JP5448177B2 - 化学機械的平坦化のための機能的に漸次的変化されたパッドの組み立て - Google Patents

Description

（関連出願の引用）
米国特許法第１１９条の下で、以下の利益を主張する：
ａ）米国仮出願番号６０／４７５，３０５、発明の名称ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ ＯＦ ＰＯＬＩＳＨ ＰＡＤ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＴＨＲＯＵＧＨ Ａ ＲＡＭＩＦＩＥＤ
ＡＬＫＹＬ ＡＮＤ ＡＲＹＬ ＦＵＮＣＴＩＯＮＡＬ ＧＲＯＵＰ ＯＦ ＰＲＥＣＵＲＳＯＲＳ、２００３年６月３日出願（５７７１８−３０００３．００）；
ｂ）米国仮出願番号６０／４７５，３７４、発明の名称ＳＹＮＴＨＥＳＩＳ ＯＦ Ａ
ＧＲＡＤＥＤ ＰＡＤ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＣＨＥＭＩＣＡＬ−ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＰＬＡＮＡＲＩＺＡＴＩＯＮ ＵＳＩＮＧ ＲＥＡＣＴＩＶＥ ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ ＭＯＬＤＩＮＧ、２００３年６月３日出願（５７７１８−３０００４．００）；
ｃ）米国仮出願番号６０／４７５，２８３、発明の名称ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ ＣＨＩＰ−ＣＵＳＴＯＭＩＺＥＤ ＰＡＤＳ ＦＯＲ ＣＨＥＭＩＣＡＬ−ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＰＬＡＮＡＲＩＺＡＴＩＯＮ ＰＲＯＣＥＳＳＥＳ、２００３年６月３日出願（５７７１８−３０００５．００）；および
ｄ）米国仮出願番号６０／４７５，３０７、発明の名称ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ ＯＦ ＭＵＬＴＩ−ＦＵＮＣＴＩＯＮＡＬ ＣＵＲＡＴＩＶＥ ＡＧＥＮＴＳ ＩＮ ＰＡＤＳ ＵＳＥＤ ＦＯＲ Ａ ＣＨＥＭＩＣＡＬ−ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＰＬＡＮＡＲＩＺＡＴＩＯＮ ＰＲＯＣＥＳＳ、２００３年６月３日出願（５７７１８−３０００６．００）、
これらの全内容は、本明細書中に参考として援用される。

（分野）
本発明者らは、半導体ウエハの化学機械的平坦化（ＣＭＰ）のために適切な、研磨パッドを記載する。具体的には、本発明者らの明細書は、材料特性／トライボロジー特性の空間的な漸次的変化を与えるように調整された、研磨パッドに関する。これらの差示的な漸次的変化を使用して、シリコン集積回路（ＩＣ）の処理の間に、種々の誘電性フィルムおよび金属フィルムの、あつらえられた研磨を達成し得る。

（背景）
化学機械的平坦化（ＣＭＰ）は、半導体ウエハ上の集積回路（ＩＣ）の製造の間に、個々の層（誘電層または金属層）を平坦化するために使用される。ＣＭＰは、ウエハ上のＩＣの望ましくないトポロジー特徴（例えば、波紋（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）プロセスに引き続く金属沈着）を除去する。ＣＭＤを使用して、浅いトレンチ隔離工程の間に生成する過剰の酸化物を除去し得、そして低い誘電定数（低ｋ）の材料を有するものを含む、レベル間誘電体（ＩＬＤ）および金属間誘電体（ＩＭＤ）を平坦化し得る。

ＣＭＰは、代表的に、反応性の液体媒体と、研磨パッド表面との組み合わせを使用して、平坦性を達成する際に適切な、機械的制御および化学的制御を提供する。これらの反応性の液体とパッドの研磨表面とのいずれかまたは両方が、無機粒子（しばしば、寸法がナノサイズである）を含有して、ウエハに対するＣＭＰプロセスの化学反応性および／または機械的活性を増強し得る。今日通常に使用されているパッドは、しばしば、実質的に剛性な微細孔性のポリウレタン材料から作製される。この材料は、均一なスラリー輸送を提供すること、生じる粒子生成物の分配および除去を提供すること、ならびにウエハにわたって付与される圧力の均一な分配を提供することの、同時の機能を達成するように選択される。

ＣＭＰプロセスにおいて、スラリー流体とウエハとの化学的相互作用は、研磨表面における、化学修飾された層の形成を生じる。同時に、スラリーにおける研磨材は、この化学修飾された表面層と機械的に相互作用し、これによって、材料の除去を生じる。この研磨材粒子は、一般に、材料除去の工程における機械的研磨に関係する。ナノスケールのレベルで見る場合、薄い表面層の形成および引き続く除去の動力学は、ＣＭＰ結果（すなわち、除去速度（ＲＲ）、表面の平坦性、表面の欠損、およびスラリーの選択性）を制御する。従って、パッドの局所的な材料特性／トライボロジー特性／機械的特性は、ＣＭＰプロセスの間の局所的な平坦化と全体的な平坦化との両方のために、重要である。

