JP2018058204A

JP2018058204A - ケミカルメカニカル研磨パッドの表面を成形する方法

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Publication number: JP2018058204A
Application number: JP2017184628A
Authority: JP
Inventors: ジェフリー・ジェームズ・ヘンドロン; James Hendron Jeffrey; ジェフリー・ロバート・スタック; Robert Stack Jeffrey
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
Current assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2018-04-12
Also published as: FR3056432A1; DE102017009080A1; TWI728188B; US9802293B1; CN107877358A; CN107877358B; KR20180035716A; TW201813773A; FR3056432B1

Abstract

【課題】本発明は、研磨にとって効果的なパッド表面の微小テクスチャを有する予調整されたケミカルメカニカル（ＣＭＰ）研磨パッドを作る方法を提供する。【解決手段】ＣＭＰ研磨パッド２が平床プラテン１上の所定の位置に保持されている間に、半径を有するＣＭＰ研磨層の表面を回転グラインダ４で研削する工程を包含しており、その回転グラインダ４は、平床プラテン１の表面に平行に又は実質的に平行に配置され、且つ多孔性砥粒材５で作られた研削表面を有し、得られたＣＭＰ研磨層は、０．０１μｍ〜２５μｍ（Ｓｑ）の表面粗さを有している。本発明はまた、ＣＭＰ研磨層の表面に一連の可視の交差する円弧部を有するＣＭＰ研磨パッドを提供し、その交差する円弧部は、パッド２の曲率半径の半分と等しいか又はより大きな曲率半径を有し、且つパッド２の中心点の周りに半径方向に対照的にパッド表面の至るところに延在している。【選択図】図１

Description

本発明は、基板（例えば半導体基板、磁気基板、及び光学基板）のケミカルメカニカル平坦化（ＣＭＰ）のために用いられる研磨パッドにおけるパッド表面微小テクスチャを備えるのに用いるための方法、及び終始一貫したパッド表面の微小テクスチャを有するケミカルメカニカル研磨パッドに関する。特に本発明は、ＣＭＰ研磨層の表面と多孔性砥粒材との境界面を形成するように多孔性砥粒材の研削表面を有する回転グラインダでＣＭＰ研磨層の表面を研削する工程、ＣＭＰ研磨層材は、例えば真空又は圧力感知接着剤によって平床プラテン上の所定の位置に保持される工程を包含する方法に関する。

ケミカルメカニカル平坦化に用いるための研磨用パッドの製作は、最終の研磨用パッドの所望の直径を有するモールド内で発泡された又は多孔質のポリマー（例えばポリウレタン）のモールド成形及び硬化させること、次いで、硬化ポリマーを型から取り出し且つ例えば薄く剥がすことによって所望の厚さを有する層を形成するように型の上部面に平行な方向に切断すること、そして次に、それから得られた層を成形すること、例えば研削し、経路をつけ、又は最終表面デザインを研磨用パッドの上部にエンボス加工することを包含することが知られている。従来から、そのような層を研磨用パッドへ成形する公知の方法は、層を射出成形すること、層を押出加工すること、固定された砥粒ベルトによって層をバフィングすること、及び／又は層を所望の厚さと平坦さに表面の仕上げすること、を包含する。これらの方法は、研磨された基板の低欠陥性を要求される終始一貫したパッド表面の微小テクスチャを達成する能力、及び基板からの物質の一様な除去を達成する能力を限定されていた。事実、これらの方法は一般に、可視のデザイン（例えば所与の幅と深さの溝）及び可視であるが一貫性のないテクスチャを生成する。例えば薄く剥がす方法は、パッド表面の成形に関して信頼性が低い。なぜなら、モールドの剛性がモールドの厚さによって変化し、そして薄剥ぎ器の刃が連続的に擦り減るからである。技術が直面している一点は、連続的な道具の摩耗と旋盤の位置決め精度とのために終始一貫したパッド表面の微小テクスチャを得ることができなかったことであった。射出成形プロセスによって作られたパッドは、鋳型全体にわたる一貫性のない材料の流れのせいで一様性を欠く。さらに、成形品は、パッドが固定され硬化するとき、変形しがちである。なぜなら、成形材料の硬化部分と残り部分が、限られた領域内への特に高温での射出の間、異なる速度で流れうるからである。

バフィング方法はまた、より硬い表面を有するケミカルメカニカル研磨用パッドを滑らかにするのに用いられてきた。バフィング方法の１例において、West達による米国特許第7,118,461号公報は、ケミカルメカニカルプラナリゼーションのための滑らかなパッド及びパッドを作るための方法を開示しており、その方法は、パッド表面から物質を除去するように砥粒ベルトでパッドの表面をバフィングすること又は研磨することを包含する。バフィングは、１例においては、より小さな砥粒を用いる続きのバフィング工程が続くことであった。この方法による製品は、滑らかにされていなかった同じパッド製品に対して、改良された平坦化能力を示す。残念なことにWest達の方法は、パッドを滑らかにできるけれども、それらは、終始一貫したパッド表面の微小テクスチャを提供せず、そしてより柔らかいパッド（パッド又はパッドポリマー母材のASTM D2240-15（2015）によるショア（Shore）Ｄ硬さが４０以下）において処理するのに用いられえない。さらにWest達の方法は、得られた研磨パッドの有効な寿命が悪影響を受けうるほどに多量の材料を除去する。パッドの有効寿命を制限しないで終始一貫した表面の微小テクスチャを有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供することは、望ましいこととして残っている。

