JP2024501292A

JP2024501292A - ポリマーシェルを備えたポロゲンを有する化学機械研磨サブパッド

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Publication number: JP2024501292A
Application number: JP2023538750A
Authority: JP
Inventors: ミラーダスティン; アンドレレフェブレポール; ピーターソンアーロン; ツァイチェン－チー
Original assignee: シーエムシーマテリアルズリミティドライアビリティカンパニー
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2024-01-11
Also published as: TW202231756A; CN116847948A; EP4267342A1; US20220193860A1; WO2022140345A1; TWI825534B

Abstract

化学機械研磨パッドのためのサブパッドであって、サブパッドは、ポリマーシェルを備えたポロゲンを有する。サブパッドの製造方法、及びサブパッド層に結合した研磨面層を備えた研磨パッドの製造方法も記載される。【選択図】図２

Description

本開示は、化学機械平坦化に用いられる研磨パッド全般に関し、より詳細には、ポリマーシェルを備えたポロゲンを有するサブパッドに関する。

集積回路は、典型的には、シリコンウェハ上に導電層、半導電層、及び／又は絶縁層を順に堆積させることによって基板上に形成される。様々な製造プロセスにおいて、基板上のこれらの層のうちの少なくとも１つを平坦化することが必要とされる。例えば、ある特定の用途において（例：パターン化層のトレンチにビア、プラグ、及び配線を形成するための金属層の研磨）、上に重なっている層が、パターン化層の上面が露出するまで平坦化される。他の用途では（例：フォトリソグラフィのための誘電体層の平坦化）、上に重なっている層が、下にある層の上に所望される厚さで残るまで研磨される。化学機械平坦化（ＣＭＰ）は、平坦化の１つの方法である。この平坦化法は、典型的には、基板をキャリアヘッドに載せることを含む。基板の露出面は、典型的には、回転プラテン上にある研磨パッドに接して配置される。キャリアヘッドは、制御可能な荷重（例：印加される力）を基板に提供して、回転研磨パッドに基板を押し付ける。研磨粒子を含むスラリーなどの研磨液も、研磨中に研磨パッドの面上に配置され得る。

研磨パッドは、面が研磨中に研磨されている面と接触するトップパッド、及びトップパッドを支持するサブパッドを含み得る。ＣＭＰプロセスの１つの目的は、高い研磨均一性を実現することである。しかし、研磨パッドの機械的特性が変動する結果として、低い研磨均一性及び／又はＣＭＰパッドの異なるバッチ間での性能の変動がもたらされ得る。サブパッドは、非多孔質構造又は多孔質構造の何れを有していてもよい。ＣＭＰサブパッドに多孔質構造を実現することへのこれまでのアプローチは、様々な欠点を有する。例えば、化学的又は物理的発泡剤を用いることによって例えば形成される気体が充填された細孔は、低い均一性、好ましいサイズよりも大きい細孔サイズ、及び／又は細孔壁の穴あき若しくは裂け（例：そのため、隣接する細孔が相互接続した状態となって、制御されない多孔質ネットワークが形成される）を有する可能性がある。これらの不利な特徴は、可変で制御が困難な機械的特性を有するＣＭＰパッドをもたらす結果と成り得、その結果として、可変で制御が困難なＣＭＰ性能特性がもたらされる。

次に、本開示を理解する補助とするために、添付の図面と合わせて以下の記述を参照する。

図１は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）のためのシステムの例の図である。図２は、トップパッド、及びポリマーシェルを有するポロゲンを備えたサブパッドを含むＣＭＰパッドの例の図である。図３は、本開示で述べるようにして製造したＣＭＰパッドの例の熱安定性を実証する貯蔵弾性率対温度のプロットである。図４Ａは、本開示で述べる方法を用いて製造したＣＭＰパッドを含む様々なＣＭＰパッドを用いて研磨したウェハにおける除去率のプロットである。図４Ｂは、本開示で述べる方法を用いて製造したＣＭＰパッドを含む様々なＣＭＰパッドを用いて研磨したウェハにおける除去率のプロットである。図５は、本開示のある特定の実施形態に従う、ポリマーシェルを有するポロゲンを含むサブパッドを製造し、使用する方法の例のフロー図である。図６は、本開示のある特定の実施形態に従う、ポリマーシェルを有するポロゲンを含むサブパッドを製造し、使用する方法の別の例のフロー図である。図７は、本開示のある特定の実施形態に従う、ポリマーシェルを有するポロゲンを含むサブパッドを製造し、使用する方法のなお別の例のフロー図である。図８は、スカイビングを用いた図２のＣＭＰパッドの製造を示す図である（例：図７の方法の例を用いる）。

最初に、本開示の実施形態の実行の例を以下に示すものの、本開示は、現時点で既知であるか又は未知であるかにかかわらず、多くの技術を用いて実行され得ることは理解されたい。本開示は、以下に示す実行の例、図面、及び技術に限定されるべきではまったくない。さらに、図面は、必ずしも正しい縮尺で描かれてはいない。

