特開 2022-51740 高い弾性率比率を有するポリウレタンＣＭＰパッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022051740

(43)【公開日】2022-04-01

(54)【発明の名称】高い弾性率比率を有するポリウレタンＣＭＰパッド

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/24 20120101AFI20220325BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20220325BHJP

【ＦＩ】

B24B37/24 C

H01L21/304 622F

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022000088

(22)【出願日】2022-01-04

(62)【分割の表示】P 2018513804の分割

【原出願日】2016-09-23

(31)【優先権主張番号】62/232,837

(32)【優先日】2015-09-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】500397411

【氏名又は名称】シーエムシー マテリアルズ，インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100195213

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 健治

(74)【代理人】

【識別番号】100173107

【弁理士】

【氏名又は名称】胡田 尚則

(72)【発明者】

【氏名】フゥ リン

(72)【発明者】

【氏名】マー ルイ

(72)【発明者】

【氏名】ネイサン スピア

(72)【発明者】

【氏名】ツァイ チェン－チー

(72)【発明者】

【氏名】キャスリン バーグマン

(57)【要約】

【課題】低温での高い貯蔵弾性率、及び高温での低い貯蔵弾性率を有するポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッドを提供する。
【解決手段】
例えば、開示されたパッドの実施形態は、５０以上の８０℃における貯蔵弾性率に対する２５℃における貯蔵弾性率の比率を有する熱可塑性ポリウレタンから製造され得る。熱可塑性ポリウレタン研磨層は、さらに任意選択で、７０以上のショアＤ硬度、３２０パーセント以下の引張伸び、１２００ＭＰａ以上の２５℃における貯蔵弾性率、及び／または１５ＭＰａ以下の８０℃における貯蔵弾性率を有してもよい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

５０以上の８０℃における貯蔵弾性率に対する２５℃における貯蔵弾性率の比率を有する熱可塑性ポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッド。

【請求項2】

前記比率は、１００以上である、請求項１に記載のパッド。

【請求項3】

前記熱可塑性ポリウレタン研磨層は、５０以上の８０℃における貯蔵弾性率に対する４０℃における貯蔵弾性率の比率をまた有する、請求項１に記載のパッド。

【請求項4】

前記熱可塑性ポリウレタン研磨層は、７０以上のショアＤ硬度を有する、請求項１に記載のパッド。

【請求項5】

前記熱可塑性ポリウレタン研磨層は、３２０パーセント以下の引張伸びを有する、請求項１に記載のパッド。

【請求項6】

前記熱可塑性ポリウレタン研磨層は、１０００ＭＰａ以上の２５℃における貯蔵弾性率を有する、請求項１に記載のパッド。

【請求項7】

前記熱可塑性ポリウレタン研磨層は、１５ＭＰａ以下の８０℃における貯蔵弾性率を有する、請求項１に記載のパッド。

【請求項8】

前記パッドは、非多孔質である、請求項１に記載のパッド。

【請求項9】

前記熱可塑性ポリウレタンは、約１００，０００ｇ／モル未満の分子量を有する、請求項１に記載のパッド。

【請求項10】

約１．１から約１．２ｇ／ｃｍ３の範囲内の密度を有する、請求項１に記載のパッド。

【請求項11】

３０以上の８０℃における貯蔵弾性率に対する２５℃における貯蔵弾性率の比率を有する熱硬化性ポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッド。

【請求項12】

前記熱硬化性ポリウレタン研磨層は、７０以上のショアＤ硬度及び３２０パーセント以下の引張伸びを有する、請求項１１に記載のパッド。

【請求項13】

前記熱硬化性ポリウレタン研磨層は、３００ＭＰａ以上の２５℃における貯蔵弾性率、及び２０ＭＰａ以下の８０℃における貯蔵弾性率を有する、請求項１１に記載のパッド。

【請求項14】

基板を化学機械的に研磨する方法であって、
（ａ）前記基板を請求項１に記載のパッドと接触させることと；
（ｂ）前記パッドを前記基板と相対的に動かすことと；
（ｃ）前記基板を研削し、前記基板から少なくとも１つの層の一部を除去し、それにより前記基板を研磨することと
を含む方法。

【請求項15】

請求項１のパッドを製造する方法であって、
（ａ）熱可塑性ポリウレタンポリマー樹脂混合物をブレンドすることと；
（ｂ）前記混合物を押し出して、固体の熱可塑性ポリウレタンシートを形成することと；
（ｃ）前記熱可塑性ポリウレタンシートから前記研磨パッドを形成することと
を含む方法。

