JP6676640B2 - Ｕｖ硬化性ｃｍｐ研磨パッド及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、化学機械研磨に用いられる研磨パッドに関する。

集積回路は通常、シリコンウエハ上に導電層、半導電層、又は絶縁層を連続的に堆積することによって、基板上に形成される。様々な製造プロセスにおいて、基板上の層を平坦化することが求められる。例えば、特定の用途、例えば金属層を研磨してパターン層のトレンチにビア、プラグ、及びラインを形成する場合に、パターン層の上面が露出するまで上位層が平坦化される。他の用途、例えば、フォトリソグラフィにおいて誘電体層が平坦化される場合に、下位層の上に所望の厚みが残るまで上位層が研磨される。

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、認知された平坦化方法の１つである。この平坦化方法では、典型的に、基板がキャリアヘッドに装着されることが必要になる。通常、基板の露出面が、回転する研磨パッドに接するように配置される。キャリアヘッドは、基板に制御可能な負荷をかけ、基板を研磨パッドに押し付ける。パッドと基板との間の境界に研磨化学溶液を供給するために、研磨粒子を有するスラリ等の研磨液が、通常、研磨パッドの表面に供給される。スラリが、ＫＯＨなどの化学反応剤を含有していてもよい。

化学機械研磨プロセスの１つの目的は、研磨均一性である。基板の異なるエリアが異なるレートで研磨された場合、基板の幾つかのエリアから材料が過剰に除去される（「過剰研磨」）又は材料の除去が少なすぎる（「研磨不足」）可能性がある。化学機械研磨処理は、高い研磨レートのほかに、小スケールの粗さがなく、不良が最小限であり、平坦な即ち大きなスケールのトポグラフィがない、研磨された基板表面をもたらすことが望ましい。

研磨パッドは通常、ポリマー（例えば、ポリウレタン）材料を型成形、鋳造、又は焼結することによって作られる。反応射出成形又はキャストウレタンは、二以上の反応性化学物質を、適切な比率で液体状態で混合することを含み得る。例えば、第１の反応性化学官能末端基（例えば、イソシアネート（ｉｓｏｃｙｎａｔｅ））を含有する第１のプレポリマーを、別の反応性化学官能末端基（例えば、ポリオール）を有したより低い分子量材料を含有する、対応する第２のプレポリマーと、反応させ得る。第１の反応性化学官能末端基と別の反応性化学官能末端基とのこのような化学反応により、化学物質の「フェイジング（ｐｈａｓｉｎｇ）」、即ち固体生成物の形成が可能となる。

型成形の場合、研磨パッドは、例えば射出成形によって１つずつ作製され得る。鋳造の場合、液状前駆体が鋳込みされてケーキに硬化され、次に個々のパッド片にスライスされる。これらのパッド片を次に加工して、最終的な厚さにすることができる。溝が、研磨面に機械加工されるか或いは射出成形プロセスの一部として形成することができる。

平坦化に加えて、研磨パッドはバフ仕上げ等の仕上げ工程に使用することができる。

本書に記載の方法及びシステムにより、研磨パッド製造に用いるプロセスの調整可能性が高まる。例えば、ＣＭＰ研磨パッドの形成に用いる反応混合物に、無機粒子（例えば、ナノ粒子）などの部分（ｍｏｉｅｔｙ）が添加され得る。ＣＭＰ研磨パッドは一般に、十分な機械的一体性、化学的抵抗性（即ち、ＣＭＰ研磨で用いる化学物質に耐え、劣化、剥離、膨れ、反りを生じない）、及び、スラリを含有する水性の研磨剤がパッド表面を濡らすことができるよう十分な親水性を有する。

機械的には、ＣＭＰ研磨パッドは、研磨される材料に応じて、研磨中に断裂に抵抗する十分な強度を有し、許容できるレベルの硬度と平面率（ｍｏｄｕｌｕｓ ｆｏｒ ｐｌａｎａｒｉｔｙ）、及び研磨中の余分なパッド摩耗を防ぐ良好な研磨耐性を有し、濡れても機械的特性を維持できるべきである。

一態様では、化学機械研磨パッドの製造方法は、アクリレート官能基を含有するポリマー前駆体をモールドに導入すること、及び、研磨粒子と光開始剤とをポリマー前駆体中に供給して混合物を形成すること、を含む。混合物がモールドの底部プレートと上部カバーとの間に収容されている間、モールドの透明な部分を通じて、混合物を紫外線放射に晒し、ポリマー前駆体にラジカルを形成させる。方法は、ラジカルを互いに架橋させることにより、ポリマー前駆体からポリマーマトリクスを形成することを含む。研磨層は、研磨粒子が分散したポリマーマトリクスを含む。