本開示は、ＣＭＰパッドのサブパッド中に形成される細孔の特性の制御を改善することが、機械的特性の制御の改善を、したがってＣＭＰの性能全体の改善をもたらし得ることを認識するものである。本明細書で述べるように、サブパッドは、ポロゲンを備えて製造され、各ポロゲンは、ポリマーシェルによって囲まれた細孔（例：気体及び／又は液体の細孔充填剤を含有する細孔）を含む。細孔シェル材料は、周囲にあるサブパッドの材料とは異なる。サブパッドの形成の過程で、シェルは、細孔間の流動を防止し、その結果、高度に制御された独立細孔構造（すなわち、比較的均一な細孔サイズ及び細孔間の相互接続がほとんど又はまったくない）を備え、したがって信頼性の高い機械的特性を有するサブパッドが得られる。本開示において、これらの独特のサブパッド及び対応するＣＭＰパッドを製造するための様々な新しい方法が記載される（図５～図８及び対応する以下の記述を参照）。例えば、サブパッドは、ポリマーシェル細孔充填剤を液体ポリウレタンプレポリマーと混合し、重合反応を開始することによって製造することができる。成形をベースとする方法を用いて、ポリマーシェルを備えたポロゲンを有するサブパッドを形成することができる。別の選択肢として、サブパッドは、トップパッド上に直接形成されてもよい（例：サブパッド前駆体成分を含有する混合物をキャストすることによる）。キャストの場合、ポリマーシェルによって囲まれた細孔充填剤は、発泡された状態又は未発泡の状態であってよい。未発泡の細孔充填剤が用いられる場合、ＣＭＰ性能に対してさらに有益であり得るサブパッド密度のさらなる減少を実現するために、続いての発泡工程が行われてよい。

化学機械平坦化システム
図１は、化学機械平坦化を行うためのシステム１００を示す。システム１００は、プラテン１０２に配置された又は取り付けられたＣＭＰパッド２００（「研磨パッド」とも称され、図２及び対応する以下の記述も参照されたい）を含む。例えば、接着剤層（図示せず）が、研磨パッドをプラテン１０２に取り付けるために用いられ得る。プラテン１０２は、一般に、化学機械平坦化の過程で回転され得る。ウェハ１０４（例：上記で述べたように、導電層、半導電層、及び／若しくは絶縁層あり又はなしのシリコンウェハ）は、回転式チャックのヘッド１０６に取り付けられる。ウェハ１０４は、真空及び／又は可逆接着剤（例：化学機械平坦化の間はウェハ１０４を正しい位置に保持するが、化学機械平坦化の後は、ヘッド１０６からウェハ１０４を取り外すことができる接着剤）を用いて取り付けられ得る。図１に示されるように、化学機械平坦化の過程で、ウェハ１０４に対して圧力が印加され得る（例：ウェハ１０４の面と研磨パッド２００との間の接触を促進するため）。

研磨パッドの例２００を図１に示し、以下でさらに詳細に述べる。簡潔に述べると、研磨パッド２００は、一般に、円形又はおよそ円筒形の形状を有する（すなわち、上面、下面、及び曲面の端部を備える）。研磨パッド２００は、軟質ポリウレタン又は硬質ポリウレタンなどのポリウレタンを含み得る。研磨パッドの例２００の製造に用いられる組成物及び方法の例について、以下でより詳細に述べる。いくつかの実施形態では、組成物は、１又は複数のポロゲンを含む。図２により詳細に示され、以下で述べるように、ポロゲンは、ポリマーシェルよって囲まれた液体又は気体の細孔を含み得る。研磨パッド２００は、適切ないかなる厚さ及び適切ないかなる直径を有していてもよい（例：上記で述べたシステム１００などのＣＭＰシステムと共に用いられるように）。例えば、研磨パッド２００の厚さは、約０．５ミリメートル（ｍｍ）以下～５センチメートル（ｃｍ）超の範囲内であってよい。いくつかの実施形態では、研磨パッド２００の厚さは、１ｍｍ～５ｍｍの範囲内であってよい。研磨パッドの直径は、一般に、用いられる研磨システム１００のプラテン１０２の直径に合うか又はそれよりも僅かに小さくなるように選択される。研磨パッド２００は、一般に、均一な又は均一に近い厚さ（例：研磨パッドの半径方向の範囲にわたって５０％以下、２５％以下、２０％以下、１０％以下、５％以下、又はそれ未満の変動である厚さ）を有する。

スラリー１０８が、化学機械平坦化の前及び／又は最中に、研磨パッド２００の面に供給され得る。スラリー１０８は、平坦化されるべきウェハの種類及び／又は層材料の平坦化に適するいかなるスラリーであってもよい（例：ウェハ１０４の面から酸化ケイ素の層を除去するため）。スラリー１０８は、一般に、流体、並びに研磨粒子及び／又は化学反応性粒子を含む。適切ないかなるスラリー１０８が用いられてもよい。例えば、スラリー１０８は、平坦化される面から除去される１又は複数の材料と反応してもよい。

コンディショナー１１０は、研磨パッド２００の面のコンディショニングを行うように構成されたデバイスである。コンディショナー１１０は、一般に、研磨パッド２００の面と接触し、研磨パッド２００のトップ層の一部分を除去して、化学機械平坦化時のその性能を改善する。例えば、コンディショナー１１０は、研磨パッド２００の面を粗面化し得る。

研磨パッドの例
図２は、ＣＭＰパッドの例２００をより詳細に示す。ＣＭＰパッド２００は、トップパッド２０２とサブパッド２０４とを含む。ＣＭＰパッド２００は、一般に、円形又はおよそ円筒形の形状を有する。ＣＭＰパッド２００の厚さは、約１ｍｍ～約１０ｍｍ以上の範囲内であり得る。ＣＭＰパッド２００の直径は、約５００ｍｍ～約８００ｍｍの範囲内であり得る。ＣＭＰパッド２００は、一般に、均一な厚さを有する。均一な厚さとは、パッドの半径方向の範囲にわたって５０％以下、２５％以下、２０％以下、１０％以下、５％以下、又はそれ未満の変動である厚さとして定められる。すなわち、パッド２００の中心近くで測定される厚さは、パッド２００の端部近くの厚さと実質的に同じである。