ケミカルメカニカル研磨パッドの調整は、バフィングに類似しており、パッドは、上質のサンドペーパに似ている表面を有する回転研磨ホイールでの使用において一般に調整される。そのような調整は、パッドが研磨のためには使用されない間の「慣らし運転」期間の後に、改良された平坦化効果をもたらす。慣らし運転期間を無くすること、及び直ちに研磨のために用いられうる予調整されたパッドを提供することは、望ましいこととして残っている。

本発明者達は、元の表面形態を維持しつつ終始一貫して均質なパッド表面の微小テクスチャを有するところの予調整されたＣＭＰパッドを作るための方法を見出す努力をしてきた。

１本発明によると、１以上のポリマー（好ましくはポリウレタン）のＣＭＰ研磨層を有する予調整されたケミカルメカニカル（ＣＭＰ）研磨パッドを提供するための方法であって、そのＣＭＰ研磨層は、或る半径を有し、且つ０．０１〜２５μｍ（Ｓｑ）の表面粗さを有し、且つ研磨に効果的なパッド表面の微小テクスチャを有し、ＣＭＰ研磨層は、例えば圧力感知接着剤又は好ましくは真空によって、平床プラテン表面上の所定の位置に保持される一方で、ポリマーの（好ましくはポリウレタン又はポリウレタン発泡材の）ＣＭＰ研磨層（より好ましくは多孔性のＣＭＰ研磨層）の表面を回転グラインダで研削すること、を包含し、その回転グラインダは、ローターを含み、且つＣＭＰ研磨層の表面と多孔性砥粒材の搬送を形成するように、平床プラテンの表面に平行に又は実質的に平行に配置され且つ多孔性砥粒材で作られた研削表面を有している。

２．上の項目１に記載されたような本発明の方法によると、ＣＭＰ研磨層は、その中心点からその外周部へ延在している或る半径を有し、そして回転グラインダは、ＣＭＰ研磨層の半径と等しいか又はより長い直径、又は好ましくはＣＭＰ研磨層の半径と等しい直径を有する。

３．上の項目２に記載されたような本発明の方法によると、研削中、回転グラインダは、その外周部がＣＭＰ研磨層の中心上に直接に支持されるように配置される。

４．上の項目１、２、又は３の何れか１つに記載されたような本発明の方法によると、回転グラインダ及びＣＭＰ研磨層及び平床プラテンの各々は、ＣＭＰ研磨層の研削の間中、回転する。好ましくは平床プラテンは、回転グラインダとは反対方向に回転する。

５．上の項目４に記載されたような本発明の方法によると、回転グラインダは、毎分５０〜５００回転、好ましくは毎分１５０〜３００回転の速度（回転数）で回転し、そして平床プラテンは、毎分６〜４５回転、好ましくは毎分８〜２０回転の速度で回転する。

６．上の項目１、２、３，４、又は５の何れか１つに記載されたような本発明の方法によると、回転グラインダは、研削中、ＣＭＰ研磨層及び平床プラテンの上に配置され、そして回転グラインダは、ＣＭＰ研磨層の表面の真上の点から０．１〜１５μｍ／回転、又は好ましくは０．２〜１０μｍ／回転の速度で下方に搬送され、即ちＣＭＰ研磨層の表面と多孔性砥粒材との境界面を縮小する。

７．上の項目１、２、３，４、５、又は６の何れか１つに記載されたような本発明の方法によると、研削の前に、ＣＭＰ研磨層は、パッドとして使われるためのＣＭＰ研磨層を形成するように、ポリマーをモールド成形すること且つモールド成形されたポリマーを削ることによって形成されうるか、又は好ましくは、ＣＭＰ研磨層を形成するようにポリマーをモールド成形すること且つモールド成形されたポリマーを削ること、続いてＣＭＰ研磨層を形成するようにＣＭＰ研磨層と同じ直径を有するサブパッド又は下地層の上部にＣＭＰ研磨層を積層することによって形成されうる。

８．上の項目１、２、３，４、５、６、又は７の何れか１つに記載されたような本発明の方法によると、多孔性砥粒材は、微細に分割された非多孔性砥粒粒子、例えば炭化ケイ素、窒化ホウ素、又は好ましくはダイヤモンド粒子、をその中に分散されて有する多孔性材の連続相の混合物である。

９．上の項目８に記載されたような本発明の方法によると、多孔性砥粒材は、３〜２４０μｍの、又は好ましくは１０〜８０μｍの平均孔径を有する。

１０．上の項目８又は９の何れか１つに記載されたような本発明の方法によると、多孔性砥粒材の多孔性材の連続相は、セラミック、好ましくは焼結セラミック（例えばアルミナ又はセリア）を含む。

１１．上の項目１、２、３，４、５、６、７、８、９、又は１０の何れか１つに記載されたような本発明の方法によると、研削中、方法はさらに、多孔性砥粒材に作用するように、好ましくはＣＭＰ研磨層の中心点上方の点からＣＭＰ研磨層材の表面と回転グラインダの研削表面との境界面を通して、又はより好ましくはＣＭＰ研磨層の中心点上方の点からＣＭＰ研磨層材の表面と回転グラインダの研削表面との境界面を通して、圧搾不活性気体又は空気を、ＣＭＰ研磨層材の表面と回転グラインダの研削表面との境界面に間欠的に又は好ましくは連続的に吹き付けること、及びこれとは別に、多孔性砥粒材に作用するように、回転グラインダの周辺部の下の点（例えば、ＣＭＰ研磨層の周辺部及び回転グラインダの周辺部が一緒になる所）から、気体又は空気を上方に吹き付けることを包含する。圧搾気体又は空気を吹き付けることは、研削の前又は後でも行われうる。

