機械平坦化（ＣＭＰ）は、平坦化の一方法である。この平坦化方法は、典型的には、基板がキャリアヘッド上に取り付けられることを伴う。基板の露出した表面は、典型的には、回転プラテン上の研磨パッドに対して置かれる。キャリアヘッドは、基板上に制御可能な負荷（例えば、下向きの力）を提供して、基板を回転する研磨パッドに対して押し付ける。研削粒子を有するスラリーなどの研磨液も、研磨中に研磨パッドの表面上に配置され得る。
化学機械平坦化プロセスの一目的は、高い研磨均一性を達成することである。基板上の異なる区域が、異なる速度で研磨される場合、基板の一部の区域で除去される材料が多すぎる（「過剰研磨」）、または除去される材料が少なすぎる（「過少研磨」）可能性がある。標準パッドおよび固定研削パッドを含む従来の研磨パッドは、これらの問題を欠点として持つ可能性がある。標準パッドは、粗面化された表面を有するポリウレタン研磨層を有し得、圧縮性の裏打ち層も含み得る。固定研削パッドは、封じ込め媒体内に保持された研削粒子を有し、典型的には、非圧縮性の裏打ち層上で支持されている。
これらの従来の研磨パッドは、典型的には、ポリウレタン材料を成形、鋳造、または焼結することによって調製される。成形された研磨パッドは、１つずつ調製する必要がある（例えば、射出成形によって）。研磨パッドを鋳造する場合、液体前駆体を鋳造して、「ケーキ」に硬化させて、続いて、個々のパッドセクションにスライスする。次いで、これらのパッドセクションは、最終的な厚さに機械加工する必要がある。従来の押出ベースのプロセスを使用して調製された研磨パッドは、一般に、ＣＭＰにとって望ましい特性を欠いている（例えば、効果的なＣＭＰには脆すぎる）。本開示は、新規な集積回路設計のますます困難になる研磨要件を満たすために、改善された研磨均一性を容易にする研磨パッドおよびそれらの製造方法を提供する。
一実施形態では、化学機械研磨（ＣＭＰ）パッドは、バットベースの付加製造プロセスを使用して形成された研磨部分を含む。研磨部分は、第１の弾性率を有するポリマー材料を含む。いくつかの実施形態では、研磨部分は、研磨表面を含む。いくつかの実施形態では、研磨表面は、溝、細孔、または微細構造のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、研磨部分の密度は、１立方センチメートル当たり０．３～０．９グラム（ｇ／ｃｍ3）の範囲内にある。いくつかの実施形態では、研磨部分は、ポリウレタンを含む。いくつかの実施形態では、研磨部分は、裏打ち部分上に配置されている。いくつかの実施形態では、裏打ち部分は、第２の弾性率を有する。いくつかの実施形態では、第２の弾性率は、第１の弾性率よりも低い。いくつかの実施形態では、裏打ち部分は、バットベースの製造プロセスを使用して形成される。いくつかの実施形態では、裏打ち部分は、非多孔質層、多孔質層、または格子構造のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、研磨部分および裏打ち部分は、接着剤を使用せずに取り付けることができる。
別の実施形態では、化学機械研磨パッドは、第１の材料の表面部分を含む。表面部分は、複数の溝を含む。溝の第１の部分は、化学機械研磨パッドの表面に位置する露出した溝である。溝の第２の部分は、化学機械研磨パッドの表面の下に埋め込まれた、埋め込まれた溝であり、その結果、化学機械研磨パッドの使用中に、埋め込まれた溝の１つ以上が表面に露出する。
本開示の理解を促進するために、添付の図面と併せて以下の記載を参照する。
化学機械研磨（ＣＭＰ）の例示的なシステムの図である。 本開示の例示的な実施形態による、例示的な研磨パッドの図である。 本開示の例示的な実施形態による、例示的な研磨パッドの図である。 本開示の例示的な実施形態による、例示的な研磨パッドの図である。 例示的な実施形態による、研磨パッドの例示的な研磨表面の図である。 例示的な実施形態による、例示的な研磨パッドの図である。 例示的な実施形態による、例示的な研磨パッドの図である。 例示的な実施形態による、例示的な研磨パッドの図である。 例示的な実施形態による、例示的な研磨パッドの図である。 例示的な実施形態による、例示的な研磨パッドの図である。 例示的な実施形態による、例示的な研磨パッドの図である。 例示的な実施形態による、例示的な研磨パッドの図である。 本開示の例示的な実施形態による、埋め込まれた溝を有する研磨パッドを示す図である。 本開示の例示的な実施形態による、埋め込まれた溝を有する研磨パッドを示す図である。 本開示の例示的な実施形態による、埋め込まれた溝を有する研磨パッドを示す図である。 様々な例示的な実施形態による、埋め込まれた溝および流路を有する例示的な研磨パッドを示す図である。 様々な例示的な実施形態による、埋め込まれた溝および流路を有する例示的な研磨パッドを示す図である。 様々な例示的な実施形態による、埋め込まれた溝および流路を有する例示的な研磨パッドを示す図である。 様々な例示的な実施形態による、埋め込まれた溝および流路を有する例示的な研磨パッドを示す図である。 様々な例示的な実施形態による、埋め込まれた溝および流路を有する例示的な研磨パッドを示す図である。 スラリーリザーバとして作用するように構成されている比較的大きな埋め込まれた溝を有する例示的な研磨パッドを示す図である。 スラリーリザーバを提供するために、埋め込まれた溝を垂直に接続する流路を有する例示的な研磨パッドを示す図である。 スラリーリザーバを提供するために、埋め込まれた溝を垂直に接続する流路を有する例示的な研磨パッドを示す図である。 本開示に記載される研磨パッドのいずれかを調製および使用する例示的な方法を示すフローチャートである。 連続液体界面生成を使用して研磨パッドを調製するための２つの異なる方向を示す図である。 連続液体界面生成を使用して研磨パッドを調製するための２つの異なる方向を示す図である。
本開示の実施形態の例示的な実施が以下に示されるが、本開示は、現在知られているかどうかにかかわらず、任意の数の技術を使用して実施され得ることを最初に理解されたい。本開示は、以下に示される例示的な実施、図面、および技術に決して限定されるべきではない。加えて、図面は、必ずしも一定のスケールで描かれているわけではない。
本開示は、押出ベースの印刷を介して調製されたパッドを含む、ＣＭＰ研磨パッドを製造するための従来のプロセスが、（ｉ）低スループットおよび低再現性を欠点として持つ、（ｉｉ）複雑でマルチスケールの三次元多孔質構造を有するパッドを調製するために使用することはできない、（ｉｉｉ）ＣＭＰに所望の化学的および機械的特性を有する材料と多くの場合互換性がないことを認識している。さらに、均一な研磨を提供するために、研磨パッドは、基板表面全体に均一な圧力が加えられ得るように、研磨される基板と均一な接触を形成する必要がある。パッドの厚さの変化によって、基板表面全体に不均一な圧力がもたらされ得る。厚さのわずかな変化でさえ、加えられる圧力の変化につながる可能性があり、したがって、研磨中の不均一な除去、ならびに基板表面上の欠陥（例えば、マイクロスクラッチ）の増加につながる可能性がある。本明細書に記載される研磨パッドは、従来の研磨パッドを使用して可能であるよりも均一な研磨を提供する。
本開示はさらに、改善された化学的および機械的特性を有する研磨パッドが、バットベースの付加製造プロセスを使用して効率的に生成され得ることを認識している。バットベースの付加製造は、一般に、ある体積の液体前駆体の薄層を順次光重合させて、物体を形成することを伴う。液体前駆体は、容器（例えば、バット）に含有される。バットは、構築領域に供給するのに十分な量の液体前駆体を保持し得る任意の好適な容器であり得る。例えば、液体前駆体（例えば、液体ＵＶ感受性プレポリマー、例えば、光活性樹脂）の薄膜は、空間的にパターン化されたＵＶ照射に曝され得る。ＵＶ照射に曝された前駆体の領域（例えば、構築領域）は、重合して、ＵＶ照射のパターンによって決定される構造を有する薄い固体層を形成する。各層は、約２５～１００マイクロメートルの厚さであり、可動構築プラットフォームに付着している前の層に堆積する。構築プラットフォームは、研磨パッド層が、ＵＶ照射のパターンを使用して連続的に形成されるように移動し、その結果、所望の設計および寸法を有するポリマー構造の正確な層ごとの形成が得られる。このようなプロセスの例としては、連続液体界面生成（ＣＬＩＰ）および大面積高速印刷（ＨＡＲＰ）が挙げられる。
化学機械平坦化システム
図１は、化学機械平坦化を実施するためのシステム１００を示す。システム１００は、プラテン１０４上に置かれるか、またはプラテン１０４に取り付けられるＣＭＰパッド１０２（「研磨パッド」とも称される）を含む。例えば、接着剤層（図示せず）を使用して、研磨パッドをプラテン１０４に取り付けることができる。プラテン１０４は、一般に、化学機械平坦化中に回転し得る。ウェーハ１０６（例えば、上記のように、導電性、半導電性、および／または絶縁性の層を有する、または有さないシリコンウェーハ）は、回転可能なチャックのヘッド１０８に取り付けられている。ウェーハ１０６は、真空および／または可逆性接着剤（例えば、化学機械平坦化中にウェーハ１０６を所定の位置に保持するが、化学機械平坦化後にウェーハ１０６をヘッド１０８から取り外すことを可能にする接着剤）を使用して取り付けることができる。図１に示されるように、圧力は、化学機械平坦化中に（例えば、ウェーハ１０６の表面と研磨パッド１０２との間の接触を容易にするために）、ウェーハ１０６に加えられ得る。
例示的な研磨パッド１０２が、図２Ａ～１０Ｂに示され、以下のこれらの図に関してより詳細に記載される。研磨パッド１０２は、一般に、円形状またはほぼ円筒形状（すなわち、上表面、下表面、および湾曲した縁部を有する）を有する。研磨パッド１０２は、可撓性ポリウレタンまたは硬質ポリウレタンなどのポリウレタンを含み得る。例示的な研磨パッド１０２を調製するために使用される組成物の例が、以下により詳細に記載される。いくつかの実施形態では、組成物は、１つ以上のポロゲンを含む。ポロゲンは、加熱される場合、体積が膨張する粒子（例えば、ミクロスフェア）であり得る。ポロゲンは、研磨パッド１０２内に細孔の形成を生じさせ得、これは、図３および表１に関して以下に記載されるように、パッド性能を改善し得る。研磨パッド１０２は、任意の適切な厚さおよび任意の適切な直径（例えば、上記のシステム１００などのＣＭＰシステムで用いられる）を有し得る。例えば、研磨パッド１０２の厚さは、約０．５ミリメートル～５センチメートルを超える範囲であり得る。いくつかの実施形態では、研磨パッドの厚さは、１ミリメートル～５ミリメートルの範囲内であり得る。バットベースの製造プロセスを使用して、厚い研磨パッド１０２を調製し得、これらの厚い研磨パッド１０２は、以前の技術を使用して可能であったものよりも複雑な構造（例えば、より多くの埋め込まれた溝の層）を含み得る。研磨パッドの直径は、一般に、使用される研磨システム１００のプラテン１０４の直径と一致するか、またはそれよりもわずかに小さいように選択される。研磨パッド１０２は、一般に、均一な厚さ（例えば、研磨パッドの放射状の範囲全体で、５０％、２５％、２０％、１０％、５％以下、またはそれ未満しか変化しない厚さ）を有する。