トップパッド２０２は、熱硬化性ポリウレタンなどのポリウレタン材料、又は他の適切ないかなる材料であってもよい。図２の側面図で示されるように、トップパッド２０２は、ＣＭＰを促進するための溝部又は他の適切ないかなる構造若しくはパターンを含んでいてもよい。例えば、溝部は、エッチングされた材料及び／又はＣＭＰプロセスの他の何らかの生成物を、トップパッド２０２及び平坦化されているウェハ１０４の面から輸送除去することを促進し得る。トップパッド２０２は、適切ないかなる厚さを有していてもよい。例えば、トップパッド２０２の厚さは、約０．２ｍｍ～約５ｍｍの範囲内であり得る。

サブパッド２０４は、熱硬化性ポリウレタンなどのポリウレタン材料であってよい。サブパッド２０４は、適切ないかなる厚さを有していてもよい。例えば、サブパッド２０４の厚さは、約０．２ｍｍ～約５ｍｍの範囲内であり得る。サブパッド２０４は、一般に、サブパッド２０４の本体中に分布されたポロゲン２０６を含む。ポロゲン２０６を備えたサブパッド２０４の密度は、一般に、約４５０ｋｇ／ｍ³～約９００ｋｇ／ｍ³の範囲内である。ポロゲン２０６の密度は、約０．０１０ｋｇ／ｍ³～約０．１０ｋｇ／ｍ³の範囲内であり得る。ポロゲンの密度は、一般に、サブパッド２０４本体の単位体積あたりのポロゲンの質量（例：細孔２１２内の気体及び／又は液体の質量）に相当する。いくつかの実施形態では、ポロゲン２０６を備えたサブパッド２０４の密度は、約４５０ｋｇ／ｍ³～約８００ｋｇ／ｍ³の範囲内である。ポロゲン２０６の密度及び量は、サブパッド２０４及びＣＭＰパッド２００に対して所望される機械的特性を付与するように調整され得る。

サブパッド２０４の拡大図２０８に示されるように、ポロゲン２０６の各々は、ポリマーシェル２１０によって囲まれた細孔２１２を含む。各ポロゲン２０６の細孔２１２は、気体若しくは気体と液体との混合物を含有し得る、又はこれらで充填され得る。例えば、細孔２１２は、ｎ－ペンタン、イソ－ペンタン、ブタン、及び／又はイソ－ブタンのうちの１又は複数を含み得る、又はこれらで充填され得る。ポリマーシェル２１０は、サブパッド２０４の製造の過程でポロゲン２０６を安定化させるのに適するいかなる材料であってもよい。いくつかの実施形態では、ポリマーシェル２１０は、ブロックコポリマー、ポリ塩化ビニリデン、アクリロニトリル、及び／又は１若しくは複数のアクリル材料を含む。いくつかの実施形態では、ポロゲン２０６は、約５マイクロメートル～約１００マイクロメートルの平均細孔サイズ（例：直径）を有する。いくつかの実施形態では、ポロゲンは、約１５マイクロメートル～約５０マイクロメートルの平均細孔サイズ（例：直径）を有する。

ポリマーシェル２１０が存在することは、サブパッド２０４内の細孔の破裂及び細孔間の相互接続を防止する補助となる。例えば、ポリマーシェル２１０が存在することを少なくとも部分的に理由として、サブパッド２０４中のポロゲン２０６の９９％超は、独立セル構造を有し得る（すなわち、他の細孔２１２との相互接続が存在しない状態、並びに任意の細孔２１２内の気体及び／又は液体が、別の細孔２１２へ移動できない状態）。ポリマーシェル２１０が存在することはまた、これまで可能であったよりも狭いポロゲン２０６のサイズ分布を、したがって、サブパッド２０４の機械的特性に対する改善された制御を促進する補助にもなり得る。

上記で述べた新規なサブパッド２０４の有益性は、ＣＭＰパッド２００の機械的特性及びＣＭＰ性能の改善された制御を提供する。例えば、サブパッド２０４は、５ｐｓｉ（約３４．５ｋＰａ）～２００ｐｓｉ（約１３７．９ｋＰａ）の、約２５％での圧縮力たわみ（ＣＦＤ）を有し得る（例：この圧力範囲において２５％の体積減少）。サブパッド２０４の硬度は、約１０ショアＡ～約９０ショアＡの範囲内であり得る。サブパッド２０４のダンピング性又はｔａｎδは、約０．０２～約０．５０の範囲内であり得る。サブパッド２０４の弾性率（Ｅ’）は、約０．１ＭＰａ～約４００ＭＰａの範囲内であり得る。

トップパッド２０２及びサブパッド２０４は、接着剤を用いて又は用いずに一緒に保持されて、ＣＭＰパッド２００を形成し得る。例えば、接着剤が用いられる場合、トップパッド２０２は、薄い接着剤層（例：感圧性接着剤の層）によってサブパッド２０４に固定され得る。適宜、他の接着剤が、加えて又は代わりに用いられてもよい。例えば、接着剤は、ホットメルト接着剤であってよく、又は研磨部分と支持部分とは、トップパッド２０２とサブパッド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てもよい。ＣＭＰを行う目的で、ＣＭＰパッド２００を図１に示されるプラテン１０２に固定するために、プラテン接着剤が用いられてもよい。

研磨パッドの例の熱安定性
図３は、ＣＭＰパッドの例における温度に対する貯蔵弾性率及びｔａｎδの値のプロット３００である。プロット３００は、ＣＭＰ時に一般的に経験するものである２５℃～１００℃の温度範囲内で、ポリマーシェル２１０を有するポロゲン２０６を備えたサブパッドと共に製造したＣＭＰパッドが（図３の丸印）、これまでのサブパッド（図３の四角印）よりも熱安定性が高いことを示している。コントロールサンプルの貯蔵弾性率（左側のｙ軸）は、この温度範囲においてより低く、比較的大きく変化を起こしているが、一方新規サブパッドは、２５℃～１００℃においてより高く、比較的より安定した貯蔵弾性率を維持している。コントロールサンプルのｔａｎδ（右側のｙ軸）は、この温度範囲にわたって約０．１３から０．０２まで比較的大きい量で減少しているが、一方新規サブパッドは、２５℃～１００℃においてより安定したｔａｎδの値を維持している。

