JP5452897B2 - 化学機械研磨のための層状フィラメント格子 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、一般に、化学機械研磨のための研磨パッドの分野に関する。具体的には、本発明は、磁性、光学及び半導体基板を化学機械研磨するために有用である研磨構造を有する研磨パッドに向けられる。

発明の背景
集積回路又は他の電子デバイスの作製では、導電、半導体及び誘電材料の多層を、半導体ウェーハの表面上に堆積させ、そこから除去する。導電、半導体及び誘電材料の薄層は、多くの堆積技術を用いて堆積させることができる。現代のウェーハ加工における一般的な堆積技術は、とりわけ、スパッタリングとしても知られる物理蒸着（ＰＶＤ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ促進化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）及び電気化学めっきを含む。一般的な除去技術は、とりわけ、湿式及び乾式の等方性及び異方性エッチングを含む。

材料の層が連続して堆積され除去されると、ウェーハの最上層が非平面になる。それに続く半導体加工（たとえばメタライゼーション）はウェーハが平坦な表面を有することを要するため、ウェーハは、平坦化される必要がある。平坦化は、望ましくない表面トポグラフィ及び表面の欠陥、たとえば、粗面、凝集面、結晶格子損傷、スクラッチ及び材料の汚染層を除去するために有用である。

化学機械平坦化、又は化学機械研磨（ＣＭＰ）は、工作物、たとえば半導体ウェーハを平坦化又は研磨するために用いられる一般的な技術である。従来のＣＭＰでは、ウェーハキャリア、又は研磨ヘッドは、キャリアアセンブリに取り付けられている。研磨ヘッドは、ウェーハを保持し、ＣＭＰ装置内部のテーブル又はプラテン上に取り付けられた研磨パッドの研磨層と接触するようにウェーハを位置付ける。キャリアアセンブリは、ウェーハと研磨パッドとの間における制御可能な圧力を提供する。同時に、スラリー又は他の研磨媒体が研磨パッド上に定量吐出されて、ウェーハと研磨層との間の間隙に引き込まれる。研磨を行うために、研磨パッド及びウェーハは、通常、互いに対して回転する。研磨パッドがウェーハの下で回転すると、ウェーハは、通常は円形の研磨トラック又は研磨領域を掃き出し、ここでウェーハの表面が研磨層に直接向かい合う。ウェーハ面は、表面上での研磨層及び研磨媒体の化学的及び機械的作用により、研磨されて平坦にされる。

ＣＭＰ中の研磨層、研磨媒体及びウェーハ面の間の相互作用は、研磨パッドの設計を最適化する目的で、過去１０年で増加している研究、分析、及び高度な数値モデリングの対象となってきた。半導体製造プロセスとしてＣＭＰが開始されて以来、ほとんどの研磨パッド開発は、性質上経験によるものであり、多数の異なる多孔質及び非多孔質ポリマー材料の試行を含む。研磨面又は研磨層の設計の大半では、これらの層に、さまざまなマイクロ構造、すなわちボイド領域とソリッド領域とのパターンと、マクロ構造、すなわち表面の穿孔又は溝構造とを設けることに焦点が当てられ、研磨速度の増大、研磨の均一性の改善、又は研磨欠陥（スクラッチ、ピット、剥離領域、及び他の表面又は副表面の破損）の減少が求められている。長年にわたって、相当数の異なるマイクロ構造及びマクロ構造が、ＣＭＰ性能を向上させるために提案されてきた。

従来の研磨パッドにには、研磨パッド面の「コンディショニング」又は「ドレッシング」は、安定した研磨性能のため、一定した研磨面を維持するために不可欠である。時間とともに、研磨パッドの研磨面が磨耗し、研磨面のマイクロテクスチャが一面に平滑になる―「グレージング」と呼ばれる現象である。グレージングの原因は、パッドと工作物との間の接触点における摩擦熱及びせん断による、高分子材料の塑性流動である。加えて、ＣＭＰ加工による屑は、表面空隙の他に、それを通して研磨媒体が研磨面全体に流動するマイクロチャネルも閉塞させる。これが発生すると、ＣＭＰ加工の研磨率が低減し、結果としてウェーハ間の又はウェーハ内部の研磨が均一でなくなる可能性がある。コンディショニングにより、研磨面上に、ＣＭＰ加工での所望の研磨率及び均一性を維持するために有用である新しいテクスチャが作り出される。

従来の研磨パッドコンディショニングは、研磨面をコンディショニングディスクで機械的に削ることによって達成される。コンディショニングディスクは、通常、埋め込み型のダイヤモンドポイントで構成されるざらざらしたコンディショニング面を有する。コンディショニングディスクは、ＣＭＰ加工における研磨が一時停止する断続的な中断の間か（“ex situ”）、又はＣＭＰ加工が進行中である間か（“in situ”）に、研磨面と接触するようにされる。一般的に、コンディショニングディスクは、研磨パッドの回転軸に対して固定された位置で回転し、研磨パッドが回転するにつれて環状のコンディショニング領域を掃き出す。上記のようなコンディショニングプロセスは、パッド材料を削って切り込みを入れ、研磨テクスチャを再生して、パッド表面に微視的な筋を刻み込む。

