JP5657775B2 - 薄いパッドにおける窓のモールディング - Google Patents

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Description

窓を有する研磨パッド、そのような研磨パッドを包含するシステム、およびそのような研磨パッドを作製および使用するためのプロセスが説明される。
現代の半導体集積回路(IC)を製造するプロセスでは、基板の外側表面を平坦化することがしばしば必要である。例えば、平坦化は、下層の上面が露出されるまで導電性充填層を研磨して除去するために必要とされる可能性があり、絶縁層の浮き出しパターン間の導電性材料に、基板上の薄膜回路間の導電性経路を提供するビア、プラグおよび線を形成させる。さらに、平坦化は、酸化物層を平らにし、薄くして、フォトリソグラフィに適した平らな表面を提供するために必要とされる可能性がある。
半導体基板平坦化またはトポグラフィ除去を達成するための一方法は、化学機械研磨(CMP)である。従来の化学機械研磨(CMP)プロセスでは、研磨スラリの存在下で回転している研磨パッドに対して基板を押し付ける必要がある。
一般に、研磨を停止するかどうかを判定するために、所望の表面の平坦性または層の厚さが達成された時、または下層が露出された時を検出する必要がある。CMPプロセス中の終点のインシトゥ検出のためのいくつかの技法が開発されている。例えば、層の研磨中の基板上の層の均一性のインシトゥ測定のための光学モニタシステムが利用されている。光学モニタシステムは、研磨中に光線を基板の方へ向ける光源、基板から反射された光を測定する検出器、および、検出器からの信号を分析し、終点が検出されたかどうかを計算するコンピュータを含んでよい。いくつかのCMPシステムでは、光線は、研磨パッドにおける窓を通して基板の方へ向けられる。
一態様では、研磨パッドは、研磨表面を有する研磨層、研磨層の反対の位置にある研磨層の側面上の接着層、および研磨層を貫いて延び、研磨層にモールドされた固体光透過窓を含む。固体光透過窓は、第1の横方向寸法を有する上部および第1の横方向寸法より小さい第2の横方向寸法を有する下部を有する。研磨面と同一平面上の固体光透過窓の上面、および接着層の下面と同一平面上の固体光透過窓の底面。
諸実施形態は、以下の特徴のうちの1つまたは複数を含んでよい。研磨層は、単一の層から成ってよい。除去可能なライナが接着層に広がってよい。上部は、窓の全側面上で下部を越えて横方向に突き出ていてよい。上部は、下部の横方向の寸法の2倍から4倍の大きさの横方向の寸法を有してよい。下部は上部の中心に配置されてよい。窓は円形でよく、上部および下部は同心でよい。上部は約6mmの直径を有してよく、下部は約3mmの直径を有してよい。溝は研磨面にあってよい。研磨パッドは1mmより薄い総厚さを有してよい。
他の態様では、研磨パッドを作製する方法は、研磨層に、研磨層の全体ではなく一部のみを貫いて延びる凹みを形成するステップと、研磨層および接着層を貫いて孔を形成するステップであって、孔は、凹み内に配置され、凹みの第2の横方向寸法より小さい第1の横方向寸法を有し、凹みと孔との組み合わせによって、研磨層および接着層を貫く開孔が提供されるステップと、孔に広がるように研磨層の研磨面の反対側でシールフィルムを接着層に固着するステップと、液体ポリマーを開孔の中に分配するステップと、液体ポリマーを硬化して、窓を形成するステップとを含む。
諸実施形態は、以下の特徴のうちの1つまたは複数を含んでよい。接着層は、凹みを形成する前にライナで覆われてよく、ライナは、接着層にシールフィルムを固着するために剥がし戻されてよく、接着層は、液体ポリマーが硬化された後にライナで再度覆われてよい。研磨面の上に突き出ている硬化ポリマーの一部分は除去されてよい。研磨層は、単一の層から成ってよい。凹みを形成するステップは、研磨パッドをエンボス加工するステップを含んでよい。研磨パッドをエンボス加工するステップは、研磨パッドを加熱金属片で押し付けるステップを含んでよい。孔を形成するステップは、研磨層および接着層に孔を開けるステップを含んでよい。上部は、窓の全側面上で下部を越えて横方向に突き出ていてよい。上部は、下部の横方向の寸法の1.5倍から4倍、例えば2倍の大きさの横方向の寸法を有してよい。下部は上部の中心に配置されてよい。窓は、円形でよく、上部および下部は同心でよい。研磨パッドは、1mmより薄い総厚さを有してよい。