１２．上の項目１、２、３，４、５、６、７、８、９、１０、又は１１の何れか１つに記載されたような本発明の方法によると、ＣＭＰ研磨層は、多孔性ポリマー、又はＡＳＴＭＤ2240-15(2015)に従うショアＤ硬さが２０〜８０を有するところの多孔性ポリマー材を含む充填材を含んでいる。

１３．上の項目１、２、３，４、５、６、７、８、９、１０、１１、又は１２の何れか１つに記載されたような本発明の方法によると、ＣＭＰ研磨層は、非多孔性の透明な１以上の窓セクション、例えば７５〜１０５℃のガラス転移温度（ＤＳＣ）を有する非多孔性ポリウレタンを含む窓セクションであって、例えばＣＭＰ研磨層の中心点を覆っては延在しない窓セクション、をさらに備えうる。

１４．上の項目１、２、３，４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２又は１３の何れか１つに記載されたような本発明の方法によると、ＣＭＰ研磨層は、筋を付けられ、且つ複数の孔又は微小要素、好ましくは１０〜６０μｍの平均粒子サイズを有するポリマーの微小球、を含んでいる。

１５．上の項目１４に記載されたような本発明の方法によると、ＣＭＰ研磨層は、ＣＭＰ研磨層の中心点からその外側周辺部へ外向きに延在する高密度及び低密度の交代する環状帯域を有している。

１６．上の項目１５に記載されたような本発明の方法によると、高密度環状帯域は、低密度環状帯域よりも高い０．０１〜０．２ｇ／ｃｍ^３の密度を有している。

１７．本発明の別の態様において、ケミカルメカニカル（ＣＭＰ）研磨パッドは、ＣＭＰ研磨層、好ましくは１以上のポリマーの多孔性ＣＭＰ研磨層を備え、ＣＭＰ研磨層は、或る半径を有し、且つ少なくとも０．０１μｍ〜２５μｍ（Ｓｑ）、又は好ましくは１μｍ〜１５μｍ（Ｓｑ）の表面粗さを有し、そしてＣＭＰ研磨層の表面上に一連の可視の交差する円弧部を有し、且つその交差する円弧部は、ＣＭＰ研磨層の曲率半径に半分に等しいか又は大きな、好ましくは等しい曲率半径を有している。好ましくは、一連の可視の交差する円弧部は、研磨層の中心点の周りに半径方向に対称に研磨層の表面の周り至るところに延在している。

１８．上の項目１７に記載されたような本発明の研磨パッドによると、ＣＭＰ研磨層は、ＣＭＰ研磨層の中心点からその外側周辺部の方へ外向きに延在する、高密度と低密度と交代する環状帯域を有する。

１９．上の項目１７又は１８の何れか１つに記載されたような本発明の研磨パッドによると、研磨パッドは、非多孔性且つ透明な１以上の窓セクション、例えば７５〜１０５℃のガラス転移温度（ＤＳＣ）を有する非多孔性ポリウレタンによって形成されたもの、を有し、その窓セクションはＣＭＰ研磨パッドの中心点を覆うまでは延在しない。ここで１以上の窓セクションは、窓の最大寸法（例えば丸窓の直径、又は長方形窓の長さ又は幅のより長い方）に亘って５０μｍ以下のピーク谷を有する窓によって規定された上部表面を有する。

２０．上の項目１７，１８、又は１９の何れか１つに記載されたような本発明の研磨パッドによると、研磨パッドの厚さは、その中心点に近づくにつれより厚くなるように勾配を付けられるか、又は中心点から離れるほどより厚くなるように勾配を付けられている。

２１．上の項目１７，１８、１９、又は２０の何れか１つに記載されたような本発明の研磨パッドによると、ＣＭＰ研磨層は、サブパッド又は下地層、例えばポリマー（好ましくはポリウレタン）含侵不織マット、上に積層されている。

２２．上の項目１７，１８、１９、２０、又は２１の何れか１つに記載されたような本発明の研磨パッドによると、ＣＭＰ研磨層は、多孔性ポリマー、又はＡＳＴＭＤ2240-15(2015)に従うショアＤ硬さが２０〜８０又は例えば４０以下を有するところの充填多孔性ポリマー材を含む。

別の指示がなければ、温度及び圧力の条件は、気温及び標準気圧である。記載された全ての範囲は、包括的であり且つ組み合わせ可能である。

別の指示がなければ、括弧を含むどのような用語も、あたかも括弧がない用語全体、及び括弧内の言葉を除いた用語、及び前二者の組み合せを指す。従って例えば、用語「（ポリ）イソシアン酸塩」は、イソシアン酸塩、ポリイソシアン酸塩、又はそれらの混合物を指す。

全ての範囲は、包括的であり且つ組み合わせ可能である。例えば、用語「５０〜３０００ｃＰｓ、又は１００ｃＰｓ以上」は、５０〜１００ｃＰｓ、５０〜３０００ｃＰｓ、及び１００〜３０００ｃＰｓのそれぞれを含む。

ここで用いられているように、用語「ASTM」は、ASTM International（West Conshohocken,ペンシルベニア州）の出版物を指す。

ここで用いられたように、用語「厚さ変動分」は、ＣＭＰ研磨パッドの厚さにおける最大変動分によって決定された値を意味する。

ここで用いられているように、用語「実質的に平行」は、回転グラインダの研削表面とＣＭＰ研磨層の上部表面とによって形成された角度、より特別には１７８°〜１８２°、又は好ましくは１７９°〜１８１°の角度を指し、それは、回転グラインダの研削表面に平行に走り且つＣＭＰ研磨層の中心点上方の点で終わる第１線分要素と、第１線分要素の端部から且つ平床プラテンの上部表面に対して平行に走り且つ平床プラテンの外周部で終わる第２線分要素との交差によって規定される。ここで、第１及び第２線分要素は、平床プラテンに垂直であり且つＣＭＰ研磨層の中心点とＣＭＰ研磨層の中心点から最も離れて配置された回転グラインダの研削表面の周辺部上の点とを通して走る平面内に存在する。