【請求項16】

基板を化学機械的に研磨する方法であって、
（ａ）前記基板を請求項１１に記載のパッドと接触させることと；
（ｂ）前記パッドを前記基板と相対的に動かすことと；
（ｃ）前記基板を研削し、前記基板から少なくとも１つの層の一部を除去し、それにより前記基板を研磨することと
を含む方法。

【請求項17】

１２００ＭＰａ以上の２５℃における貯蔵弾性率、及び３２０パーセント以下の引張伸びを有する熱可塑性ポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッド。

【請求項18】

７５以上のショアＤ硬度、及び３２０パーセント以下の引張伸びを有する熱可塑性ポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッド。

【請求項19】

７０以上のショアＤ硬度、３２０パーセント以下の引張伸び、１０００ＭＰａ以上の２５℃における貯蔵弾性率、及び２０ＭＰａ以下の８０℃における貯蔵弾性率を有する熱可塑性ポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッド。

【請求項20】

１００，０００ｇ／モル以下の平均分子量、７０以上のショアＤ硬度、３２０パーセント以下の引張伸び、１２００ＭＰａ以上の２５℃における貯蔵弾性率、及び１５ＭＰａ以下の８０℃における貯蔵弾性率を有する非多孔質熱可塑性ポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示される実施形態は、化学機械的研磨パッドに関し、より詳細には、低温での高い貯蔵弾性率及び高温での低い貯蔵弾性率を有するポリウレタン材料から製造されたパッドに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの工程のフロントエンド（ＦＥＯＬ）及び工程のバックエンド（ＢＥＯＬ）プロセスの両方において、いくつかの化学機械的研磨（ＣＭＰ）操作が使用される。例えば、以下のＣＭＰ操作が一般的に使用される。シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）は、トランジスタの形成前に使用されるＦＥＯＬプロセスである。テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）等の誘電体が、シリコンウエハに形成された開口内に堆積される。次いで、ＣＭＰプロセスを使用して過剰のＴＥＯＳが除去され、ＴＥＯＳの所定のパターンがシリコンウエハ内に施された構造が得られる。タングステンプラグ及び配線、ならびに銅配線、ならびにデュアルダマシンプロセスは、デバイストランジスタを接続する金属ワイヤのネットワークを形成するために使用されるＢＥＯＬプロセスである。これらのプロセスにおいて、タングステンまたは銅金属は、誘電材料（例えばＴＥＯＳ）に形成された開口内に堆積される。ＣＭＰプロセスは、誘電体から過剰のタングステンまたは銅を除去し、そこにタングステンまたは銅プラグ及び／または配線を形成するために使用される。金属配線レベル間の電気絶縁を提供するために、レベル間に層間絶縁（ＩＬＤ）材料（例えばＴＥＯＳ）が堆積される。ＩＬＤ ＣＭＰステップは、その後の配線レベルを構築する前に、堆積された絶縁材料を平滑化及び平坦化するために、一般的に使用される。

【0003】

従来のＣＭＰ操作において、研磨される基板（ウエハ）は、キャリア（研磨ヘッド）上に装着され、これが一方でキャリアアセンブリ上に装着されて、ＣＭＰ装置（研磨ツール）内の研磨パッドと接触するように位置付けられる。キャリアアセンブリは、基板に制御可能な圧力を提供し、基板を研磨パッドに押し付ける。基板及びパッドが互いに相対的に動かされる間、パッドの表面に化学機械的研磨組成物が一般に塗布される。基板及びパッド（及び塗布された研磨組成物）の相対的な動きは、基板の表面から材料の一部を研削及び除去し、それにより基板を研磨する。基板の研磨は、研磨組成物（例えば、化学的促進剤）の化学的活性、及び／または研磨組成物中に懸濁された研削剤の機械的活性により、一般に補助される。

【0004】

より硬質の材料で作製された研磨パッドは、より軟質の材料で作製された研磨パッドより高い除去速度、優れた平坦化効率、及びより長い有効パッド寿命を示す傾向がある。しかしながら、より硬質のパッドはまた、より軟質のパッドより多くの欠陥（例えば引っかき傷）をウエハ表面にもたらす傾向がある。高い除去速度及び平坦化効率、長いパッド寿命、ならびに低減された欠陥を達成することができる研磨パッドが、産業において必要とされている。現在利用可能なパッドは、これらのカテゴリーの少なくとも１つにおいて不完全である。