研磨パッドの例の除去率性能
この例は、本明細書で述べる方法によって作製したポリマーシェルを備えたポロゲンを有する２つの本発明のサブパッド、及び市販のサブパッドとの除去率性能の比較を示す。

２つの別個のサブパッドを、サイズは異なるが何れもポリマーシェルを有しているポロゲンを用いて製造した。サブパッドＡは、２０ミクロン（２０μｍ）の平均サイズ及びポリマーシェルを有するポロゲン（直径２０マイクロメートルの発泡したＮｏｕｒｙｏｎＥｘｐａｎｃｅｌ）を用いて製造した。サブパッドＢは、４０ミクロン（４０μｍ）の平均サイズ及びポリマーシェルを有するポロゲン（直径４０マイクロメートルの発泡したＮｏｕｒｙｏｎＥｘｐａｎｃｅｌ）を用いて製造した。

本発明のサブパッドは、ポリマーシェルを有するポロゲンを、サブパッドＡの場合は質量対体積比０．７７、サブパッドＢの場合は０．６５を実現するように液体ポリウレタンプレポリマーと混合することによって製造した。得られた混合物の各々を、溝を付けた面を下に向けて正しい位置に保持したトップパッド（Ｅ６０８８トップパッド、ＣＭＣＭａｔｅｒｉａｌｓＩｎｃ．）を含有するモールドに、真空回転式プラテン上で移した。スピンキャスト法を用いて、プラテンを回転させながら、ポロゲンを含有する液体ポリウレタンプレポリマー混合物をトップパッドの裏側上に分配させた。ポロゲンを含有する液体ポリウレタンプレポリマー混合物の重合を、プラテンを依然として回転させながら赤外線ヒーターを用いて混合物を加熱することによって開始した。重合後、それぞれのサブパッドに結合したトップパッドを備える得られたパッドをモールドから取り出し、以下で述べるパラメータについて分析した。

圧縮力たわみ（ＣＦＤ）を、公知の方法を用いて測定した。分解能を高めるために、動的粘弾性分析（ＤＭＡ）装置を用いて、圧縮モードにおいて応力歪み曲線を作成した。ＣＦＤは、２％歪み時の値を取った（圧縮性たわみ）。サブパッド硬度測定は、ショアＡデュロメータを用いて行った。

上記表中のパラメータは、本発明に従うポリマーシェルを有するポロゲンを用いて作製することができる２つの種類のサブパッドを示している。サブパッドは何れも、成形プロセス中のスピンキャストによってＥ６０８８トップパッドの裏側に形成した。

図４Ａ及び図４Ｂは、ポリマーシェルを備えたポロゲンを有する本発明のＣＭＰパッド（上記で述べたサブパッドＡ）によって、及び市販の研磨パッド（半独立セル構造を有し、Ｅ６０８８トップパッドに積層された発泡サブパッドを備えるＥ６０８８）によって実現された除去率プロファイルのプロット４００及び４５０（すなわち、研磨ウェハ上の半径方向位置の関数としての除去率）をそれぞれ示す。コントロール１は、硬質サブパッドを有するパッドを表し、一方コントロール２は、軟質サブパッドを有するパッドを表す。したがって、４つのパッドはすべて、同一のＥ６０８８トップパッド材料を用い、異なるサブパッドを取り付けて構築した（これまでに入手可能であったサブパッドを備えた２つのコントロールパッド、及び本開示で述べるように、ポリマーシェルを備えたポロゲンを有する新規サブパッドを備えた２つのパッド）。これらのＣＭＰパッドを２つの異なる研磨条件で試験し、結果を図４Ａ及び図４Ｂに示す。

図４Ａは、研磨中にウェハに対して均一な下向きの力が印加される標準的な「フラットな」圧力プロファイルを用いて各ＣＭＰパッドによって実現された除去率プロファイルを示す。コントロールパッド（コントロール１及び２）は、ウェハの端部で除去率の上昇を呈している。このことは、研磨の過程において、ウェハの端部で過研磨及び／又は損傷をもたらす結果と成り得る。新規サブパッド１（上記で述べたサブパッドＡ）を備えたＣＭＰパッドは、端部近辺で除去率が低下する異なる除去プロファイルを実現しており、一方新規サブパッド２を備えたＣＭＰパッドは、これまでのサブパッド（コントロール１及び２）と同様に機能している。

図４Ｂは、研磨されているウェハの端部で下向きの圧力を低下させて用いることで各ＣＭＰパッドによって実現された除去率プロファイルを示す。コントロールパッド１及び２では、ウェハの端部近辺でのこの圧力分布の変更は、ウェハの端部近辺での除去率変動の増加を引き起こしている。しかし、新規サブパッド１（上記で述べたサブパッドＡ）を備えたＣＭＰパッドは、これらの試験条件下で、比較的フラットな除去率プロファイルを有している。したがって、ポリマーシェルを備えたポロゲンを有するサブパッドを備えたこの新規ＣＭＰパッドは、これらの試験条件下でエッチング均一性の改善を呈する。