パッド設計者は、パッド材料調製及び表面コンディショニングの両方を通して、表面テクスチャのさまざまなマイクロ構造及び構成を作り出してきたが、既存のＣＭＰパッド研磨テクスチャは、二つの重要な態様において最適とは言えない。第一に、ＣＭＰで実施される、圧力付与下での従来のＣＭＰパッドと一般的な工作物との間の実接触面積は小さい―通常は、向き合う全面積のわずか数パーセントである。これは、従来の表面コンディショニングが不正確であることが直接原因して生じた結果であり、結果的に構造のソリッド領域がひどく傷むまでランダムに引き裂かれ、さまざまな形状及び高さの特徴の集団、すなわち凹凸が残り、そのうち最も高いものだけが工作物と実際に接触する。第二に、スラリーの流れが研磨屑及び熱を運び去るために使用可能であるスペースが、パッド面で薄層を占有し、研磨廃棄物が、工作物の下から完全に排除されるまで、工作物とごく近接したままになる。パッドと工作物との間のスラリーの流れは、きわめて不規則な表面を、またパッドから工作物の全垂直距離にかかるあらゆる凹凸の周囲を通過しなければならない。このため、結果として、工作物が使用済みの化学物質と、先に除去された材料との両方に再暴露される可能性が高くなる。このように、従来のパッドのマイクロ構造が最適でないのは、表面テクスチャ内部の接触機構と流体機構とが結合されるためであり、凹凸の高度分布は、良好な接触にも、効果的な流体の流れ及び輸送にも好都合ではない。

ＣＭＰにおける欠陥形成は、従来のパッドのマイクロ構造の両方の欠点を発端とする。たとえば、Reihardtらの米国特許第５，５７８，３６２号には、ポリマー球を用いて、ポリウレタン研磨パッド内にテクスチャを導入することが開示されている。正確な欠陥形成メカニズムは完全には理解されていないが、欠陥形成を減少させるには、工作物上の極端な点応力を最小限にすることを必要とすることが概ね明らかである。所与の加荷重又は研磨圧力下で、実際の点接触圧力は、真の接触面積に反比例する。研磨圧力３psi（２０．７kPa）で作動し、全ての凹凸の先端にわたる実接触面積２％を有するＣＭＰ加工は、実際には、工作物に平均して１５０psi（１ＭＰａ）の垂直応力を受けさせる。この規模の応力は、表面及び副表面に破損を生じさせるのに十分である。また、従来のＣＭＰパッド上の凹凸は鋭利でなくかつ形状が不規則であるため、好ましくない流れパターンにつながり、凹凸に衝突する流体の局部的な圧力が著しくなる可能性があり、停滞しているか又は分離される流れ領域は、研磨屑及び熱の蓄積につながるか、又は粒子が凝集する環境を作り出す可能性がある。

欠陥形成の可能性のある源を提供すること以上に、従来の研磨パッドマイクロテクスチャが最適でないのは、一般的にパッド面コンディショニングは、正確には再現可能ではないためである。コンディショニングディスク上のダイヤモンドは使用によって鈍化し、一定期間の後にコンディショナを交換しなければならなくなり、このためコンディショナの有効性が、寿命の間にわたり継続的に変化する。また、コンディショニングは、ＣＭＰパッドの磨耗率に大きく寄与する。パッドの磨耗の約９５％がダイヤモンドコンディショナの研削に起因し、工作物との接触に起因するものは約５％のみであることは一般的である。このように、欠陥の低減に加え、パッドの改善されたマイクロ構造は、コンディショニングの必要を排除し、より長いパッドの寿命を可能にすることができる。

パッドコンディショニングを排除する鍵は、自己再生する、すなわち磨耗したときに、基本的に同じ形状寸法及び構成を存続させる研磨面を案出することである。このような自己再生するようにするためには、研磨面は、磨耗がソリッド領域の形を著しく変えないようにしなければならない。これはひいては、ソリッド領域がかなりの程度の塑性流動を生じさせるのに十分な継続的なせん断及び加熱を受けないか、又はソリッド領域が、他のソリッド領域にせん断及び加熱を分散させるようにしてせん断又は加熱に対応するように構成されることを要する。

低欠陥性に加え、ＣＭＰパッド研磨構造は、良好な平坦化効率を達成しなければならない。従来のパッド材料が、これら二つの性能指標の間のトレードオフを要するのは、材料をより柔らかくより柔軟にすることによって低欠陥性が達成されるにもかかわらず、これら同じ特性の変化は平坦化効率を損なうためである。結局は、平坦化は堅固で平らな材料を必要とし、一方で低欠陥性はより剛性でない順応型の材料を要する。このため、これらの指標の間の基本的なトレードオフを、単一の材料で克服することは困難である。従来のパッド構造は、多様な方法でこの問題に取り組んでおり、互いに結合された固い層と柔らかい層とを有する複合材料の使用を含む。複合材料は単層構造における改善を提供するが、理想的な平坦化効率とゼロ欠陥形成とを同時に達成する材料は、未だ開発されていない。