ＣＭＰプロセスにおける材料除去速度（ＲＲ）は、多数の要因の関数であるが、特に、スラリーの研磨材濃度およびパッド／スラリー／ウエハ界面領域における平均摩擦係数（「ｆ」）の関数である。ＣＭＰの間の垂直な力およびせん断力の程度、ならびに「リアルタイムｆ」は、パッドのトライボロジーと、スラリーの流体力学との両方に依存する。最近の研究（参考文献１および２）は、パッドの材料のコンプライアンス、ウエハとスラリー研磨材粒子との間の接触面積、およびその系の潤滑性の程度の全てが、任意のＣＭＰプロセスの間に、かなりの役割を果たすことを示す。

ＣＭＰプロセスにおけるこれらの要因の役割を定量する様式として、Ｓｔｒｉｂｅｃｋ曲線が使用され得る。背景として、Ｓｔｒｉｂｅｃｋ曲線とは、Ｓｏｍｍｅｒｆｉｅｌｄ数（Ｓｏ［Ｓｏ＝μＶ／ｐ・ｄ_ｅｆｆ］）に対する平均摩擦計数「ｆ」のプロットであり、そしてウエハと、回転するパッドと、収容される研磨材粒子との間の接触の程度を示す（ここで、μは、スラリーの粘度であり、Ｖは、パッド−ウエハの相対速度であり、そしてｄ_ｅｆｆは、α・Ｒ_ａ＋［１−α］ｄ_{ｇｒｏｏｖｅ}である）。ここで、Ｒ_ａは、平均パッド粗さであり、ｄ_{ｇｒｏｏｖｅ}は、パッドの溝の深さであり、そして「α」（ウエハの圧力の率に従う、無次元の面積パラメータ）＝Ａ_{ｕｐ−ｆｅａｔｕｒｅｓ}／Ａ_{ｆｌａｔ ｐａｄ}；Ｐ_ｅｆｆ＝ｐ／αである。

図１に示される、一般的なＳｔｒｉｂｅｃｋ曲線は、３つの異なるレジメを示す：「境界潤滑レジメ」、「移行レジメ」、および「流体力学潤滑レジメ」。第一に、「境界潤滑レジメ」において、全ての固体は、スラリーの研磨材粒子と密接に接触しており、そして「ｆ」は、Ｓｏに対して一定なままである。このレジメにおいて、「ｆ」および「ＲＲ」の、より大きい値が生じる。

第二に、中間の「Ｓｏ」値、すなわち「部分的潤滑レジメ」または「移行領域レジメ」において、パッドおよびウエハは、流体フィルム層の存在に起因して、またはおそらく、部分的には、パッドの粗さに起因して、直接接触していない。この移行レジメにおいて、「ｆ」の傾きは、負である。

最後に、「流体力学潤滑」レジメ（ｒｅｇｉｍｅ）においてかまたはＳｏのより大きな値において、より粘稠性の流体層が存在するほど、より小さな「ＲＲ」値および「ｆ」値を生じる。Ｓｏが増大するにつれて、どんなわずかな「ｆ」の増加も、流体フロー場（ｆ＝ｋ・Ｓｏ^β、ここでｋは定数であり、βは潤滑レジメのトライボロジー機構指数（ｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）である）における渦巻の存在に起因するようである。β＞０の場合、境界潤滑機構が支配する。βが負の数である場合、部分的潤滑レジメが目立ち、より低いＲＲ（ＲＲ＝Ｋ_Ｐｒ・ｐ_ｅｆｆ・Ｖ、ここでＫ_Ｐｒは、プレストン定数であり、この定数は、このプロセスの化学機械的局面に依存する）である。

その部分的潤滑レジメ（または移行領域レジメ）は、パッド寿命の増大をもたらす。しかし、境界潤滑レジメにおける作動は、より大きな安定性、制御、およびＲＲの予測性、ならびにウエハ均質性をもたらす。「ｆ」および「β」はともに、Ｋ_Ｐｒと線形的な関係を有し、よってＲＲと線形的な関係を有する。Ｋ_Ｐｒは、パッド貯蔵モジュラス（ｐａｄ
ｓｔｏｒａｇｅ ｍｏｄｕｌｕｓ）に反比例する。従って、圧縮性が高くなるにつれてパッドがより柔らかくなるほど、ＲＲはより大きくなり、圧縮性が低くなるにつれてパッドがより硬くなるほど、ＲＲは小さくなる。柔らかいパッドほど、研磨の間にウエハの先端部においてより大きな剪断力を経験する。なぜなら、より柔らかいパッドは、比較的に、より大きく圧縮され、よって、ウエハが動く間に連続してウエハが克服しなければならない障害を作り出すからである。マイクロスケールでは、そのウエハ／パッド境界面におけるパッドのざらつきは落ち込み、それにより、剪断力、ｆおよびβの両方の成分が増す。