サブパッド及びＣＭＰパッドの製造方法及び使用方法
図５は、本開示の好ましい実施形態に従う、サブパッド２０４及びＣＭＰパッド２００を製造しＣＭＰパッド２００を使用する方法の例５００を示す。この例では、工程５０２において、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６を含む混合物が調製される。例えば、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６は、溶媒中においてポリマーシェル２１０のプレポリマーを細孔充填剤（例：気体及び／又は液体）と混合すること、この混合物を撹拌すること、及びポリマーシェル２１０のプレポリマーの重合を開始してポロゲン２０６を形成すること、によって調製され得る。別の例として、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６は、溶媒中においてポリマーシェル２１０のポリマーを細孔充填剤（例：気体及び／又は液体）と混合すること、及びこの混合物を撹拌してポロゲン２０６を形成すること、によって調製され得る。ポロゲン２０６の調製は、粒子安定化剤と共に界面活性剤を添加することを含み得る。そのような粒子安定化剤の例としては、シリカ及びマグネシウムの粒子が挙げられる。

工程５０４において、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６は、サブパッド２０４のプレポリマー（例：液体ポリウレタンプレポリマー）と混合される。例えば、ポロゲン２０６は、約１５０ｋｇ／ｍ³～約９００ｋｇ／ｍ³（例：又は約４５０ｋｇ／ｍ³～約９００ｋｇ／ｍ³）の範囲内のサブパッド密度を実現するのに適する質量対体積比でサブパッドプレポリマーと混合され得る。いくつかの実施形態では、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６は、サブパッドプレポリマー中で形成される。例えば、細孔２１２中に存在する成分（例：気体及び／又は液体の細孔充填剤）及びポリマーシェル２１２のプレポリマー（例：又はポリマー）が、サブパッドプレポリマーと混合され得る。この混合物は、サブパッド２０４のプレポリマー中にポロゲン２０６を形成する補助とするために、適切に混合又は撹拌され得る。いくつかの場合では、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６は、硬化剤、及び／又は軟化剤などのさらなる添加剤と共に、サブパッド２０４のプレポリマー（例：液体ポリウレタンプレポリマー）と混合される。硬化剤及び／又は他の添加剤の添加は、サブパッド２０４のプレポリマーの化学重合を開始し得る。

工程５０６では、工程５０４から得られた混合物が、モールドに移され得る。モールドは、サブパッド２０４の所望される形状の「逆」形状を有し得る。いくつかの実施形態では、工程５０４からの混合物は、モールドに投入されない（例えば、以下で述べる図６の方法６００を参照されたい）。例えば、いくつかの実施形態では、サブパッド２０４は、トップパッド２０２の上に直接形成され得る（例：以下で図６の工程６０６に関して述べるように、キャスト法又は同種の方法を介して）。

工程５０８では、プレポリマーの重合が開始されて、ポリマーシェル２１０を有するポロゲン２０６を備えたサブパッド２０４が製造される。いくつかの実施形態では、プレポリマーは、熱重合される（例：適切な温度に適切な時間にわたって曝露することを介して）。より一般的には、重合反応は、適切な温度／熱条件、重合剤、並びに／又は適切な波長及び／若しくは強度の光、のうちの１又は複数に曝露することを含み得る。

工程５１０では、ＣＭＰパッド２００を製造するために、工程５０８で得たサブパッドが、トップパッド２０２に接合され得る（例：接着剤を用いて又は用いることなく）。工程５１０におけるトップパッド２０２とサブパッド２０４との接合は、接着剤を用いて又は用いずに実現され得る。いくつかの場合では、接着剤は、トップパッド２０２とサブパッド２０４とを接合してＣＭＰパッド２００を形成するために、トップパッド２０２及びサブパッド２０４の一方又は両方の上に配置され得る。いくつかの場合では、材料は、接着剤を用いずに互いに接着され得る。いくつかの場合では、ポリマー混合物がサブパッド２０４の面上に配置されてよく（例：押出プロセス又は反応射出成形プロセスを用いて）、トップパッド２０２とサブパッド２０４とが接触して配置された後、トップパッド２０２をサブパッド２００に接合するために、このポリマー混合物の重合（例：適切な熱条件、重合剤、並びに／又は適切な波長及び／若しくは強度の光に曝露することに基づく）が開始され得る。

工程５１２では、工程５１０からのＣＭＰパッド、化学機械平坦化に用いられる。例えば、ＣＭＰパッド２００は、図１に関して上記で述べたシステム１００で用いられ得る。

図６は、本開示の好ましい実施形態に従う、サブパッド２０４及びＣＭＰパッド２００を製造しＣＭＰパッド２００を使用する方法の別の例６００を示す。この例では、工程６０２において、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６を含む混合物が調製される。例えば、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６は、溶媒中においてポリマーシェル２１０のプレポリマーを細孔充填剤（例：気体及び／又は液体）と混合すること、この混合物を撹拌すること、及びポリマーシェル２１０のプレポリマーの重合を開始してポロゲン２０６を形成すること、によって調製され得る。別の例として、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６は、溶媒中においてポリマーシェル２１０のポリマーを細孔充填剤（例：気体及び／又は液体）と混合すること、及びこの混合物を撹拌してポロゲン２０６を形成すること、によって調製され得る。ポロゲン２０６の調製は、粒子安定化剤と共に界面活性剤を添加することを含み得る。そのような粒子安定化剤の例としては、シリカ及びマグネシウムの粒子が挙げられる。