結果として、現代のＣＭＰ用途のためのマイクロ構造及びコンディショニング手段は存在するが、工作物とのより高い実接触面積、及び研磨屑の除去のためのより効果的なスラリーの流れパターンに加え、再テクスチャリングの必要の低減又は除去を達成するＣＭＰパッド設計に対する要望がある。加えて、良好な平坦化効率のために必要である堅固な剛性構造と、低欠陥性のために必要なより剛性でない順応型の構造とを組み合わせるＣＭＰパッド構造に対する要望がある。

発明の概要
本発明の実施態様は、研磨媒体の存在下で、磁性、光学及び半導体基板の少なくとも一つを研磨するために有用である研磨パッドを提供し、研磨フィラメントのベース層上に積層され、研磨フィラメントの各層が、少なくとも一つの下部の研磨フィラメントの上にあり、それに取り付けられている連続して積層された形状を有し、研磨パッドの研磨面に対して平衡である多層の研磨フィラメントを含み、多層の研磨フィラメントの個々の研磨フィラメントが、少なくとも平均３つ以上の研磨フィラメントの上にあり、相互接続された研磨フィラメントの開放型格子構造を有する研磨パッドを形成する。

本発明の別の実施態様は、研磨媒体の存在下で、磁性、光学及び半導体基板の少なくとも一つを研磨するために有用である研磨パッドを提供し、研磨フィラメントのベース層上に積層され、研磨フィラメントの各層が、下部の研磨フィラメントの上にあり、研磨フィラメントの間の各交点でそれに取り付けられている連続して積層された形状を有し、研磨パッドの研磨面に対して平衡である多層の研磨フィラメントを含み、多層の研磨フィラメントの個々の研磨フィラメントがポリマー性であり、少なくとも平均３つ以上の研磨フィラメントの上にあり、相互接続された研磨フィラメントの開放型格子構造を有する研磨パッドを形成する。

詳細な説明
図面を参照すると、図１は、本発明の研磨パッド１０４とともに用いるのに好適である、２軸化学機械研磨（ＣＭＰ）ポリッシャ１００を概略的に図示している。一般的に、研磨パッド１０４は、物品、たとえば半導体ウェーハ１１２（加工されているか又は加工されていない）又は他の工作物、たとえばとりわけガラス、フラットパネルディスプレイ又は磁気情報記憶ディスクと対面し、研磨媒体１２０の存在下で工作物の研磨面１１６の研磨を行うための研磨面１１０を有する研磨層１０８を含む。研磨媒体１２０は、深さ１２８を有する任意の螺旋溝１２４を通って、研磨パッドの外周１２２へと進む。便宜上、以下用語「ウェーハ」は、一般性を失うことなく用いられる。加えて、特許請求の範囲を含む本明細書で用いられるように、用語「研磨媒体」は、粒子を含有する研磨液及び粒子を含有しない液、たとえば研磨剤を含まない、反応性液体の研磨液を含む。

ポリッシャ１００は、プラテン１３０に取り付けられた研磨マッド１０４を含むことができる。プラテン１３０は、プラテン駆動部（図示せず）によって回転軸１３４の周りを回転可能である。ウェーハ１１２は、プラテン１３０の回転軸１３４に対して平行であり、かつそこから間隔を置かれた回転軸１４２の周囲を回転可能であるウェーハキャリア１３８によって支持されることができる。ウェーハキャリア１３８は、ウェーハ１１２が研磨層１０８に対してごくわずかに非平行である態様をとることを可能にするジンバルリンク（図示せず）を備えてもよく、その場合、回転軸１３４、１４２はごくわずかに傾いていてもよい。ウェーハ１１２は、研磨層１０８に面し、研磨中に平坦化される研磨面１１６を含む。ウェーハキャリア１３８は、ウェーハ１１２を回転させ、下向きの力Ｆを供給して研磨層１０８に対向して研磨面１１６を押圧し、研磨中に研磨面と研磨層との間に所望の圧力を存在させるように適合されたキャリア支持アセンブリ（図示せず）に支持されてもよい。また、ポリッシャ１００は、研磨層１０８に研磨媒体１２０を供給するための研磨媒体入口１４６を含んでもよい。

当業者においては、ポリッシャ１００は、他の部材（図示せず）、たとえばシステム制御部、研磨媒体貯蔵及びディスペンシングシステム、加熱システム、水洗システム及び研磨プロセスの様々な態様を制御するためのさまざまな制御、たとえば、とりわけ（１）ウェーハ１１２及び研磨パッド１０４の回転率の一方又は両方のための速度制御部及びセレクタ、（２）パッドへの研磨媒体１２０の送出速度及び場所を変更するための制御部及びセレクタ、（３）ウェーハと研磨パッドとの間に加えられる力Ｆの規模を制御するための制御部及びセレクタ、及び（４）パッドの回転軸１３４に対して、ウェーハの回転軸１４２の場所を制御するための制御部、アクチュエータ及びセレクタを含んでもよいことが理解されよう。