本開示に記載されるバットベースの製造プロセスは、化学機械平坦化のための改善された特性を有するパッド１０２の調製を容易にする。研磨パッド１０２の例は、図２Ａ～１０Ｂに関して以下により詳細に記載される。図２Ａ～２Ｃは、研磨部分および下にある裏打ち部分を有する例示的な研磨パッド１０２（すなわち、研磨パッド２００）の構造を記載する。図３は、多孔質構造を有する研磨パッド１０２の一部を示す。パッド１０２は、図４に関して以下でより詳細に記載されるように、改善された平坦化を提供するためにパッドの半径に沿って変化する圧縮率（例えば、弾性率）を有し得る。図４。埋め込まれた溝および／または流路の存在は、図５Ａ～１０Ｂに関して以下でより詳細に記載されるように、改善された平坦化均一性、延長されたパッド寿命などのいくつかの利点を提供する。
スラリー１１０は、化学機械平坦化の前および／またはその間に、研磨パッド１０２の表面上に提供され得る。スラリー１１０は、平坦化されるウェーハタイプおよび／または層材料の平坦化のため（例えば、酸化ケイ素層をウェーハ１０６の表面から除去するため）の任意の適切なスラリーであり得る。スラリー１１０は、一般に、流体、および研削剤、および／または化学的反応性粒子を含む。任意の適切なスラリー１１０が使用され得る。例えば、スラリー１１０は、平坦化される表面から除去される１つ以上の材料と反応し得る。本開示に記載される研磨パッドのある特定の実施形態は、消費されたスラリー１１０（すなわち、活性物質が大きく消費されたスラリー１１０）を、平坦化される表面から除去すること、および／または平坦化される表面付近の新鮮なスラリー１１０を補充することを提供する（例えば、図５Ａ～５Ｂ、６Ａ～６Ｄ、および８Ｅを参照）。
コンディショナー１１２は、研磨パッド１０２の表面をコンディショニングするように構成されているデバイスである。コンディショナー１１２は、一般に、研磨パッド１０２の表面に接触し、研磨パッド１０２の最上層の一部を除去して、化学機械平坦化中に、その性能を改善する。例えば、コンディショナー１１２は、研磨パッド１０２の表面を粗面化し得る。研磨パッド１０２が、本開示に記載される埋め込まれた溝を有する独自の研磨パッドのうちの１つである場合、コンディショナー１１２は、研磨パッド１０２内に埋め込まれた、埋め込まれた溝を露出させ得る。以下でさらに記載されるように、本開示で記載される研磨パッドの寿命は、従来の研磨パッドの寿命と比較して延長されるため、本開示で記載される独自の研磨パッドは、コンディショナー１１２を使用する必要性を低減または除去し得る。
例示的な研磨パッド
図２Ａ～２Ｃは、本開示の例示的な研磨パッド２００を示す。研磨パッド２００は、図１の研磨パッド１０２として使用され得る。図２Ａおよび２Ｂの研磨パッド２００は、裏打ち部分２０４上に配置された研磨部分２０２を含む。この例示的な例では、裏打ち部分２０４は、研磨のためにパッドを回転可能なプラテン１０４に接着させるために使用される接着剤２０６上に直接配置される。一般に、裏打ち部分２０４は、その使用中に研磨パッド２００の圧縮を容易にする。これは、研磨部分２０２の弾性率が、裏打ち部分２０４の弾性率とは異なる（一般に、高い）ことによって達成される。圧縮率は、各部分の弾性率で効果的に表され得、ここで、弾性率の増加は、圧縮率の減少に対応する。
一般に、裏打ち部分２０４は、（１）製造中に異なる硬化の程度（例えば、異なるＵＶ照射の強度）を使用すること、（２）研磨部とは異なる構造（例えば、図２Ａ～Ｃに示される格子構造、ハニカム構造、または等間隔の円筒状細孔を備える構造）を有する研磨部２０２を製造すること、（３）裏打ち部分２０４を調製するには、研磨部分２０２を調製することとは異なる光架橋ポリマーを使用すること、および（４）裏打ち部分２０４の調製中には、研磨部分２０２の調製中とは異なる添加剤（または異なる量の添加剤）を使用すること、のうちの１つ以上によって、研磨部分２０２とは異なる圧縮率（または有効弾性率）が提供され得る。例えば、図２Ａに示される裏打ち部分２０４は、圧縮率を増加させるための格子構造を有する。この格子の形状は、裏打ち部分２０４の所望の圧縮率を達成するように調整され得る。
研磨パッド２００は、一般に、可撓性ポリウレタンまたは硬質ポリウレタンなどのポリウレタンを含む。パッドは、一般に、０．３～０．９ｇ／ｃｍ3の密度を有する。ある特定の実施形態では、パッド２００の密度は、０．５～０．９ｇ／ｃｍ3である。ある特定の実施形態では、パッドは、約０．７ｇ／ｃｍ3の好ましい密度を有する。いくつかの実施形態では、適切なポロゲンは、所望の（例えば、減少した）密度を達成するために、パッド２００が製造されるときに前駆体とともに含まれ得る。
研磨部分２０２および裏打ち部分２０４の弾性率によって決定されるパッド２００の有効弾性率は、一般に、約４００～６００ＭＰａの範囲内である。上記のように、裏打ち部分２０４の有効弾性率（例えば、または圧縮率）は、一般に、研磨部分２０２の有効弾性率とは異なる。一般に、裏打ち部分２０４は、研磨部分２０２よりも高い圧縮性である（例えば、より低い弾性率を有する）。裏打ち部分２０４の弾性率は、約１～約２００ＭＰａの範囲内であり得る。研磨部分２０２の弾性率は、約４００～約１２００ＭＰａの範囲内であり得る。
図２Ａ（上面図）に示されるように、パッドは、一般に、円形状またはほぼ円筒形状を有する。パッド２００の厚さは、約５０ミル～約４００ミル（約１．２７ミリメートル～約１０．１６ミリメートル）、直径は、約２０～３０インチ（約５００ミリメートル～約７６０ミリメートル）の範囲内であり得る。研磨部分２０２は、約５０～１５５ミルの厚さを有し得る。裏打ち部分２０４は、約１５ミル～１５０ミル（１ミル＝１０００分の１インチ）の厚さを有し得る。研磨パッド２００は、所与の研磨用途に適切な他の任意の厚さまたは直径であり得ることを理解されたい。
研磨パッド２００は、一般に、均一な厚さを有する。均一な厚さは、パッドの放射状の範囲全体で５０％、２５％、２０％、１０％、５％以下、またはそれ未満しか変化しない厚さとして定義される。言い換えれば、パッドの中心付近で測定される厚さは、パッドの縁部付近の厚さと実質的に同じである。押出、発泡、鋳造、成形、または押出ベースの３Ｄ印刷によって生成されたパッドと比較して、本開示の研磨パッドは、優れた厚さ均一性を有する。
図２Ａ（上面図）に示されるように、研磨部２０２の表面は、パターン化された溝を含み得る。溝は、一般に、スラリーの分布およびと廃棄物の除去を促進する。図２Ａ（上面図）の例示的な例は、「蜘蛛の巣」設計を有する溝を示す。しかしながら、任意の他の適切な溝の設計は、本開示によって企図される。例えば、溝は、同心円状、同心円状および放射状、または六角形の最密設計を有し得る。一般に、溝は、本明細書に記載されるプロセス（例えば、図１１に関して記載される）によって生成される。しかしながら、溝はまた、または代替的に、本開示に従って研磨パッドが生成された後に機械加工され得る。
図２Ａおよび２Ｂに示されるものなどのある特定の実施形態では、研磨パッド２００は、連続した単一体構造を備え、研磨部分２０２および裏打ち部分２０４は、連続構造である。このような連続した単一体構造は、従来の多層研磨パッドとは対照的であり、従来の多層研磨パッドは、典型的には、トップシートとサブパッドとの間に配置された介在接着剤を使用してサブパッドに接着されるトップシートを有する。このような実施形態は、この接着剤の必要性を取り除き、それによって、従来の技術に勝る様々な利点を提供する。例えば、一般的な研磨プロセスでは、接着剤層と反応して、それを弱める可能性のある化合物を含有するスラリーが使用され、その結果、従来の研磨パッドが損傷したり故障したりする可能性がある。加えて、研磨パッドは、ある特定の研磨工程中に生成される熱のために高温に曝される可能性があり、これらの高温は、従来の研磨パッドのトップシートをサブパッドに接続するために使用される接着剤を弱める可能性がある。これによって、パッド層が剥離し、後続のパッドの故障がもたらされ得る。図２Ａおよび図２Ｂに示される連続した単一体研磨パッド２００は、研磨部分と裏打ち部分との間の中間接着剤層の必要性を排除することによって、従来の研磨パッドの問題を解決する。
ある特定のＣＭＰプロセスでは、研磨部分２０２および裏打ち部分２０４が、異なるまたは異種の材料を含むことが有利であり得る。例えば、研磨部分２０２が、ポリウレタン材料を含むことが有益であり得る一方で、裏打ち部分２０４は、異なる圧縮率を有するポリウレタン材料、ポリスチレン、または金属などの異なる材料を含む。いくつかの実施形態では、裏打ち部分２０４は、第１のバットベースの製造プロセスを介して（例えば、第１の付加製造装置において）第１のバットで調製され得、完成した裏打ち部分２０４は、第２のバットに移され得（図１１の工程１１１６を参照）、そこで、研磨部分２０２が調製される（例えば、第２の付加製造装置において）。このような順次の２つのバットプロセスは、ＣＭＰパッド２００の効率的な生成を容易にする。
ここで、図２Ｂに示される側面図を参照すると、研磨パッドの裏打ち部分２０４は、プラテン接着剤２０６の層上に配置され得る（例えば、その上に直接調製され得る）。プラテン接着剤２０６は、例えば、ＣＭＰ装置の回転プラテンを接着するように動作可能な薄い接着剤層（例えば、感圧接着剤の層）であり得る。他の接着剤または接着プロセスはまた、または代替的に、必要に応じて使用され得る。ある特定の実施形態では、研磨パッド２００は、プラテン接着剤層２０６上に直接製造される。例えば、以下の図１１に関して記載される製造プロセスは、構築プラットフォームとして効果的に機能するプラテン接着剤２０６の層上で実施され得る。この実施形態の利点は、パッド２００が製造された直後に、パッド２００は、使用することができ得ることである。したがって、パッド２００をプラテン接着剤２０６に取り付けるための困難で、時間を要し、費用のかかるプロセスが回避される。
図２Ｃは、本開示による研磨パッド２００の別の実施形態の側面図を示す。この実施形態では、本明細書に記載される本発明の技術およびプロセスを使用して調製された研磨部分２０２は、接着剤２０８を使用して（例えば、上記のように）裏打ち部分に接着される。言い換えれば、この実施形態では、研磨部分２０２および裏打ち部分２０４は、連続した単一体構造ではない。代わりに、研磨部分２０２は、薄い結合層２０８（例えば、感圧接着剤の層またはポリウレタンプラスチック層）によって裏打ち部分２０４に固定されている。他の接着剤はまた、または代替的に、必要に応じて使用され得る。例えば、接着剤は、ホットメルト接着剤であり得るか、または研磨部分および裏打ち部分は、部分２０２と２０４との間に熱可塑性材料の薄層を積層することによって接続され得る。裏打ち部分２０４は、本明細書に記載されるプロセスによって調製され得るか、別個のプロセスによって調製され得るか、さもなければ適切に得ることができる。
図２Ｃに示される実施形態のある特定の実施では、裏打ち部分２０４は、本明細書に記載されるプロセスを使用して製作される。しかしながら、他の実施では、押出ベースの３Ｄ印刷などの従来の付加製造プロセスを使用して、裏打ち層を調製する。したがって、裏打ち部分２０４は、研磨部分２０２の製造のための構築支持体として使用され得る。他の実施形態では、研磨部分２０２は、介在接着剤層２０８が必要とされないように（図２Ａおよび２Ｂに示されるように）、裏打ち部分２０４に接着する材料を含み得る。研磨部分２０２が、裏打ち部分２０４に接着しないポリマー材料を含む場合、中間層が、裏打ち部分２０４上に配置されて、介在接着剤層２０８を必要とせずに研磨部分２０２の取り付けを容易にし得る。