諸実施形態は、以下の潜在的利点を含んでよい。窓と薄い研磨パッドとの間に強力な結合が形成されることが可能であり、スラリ漏れの可能性を低減し、研磨されている基板からの剪断力のために窓がパッドから引かれる可能性を低減する。さらに、研磨パッドは、とりわけ短い波長において、基板から反射されたスペクトルのウェハごとの均一性を向上させることができる。
1つまたは複数の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明で述べられている。他の態様、特徴および利点は、これらの説明および図面、および請求項から明らかになるであろう。
研磨パッドを含有するCMP装置の横断面図である。 窓を有する研磨パッドの一実施形態の上面図である。 図2の研磨パッドの横断面図である。 ライナを有する図2の研磨パッドの横断面図である。 研磨パッドを形成する方法を例示する図である。 研磨パッドを形成する方法を例示する図である。 研磨パッドを形成する方法を例示する図である。 研磨パッドを形成する方法を例示する図である。 研磨パッドを形成する方法を例示する図である。 研磨パッドを形成する方法を例示する図である。
様々な図における同様の参照符号は同様の要素を示す。
図1に示されているように、CMP装置10は、半導体基板14をプラテン16上の研磨パッド18に押さえ付けておくための研磨ヘッド12を含む。CMP装置は、参照によりその開示全体が本明細書に組み込まれている米国特許第5,738,574号に記載されているように構成されてよい。
基板は、例えば、(例えば、複数のメモリダイまたはプロセッサダイを含む)製品基板、テスト基板、裸基板、およびゲーティング基板でよい。基板は、集積回路製造の様々な段階にあってよく、例えば、基板は裸ウェハでもよく、1つまたは複数の堆積層および/またはパターン層を含んでよい。用語基板は円形ディスクおよび矩形シートを含んでよい。
研磨パッド18の有効部分は、基板に接触する研磨面24、および接着層28、例えば接着テープによってプラテン16に固着される底面22を有する研磨層20を含むことができる。接着テープおよび任意のライナ以外に、研磨パッドは、化学機械研磨プロセスに適した薄い耐久性材料で形成された研磨層20を有する単一層パッドであってよく、例えばそれから成ってよい。したがって、研磨パッドの層は、単一層研磨層20および接着層28(ならびに任意選択で、パッドが研磨プラテン上に設置されたときに除去されるライナ)から成ってよい。
研磨層20は、例えば、研磨面24上に少なくともいくつかの開いた小孔を有する発泡ポリウレタンでよく、それから成ってよい。接着層28は、両面上に接着剤、例えば感圧性接着剤を有する、両面接着テープ、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)の薄い層、例えばマイラー(登録商標)でよい。そのような研磨パッドは、日本国東京のフジボウから商品名H7000FiNの下で入手可能である。
図2を参照すると、いくつかの実施形態では、研磨パッド18は、30インチから31インチの直径に相当する15.0インチ(381.00mm)から15.5インチ(393.70mm)の半径Rを有する。いくつかの実施形態では、研磨パッド18は、42インチから43インチの直径に相当する21.0インチ(533.4mm)から21.5インチ(546.1mm)の半径を有してよい。
図3を参照すると、いくつかの実施形態では、溝26は、研磨面24において形成されてよい。溝は、研磨面を矩形の部分、例えば正方形の部分に分割する傾斜側壁を有する直交する溝の「ワッフル」パターン、例えばクロスハッチパターンでよい。
図1に戻ると、通常、研磨パッド材料は、砥粒を含んでよい化学研磨液30で濡らされる。例えば、スラリは、KOH(水酸化カリウム)粒およびフュームドシリカ粒を含んでよい。しかし、いくつかの研磨プロセスは、「研磨材なし」である。