研磨中、研磨パッド１０４及びウェーハ１１２は、それぞれの回転軸１３４、１４２の周りを回転し、研磨媒体１２０は、研磨媒体入口１４６から、回転中の研磨パッド上に定量吐出される。研磨媒体１２０は、ウェーハ１１２及び研磨パッド１０４の下の間隙を含む研磨層１０８全体に拡がる。研磨パッド１０４及びウェーハ１１２は、一般的に、ただし必須ではないが、０．１rpm〜１５０rpmの選択された速度で回転する。力Ｆは、一般的に、ただし必須ではないが、ウェーハ１１２と研磨パッド１０４との間で、０．１psi〜１５psi（６．９〜１０３kPa）の所望の圧力を誘発するように選択された規模になる。研磨パッドをウェブ形式か、又は研磨されている基盤の直径よりも小さな直径を有する研磨パッドかに構成することが可能である。

本発明は、研磨媒体の存在下で、磁性、光学及び半導体基板の少なくとも一つを研磨するために有用である研磨パッド１０４を提供することを含む。図２〜２Ｂを参照すると、研磨パッド１０４（図１）は、研磨フィラメント２０２のベース層２０４上に垂直配列で積層された、研磨フィラメント２０２（図２）の複数のフィラメント層２００を有する。研磨フィラメント２０２のベース層２０４は、プラテン１３０の表面に研磨パッド１０４を装着してそこに接着することを促進するベース材料２４０に取り付けられてもよい。ベース層２０４の上の、研磨フィラメント２０２の連続したフィラメント層２００はそれぞれ、下にあるフィラメント層２００からの支持及びそれへの取り付けのために、その研磨面２０８に対して平行な水平面で幾何学的に回転する。この用途のために、研磨面に対する平行とは、研磨面１１６に対面する研磨パッド１０４の表示される面全体に対しての平行を表す。水平面で幾何学的に回転することは、結果として各フィラメント層２００が、上側のフィラメント層２００と下側のフィラメント層２００とで異なる方向を有し、各層２００の研磨フィラメント２０２が、上側のフィラメント層２００及び下側のフィラメント層２００の研磨フィラメント２０２と角度をなすようにされる。

有利には、各研磨フィラメント２０２は、下にある少なくとも３つの研磨フィラメント２０２からの支持のために十分な長さを有する。有利には、各研磨フィラメント２０２は二つの端を有し、各端は研磨パッド１０４の外周に位置する。研磨フィラメント２０２が延長した直線形であることにより、表面積対容積の比率が非常に高くなり、研磨中の熱放散を促進する。本実施形態では、各フィラメント層２００は、研磨面２０８に対して平行な平面で、上側のフィラメント層２００に対して９０°回転し、各交点２０６に固定させた研磨フィラメント２０２とともに、フィラメント層２００の連続した積層を形成し、相互接続された研磨フィラメント２０２の開放型格子構造２１０を有する研磨パッド１０４を形成する。構造的な集積のために、研磨フィラメント２０２は、少なくとも一つの交点２０６で、別の研磨フィラメント２０２に固定させる必要がある。結果として、開放型格子構造２１０は、相互接続されたフィラメント２０２のエンジニアリング的構造を構成する。代替の実施形態では、研磨フィラメントを交互の交点に、又はランダムな交点に固定させることが可能である。しかし最も一定な研磨動作のためには、各交点２０６は、下位の研磨フィラメントを上位の研磨フィラメントに取り付ける。相互接続された開放型格子構造２１０により、研磨面での局部的な変形性を備える剛性の研磨パッドを形成することが可能になる。この剛性と局部的変形性との組み合わせは、従来のパッドでは達成できない低欠陥性の平坦化性能を提供する。さらに、開放型格子構造２１０は、より低いボイド率及びより低い表面対容積率のより低いマイクロ構造を有する従来のパッドに優る、流体の流れ及び熱放散を改善するという利点を提供する。

図３は、連続して積層して、高いボイド率又は開放容積対ソリッド容積のパーセンテージを有する開放型格子ネットワーク構造３１０を形成するフィラメント層３００を図示する。フィラメント層３００は、一連の同様又は同一の巨視的又は微視的な研磨フィラメント３０２から研磨層を形成し、各フィラメント３０２は複数の場所に拘束される。好ましくは、研磨フィラメント３０２は、マイクロテクスチャを作り出すような微視的な寸法を有する。微視的な寸法は、容積に対する表面積の比率が増大し、接触点からの熱放散を促進するというさらなる利点を提供する。通常、フィラメントは、１mmよりも小さい平均幅を有する。好ましくは、フィラメントは、０．２mm（２００μm）よりも小さい幅を有する。平均幅が１０μm程度に小さいフィラメントを製造することが可能であるが、通常は少なくとも１００μmの平均幅は、改善された平坦化のために十分な剛性を提供する。場合によっては、フィラメント層３００は、ベースフィラメント層３０４上に置かれる。加えて、ベース材料３４０が提供されてもよい。