工程６０４において、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６は、サブパッド２０４のプレポリマー（例：液体ポリウレタンプレポリマー）と混合される。例えば、ポロゲン２０６は、約１５０ｋｇ／ｍ³～約９００ｋｇ／ｍ³の範囲内のサブパッド密度を実現するのに適する質量対体積比でサブパッドプレポリマーと混合され得る。いくつかの実施形態では、サブパッドの密度は、約４５０ｋｇ／ｍ³～約９００ｋｇ／ｍ³の範囲内である。いくつかの実施形態では、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６は、サブパッドプレポリマー中で形成される。例えば、細孔２１２中に存在する成分（例：気体及び／又は液体の細孔充填剤）及びポリマーシェル２１２のプレポリマー（例：又はポリマー）が、サブパッドプレポリマーと混合され得る。この混合物は、サブパッド２０４のプレポリマー中にポロゲン２０６を形成する補助とするために、適切に混合又は撹拌され得る。いくつかの場合では、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６は、硬化剤、及び／又は軟化剤などのさらなる添加剤と共に、サブパッド２０４のプレポリマー（例：液体ポリウレタンプレポリマー）と混合される。硬化剤及び／又は他の添加剤の添加は、サブパッド２０４のプレポリマーの化学重合を開始し得る。

工程６０６では、工程６０４から得られた混合物が、トップパッド２０２の面に移され得る。いくつかの実施形態では、工程６０４からの混合物は、混合物をトップパッド２０２上にスピンコーティングすることによって、トップパッド２０２の面に移される。スピンコーティングを行う速度は（例：回転毎分の単位）、得られるサブパッド２０４が所望される厚さとなるように、トップパッド２０２の面上に混合物の所望される厚さが実現されるように調節され得る。いくつかの実施形態では、工程６０４からの混合物は、押出プロセスを用いて、トップパッド２０２の面に移される。いくつかの実施形態では、工程６０４からの混合物は、滴下コーティング（drop coating）又は同種の方法などの別の方法を用いて、トップパッド２０２の面に移される。いくつかの実施形態では、工程６０４からの混合物は、３Ｄ印刷などの付加製造法を用いて、トップパッド２０２の面上に堆積される。いくつかの実施形態では、サブパッド材料は、付加製造法を用いて分配される。続いて、トップパッド材料が、付加製造法を用いて、サブパッド２０４上に分配される。

工程６０８では、プレポリマーの重合が開始されて、ポリマーシェル２１０を有するポロゲン２０６を備えたサブパッド２０４が製造される。いくつかの実施形態では、プレポリマーは、熱重合される（例：適切な温度に適切な時間にわたって曝露することを介して）。より一般的には、重合反応は、適切な温度／熱条件、重合剤、並びに／又は適切な波長及び／若しくは強度の光、のうちの１又は複数に曝露することを含み得る。サブパッド２０４は、重合プロセス後にトップパッド２０２に接着し、それによって、ＣＭＰパッド２００が形成される。

工程６１０では、工程６０８からのＣＭＰパッド、ＣＭＰパッドが、化学機械平坦化に用いられる。例えば、ＣＭＰパッド２００は、図１に関して上記で述べたシステム１００で用いられ得る。

図７は、本開示の好ましい実施形態に従う、サブパッド２０４及びＣＭＰパッド２００を製造し、ＣＭＰパッド２００を使用する方法の例７００を示す。方法の例７００では、スカイビングを用いて、多層構造体からＣＭＰパッド２００が製造される（図８のさらなる例示的な図を参照されたい）。この例では、工程７０２において、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６を含む混合物が調製される。例えば、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６は、溶媒中においてポリマーシェル２１０のプレポリマーを細孔充填剤（例：気体及び／又は液体）と混合すること、この混合物を撹拌すること、及びポリマーシェル２１０のプレポリマーの重合を開始してポロゲン２０６を形成すること、によって調製され得る。別の例として、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６は、溶媒中においてポリマーシェル２１０のポリマーを細孔充填剤（例：気体及び／又は液体）と混合すること、及びこの混合物を撹拌してポロゲン２０６を形成すること、によって調製され得る。ポロゲン２０６の調製は、粒子安定化剤と共に界面活性剤を添加することを含み得る。そのような粒子安定化剤の例としては、シリカ及びマグネシウムの粒子が挙げられる。

工程７０４において、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６は、サブパッド２０４のプレポリマー（例：液体ポリウレタンプレポリマー）と混合される。例えば、ポロゲン２０６は、約１５０ｋｇ／ｍ³～約９００ｋｇ／ｍ³の範囲内のサブパッド密度を実現するのに適する質量対体積比でサブパッドプレポリマーと混合され得る。サブパッド２０４中のポロゲン２０６の密度は、約０．０１０ｋｇ／ｍ³～約０．１０ｋｇ／ｍ³の範囲内であり得る。いくつかの実施形態では、ポリマーシェル２１０を備えたポロゲン２０６は、サブパッドプレポリマー中で形成される。例えば、細孔２１２中に存在する成分（例：気体及び／又は液体の細孔充填剤）及びポリマーシェル２１２のプレポリマー（例：又はポリマー）が、サブパッドプレポリマーと混合され得る。この混合物は、サブパッド２０４のプレポリマー中にポロゲン２０６を形成する補助とするために、適切に混合又は撹拌され得る。

工程７０６では、工程７０４から得られた混合物が、モールドに移され得る。モールドは、サブパッド２０４の所望される形状の「逆」形状を有し得る。いくつかの実施形態では、工程７０４からの混合物は、モールドに投入されない（例えば、以下で述べる図６の方法６００を参照されたい）。例えば、いくつかの実施形態では、サブパッド２０４は、トップパッド２０２の上に直接形成され得る（例：以下で図６の工程６０６に関して述べるように、キャスト法又は同種の方法を介して）。

工程７０８では、プレポリマーの重合が開始されて、ポリマーシェル２１０を有するポロゲン２０６を備えたサブパッド２０４が製造される。いくつかの実施形態では、プレポリマーは、熱重合される（例：適切な温度に適切な時間にわたって曝露することを介して）。より一般的には、重合反応は、適切な温度／熱条件、重合剤、並びに／又は適切な波長及び／若しくは強度の光、のうちの１又は複数に曝露することを含み得る。

