JP4369122B2 - 研磨パッド及び研磨パッド製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、終点検出ポートを含む研磨ディスク、そのような研磨ディスクを製造する方法、及びそのような研磨ディスクを使用する方法に関する。

半導体産業の動向は、半導体フィーチャのサイズの縮小と同時にそれらの表面の平坦性を向上させることに依然として集中している。より具体的に言うと、表面欠陥の数とサイズを低下させることによって均等な表面の形態を達成することが望ましい。滑らかな表面形態が望ましい理由は、粗い表面ではリゾグラフィーで層の描画を行い、パターン化することが困難だからである。これらのデバイスの表面を平坦化する通常の方法は、それらを研磨システムによって研磨することである。

半導体デバイスを平坦化する従来の方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって行われているように、半導体の表面を研磨組成物と研磨ディスクによって研磨することを必要とする。典型的なＣＭＰプロセスでは、研磨組成物（研磨スラリーとも呼ばれる）の存在下に、制御された化学的、圧力、速度及び温度条件下でウエハを研磨ディスク又はパッドに押しつける。研磨組成物は一般に、ウエハ表面と化学的に反応する（例えば、除去及び／又は酸化する）化学物質との混合物中に、ウエハ表面を機械的に研磨する小さな研磨材粒子を含有する。研磨ディスクは一般に、連続相のマトリクス材料から、例えばポリウレタンなどから作られる平面パッドである。従って、研磨ディスクとウエハが互いに対して動くとき、材料がウエハ表面から研磨材粒子によって機械的に除去され、且つ研磨組成物中の他の成分によって化学的に除去される。

基板の表面を研磨するとき、研磨プロセスをその場で（in situ）で監視すると有利であることが多い。研磨プロセスをその場で監視する１つの方法は、開口又は窓を有する研磨ディスクを使用することを必要とする。開口又は窓は、研磨プロセスの間に光が通過できて基板表面の検査を可能にする監視口を提供する。開口と窓を有する研磨ディスクは知られており、半導体デバイスなどの基板を研磨するのに使用されている。例えば、米国特許第５６０５７６０号明細書（Ｒｏｂｅｒｔｓ）には、固体の一様なポリマーから形成される透明な窓を有する研磨パッドが記載されているが、これは研磨組成物を吸収したり輸送したりする本質的な能力を何も持たない。米国特許第５４３３６５１号明細書（Ｌｕｓｔｉｇら）には、パッドの一部分が取り除かれて光が通過できる開口になっている研磨パッドが開示されている。米国特許第５８９３７９６号及び第５９６４６４３号明細書（どちらもＢｉｒａｎｇら）には、研磨ディスクの一部分を取り除いて開口にし、透明なポリウレタン又は石英のプラグをその開口にはめ込んで透明な窓にしたり、あるいは研磨ディスクの支持材の一部分を取り除いてディスクに光透過部分を設けたりすることが開示されている。開口又は窓を有するこれらのデバイスは、最初のうちは終点検出に有効であるが、ことにより研磨組成物が開口に溜まりかねず及び／又は透明な窓の表面を劣化させかねない。これらはどちらも、研磨プロセスを監視する能力を減殺する。

従って、引き続き研磨ディスク及び関連する方法を改善する必要が存する。本発明は、そのような研磨システムと、そのような研磨ディスクを作製し使用する方法を提供する。本発明のこれら及びその他の利点、ならびに発明の特徴は、ここに提示する発明の説明から明らかになろう。

本発明は、（ａ）前面、背面、及び周縁面を含む本体、（ｂ）研磨面、（ｃ）本体を通って前面から背面まで達している終点検出ポート、及び（ｄ）終点検出ポートと流体を介し連通している排出路、を含む研磨ディスクを提供する。排出路の存在することが、終点検出ポートに研磨組成物が溜まって研磨プロセスの終点検出を妨げることを防ぐのを助ける。本発明は更に、そのような研磨ディスクを作製する方法、及びそのような研磨ディスクを用いて基材を研磨する方法を提供する。

本発明は、研磨ディスク、及び基材、特に半導体デバイスを研磨する方法を提供する。図１に示されているように、研磨ディスク（１０）の本体は、前面（１１）、背面（１２）、及び周縁面（１３）を含む。前面か又は背面のいずれかが研磨面となる。研磨ディスク（１０）の本体は、適当などんな形状であってもよいが、一般には円形であって回転軸（１４）を有する。終点検出ポート（１５）が研磨ディスクの本体を通って前面（１１）から背面（１２）まで達している。排出路（１６）は終点検出ポート（１５）と流体を介して連通する。