実施態様は、以下の特徴の一以上を含み得る。ガスの存在下、ポリマー前駆体、研磨粒子、及び光開始剤を混合する。混合は、混合物中にガスの気泡を発生させるのに十分な速さで実施される。気泡を研磨層中に閉じ込めるために、即座に混合物を紫外線放射に晒す。ポリマー前駆体、研磨ナノ粒子、光開始剤、の混合前に気泡をポリマー前駆体に導入する。ポリマー前駆体の混合直後に、混合物を放射に晒す。混合物を紫外線放射に晒す前に、混合物にポロゲンを導入し、研磨層にポアを設ける。紫外線放射はポリマー前駆体からラジカルを生じさせ、ラジカルの架橋によってポリマー前駆体が硬化する。アクリレート官能基を含有するポリマー前駆体は、アクリレートオリゴマー又は反応性のアクリレートモノマーを含み、架橋は、アクリレートオリゴマー又は反応性アクリレートモノマー中の不飽和の炭素‐炭素結合間で生じる。ポリマー前駆体は、５４−９８．５ｗｔ％のポリウレタンアクリレートオリゴマー、及び０−３０％のアクリレートモノマーを含み、研磨粒子は、１−１０％のセリアナノ粒子を含み、開始剤は０．５−５％の光開始剤を含む。混合物を紫外線放射に晒すことは、混合物をまず第１の波長帯域の紫外線放射に晒し、次いで、混合物を、第１の波長帯域よりも短い波長を有する第２の波長帯域の紫外線放射に晒すことを含む。熱開始剤及び混合物が、熱開始剤を活性化するのに十分な温度に晒される。研磨粒子は、５ｎｍ〜５０ミクロンの寸法を有し、ＳｉＯ_２、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３ ＢａＴｉＯ_３、ＨｆＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、又はＣａＣＯ_３のうちの一以上を含む。混合物を赤外線（ＩＲ）放射に晒し、熱開始剤を用いて、ポリマー前駆体の硬化を開始させる。熱開始剤は混合物中で気泡を発生させるように構成されており、気泡を閉じ込めて、研磨層中に空隙を生じさせる。粒子の表面には、界面活性剤が配置されている。界面活性剤は、混合物中での粒子の沈降を低減する。

別の態様では、システムが、幅を有するコンベヤベルトと、モールドの底部プレートと上部カバーとの間でポリマー前駆体を保持するように構成されたモールドとを含み、モールドはコンベヤベルトによって支持され移送されるように構成されており、モールドはコンベヤベルトの幅よりも小さい幅を有する。ポリマー前駆体、研磨粒子、及び開始剤を含む混合物をモールド中に供給するディスペンサ、コンベヤベルトの幅にわたって取り付けられた放射源のアレイ、モールド上の、ＵＶ透過性の部分を有する上部カバーが設けられ、このＵＶ透過性の部分を放射源アレイからの放射が通過してモールド中の混合物を硬化し、研磨層の厚み全体が形成される。上部カバーは、混合物の、放射源アレイに直面している表面上に、水平な外形を作成するように構成されている。底部プレート及び上部カバーから研磨層を分離するように構成された装置も設けられる。

実施態様は、以下の特徴の一以上を含み得る。放射源アレイは紫外線（ＵＶ）放射源を含み、放射源アレイは、コンベヤベルトの移動方向に沿って、鉄ドープ（Ｄ）バルブのアレイの前のガリウムドープ（Ｖ）バルブのアレイを含む。放射源アレイは、赤外線（ＩＲ）源を含む。

別の態様では、化学機械研磨パッドの製造方法が、ポリマー前駆体をモールド導入すること、及び、研磨粒子と光開始剤とをポリマー前駆体中に供給して混合物を形成すること、を含む。モールドの底部プレートと上部カバーとの間に混合物が収容されている間、モールドの透明な部分を通じて、混合物を紫外線放射に晒し、ポリマー前駆体を硬化して研磨層の厚み全体を形成する。研磨層は、研磨粒子が分散したポリマーマトリクスを含む。方法は、底部プレート及び上部カバーから研磨層を分離することを含む。

実施態様は、以下の特徴の一以上を含み得る。研磨粒子を供給することは、ポリマー前駆体がモールド内にある間、研磨粒子をポリマー前駆体中に導入することを含む。研磨粒子を供給することは、混合物中で反応して研磨粒子を形成する無機前駆体を導入することを含む。ポリマー前駆体は、ポリウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、又はポリエーテルアクリレートを含む。架橋は、アクリレートオリゴマー又は反応性アクリレートモノマー中の不飽和の炭素‐炭素結合間で生じる。上部カバーを用いて、混合物の、紫外線放射に最も近い表面上に水平な外形を作成する。本発明の一以上の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の記載で説明する。本発明の他の特徴、目的及び利点は、これらの記述及び図面から、並びに特許請求の範囲から明らかとなろう。

様々な図面における同じ参照符号は同じ要素を示す。
図１Ａは例示的な研磨パッドの概略断面側面図であり、図１Ｂは例示的な研磨パッドの別の例の概略断面側面図であり、図１Ｃは例示的な研磨パッドの更に別の例の概略断面側面図である。 化学機械研磨ステーションの部分的断面である概略側面図である。 図２Ａはモールドの上面図であり、図２Ｂはモールドの側面図である。 研磨パッド製造システムの概略断面側面図である。