工程７１０では、多層構造体を製造するために、トップパッド２０２は、工程７０８からのサブパッド２０４の上面及び下面に接合される。図８は、そのような多層構造体の例８００を示す。多層構造体８００は、サブパッド２０４を含み、トップパッド２０２がサブパッド２０４の上面及び下面の両方に取り付けられている。工程７１０におけるトップパッド２０２とサブパッド２０４との接合は、接着剤を用いて又は用いずに実現され得る。いくつかの場合では、接着剤は、トップパッド２０２とサブパッド２０４とを接合して図８に示される多層構造体８００を形成するために、トップパッド２０２及びサブパッド２０４の一方又は両方の上に配置され得る。いくつかの場合では、トップパッド２０２及びサブパッド２０４の材料は、接着剤を用いることなく互いに接着し得る。方法の例７００では、モールド中でサブパッド２０４を形成すると述べているが（工程７０６及び７０８を参照）、サブパッドが、トップパッド２０２のうちの１つの上に直接形成されてもよいことは理解されたい（例：上記で図６の工程６０６及び６０８に関して述べたように）。そのような場合、他方のトップパッド２０２は、接合されたサブパッド２０４の残りの露出面に接着されて、図８の多層構造体８００が形成され得る。

工程７１２では、スカイビングを行って、図８に示されるように、多層構造体８００を２つのＣＭＰパッド２００に分離する（例：切断する）。スカイビングは、サブパッド２０２の長さ方向に沿って切断することを含む（例：図８に示されるように、サブパッド２０４のおよそ中央近く）。スカイビングは、サブパッド２０４の中心若しくはその近く、多層構造体８００の中心若しくはその近く、又はサブパッド２０４の深さ方向に沿った適切ないかなる場所で行われてもよい（例：同じサブパッド厚さ又は異なるサブパッド厚さのＣＭＰパッド２００を形成するために）。工程７１４では、工程７１２からのＣＭＰパッド２００が、化学機械平坦化に用いられる。例えば、ＣＭＰパッド２００は、図１に関して上記で述べたシステム１００で用いられ得る。

上記で述べた方法５００、６００、又は７００のうちの１つを用いることで、これまでの技術を用いて可能であるよりも均一で制御された細孔構造を有するサブパッド２０４を備えたＣＭＰパッド２００を製造することができる。本開示で述べる（例：図５、図６、及び図７に関して）方法はまた、制御された機械的特性を低コストで有し、厚さが様々であるＣＭＰパッドの製造も促進する。本開示で述べるサブパッド２０４の制御されたより小さい細孔サイズは、全体として、改善されたエッチング性能を提供する（図４Ｂを参照）。図５、図６、及び図７に関して述べる１又は複数の方法の例の工程が組み合わされて、本開示で述べる特徴及び利点の少なくとも一部を有するＣＭＰ２００が製造されてもよいことは理解されたい。

本明細書で述べるシステム、装置、及び方法に対して、改変、追加、又は省略が成されてもよい。システム及び装置のコンポーネントは、一体化されても、又は分離されてもよい。さらに、システム及び装置の操作は、より多いコンポーネント、より少ないコンポーネント、又は他のコンポーネントによって行われてもよい。方法は、より多い工程、より少ない工程、又は他の工程を含んでもよい。加えて、工程は、適切ないかなる順番で行われてもよい。加えて、システム及び装置の操作は、適切ないかなる論理を用いて行われてもよい。本文書で用いられる場合、「各々」は、あるセットの各構成要素、又はあるセットのあるサブセットの各構成要素を意味する。

本明細書において、「又は」は、明確に他が示されない限りにおいて、又は文脈から他が示されない限りにおいて、包括的であり、排他的ではない。したがって、本明細書において、「Ａ又はＢ」は、明確に他が示されない限りにおいて、又は文脈から他が示されない限りにおいて、「Ａ、Ｂ、又は両方」を意味する。さらに、「及び」は、明確に他が示されない限りにおいて、又は文脈から他が示されない限りにおいて、一緒の、及び個別の、の両方である。したがって、本明細書において、「Ａ及びＢ」は、明確に他が示されない限りにおいて、又は文脈から他が示されない限りにおいて、「一緒に又は個別に、Ａ及びＢ」を意味する。

本開示の範囲は、本明細書で述べる又は示される実施形態の例に対する、当業者であれば理解するであろうすべての変化、置き換え、変動、変更、及び改変を包含する。本開示の範囲は、本明細書で述べる又は示される実施形態の例に限定されない。さらに、本開示は、特定のコンポーネント、要素、特徴、機能、操作、又は工程を含むものとして、対応する実施形態を本明細書において記載し、述べるものであるが、これらの実施形態のうちの何れについても、当業者であれば理解するであろう本明細書の何れの場所で述べる又は記載される何れのコンポーネント、要素、特徴、機能、操作、又は工程の何れの組み合わせ又は置換を含んでもよい。さらに、添付の請求項における、装置、又はシステム、又は装置若しくはシステムのコンポーネントが、特定の機能について、それを行うように構成されている、行うように配置されている、行うことが可能である、行うように形成されている、行うことが可能とされている、行うように操作可能である、又は行うように作用する、という言及は、それ又はその特定の機能が起動されている、作動されている、又はアンロックされているかどうかにかかわらず、その装置、システム、又はコンポーネントが、そのように構成されている、配置されている、可能である、形成されている、可能とされている、操作可能である、又は作用する限りにおいて、その装置、システム、コンポーネントを包含する。加えて、本開示は、特定の利点を提供するとして特定の実施形態を記載し、又は示すものであるが、特定の実施形態は、これらの利点を提供しない、これらの利点の一部を提供する、又はこれらの利点のすべてを提供する可能性がある。