ここで用いられているように、用語「Ｓｑ」は、表面粗さを規定するために用いられるとき、ある与えられたＣＭＰ研磨層の表面上の指定された点で測定された指定された数の表面粗さの値の二乗平均平方根を意味する。

ここで用いられているように、用語「表面粗さ」は、所与のＣＭＰ研磨層の上部表面に平行で且つ任意の所与の上部表面上に配置された水平面を表すところの最もフィットする平面に対する表面の高さを計測することによって決定された値を意味する。Svkは、低い領域において計測された谷の深さを指し、そしてSpkは高い領域において計測されたピークを指す。許容できる表面粗さは、０．０１μｍ〜２５μｍ（Ｓｑ）又は好ましくは１μｍ〜１５μｍ（Ｓｑ）の範囲である。

ここで用いられているように、用語「重量％」は重量パーセントを表す。

本発明の回転グラインダの実施態様の概略の斜視図であって、平床プラテン及び透明な窓を含んでいるＣＭＰ研磨層を示す。ＣＭＰ研磨層の上面図であって、交差する円弧部によって規定された畝溝の終始一貫した微小テクスチャをその表面上に有しており、それぞれの円弧部は、ＣＭＰ研磨層の半径と等しいか又は僅かに大きな曲率半径を有する。

本発明によると、研削方法は、ＣＭＰ研磨層、ＣＭＰ研磨パッド及び研磨層の上部表面を含む表面の微小テクスチャを改良する。本方法は、回転グラインダの研削面の外側縁によって規定された円と同じ曲率半径を有する、ＣＭＰ研磨層内の一連の交差する円弧部によって、及びＣＭＰ研磨層の上側表面の０．０１〜２５μｍ（Ｓｑ）の表面粗さによって特徴付けられた終始一貫した表面の微小テクスチャを創り出す。本発明者達は、本発明の方法により作られたＣＭＰ研磨層が、ほとんど又は全く調整なしに良好に動作すること、即ち予調整されていることを発見した。さらに、本発明のＣＭＰ研磨層のパッド表面の微小テクスチャは、基板の改良された研磨を可能にする。本発明の方法は、ケミカルメカニカル研磨パッドに表面欠陥（例えば削り溝）及びＣＭＰ研磨層の残りの部分よりもより柔らかである窓材料の発泡をもたらすところの薄剥ぎによってパッド形態における不規則性を避けるよう助ける。さらに、本発明の方法は、２以上のパッド層が、固定された間隔を空けられ且つ線形波が生じるよう設定されたニップを通過させられるところのパッドの積み重ねの間の研磨層の変形によって生じる負の衝突を最小化するのを助ける。これは、柔らかく且つ圧縮性のＣＭＰ研磨層にとって特に重要である。付け加えると、本発明の方法及びその方法がもたらすパッドは、基板表面（例えば半導体又はウェーハ表面）にわたる、最適化された表面の微小テクスチャ、より低い欠陥性、及び改良された一様な材料除去を可能にする。

本発明者達は、多孔性砥粒材での研削は、研削媒質の付着なしに、及びＣＭＰ研磨層基板への損傷を引き起こさないで研削を可能にすることを発見した。多孔性砥粒材における孔は、ＣＭＰ研磨層基板から除去される粒子を蓄える程度に大きい。そして多孔性砥粒材の多孔性は、研削中に除去された材料の塊を蓄えるのに十分である。好ましくは、圧搾空気をＣＭＰ研磨層物質（下側）の表面と回転グラインダの研削表面（上側）との境界面を横切って吹き付けること及びＣＭＰ研磨層基板は、研削物の除去においてさらに助け、そして研削用装置の汚染を防止する。

多孔性砥粒材は、好ましくは回転グラインダの周辺部の周りに、刻み目を入れられ又は不連続性又は空隙を含む。そのような空隙は、研削中、多孔性砥粒材の研削表面及びＣＭＰ研磨層基板を冷却し、そして工程中の削り屑を除去するのを助ける。空隙はまた、研削中、削り屑を除去するように、圧搾気体又は空気をＣＭＰ研磨層の表面と回転グラインダの研削表面との境界面内に吹き付けることを可能にする。

本発明の方法は、望ましくないＣＭＰ基板摩耗プロファイル、例えばＣＭＰプロセスが一貫しない摩耗プロファイル（例えば基板の縁での余りに少ない又は余りに多い除去）をもたらすこと、に対して補償するように変更されうる。これはパッド寿命を延ばしうる。そのような方法において、回転グラインダの研削表面は、それが平床プラテンの上部表面又はＣＭＰ研磨層に実質的に平行であるけれども正確には平行でないように調整される。例えば、回転グラインダの研削表面は、中央厚（回転グラインダの研削表面と、平床プラテンに垂直であり且つＣＭＰ研磨層の中心点及びＣＭＰ研磨層の中心点から最も離れて配置されているところの回転グラインダの研削表面の周辺部上の点を通って走る平面内の平床プラテン半径との間の角度が、１８０°を超える）をもたらすように、又は中央薄（角度は１８０°未満である）を産み出すように調整されうる。