図１Ａ〜１Ｃを参照すると、研磨パッド１８は研磨層２２を含む。図１Ａに示すように、研磨パッドは、研磨層２２で形成された単一層パッドであり得るか、或いは図１Ｃに示すように、研磨パッドが、研磨層２２と少なくとも１つのバッキング層２０を含むマルチレイヤパッドであり得る。研磨層２２は、研磨プロセスにおいて不活性な材料であり得る。研磨層２２の材料は、ポリウレタンアクリレート、ポリエポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、又は、ポリカーボネート、ナイロン、ポリスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）コポリマー、ポリエーテルイミドのアクリレート、又はポリアミドなどのポリマー材料であり得る。一般に、研磨層２２の材料は、アクリル部分又はＵＶ放射で架橋できる何らかの他の種を含み得る。幾つかの実装態様では、研磨層２２は比較的強く、硬い材料である。

研磨層２２は、均一な組成の層（図１Ａに示すような）であり得るか、或いは、研磨層２２が、プラスチック材料、例えば、ポリウレタンアクリレート、ポリエポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、又は、ポリカーボネート、ナイロン、ポリスルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）コポリマー、ポリエーテルイミドのアクリレート、又はポリアミドのマトリクス２９中に保持された、研磨粒子２８（図１Ｂに示すように）を含んでもよい。

研磨粒子２８は、マトリクス２９の材料よりも硬いものであってよい。研磨粒子２８は、研磨層の０．０５〜７５重量％であってよい。研磨粒子の材料は、セリア、アルミナ、チタニア、シリカ、ＢａＴｉＯ_３、ＨｆＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＣＯ_３などの金属酸化物、又はそれらの組み合わせ、ポリマー、金属間化合物又はセラミックスであり得る。研磨粒子は、プリフォーム粒子（例えば、ナノ粒子）としてポリマー前駆体溶液に直接添加されるか、或いは、それらが、所望の粒子を得る無機ゾル‐ゲル反応の無機前駆体として導入されてもよい。例えば、塩化チタン及びチタンエトキシドなどの無機前駆体が反応させられてＴｉＯ_２粒子を形成してもよい。無機前駆体の使用はプリフォーム粒子（例えば、ナノ粒子）の使用よりも低コストであり、研磨層の製造コスト削減の一助となり得る。

研磨パッド１８は、８０ミル以下、例えば５０ミル以下、例えば２５ミル以下の厚さＤ１を有し得る。研磨層はコンディショニング処理により摩耗しやすいので、その厚さは、研磨パッド１８に例えば３０００回の研磨及び調整サイクルの有用な寿命がもたらされるように選択され得る。

図１Ｄを参照すると、ＣＭＰ装置の研磨ステーション１０において、一以上の基板１４が研磨され得る。適切な研磨装置が米国特許第５，７３８，５７４号明細書に記載されている。研磨ステーション１０は回転可能なプラテン１６を含み得、プラテン１６上に研磨パッド１８が配置される。研磨ステップの間、研磨液３０、例えば研磨スラリが、スラリ供給ポート又は組み合わされたスラリ／リンスアーム３２によって、研磨パッド１８の表面に供給され得る。研磨液３０は、研磨粒子、ｐＨ調節剤、又は化学活性成分を含み得る。

基板１４は、キャリアヘッド３４によって研磨パッド１８に当接して保持される。キャリアヘッド３４は支持構造、例えば回転台から吊るされ、キャリアドライブシャフト３６によってキャリアヘッドの回転モータに接続されており、これによりキャリアヘッドが軸３８を中心として回転することができる。研磨液３０の存在下での研磨パッド１８と基板１４の相対的な動きにより、基板１４が研磨される。

図２Ａは、ＣＭＰ研磨層の製造に適したモールド１００の上面図を示す。パッドは１度に１つ、又はケーキとして作製され得る。

ケーキとして作製される研磨パッドでは、ケーキがスライスされて形成される個々のパッドが最終的な厚さに機械加工され、更に、パッドに溝が機械加工され得る。型成形で作製される研磨パッドでは、溝が、モールド中に共形な構造を設けることによって、或いはパッド形成後に機械加工することによって、型成形プロセスの一部で形成され得る。

例えば、研磨表面２４の少なくとも一部分に形成された溝２６（図１Ａ−１Ｃ）がスラリを担持し得る。溝２６は、例えば同心円、直線、斜交平行、螺旋等のほぼいかなるパターンのものであってもよい。溝がある場合、研磨面２４、即ち溝２６間のプラトーは、研磨層２２の水平表面積全体の約２５〜９０％であり得る。従って、溝２６は、研磨パッド１８の水平表面積全体の１０〜７５％を占め得る。溝２６間のプラトーは、約０．１〜２．５ｍｍの横幅を有し得る。

顕微鏡スケールでは、研磨層２２の研磨面２４は、例えば２〜４ミクロンｒｍｓの粗い質感の表面を有し得る。例えば、研磨層２２に研削又はコンディショニング処理を施して、粗い質感の表面を生成することができる。