研磨ヘッド12は、プラテンがその中心軸の周りを回転するときに研磨パッド18に対して基板14に圧力をかける。さらに、研磨ヘッド12は、通常その中心軸の周りを回転させられ、ドライブシャフトまたは並進アーム32を介してプラテン16の表面を横切って並進させられる。基板と研磨面との間の圧力および相対運動は、結果として、研磨溶液と共に、基板を研磨することになる。
光開孔34は、プラテン16の上面で形成される。レーザなどの光源36、および光検出器などの検出器38を含む光学モニタシステムが、プラテン16の上面の下に配置されてよい。例えば、光学モニタシステムは、光開孔34と光通信しているプラテン16の中のチャンバに配置されてよく、プラテンと共に回転することができる。1つまたは複数の光ファイバ50は、光を光源36から基板に、および基板から検出器38に搬送することができる。例えば、光ファイバ50は、近くにある、例えば接している幹線52、研磨パッドにおける窓40、光源36に接続された第1の脚54、および検出器38に接続された第2の脚56を有する二又光ファイバでよい。
光開孔34は、石英ブロックなどの透明な固体片で満たされてもよく(この場合、ファイバは、窓40に接していないが、光開孔内の固体片に接していてよい)、または空の孔でもよい。一実施形態では、光学モニタシステムおよび光開孔は、プラテン内の対応する凹みにフィットするモジュールの一部分として形成される。代替として、光学モニタシステムは、プラテンの下に配置される静止型システムでもよく、光開孔はプラテンを貫いて延びもてよい。光源36は、赤色光など、遠赤外線から紫外線までどこの波長をも利用することができるが、広帯域スペクトル、例えば白色光が使用されてもよく、検出器38は分光計でよい。
窓40は、上に重なっている研磨パッド18上で形成され、プラテン内の光開孔34と位置合わせされる。窓40および開孔34は、ヘッド12の並進位置に関係なく、プラテンの回転の少なくとも一部分の間、研磨ヘッド12によって保持されている基板14が見えるように配置されてよい。光源36は、少なくとも窓40が基板14に隣接している時間の間、上に重なっている基板14の表面に当たるように、開孔34および窓40を通して光線を投射する。基板から反射された光は、検出器38によって検出される合成ビームを形成する。光源および検出器は図示されていないコンピュータに結合され、このコンピュータは、検出器から測定された光度を受け取り、それを使用して、例えば、新しい層の露出を示す基板の反射性の急変を検出することによるか、干渉計原理を使用して外側層(透明な酸化物層など)から除去された厚さを計算することによるか、反射光のスペクトルを監視してターゲットスペクトルを検出することによるか、一連の測定スペクトルをライブラリからの基準スペクトルにマッチングし、基準スペクトルの指標値にフィットする一次関数がどこでターゲット値に達するかを判定することによるか、または、そうでなければ、予め決められた終点基準のための信号を監視することにより、研磨終点を判定する。
非常に薄い研磨層の中に通常の大きさの矩形の窓(例えば、2.25インチx0.75インチの窓)を入れることに関する1つの問題は、研磨中の剥離である。具体的には、研磨中の基板からの横方向の摩擦力は、パッドの側壁に窓をモールドする接着力より大きい可能性がある。
図2に戻ると、窓40は、例えば研磨中に基板によってかかかる摩擦力を低減するために、小さくてよく、例えば直径10mmより小さくてよい。例えば、窓40の上部は、直径30インチから31インチの研磨パッド18の中心から約7.5インチ(190.50mm)の距離Dに中心がある、または、直径42インチから43インチの研磨パッド42の中心から約9インチから11インチの距離Dに中心がある幅約6mmの円形部分でよい。
窓40は、ほぼ円形の形状を有してよい(例えば、矩形など、他の形状も可能である)。窓が長くされた場合、その長い方の寸法は、窓の中心を通る研磨パッドの半径と事実上平行でよい。窓40は、不ぞろいの周囲42を有してよく、例えば、周囲は同様の形状の円または矩形の周囲より長くてよい。これは、窓の研磨パッドの側壁への接触のための表面積を増大させ、それによって、研磨パッドへの窓の接着を向上させる。