フィラメント３０２を拘束することにより、格子ネットワーク構造３１０をせん断、曲げ、及び圧縮に対して剛性的にする、三次元で相互接続された開放型格子構造が形成される。これらの特徴は、良好な平坦化効率に必要とされる長さスケールでパッドに剛性を与え、一方で低欠陥性に必要とされるより短い長さスケールでのコンプライアンスを可能にするように機能する。加えて、これらの特徴は、従来の研磨パッドを用いて実現されるよりも、パッドとウェーハとの間のより高い実接触面積と、パッドとウェーハとの間のより好ましいスラリーの流れパターンとの両方を提供するのに加え、従来のダイヤモンドパッドコンディショニングの必要を排除することができる自己再生構造を提供する。しかし、多数の用途のために、ブラシ、たとえばポリマーブラシによるコンディショニングで屑を除去することが引き続き望ましい。

表面テクスチャ又は凹凸が、材料の除去又は再形成プロセス（すなわちコンディショニング）の残留物である先行技術のＣＭＰパッドとは対照的に、パッドの研磨テクスチャは、精密な形状寸法を有する、積層型の研磨フィラメントとして組み立てられる。説明のために、研磨テクスチャは、研磨面に対して平行である実質上水平な要素で構成されて示されている。これらのフィラメントは、円形、正方形、三角形、矩形、多角形又は他の断面を有していてもよい。正方形及び矩形の断面は、同じ平均直径の円形又は三角形の断面に比べ、研磨中の接触面積を増大させる。この用途の目的のために、接触面積は、静的なダウンフォース２psi（１３．８kPa）で、光学的に平らなスライドに接触する面積を示す。本発明によって構築される典型的な研磨パッドは、共焦点顕微鏡で測定されるように、少なくとも１０パーセントの接触面積を有し、C. L. Elmufdi及びG. P. Muldowneyによる論文"A Novel Optical Technique to Measure Pad-Wafer Contact Area in Chemical Mechanical Planarization", Proceedings of Material Research Society (MRS) Spring Meeting, 2006に開示されている技術を用いる。たとえば、研磨パッドは、共焦点顕微鏡で測定されるように、１０〜８０パーセントの、及び有利には２０〜７５パーセントの接触面積を有することができる。研磨中の接触面積が増大することは、研磨パッドの凹凸との接触に依存して除去率を上げる研磨剤なしの研磨液のために特に有用である。さらに、正方形又は矩形の断面を有するフィラメントによって提供される研磨面に直交する垂直側壁は、パッドが磨耗するときに均一な接触面積を提供し、代替のフィラメント断面によって得られるものよりもより一定した研磨動作につながる。好ましくは、フィラメントの平均断面は、研磨フィラメントの各層を通じて研磨パッドが磨耗すると、２０％未満変化する。最も好ましくは、フィラメントの平均断面は、研磨フィラメントの各層を通じて研磨パッドが磨耗すると、１０％未満変動する。

フィラメントの連続した層が磨耗すると、フィラメントの各層は、実質上一定の接触面積を備える新しい研磨面になる。所与の層の分離しているドメイン内で、フィラメントの方向が変化した場合、接触面積は変化しない。場合によっては、図４及び４Ａに図示されるように、各フィラメント層４００内の水平な研磨フィラメント４０２が配置されてドメイン４１２を形成し、所与のドメイン４１２内で全てのフィラメント４０２が実質上同じ方向を有しているが、ドメイン４１２の間ではフィラメント４０２の方向が異なっていてもよいようにされる。具体的には、一つのフィラメント層４００内のフィラメント４０２の方向は、共通の境界を共有している任意の二つのドメイン４１２と異なる。各ドメイン４１２内で、研磨フィラメント４００の層は、ベース層４０４上に連続して積層し、一定した研磨面４０８を形成する。各研磨フィラメント２０２が二つの端を有し、各端が研磨パッド１０４の外周に位置するという、図２〜２Ｂに示された実施形態とは対照的に、図４及び４Ａに示された実施形態の研磨フィラメント４０２は、ドメイン４１２が研磨パッド１０４の外周に位置しない場合にドメイン４１２の縁に位置する端と、ドメイン４１２自体が研磨パッド１０４の外周に位置して、研磨パッド１０４の周縁によって、少なくとも一方の側で画定される場合に、研磨パッド１０４の外周に位置する端とを有する。図４及び４Ａに示された実施形態は、図２〜２Ｂに示された開放型格子と同じ利点を提供し、任意の所与のフィラメント層４００での研磨液の流れが、さまざまなドメイン４１２の研磨フィラメント４０２の異なる方向付けによって決められる複数の方向に沿って同時に生じるというさらなる特徴を備え、任意の所与のフィラメント層２００での、研磨フィラメント２０２によって決められる一方向に生じる研磨液の流れとは対照的である。