本発明の方法は、湿潤な環境、例えば水又は研磨性の水性スラリー（例えばシリカスラリー又はセリアスラリー）と共に実行されうる。

本発明の方法は、回転グラインダ要素のサイズを変えることが出来るとき、様々なサイズのＣＭＰ研磨層に適合するように拡大縮小が可能である。本発明の方法によると、平床プラテンは、ＣＭＰ研磨層よりも大きくなければならないか、又は好ましくはＣＭＰ研磨層の半径に等しい半径か又はＣＭＰ研磨層の半径よりも１０ｃｍ以内で長い半径を有するサイズである。このようにして方法は、１００ｍｍから６１０ｍｍの半径を有するＣＭＰ研磨層を扱うために拡大縮小が可能である。

本発明の方法は、終始一貫したパッド表面の微小テクスチャを形成するためにＣＭＰ研磨層の上部表面を取り除き、且つＣＭＰ研磨層の上部表面からパッド材料の１〜３００μｍ、又は好ましくは１５〜１５０μｍ、又はより好ましくは２５μｍ以上を取り除くために用いられうる。

本発明の方法は、窓の膨張と薄剥ぎされることによる欠陥とを被らないＣＭＰ研磨層又はパッドの提供を可能にする。このようにして本発明によると、ＣＭＰ研磨層は、ポリマーをモールド成形することによって形成されることができ、所望の直径又は半径（それは、こうして作られたパッドのサイズであろう）を有する多孔性のモールド成形品を形成する。その後、モールド成形品は望まれた厚さ（それは本発明によって作られたパッドの目標の厚さであろう）に薄剥ぎされ、その後、パッド研磨用の表面上に望まれたパッド表面の微小テクスチャを備えるようにパッド又はＣＭＰ研磨層を研削することが続く。

本発明の方法は、研削は、単一層又は単一のパッド上で、及びサブパッド層を有する積層パッド上で実行されうる。好ましくは積層パッドの場合に、研削方法は、研削が積層されたパッドにおける変形を除去するように、パッドが積層された後にＣＭＰ研磨層を研削することを含む。

本発明の方法は、パッドを研削した後、例えばパッドを木摺することによって、パッドに溝を形成することを包含する。

本発明の方法によって用いられる所定のＣＭＰ研磨層は、好ましくは多孔性ポリマー、又はＡＳＴＭＤ2240-15(2015)に従うショア（Shore）Ｄ硬さが２０〜８０を有するところの多孔性ポリマー材を含むフィラーを含む。

本発明の方法は、比較的柔らかなポリマーから作られたパッドを含む任意のパッドについて実行され得、そして４０以下のショアＤ硬さを有する柔らかなパッドを扱うことに特別の使用を見出す。パッドは、好ましくは多孔性でありうる。孔は、パッドポリマー母材内の空間によって、又は孔形成剤又は微小要素、又は空隙又は孔を含むところのフィラーによって、与えられうる。

本発明の方法に従って用いるための所定のＣＭＰ研磨層は、１以上の非多孔性の透明な窓セクション、例えば７５〜１０５℃のガラス転移温度（ＤＳＣ）を有する非多孔性ポリウレタンを含む窓セクション、例えばＣＭＰ研磨層の中心点上には延在しない窓セクション、をさらに備えうる。ＣＭＰ研磨層において、１以上の窓セクションは、窓の最大寸法（例えば丸窓の直径、又は長方形窓の長さ又は幅のより大きな方）に亘って５０μｍ以下の窓の厚み変動分によって規定された上部表面を有する。

さらに、本発明の方法で用いる所定のＣＭＰ研磨層は、複数の孔又は微小要素、好ましくは１０〜６０μｍの平均粒子サイズを有するポリマーの微小球、を含みうる。

本発明によると、４０以下のショアＤ硬さを有する研磨表面を有する柔らかいＣＭＰ研磨層は、終始一貫したパッド表面の微小テクスチャを有し、その微小テクスチャは、研磨表面上に一連の可視の交差する円弧部を含み、そしてその交差する円弧部は、研磨層の半径と等しいか又はより大きな、好ましくは等しい曲率半径を有している。好ましくは、一連の可視の交差する円弧部は、研磨層の中心点に対して半径方向の対称性をもって研磨層の表面の至るところに延在する。

図１に示されたように、本発明の方法は、真空ポート（図示されていない）を備える平床プラテン（１）の表面上で実行される。ＣＭＰ研磨層又はパッド（２）は、平床プラテン（１）の中心点とＣＭＰ研磨層（２）とが位置合わせされるように平床プラテン（１）上に配置される。図１の平床プラテン（１）は、ＣＭＰ研磨層（２）を所定の位置に保持するための真空ベント（図示されていない）を有する。図１において、ＣＭＰ研磨層（２）は、１つの窓（３）を有する。本発明の研削機構は、その周辺部の下側に多孔性砥粒材（５）を含む研削用媒体を取り付けられた回転グラインダ（ホイール）アセンブリ（４）又はローターを備え、その多孔性砥粒材（５）は、図示されたように、ローター（４）の周辺部の下側の周りに延在する複数のセグメント内に配設されている。複数のセセグメントは、それらの間に小さな空隙を有する。図１において、回転グラインダアセンブリ（４）は、所望のようにＣＭＰ研磨層（２）の中心点の真上にその周辺部が来るように配置される。さらに、回転グラインダアセンブリ（４）は、その直径がＣＭＰ研磨層（２）の直径に略等しいような所望のサイズを有する。

本発明の方法に用いられた研削装置は、平床プラテンは勿論のこと、回転グラインダアセンブリ、並びにモータ及びギア結合部を含むその駆動ハウジングを備える。さらに装置は、圧搾気体又は空気を回転グラインダアセンブリに取り付けられた多孔性砥粒材とＣＭＰ研磨層との境界面内に導くための導管を備える。装置全体は、湿度が好ましくは５０％以下のＲＨ（相対湿度）に制御されている気密の筐体内に囲われている。