図3を参照すると、窓40は、上部40aおよび下部40bを含む。上部40aおよび下部40bを含む窓40は、同種の材料のユニタリシングルピースボディでよい。下部40bは、上部40aと垂直に位置合わせされるが、横方向に(すなわち、研磨面と平行な方向に)上部40aより小さい。したがって、研磨層20の一部分は、下部40bを越えて突き出す上部40aの周辺部が、研磨層の研磨材料の縁49上で支持されるように上部40aの下に突き出す。上部40aは、窓40の全側面上で下部40bを越えて横方向に突き出ていてよい、または、任意選択で、上部40aは、窓40の2つの向かい合った側面で下部40bを越えて横方向に突き出ていてよいが、窓40の他の側面に沿って位置合わせされもてよい。下部40bを越えて突き出ている上部40aの底面は、事実上平らな面でよい。下部40bは、上部40aの中心に配置されてよく、例えば、上部40aと同心でよい。上部40aは、下部40bの横方向の寸法の1.5倍から4倍、例えば2倍の大きさの横方向の寸法を有してよい。例えば、窓40が円形である場合、上部40aは、6mmの直径を有してよく、下部40bは、3mmの直径を有してよい。
上部40aは、下部40bとほぼ同じ厚さでよい。代替として、上部40aは、下部40bより厚くても、または薄くてもよい。
窓40の下部40bは、接着層28における開孔の中に突き出ていてよい。接着層28、例えば接着テープの端面は、窓40の下部40bの側面に接していてよい。
窓は、研磨層20と接着層28との組み合わせと同じくらいの厚さでよい。窓40の上面44は、研磨面24と同一平面上にあり、窓の底面46は、接着層28の底面と同一平面上にある。
窓40の周囲は、研磨層20の内部側壁端面48に固着、例えばモールドされてよく、上部40aの底面は、上部40aの下に突き出ている研磨層20の研磨材料の縁49の上面に固着、例えばモールドされてよい。窓40と、縁49上の接続によって提供された研磨層との間の接続の増大された表面積は、より強い結合を提供することができ、スラリ漏れの可能性を低減し、研磨されている基板からの剪断力のために窓がパッドから引かれる可能性を低減することができる。
図4を参照すると、プラテン上での設置の前に、研磨パッド18はまた、研磨パッドの底面22上の接着層28に広がるライナ70を含んでよい。ライナは、圧縮できない、一般に流体不浸透性の層、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、例えばマイラー(商標)でよい。使用中に、ライナは、研磨パッドから手動で剥離され、研磨層20が接着層28でプラテンに貼り付けられる。しかし、ライナは、窓40に広がるのではなく、窓40の下部40bの領域においておよびそのすぐ周囲で、例えば直径約1cmから4cmの領域において除去されて、孔72を形成する。
研磨パッド18は、非常に薄く、例えば2mmより薄く、例えば1mmより薄い。例えば、研磨層20、接着層28、およびライナ70の総厚さは、約0.8mmまたは0.9mmでよい。研磨層20は、厚さ約0.7mmまたは0.8mmでよく、接着層28およびライナ70は、さらに約0.1mmを提供する。溝26の深さは、研磨パッドの深さの約半分、例えばおよそ0.5mmでよい。
ライナ70以外に、任意選択の窓裏当て片74が窓40に広がるように孔72に配置されてもよく、窓40のすぐ周囲の接着層28の一部分に固着されてもよい。裏当て片74は、ライナ70と同じ厚さでもよく、またはライナ70より薄くてもよい。裏当て片74は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、例えばテフロン(登録商標)、または別のノンスティック材料でよい。
研磨パッドを製造するために、図5によって示されているように、最初に研磨層20が形成され、研磨層20の底面が圧力感応性接着層28およびライナ層70で覆われる。溝26は、圧力感応性接着層28およびライナ層70の接着の前にパッドモールディングプロセスの一部分として研磨層20において形成されてもよく、またはパッドが形成され、ライナが接着された後に、研磨層20に切られてもよい。