さらに、パッドを通した穿孔、導電線溝の導入又は一つ以上のコンダクタの組み込み、たとえば導電性繊維、導電性ネットワーク組織、金属グリッド又は金属ワイヤは、パッドをｅＣＭＰ（“電気化学機械平坦化”）研磨パッドに変形することができる。これらのパッドの三次元ネットワーク構造は、流体の流れを促進して、ｅＣＭＰの適用が要求される一定の表面構造を維持することができる。流体の流れが増大することにより、ｅＣＭＰ加工から使用済み電解質の除去が改善され、ｅＣＭＰ加工の均一性を改善することができる。

図５及び５Ａは、研磨フィラメント５００の層から作製されるｅＣＭＰ研磨パッドの一例を図示している。研磨フィラメント５００の各層は、互い違いの導電性フィラメント５０１及び非導電性フィラメント５０３を含む。さらに、導電性フィラメント５０１及び非導電性フィラメント５０３は、ドメイン５１２内に組織化されている。ｅＣＭＰパッドを形成するために、ウェーハに電荷をかけ、導電性フィラメント５０１に電荷をかけることが可能である。導電性フィラメント５０１とウェーハとの間の電位は、ウェーハ上の金属面の電気的溶解を促進する。場合によっては、ドメイン５１２はさらに、互い違いのアノード５１４及びカソード５１６に分割されて、各ドメイン内のフィラメント間の局部的な電位を作り出す。このフィラメント間の電位はまた、ｅＣＭＰのための金属の電気的溶解を推進することができる。場合によっては、図５及び５Ａには図示しないが、所与のドメイン５１２内のフィラメントのすべてを、カソードとして好適である材料であってもよく、隣接したドメイン５１２内のフィラメントのすべてを、アノードとして好適である材料であってもよい。この構成を用いて、隣接するドメイン５１２間の局部的な電位を作り出し、ｅＣＭＰのための金属の電気的溶解を推進することができるが、互い違いのアノード及びカソードフィラメントが単一のドメイン５１２内に配列されているときに達成されるものよりも大きい長さスケールの場合である。

図６は、下部の研磨フィラメント層６０５の上の水平面で４５°回転した上部の研磨フィラメント層６０７を備える研磨格子６１０を図示する。４５°回転することの利点は、交点６０６が、９０°で交差する同じサイズのフィラメントによって形成される交点と比べて、より強力な結合及び支持のための増大した表面積を有することである。有利には、研磨フィラメント層６０５及び６０７は、シームレスな接続を有し、フィラメント層間の連続した材料を提供する。

本発明は、規則的な層状格子のみならず、不規則的なものも包含する。格子は、いくつかの方法で不規則にすることができる。第一に、所与の層内の平行部材の間隔を、周期的に、ランダムに、又は他の不均等な形にしてもよい。第二に、層の厚さを不均等にしてもよい。第三に、異なる層の部材の主方向間のオフセット角度を変動させてもよい。第四に、もしあれば、任意の所与の層内の局部的に平行な要素のドメインを、図５に示された同一のサイジングではなく、さまざまなサイズにしてもよい。第五に、フィラメントは、湾曲、起伏又はらせん状のパターンを有していてもよい。

研磨フィラメントの幅及びピッチは、研磨パッド全体にわたって均一にするか、又はほぼ均一にするか、もしくは研磨フィラメントのドメイン全体にわたって均一にすることが望ましい。場合によっては、異なる領域の研磨フィラメントの密度を調節して、除去率及び研磨又はウェーハの均一性を微調整することが可能である。さらに、研磨要素を、開放したチャネル又は溝、たとえば円形チャネル、Ｘ−Ｙチャネル、放射状チャネル、湾曲した放射状チャネル又は螺旋状チャネルを形成するように配設することが可能である。チャネルを任意的に導入することにより、大きな屑を除去することが促進され、研磨又はウェーハの均一性を改善することができる。

研磨要素の寸法及び間隔は、パッド及びウェーハの間の高い接触面積と、スラリーが研磨屑を除去するために適切な開放した流れ面積との両方を提供するように選定される。これらの対象物の間には、固有のトレードオフがある。すなわち、研磨テクスチャの使用可能なスペースにさらなる研磨フィラメント、又はより大きなフィラメントを加えることにより総接触面積が増大するが、開放した流れ面積が減少し、スラリーによる研磨屑の除去に対するさらなる障害物を作り出す。加えて、研磨フィラメントの断面の減少は、パッド上でウェーハがハイドロプレーンを起こす傾向を減少させ、研磨パッドとウェーハとの間の静摩擦を減少させるように働く。場合によっては、研磨フィラメントは、ベース層上で測定された研磨パッド容量の８０パーセント未満を構成する。たとえば、研磨フィラメントは、ベース層上で測定された研磨パッド容量の７５パーセント未満を構成してもよく、研磨フィラメントは通常、ベース層上で測定された研磨パッド容量の５〜７５パーセントを占有する。高い接触面積用に設計された研磨パッドは、通常は、そのベース層上で測定された研磨パッド容量の４０〜８０パーセントを占有する。