研磨面２４は微視的なスケールでは粗くてよいが、研磨層２２は研磨パッド自体の巨視的なスケールでは良好な厚さ均一性を有し得る（この均一性は、研磨層の底面に対する研磨面２４の高さの全体的な変動のことをいい、研磨層に意図的に形成されたいかなる巨視的な溝又は貫通孔をも含むものではない）。例えば、厚さの非均一性が１ミル未満であり得る。硬化するＣＭＰパッド材料は、パッド材料の厚さが５ミルの許容誤差内であれば、ＣＭＰ研磨パッドとして使用され得る。そうでない場合、硬化したパッドはこの厚さへと機械加工され得る。正しい厚さを有するパッドは、それ自体ＣＭＰ研磨パッドとして使用され得るか、或いは、より柔らかいサブパッドもしくはバッキング層に接着されてもよい。

バッキング層は、ボイドを有するポリウレタン又はポリシリコン等のオープンセル又はクローズセル発泡体であってよく、これにより加圧下でセルがつぶれ、バッキング層が圧縮される。適切なバッキング層の材料は、コネチカット州ロジャースのロジャース社のＰＯＲＯＮ４７０１−３０、又はＲｏｈｍ＆Ｈａａｓ社のＳＵＢＡ−ＩＶである。バッキング層の硬度は、層材料と空隙率を選択することによって調節可能である。バッキング層はまた、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ゴム、ニトリル、又はポリクロロプレン（ネオプレン）で形成され得る。或いは、研磨層と同じ前駆体から形成され同じ空隙率を有するバッキング層２０（図１Ｃに示す）が、硬化度が異なるため異なる硬度を有する。

研磨層はまた、多様な微細構造、質感、及びフィラーを含有し得る。図２Ｂは、研磨層を作製可能なモールド１００の側面図を示す。図示の実施態様で、研磨層は一度に１つ作製される。モールド１００は、基部１０２（又は底部カバー）と、予め形成された、研磨層の形成を可能にする突起１０４とを有する。モールド１００は、周壁１０８によって境界付けられており、周壁１０８は、混合物が放射を用いて硬化される前にモールド１００が液相のポリマー前駆体混合物を保持することを可能にする。ポリマー前駆体混合物は、モールド１００中の、突起１０４によって分離された間隙１０６を満たし得る。

ある実施形態では、モールド１００が、７５０ｍｍよりも大きい（例えば、７７０ｍｍよりも大きい、７７４ｍｍよりも大きい）直径１１６を有し得る。各突起１０４の幅１１０は約４５０μｍであり得、各突起の高さ１１２は７４０μｍであり得る。図２Ａに示すように、突起は、直径が異なる一連の同心円として３ｍｍのピッチで径方向に離間していてよい。周壁１０８は、０．１２５インチの高さを有するパッドを製造するのに十分な高さ（即ち、０．１２５インチを上回る高さ）を有し得る。次いで、パッドは０．１インチまで機械加工され得る。一般に、パッド（従って周壁１０８）の高さは、固定の高さのために設計され得る現在のツール設計によって、決定づけられる。理論上、寿命のより長いより厚いパッドを製造するために、周壁１０８の高さをより高くすることができる。次いで、厚くしたパッドに適合するためにツールの厚さが調節され得る。ある実施形態では、周壁１０８が０．２５インチ厚さであり得る。一般に、周壁の高さは、ポリマー配合物をいかに効率的に硬化できるかによって決定づけられる。周壁１０８は２−３インチの高さであり得る。一般に、適切な逆デザインのモールドを用いて、任意のデザインのパッド／研磨層が形成可能である。

幾つかの実装態様では、研磨層は、ポア、例えば小さなボイドを含む。ポアは、５０〜１００ミクロンの幅であってよい。研磨層内のポアは、研磨層内でスラリを局所的に保持するのに有用であり得る。

空隙は、ガス、例えば空気又は窒素の存在下、気泡を発生させるのに十分な速さで、ポリマー前駆体、開始剤、及び粒子（「配合物」）を含有する粘性の混合物を混合することにより、最終的な硬化した材料中に達成され得る。この直後、ＵＶ硬化がなされて気泡を閉じ込める。例えば、「十分な速さ」は、気泡が逃げ得る前にＵＶ硬化が行われることを意味し得る（配合物の粘度に依存する）。ある実施形態では、ＵＶ硬化が、ガスが導入された後１分未満又は可能な限りすぐに（即ち、遅延なく）行われる。

或いは、不活性ガス（窒素など）の小さな泡が配合物に導入され、混合されてすぐに硬化し得る。ポアは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、中空粒子／ミクロスフェア（５ｎｍ‐５０μｍのサイズ）、例えば、ゼラチン、キトサン、Ｓｉ_３Ｎ_４、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのポロゲン、メソポーラスナノ粒子、カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）、マクロポーラスヒドロゲル、及びエマルションミクロスフェア、を加えることにより、達成され得る。ほとんどの酸化物ナノ粒子（例えば、シリカ）は、幾つかのポリマーを添加し次いでポリマーをバーンオフすることによって、メソポーラスとなり得る。シリカはプロセス中に分解しないのでポアが残される。メソポーラスとは、２−５０ｎｍの寸法を有するポアを意味し得、マクロポーラスは、典型的には＞１００ｎｍの寸法を有するポアを意味し得る。ミクロポーラスは、２ｎｍ未満の寸法を有するポアを意味し得る。ＰＥＧなどのポロゲンが用いられる場合、ポアのサイズは、ポロゲンの分子量、例えばＰＥＧの分子量を変化させることによって制御できる。ポロゲンはまた、ポリマーマトリクス中に均等に分布している必要がない。言い換えれば、ポアの均質な分布が不要である。