図6に示されているように、凹み80は、研磨層20の研磨面24にエンボス加工される。図示されているように、凹み80は、研磨層20を部分的にしかし全体的にではなく貫いて延びる。凹み80は、1つまたは複数の溝26に重なってもよい。凹み80は、窓の所望の上部40aと同じサイズの金属部品、例えば、鉄、鋼鉄、またはアルミニウム片を加熱することによりエンボス加工されてよい。金属部品は、約375°Fから425°Fに加熱されてよい。そのような加熱要素は、単に従来のはんだごてに所望の形状の金属部品を取り付けることにより構成されてよい。次いで、熱い金属部品は、研磨層20の上面に押し入れられ、エンボス加工された領域における研磨層20を融解および圧縮し、それによって凹み80を形成する。圧縮および加熱はまた、細孔を潰して、より圧縮された、より低多孔性の材料を生成する傾向がある。
図7に示されているように、凹み80が上面に形成された後に、孔82が、研磨層20、接着層28、およびライナ70を含むパッド全体を貫いて開けられる。孔82は、凹み80の底部において開けられ、凹み80より小さい横方向の寸法を有する。孔82は、窓40の下部40bを提供する。孔82は、例えば機械プレスによって、パッドの上(すなわち、研磨面を有する側)から開けられてよい。これは、孔82の位置が凹み80とより正確に位置合わせされることができるようにする。
図8に示されているように、ライナ70の一部分は、接着層28から剥離される。ライナ70は、研磨パッドから完全に剥離されなくてもよい。剥離されたライナの一部分は、孔82の周囲の接着層28の底面を露出する。開孔72は、ライナ70に、例えばライナ70を貫いて開けられた孔を取り囲む領域において切られてよいが、このステップは、後で実行されてもよい。
さらに、ノンスティックシールフィルム84が、孔82に広がるように接着層28に接着される。シールフィルムは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルム、例えばテフロン(登録商標)でよい。シールフィルム84は、窓のためのモールドの底面として役立つ。シールフィルムは、洗浄される、例えばエタノールでぬぐわれることが可能である。
図9に示されているように、液体ポリマーが用意され、開孔80および孔82の中に移送され、次いで硬化されて窓40を形成する。ポリマーはポリウレタンでよく、いくつかの成分の混合物から形成されてよい。一実施形態では、ポリマーは、2parts Calthane A2300および3parts Calthane B2300(カリフォルニア州ロングビーチのCal Polymers,Inc.から入手可能)の混合物である。液体ポリマー混合物は、開孔に入れられる前に、例えば15〜30分間、ガス抜きされてよい。ポリマーは、約24時間室温で硬化されてもよく、または硬化時間を低減するためにヒートランプもしくはオーブンが使用されてもよい。硬化窓40が最初に研磨面の上に突き出ている場合は、窓は、例えばダイヤモンド調整ディスクによる研磨によって、研磨面と同一平面上にあるように高さを合わされてよい。
図10を参照すると、シールフィルム84は、窓40の硬化が完了した後に接着層28の底面から除去されてよい。これは、窓40の底面が接着層28の底面と同一平面上にあるようにする。
次に、ライナ70は、接着層28上で、窓40の底部40bを取り囲むライナ70における開孔72と取り替えられてよい。代替として、窓裏当て片74は、ライナの孔72に配置されてもよい。次いで、研磨パッドは、例えば密封プラスチックバッグに入れて、顧客への出荷のために読み取られるである。上記で論じられたように、顧客がパッドを受け取ったとき、顧客はライナ70(および存在する場合は窓裏当て片)を除去し、次いで、接着層28を使用してプラテン上に研磨パッドを接着することができる。
溝26が開孔80を横切る場合は、液体ポリマーが開孔の中に移送されるときに、液体ポリマーの一部分が溝26に沿って流れることができる。ポリマーの一部は、溝の中への突出部を形成するように開孔80の端面を通り越して延びてよい。硬化された場合、これらの突出部は、窓の研磨パッドへの結合をさらに向上させる。さらに、十分な液体ポリマーが提供された場合、液体ポリマーの一部分は、研磨層の上面を流れることができる。さらに、硬化された場合、研磨面を覆っているポリマーの一部分は、窓の研磨パッドへの結合を向上させることができるが、上記で論じられたように、研磨面の上に突き出している窓40の一部分は、窓の上面が、研磨面と同じ高さになるように除去されてよい。