【発明の概要】

【0005】

低温での高い貯蔵弾性率、及び高温での低い貯蔵弾性率を有するポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッドが開示される。例えば、８０℃における貯蔵弾性率に対する２５℃における貯蔵弾性率の比率は、３０以上であってもよい。ポリウレタン研磨層は、さらに任意選択で、７０以上のショアＤ硬度、３２０パーセント以下の引張伸び、１２００ＭＰａ以上の２５℃における貯蔵弾性率、及び／または１５ＭＰａ以下の８０℃における貯蔵弾性率を有してもよい。

【0006】

開示されたパッドは、例えば高い平坦化効率及び低い欠陥を含む様々な利点を提供し得る。開示されたパッドは、穏やかな調整作業と併せて使用された場合、安定なＣＭＰ除去速度をさらに提供し得る。穏やかな調整作業の使用は、パッド寿命の大幅な増加をさらに促進し得る。

【図面の簡単な説明】

【0007】

ここで、開示された主題、及びその利点をより完全に理解するために、添付の図面と併せてなされる以下の説明を参照する。

【0008】

【図1】５つの開示されたパッド実施形態及び対照実施形態における、温度の関数としての貯蔵弾性率Ｅ’のプロットを示す図である。

【図2】本発明のパッド実施形態１ＤＳ及び１ＤＦ（Ｘ２００３、Ｘ２００３Ｆ）ならびに対照（Ｄ１００－ＪＴ４６）における、銅除去速度対研磨ウエハ数のプロットを示す図である。

【図3】本発明のパッド試料１Ａ（ＤＯＥ２１１）及び対照パッド実施形態（Ｄ１００）における、銅パターニングウエハ上の９μｍ×１μｍの構造の表面にわたる表面形状測定装置走査を示す図である。

【図4】開示されたパッド実施形態のいくつかにおけるディッシングのプロットを示す図である。

【図5】開示されたパッド実施形態のいくつかにおける随伴引っかき傷のプロットを示す図である。

【図6】開示されたパッド実施形態におけるパッド消耗速度のプロットを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

低温での高い貯蔵弾性率、及び高温での低い貯蔵弾性率を有するポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッドが開示される。例えば、好適なパッドの実施形態において、ポリウレタン研磨層は、３０以上の８０℃における貯蔵弾性率に対する２５℃における貯蔵弾性率の比率を有し得る。

【0010】

本発明は、ポリウレタン材料を含む化学機械的研磨パッド基板に関する。本発明は、少なくともある程度、良好な平坦化効率、低減された欠陥（例えば引っかき傷）、調整の容易性、及び長いパッド寿命を有する化学機械的研磨用の研磨パッドの驚くべき予想外の発見に基づく。本発明のパッドのある特定の実施形態は、低靭性、高弾性率、及び／または硬質のパッドであると説明することができ、特定の機械的特性を有することを特徴とし得る。

【0011】

本発明の研磨パッドは、集積回路及び他のマイクロデバイスの製造に使用される広範な半導体ウエハの研磨における利用可能性を有する。そのようなウエハは、いくつかの実施形態において、従来のノード構成、例えば９０ｎｍ以下、６５ｎｍ以下、４５ｎｍ以下、３２ｎｍ以下等の技術ノードであってもよい。しかしながら、いくつかの実施形態において、本発明の研磨パッドは、高度のノード用途（例えば、２２ｎｍ以下、１８ｎｍ以下、１６ｎｍ以下、１４ｎｍ以下等の技術ノード）に特に好適である。ウエハ上のフィーチャの相対的サイズがより小型化するに従って、各引っかき傷の効果がより大きな影響を与えるものとなるため、ノード技術がより高度となるに従って平坦化技術において欠陥が存在しないことがより重要となる。欠陥の改善が提供されることによって、開示された研磨パッドは、高度なノート用途に特に好適となり得る。しかしながら、上述のように、本発明の研磨パッドは、高度ノードウエハとの使用に限定されず、所望により他の加工対象物を研磨するために使用されてもよい。