パッド材料のコンプライアンス、マイクロトライボロジー、およびナノトライボロジーは、スラリーレオロジー、さまざまに、その潤滑性、溝または穿孔の構成、研磨材濃度、ｐＨ、および温度の各々とともに、特定のＳｔｒｉｂｅｃｋ曲線の形状を変化させ得、異なる潤滑レジメの相対的な程度、ならびにＫ_Ｐｒ、ｆおよびβの値を変化させ得る。

本発明者らが本明細書に記載するパッドは、パッドトライボロジーの異なる領域を有し得る。パッドトライボロジーの調節およびＳｔｒｉｂｅｃｋ曲線の適切な作動レジメを選択することによって、これらの調節されるかまたは異なる領域についての潤滑性、同時に起こる局所的かつ全体的な平坦化が、異なる材料の積層体（浅いトレンチ分離（ｓｈａｌｌｏｗ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）（ＳＴＩ）において見出されるような金属／障壁、酸化物／窒化物構築物において見出され得る）を有するウエハ；または９０ｎｍ未満の技術のために曲げられた材料（例えば、低ｋおよびひずみＳｉ材料ならびに絶縁材上ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）（ＳＯＩ）構築物）を有するウエハ、ならびに複雑なデバイス設計および構造（例えば、「システムオンチップ（ｓｙｓｔｅｍ−ｏｎ ａ−ｃｈｉｐ」（ＳｏＣ）および種々の垂直ゲート構造（例えば、ＦｉｎＦＥＴ）において明らかなもの）についてすら、達成され得る。本発明者らの調節されたまたは機能的に漸次的変化されたパッドは、広い範囲の変動するパターン密度およびチップサイズを有するウエハのために設計され得る。

実質的に均一のトライボロジー特性、化学特性、および摩擦特性を有する従来の連続気泡および不連続気泡のポリマーパッドは、ＣＭＰにおける使用に適していた。しかし、２５０ｎｍのＣＭＯＳ技術を導入したところ、それらのパッドの適合性に制限があることが調べられた。２５０ｎｍ未満の技術については、例えば、設計（例えば、ＳｏＣ）、プロセス（例えば、ＳＯＩ、ＦｉｎＦＥＴ）または材料（例えば、Ｃｕまたは低ｋ材料）の複雑性が増した技術は、特に、チップパターン密度および増大したチップサイズにおいて実質的な変形例と組み合わせた場合、それらの従来の開放孔および閉鎖孔均一ポリマーパッドの使用には、先の世代のウエハにおける同じ測定値と比較して、チップの降伏、デバイスの性能、およびデバイスの信頼性の悪化が付随した。

パッド厚（積層および非積層）ならびにパッド表面構造（例えば、穿孔、Ｋ溝、Ｘ−Ｙ溝、およびＫ−溝／Ｘ−Ｙ溝の組み合わせ）を変化させる種々の試みは、チップパターン密度、チップサイズ、構造の複雑性、および誘電／金属プロセスフローが最終的なチップ降伏、デバイス性能、および集積回路の信頼性に対して有する影響力に、具体的には対処していなかった。

本明細書に記載され、パッドトライボロジー特性／材料特性の空間的バリエーションを有する機能的に漸次的変化されたパッドは、１３０ｎｍ未満の技術のノードを用いるものについてすら、これらの新たな技術に関してＣＭＰプロセスに適している。

（要旨）
記載されるのは、ＣＭＰプロセスのための機能的に漸次的変化された研磨パッドであり、これは、ＣＭＰ手順において使用するために構成されているケイ素含有ウエハを研磨するための研磨表面を有する研磨パッドから作られる。ここでこの研磨表面は、一片であり、実質的に平坦であり、異なる物理的特性を有する少なくとも２つのエリアを含む。この少なくとも２つのエリアは、別個の境界、または構成成分であるポリマーの混合物で形成される境界を有し得る。この少なくとも２つのエリアは、各々、組成が異なるポリマー材料を含み、それらのエリア間の領域は、組成が異なるポリマー材料の混合物を含み得る。

この少なくとも２つのエリアの少なくとも一方の形状は、環状であってもよいし、島状の形状であってもよいし、任意の形状であってもよい。この少なくとも２つのエリアは、各々、異なる物理的パラメーターを有する異なるポリマー材料を含み、少なくとも２つのエリアの間での組成の変化は、段階的変化であってもよいし、連続的な変化であってもよいし、またはその組み合わせであってもよい。このパッドは、縁部および中心部を有し得、この縁部は、１つのエリアを備え、この中心部は、もう１つのエリアを備え、この縁部と中心部との間の組成の変化は、連続的であってもよいし、段階的であってもよいし、別の形態であってもよい。