配合物中のナノ粒子の存在により、配合物の硬化後に多機能なＣＭＰ研磨パッドが作製される。「多機能」は、様々な機能を有すること、又は、他の別個の成分の機能を研磨パッド中に直接的に統合することによって、それらの他の（別個の）成分を拡張可能とすることを意味し得る。例えば、セリアナノ粒子がＣＭＰ研磨パッド内に組み込まれ、これらのナノ粒子が選択的に露出される場合には、ＣＭＰスラリ中の研磨剤としての使用を意図したセリアナノ粒子はなくてもよい。例えば、配合物が、ＣＭＰ処理中に化学反応して、研磨される基板の層に所望の変化をもたらすことのできる粒子を含んでもよい。

研磨パッドのＣＭＰ処理に用いられる化学反応の例としては、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、のうちの一以上を含む、１０−１４の塩基性ｐＨレンジ内で生じる化学プロセス、並びに、スラリの製造に用いられるその他の独自の（ｐｒｏｐｒｉｅｔａｒｙ）化学プロセス、を含む。酢酸、クエン酸などの有機酸を含む、２−５の酸性のｐＨレンジ内で生じる化学プロセスがＣＭＰ処理で用いられてもよい。過酸化水素を含む酸化反応も、ＣＭＰ処理で用いられる化学反応の例である。研磨粒子は、機械的研磨機能をもたらすためにのみ用いられ得る。粒子は、最大で５０μｍ、例えば１０μｍ未満、例えば１μｍ未満のサイズを有し得、粒子は異なるモルフォロジを有していてもよく、例えば、粒子が丸みを帯びていてもよく、細長くてもよく、ファセットつきであってもよい。

図２Ｃは、モールド１００が研磨パッドの製造にどのように用いられるかを示す。本書に記載の方法及びシステムの利点は、モールド中で混合（「ワンポット合成」）されるポリマー前駆体、開始剤、任意のポロゲン、及び粒子を含む配合物の能力であり、利便性の向上と製造容易性が高まる。モールド１００は、高スループットの製造のために、少なくともモールド１００の直径１１６と同じくらいの大きさの幅（図の平面内へ向かう次元）を有するコンベヤベルト１３０に載せられ支持される。複数のモールド１００がコンベヤベルト１３０上で連続的に処理され得る。

ポリマー前駆体、粒子、及び開始剤を含有する配合物１２８がモールド１００を満たす。ポリマー前駆体は、ポリウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、及びポリエーテルアクリレートなどのＵＶ硬化性アクリレートを含み得る。ＵＶ硬化性アクリレート系配合物は、アクリレートオリゴマーと反応性のアクリレートモノマーとの両方を含み得る。モノマーは、オリゴマーよりも低い粘度を有し得、光開始剤として機能する。例えば、モノマーは薄剤か、又は希釈剤であってもよい（即ち、そのようなモノマーが混合されるとより高粘度のオリゴマーの粘度を低下させるよう、より低い粘度を有する別のアクリレート部分）。

反応性の官能基（例えば、イソシアネートとポリオールとの）間の化学反応に依存する配合物とは対照的に、ＵＶ硬化性アクリレートは化学反応してアミド結合を形成しない。これらのＵＶ硬化性アクリレートはむしろ、ＵＶ放射に晒されるとラジカルを形成し、アクリレートラジカル間の反応が架橋プロセスを生じさせる。アクリレート成分は、不飽和の炭素‐炭素二重結合を通じてラジカルを形成する。アクリレートの架橋は、これらの炭素‐炭素二重結合の架橋により生じる。一般に、イソシアネートとポリオールはＵＶ硬化なしに化学反応する。ＵＶ架橋反応により、無機粒子が配合物中に埋め込まれることが可能となるが、化学反応性のイソシアネート−ポリオールは最適なパフォーマンスを生じないか或いはほとんど生じない。イソシアネートが、典型的に無機粒子を覆っている界面活性剤と反応し、ウレタン反応を妨げまたプロセス中に無機粒子に干渉するからである。ある実施形態では、インクジェットプリンタで使用するインク顔料を均質化するのに用いられる装置と同様、粒子の凝集を防止するために配合物が連続的に攪拌される。更に、混合物の連続攪拌により、研磨粒子の前駆体中の適正に均一な分布が保証される。これにより、粒子の研磨層全体のより均一な分布につながり、研磨均一性も向上し得る。ある実施形態では、粒子の沈降を最小限に抑え粒子が均等に分布することを保証するために、配合物の粘度が慎重に調整される。更に、配合物中の粒子を安定化するために界面活性剤が粒子に組み込まれ得る。界面活性剤の例としては、アルカンチオール及びポリアルキレングリコールが含まれる。