他の実施形態では、窓40の上面44は、研磨面24と同一平面上にあってよく、窓の底面46は研磨層20の底面と同一平面上にあってよい。この場合、窓は、研磨層20と同じくらい深くてよい。この代替的実施形態では、製造プロセスは、下部40bの周囲の接着層の一部分を除去すること、研磨層の底部に対して直接シールフィルムを配置すること、開孔を液体ポリマーで満たし、硬化して窓を形成すること、および、次いで、シールフィルムを除去することによって、変更されよう。
いくつかの実施形態について説明したが、本発明はそのように限定されない。例えば、簡単な円形の窓が説明されているが、窓は、矩形、楕円形、または星形など、より複雑でもよい。窓の上部は、底部の1つまたは複数の面を通り越して突き出してもよい。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な他の変更が加えられてもよいことが理解されるであろう。したがって、他の実施形態も添付の特許請求の範囲の範囲内にある。

Claims (13)

  1. 研磨パッドを作製する方法であって、
    研磨層の一領域を圧縮し且つ研磨層に凹みを形成するために、前記領域の表面を押圧し且つ加熱するステップであって、前記凹みは、前記研磨層に垂直な方向に部分的に延びるが前記研磨層を完全には貫かず、前記凹みは、第1の横方向の寸法を有する、ステップと、
    前記研磨層および接着層を貫通する孔を形成するステップであって、前記孔が、前記凹み内に配置されていて、前記凹みの第1の横方向の寸法より小さい第2の横方向の寸法を有し、前記凹みと孔との組み合わせによって前記研磨層および接着層を貫く開孔が提供されるステップと、
    前記孔に広がるように前記研磨層の表面の反対側でシールフィルムを前記接着層に固着するステップと、
    液体ポリマーを前記開孔の中に分配するステップと、
    前記液体ポリマーを硬化して窓を形成するステップと
    を含む方法。
  2. 前記凹みを形成する前に前記接着層をライナで覆い、前記ライナを剥がして前記接着層に前記シールフィルムを固着し、前記液体ポリマーが硬化した後に前記ライナで前記接着層を再度覆うステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記表面の上に突き出ている硬化ポリマーの一部分を除去するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記研磨層は単一の層から成る、請求項1に記載の方法。
  5. 前記研磨層の表面を押圧し且つ加熱するステップは前記研磨層を加熱金属片で押し付けるステップを含む、請求項1に記載の方法。
  6. 前記孔を形成するステップは、前記研磨層の前記研磨表面側から前記研磨層および前記接着層に貫通孔を開けるステップを含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記窓は、前記凹みにある上部と前記孔にある下部とを含み、前記上部は前記窓の全側面上で前記下部を越えて横方向に突き出ている、請求項1に記載の方法。
  8. 前記上部の横方向の寸法は前記下部の横方向の寸法の2倍〜4倍大きい、請求項7に記載の方法。
  9. 前記研磨パッドの全体の厚さは1mm未満である、請求項1に記載の方法。
  10. 前記下部が前記上部の中心に配置される、請求項7に記載の方法。
  11. 前記窓は円形であり、前記上部と下部とは同心である、請求項10に記載の方法。
  12. 前記上部の直径は約6mmであり、前記下部の直径は約3mmである、請求項11に記載の方法。
  13. 前記研磨層の表面内に溝を形成するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
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