この機能的に漸次的変化された研磨パッドは、少なくとも２種のポリマー組成物の連続射出成形または同時射出成形のプロセスによって作製されて、上記の少なくとも２つのエリアを形成し得る。この機能的に漸次的変化された研磨パッドは、ブロックコポリマー（おそらく、ここでこのブロックコポリマーは、距離が離れるにつれて、このブロックコポリマーにおいて異なる構成的ポリマー組成物を有する）を含むこの少なくとも２つのポリマー組成物のうちの少なくとも一方を有し得る。

漸次的変化されたパッドにおいて、とりわけ、硬度、モジュールのような、パッドの重要な機械的特性、および空隙率のような重要な物理的特性は、空間的に変動する。漸次的変化のいくつかの型が想定され得、その漸次的変化は、環状漸次的変化、島状漸次的変化および段階漸次的変化として分類され得るパターンを含む。多くの他の漸次的変化パターンが、作動の型に依存して実行できる。特定の作動のための最も適切なパッド漸次的変化は、ＣＭＰの間のウエハスイープ（ｗａｆｅｒ ｓｗｅｅｐ）およびその残留時間分布、摩擦係数および他の物理的特性を含むパラメーターに基づくシミュレーション方法を用いて開発される。
（項目１）
ＣＭＰプロセスのための機能的に漸次的変化された研磨パッドであって、該研磨パッドは、研磨された表面を有する研磨パッドを備え、該研磨された表面は、シリコン含有ウエハを研磨するためのものであり、そしてＣＭＰプロセスにおいて使用するために構成されており、該研磨表面は、１片であり、実質的に平坦であり、そして異なる物理的特性を有する少なくとも２つのエリアを備える、機能的に漸次的変化された研磨パッド。
（項目２）
前記少なくとも２つのエリアが、不連続な境界を有する、項目１に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
（項目３）
前記少なくとも２つのエリアが、各々、組成が異なるポリマー材料を含む、項目１に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
（項目４）
前記少なくとも２つのエリアが、各々、異なる物理的パラメータを有する異なるポリマー材料を含み、そして該エリアの間の領域が、前記組成が異なるポリマー材料の混合物を含む、項目３に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
（項目５）
前記少なくとも２つのエリアのうちの少なくとも１つが、環状である、項目１に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
（項目６）
前記少なくとも２つのエリアのうちの少なくとも１つが、島状である、項目１に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
（項目７）
前記少なくとも２つのエリアが、各々、異なる物理的パラメータを有する異なるポリマー材料を含み、そして該少なくとも２つのエリアの間の組成の変化が、段階変化である、項目１に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
（項目８）
前記少なくとも２つのエリアが、各々、異なる物理的パラメータを有する異なるポリマー材料を含み、そして該少なくとも２つのエリアの間の組成の変化が、連続的変化である、項目１に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
（項目９）
前記少なくとも２つのエリアが、各々、異なる物理的パラメータを有する異なるポリマー材料を含み、そして前記パッドが、縁部および中心を有する円形であり、そして該縁部が、１つのエリアを備え、そして該中心が、別のエリアを備え、該縁部と該中心との間の組成の変化が、連続的変化である、項目１に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
（項目１０）
前記少なくとも２つのエリアを形成するように、少なくとも２つのポリマー組成物の連続的な射出成形のプロセスによって製造される、項目１に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
（項目１１）
前記少なくとも２つのエリアを形成するように、少なくとも２つのポリマー組成物の同時の射出成形のプロセスによって製造される、項目１に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
（項目１２）
前記少なくとも２つのポリマー組成物のうちの少なくとも１つが、ブロックコポリマーを含む、項目１に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
（項目１３）
前記少なくとも２つのポリマー組成物のうちの少なくとも１つが、ブロックコポリマーを含み、該ブロックコポリマーが、該ブロックコポリマーにおいて、距離にわたって異なる成分のポリマー組成を有する、項目１に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。

図１は、例示的な一般的Ｓｔｒｉｂｅｃｋ曲線を示し、この曲線は、種々の潤滑レジメにおける回転するウエハと、回転するパッドと、収容された研磨粒子との間の接触の程度を示す。 図２は、漸次的変化された研磨パッドを生成するための模式的な１回きりのワンショット技術を示し、この技術において、イソシアネート、ポリアミン／ポリオール、鎖長延長剤、および他の添加物が、全て一緒にブレンドされる。 図３は、漸次的変化された研磨パッドを生成するための模式的プレポリマーまたは「ツーショット」技術を示す。 図４は、１つの処方物の外側リングおよび異なるトライボロジー特性を有する第２の処方物の内部領域を有する、模式的な段階漸次的変化パッドを示す。 図５は、１つのポリマー処方物の島および異なるトライボロジーを有するポリマーマトリクスの周辺領域を有する、段階漸次的変化パッドを示す。 図６は、変動する形状、サイズ、およびトライボロジー特性を有する材料で漸次的変化する複合体を有する、漸次的変化パッドを示す。 図７は、連続漸次的変化パッドを示し、このパッドにおいて、中心は、第１の処方物を含み、縁部は、第２の処方物を含む。この変形例において、その２つの処方物は、完全に混和性である。 図８は、漸次的変化が、ブロックコポリマーまたはグラフト化コポリマーの注入を用いるマイクロドメインの形態学的組織である、漸次的変化パッドを示す。 図９は、異なる平衡構造（立方体（ｂｃｃ）、六角形（ｈｃｐ）および層状（ｌａｍｅｌｌａｅ））を有するブロックコポリマーの相図（温度−組成）を模式的に示す。