【0012】

パッドは、熱可塑性または熱硬化性ポリウレタンポリマー樹脂から製造され得る。好ましい実施形態は、熱可塑性ポリウレタンポリマー樹脂を使用する。ポリマー樹脂は、典型的には、予備成形されたポリマー樹脂であるが、ポリマー樹脂はまた、任意の好適な方法に従ってｉｎ ｓｉｔｕで形成されてもよく、その多くは当技術分野において知られている（例えば、Ｓｚｙｃｈｅｒ’ｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓ， ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ： Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， １９９９， Ｃｈａｐｔｅｒ ３を参照されたい）。例えば、熱可塑性ポリウレタンは、ウレタンプレポリマー、例えばイソシアネート、ジ－イソシアネート、及びトリ－イソシアネートプレポリマーの反応によりｉｎ ｓｉｔｕで形成され得、プレポリマーは、イソシアネート反応性部分を含有する。好適なイソシアネート反応性部分は、アミン及びポリオールを含む。

【0013】

ポリウレタンポリマー樹脂の選択は、ある程度、ポリマー樹脂のレオロジーに依存し得る。参照することにより本明細書に全体が組み込まれる、同一出願人による米国特許第８，０７５，３７２号は、熱可塑性ポリウレタンパッドの好適なレオロジー特性を開示している。好ましい実施形態において、熱可塑性ポリウレタンは、１５０，０００ｇ／モル未満（例えば１００，０００ｇ／モル未満）の平均分子量を有する。より低分子量のポリウレタンの使用は、有利には、「脆性」（より延性の低い）パッド材料をもたらすことができ、それにより、穏やかなパッド調整作業を好適に利用することができる。

【0014】

好適なポリウレタン材料は、さらに、（例えば動的機械分析により決定されるような）パッドに付与される機械的特性に基づいて選択され得る。特に、研磨パッドは、好ましくは、低温（例えば、２５℃、３０℃、及び／または４０℃）で高い弾性率、ならびに高温（例えば、７０℃、８０℃、及び／または９０℃）で低い弾性率を有するポリウレタンから製造される。理論に束縛されることを望まないが、研磨中、バルクのパッドの温度は低く維持され（例えば約３０℃から約５０℃の範囲内）、一方パッドの凹凸部の温度は高くなり得る（例えば約８０℃）と考えられる。低温における高い弾性率は、パッドの剛性を提供し、高い平坦化効率を促進すると考えられ、一方高温における低い弾性率は、低い欠陥を促進すると考えられる柔軟性を提供する。

【0015】

低温では、貯蔵弾性率は、好ましくは非常に高い。例えば、２５℃では、熱可塑性ポリウレタンの貯蔵弾性率（Ｅ’）は、好ましくは約１０００ＭＰａ以上（例えば約１２００ＭＰａ以上、または約１４００ＭＰａ以上）である。３０℃では、貯蔵弾性率は、好ましくは約８００ＭＰａ以上（例えば約１０００ＭＰａ以上、または約１２００ＭＰａ以上）である。４０℃では、貯蔵弾性率は、好ましくは約６００ＭＰａ以上（例えば約７００ＭＰａ以上、または約８００ＭＰａ以上）である。熱硬化性ポリウレタンの場合、貯蔵弾性率は、約５０℃未満の温度において、好ましくは約３００ＭＰａ以上（例えば４００ＭＰａ以上、または５００ＭＰａ以上）である。

【0016】

高温では、貯蔵弾性率は、好ましくは非常に低い。例えば、熱可塑性ポリウレタンの場合、８０℃または９０℃では、貯蔵弾性率は、好ましくは約２０Ｍｐａ以下（例えば約１５ＭＰａ以下、または約１０ＭＰａ以下）である。７０℃では、貯蔵弾性率は、好ましくは約３０ＭＰａ以下（例えば約２０ＭＰａ以下、または約１５ＭＰａ以下）である。熱硬化性ポリウレタンの場合、貯蔵弾性率は、８０℃超の温度において、好ましくは約２０ＭＰａ以下（例えば約１５ＭＰａ以下、または約１０ＭＰａ以下）である。

【0017】

ポリウレタンはまた、高温貯蔵弾性率に対する低温貯蔵弾性率の高い比率を有するものとして特徴付けられ得る。例えば、熱硬化性ポリウレタンの場合、８０℃における貯蔵弾性率に対する２５℃における貯蔵弾性率の比率（Ｅ’（２５）：Ｅ’（８０））は、好ましくは約３０以上（例えば約４０以上、または約５０以上、または約８０以上、または約１００以上）である。熱可塑性ポリウレタンの場合、Ｅ’（２５）：Ｅ’（８０）比率は、好ましくは約５０以上（例えば約８０以上、または約１００以上、または約１２０以上、または約１５０以上）である。代替の比率を使用すると、８０℃における貯蔵弾性率に対する４０℃における貯蔵弾性率の比率（Ｅ’（４０）：Ｅ’（８０））は、約３０以上（例えば約４０以上、または約５０以上、または約６０以上、または約８０以上、または約１００以上）であってもよい。熱可塑性ポリウレタンの場合、Ｅ’（４０）：Ｅ’（８０）比率は、好ましくは約５０以上である。