様々な実施形態では、パッド２００は、その中に開口部を含み、その結果、終点検出要素が、開口部に置かれ得る。任意の好適な終点検出要素（例えば、研磨プロセスがいつ完了したかを検出するための任意のセンサ）が使用され得る。終点検出要素の様々な形状と構成は、本明細書で記載される独自のパッド製造プロセスを使用して設計され得る。本開示のプロセスを使用して開口部を形成することによって（例えば、以下の図１１に関して記載されるように）、典型的に、開口部を形成するためにパッドの１つのセクションを除去して廃棄する必要がある従来のパッド製造プロセスが使用される場合よりも材料の無駄が少なくなる。
多孔質研磨表面
図３は、異なる径、形状、および／または方向の細孔３０２、３０４を含む研磨部分２０２の研磨表面３００の微視的な図を示す。図３に示されるように、いくつかの実施形態では、研磨面３００は、二峰性の細孔径分布を有する細孔３０２、３０４を含み得る。言い換えれば、細孔３０２の第１のセットは、細孔３０４の第２のセットの平均細孔径よりも小さな平均細孔径を有し得る。例えば、細孔３０２の第１のセットは、約５～約２００ミクロンの平均細孔径を有し得、細孔３０４の第２のセットは、約５０～５００ミクロンの平均細孔直径を有し得る。この実施形態では、細孔３０２の第１のセットは、ポロゲン（例えば、多孔質形成剤または「細孔充填剤」）を使用して生成され得、細孔３０４の第２のセットは、バットベースの製造プロセス（例えば、連続液体界面生成、例えば、図１１に関して記載されているような）を使用してパターン化され得る。代替的に、細孔３０２の第１のセットおよび細孔３０４の第２のセットは、異なる径の細孔を生成するポロゲン（例えば、異なる直径を有する、かつ／または研磨表面３００の調製中に異なる径に拡張するポロゲン）を使用して生成され得る。細孔の１つ以上の追加のセット（明確さと簡潔さのために示されていない）もまた、本明細書に記載されるプロセスおよび／または１つ以上の追加のポロゲンを使用して調製され得る。
本明細書に記載される研磨パッド１０２に好適な例示的なポロゲンとしては、球形またはほぼ球形の中空粒子が挙げられる。ポロゲンは、約５～約５００ミクロンの直径を有し得る。ポロゲンは、パッド全体に均一に分布し得るか、パッドの１つ以上の領域に位置し得る。いくつかの実施形態では、二峰性に分布した細孔は、図３に示される研磨表面３００付近にのみ位置する。例えば、より小さな細孔３０２は、研磨パッドと研磨される表面との間の接触面積を増加させる研磨表面３００の付近でのみ必要とされ得る。加えて、研磨表面３００またはその付近にも位置し得るより大きな細孔３０４は、スラリー１１０の保持および移送を改善し、それによって、研磨を改善するためにスラリー１１０と基板１０６との間の接触面積を増加させると考えられている（参考のため、図１を参照）。研磨パッド１０２を調製するために使用される前駆体混合物は、約１％～約３０％（重量）の質量パーセントでポロゲンを含み得る。ある特定の実施形態では、研磨パッド１０２を調製するために使用される前駆体混合物は、３０％（重量）のポロゲンを含む。いくつかの実施形態では、研磨パッド１０２を調製するために使用される前駆体混合物は、１％～５％（重量）のポロゲンを含む。ある特定の実施形態では、ポロゲンは、研磨パッドを調製するために使用される前駆体材料の密度と同様の密度を有し、それによって、その製造中にパッドの各層におけるポロゲンの均一な分布を容易にする。ポロゲンの例としては、５５１ ＤＵ ４０、４６１ ＤＵ ２０、４６１ ＤＵ ４０、０５１ ＤＵ ４０、０３１ ＤＵ ４０、および０５３ ＤＵ ４０などのＥｘｐａｎｃｅｌ ＤＵ粉末が挙げられる。
別の実施形態では、研磨パッド１０２は、約２：１以上のアスペクト比を有する複数の細長い細孔３０４を備える。細長い細孔３０４は、ポロゲンの取り込みの結果ではなく、バットベースの製造プロセスから形成されている。この実施形態では、細孔３０２、３０４の約１０％以上は、約２：１以上（例えば、約３：１以上、約５：１以上、約１０：１以上、または約２０：１以上）のアスペクト比を有する。望ましくは、細孔３０２、３０４の約２０％以上（例えば、約３０％以上、約４０％以上、または約５０％以上）は、約２：１以上（例えば、約３：１以上、約５：１以上、約１０：１以上、または約２０：１以上）のアスペクト比を有する。好ましくは、細孔３０２、３０４の約６０％以上（例えば、約７０％以上、約８０％以上、または約９０％以上）は、約２：１以上（例えば、約３：１以上、約５：１以上、約１０：１以上、または約２０：１以上）のアスペクト比を有する。
細長い細孔３０４は、研磨パッド１０２の研磨表面３００と同一平面上、または表面３００に垂直である方向に配向し得る。細長い細孔３０４が、表面３００に垂直である方向に配向している場合、細孔３０４は、パッド１０２の研磨部分（例えば、図２Ａ～２Ｃの部分２０２）の厚さ、または研磨部分の厚さのいくつかのパーセンテージにまたがる可能性がある。すなわち、細孔３０４は、研磨部の研磨表面３００から、研磨部の裏表面に開口部を作製し得る。
別の実施形態では、細孔３０２、３０４は、均一なサイズの（および／または間隔の）凹凸を有する研磨表面３００をもたらし得る。様々な実施形態では、特性（例えば、凹凸のサイズまたは密度）は、研磨パッドの２つ以上の同様のサイズの領域で測定された場合、その特性が５０％、２５％、２０％、１０％、５％以下、またはそれ未満しか異ならない場合、均一であると見なされ得る。研磨性能を改善するために、均一な高さ（例えば、サイズ）および密度の凹凸が、本明細書に記載される方法を使用して生成され得る。従来の研磨パッドでは、凹凸は、典型的には、パッドをダイヤモンドコンディショナーと接触させることによって、パッドの表面をコンディショニングすることによって生成される。凹凸のサイズ分布は、パッドの特性と使用されるコンディショニングプロセスとの両方に依存する。したがって、従来のパッドは、典型的には、凹凸サイズの広い（例えば、不均一な）分布を有する。いくつかの実施形態では、同様の凹凸は、必ずしもポロゲンの添加を必要とせずに、本明細書に記載されるようなバットベースの製造プロセスを使用して調製される。
したがって、本開示の研磨パッド１０２は、形成される凹凸が、従来の方法によって作製される研磨パッドによって必要とされるような、コンディショニング工程に必ずしも依存しないので、凹凸サイズ（例えば、高さ）の非常に均一な分布を有するように設計され得る。いくつかの実施形態では、研磨表面の均一なサイズの凹凸は、特にある特定の基板について、研磨の改善を容易にする。さらに、本開示のパッド１０２は、バッチ間で同じ凹凸特性で調製され得、パッド間の再現性の改善を容易にする。これは、発泡、鋳造、または成形プロセスによって生成される従来のパッドでは不可能である。
ある特定の実施形態では、パッド１０２は、研磨性能を向上させるために、化学添加剤（例えば、少なくとも研磨部分内に埋め込まれるかまたはカプセル化される）を含み得る。添加剤は、所与の基板１０６の研磨に有利な効果を有する任意の適切な材料であり得る。例えば、ディッシング制御剤、速度向上剤、またはフィルム形成剤のうちの１つ以上は、本明細書に記載されるプロセスを使用して、カプセル化され、パッド１０２に組み込まれ得る。通常の使用中にパッドが摩耗すると、カプセル化された添加剤が放出され、基板１０６と研磨スラリー１１０との両方に接触する。このようにして、スラリー１１０に直接添加される場合に反応性が高すぎるかまたは不安定であり得る追加のスラリー成分が、パッド１０２自体に組み込まれ得る。したがって、これらのパッドに埋め込まれたスラリー成分は、短時間だけスラリー１１０に曝され、スラリー成分間の望ましくない反応を低減または排除する。
研磨パッドの圧縮率の空間的変化
図４は、保持リング（例えば、図１のヘッド１０８に取り付けられた）によってウェーハホルダーに保持されたウェーハ１０６を研磨するために使用される本開示の研磨パッド１０２を示す。本明細書に記載されるように、研磨特性は、パッド１０２の裏打ち部分２０４の圧縮率の空間的制御を通して（例えば、有効弾性率を介して）調整され得る。裏打ち部分２０４の圧縮率は、例えば、（１）製造中に硬化の程度（例えば、異なるＵＶ照射の強度）を制御することと、（２）所望の圧縮率に対応する適切な構造（例えば、図２Ａ～Ｃに示される格子構造、例えば、ハニカム構造、または等間隔の円筒状細孔を備える構造）を有する裏打ち部分２０４を製造することと、（３）裏打ち部分２０４を調製するための適切な光架橋性ポリマー（例えば、より可撓性であるポリウレタン）を使用することと、（４）裏打ち部分２０４の調製中に１つ以上の適切な添加剤（または異なる量の添加剤）を使用することと、によって制御され得る。
従来の研磨パッドの場合、研磨速度は、ウェーハの縁部付近（例えば、ウェーハをキャリアヘッドに保持するために使用される保持リング付近）で不均一である。ウェーハの縁部でのこの不均一な研磨は、「縁部効果」または「縁部排除」と称されることもある。本明細書に記載される研磨パッドのある特定の実施形態は、この問題を低減または排除する。
研磨部分２０２（または研磨パッド全体）は、連続的な層ごとの様式で形成され得る（例えば、図１１に関して記載されるように）。これによって、バットベースの製造プロセスを使用して、正確な仕様に従って細孔構造および細孔径の連続的な変化を形成することが可能になる。細孔形状のこの正確な制御は、次に、研磨パッド１０２の密度、硬度、および他の物理的特性の改善された制御を容易にする。一般に、細孔の径、形状、および分布（図３を参照）は、本明細書に記載されるプロセスを使用して厳密に制御され得る。細孔は、研磨表面に対して水平面では均一であり得るが、垂直面では変化し得る。例えば、研磨表面から離れた水平面に、低空隙容積を有する、より小さく、実質的に球形の細孔が存在し得る。水平面の距離が研磨表面に近づくにつれて、細孔径、形状、および空隙容積が変化し得る。変化は、漸進的または段階的な変化であり得る。
加えて、細孔の径、形状、および分布は、水平面に沿って変化して、図４に示されるように、パッド１０２上に様々な圧縮率の領域を与え得る。例えば、研磨パッド１０２の領域がそれぞれ異なる圧縮率を有するように、研磨部分２０２および裏打ち部分２０４のうちのいずれかまたは両方に、異なる径、構造、および／または密度の細孔が形成され得る。例えば、第１の形状（例えば、円筒形）の細孔を有するパッド１０２の領域は、異なる第２の形状（例えば、ハニカムなどの多角形）の細孔を有する領域とは異なる圧縮率を有する。加えて、細孔の径および細孔の容積（例えば、パッド１０２の空隙容積）が調整されて、研磨パッド全体および研磨パッド１０２の領域の両方の圧縮率を制御し得る。例えば、パッド１０２は、パッド１０２の中心付近の領域がより圧縮性が低い一方で、パッドの縁部の周りに、より圧縮性の高い領域を有するように構築され得る。パッド圧縮率のこの変化は、研磨特性を改善して、ある特定の基板１０６の縁部侵食を低減し、平坦化効率を改善し得る。したがって、パッド１０２の物理的特性（例えば、その硬度および圧縮率）は、研磨中に使用されるスラリー１１０および研磨される基板１０６に一致するように正確に設計され得る。