配合物１２８に導入され得る粒子は、ＳｉＯ_２、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３ ＢａＴｉＯ_３、ＨｆＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＣＯ_３を含む。これらの粒子はナノ粒子であってよく、或いは、より一般的に、５ｎｍ〜５０μｍの範囲のサイズにわたっていてよい。

研磨層の機械的特性も精密に調整され得る。例えば、パッドの柔らかさ及び硬さは、イソシアネート対ポリオールの比を制御することによって調節され得る。イソシアネートの比率が高いほど硬さが増し、ポリオールの比率が高いほど柔らかさが増す。同様に、弾性率（ｍｏｄｕｌｕｓ）、引張強度、印裂強度、破断伸びなどの機械的特性、及びガラス転移温度（Ｔ_ｇ）などの特性が組み合わせて調整され得る。例えば、ポリウレタンアクリレートの作製において、イソシアネート及びポリオールをまず所望の量で反応させて、選択された硬度を有するオリゴマーを得、その後ポリウレタンオリゴマーにアクリレート基を導入し、ポリウレタンアクリレートを形成して、次いでこれをＵＶ硬化して架橋し、固体のパッド／研磨材料を形成する。様々な機械的特性はまた、一よりも多いポリウレタンアクリレートオリゴマーを、架橋密度を更に増大させる反応性のアクリレートモノマー（又は希釈剤／薄め剤）と混合することによっても調整され得、これにより例えば、Ｔ_ｇが上昇して対応する機械的特性が変化する。

硬化物のモールド１００からの抜き出しを容易にするために、ＵＶ硬化性配合物１２８がモールド１００中に配置される前に、離型剤（例えば、ポリエチレンワックス、シリコーンオイル）が、例えばモールドにスプレー塗布することでモールドに添加されてもよい。モールド１００をＵＶ硬化性配合物１２８で満たす際に、放射源１２０に面する平坦な上面１３４を得るために、配合物はモールド１００内でレベリングされ得る。配合物をレベリングするため及びモールド１００の上部を覆うため、薄い、ＵＶ透過性の材料で作製された上部カバー１２６が用いられ得る。上部カバー１２６は可能な限り薄く、例えば、２−１０ミルであってよい。上部カバー１２６はフッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）コーティング、例えばテフロンコーティングを有した石英製であってよい。この上部カバー１２６はカバー材料を提供し、レベリング工程を補助する。上部カバー１２６は、硬化中の配合物１２８の攪乱（例えば気流／排気ファンからの）の防止も支援し得る。

放射源１２０はＵＶランプを含み得る。ＵＶランプは、コンベヤベルト１３０の幅、或いは少なくともモールド１１０の直径１１６を覆うのに十分な幅（図の平面内へ向かう次元）を有したアレイ状に配置され得る。放射源１２０は、続けて使用される複数のＵＶランプ１２２及び１２４を含み得る。例えば、図２Ｃで、モールド１００が矢印１３２で示す方向に移動する際、モールド１００中の配合物は、まずＵＶランプ１２２から発せされる放射と相互作用し、その後ＵＶランプ１２４から発せられる放射と相互作用する。ある実施形態では、ＵＶランプ１２２及び１２４が、コンベヤベルト１３０の移動方向に直角に配置されたＵＶランプのアレイにそれぞれ配置される。

例えば、電極のないバルブ（ガリウムドープ（Ｖ）バルブ及び鉄ドープ（Ｄ）バルブなど）が用いられる場合、ＵＶランプ１２２は、そのようなＶ−ＵＶバルブのアレイの形態のＶ−ＵＶバルブであろう。一方、ＵＶランプ１２４はそのようなＤ−ＵＶバルブのアレイの形態のＤ−ＵＶバルブであろう。ＵＶランプのアレイは、コンベヤベルトの幅（図の平面内へ向かう次元）を覆い得る。Ｖ−ＵＶバルブは、Ｄ−ＵＶバルブよりも長い波長を有する放射を出射する。より長い波長の放射は、モールドの底部カバー近くの配合物を硬化させる助けとなるが、より短い波長放射は、配合物の上部カバーにより近い部分を硬化する。或いは、ＵＶランプ１２２が、そのようなＤ−ＵＶバルブのアレイの形態のＤ−ＵＶバルブであってもよい。一方、ＵＶランプ１２４はそのようなＶ−ＵＶバルブのアレイの形態のＶ−ＵＶバルブであってもよい。まず配合物がより短い波長の放射で硬化すると、モールドの底部カバー近くの配合物に、熱開始剤が追加で配置され得る。