本発明の基本的な特徴は、接触面積と流れ面積との好ましいバランスであるため、研磨フィラメントは、適正に細長く、程よく間隔を置かれている必要がある。通常は、幅ｗ及びピッチｐ（中心から中心まで測定）を有する正方形の断面のフィラメントでは、ウェーハに対面する接触面積率は（ｗ／ｐ）であり、所与のフィラメント層内の流れ面積率は（１−ｗ／ｐ）である。研磨フィラメントのピッチに対する研磨フィラメントの幅の比率は、任意には、接触面積率８０％及び流れ面積率２０％に相当する最大０．８にしてもよく、好ましくは、接触面積率６０％及び流れ面積率４０％に相当する最大０．６にしてもよい。たとえば、等しい幅及びフィラメント間隔を有するフィラメントは、幅対ピッチ
の比率０．５を有し、接触面積率及び流れ面積率の両方が等しく５０％に相当する。いくつかの用途では、非常に広い流れ面積を有することが望ましい場合があり、たとえばフィラメント幅対フィラメントピッチの比率が０．２であり、接触面積率２０％及び流れ面積率８０％に相当する。注目すべきは、２０％の接触面積率でさえも、ダイヤモンドコンディショニング後の従来の研磨パッド材料で実現されるよりも著しく大きいことである。

通常、格子内に配列された研磨フィラメントはまた、パッドの表面の下の場所で、研磨屑を収集又は捕らえるように働く。この特徴は、研磨中に物品の表面に接触又はスクラッチしない場所で、有害な屑を捕らえることにより、欠陥性の低減を促進する。加えて、さらに有利には、フィラメントはそれらの間に、研磨中に生成される摩擦熱によるフィラメントの局部的な変形及び塑性流動がフィラメント間の空隙を埋めるには不十分であるような、十分な大きさの間隔を有する。

場合によっては、研磨スラリーの流れは、研磨フィラメントの断面形状を、主に水平方向に生じるスラリーの流れに対して流線形になるように選定することにより、さらに最適化されてもよい。本体を流線形にして最小流体抗力を達成することは、工学上十分に確立された分野であり、航空機、船舶、自動車、発射体、及び気体又は液体中で又はそれに関連して動く他の対象物の設計に普通に適用される科学の一部を形成する。これらの後者の人間規模の対象物を管理する流体の流れの数式は、ＣＭＰパッドマクロ構造又はマイクロ構造のスケールに、同じく該当する。基本的に流線形化は、急な転移がなく徐々に湾曲する断面を選定することからなり、外部の流体の流れが、表面から分離して流体エネルギを消費する再循環渦を形成することなく、断面の周りを通過するようにされる。この考察のみから、円形の断面は、研磨フィラメントの正方形又は矩形の断面よりも好ましいということになる。しかし、正方形又は矩形の断面は、フィラメントの磨耗の間、接触面積の変動を最小化させるために好ましい。場合によっては、フィラメントは、これら二つの対象物を均衡させる断面、たとえば流線形化の利点のいくつかを実現しながらも、たとえば２０％未満の小さな接触面積変動を可能にする丸みを帯びた角を有する正方形を有してもよい。

場合によっては、研磨パッドは、サブパッドを含んでもよい。サブパッドは必要ではなく、研磨層は、ベース層を介してポリッシャのプラテン、たとえば図１のプラテン１３０に直接固定させてもよいことに気付かれよう。研磨層は、ベース層を介して任意の好適な方法で、たとえば感圧接着層又はホットメルト接着剤、熱接合、化学接合、超音波接合等を用いた接着剤接合で、サブパッドに固定させてもよい。ベース層又はサブパッドは、研磨要素の取り付けのための研磨ベースとして機能してもよい。

さまざまな製造方法が可能である。より大きなスケールのネットワーク組織には、これらは、マイクロマシニング、レーザ又は流体噴射エッチング、及び出発固体塊からの材料除去の他の方法を含み、集束レーザ重合、フィラメント押出、紡糸、選択的な光硬化、生物学的成長、及び最初は空である容積内での材料構築の他の方法を含む。より小さなスケールのネットワーク組織では、結晶化、シード重合、リソグラフィ又は他の選択的な材料堆積技術に加え、電気泳動、位相核形成、又は続く材料の自己アセンブリのための型板を確立する他の方法を使用してもよい。

