JP4634688B2 - 調節された摩耗速度を有する窓部 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、研磨層に透明窓部を有する研磨パッドに関する。
【０００２】
過剰な材料を除去し、ウェハに平滑平坦な被研磨面を付与すべく、半導体ウェハに対して研磨操作が行われる。平滑平坦な被研磨面が得られるように、研磨パッドの研磨層は、均一な研磨作用を提供する。研磨操作中は、窓部と研磨層の残りの部分とに研磨圧力が加えられる。
【０００３】
米国特許第５，８９３，７９６号には、研磨パッドの研磨層に配設された透明窓部を有する公知の研磨パッドが開示されている。固有の耐摩耗性を有する材料で窓部を作製することが明らかにされた。研磨層の残りの部分の他の材料は、より低い耐摩耗性を有する。したがって、半導体ウェハを研磨するのに使用しているとき、研磨層は少しずつ摩耗除去され、透明窓部はさらに少しずつ、より低い摩耗速度で摩耗除去される。その結果、透明窓部は、研磨層上で、研磨層の残りの部分の高さよりも大きい高さを有する塊となる。
【０００４】
窓部は、研磨層上で塊の状態にあると、研磨圧力により内向きに押圧されて研磨面と同一平面になる。しかしながら、内向きに押圧された窓部は、研磨層の残りの部分とは異なる研磨作用で研磨を行う。たとえば、窓部は、塊として、半導体ウェハに研磨力を集中させ、不均一な研磨作用を引き起こする。したがって、不均一な研磨作用により、半導体ウェハの平滑平坦な被研磨面に欠陥を生じる。
【０００５】
透明窓部を有する研磨層を備え、研磨層が研磨操作中に摩耗する際に均一な研磨作用を提供する研磨パッドが必要とされている。
【０００６】
さらに、研磨パッドの摩耗した研磨層上で塊になるのを防止するような透明窓部が必要とされている。
【０００７】
本発明によれば、研磨操作中に窓部が摩耗除去される速度を増大させ、研磨層における塊の形成を防止するために、窓部全体にわたり分散させた少なくとも１種又は２種以上の物質の分散粒子を含む、研磨層の透明窓部が提供される。
【０００８】
次に、以下の詳細な説明を、参照した例により、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
その上に集積回路が作製される半導体ウェハは、ある場合には、所与の平面から１ミクロンの何分の１程度に小さく変化しうる非常に平滑で平坦なウェハ表面を提供するように、研磨されなければならない。そのような研磨は、通常、研磨パッドによりウェハ表面をバフ研磨する化学的に活性なスラリーを利用した化学機械研磨（ＣＭＰ）操作を伴う。いつウェハが所望の終点にまで研磨されたかを決定する方法が開発されてきた。米国特許第５，４１３，９４１号によれば、そのような方法の１つは、ウェハの寸法を測定するためにレーザーにより生成された光を用いる。
【００１０】
公知の研磨パッドによれば、透明窓部の表面は、研磨パッドの研磨面と同一平面にある。窓部及び研磨面は、研磨される被加工物、すなわち半導体ウェハに接触した状態に置かれる。
【００１１】
窓部がそれを取り囲む研磨面の摩耗速度よりも低い摩耗速度を有する（すなわち、窓部のほうがより遅く摩耗する）場合、研磨層は、窓部が摩耗除去される速度よりも速い速度で摩耗除去される。窓部の高さは、研磨層の高さよりも大きくなる。研磨パッドの性能は損われる。
【００１２】
過剰の材料を除去し、ウェハに平滑平坦な被研磨面を付与するために、半導体ウェハに対して研磨操作が行われる。平滑平坦な被研磨面が得られるように、研磨パッドの研磨層は、均一な研磨作用を提供する。研磨操作中、窓部と研磨層の残りの部分とに研磨圧力が加えられる。窓部は、研磨層上で塊の状態にあると、研磨圧力により内向きに押圧されて研磨面と同一平面になる。しかしながら、内向きに押圧された窓部は、研磨層の残りの部分とは異なる研磨作用で研磨を行う。たとえば、窓部は、塊として、半導体ウェハに研磨力を集中させ、不均一な研磨作用を引き起こす。
【００１３】
そのようなパッドとしては、たとえば、ウレタン含浸ポリエステルフェルト、デラウェア州ＮｅｗａｒｋのＲｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．によりＰｏｌｉｔｅｘ（登録商標）として販売されているタイプの微孔性ウレタンパッド、ならびに同様にデラウェア州ＮｅｗａｒｋのＲｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．により製造されているＩＣシリーズ及びＭＨシリーズの研磨パッドのような充填及び／又は発泡複合ウレタンパッドを含む。これらのタイプのウレタンパッドで使用される窓部は、代表的には、Ｐｏｌｉｔｅｘ（登録商標）ならびにＩＣ及びＭＨシリーズの標準的な添加剤と共にウレタンを含む。
【００１４】
公知のポリマーパッドは、ポリウレタン、アクリル、ポリカーボネート、ナイロン、ポリエステル、ポリビニルクロリド、ポリビニリデンフルオリド、ポリエーテルスルホン、ポリスチレン、及びポリエチレン、現在使用されているポリウレタンよりも高い摩耗速度を有するポリウレタン、アクリル、ポリカーボネート、ナイロン、及びポリエステルから選択される材料を含むマトリックスを有する。