ある場合では、無機粒子／ポロゲンがＵＶの透過をブロックし得る。言い換えれば、粒子の下の配合物の一部にＵＶ放射が到達し難くなり得る。より厚い材料が硬化され得るように、光開始剤に換えて又は加えて熱開始剤が用いられ得る。例示的な光開始剤は、ミシガン州ワイアンドットのＢＡＳＦ社製Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４、ｄａｒｏｃｕｒ１１７３、ｉｒｇａｃｕｒｅ２９５９、ｉｒｇａｃｕｒｅ５００などのα−ヒドロキシ−ケトン及び配合物、ミシガン州ワイアンドットのＢＡＳＦ社製Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７、ｉｒｇａｃｕｒｅ３６９、ｉｒｇａｃｕｒｅ１３００などのα−アミノ−ケトン、ミシガン州ワイアンドットのＢＡＳＦ社製Ｉｒｇａｃｕｒｅ６５１などのベンジルジメチルケタル、ミシガン州ワイアンドットのＢＡＳＦ社製Ｉｒｇａｃｕｒｅ８１９、ｄａｒｏｃｕｒ４２６５、ｉｒｇａｃｕｒｅ８１９ＸＦ、ｉｒｇａｃｕｒｅ２０２０、ｒｇａｃｕｒｅ１７００、ｉｒｇａｃｕｒｅ１８００、ｉｒｇａｃｕｒｅ１８５０などのフェニルビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）及び配合物、並びに、ミシガン州ワイアンドットのＢＡＳＦ社製Ｉｒｇａｃｕｒｅ７８４などのメタロセン、を含む。例示的な熱開始剤は、ｔｅｒｔ−アミルペルオキシベンゾアート、４，４−アゾビス（４−シアノ吉草酸）、１，１´−アゾビス（シクロヘキサンカルボニトリル）、２，２´−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、過酸化ベンゾイル、２，２−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ブタン、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）シクロヘキサン、２，５−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）−２，５−ジメチルヘキサン、２，５−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）−２，５−ジメチル−３−ヘキシン、ビス（１−（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）−１−メチルエチル）ベンゼン、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシド、過酢酸ｔｅｒｔ−ブチル、過酸化ｔｅｒｔ−ブチル、ペルオキシ安息香酸ｔｅｒｔ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、クメンヒドロペルオキシド、シクロヘキサノンペルオキシド、過酸化ジクミル、過酸化ラウロイル、２，４−ペンタンジオンペルオキシド、過酢酸、及びカリウムペルスルファート、を含む。

熱開始剤が用いられる場合、モールド１００及び配合物１２８を３０℃〜１５０℃の範囲の温度で加熱する必要があり得る。誘導式及び対流式の加熱源（ＩＲランプなど）の熱源が用いられ得る。或いは、外部熱源を能動的に提供する代わりに、発熱性のＵＶ架橋反応から発生した熱が、熱開始剤に反応を開始させるのに十分であり得るので、外部の熱源が不要であり得る。更に、幾つかの熱開始剤は反応中にガスを発生させる。発生したガスは気泡として閉じ込められ、研磨層に空隙を作製する助けとなり得る。

更に、本書に記載の方法及びシステムにより、ＵＶ透過性のＣＭＰ研磨パッドの製造が可能となる。或いは、研磨パッドが、ＵＶ透過性の（パッド全体ではなく）領域（例えば、一部分）を有し得る。ポリウレタンアクリレートの分子構造は、オリゴマー及びモノマーが如何なるＵＶ吸収種も含まないように設計され得る（例えば、ベンジル基はＵＶを吸収するが長い脂肪族主鎖（ｌｏｎｇ ａｌｉｐｈａｔｉｃ ｂａｃｋｂｏｎｅｓ）はＵＶを吸収しない）。このようにして、ＵＶ透過性の、最終的な、硬化した固体材料が製造され得る。研磨パッドのＵＶ透過性の領域（例えば、「窓」）は、＜３００ｎｍという低波長を有する放射を透過するのが理想的である。そのような研磨層によって、検知用の窓の必要がなくなり、パッド研磨中全体で監視を実施することが可能である。

ＵＶ光を吸収してラジカルを生じさせるのは光開始剤である。これらのラジカルはオリゴマー又はモノマー内の何れかでアクリレート官能基を攻撃し、更なるラジカルを生じさせる。次いで、これらのアクリレートラジカルは、他のポリマー鎖からの他のアクリレートラジカルと架橋して、架橋されたネットワークを形成する。

１０の例示的な実施態様を下記の表１−３に示す。セリアナノ粒子は、一般に、＜１００ｎｍのサイズであり、パーセント範囲は重量パーセントである。

研磨層は、様々なサイズ、例えば、１−５０マイクロメートルのポアを有し得る。表３に示されたＳｉ_３Ｎ_４ポリ−中空ミクロスフェアは１−５０マイクロメートルのサイズを有し得る。

幾つかの実装態様について記載した。それでもなお、様々な修正を行うことができるということが理解されよう。例えば、研磨パッド若しくはキャリアヘッドのいずれか、又はこれらの両方が移動して、研磨面と基板との間の相対運動を起こすことができる。研磨パッドは、円形又は何らかの他の形状のパッドとすることができる。接着剤層を研磨パッドの底面に適用して、パッドをプラテンに固定することができ、研磨パッドをプラテン上に配置する前に、接着剤層を取り外し可能なライナーでカバーすることができる。加えて、垂直方向の位置決め用語が使用されているが、研磨面及び基板は、上下逆さまに、垂直の向きに、又は何らかの他の向きに保持されてもよいことを理解すべきである。