研磨フィラメントは、任意の好適な材料、たとえばポリカーボネート、ポリスルホン、ナイロン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリスチレン、アクリルポリマー、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリエチレンイミン、ポリウレタン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリケトン、エポキシ、シリコーン、それらの共重合体（たとえば、ポリエーテルポリエステル共重合体）、及びそれらの混合物から作られてもよい。研磨フィラメントはまた、非ポリマー材料、たとえばセラミック、ガラス、金属、石、木材、又は単材料の固相、たとえば氷から作られてもよい。研磨フィラメントはまた、一つまたはそれ以上の非ポリマー材料を用いたポリマーの複合体から作られてもよい。

一般に、研磨フィラメント用の材料の選定は、所望の方法で特定の材料から作られた物品を研磨するための安定性によって限定される。同様に、サブパッドは、任意の好適な材料、たとえば研磨フィラメントのための前述した材料で作られてもよい。研磨パッドは、場合により、ポリッシャのプラテン、たとえば図１のプラテン１３０をパッドに固定させるためのファスナを含んでもよい。ファスナは、たとえば感圧接着層、ホットメルト接着剤、フック及びループファスナのフック又はループ部等の機械的ファスナ等であることができる。また、一つ以上の光ファイバエンドポイント装置か、又は格子構造の一つ以上のボイドスペースを占有する同様の伝送装置かを実装することは、本発明の範囲内である。

本発明は、研磨パッドの剛性と組み合わせて、接触面積を増大させるという利点を提供する。具体的には、研磨屑を容易に除去するための、パッド内で効果的な流体の流れを備える高い接触面面積を提供する。加えて、研磨フィラメントの剛性、高さ及びピッチを調節して、基板との接触機構を制御することが可能になる。さらに、研磨フィラメントの均一な断面積により、多層基板、たとえば同様の研磨特性を有するパターニングされたウェーハの研磨が可能になる。さらに、剛性及び局部的な変形性のための格子構造を適用することにより、従来のパッドでは達成されなかった、低欠陥性の平坦化能力が提供される。

本発明の使用に好適な２軸ポリッシャの一部の斜視図である。 本発明の層状フィラメント研磨パッドの正面図である。 図２の側面図である。 図２の平面図を示す。 本発明の層状フィラメント研磨パッドの斜視図を示す。 単一構造内に互い違いのドメインを有する層状フィラメント研磨パッドの平面図を示す。 単一構造内に互い違いのドメインを有する層状フィラメント研磨パッドの側面図を示す。 電解研磨に有用である互い違いの導電及び非導電フィラメントを有する層状フィラメント研磨パッドの平面図を示す。 電解研磨に有用である互い違いの導電及び非導電フィラメントを有する層状フィラメント研磨パッドの側面図を示す。 角度のあるフィラメントを有する層状フィラメント研磨パッドの平面図を示す。

Claims (8)

1. 研磨媒体の存在下で、磁性、光学及び半導体基板の少なくとも一つを研磨するために有用である研磨パッドであって、
   研磨フィラメントのベース層上に積層され、研磨フィラメントの各層が、少なくとも一つの下部の研磨フィラメントの上にあり、それに取り付けられている連続して積層された形状を有し、研磨パッドの研磨面に対して平行である多層の研磨フィラメントを含み、
   多層の研磨フィラメントの個々の研磨フィラメントが、研磨フィラメントのベース層に接続する少なくとも３つ以上の研磨フィラメントの上にあり、流体が複数の方向に流れることを許容するための相互接続された研磨フィラメントの開放型格子構造を有する研磨パッドを形成する、研磨パッド。
2. 研磨媒体の存在下で、磁性、光学及び半導体基板の少なくとも一つを研磨するために有用である研磨パッドであって、
   研磨フィラメントのベース層上に積層され、研磨フィラメントの各層が、下部の研磨フィラメントの上にあり、研磨フィラメントの間の各交点でそれに取り付けられている連続して積層された形状を有し、研磨パッドの研磨面に対して平行である多層の研磨フィラメントを含み、
   多層の研磨フィラメントの個々の研磨フィラメントがポリマー性であり、研磨フィラメントのベース層に接続する少なくとも３つ以上の研磨フィラメントの上にあり、流体が複数の方向に流れることを許容するための相互接続された研磨フィラメントの開放型格子構造を有する研磨パッドを形成する、研磨パッド。
3. ポリマー材料が研磨フィラメントの層を形成し、個々の研磨フィラメントが１mm未満の平均幅を有する、請求項１又は２記載の研磨パッド。
4. 個々の研磨フィラメントが、研磨パッドの研磨面に直交する垂直側壁を有する、請求項１又は２記載の研磨パッド。
5. 個々の研磨フィラメントが、正方形又は矩形の断面を有する、請求項４記載の研磨パッド。
6. 研磨パッドが外周を有し、個々の研磨フィラメントが、外周でそれぞれ終端する二つの端を有する、請求項１又は２記載の研磨パッド。
7. 開放型格子構造が、互い違いの導電性及び非導電性フィラメントを有する、請求項１又は２記載の研磨パッド。
8. ポリマー材料が研磨フィラメントの層を形成し、個々の研磨フィラメントが０．２mm未満の平均幅を有する、請求項１又は２記載の研磨パッド。

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