【００１５】
本発明に従って使用することのできる公知のポリマーマトリックスは、ポリウレタン、アクリル、ポリカーボネート、ナイロン、ポリエステル、ポリビニルクロリド、ポリビニリデンフルオリド、ポリエーテルスルホン、ポリスチレン、ポリエチレン、ＦＥＰ、Ｔｅｆｌｏｎ ＡＦ（登録商標）などから選択される材料を含む。他の材料は、ポリウレタン、アクリル、ポリカーボネート、ナイロン、ポリエステル及びポリウレタンである。さらなる例としては、ポリメチルメタクリレートシート（たとえば、ペンシルヴァニア州ＰｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａのＲｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓにより販売されているＰｌｅｘｉｇｌａｓ（登録商標））及びポリカーボネートプラスチックシート（たとえば、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃにより販売されているＬｅｘａｎ（登録商標））を含む。ポリマーをキャスティング又は押し出してから、所望のサイズ及び厚さにポリマーを硬化させることにより、窓部を作製することができる。
【００１６】
研磨パッドは、ウレタン、メラミン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリビニルアセテート、フッ素化炭化水素など、ならびに混合物、コポリマー及びグラフトから形成されたポリマーマトリックスを含む。ポリマーマトリックスはウレタンポリマーを含む。ウレタンポリマーは、有利には、コネチカット州ＭｉｄｄｌｅｂｕｒｙのＵｎｉｒｏｙａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．から市販されているＡｄｉｐｒｅｎｅ（商標）系列の製品のようなポリエーテルベースの液状ウレタンから形成される。たとえば、液状ウレタンは、約９〜約９．３重量％の遊離イソシアネートを含有する。他のイソシアネート含有製品及びプレポリマーを使用することができる。液状ウレタンは、有利には、ウレタン／ウレア架橋網状構造中に存在する多官能性アミン、ジアミン、トリアミン化合物又は多官能性ヒドロキシル化合物あるいはヒドロキシル／アミン化合物のような混合官能性化合物と反応してウレア結合及び硬化／架橋ポリマー網状構造の形成を可能にするものである。液状ウレタンは、ミシガン州ＡｄｒｉａｎのＡｎｄｅｒｓｏｎ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．から製品ＣＵＲＥＮＥ（登録商標）４４２として市販されている４，４′−メチレン−ビス（２−クロロアニリン）（「ＭＯＣＡ」）と反応する。
【００１７】
相分離系又は二相系を含む窓部の形成は、ドメインサイズが光を散乱しなくになるまで、２種の不混和性ポリマーをブレンドし、次いでそれらを窓部の形状に重合させることにより達成される。不混和性ポリマーは、増大したＷＲを付与する不混和性ポリマーの微粒子を有する窓部を提供することが期待される。不混和性ポリマーのペアは、ポリウレア／ポリウレタン、ニトロセルロース／アクリルなどを含むが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
透明窓部の摩耗速度（ＷＲ）が研磨面のＷＲに等しいか又はそれよりも大きい場合、窓部は、研磨操作中、研磨面と同一平面の状態を保持すると期待されるであろう。摩耗速度は、化学機械研磨中、窓部面又は研磨面の表面がいかに急速に除去又は摩耗除去されるかを示す尺度である。耐摩耗性、又は研磨に対する耐性は、化学機械研磨中、窓部面又は研磨面の表面が研磨により除去又は摩耗除去されるのをいかに防止するかを示す尺度である。本発明は、従来の研磨パッドの場合のように、本質的に高い耐摩耗性を有する材料で作製された窓部よりも、高い摩耗速度及び低い耐摩耗性を有する透明窓部を提供する。有利には、ＷＲ_窓部は、ＷＲ_研磨面に等しいか、又はそれよりも少なくとも５、１０、１５、２０、２５、５０、１００、もしくは２００％大きい。より有利には、ＷＲ_窓部は、ＷＲ_研磨面よりも５、１０、１５、２０、２５％まで大きい。
【００１９】
本発明は、不連続部をもたないポリマーマトリックスと比較して、窓部の摩耗速度を増大させる（又は耐摩耗性を減少させる）不連続部をさらに含むポリマーマトリックスで構成された透明窓部を提供する。
【００２０】