本発明の方法において用いられる研削装置の回転グラインダアセンブリは、駆動ハウジング内に延在している垂直軸上で回転し、且つ機械的結合部（例えばギア又は駆動ベルト）を介して駆動ハウジング内のモータ又は回転アクチュエータに接続される。駆動ハウジングはさらに、回転グラインダアセンブリの上方に近接して配置された空気式又は電子式アクチュエータの２以上の半径方向アレイを含み、それにより回転グラインダアセンブリは、上昇又は下降（例えばそれをゆっくりした増分速度で下方に搬送することによって）及び傾斜されうる。アクチュエータはさらに、その研削表面が平床プラテンの上部表面に実質的に但し正確にではなく平行であるように、回転グラインダアセンブリの傾斜を可能にする。これは、中央厚又は中央薄を作り出す研削を可能にする。

回転グラインダアセンブリは、多孔性砥粒材のリングが回転グラインダアセンブリの下側にぴったりフィットするところのクリップのアレイ、ファスナー、又は横方向ばね仕掛けスナップリングを含む。

多孔性砥粒材は、回転グラインダアセンブリの下側へフィットされ又は付着される単一搬送リング上で搬送される。多孔性砥粒材は、下向きのセグメントの半径方向アレイ、通常はセグメントの間に間隙を有する多孔性砥粒材の１０〜４０セグメント、又は多孔性砥粒材で作られた、そのリング内に周期的な穴を有する穿孔されたリングを含みうる。穿孔の間隙は、圧搾気体又は空気のＣＭＰ研磨層の表面とＣＭＰ研磨層との境界面への吹き付けが、使用中又は使用前後において多孔性砥粒材をクリーンにすることを可能にする。

本発明の方法に従って処理されたＣＭＰ研磨層のパッド表面の微小テクスチャは、ＣＭＰ研磨層の表面粗さ及び回転グラインダの研削表面上の最終的に分割された非多孔性砥粒粒子のサイズに比例している。例えば、１μｍ（Ｓｑ）の表面粗さは、１μｍより僅かに小さい平均粒子径（Ｘ５０）を有する最終的に分割された非多孔性砥粒粒子に対応する。

本発明の装置における平床プラテンは、真空装置に接続されているプラテンを貫く複数の小さな孔（例えば直径が０．５〜５ｍｍ）を有している。孔は、研削中にＣＭＰ研磨層基板を所定の位置に保持するように何らかの所定の仕方で、例えば平床プラテンの中心点から外向きに延在する一連のスポークに沿って又は一連の同心リング内に配設されうる。

実施例：以下の実施例において、別の記載がない限り、圧力の全ての単位は、標準気圧（約１０１ｋＰａ）であり、そして温度の全ての単位は、室温（２１〜２３℃）である。

実施例１：試験は、３３０ｍｍ（１３インチ）の半径を有するＶＰ５０００（商標）ＣＭＰ研磨層又はパッド（Dow Chemical, Midland, ミシガン州(Dow社)）の２つの型で実施された。パッドは窓を有さない。実施例１−１において、ＣＭＰ研磨層は、２．０３ｍｍ（８０mil）の厚さであった単一多孔性ポリウレタンパッドを備えていた。ここで、ポリウレタンは、６４．９のショアＤ硬さを有していた。実施例１−２において、ＣＭＰ研磨層は、圧力感知粘着剤を用いて、ポリエステルフェルト（Dow社）から作られたSUBA IV（商標）サブパッド上に積層された、実施例１−１と同じポリウレタンパッドを有する積層パッドを備えていた。

実施例１−Ａ及び１−Ｂにおける比較対象は、実施例１−１及び１−２におけるのとそれぞれ同じパッドであったが、本発明の方法によって処理されたものではない。

全てのパッドは、１０１０の溝（０．０７６８ｃｍ（０．０３０インチ）深さ×０．０５１１ｃｍ（０．０２０インチ）幅×０．３０７ｃｍ（０．１２０インチ）ピッチ）を有する同心円の溝パターン）を有していたが、窓は有していなかった。

多孔性砥粒材は、１５１μｍの平均砥粒サイズ有する、ビトリファイド（ガラス固化した）多孔性ダイヤモンド砥粒であった。基板を研削するために、回転グラインダアセンブリは、平床プラテンの頂部に平行に配置され、そして反時計回りに２８４ｒｐｍで回転され、そしてアルミニウム平床プラテンは時計方向に８ｒｐｍで回転された。多孔性砥粒材がＣＭＰ研磨層基板に丁度接触し始める点から始めて、回転グラインダアセンブリは、平床プラテンの方へ３回のパッド回転毎に５．８μｍ（０．０００２インチ）の増加率で下方に送られた。この間、圧搾乾燥空気（ＣＤＡ）は、多孔性砥粒材の表面とＣＭＰ研磨層との境界面に、２つのノズル（１つはＣＭＰ研磨層の中心点の真上に配置され、他方は多孔性砥粒材を引きずる側上にパッド中心から約２１０ｍｍ（８．２５インチ）に配置された）から吹き付けられた。研削は、約５分間続けられた。