【0018】

開示されたパッドは、さらに好ましくは、例えば約６０以上（例えば約７０以上、または約７５以上）のショアＤ硬度（ＡＳＴＭ Ｄ２２４０－９５）を有する硬質ポリウレタン材料から構築される。硬質パッドの使用はまた、高い平坦化効率をさらに促進すると考えられる。

【0019】

ポリウレタンはまた、幾分脆性である（または別の言い方をすれば低い靭性または低い引張伸びを有する）ものとして特徴付けられ得る。例えば、室温（例えば約２５℃）における引張伸びは、好ましくは約３５０パーセント以下（例えば約３４０パーセント以下、または約３２０パーセント以下、または約３００パーセント以下）である。理論に束縛されることを望まないが、高い引張伸び（例えば約３５０パーセント超）を有するパッド等の靭性パッドは、より侵食性の調整を必要とする傾向がある（パッド材料を破砕／せん断／剥離するのに必要なより高いエネルギーに起因する）と仮定されている。したがって、より低い靭性のポリウレタン（例えばより低い引張伸びを有するもの）の使用は、より低侵食性の調整を必要とするパッドをもたらすことができ、これは一方でパッドの寿命の延長を促進し得る。

【0020】

１つの好ましい実施形態において、研磨パッドは、約１００以上のＥ’（２５）：Ｅ’（８０）比率、約１０００ＭＰａ以上の貯蔵弾性率Ｅ’（２５）、約２０以下の貯蔵弾性率Ｅ’（８０）、約７０以上のショアＤ硬度、及び約３２０パーセント以下の引張伸びを有する熱可塑性ポリウレタンから製造される。

【0021】

開示されたパッドは、好ましくは非多孔質であるが、多孔質実施形態もまた含み得る。非多孔質パッドは、実質的に完全に中実であるもの、すなわち実質的にゼロに等しい細孔容積パーセントを有するものである。そのような実施形態において、パッドは、１ｇ／ｃｍ３超（例えば約１．１から約１．２ｇ／ｃｍ３の範囲内）の密度を有する。

【0022】

ある特定の実施形態において、開示されたパッドはまた多孔質であってもよく、実質的に任意の好適な細孔サイズ及び細孔容積を有してもよい。例えば、パッドは、約５から約２００μｍの範囲内（例えば、約５から約１００μｍの範囲内、または約５から約５０μｍの範囲内）の平均細孔サイズを有してもよい。そのようなパッドはまた、約１から約５０体積パーセント（例えば、約５から約５０パーセント、または約１０から約４０パーセント）の範囲内の多孔性体積パーセント（空隙容積とも呼ばれる）を有してもよい。

【0023】

多孔質パッド実施形態において、細孔は、実質的に任意の好適な技術を使用してポリウレタン内に付与され得る。例えば、不活性ガス（例えば二酸化炭素）が押し出されたシートに吸収されるようにシートが高圧不活性ガスに曝露される固体状態発泡プロセスが使用されてもよい。次いで、シート内での気泡の核形成が多孔性をもたらす。参照することにより本明細書に全体が組み込まれる、同一出願人による米国特許出願公開第２０１５／００５６８９２号は、好適な発泡技術を開示している。

【0024】

開示されたパッドは、実質的に任意の好適なパッド製造技術を使用して製造され得る。例えば、１つの好適な方法の実施形態において、液体熱可塑性ポリウレタンポリマー樹脂混合物がブレンドされ、次いで押し出されて固体熱可塑性ポリウレタンシートを形成してもよい。次いで、研磨パッドがそのシートから形成され得る。

【0025】

以下の実施例は、本発明をさらに例示するが、当然ながら、決して本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。

【0026】

実施例１
この実施例では、様々な押し出された熱可塑性ポリウレタンパッド（５つの本発明の実施形態、及び１つの対照実施形態）に対して、機械的特性を評価した。評価したパッドは、中実であった（本質的に多孔性を有さない）。５つの本発明の実施形態は、表１Ａ及び１Ｂにおいて、パッド試料１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、及び１Ｅとして示されている。本発明のパッド試料は、従来の熱可塑性ポリウレタン処理技術を使用して、表１Ａに示されるような（ｉ）軟質セグメントに対する硬質セグメントの比率、（ｉｉ）第２のポリオールに対する第１のポリオールの比率、及び（ｉｉｉ）第２の鎖延長剤に対する第１の鎖延長剤の比率の３つのパラメータを変動させることによって製造した。