（詳細な説明）
（機能的に漸次的変化された研磨パッド）
以下に記載されるのは、上記のケイ素含有ウエハを研磨するためのＣＭＰ手順において使用するために適した研磨パッドである。研磨されるケイ素ウエハに隣接する研磨表面上に少なくとも２つのエリアを有するこれらのパッドは、異なる材料特性を有する。それらのエリアは、別々であってもよく、これらのよく規定された明確な境界を有していてもよい。これらのエリアは、その材料特性が距離を経るにつれて変動する型であり得る。本発明者らの研磨パッドは、１種以上のポリマー材料を含み得、その各々は、以下のうちの１種以上のポリマー材料を含み得る：特定の分子量または分子量分布を有するニートポリマー、１種以上のポリマーの混合物またはアロイ、２種以上のコポリマー、および２種以上のブロックコポリマー。ポリマー組成物は、他のポリマー材料または非ポリマー材料（例えば、ポリマー繊維、天然繊維、粒状材料（例えば、ポリマー材料の不連続「小片」（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｃｒｕｍｂ））で充填され得る。

研磨されるウエハ表面に隣接する本発明者らの記載される研磨パッドの表面は、本明細書に記載される合成工程の完了後に実質的に平坦であり得る。本発明の上記の特性を有する表面は、溝が付けられ、高さが付けられた（ｈｉｌｌｅｄ）。

上記のＣＭＤ研磨パッドに適した材料としては、広範な種々のポリマー（例えば、以下のような多様なポリマーが挙げられる：ポリウレタン、ポリウレア、ポリカーボネート、ナイロン、種々の他のポリマー、ポリスルホン、種々のポリアセタールなど）が挙げられる。これらのポリマー材料およびそれらの化学的に関連した同類は、ＣＭＰパッドの製造のために使用され得る。他のポリマー化学が、当然のことながら使用され得る。これらの材料を使用する処方物は、ポリマー材料の構造と、得られる物理的特性との間の関係のいくらかの理解を必ず伴う。この種々の構成要素および複合材料（例えば、種々のエリアの間のポリマー間適合性、反応性、および粘度）の加工特性。

重要な科学的、工学的および商業的歴史を有する１つのポリマー系は、ポリウレタンおよびポリウレア化学系である。これらのポリマー生成物は、しばしば、イソシアネート、ポリオール、ポリアミン、鎖長延長剤などを含む。商業的にいうと、イソシアネートのうちの９０％を超えるものが、トルエン−ジイソシアネート（ＴＤＩ）またはジフェニルメタン−ジイソシアネート（ＭＤＩ）、およびそれらの誘導体である。他のものとしては、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート（ＰＡＰＩ）が挙げられる。イソシアネートの官能基は、架橋をもたらし、よって硬度および他のパッドコンプライアンスをもたらすので、重要である。このポリアミン／ポリオール反応物のサイズおよび分子量は、得られたポリマーの可撓性、低温特性、親水性、光安定性および加工特性に寄与する。

鎖長延長剤は、しばしば、最終ポリマーの尿素／ウレタン含有量を増加させるために使用される、低分子量のジアミンまたはジオールである。これらの鎖長延長剤は、イソシアネートと反応し、そして得られるポリマーの「ハードセグメント」の一部分となり、そしてしばしば、硬度および弾性コンプライアンスにかなり影響を及ぼす。多くの利用可能な鎖長延長剤はまた、加工特徴（例えば、ゲル化時間および粘度の増加）を改変する。最終生成物の強度もまた、しばしば、影響を受ける。架橋剤は、分子量および官能性によって、特徴付けられる。低分子量の分子は、モルベースで、ポリマーマトリックスを架橋する際に有効であり、そして膨潤に対する抵抗性の増加、低い温度可撓性、および加工動力学をもたらす。

ポリウレア／ポリウレタンを調合するための、２つの周知のアプローチが存在する。これらのアプローチは：（ｉ）「ワンショット」技術、および（ｉｉ）「ツーショット」技術として公知である。図２は、ワンショット技術の概略を示す。要約すると、成分（例えば、長鎖ジオール、ジイソシアネート、および必要であれば、鎖長延長剤）が混合され、そして一緒に反応される。しかし、このようなプロセスは、制御することが困難である。この反応混合物中の反応物の局所濃度および無作為な熱制御は、時々、広く変動するポリマー生成物特徴を生じる。