使用時には、研磨ディスクを研磨すべき基材と接触させて、研磨ディスクと基材をそれらの間に研磨組成物をはさみながら互いに対し相対的に動かす。終点検出ポートが研磨プロセスのその場での監視を可能にし、その一方で、排出路が研磨プロセスの監視を妨げることがある余分な研磨組成物を検出ポートから取り除くのを促進する。詳しく言うと、研磨すべき基材を研磨ディスクに対して動かすにつれて、基材の一部分が研磨ディスクの検出ポートを通り過ぎるときに露出される（そして検査が可能になる）。研磨中の基材の検査の結果として、研磨プロセスをその基材に関して適切な時点で終了することができる（すなわち研磨の終点を検出できる）。

研磨ディスクの本体は、任意の適当な材料又は材料の組み合わせも含むことができる。好ましくは、研磨ディスクの本体はポリマー材料、例えばポリウレタンなど、を含む。研磨ディスクの前面及び／又は背面に任意の適当な材料を配置して研磨表面を設けることができる。例えば、前面は研磨ディスクの本体の材料と異なる別の材料を含むことができて、前面をその研磨ディスクで研磨しようとする基材にとってより適切な研磨表面にすることができる。

終点検出ポート（１５）は、図２に示されているように、前面（１１）から背面（１２）の開口（２１）まで達する開口（２０）を備えた孔である。この孔の主な機能は、研磨している基材での研磨プロセスの監視を可能にすることであり、基材は一般に研磨プロセスの間研磨ディスクの研磨面と接触し且つそれに対し相対的に動く。終点検出ポートは、研磨ディスクの任意の適当な位置に配置することができ、どの方向に向けることもできるが、好ましくは半径方向に沿う方向に向けられる。終点検出ポートは、任意の適当な全体的形状及び寸法であることができる。研磨組成物を最もうまく除去できるようにするため、ポートの縁は面取りし、シールし、表面加工し、又は模様をつけることが望ましく、そしてポートは研磨組成物の流れに対して閉じていない（例えば、ポートはプラグ、例として透明なプラグなど、を含まない）。

図１と２に示されているように、排出路（１６）は終点検出ポート（１５）と流体を介して連通する。排出路は、孔（１５）を周縁面の開口（１７）とつなぐことが望ましい。開口（１７）は、任意の適当な形又は大きさであることができる。排出路（１６）は、孔（１５）と周縁面の開口（１７）との間の任意の適当な位置にあることができる。それは研磨ディスクの前面（１１）又は背面（１２）に露出していてもよく、研磨ディスクの本体（１０）に埋め込まれていてもよい。排出路が研磨ディスクの前面又は背面に露出している場合、排出路は研磨ディスクの表面において溝を形成する。排出路（１６）は、前面（２３）と背面（２４）の両方において研磨ディスクの領域によって覆われる（例えば、その全長にわたって）ことが好ましい。排出路は、単一路であっても又は複数路であってもよく、複数路は構造と形状が同じであっても異なっていてもよい。排出路の太さは一般に、研磨ディスクの厚さの１０〜９０％である。排出路自体は、研磨ディスクの全体を構成する一部分（すなわち、研磨ディスクの内部に且つそれから一部又は全体が形成された通路）であってもよく、あるいは排出路は任意の適当な材料の別個の構成部品であってもよい。排出路は、任意の適当な形状でよく、例えばチューブ（２２）であってもよい。排出路が別個のチューブを含む研磨ディスクでは、チューブは任意の適当な幅と断面形状（例えば、図３に示されているような円形形状（２２）、又は矩形形状）のポリマー材料であることが好ましい。研磨ディスクの排出路は任意の適当な圧縮性を持つことができるが、ほぼ研磨ディスクの本体材料の圧縮性の程度まで圧縮可能であることが望ましい。

研磨ディスクは更に、図４及び５に示されているように、サブパッド（４０）を含むことができる。サブパッドは任意の適当な材料、好ましくは研磨組成物について吸収性のない材料を含むことができる。サブパッドは、任意の適当な厚さでよく、そして研磨ディスクの表面のいずれかの部分と、好ましくはその全部と、同じ広がりを有し、しかるべき欠落部分が終点検出ポートと位置を合わせて配置される。サブパッドは、望ましくは、研磨ディスクで研磨すべき基材と接触させようとする研磨ディスク表面の反対側に（すなわち研磨面の反対側に）配置され、且つ望ましくは、研磨装置において研磨ディスクを支持する定盤又は研磨装置のその他の構造体と接触させようとする研磨ディスク表面を形成する。研磨ディスクがサブパッドを含む場合、排出路はサブパッド内に配置されることが好ましい。ポートに局部的な剛性を付加するために、強化層（６０）を研磨ディスクとともに使用することができる。強化層は任意の適当な材料を含むことができ、研磨ディスクがサブパッドを含む場合、図６に示されているようにサブパッドと研磨ディスクの他の部分との間に配置することが望ましい。好ましくは、強化層はポリカーボネートなどのポリマー材料を含む。強化層は、所望のレベルの剛性を実現するために任意の適当な厚さであることができる。強化層は、排出路の周りの領域だけに付加してもよいし、あるいは研磨パッド全体のうちの残りの一部又は全部と同じ広がりを持ち、終点検出ポートと位置を合わせて配置されたしかるべき欠落部分を有する層として付加することもできる。