実施例１から得られたパッドは、除去速度、非一様性、及びチヤッタマーク（欠陥）についての研磨試験において以下のように評価された。

除去速度：除去速度は、２００ｍｍサイズのテトラエトキシケイ酸塩（ＴＥＯＳ）の基板上で、指示されたパッドと２００ｍｌ／分の流速でのILD3255（商標）ヒュームド・シリカ水性スラリー（Dow社）とを用いて基板を平坦化することによって決定された。研磨圧力は、Mirra（商標）研磨装置（Applied Materials, Santa Clara,カリフォルニア州）を用いて毎分当たりの回転数が９３／８７のプラテン／基板担体に対して下向きに０．１１、０．２１、及び０．３２ｋｇ／ｃｍ^２（１．５、３．０、４．５psi）と変えられた。試験に先立って、全ての研磨パッドは、調整器としてSAESOL（商標）8031C1ディスク（ブレイズドダイヤモンド粉末表面、直径１０，１６ｃｍ、Seasol Diamond Ind. Co., Ltd.,韓国）を用いて、４０分間３．２ｋｇ（７ポンド）で調整された。試験中、パッドの同じ状態が続いた。１８ウェーハの全てがパッド毎に試験されて、平均値が得られた。

非一様性：非一様性は、ウェーハ内の厚さの変動分を観測することによってデータが得られたことを除いて、除去速度試験において平坦化された同じＴＥＯＳ基板上で且つ除去速度試験において開示された方法において決定された。１８ウェーハの全てがパッド毎に試験されて、平均値が得られた。

チヤッタマーク又は欠陥の計数；チヤッタマーク又は欠陥の計数は、ＣＭＰ欠陥の総数を観測することによってデータが得られたことを除いて、除去速度試験において平坦化された同じＴＥＯＳ基板上で且つ除去速度試験において開示された方法において決定された。１８ウェーハの全てがパッド毎に試験されて、平均値が得られた。

得られたパッドは、回転グラインダアセンブリの周辺部の半径と等しい曲率半径を有する交差する円弧部を含むパッド表面の微小テクスチャを有していた。また下の表１に示されたように、実施例１−１及び１−２の本発明に係るパッドは、実施例１−Ａ（単独）及び１−Ｂ（積層された）の比較パッドと基板に関して同じ平坦化速度を与えた。一方、実施例１−１及び１−２の本発明に係るパッドは、本発明の研削方法が使用されることはなかった比較のための実施例１−Ａ及び１−Ｂのパッドよりも、基板内において著しく低い欠陥性及び劇的に少ないチヤッタマークをもって制作された。

実施例２：試験は、６１．０のショアＤ硬さを有する、大きな半径４１９ｍｍ（１６．５インチ）のIC1000（商標）単一層ポリウレタンパッド（Dow社）で実施された。すなわち、回転グラインダアセンブリが、８パッド回転毎に２０．３μｍ（０．０００７インチ）増分の速度で平床プラテンの方へ下向きに搬送されたこと及び研削が５．５分間続けられたことを除いては、上の実施例１におけるような方法で取り扱われた実施例２のパッドで実施された。比較のための実施例２−Ａパッドは、本発明の方法に従い取り扱われなかった実施例２におけるのと同じパッドであった。

試験は１４個のパッドについて実行され、そして平均的結果が、以下のように試験された厚さの変動に関して報告された。

厚さの変動分；厚さの変動分は、研磨パッドの表面のいたる所で座標測定装置を用いて決定された。パッド中心から縁までの９つの個別の測定位置の総計が、パッド毎に集められた。厚さの変動分は、最も厚い測定値から最も薄い測定値を引くことによって計算された。結果は下の表２に示される。

得られた本発明に係るパッドは、特性パッド表面の微小テクスチャを有していた。実施例２の本発明に係るパッドは、比較のための実施例２−Ａパッドよりも少ない平均厚さ変動分を有し、したがって形状においてより一貫している。

実施例３：表面粗さは、商業的に入手可能なIC1000（商標）パッド（Dow社）に比較して上の実施例２のパッド上で測定された。比較のための実施例２のパッドは、実施例２−Ａにおけと同じパッドであったが、本発明の方法に従って取り扱われたものではない。

表面粗さは、２つのパッドのそれぞれでパッド中心から縁までの５つの等間隔の点上で測定され、そして表面粗さについての平均の結果が、下の表３に報告される。

上の表３に示されたように、実施例３における本発明のＣＭＰ研磨層は、規定されたパッド表面の微小テクスチャ、及び低減された谷の深さによって特徴付けられた確定された表面粗さを有している。

実施例３：試験は、３３．０のショアＤ硬さを有する、大きな４１９ｍｍ（１６．５インチ）半径のIK2060H（商標）単一層ポリウレタンパッド（Dow社）で実施された。すなわち、回転グラインダアセンブリが、平床プラテンの方へ下向きに搬送されたこと及び軽い表面の微小テクスチャリング（少ない研削、研削表面が最初にパッドに接触するパッド表面の最高のピークから測られたパッドの１２．７μｍ（０．５ミル）を除いた後に停止される）、中間の表面の微小テクスチャリング（パッド表面の最高ピークから測られたパッドの５０．８μｍ（２ミル）を除去した後に停止される）、及び最大限度の表面の微小テクスチャリング（最高研削、パッド表面の最高ピークから測られたパッドの１０１．６μｍ（４ミル）を除去した後に停止される）を達成するために様々な高さで停止されることを除いては、上の実施例２におけるような方法で取り扱われた実施例３−１、３−２，３−３のパッドで実施された。比較のための実施例３−Ａパッドは、本発明の方法に従っては取り扱われなかった実施例２３−１，３−２、および３−３におけるのと同じパッドであった。