図３は、ツーショット技術の概略表現を示す。ジイソシアネートが、第一工程において、長鎖ジアミン／ジオールと予め反応して、高分子量のイソシアネート（代表的に「プレポリマー」として公知）を形成する。次いで、この官能基化されたポリマーは、ジアミン／ジオール硬化可能物質または鎖長延長剤とさらに反応して、ポリウレア／ポリウレタンの形成を完了させる。このプロセスは、より容易に制御されるが、より高い加工温度（しばしば、１００℃の近く）を必要とする。

本発明者らの研磨パッドは、ニートなポリマー（例えば、すぐ上で議論されたポリウレタン材料またはポリウレア材料）を含有し得るか、あるいは２つ以上の異なる分子量の生成物のポリウレタン材料またはポリウレア材料を、その研磨表面上の異なる領域において、含有し得ることが、明らかであるはずである。

ポリウレタン材料またはポリウレア材料を生成するための２つの方法のこの説明は、両方、これらのポリマーを生成する例として、そして漸次的変化されたパッドの合成において他のポリマーを配置するための例として、考慮されるべきである。このような例は、本開示の範囲に対する限定として考慮されるべきではない。

（多段射出成型）
機能的に漸次的変化されたパッドを作製するためのプロセスの別のバリエーションは、多重点射出成型（共射出サンドイッチ成型ともまた称される）として公知のプロセスを包含する。多段射出成型は、２種以上のポリマー材料が利用されるが、これらの材料の各々が、異なる時点で鋳型に射出される、連続プロセスである。このプロセスは、以下に記載される、インサイチュ多段射出成型プロセスとは異なる。

２つの異なるポリマー組成物（各エリアに対して１つ）が使用される、２エリアの漸次的変化されたパッドを合成するための手順の１つの例が、これである。図４に示されるように、このパッドの第一の外側環状リングが、射出成型プロセスを使用して成型される。次いで、この完成した外側リングは、第二の鋳型に入れられ、次いで、このパッドリングの中心部が、第二のポリマー材料で満たされる。繰り返せば、第一の成型工程および第二の成型工程において、２つの異なる材料が、得られるパッドにおいて、異なる（機械的および物理的）特性の有する２つの異なる領域またはエリアを有するように、使用される。これらの２つの材料の間の界面における適切な結合は、互いに適合性である材料の選択を必要とし得る。このような情報は、公開された文献において、容易に利用可能である。２つのポリマーの間の境界面適合性は、通常、良好である。

この方法を使用して、２つより多いエリアおよび２つより多い段階を有する、漸次的変化されたパッドを形成し得る。さらに、この方法を使用して、最も単純な、最も良好に規定された環状パターンから、最も複雑かつランダムなパターンまでの、任意の段階の漸次的変化パターンを達成し得る。

図５および６は、このプロセスを使用して作製され得るような、より複雑なパターンを示す。図５において（領域２として）示される十字型は、十字形状の物体または仕切りによって囲われ、その結果、いずれのポリマーも、他の空間に侵入しない。十字形状の鋳型または物体は、これらの領域のうちの１つまたは他のものが満たされた後に、部分的に成型されたパッドから除去される。

図６は、ＣＭＤ研磨パッド（２００）上で、種々の選択されたエリア（楕円（２０２、２０３、２０４）および旗（２０５））を規定するパターンの、不規則なセットを示す。記載されるエリアの各々において、それぞれのポリマーは、各々、上で議論された異なるポリマーの型であり得るか、または少なくとも２つの異なるポリマーであり得る。ここでまた、このようなパターンは、適切な成型幾何学を使用して、達成され得る。

（多段ライブフィード（ｌｉｖｅ−ｆｅｅｄ）（またはインサイチュ）射出成型）
複数のインサイチュ射出ポートを備える鋳型を使用して、漸次的変化されたパッドを作製し得る。この方法において、ポリマーの射出のために、少なくとも２つのポート（一般に、独立している）の鋳型が選択される。少なくとも２つの異なるポリマーが、同じ射出工程の間に、しばしば同時に、これらのポートを通して射出され、この鋳型を満たす。このパッドのために必要とされる漸次的変化の要件に依存して、通常のポリマーエンジニアリング計算を使用して、適切な射出点と鋳型内に供給される異なるポリマーに対する射出流量との選択のために必要な、流量および熱移動を計算し得る。

図７は、このプロセスを使用して、第一のポリマーを鋳型の外側周囲（２１２）から射出し、同時に第二のポリマー材料を中心から射出することによって作製された、連続的に漸次的変化されたポリマーパッド（２１０）を示す。