さらに図４を参照すると、特に裏打ち部分２０４の構造は、異なる研磨ニーズに好適であるパッドの異なる領域（例えば、区域）を提供するように調整され得る。例えば、図４に示されるように、研磨されるウェーハ１０６の縁部（すなわち、保持リング付近の領域）は、研磨中にウェーハ１０６に加えられる下向きの力（ＤＦ）４０２を介して、ウェーハ１０６の中心よりも大きな圧力を受ける可能性がある。従来のパッドは、典型的には、ウェーハ１０６のこの縁部部分を「過研磨」するであろう。しかしながら、図４に示される研磨パッド１０２は、ウェーハ１０６の保持リング縁部がパッド１０２と接触する領域においてより高い圧縮性である裏打ち部分２０４を含み、それによって、「過研磨」を低減または排除し、ウェーハ１０６表面全体にわたってより均一な研磨を容易にする。
上記のように、裏打ち部分２０４は、（１）製造中に異なる硬化の程度（例えば、異なるＵＶ照射の強度）を使用すること、（２）研磨部分２０２とは異なる構造（例えば、ハニカム構造、または等間隔の円筒状細孔を備える構造）を有する裏打ち部分２０４を製造すること、（３）裏打ち部分２０４を調製するには、研磨部分２０２を調製することとは異なる光架橋性ポリマーを使用すること、および（４）裏打ち部分２０４の調製中には、研磨部分２０２の調製中とは異なる添加剤（または異なる量の添加剤）を使用すること、のうちの１つ以上によって、研磨部分とは異なる圧縮率が提供され得る。
図４は、研磨性能を改善するために、研磨パッド１０２の圧縮率を空間的に変化させ得る方法の一例示的な実施形態を提示することを理解されたい。本開示は、所与の用途に任意の適切な圧縮率プロファイルを有する研磨パッド１０２を企図する。一般に、研磨プロセス中に、ウェーハ１０６は、パッド１０２の既知の圧縮率プロファイルに基づいて、パッド１０２の適切な領域に接触し得る。
例示的なＣＭＰパッド設計
本開示に記載されるバットベースの製造プロセスを介して調製されたＣＭＰパッド１０２の構造は、平坦化の改善およびパッド１０２の寿命の向上を容易にし得る。パッド設計の例は、以下に記載される図５Ａ～５Ｂおよび６Ａ～６Ｄに示される。本明細書に記載されるある特定のパッド設計は、本明細書に記載される独自のバットベースの製造プロセスを使用してのみ達成され得る（例えば、図１１を参照）。いくつかの実施形態では、本開示に記載される独自の調製プロセスは、これらのパッド設計の調製を容易にし得るが、いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるある特定のパッド設計は、任意の適切な製作プロセスまたはプロセスの組み合わせ（例えば、成形、鋳造、堆積ベースの付加製造など）を使用して達成され得ることを理解されたい。
図５Ａおよび５Ｂは、例示的なパッド５００の設計を示す。パッド５００は、図１のパッド１０２の例示的な実施形態である。図５Ａは、研磨パッド５００の上面斜視図を示し、図５Ｂは、研磨パッド５００の内部構造を示す断面の斜視図を示す。図５Ａおよび５Ｂに示されるように、パッド５００は、溝５０２、上面孔５０４、および出口孔５０６を含む。図５Ｂの断面画像に示されるように、上面孔５０４は、パッド５００の表面内に部分的に延在し、パッド５００の表面の下に埋め込まれている流路５０８に結合されている。パッド５００の設計は、一般に、パッド５００によって、新鮮なスラリー１１０の平坦化される表面への改善された移送を容易にする。溝５０２は、平坦化されるウェーハ１０６の表面に向かって、新鮮なスラリー１１０（すなわち、ＣＭＰプロセスを促進する活性成分を依然として含有する含むスラリー１１０）の移送を容易にする（図１も参照）。一方、消費されたスラリー１１０（すなわち、活性成分が、平坦化プロセス中にすでに大部分が消費されたスラリー１１０）、および／または研磨副生成物は、孔５０４、５０６、および流路５０８を介して、ウェーハ１０６の表面から移送され得る（例えば、パッド５００が回転する場合、図１も参照）。したがって、平坦化される表面付近の新鮮なスラリー１１０の濃度が増加し、消費されたスラリー１１０による新鮮なスラリー１１０の希釈が減少する。
溝５０２は、図５Ａおよび５Ｂの例に示されるように同心円状であるか、または任意の他の適切なパターン（例えば、同心円状、同心円状および放射状の設計、または六角形の最密設計）であり得る。溝５０２は、任意の適切なピッチおよび幅を有し得る。パッド５００は、任意の適切な数の溝５０２を含み得る。例えば、溝の数は、研磨中に多かれ少なかれ新鮮なスラリー１１０を保持できるように、必要に応じて増減し得る。
上面孔５０４の直径は、約１０ミル～約４００ミル（１ミル＝１０００分の１インチ）まで変化し得る。一般に、より大きな上面孔５０４は、研磨される表面から除去される消費されたスラリー１１０の移送の増加を容易にし得る。いくつかの実施形態では、より大きな上面孔５０４が、パッド５００内に存在する場合、孔５０４の数を減少させて、パッド５００の適切な間隔および構造特性を容易にし得る。孔５０４の放射状の線の数は、１～約１２８まで変化し得る。一般に、孔５０４のより多くの放射状の線の存在は、孔５０４を通るスラリー１１０の移送の増加を容易にする。一般に、放射状の線当たりの孔５０４の数は、変化し得る。図５Ａの例は、放射状の線当たりの上面孔を１３個含む。しかしながら、各放射状の線においてより多くのまたはより少ない孔５０４が存在し得る。
図５Ａおよび５Ｂの例は、円形の上面孔５０４を示しているが、孔５０４は任意の形状を有し得ることを理解されたい。例えば、上面孔５０４（および出口孔５０６）は、正方形、長方形、楕円形、星形、三角形、六角形、半円形、または円錐形を有し得る。円錐形を有する孔５０４は、パッド５００の表面への深さとともに減少する直径を有する。孔５０４の異なる形状は、ある特定の用途に望ましい可能性がある異なるスラリー１１０の移送特性を容易にし得る。いくつかの実施形態では、孔５０４の形状は、本開示に記載されるバットベースの製造手法を使用してのみ達成され得る（例えば、図１１を参照）。
流路５０８は、一般に、上面孔５０４を介してスラリーを受容し、出口孔５０６を介してスラリー１１０をパッド５００から移送することを可能にするように成形および位置付けられている。したがって、流路５０８および出口孔５０６は、この移送またはスラリー１１０を容易にするための任意の適切な構成を有し得る。図５Ｂの例は、パッド５００の中心から対応する出口孔５０６まで放射線状に延在する例示的な流路５０８を示している。しかしながら、任意の他の適切な流路５０８および出口孔５０６構成が可能である。例えば、いくつかの実施形態では、上面孔５０４は、図５Ａおよび５Ｂに示される円形パターンとは異なる構成を有し得る。例えば、上面孔５０４は、らせん状、正方形、直線、箱状のパターン、対角線などで分布し得る。流路５０８および出口孔５０６は、パッド５００の回転中に、孔５０４を介して、出口孔５０６から受容されるスラリー１１０の移送を容易にするための適切な相補的なパターンまたはレイアウトを有する。
パッド５００の直径は、使用目的に基づいて変化し得る。例えば、パッド５００の直径は、約８インチ～約４６インチの範囲であり得る。パッド５００の厚さも変化し得る。例えば、パッド５００の厚さは、約６０ミル～約６００ミルの範囲であり得る。いくつかの実施形態では、パッド５００の厚さは、約４００ミルである。上面孔５０４および出口孔５０６の径は、異なる厚さのパッド５００におけるスラリー１１０の移送に対応するように調整され得る。
いくつかの実施形態では、本開示に記載されるバットベースの製造プロセス（図１１を参照）は、例示的な研磨パッド５００の製作を独自に容易にする。例えば、適切な深さおよび寸法の上面孔５０４を有する研磨パッド５００は、鋳造または成形を介して調製され得ない。適切な径および構成の孔５０４、５０６および流路５０８の両方の信頼できる生成は、利用可能な穿孔技術の限定のために、穿孔を介して不可能な場合がある。例えば、図５Ａおよび図５Ｂの例示的なパッド５００のように、孔５０４、５０６、および流路５０８が、スラリー１１０の移送のために適切に整列されるように、従来の研磨パッド内に孔５０４、５０６、および流路５０８を、遡及的に穿孔することができない可能性がある。さらに、押出ベースの付加製造手法は、各流路５０８および出口孔５０６に内部支持が必要となる可能性があるため、孔５０４、５０６、および流路５０８を有するパッド５００を確実に作成することができない可能性がある。そのような支持体は、パッド内のスラリー１１０の移送を妨げ得る。
図６Ａ～６Ｄは、例示的なパッド６００を示す。パッド６００は、図１のパッド１０２の例示的な実施形態である。以下でさらに記載されるように、パッド６００は、研磨プロセス中に形成される、研磨される表面から除去される消費されたスラリー１１０および／または破片／副生成物の移送を容易にする。より具体的には、パッド６００は、研磨される表面の付近にスラリー１１０を保持するための上部溝６０６、ならびに研磨される表面から除去される消費されたスラリー１１０を移送するための流路６１２を介して出口孔６１４に結合される上面孔６０８を含む。図６Ａは、上部分６０２および裏打ち部分６０４を有するパッド６００を示す。上部分６０２および裏打ち部分６０４は、以下の図６Ｂおよび６Ｃに関して別個に記載されるが、パッド６００は、単一体の連続構造であり得ることを理解されたい。例えば、パッド６００は、上部分６０２および裏打ち部分６０４が１つの単一体構造を形成するように（例えば、以下の図１１に関して記載されるように）、付加製造の方法を使用して調製され得る。他の実施形態では、上部分６０２および裏打ち部分６０４は、別個に（例えば、任意の適切な方法を使用して）調製され、組み合わされて、パッド６００を形成し得る。
パッド６００の直径は、使用目的に基づいて変化し得る。例えば、パッド６００の直径は、約８インチ～約４６インチの範囲であり得る。パッド６００の厚さも変化し得る。例えば、パッド６００の厚さは、約５０ミル～約３００ミルの範囲であり得る。例えば、上部分６０２の厚さは、約３０ミル～約１６０ミルの範囲であり得、裏打ち部分６０４の厚さは、約２０ミル～約１００ミルの範囲であり得る。
図６Ｂに示されるように、上部分６０２は、溝６０６および上面孔６０８を含む。図６Ｂの例は、同心円状溝６０６を含む。しかしながら、溝６０６は、任意の適切なパターン（例えば、同心円状、同心円状および放射状の設計、または六角形の最密設計）を有し得ることを理解されたい。溝６０６は、任意の適切なピッチおよび幅を有し得る。上部分６０２は、任意の適切な数の溝６０６を含み得る。例えば、溝６０６の数は、研磨中に多かれ少なかれ新鮮なスラリー１１０を保持できるように、必要に応じて増減し得る。
上面孔６０８は、溝６０６の底部に位置し得、消費されたスラリー１１０および／または研磨される表面から除去される研磨の任意の副生成物の排除および／または排出を容易にする。他の実施形態では、上面孔６０８は、上部分６０２上に位置し得る。例えば、上面孔６０８は、上部分６０２の表面上に位置付けられ得る（例えば、図５Ａおよび５Ｂに関して上記のパッド５００の上面孔５０４と同様に）。上面孔６０８の直径は、約５ミル～約５００ミルまで変化し得る。上面孔６０８の径は、一般に、孔６０８がより大きい場合、スラリー１１０を研磨面から移送する有益性と、孔６０８がより小さい場合、消費されるスラリー１１０の量を限定する能力との間のバランスをとるように選択される。
図６Ｂの例は、長方形の上面孔６０８を示しているが、孔６０８は任意の形状を有し得ることを理解されたい。例えば、上面孔６０８は、正方形、円形、楕円形、星形、三角形、六角形、半円形、または円錐形を有し得る。いくつかの実施形態では、孔６０８の形状は、本開示に記載されるバットベースの付加製造手法を使用してのみ達成され得る（例えば、図１１を参照）。上面部分６０２は、１～１００，０００個の上面孔６０８をどこにでも含み得、上面孔６０８は、任意の適切なパターンに従って分布し得る。