従って、他の実施形態もまた下記の特許請求の範囲内にある。

Claims (13)

1. 化学機械研磨パッドの製造方法であって、
   アクリレート官能基を含有するポリマー前駆体を、モールドに導入すること、
   前記ポリマー前駆体に研磨粒子及び光開始剤を供給して、混合物を形成することであって、前記研磨粒子を供給することが、前記混合物中で反応して研磨粒子を形成する無機前駆体を導入することを含む、混合物を形成すること、
   前記モールドの底部プレートと上部カバーとの間に前記混合物が収容されている間、前記モールドの透明な部分を通じて、前記混合物を紫外線放射に晒し、前記ポリマー前駆体にラジカルを形成させること、及び
   前記ラジカルを互いに架橋させることによって、前記ポリマー前駆体からポリマーマトリクスを形成すること
   を含み、研磨パッドの研磨層が、前記研磨粒子が内部に分散した前記ポリマーマトリクスを含む、方法。
2. ガスの存在下、前記ポリマー前駆体、前記研磨粒子、及び前記光開始剤を混合することであって、前記混合物中に気泡を生じさせるのに十分な速さで実施される、混合すること、並びに
   前記混合物を即座に前記紫外線放射に晒して、前記気泡を前記研磨層中に閉じ込めること
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ポリマー前駆体、前記研磨粒子、前記光開始剤の混合の前に、前記ポリマー前駆体にガスの泡を導入すること、及び
   前記ポリマー前駆体の混合の直後に、前記混合物を放射に晒すこと
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記混合物を前記紫外線放射に晒す前に、前記混合物にポロゲンを導入して、前記研磨層中にポアを設けることを更に含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記混合物を赤外線（ＩＲ）放射に晒すこと、及び、前記混合物中に気泡を発生させるように構成された熱開始剤を用いて、前記ポリマー前駆体の硬化を開始させること、並びに、前記気泡を閉じ込めて前記研磨層中に空隙を作製すること、を更に含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記混合物を紫外線放射に晒すことが、前記混合物をまず第１の波長帯域の紫外線放射に晒し、次いで、前記混合物を、前記第１の波長帯域よりも短い波長を有する第２の波長帯域の紫外線放射に晒すことを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記研磨粒子が５ｎｍから５０ミクロンの間の寸法を有し、ＳｉＯ_２、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３ ＢａＴｉＯ_３、ＨｆＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、又はＣａＣＯ_３のうちの一以上を含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記粒子が、前記粒子の表面に配置された界面活性剤を更に含み、前記界面活性剤が、前記混合物中の前記粒子の沈降を低減する、請求項１に記載の方法。
9. 幅を有する、コンベヤベルト、
   モールドの底部プレートと上部カバーとの間でポリマー前駆体を保持するように構成され、前記コンベヤベルトによって支持され移送されるように構成され、且つ前記コンベヤベルトの前記幅よりも小さい幅を有する、前記モールド、
   前記ポリマー前駆体、無機前駆体、及び開始剤を含んだ混合物であって、前記無機前駆体が前記混合物中で反応して研磨粒子を形成する混合物を前記モールド中に供給する、ディスペンサ、
   前記コンベヤベルトの前記幅にわたって取り付けられた、放射源アレイであって、前記モールド上の前記上部カバーが、前記モールド中の前記混合物を硬化して研磨層の厚み全体を形成するために前記放射源アレイからの放射が通過できるＵＶ透過性の部分を有し、前記上部カバーが、前記放射源アレイに直面している前記混合物の表面に水平な外形を作製するように構成されている、放射源アレイ、並びに
   前記研磨層を前記底部プレート及び前記上部カバーから分離するように構成された、装置
   を備える、システム。
10. 前記放射源アレイが、紫外線（ＵＶ）放射源を含み、且つ、前記コンベヤベルトの移動方向に沿って、鉄ドープ（Ｄ）バルブのアレイの前のガリウムドープ（Ｖ）バルブのアレイを含む、請求項９に記載のシステム。
11. 前記放射源アレイが赤外線（ＩＲ）源を含む、請求項９に記載のシステム。
12. 化学機械研磨パッドの製造方法であって、
    ポリマー前駆体をモールドに導入すること、
    前記ポリマー前駆体中に研磨粒子及び光開始剤を供給して、混合物を形成すること、
    前記モールドの底部プレートと上部カバーとの間に前記混合物が収容されている間、前記モールドの透明な部分を通じて、前記混合物を紫外線放射に晒し、前記ポリマー前駆体を硬化させて研磨層の厚み全体を形成することであって、前記研磨層が、前記研磨粒子が内部に分散したポリマーマトリクスを含む、形成すること、並びに
    前記底部プレート及び前記上部カバーから前記研磨層を分離すること
    を含み、前記研磨粒子を供給することが、前記混合物中で反応して研磨粒子を形成する無機前駆体を導入することを含む、方法。
13. 前記上部カバーを用いて、前記混合物の、前記紫外線放射に最も近い表面に水平な外形を作製することを更に含む、請求項１２に記載の方法。

Images