（ブロックコポリマー）
ブロックコポリマー系が、漸次的変化されたパッドを製造するために使用され得る。図８は、最終生成物のブロックコポリマー組成（相対％の成分として）と結晶構造（ＢＣＣ、ＨＣＰなど）との間の関係を、機能的な様式で表現する、相図を示す。特性の段階的変化を達成するために、このブロックコポリマーの組成は、段階的である。従って、制御された様式で、幾何学的形状の差は、空間的分散によって、このブロックコポリマーにおいて達成される。幾何学的形状および（ＡまたはＢ）の％は、空間的に変化するので、そしてＡとＢとが異なる単位であるという事実に起因して、この分散は、物理的特性（例えば、硬度、モジュラス、多孔性（ＡまたはＢの溶媒除去による）、粗さ、およびざらつき）の段階的変化を提供する。

具体的には、硬度の段階的変化は、このブロックコポリマーの分子単位の濃度を、距離にわたって変化させることによって、達成され得る。なぜなら、このパッドを作製するために使用される２つの分子単位ＡおよびＢは、異なる硬度値のものであるからである。さらに、図９に示される組成の関係の結果として生じる結晶構造の変化は、物理的パラメータにおけるさらなる制御可能なバリエーションを生じさせる。

ブロックコポリマーを含むこれらの手順のために適切な分子単位としては、スチレン、イソプレン、ブタジエン、ウレタン／尿素、長鎖ジオールおよびジアミンなどのような材料が挙げられる。

（気体によって補助される射出成型）
微小細孔性を有する漸次的変化されたパッドを製造するための方法は、射出成型工程の間に気体を含み、ポリマー研磨パッドにおける多孔性の機能的漸次的変化を達成する。気体は、漸次的変化を達成する目的で、異なるポートから、異なる流量で、鋳型内に分散され得、そして鋳型内に注入され得る。得られるパッドは、異なる点において異なる量の混在気体を含み、そして硬度または密度の差を達成する。

（反応射出成型（ＲＩＭ））
特定のポリマー系（例えば、ポリウレタン）は、ＲＩＭ技術を使用する成型工程に適合する。この成型プロセスにおいて、予め合成されたポリマーを射出する代わりに、成分のモノマー材料および適切な架橋剤（例えば、グリセロール）、ならびに開始剤および鎖長延長剤が添加され、そして得られる混合物が、成型の間に、重合する。漸次的変化されたパッドを作製するために、複数のポートを使用して、２つ以上の型のモノマー単位（および対応する鎖長延長剤）を射出し、化学構造の段階的変化を達成する。化学構造の段階的変化は、機械的特性および物理的特性の段階的変化を生じる。

モノマーを鋳型に差示的に添加することによって、この方法は、段階的に漸次的変化されたパッド、および上で議論されたような連続的なパッドを製造するために使用され得る。

（ラメラ射出成型）
予め（おそらく層状に）押出成型されたポリマーの混合物を使用することによって、上で議論されたような射出成型手順において、漸次的変化された特徴を有する研磨パッドが、製造され得る。ポリマーの単純な物理的混合物を製造するこの様式は、直接的であり、そして製造者に対する要求を変化させるために、容易に適用される。得られる特性の段階的変化は、個々のポリマーの機械的特徴および物理的特徴に従う。

この方法は、微小ドメインの段階的変化をもたらし得る。

（微小発泡（マイクロセル（ｍｕｃｅｌｌ）成型））
この技術において、溶体混合物を形成する目的で、成型されるポリマー流体は、気体と混合される。異なる化学的性質を有する２つ以上のこのような溶液を利用することによって、機械的特性と多孔性との両方の漸次的変化がもたらされる。

ＣＭＰプロセスのための漸次的変化されたパッドを使用することの目的は、研磨されるウエハの異なる領域が、選択された様式で、ポリマーパッドの選択された異なる領域に曝露されることを可能にすることである。例えば、このウエハの外側周囲が、このパッドのよりやわらかい領域（ここでは、摩擦せん断力が、このパッドのより硬い領域より高い）に曝露されることが、有利であり得る。対照的に、このウエハの内側領域が、このパッドのより硬い領域に曝露されて、より高い平坦化長さを達成することが有利であり得る。これらの漸次的変化されたポリマーパッドを使用する任意のＣＭＰプロセスの間、ウエハとパッドとの両方が動いている（回転、振動）ので、滞留時間分布モデルと組み合わせると、局所的平坦化と全体的平坦化とを同時に達成する。このウエハの材料除去速度、欠損性、侵食、および碗状変形、ならびにＣＭＰプロセスの有効平坦化長さは、パッド材料の局所トライボロジー［硬度、コンプライアンス］および物理的特性［細孔サイズおよび密度、ざらつき］に依存する。本発明者らの、機能的に漸次的変化された研磨パッドは、これらのＣＭＰの欠点の改良を可能にする、局所的な物理的パッドパラメータおよび全体的な物理的パッドパラメータの選択を可能にする。

Claims (20)