図６Ｃに示されるように、裏打ち部分６０４は、同心円状の流路６１０および放射状の流路６１２を含み、これらは、消費されたスラリー１１０および／または平坦化の副生成物を、研磨される表面から移送することを容易にするために、上部孔６０８を出口孔６１４に結合する。裏打ち部分６０４は、上部分６０２の材料と同じまたは異なる材料であり得る。いくつかの実施形態では、裏打ち部分６０４は、上部分６０２と比較して比較的柔らかい材料である。いくつかの実施形態では、裏打ち部分６０４は、格子構造を有する（例えば、図２Ａ～２Ｃの裏打ち部分２０４と同様）。流路６１０、６１２の径は、約１０ミル～約９０ミルの範囲であり得る。流路６１０、６１２、および出口孔６１４は、任意の形状を有し得る。例えば、流路６１０、６１２、および出口孔６１４は、正方形、長方形、円形、楕円形、星形、三角形、六角形、半円形、または円錐形を有し得る。
いくつかの実施形態では、放射状の流路６１２は、流路６１２が、裏打ち部分６０４の中心付近でより高い高さにあり、裏打ち部分６０４の縁部の付近でより低い高さにあるような角度であり得る。この角度の付いた構造は、消費されたスラリー１１０および／または研磨副生成物の、放射状の流路６１２を通る出口孔６１４からの移送をさらに容易にし得る。図６Ｄは、そのような角度の付いた流路６１２を有する例示的なパッド６００の部分６２０の断面を示す。流路６１２は、スラリー１１０を左から右に（すなわち、パッド６００の中心から流路６１２の出口孔６１４まで）移送する。流路６１２は、最大約１５度の角度６２２であり得る。
埋め込まれた溝を有するＣＭＰパッド
上記のように、化学機械平坦化の１つの目的は、高い研磨均一性を達成することである。基板１０６上の異なる区域が、異なる速度で研磨される場合、基板１０６の一部の区域で除去される材料が多すぎる可能性（「過剰研磨」）、または除去される材料が少なすぎる可能性がある（「過少研磨」）。従来のＣＭＰパッドは、ＣＭＰ性能をある程度改善するために、限られた範囲の溝設計を含み得る。しかしながら、使用後、これらの溝は、従来の研磨パッドの表面から効果的に除去され得る。溝がなくなると、ＣＭＰ性能は、概して低下し、新しい研磨パッドが使用され、その結果、ウェーハが処理され得ないダウンタイムが発生する（例えば、図１に関して上記のようなシステムを使用する）。改善された研磨均一性および改善された研磨パッドの寿命を提供し得る、ＣＭＰパッド、およびそれらの製造および使用の方法に対する必要性が存在する。
この開示は、上記のものを含む、以前のＣＭＰパッドの問題だけでなく、これらの問題の解決策も認識する。いくつかの実施形態では、本開示に記載される研磨パッド１０２は、増加した研磨パッドの寿命を提供し、その結果、研磨パッド１０２を交換するためにプロセスを頻繁に停止する必要なしに、研磨パッド１０２が長期間使用され得る。様々な実施形態では、ＣＭＰパッド１０２は、埋め込まれた溝および／または埋め込まれた流路を含み得る。埋め込まれた溝は、一般に、研磨パッドの寿命の延長を容易にし（例えば、図７Ａ～７Ｃを参照）、一方、流路（図８Ａ～Ｅを参照）は、とりわけ、使用中の性能の改善を容易にし得る（例えば、ＣＭＰ中に生成される副生成物および／または破片は、表面から除去され得、かつ／または新鮮なスラリー１１０は、平坦化される表面付近に補充され得る）。埋め込まれた溝および／または溝はまた、または代替的に、より簡単な研磨パッドの調製を容易にし得る（例えば、製作プロセス後に残された残留化学物質を除去するための流動経路を提供することによって－例えば、図１１の工程１１２０および以下の対応する記載を参照）。いくつかの実施形態では、研磨パッド１０２は、スラリー１１０を収集し、かつ／または残留材料（例えば、研磨中に生成される破片、スラリー副生成物など）を研磨される表面から移送するためのリザーバを含む（例えば、図９および１０Ａ、Ｂを参照）。本開示はさらに、以下に記載される埋め込まれた溝および／または流路を有する研磨パッド１０２などの、改善された化学的および機械的特性を有する研磨パッド１０２が、バットベースの製造プロセスを使用して特に効率的に生成され得ることを認識する。
本開示はさらに、露出した溝の容積（すなわち、研磨パッドの表面上のすべての露出した溝の合計容積）が所定の範囲内にある場合、ＣＭＰの性能が改善され得ることを認識する。所定の範囲は、ＣＭＰ用の研磨パッド１０２を使用する前に、すべての溝の初期容積に対して測定され得る。例えば、従来の研磨パッドでは、ＣＭＰ性能が急激に低下する前に、溝の高さ（したがって、溝容積）の約８０％しか使用され得ない。例えば、ある特定のＣＭＰプロセスでは、初期の溝容積の約２０％を超える溝容積を有することが望ましい可能性がある。いくつかの実施形態では、研磨パッド１０２の溝容積は、初期溝容積の約９０％～約２５％の範囲内に維持される。溝容積を、上述のもののうちの１つなど、所定の範囲内に維持することによって、より低いスラリー１１０の流量でＣＭＰを実施することができ（すなわち、システム１００は、ＣＭＰプロセス中に導入されるより少ないスラリー１１０を必要とし得る）、それによって、コストを削減する。
図７Ａは、ＣＭＰ使用後の初期時点（ｔ0）および２つの他の時点（ｔ1およびｔ2）での研磨パッド１０２の部分７００の断面側面図を示す図である。研磨パッド部分７００は、露出した溝７０２ａ～ｃおよび埋め込まれた溝７０２ｄを含む。一例として、溝７０２ａ～ｄは、約５ミル（１ミル＝１０００分の１インチ）～約５００ミル（例えば、約１０ミル～約５０ミル）の範囲内の幅、約５ミル～約５００ミル（例えば、約１０ミル～約５０ミル）の範囲内の高さを有し得る。しかしながら、溝７０２ａ～ｄは、任意の他の高さおよび幅を有し得る。溝７０２ａ～ｄは、研磨パッド１０２の使用中に、露出した溝７０２ａ～ｃの容積（Ｖ）が、ほぼ一定であるか、または初期値（Ｖ0）付近で所定の範囲内に維持されるように、図７Ａの例に示されるように、一般に垂直方向にオフセットされる（例えば、異なる深さで埋め込まれる）。例えば、時間ｔ1において、ＣＭＰが一定時間実施された後、研磨パッド７００の最上層７０４は、コンディショニングおよび一般的な摩耗を通して除去される。しかしながら、時間ｔ0からの中央の埋め込まれた溝７０２ｄが、時間ｔ1で溝７０２ｂとして露出するので、露出した溝の容積は、Ｖ0付近でほぼ一定、または所定の範囲内にとどまる。いくつかの実施形態では、溝の容積は、Ｖ0から８０％未満の変化で維持される。他の実施形態では、溝容積は、Ｖ0から２５％未満の変化で維持される。同様に、時間ｔ3において、さらなるＣＭＰに次いで、層７０６が除去された後、左端および右端の埋め込まれた溝７０２ｄは、露出した溝７０２ａおよび７０２ｄになり、その結果、Ｖ0で一定の溝容積またはＶ0付近で所定の範囲内をもたらす。
図７Ｂは、部分７１０研磨パッド１０２の別の実施形態の断面側面図を示す図である。研磨パッド部分７１０は、可変高さを有する埋め込まれた溝７１２ｄを含む。溝７１２ａ～ｄは、上記の溝７０２ａ～ｄと同様の径を有し得る。この設計によって、ＣＭＰ中に溝７１２ｄを漸進的に開くことが容易になる。これによって、ＣＭＰ中に導入されるパッドの破片の量が減少し、ＣＭＰの結果がさらに改善され得る。図７Ｂは、ＣＭＰ後の初期時点（ｔ0）および２つの他の時点（ｔ1およびｔ2）での研磨パッド１０２の部分７１０の断面側面図を示す。研磨パッド部分７１０は、露出した溝７１２ａ～ｃおよび埋め込まれた溝７１２ｄを含む。溝７１２ａ～ｄは、研磨パッド７１０の使用中に、露出した溝７１２ａ～ｃの容積（Ｖ）が、ほぼ一定であるか、または初期値（Ｖ0）付近で所定の範囲内に維持されるように、図７Ｂの例に示されるように、一般に垂直方向にオフセットされる（例えば、異なる深さで埋め込まれる）。例えば、時間ｔ1において、ＣＭＰが一定時間実施された後、パッド部分７１０の最上層７１４は除去される。しかしながら、時間ｔ0からの中央の埋め込まれた溝７１２ｄが、時間ｔ1で溝７１２ｂとして露出するので、露出した溝の容積（Ｖ）は、Ｖ0付近でほぼ一定、または所定の範囲内にとどまる。同様に、時間ｔ3において、さらなるＣＭＰに次いで、層７１６が除去された後、左端および右端の埋め込まれた溝７１２ｄは、露出した溝７１２ａおよび７１２ｄになり、その結果、Ｖ0で一定の溝容積（Ｖ）またはＶ0付近で所定の範囲内をもたらす。
図７Ａおよび７Ｂの例は、埋め込まれた溝７０２ｄ、７１２ｄの２～３層のみを示しているが、埋め込まれた溝７０２ｄ、７１２ｄのより多くの層が存在し得ることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、最大３０層または３０層超の埋め込まれた溝７０２ｄ、７１２ｄが存在する。埋め込まれた溝７０２ｄ、７１２ｄの層の数は、一般に、研磨パッド１０２の厚さによってのみ限定される。バットベースの製造は、埋め込まれた溝７０２ｄ、７１２ｄの多くの層を有する比較的厚い研磨パッド１０２の調製を容易にする。したがって、研磨パッド１０２は、Ｖ0でほぼ一定の溝容積またはＶ0付近で所定の範囲内を維持しながら、長時間連続的に（例えば、コンディショニングなしで）使用され得る。
例示的な研磨パッド１０２の埋め込まれた溝７０２ｄ、７１２ｄの別の利点は、研磨パッド１０２の全体的な構造に補強および支持を提供し、それによって、図７Ａおよび７Ｂに示される埋め込まれた溝の設計を容易にすることである。したがって、埋め込まれた溝７０２ｄ、７１２ｄは、研磨パッド１０２の全体的な構造の機械的特性（例えば、剛性）を有意に犠牲にすることなく形成され得る。この追加の理由により、研磨パッドの寿命は、従来の研磨パッドの寿命と比較して延長され得る。
非常大きい溝容積によって、「スラリーの飢餓状態」、すなわち溝の容積分の多くのスラリーが損失され、ＣＭＰのための十分な量のスラリーが、研磨パッドの表面に得られない状態がもたらされ得るため、非常に深い溝は、一般に使用され得ない。溝が浅すぎる場合（例えば、新しく認識された初期の容積レベルの２０％未満の場合）、ＣＭＰの結果が劣化し始める可能性がある（例えば、過熱のため）。これによって、不十分な研磨の均一性がもたらされ得る（例えば、ウェーハ内の不均一性（ＷＩＷＮＵ）の増加および／または欠陥密度の増加）。
図７Ｃは、研磨パッド１０２の部分７２０の別の実施形態を示す図である。研磨パッド部分７２０は、例えば、上記の研磨パッド部分７００の溝７０２ａ～ｄよりもはるかに小さなピッチ（すなわち、隣接する溝間の中心間距離）を有するより小さな溝を含む。研磨パッド部分７２０は、一般に、図７Ａおよび７Ｂに関して上記の例示的な研磨パッド部分７００、７１０よりも小さな溝容積を有する。例えば、研磨パッド部分７２０の溝は、図７Ａの研磨パッド部分７００に関して、上記の溝７０２ａ～ｄよりも２倍～１０倍（またはそれ以上）小さくてもよい（すなわち、長さおよび幅に関して）。より小さな溝容積は、パッド部分７２０が、従来の研磨パッドまたは上記の研磨パッド部分７００、７１０のいずれかを使用するのに必要とされるよりも少ないスラリー材料を消費しながら、高性能ＣＭＰ研磨を提供することを可能にし得る。一般に、研磨パッド部分７２０のような非常に小さい溝を使用することによって、小さな溝を有する従来の研磨パッドが急速に消費される（すなわち、溝が短時間のみの使用後で「損失」される）ように、研磨パッド部分７２０の比較的急速な劣化が引き起こされ得る。しかしながら、埋められた溝の複数の層を使用することによって、研磨パッド部分７２０の小さな溝は、許容できる、またはさらに改善された研磨パッドの寿命で使用され得る。