本発明はまた、このような研磨ディスクを製造する方法を包含する。この方法は、（ａ）前面、背面、及び周縁面を有する本体を用意すること、（ｂ）この本体に研磨表面を設けること、（ｃ）前面から背面まで達する孔を形成して終点検出ポートを設けること、及び（ｄ）上記孔と流体を介して連通する排出路を本体に形成すること、を含み、本体から研磨ディスクを形成してそれにより研磨ディスクが研磨面、終点検出ポート、及び排出路を含むようにする。前述の細目、例えば、本体、研磨面、終点検出ポート、及び排出路は、上述したとおりである。

本発明はまた、本発明の研磨ディスクの使用を含む基材研磨方法、例えば、研磨パッドを基材の表面と接触させ、そして研磨組成物の存在下で研磨ディスクを基材表面に対して相対的に動かすことによる、基材研磨方法をも提供する。望ましくは、基材の研磨を終点検出ポートを通して任意の適当な手法により監視する。終点検出ポートに入り込む研磨組成物は、終点検出ポートに集まるのでなく、少なくともその一部、望ましくは全部又は実質的に全部が、排出路を通って周縁面の所望の開口へ流れていくことができる。望ましくは、研磨パッドは研磨プロセスの間連続的に回転していて、そのため終点検出ポートに入り込む研磨組成物を排出路を通して除去するのが、遠心力と毛細管作用によって支援される。排出路を通る研磨組成物の流れを維持して、研磨プロセスの間の終点検出ポートの掃除を確実にし、且つ研磨されている基材の研磨を正確に監視できるようにすることが好ましい。一般に、終点検出ポート及び排出路に入り込む研磨組成物は、望ましくは周縁面の開口を通して排出路から出た後で、集めることができる。集めた研磨組成物の少なくとも一部、可能なら全部又は実質的に全部を、リサイクルして研磨プロセスで再使用することが望ましい。

基材を研磨する本発明の方法を用いて、任意の基材を、例えばガラス、金属、金属酸化物、金属複合材料、半導体ベース材料、又はそれらの組み合わせを含む基材を、研磨又は平坦化することができる。基材は、いずれかの適当な金属を含み、それから本質的になり、又はそれからなることができる。適当な金属には、例えば、銅、アルミニウム、タンタル、チタン、タングステン、金、白金、イリジウム、ルテニウム、及びそれらの組み合わせ（例えば合金又は混合物）が含まれる。基材はまた、任意の適当な金属酸化物を含み、それから本質的になり、又はそれからなることもできる。適当な金属酸化物には、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、ゲルマニア、マグネシア、及びそれらの組み合わせが含まれる。更に、基材は、任意の適当な金属複合材料を含み、それから本質的になり、又はそれからなることができる。適当な金属複合材料には、例えば、金属窒化物（例えば、窒化タンタル、窒化チタン、及び窒化タングステン）、金属炭化物（例えば炭化ケイ素及び炭化タングステン）、ニッケル−リン、アルミノボロシリケート、ホウケイ酸ガラス、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、ケイ素／ゲルマニウム合金、及びケイ素／ゲルマニウム／炭素合金が含まれる。基材はまた、任意の適当な半導体ベース材料を含み、それから本質的になり、又はそれからなることができる。適当な半導体ベース材料には、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、ＳＯＩ、及びヒ化ガリウムが含まれる。

本発明の方法は、硬化された多くの製造中の製品、例えばメモリー又はリジッドディスク、金属（例えば貴金属）、層間絶縁膜（ＩＬＤ）層、マイクロエレクトロメカニカルシステム、強誘電体、磁気ヘッド、ポリマーフィルム、そして低及び高誘電率フィルムなどを、平坦化又は研磨するのに有用である。「メモリー又はリジッドディスク」という用語は、情報を電磁的な形態で保持するためのいずれかの磁気ディスク、ハードディスク、硬質ディスク、又はメモリーディスクを指す。メモリー又はリジッドディスクは通常、ニッケル−リンを含む表面を有するが、表面は他のいずれの適当な材料を含んでいてもよい。