1. ＣＭＰプロセスのための機能的に漸次的変化された研磨パッドであって、前記機能的に漸次的変化された研磨パッドは、研磨表面を有する研磨パッドを備え、前記研磨表面は、シリコン含有ウエハを研磨するためのものであり、ＣＭＰ手順において使用するために構成されており、前記研磨表面は、１片であり、実質的に平坦であり、少なくとも２つの異なるエリアを備え、前記少なくとも２つの異なるエリアは、異なる物理的特性を有しており、前記異なるエリアは、２つ以上の異なる分子量のポリウレタンを含み、前記パッドは、縁部および中心を有する円形であり、前記縁部は、１つのエリアを備え、前記中心は、別のエリアを備え、前記縁部と前記中心との間の領域における前記２つ以上の異なる分子量のポリウレタンの組成の変化が、前記パッドの中心からの距離に応じて変化する、機能的に漸次的変化された研磨パッド。
2. 前記研磨パッドは、ポリウレアをさらに含む、請求項１に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
3. 前記研磨パッドは、鎖長延長剤をさらに含む、請求項１または請求項２に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
4. プロセスによって生成されたポリ（ウレタン−ウレア）を備え、ここで、イソシアネートが長鎖ジオールおよびジアミンと反応してプレポリマーが形成され、次いで、前記プレポリマーがジアミン／ジオール硬化可能物質または鎖長延長剤と反応して前記ポリ（ウレタン−ウレア）が形成される、請求項３に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
5. 前記少なくとも２つのエリアのうちの少なくとも１つは、前記ポリウレタンを含むブロックコポリマーを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
6. 前記少なくとも２つのエリアの各々は、組成が異なるポリマー材料を含む、請求項５に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
7. 前記少なくとも２つのエリアの各々は、異なる物理的パラメータを有する異なるポリマー材料を含み、前記縁部と前記中心との間の前記領域は、前記組成が異なるポリマー材料の混合物を含む、請求項６に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
8. 前記少なくとも２つのエリアのうちの少なくとも１つは、環状である、請求項５〜７のいずれか一項に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
9. 前記少なくとも２つのエリアを形成するように少なくとも２つのポリマー組成物の連続的な射出成形のプロセスによって製造された請求項１〜８のいずれか一項に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
10. 前記少なくとも２つのエリアを形成するように少なくとも２つのポリマー組成物の同時の射出成形のプロセスによって製造された請求項１〜８のいずれか一項に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
11. 前記少なくとも２つのポリマー組成物のうちの少なくとも１つは、ブロックコポリマーを含み、前記ブロックコポリマーが、前記ブロックコポリマーにおいて、前記パッドの中心からの距離に応じて異なる成分のポリマー組成を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
12. 前記漸次的変化されたパッドは、硬度の段階的変化を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
13. 前記硬度の段階的変化は、ブロックコポリマーのモノマー単位の濃度を、前記パッドの中心からの距離に応じて変化させることによる結果として生じる、請求項１２に記載の機能的に漸次的変化された研磨パッド。
14. １片の研磨表面を有するＣＭＰプロセスのための機能的に漸次的変化された研磨パッドを製造する方法であって、前記方法は、２つ以上のポリマー材料を異なる時点で鋳型内に射出することによって前記パッドを形成することを含み、
    前記パッドの第一の外側環状リングが、第一の時点において前記２つ以上のポリマー材料のうちの１つを射出することによって形成され、
    前記パッドの中心リングが、第二の時点において前記２つ以上のポリマー材料のうちの別の１つを射出することによって形成され、
    前記パッドの中心リングと前記外側環状リングとの間の領域における前記２つ以上のポリマー材料の組成の変化が、前記パッドの中心からの距離に応じて変化する、方法。
15. 前記ポリマー材料のうちの少なくとも１つは、まず、イソシアネートを長鎖ジオールと反応させて高分子量のイソシアネートプレポリマーを形成し、次いで、前記イソシアネートプレポリマーをジオール硬化可能物質または鎖長延長剤と反応させてＣＭＰに適切なポリマーを形成することによって、形成される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記ポリマー材料のうちの少なくとも１つは、まず、イソシアネートを長鎖ジアミンおよびジオールと反応させて高分子量のイソシアネートプレポリマーを形成し、次いで、ジアミンおよび／またはジオール硬化可能物質あるいは鎖長延長剤と反応させてＣＭＰに適切なポリマーを形成することによって、形成される、請求項１４に記載の方法。
17. 前記イソシアネートは、ブロックコポリマーを含む、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
18. 前記ブロックコポリマーは、前記パッドの中心からの距離に応じて異なる成分のポリマー組成を有する、請求項１７に記載の方法。
19. 前記パッドの前記ブロックコポリマーのモノマー単位の濃度は、前記パッドの中心からの距離に応じて変化する、請求項１７に記載の方法。
20. 前記ブロックコポリマーのモノマー単位の濃度の前記パッドの中心からの距離に応じた変化は、前記パッドにおける硬度の段階的変化を提供する、請求項１９に記載の方法。