流路を有するＣＭＰパッド
図８Ａ～８Ｅは、流路を含む研磨パッド１０２の様々な実施形態を示す。場合によっては、流路は、埋め込まれた溝の間（図８Ａ～８Ｅを参照）、埋め込まれた溝と研磨パッドの上表面との間（図８Ａ～８Ｄを参照）、および／または埋め込まれた溝と別の縁部または研磨パッド１０２の表面との間（図８Ｄおよび８Ｅを参照）の流動経路を提供する。これらの流動経路は、スラリー１１０、研磨中に形成される粒子状の破片、および／またはＣＭＰ中に形成される化学的副生成物を、研磨されるウェーハ１０６の表面から除去することを容易にし、それによって、これらの研磨パッド１０２を使用して平坦化された表面の品質を改善し得る。
図８Ａおよび８Ｂは、溝８０２、垂直流路８０４、および水平流路８０６を含む研磨パッド１０２の部分８００および８１０を示す。例えば、パッド部分８００、８１０は、図２Ａ～２Ｃに関して上記の研磨パッド２００の研磨層２０２の一部であり得る。流路８０４、８０６は、残留流体（例えば、バットベースのプロセス後に溝８０２に残っている残留ポリマー前駆体）を、研磨パッド部分８００、８１０から排出するための流動経路を提供する。例えば、それらの製造後かつそれらの使用の前に、研磨パッド部分８００、８１０は、すすがれてもよく（例えば、以下に記載される図１１の工程１１２０を参照）、そうでなければ、（すなわち、流路８０４、８０６が存在しない場合）、溝８０２に閉じ込められる残留流体が、溝８０２から排出され得る。次いで、研磨パッド部分８００、８１０は、ウェーハ１０６の表面または残留前駆体材料で平坦化される任意の他の表面を潜在的に汚染することなく、（例えば、図１に関して上記のシステム１００を使用して）ＣＭＰのために使用され得る。
図８Ｃおよび８Ｄは、代替の溝および流路設計を有する研磨パッド部分８２０、８３０を示す。パッド部分８２０、８３０は、図２Ａ～２Ｃに関して上記のＣＭＰパッド２００の研磨層２０２の一部であり得る。これらの溝および流路の設計は、例えば、研磨パッド製作後に残留前駆体材料を除去するための流動経路を提供すること、および消費されたスラリー１１０を研磨パッド部分８２０、８３０の表面から遠ざけることの両方に好適であり得る。上記のように、消費されたスラリー１１０は、一般に、活性成分がすでに反応しているか、そうでなければ消費されている、スラリー１１０に対応する。例えば、図８Ｃの研磨パッド部分８２０は、溝８０２を垂直流路８０４に接続する角度の付いた流路８２２を有する。角度の付いた流路８２２は、溝８０２からの前駆体流体の排出を容易にし得（例えば、研磨パッド８２０が上面を下にして置かれる場合）、ＣＭＰ中に生成される消費されたスラリーおよび他の破片の流動が、研磨パッド部８２０の表面から除去されるのを容易にし得る。
図８Ｄに示される研磨パッド部分８３０は、水平流路８０６を介して垂直流路８０４に接続された溝８０２を含む（例えば、上記の研磨パッド部分８００および８１０と同様）。研磨パッド部分８３０はまた、水平排出流路８３２も含み、これは、研磨パッド部分８３０からの（例えば、パッド、例えば、図５Ａ～６Ｄに関して上記のパッド５００および６００を参照、の縁部からの）スラリー１１０の排出を容易にする。場合によっては、溝８０２および流路８０４、８０６は、スラリー１１０で充填され得、このスラリー１１０は、平坦化される表面付近の活性成分を補充するために、ＣＭＰ中に放出され得る。
図８Ｅは、研磨パッド１０２の底部から最上部の埋め込まれた溝８０２まで延在する垂直排出流路８４２を有する調製された研磨パッド１０２の部分８４０を示す。研磨パッド部分８４０の設計は、研磨パッド８４０が調製された後、溝８０２からの残留材料の除去を容易にする（例えば、以下に記載される図１１の工程１１２０を参照）。例えば、部分８４０の設計で研磨パッド１０２を製造するために使用されるバットベースの製造プロセスからの液体前駆体材料は、流路８４２を介して排出され得る。研磨パッド部分８４０の使用中にこれらの流路を保持することが望ましくない場合、流路８４２は、第２の材料８５２で埋め戻され得る。図８Ｅに示されるように、第２の材料８５２は、パッド材料８４０とは異なっていてもよく、第２の材料８５２は、パッド材料８４０と同じであってもよい。いくつかの実施形態では、第２の材料８５２は、部分８４０を有する研磨パッド１０２の使用中に放出される場合、平坦化されるウェーハ１０６または他の材料の改善されたＣＭＰを促進するスラリー１１０または任意の他の材料であり得る。
スラリーリザーバを有するＣＭＰパッド
従来の研磨パッドの使用中に、例えば、平坦化されるウェーハ１０６の前縁部から後縁部まで、スラリー１１０中の活性成分の濃度に勾配が生じる。言い換えれば、活性スラリー成分の濃度は、平坦化される表面の付近で減少し得る。これは、これらの従来の研磨パッドの性能を限定し得る。本開示に記載される研磨パッド１０２の様々な実施形態は、平坦化される表面付近のスラリー１１０濃度の低下に関連する課題および性能限界を克服するのを促進し得るスラリーリザーバを含む。スラリーリザーバは、一般に、活性材料が、ＣＭＰ中に消費された後に急速に補充されるように、研磨パッド１０２の表面付近にスラリー活性成分の供給源を提供する。一例として、図８Ａ～８Ｅに関して上記の研磨パッド１０２（すなわち、研磨パッド部分８００、８１０、８２０、８３０、８４０）のうちのいずれかは、スラリー１１０で充填され（すなわち、研磨パッドの溝および流路が、スラリー１１０で充填され）、ＣＭＰ中のスラリー有効成分濃度勾配の発生を防止または限定し得る。改善されたＣＭＰのためのスラリーリザーバで構成されている研磨パッド１０２のさらなる例は、図９および１０Ａ、Ｂに関して以下に記載される。
図９は、比較的小さな溝９０２と、スラリーリザーバとして作用し得るより大きなスラリー溝９０４との両方を含む研磨パッド部分９００（すなわち、例示的な研磨パッド１０２の部分９００）を示す。より小さな溝９０２は、ＣＭＰ中の局所的なスラリー１１０の分布を強化し得る。より大きな溝９０４は、ウェーハ１０６の表面全体に沿って（例えば、局所的ではなく全体的に）スラリー１１０の迅速な分布を容易にし得る。小さな溝９０２と比較的大きなスラリーリザーバ９０４との両方の組み合わせは、ウェーハ表面付近の活性スラリー１１０の濃度勾配を低減し得、それによって、改善されたＣＭＰがもたらされる。溝９０４は、図７Ａ（上記）中に示されるものと同様のサイズであり得るか、またはより大きい可能性がある（例えば、図７Ａ中に示される研磨パッド７００の溝７０２ａ～ｄのサイズの１．５倍以上）。より大きなリザーバ溝９０４は、スラリー副生成物が、研磨パッド９００の表面から運び去られるための経路を提供し得る。これは、ＣＭＰが発生する研磨パッド９００の表面で、望ましいスラリー１１０の分布を維持するのに役立ち得る。例えば、小さな溝９０２は、六角形のパターンまたは任意の他の適切なパターンを有し得る。図９の例は、より大きな溝９０４に平行な小さな溝９０２を示しているが、他の設計も企図される（例えば、より大きな溝９０４に垂直な小さな溝９０２を有する）。図９の例示的な設計は、本開示によって企図される多くの関連する設計（すなわち、小さな溝９０２とより大きな溝９０４との両方を有する）の一例にすぎない。
図１０Ａは、埋め込まれた溝１００２を垂直流路１００４に接続する水平流路１００６を有する例示的な研磨パッド部分１０００（すなわち、例示的な研磨パッド１０２の部分１０００）を示す。流路１００４、１００６は、一般に、スラリー１１０の溝１００２への流動を容易にする。埋め込まれた溝１００２がスラリー１１０で充填されると、研磨パッド１０００は、より圧縮性が低くなり得、得られるスラリー充填研磨パッド１０００は、「より硬く」なり、その結果、従来の研磨パッドと比較して改善された平坦化効率がもたらされる。図１０Ｂは、流路１０２４を介して垂直に流体接続された溝１０２２を含む別の研磨パッド部分１０２０（すなわち、例示的な研磨パッド１０２の部分１０２０）を示す。図１０Ａおよび１０Ｂに示される例示的な研磨パッド１０００、１０２０は、一般に、スラリー１１０を保持するための増加した容積を提供する。いくつかの実施形態では、流路１００４、１００６、１０２４は、パッド１０００がすすがれた場合に（例えば、ある特定のＣＭＰプロセス中に起こり得る）、流路１００４、１００６、１０２４内のスラリー１１０の希釈を防止または低減するために狭くてもよい。パッドのすすぎはまた、または代替的に、流路１００４、１００６、１０２４内のスラリー１１０希釈の程度を限定するように、例えば、（ｉ）ＣＭＰプロセスからすすぎ工程を排除すること、（ｉｉ）パッドのすすぎ時間を短縮すること、ｉｉｉ）すすぎ流体（例えば、溶媒、水など）が表面から急速に除去されるように（例えば、図１のプラテン１０４の）高い回転速度ですすぎ工程を実施すること、またはこれらの任意の組み合わせ、および任意の他の適切な手法によって修正され得る。
研磨パッドを調製する方法
図１１は、本開示の例示的な実施形態によるＣＭＰパッド１０２を調製するための例示的なプロセス１１００を示す。この例では、パッド材料の複数の薄層が、バットベースの付加製造プロセスを使用して徐々に形成される。複数の層の各層は、前駆体材料のＵＶ開始反応を介して形成されて、固化したパッド材料の薄層を形成し得る。したがって、得られるパッド１０２は、各薄層を形成するための適切なパターンの光（例えば、ＵＶ照射）を投射することによって、（例えば、上記の圧縮率および密度特性を達成するために）正確に制御された構造で形成される。プロセス１１００を使用して、研磨パッド１０２は、従来のプロセスを使用して可能であるよりも厳密に制御された物理的および化学的特性で形成され得る。例えば、プロセス１１００を使用して、ＣＭＰパッド１０２は、図５Ａ～１０Ｂに関して上記で記載された独自の溝および流路構造を有して調製され得る。プロセス１１００はまた、押出ベースの印刷プロセス（例えば、プリントヘッドが移動するときに、前駆体材料を表面上に放出するノズルを有する機械的プリントヘッドを含むプロセス）を含む従来の方法を使用して可能であるよりも増加した製造スループットを容易にする。
図１１に示されるように、工程１１０２において、１つ以上の前駆体、ポロゲン、および／または任意の添加剤が、付加製造装置のバットまたはリザーバに添加される。前駆体は、一般に、液体であり、ポリウレタンまたはポリアクリレート樹脂であり得るか、またはそれらを含み得る。例えば、前駆体としては、１つ以上の可撓性ポリウレタン、硬質ポリウレタン、エラストマーポリウレタン、およびウレタンメタクリレートを挙げることができる。前駆体に好適な樹脂の例としては、ＥＰＵ４０、ＥＰＵ４１、ＲＰＵ６０、ＲＰＵ６１、ＲＰＵ７０、ＵＭＡ９０、およびＦＰＵ５０（Ｃａｒｂｏｎ ３ｄ、Ｒｅｄｗｏｏｄ Ｃｉｔｙ、ＣＡから市販されている）が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、前駆体は、２つ以上の成分を含み得る。例えば、例示的な樹脂は、第１の成分（例えば、Ａ成分）および第２の成分（「Ｂ」成分）を含み得る。樹脂の製造業者は、樹脂の第１および第２の成分の所定の比率の組み合わせを介して、樹脂を調製するための推奨事項を提供し得る。いくつかの実施形態では、前駆体は、所与の樹脂の１つの成分のみを含み得る。例えば、「二重硬化」樹脂は、Ａ成分およびＢ成分を含み得、これらは、製造業者が指定した比率で混合され得る。本開示は、二重硬化樹脂の１つの成分の排除が、得られる研磨パッド１０２に改善された特性（例えば、研磨中の除去速度に関して）を提供し得ることを認める（表２および以下の対応する記載を参照）。