不連続部とは、本明細書中で使用する場合、ポリマーマトリックスが異物材料の存在によって分離されたことを意味するものとする。所望の不連続部は、ポリマーマトリックスのＷＲを増大させる部分である。分離部又は不連続部の量は、ポリマーマトリックスの所望のＷＲに依存する。不連続部は、固体粒子、流体、ガス、又は不混和性ポリマー系の存在下で、ポリマーマトリックスを形成することにより得ることができる。ポリマーマトリックスは、不連続部が機械的にマトリックスを強化することも、光学的終点検出を妨害する入射光ビームの散乱を引き起こすほど大きくなることも、ないように調製される。添加剤は、固体粒子（たとえば、シリカ、チタニア、アルミナ、セリア、又はプラスチック粒子）を含む。有利には、添加剤はプラスチック粒子である。ナノメートルサイズの粒子とは、入射光の散乱を防止するのに十分に小さな表面積の１nm以下のサイズの粒子である。粒子を凝集させることなく、窓部中に粒子を分散させると、入射光の散乱をさらに防止する。
【００２１】
粒子（たとえば、プラスチック粒子）は、直径１nm〜２００μm、有利には１〜５０μm、より有利には１０〜２０μmの範囲で変化することができる。プラスチック粒子の実際の形状は限定されるものではない。それは、チップ形、正方形、平円（disk）形、円盤（puck）形、ドーナツ形、球形、立方形、不規則形などを含む。有利には、窓部の重量の１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０％まで、固体粒子からなる。
【００２２】
粒子を構成するプラスチックは、窓部のポリマーマトリックスに依存して選択される。プラスチックは、それが存在しても窓部の屈折率に、ほとんど又はまったく影響を及ぼさないように選択される。有利には、プラスチックは、窓部のポリマーマトリックスとほぼ同一の屈折率を有する。有利には、プラスチックは、窓部のポリマーマトリックスと同一である。したがって、プラスチックは、ポリウレタン、アクリル、ポリカーボネート、ナイロン、ポリエステル、ポリビニルクロリド、ポリビニリデンフルオリド、ポリエーテルスルホン、ポリスチレン、及びポリエチレンから選択することができる。有利には、プラスチックは、ポリウレタン、アクリル、ポリカーボネート、ナイロン、及びポリエステルから選択される。より有利には、プラスチックはポリウレタンである。
【００２３】
ポリマーエマルジョンの形態の流体は不連続部を形成すると期待される。流体の存在下で窓部を形成することにより、個別の離間したセル中に気泡を含む流体を封入したポリマーマトリックスを得ることができる。これは窓部のＷＲを増大させると期待される。有利には、窓部の重量の１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０％までは、流体からなる。たとえば、そのような流体又は液体は、鉱油のような炭化水素油を含む。
【００２４】
他の不連続部としては、ポリマーマトリックス中のガスの存在であることができる。ガス状の流体の存在下で窓部を形成することにより、個別の離間したセル中に気泡を含む流体を封入したポリマーマトリックスを得ることができる。有利には、窓部の体積の８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９％までは、ガス（たとえば、空気、二酸化炭素、又は窒素）である。たとえば、エアロゲルはシリカエアロゲルである。シリカエアロゲルは、ケイ素アルコキシド、有利にはテトラメチルオルトシリケート又はテトラエチルオルトシリケートから調製されている。
【００２５】
用途及び研磨プロセスをモニターするのに使用される光学デバイスに依存して、本発明の透明窓部は、１９０〜３５００nmの範囲内の波長を有する光を透過するものでなければならない。透明窓部はまた、研磨されるデバイスの光学的終点検出を可能とするように透明でなければならない。

Claims (4)

1. 半導体ウェーハを化学機械研磨するための研磨パッドであって、
   研磨中第一の摩毛速度を有する研磨面と、
   研磨パッドに形成され、研磨面と同じ高さに形成された窓表面を有する窓部と、を含み、
   窓表面が、第一の摩毛速度よりも大きい研磨中第二の摩毛速度を有する
   ことを特徴とする研磨パッド。
2. ウェーハを研磨する装置であって、
   表面と研磨中第一の摩毛速度とを有する研磨パッドと、
   研磨パッドに形成され、研磨パッド表面と同じ高さに形成された表面を有する窓部と、を含み、
   窓部が、第一の摩毛速度に等しいかそれよりも大きい研磨中第二の摩毛速度を有して、窓表面が、研磨中の研磨パッド表面と同じ高さを維持し、
   第二の摩毛速度が第一の摩毛速度より５％から２５％大きい
   ことを特徴とする装置。
3. ウェーハを研磨する装置であって、
   表面と研磨中第一の摩毛速度とを有する研磨パッドと、
   研磨パッドに形成され、研磨パッド表面と同じ高さに形成された表面を有する窓部と、を含み、
   窓部が、第一の摩毛速度に等しいかそれよりも大きい研磨中第二の摩毛速度を有して、窓表面が、研磨中の研磨パッド表面と同じ高さを維持し、
   窓部が、光を有意に散乱することなくポリマーマトリックスの摩毛速度を高める働きをする、窓に形成された不連続部を有するポリマーマトリックスを含む、
   ことを特徴とする装置。
4. 不連続部が、固体粒子、流体、ガス及び不混和性のポリマーからなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項３記載の装置。