本発明を記載する文脈における（特に以下の請求項の文脈における）用語「１つの（a）」及び「１つの（an）」及び「その（the）」及び類似の指示対象（referents）の使用は、本明細書において他が示されない限りにおいて、又は文脈によって明らかに矛盾しない限りにおいて、単数及び複数の両方を含むと解釈されたい。「含む（comprising）」、「有する（having）」、「含む（including）」、及び「含有する（containing）」の用語は、他に記載のない限りにおいて、非限定的用語（すなわち、「含むが、限定されない」を意味する）として解釈されたい。本明細書における値の範囲の列挙は、その範囲内に含まれる別々の値の各々に個別に言及する簡潔な方法として利用することを単に意図するものであり、別々の値の各々は、それが本明細書において個別に列挙されているかのごとく、本明細書に援用される。本明細書で提供されるあらゆる例又は例示的言語（例：「など」）の使用は、本開示をより良く説明することを単に意図するものであり、請求項の範囲に制限を課すものではない。

Claims

化学機械研磨パッドのためのサブパッドであって、
熱硬化性ポリウレタン本体、及び
ポリマーシェルを備え、前記ポリウレタン本体中に分布されたポロゲン、
を備える、サブパッド。
前記ポロゲンが、約５マイクロメートル～約１００マイクロメートルの平均細孔サイズを有する、請求項１に記載のサブパッド。
前記ポロゲンが、約１５マイクロメートル～約５０マイクロメートルの平均細孔サイズを有する、請求項２に記載のサブパッド。
前記サブパッドの密度が、約１５０ｋｇ／ｍ³～約９００ｋｇ／ｍ³（例えば、さらに、前記ポリウレタン本体中における前記ポロゲンの密度が、約０．０１０ｋｇ／ｍ³～約０．１０ｋｇ／ｍ³）である、請求項１に記載のサブパッド。
前記サブパッドの前記密度が、約４５０ｋｇ／ｍ³～約８００ｋｇ／ｍ³である、請求項４に記載のサブパッド。
前記ポリマーシェルが、ブロックコポリマー、ポリ塩化ビニリデン、アクリロニトリル、及びアクリル材料から成る群より選択される材料を含む、請求項１に記載のサブパッド。
前記ポロゲンが、気体、又は気体と液体との混合物で充填されている、請求項１に記載のサブパッド。
前記ポロゲンが、ｎ－ペンタン、イソ－ペンタン、ブタン、及びイソ－ブタンから成る群より選択される１又は複数の材料で充填されている、請求項７に記載のサブパッド。
前記ポロゲンの９９％超が、独立セルである、請求項１に記載のサブパッド。
２５％歪みでの圧縮性（ＣＦＤ）が、５ｐｓｉ～２００ｐｓｉであり、硬度が、約１０ショアＡ～約９０ショアＡであり、ｔａｎδが、約０．０２～約０．５であり、弾性率（Ｅ’）が、約０．１ＭＰａ～約４００ＭＰａであり、及び／又は厚さが、約０．２ｍｍ～約５ｍｍである、請求項１に記載のサブパッド。
トップパッド層と、請求項１に記載のサブパッドを備えたサブパッド層とを備える化学機械研磨パッド。
前記トップパッド層及び前記サブパッド層が、接着剤を用いずに一緒に保持されている、請求項１１に記載の化学機械研磨パッド。
前記トップパッド層及び前記サブパッドが、接着剤を用いて一緒に保持されている、請求項１１に記載の化学機械研磨パッド。
化学機械研磨パッドの製造方法であって、熱硬化性ポリウレタン本体と、前記ポリウレタン本体中に分布される、ポリマーシェルを備えたポロゲンとを備えたサブパッドを、トップパッドに、以下のプロセスのうちの１又は複数、
（ａ）前記ポリマーシェルを有する前記ポロゲンと液体ポリウレタンプレポリマーとを含む混合物を、前記トップパッド材料の面上にスピンコーティングし、前記混合物の重合を開始することで、前記化学機械研磨パッドを形成すること、
（ｂ）前記ポリマーシェルを有する前記ポロゲンと液体ポリウレタンプレポリマーとを含む混合物を、前記トップパッドの面上に移し、前記混合物の重合を開始して前記トップパッドに接合された前記サブパッドを形成することで、前記化学機械研磨パッドを形成すること、
（ｃ）前記ポリマーシェルを有する前記ポロゲンを備えた前記サブパッドを形成し、前記サブパッドの上面及び下面の両方の上に前記トップパッドを形成し、前記サブパッドをスカイビングして、２つの化学機械研磨パッドを形成すること、
（ｄ）前記ポリマーシェルを有する前記ポロゲンと液体ポリウレタンプレポリマーとを含む混合物を、押出プロセスを用いて前記トップパッドの面上に移し、前記混合物の重合を開始して前記トップパッドに接合された前記サブパッドを形成することで、前記化学機械研磨パッドを形成すること、
（ｅ）前記ポリマーシェルを有する前記ポロゲンを備えた前記サブパッドを形成し、押出プロセスを用いてポリマー混合物を前記サブパッドの面上に移し、前記ポリマー混合物の重合を開始して前記トップパッドを前記サブパッドに接合し、前記化学機械研磨パッドを形成すること、並びに
（ｆ）前記ポリマーシェルを有する前記ポロゲンを備えた前記サブパッドを形成し、反応射出成形プロセスを用いてポリマー混合物を前記サブパッドの面上に移し、前記ポリマー混合物の重合を開始して前記トップパッドを前記サブパッドに接合し、前記化学機械研磨パッドを形成すること、
を用いて接合させることを含む、方法。