研磨パッドの特性を調整するために、ポリウレタン樹脂を、１つ以上の添加剤と組み合わせることができる。好適な添加剤としては、研磨パッド１０２に所望の機械的特性を有するウレタンモノマー、ウレタンオリゴマー、アミンポリウレタンが挙げられるが、これらに限定されない。ポリウレタン樹脂前駆体は、光に曝された領域（例えば、ＵＶ照射）において、この重合反応を開始するための光開始剤を含み得る。前駆体混合物は、イソシアネート化合物などの架橋剤を含み得る。代替的に、多官能性オリゴマー（例えば、多官能性ウレタンアクリレートオリゴマー）を使用して、ウレタンセグメントの架橋度を改善し得る。
上記のように、いくつかの実施形態では、研磨パッド１０２内に細孔を形成するために、１つ以上のポロゲンが、バットまたはリザーバ内に含まれる（図３および上記の対応する記載を参照）。例示的なポロゲンは、上記の通りである。ポロゲンは、典型的には、１％～３０％の重量パーセントで添加される。しかしながら、ポロゲンは、所与の用途に対して必要に応じて、より低いまたはより高い濃度で添加され得る。
例示的な方法１１００の工程１１０４において、付加製造装置の構築プラットフォームは、前駆体材料の薄膜の中に、前駆体が充填されたバットの底部に近づくか、または接触するまで下降する。工程１１０６において、構築プラットフォームは、パッド１０２の第１の層のための所望の高さまで上方に移動する。高さは、約５、１０、１５、２０、２５、５０、または１００マイクロメートル（または必要な場合、それらを超えて）のスケールであり得る。全体として、複数の層の各層の厚さは、研磨パッド１０２またはパッド１０２の研磨層２０２の総厚さの５０％未満であり得る。複数の層の各層の厚さは、研磨パッド１０２またはパッド１０２の研磨層２０２の総厚さの１％未満であり得る。さらに、上記のように、接着剤（例えば、プラテン接着剤）は、パッドがこの接着剤上に直接調製されるように、プロセス１１００の開始前に、構築プラットフォーム上に置かれ得る。
工程１１０６と同時に実施され得る工程１１０８において、光源は、パッドの第１の層の構造を「書き込む」ために使用される。例えば、ＵＶ光は、ＵＶ光に対して実質的に透明である（すなわち、ＵＶ光の強度が前駆体の光開始反応を開始し得るように、ＵＶ光に対して十分に透明である）バットの底部にある窓を通過し得る。プロセス１１００が、連続液体界面生成を用いる例示的な場合では、ＵＶ光は、「デッドゾーン」（すなわち、溶存酸素レベルが、フリーラジカル反応を抑制する、窓と構築プラットフォームとの間の未硬化前駆体の薄い液膜）を通過し、層の所望の構造を達成するために（例えば、上記のように、適切にパターン化された構造を用いて）所定のパターン（すなわち、「書き込み」パターン）で投射される。一般に、適切な反応条件下で（すなわち、「書き込み」パターンに基づいて）、ＵＶ光に曝される前駆体の領域は、ラジカル重合する。光ラジカル重合は、ＵＶ光に曝された後に発生する。構築プラットフォームが上がると、光ラジカル重合が連続的に進行し得る。例えば、光ラジカル重合は、ＵＶ光に曝された後に発生し得る。プロセス１１００を使用して、ＣＭＰパッド１０２は、図５Ａ～１０Ｂに関して上記で記載された埋め込まれた溝および／または流路を有して生成され得る。溝および流路のパターンは、工程１１０８の間に前駆体の各層に投射されるＵＶ光のパターンによって制御され得る。これらのパターンは、投射されたＵＶ光のパターンを設計するために使用されるコンピューター支援設計（ＣＡＤ）プログラムによって制御され得る。
工程１１１０において、（例えば、装置の制御器またはプロセッサによって）所望のパッド厚が達成された（例えば、前駆体の所望の数の層が光ラジカル重合した）かどうかの決定が行われる。所望の厚さに達しない場合、プロセスは、工程１１０６に戻り、構築プラットフォームは、第２の層の所望の高さまで再び上方に移動し、これは、第１の層の高さと同じであっても異なっていてもよい。構築プラットフォームが上方に移動すると、未硬化の前駆体が硬化層の下を流動する。いくつかの実施形態では、プロセスは一時停止して、適切な量の前駆体が流動することを可能にする（例えば、製造される研磨パッド１０２の直径および前駆体の粘度によって決定される）。次いで、工程１１０８および１１１０が繰り返されて、第１の層と同じまたは異なる（例えば、溝および／または流路の）構造を含み得る研磨パッド１０２の第２の層を書き込み、硬化させる。工程１１０６から１１１０は、研磨パッド１０２またはパッド１０２の一部（例えば、裏打ち部分２０４または研磨部分２０２）の所望の厚さが達成されるまで繰り返される。
所望の厚さが達成されると、プロセス１１００は、工程１１１２に進行する。工程１１１２において、研磨パッド１０２全体が完成しているかどうかの決定が（例えば、個人によって、または付加製造装置のプロセッサによって）行われる。例えば、先行する工程では、パッド１０２の裏打ち部分２０４のみが調製されていてもよい（参考のために図２Ａ～２Ｃを参照）。このような場合、パッド１０２の最終部分は、完成していないと決定される（すなわち、研磨部分２０２は、依然として調製される必要があるため）。パッド１０２の最終部分が完成すると、プロセス１１００は、工程１１１８（以下に記載される）に進行する。しかしながら、パッドの最終部分が完成していない場合、プロセス１１００は、工程１１１４に進行する。
工程１１１４において、パッド１０２の次の部分（例えば、研磨部分２０２）が、同じバット内または異なるバット内のどちらで調製されるべきかが決定される。例えば、研磨部分２０２が、工程１１０２で導入された前駆体、ポロゲン、および／または添加剤の同じ混合物を使用して調製される場合、研磨部分２０２は、同じバット内で調製されることになる。パッド１０２の次の部分が、同じバット内で調製される場合、プロセス１１００は、パッド１０２の次の部分（例えば、研磨部分）が調製されるように、工程１１０２に戻り得る。しかしながら、パッド１０２の次の部分が同じバット内で調製されない場合、プロセス１１００は、パッド１０２が第２のリザーバまたはバットに移動する工程１１１６に進行し得る。例えば、パッド１０２（またはプロセス１１００のこの段階で調製された部分）は、第１の付加製造装置のバットから取り外され、第２の付加製造装置のバットに移動し得る。第２の付加製造装置のバットは、パッド１０２の次の部分（例えば、研磨部分２０２）の所望の特性を達成するために、前駆体、ポロゲン、および／または添加剤の適切な組み合わせで充填され得る。次いで、プロセス１１００は、工程１１０４から繰り返して、パッド１０２の次の部分（例えば、研磨部分２０２）を調製し得る。
所望のパッドの厚さが達成され（工程１１１０）、最終のパッド部分が完成すると（工程１１１２）、プロセスは、工程１１１８に進行する。工程１１１８において、パッド１０２を、構築プラットフォームから取り外し、任意選択で、硬化させる（例えば、高温で）。いくつかの実施形態では、パッド１０２は、構築プラットフォームから取り外され、それ以上の硬化は実施されない。
工程１１２０において、パッド１０２をすすいで、残留前駆体、ポロゲン、および／または添加剤を除去し得る。いくつかの実施形態では、パッド１０２は、パッド１０２への損傷を防ぐために、弱溶媒または水でのみすすがれる。いくつかの実施形態では、パッド１０２は、工程１１１４においてすすがれない。いくつかの実施形態では、ＣＭＰパッド１０２の部分は、第２の材料で埋め戻され得る（例えば、図８Ｅに示されているように）。工程１１２２において、ＣＭＰパッドは、化学機械平坦化のために使用される。例えば、ＣＭＰパッド１０２は、図１に関して上記で記載されたシステム１００内で使用され得る。
一般に、本明細書に記載される研磨パッド１０２の幅は、それらの調製に使用されるリザーバまたはバットのサイズに限定されない。生成中、前駆体は、調製されるパッドの下の領域に、連続的に補充され得る。研磨パッドは、典型的には、直径２０～３０インチで、厚さは約１／１６インチしかないこともあり、多くの時間が、大きな直径の研磨パッド用のデッドゾーンを補充するために必要とされる。本明細書に記載されるプロセスの一実施形態は、溝付きまたは折り畳み様式での研磨パッドの生成を容易にすることによって、この問題に対する解決策を提供する。この実施形態では、パッドは、溝付き濾紙（すなわち、アコーディオンのような様式で折り畳まれた円形の紙片）に類似するように構成されている。したがって、研磨パッドは、折り畳まれた側面を有する円錐形で製造され得、その結果、構築されたパッドが、操作可能な柔軟性を保っている間に（例えば、完全に硬化する前に）、円錐形の構造を展開して、研磨パッドの所望の円形または円盤状の形状を達成し得る。
図１２Ａは、パッド１０２が、水平構成で構築プラットフォーム上で調製される、上記の連続液体界面生成を示す。この水平方向でのパッド１０２の調製は、水平プロセスと称され得る。本発明のさらに別の実施形態では、研磨パッド１０２は、図１２Ｂに示されるように、構築プラットフォームに対して垂直方向に（すなわち、垂直プロセスを使用して）生成される。この実施形態では、未硬化の前駆体樹脂の補充は、水平プロセスに必要とされるよりも未硬化の前駆体樹脂を補充するのに必要な時間が短くなるように、より容易に制御され得る。試験は、図１２Ａの水平構成と図１２Ｂの垂直構成との両方で調製されたパッドを使用して、同様の性能（例えば、平坦化中の除去速度に関して）が達成され得ることを示している。
プロセス１１００を使用して、水平または垂直プロセスのいずれかで、研磨パッド１０２は、前駆体の各層上に投射されるＵＶ光のパターンによって決定される複雑なパターン化された構造で生成され得る。これらのパターンは、投射されたＵＶ光のパターンを設計するために使用されるコンピューター支援設計（ＣＡＤ）プログラムによって制御され得る。この手法の利点は、構築量（すなわち、生成された研磨パッド層の体積）が、バット自体の容積よりもはるかに大きくなる可能性があり、バット内で薄膜を維持するためには、所定の時間に必要なのは十分な前駆体のみである。ＵＶ照射のパターンに加えて、ＵＶ照射の強度、バットの温度、および（例えば、ポロゲンおよび／または添加剤の添加を介しての）前駆体の特性を含む、他のパラメータを変更して、硬化した材料の所望の特性を達成し得る。
この開示によって、成形または鋳造プロセスで必要とされる、高価で時間のかかる型を作製する必要性が排除される。ある特定の実施形態では、成形、鋳造、および機械加工の工程が排除され得る。加えて、本明細書に記載される層ごとの製造手法に起因して、厳しい公差が達成され得る。また、ＣＡＤプログラムに保存されているＵＶ「書き込み」パターンを変更するだけで、１つのシステムを使用して、様々な異なる研磨パッドを製造し得る。本明細書でのある特定の例は、バットベースの付加製造手法としての連続液体界面生成の使用を記載するが、本開示に記載されるＣＭＰパッド１０２を調製するために、任意の適切なバットベースの製造手法が用いられ得ることを理解されたい。
実験実施例
ポロゲン量および架橋の程度の影響