本発明の方法は、半導体デバイス、例えばデバイスフィーチャ幾何学形状が約０．２５μｍ以下（例えば０．１８μｍ以下）の半導体デバイスを、研磨又は平坦化するのに特に有用である。ここで用いられる「デバイスフィーチャ」という用語は、例えばトランジスタ、抵抗器、キャパシタ、集積回路などのような、単一機能部品を指す。本発明の方法は、半導体デバイスの製造の際に、例えばトレンチ分離法（ＳＴＩ研磨）による分離構造の形成で、半導体デバイスの表面を研磨又は平坦化するのに利用できる。本発明の方法はまた、層間絶縁膜の形成（ＩＬＤ研磨）で半導体デバイスの絶縁層又は金属層（すなわち金属配線）を研磨するのに使用することもできる。

基材を研磨する本発明の方法は更に、研磨プロセスを点検又は監視するために、例えば基材を研磨又は平坦化する際に、研磨ディスクの終点検出ポートを通しそして基材表面へ光（例えばレーザー光）を通過させることを含むことができる。基材表面から反射される光その他の放射線を分析することにより研磨プロセスを点検し監視する手法は、当該技術分野で知られている。そのような方法は、例えば、米国特許第５１９６３５３号、米国特許第５４３３６５１号、米国特許第５６０９５１１号、米国特許第５６４３０４６号、米国特許第５６５８１８３号、米国特許第５７３０６４２号、米国特許第５８３８４４７号、米国特許第５８７２６３３号、米国特許第５８９３７９６号、米国特許第５９４９９２７号、及び米国特許第５９６４６４３号明細書に記載されている。本発明の研磨ディスクでは終点検出ポートで何もプラグを用いていないので、プラグの光学的な欠陥による厄介な問題は一掃されている。終点検出ポートは、研磨プロセスを検査又は監視するための他のどんな手法とも一緒に利用することができる。研磨している基材に関する研磨プロセスの進行の点検又は監視によって研磨の終点を決定すること、すなわち、特定の基材に関して研磨プロセスをいつ終了するかを決定することを、可能にすることが望ましい。

ここに引用した全ての文献は、特許、特許出願、及び刊行物を含めて、参照によってそれらの全体がここに組み入れられる。

本発明を好ましい態様に重点をおいて説明してきたが、これらの好ましい態様をいろいろ変化させたもの使用できることは当業者に理解されるであろうし、本発明はここに具体的に記載したものと異なる仕方で実施してもよいものである。従って、本発明は特許請求の範囲で明確にされるとおりの本発明の精神と範囲に包含される全ての変更を含むものである。

本発明の研磨ディスクの上面図である。 サブパッドを含まない、図１の研磨ディスクのＡ−Ａ線側面図である。 サブパッドを含まない、図１の研磨ディスクのＢ−Ｂ線端面図（ｅｄｇｅ ｖｉｅｗ）である。 サブパッドを含む、図１の研磨ディスクのＡ−Ａ線側面図である。 サブパッドを含む、図１の研磨ディスクのＢ−Ｂ線端面図である。 強化層とサブパッドを含む、図１の研磨ディスクのＡ−Ａ線側面図である。

Claims (5)

1. （ａ）前面、背面、及び周縁面を含む本体であって、当該本体はポリマー材料を含み、且つ当該周縁面は開口を含む、本体、
   （ｂ）本体の前面及び／又は背面に設けられた研磨面、
   （ｃ）本体を通り抜けて前面から背面まで達する終点検出ポート、及び
   （ｄ）前記前面の領域によって覆われている排出路であって、終点検出ポート及び周縁面の開口と流体を介して連通する排出路、
   を含む研磨パッド。
2. 前記排出路が前記背面の領域によって覆われている、請求項１記載の研磨パッド。
3. 前記排出路を形成するチューブを更に含む、請求項２記載の研磨パッド。
4. 前記排出路が前記ポリマー材料の圧縮性とほぼ等しい圧縮性を有する、請求項１記載の研磨パッド。
5. （ａ）前面、背面、及び周縁面を有する本体であって、当該本体はポリマー材料を含み、且つ当該周縁面は開口を含む、本体を用意すること、
   （ｂ）本体の前面及び／又は背面に研磨表面を設けること、
   （ｃ）前面から背面まで達する孔を形成して終点検出ポートにすること、及び
   （ｄ）上記孔及び周縁面の開口と流体を介して連通する排出路であって前面の領域により覆われた排出路を本体に形成すること、
   を含み、上記本体から研磨パッドを形成してそれにより研磨パッドが上記研磨面、上記終点検出ポート、及び上記排出路を含むようにする、研磨パッド製造方法。

Images