実施例３から得られたパッドは、除去速度及び欠陥性に関する研磨試験において以下のように評価された。

除去速度：除去速度は、２００ｍｍサイズのテトラエトキシケイ酸塩（ＴＥＯＳ）の基板上で、指示されたパッドと２００ｍｌ／分の流速でのAP5105（商標）シリカ水性スラリー（Dow社）とを用いて基板を平坦化することによって決定された。研磨圧力は、Mirra（商標）研磨装置（Applied Materials, Santa Clara,カリフォルニア州）を用いて毎分当たりの回転数が９３／８７のプラテン／基板担体に対して下向きに０．１１ｋｇ／ｃｍ^２（１．５psi）と変えられた。全ての研磨パッドは、調整器としてSAESOL（商標）8031C1ディスク（ブレイズドダイヤモンド粉末表面、直径１０，１６ｃｍ、Seasol Diamond Ind. Co., Ltd.,韓国）を用いて、３．２ｋｇ（７ポンド）で調整された。試験中、パッドの同じ状態が続けられた。７６ウェーハの全てが、測定された６ウェーハ（ウェーハ番号１、７、１３、２４、５０及び７６）の選択されたサブセットを用いてパッド毎に試験された。測定されたサブセットからの平均値が得られ、且つ下のように欠陥数及び除去速度について報告された。ウェーハ番号２４はまた以下のように報告された。

欠陥計数；欠陥の計数は、ＣＭＰ欠陥の総数を観測することによってデータが得られたことを除いて、除去速度試験において平坦化された同じＴＥＯＳ基板上で、且つ除去速度試験において開示された方法において決定された。７６ウェーハの全てが、測定された６ウェーハのサブセセットを用いてパッド毎に試験され、そして平均値が得られた。

下の表４に示されたように、実施例３−２及び３−３の本発明のパッドは、実施例３−Ａの比較用のパッドよりも基板に著しく高い平坦化速度を与えた。一方、実施例３−２及び３−３の本発明のパッドは、本発明の研削方法に付されなかった比較用の実施例３−Ａのパッドに比べて基板に著しく低い欠陥性しか持たなかった。実施例３−２及び３−３は、実施例３−１と比較するとき、パッドをより研削することが、パッド表面からの少なくとも物質の〜５１μｍの除去までは、その研磨性能を改良することを示す。

Claims

半径、及び研磨にとって効果的なパッド表面の微小テクスチャを備える１以上のポリマーから成るＣＭＰ研磨層を有し、予調整されたケミカルメカニカル（ＣＭＰ）研磨パッドを提供する方法であって、
前記ＣＭＰ研磨層の表面を、前記ＣＭＰ研磨層が平床プラテンの表面上の所定の位置に保持されている間に、回転グラインダで研削する工程であって、前記回転グラインダは、ＣＭＰ研磨層と多孔性砥粒材との境界面を形成するように、前記平床プラテンの表面に平行に又は実質的に平行に配置され、且つ多孔性砥粒材で作られた研削表面を有しており、結果として得られる前記ＣＭＰ研磨層は、０．０１μｍ〜２５μｍ（Ｓｑ）の表面粗さを有する、工程を包含する、
方法。
前記ＣＭＰ研磨層は、真空によって、前記平床プラテンの表面上の所定の位置に保持されている、請求項１に記載の方法。
前記ＣＭＰ研磨層は、その中心点からその外周部へ延在する半径を有し、及び前記回転グラインダは、前記ＣＭＰ研磨層の半径と等しいか又はより長い直径を有する、請求項１に記載の方法。
前記回転グラインダは、その外周部が、研削中に、前記ＣＭＰ研磨層の中心の上方に直接に支持されるように配置されている、請求項１に記載の方法。
前記回転グラインダと前記ＣＭＰ研磨層と前記平床プラテンとの各々は、前記ＣＭＰ研磨層の研削の間中、回転する、請求項１に記載の方法。
前記平床プラテンは、前記回転グラインダとは反対方向に回転する、請求項５に記載の方法。
前記回転グラインダは、５０〜５００ｒｐｍの速さで回転し、及び前記平床プラテンは、６〜４５ｒｐｍの速さで回転する、請求項５に記載の方法。
前記回転グラインダは、研削中、前記ＣＭＰ研磨層及び平床プラテンの上方に配置され、及び、前記回転グラインダは、前記ＣＭＰ研磨層の表面と前記回転グラインダの研削面との境界面を狭めるように且つ前記ＣＭＰ研磨層の上部表面を研削するように、前記ＣＭＰ研磨層表面の上方の点から、１回転ごとに０．０５〜１０μｍの速さで下方に送られる、請求項１に記載の方法。
前記研削をする前に、前記ＣＭＰ研磨層は、ＣＭＰ研磨層を形成するように、ポリマーをモールド成形、及びモールド成形されたポリマーを削ることによって形成される、請求項１に記載の方法。
前記研削をする前に、ＣＭＰ研磨パッドは、前記ＣＭＰ研磨層を形成するように、ポリマーをモールド成形、及びモールド成形されたポリマーを削ることによって形成され、引き続き、前記ＣＭＰ研磨パッドを形成するように、前記ＣＭＰ研磨層と同じ直径を有するサブパッド又は下地層の上部にＣＭＰ研磨層を積層することが続く、請求項１に記載の方法。
前記多孔性砥粒材は、多孔性材の連続相の中に、細かく分割された非多孔性砥粒粒子が分散された混合物である、請求項１に記載の方法。
前記多孔性砥粒材は、多孔性材の連続相の中に、細かく分割されたダイヤモンド粒子が分散された混合物である、請求項１１に記載の方法。
前記方法は、前記研削中、前記多孔性砥粒材に作用するように、前記ＣＭＰ研磨層の表面と前記回転グラインダの研削表面との境界面に、圧搾された不活性気体又は空気を間欠的に又は連続的に吹き付ける工程、をさらに包含する、請求項１に記載の方法。