一連のパッドを、異なる量のポロゲンおよび異なる架橋の程度で組み合わされた、同じ樹脂を使用して調製した。架橋剤（例えば、イソシアネート架橋剤）を添加するか添加しないかのいずれかによって、異なる架橋の程度を達成した。高度に架橋された樹脂を、存在する架橋剤を用いて調製した。相対的除去速度を、各パッドについて決定した。相対的除去速度は、市販のＣＭＰパッドを使用して達成された速度と比較して、パッドを使用して酸化ケイ素層が除去される速度に対応する。以下の表１は、同じ樹脂（ＦＰＵ５０）に関して、ポロゲンの量が増加し、架橋の程度が増加する場合、相対的除去速度が増加することを示す。表１では、低ポロゲン量は、前駆体混合物中の約３重量％のポロゲンに対応し、高ポロゲン量は、前駆体混合物中の約５重量％のポロゲンに対応する。
Figure 2022531472000002
二重硬化樹脂から成分を省いた場合の影響
二重硬化樹脂を使用して一連のパッドを調製した。一部のパッドでは、二重硬化樹脂の各成分が前駆体中に含まれていた。他のパッドでは、二重硬化樹脂の一成分が前駆体から省かれていた。以下の表２は、前駆体中に二重硬化成分が含まれている場合と含まれていない場合の、異なる樹脂（または樹脂の組み合わせ）を用いたパッドによって達成された相対的除去速度を示す。表２に示されるように、二重硬化成分が前駆体から省かれた場合、除去速度は増加した。特に、二重硬化成分を用いないで調製されたパッドは、ベンチマークとして使用される市販の研磨パッドの除去速度と比較して、増加した除去速度を有した。
Figure 2022531472000003
本明細書に記載されるシステム、装置、および方法に変更、追加、または省略を行うことが可能である。システムおよび装置の構成要素は、統合または分離され得る。さらに、システムおよび装置の操作は、より多くの、より少ない、または他の構成要素によって実施され得る。方法は、より多くの、より少ない、または他の工程を含み得る。加えて、工程は、任意の好適な順序で実施され得る。加えて、システムおよび装置の操作は、任意の好適な論理を使用して実施され得る。この文献で使用されるように、「各」とは、セットの各メンバーまたはセットのサブセットの各メンバーを指す。
本明細書では、「または」は、明示的に別段の指示がない限り、または文脈によって別段の指示がない限り、包括的であり、排他的ではない。したがって、本明細書では、「ＡまたはＢ」は、明示的に別段の指示がない限り、または文脈によって別段の指示がない限り、「Ａ、Ｂ、またはその両方」を意味する。さらに、「および」は、明示的に別段の指示がない限り、または文脈によって別段の指示がない限り、共同および個別の両方である。したがって、本明細書では、「ＡおよびＢ」は、明示的に別段の指示がない限り、または文脈によって別段の指示がない限り、「ＡおよびＢ、共同でまたは個別に」を意味する。
本開示の範囲は、本明細書に記載または例示される例示的な実施形態に対する、当業者が理解するであろうすべての変更、置換、変化、改変、および修正を包含する。本開示の範囲は、本明細書に記載または例示される例示的な実施形態に限定されない。さらに、本開示は、特定の構成要素、要素、特徴、機能、操作、または工程を含むものとして、本明細書のそれぞれの実施形態を記載および示すが、これらの実施形態のいずれも、本明細書のどこかに記載または示される、当業者が理解するであろう、構成要素、要素、特徴、機能、操作、または工程のうちのいずれかの任意の組み合わせまたは順列を含み得る。さらに、添付の特許請求の範囲における、特定の機能を実行するために適合される、配置される、可能な、構成される、有効化される、操作できる、または操作可能な、装置もしくはシステム、または装置またはシステムの構成要素への言及は、装置、システム、または構成要素が、そのように適合される、配置される、可能な、構成される、有効化される、操作できる、または操作可能な限り、その特定の機能が、起動、オン、またはロック解除されているかどうかにかかわらず、その装置、システム、構成要素を包含する。加えて、本開示は、特定の利点を提供するものとして、特定の実施形態を記載するかまたは示すが、特定の実施形態は、これらの利点のいずれも提供し得ない、一部、またはすべてを提供し得る。
（特に以下の特許請求の範囲の文脈において）本発明を説明する文脈における「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」という用語および同様の指示対象の使用は、本明細書において別段の指示がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数および複数形の両方を包含すると解釈されるべきである。「備える」、「有する」、「含む」および「含有する」という用語は、別段の記載がない限り、オープンエンド用語（すなわち、「含むがこれらに限定されない」を意味する）として解釈されるべきである。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書において別段の指示がない限り、範囲内にある各別個の値を個々に参照する簡略方法としての役割を果たすことを単に意図しており、各別個の値は本明細書に個別に列挙されているかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書で提供される任意のおよびすべての実施例、または例示的な言葉（例えば、「など」）の使用は、単に本開示をよりよく説明することが意図され、特許請求の範囲を限定するものではない。

Claims (20)

  1. 化学機械研磨パッドであって、
    第１の材料を含む表面部分であって、複数の溝を備える、表面部分を備え、
    前記溝の第１の部分が、前記化学機械研磨パッドの表面に位置する露出した溝であり、
    前記溝の第２の部分が、前記化学機械研磨パッドの前記表面の下に埋め込まれた、埋め込まれた溝であり、その結果、前記化学機械研磨パッドの使用中に、前記埋め込まれた溝の１つ以上が前記表面に露出する、化学機械研磨パッド。
  2. 前記化学機械研磨パッドが、前記化学機械研磨パッドの使用中に、前記露出した溝の容積が、所定の範囲内に維持されるように構成されている、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
  3. 前記埋め込まれた溝の少なくとも一部が、流路を介して、前記化学機械研磨パッドの他の埋め込まれた溝および前記表面に流体的に結合されている、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
  4. 前記化学機械研磨パッドの前記表面から、少なくとも水平排水流路まで延在する複数の垂直流路と、
    前記化学機械研磨パッドの前記表面から外縁部への流体の流動を可能にするように構成されている前記水平排水流路と、をさらに備える、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
  5. 前記化学機械研磨パッドの底表面から、前記化学機械研磨パッドの前記表面の下まで延在する複数の垂直流路をさらに備え、各垂直流路が、第２の材料で充填される、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
  6. 前記複数の溝の第１のサブセットが第１の幅を有し、前記複数の溝の第２のサブセットが前記第１の幅よりも広い第２の幅を有する、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
  7. 前記化学機械研磨パッドが、バットベースの付加製造プロセスを使用して調製される、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
  8. 少なくとも３層の埋め込まれた溝を備える、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
  9. ウェーハを化学機械研磨する方法であって、
    第１の材料を含む表面部分であって、複数の溝を備える、表面部分を備え、
    前記溝の第１の部分が、前記化学機械研磨パッドの表面に位置する露出した溝であり、
    前記溝の第２の部分が、前記化学機械研磨パッドの前記表面の下に埋め込まれた、埋め込まれた溝であり、その結果、前記化学機械研磨パッドの使用中に、前記埋め込まれた溝の１つ以上が前記表面に露出する、化学機械研磨パッドを用意することと、
    前記化学機械研磨パッドを回転させることと、
    前記ウェーハを、前記回転する化学機械研磨パッドに接触させることと、を含む、方法。
  10. 前記ウェーハを、前記回転する化学機械研磨パッドに一定時間接触させた後、前記露出した溝の容積が、所定の範囲内に維持される、請求項９に記載の方法。
  11. 前記埋め込まれた溝の少なくとも一部が、流路を介して、前記化学機械研磨パッドの他の埋め込まれた溝および前記表面に流体的に結合されている、請求項９に記載の方法。
  12. 前記化学機械研磨パッドが、
    前記化学機械研磨パッドの前記表面から、少なくとも水平排水流路まで延在する複数の垂直流路と、
    前記化学機械研磨パッドの前記表面から外縁部への流体の流動を可能にするように構成されている前記水平排水流路と、をさらに備える、請求項９に記載の方法。
  13. 前記化学機械研磨パッドが、前記化学機械研磨パッドの底表面から、前記化学機械研磨パッドの前記表面の下まで延在する複数の垂直流路をさらに備え、各垂直流路が、第２の材料で充填される、請求項９に記載の方法。
  14. 前記複数の溝の第１のサブセットが第１の幅を有し、前記複数の溝の第２のサブセットが前記第１の幅よりも広い第２の幅を有する、請求項９に記載の方法。
  15. 前記化学機械研磨パッドが、バットベースの付加製造プロセスを使用して調製される、請求項９に記載の方法。
  16. 前記化学機械研磨パッドが、少なくとも３層の埋め込まれた溝を備える、請求項９に記載の方法。
  17. 化学機械研磨パッドであって、
    表面、湾曲した縁部、および前記表面の下に埋め込まれた少なくとも１つの流路を備え、
    前記表面が、
    少なくとも１つの溝と、
    前記表面の下に埋め込まれた前記流路に流体結合されている少なくとも１つの孔と、を備え、
    前記湾曲した縁部が、前記表面の下に埋め込まれた前記流路の末端に出口孔を備え、その結果、前記表面から前記湾曲した縁部の外への流体の流動のための経路が、前記埋め込まれた流路を介して提供される、化学機械研磨パッド。
  18. 前記少なくとも１つの溝が、同心円溝を含む、請求項１７に記載の化学機械研磨パッド。
  19. 前記少なくとも１つの孔が、前記少なくとも１つの溝に隣接する前記表面にある、請求項１７に記載の化学機械研磨パッド。
  20. 前記少なくとも１つの孔が、前記表面の中心から前記湾曲した縁部に向かって半径方向に延在する一連の孔を含み、
    前記一連の孔の各孔が、前記表面の下に埋め込まれた前記流路に流体結合されており、
    前記表面の下に埋め込まれた前記流路が、前記表面の前記中心から前記湾曲した縁部内の前記出口孔まで、前記一連の孔の下に半径方向に延在する、請求項１７に記載の化学機械研磨パッド。
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