【表1】

【0027】

対照実施形態は、市販のＥｐｉｃ Ｄ１００（登録商標）パッド（Ｃａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ａｕｒｏｒａ、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）であった。評価された特性は、ガラス転移温度Ｔｇ、ＤＭＡ転移温度（ｔａｎδが最大である温度）、引張破壊時のパーセント伸び、２５℃における貯蔵弾性率Ｅ’（２５）、５０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（５０）、８０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（８０）、及びショアＤ硬度、ならびに熱可塑性ポリウレタン材料密度を含む。パッド材料特性を、表１Ｂに示す。

【表2】

【0028】

表１Ｂ中のデータに基づいて、本発明の試料は、対照パッドより高いＤＭＡ転移温度、より低いパーセント伸び、より高い２５℃及び５０℃における貯蔵弾性率、より低い８０℃における貯蔵弾性率、ならびにより高いショアＤ硬度を有する。以下でより詳細に説明されるように、これらの特性（単独で、または組み合わせて）は、優れたパッド調整可能性、平坦性効率、及び欠陥性能の達成を提供すると考えられる。

【0029】

図１は、パッド試料１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ（仮図面における青、茶色、赤紫、青緑、及び緑）、ならびに対照（仮図面における赤／橙）に対する、温度の関数としての貯蔵弾性率Ｅ’のプロットを示す。プロット中のデータは、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＱ８００ ＤＭＡ測定ツールを使用して生成された。試験は、標準的な多周波数制御ひずみ引張モードに従い、１Ｈｚの周波数、３０μｍの振幅及び５℃／分の温度勾配で０から１２０℃までで行った。各パッド試料は、引張クランプのために６ｍｍ×３０ｍｍの四角形状に成形された。

【0030】

図１に示されたデータは、本発明のパッド試料が、対照試料より高い低温（例えば約５０℃未満）での貯蔵弾性率Ｅ’値を有することを実証している。示されたデータは、さらに、本発明のパッド試料が、対照試料より低い高温（例えば約６０℃超）での貯蔵弾性率Ｅ’値を有することを実証している。

【0031】

実施例２
本発明のパッド試料１Ｄ及び対照（Ｃａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓから入手可能なＥｐｉｃ Ｄ１００（登録商標）パッド）を使用して２５０ウエハ走行に対して銅除去速度を評価した。この実施例は、穏やかなパッド調整作業（後述）を使用した場合の本発明のパッド試料の有効性を評価した。（ｉ）中実の非多孔質パッド（１ＤＳ）、及び（ｉｉ）対照パッドの多孔性と同様の多孔性を有する発泡多孔質パッド（１ＤＦ）の２つの本発明のパッド試料を評価した。本発明のパッド試料はそれぞれ、市販のＥｐｉｃ Ｄ１００（登録商標）パッドの同心円溝パターンと同一の同心円溝パターンを含んでいた。

【0032】

銅研磨速度は、Ｔｉｔａｎ Ｐｒｏｆｉｌｅｒヘッドを装備したＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｍｉｒｒａ ＣＭＰ研磨機において、米国特許第６，２１７，４１６号に記載のようにアルミナ系研磨スラリーを使用して、２００ｍｍブランケット銅ウエハを研磨することにより得られた。スラリーは、使用場所において１．５％の過酸化水素を有していた。高い、及び低い下向き力の方式を使用して、半導体製造において使用される最初の２つのステップを近似した。高い下向き力の方式は、９３ｒｐｍの圧盤速度、８７ｒｐｍのヘッド速度、及び２．５ｐｓｉの膜圧を使用した。低い下向き力の方式は、それぞれ７０及び６３ｒｐｍの圧盤及びヘッド速度、ならびに１．５ｐｓｉの膜圧を使用した。スラリー流速は、２００ｍＬ／分であり、研磨パッドは、ｉｎ－ｓｉｔｕで、Ｋｉｎｉｋ ３１Ｇ－３Ｎ調整ディスクを使用して毎分１２サイクルの１０ゾーン正弦波掃引周波数で１００％の研磨ステップに対して調整された。

【0033】

図２は、本発明のパッド実施形態１ＤＳ及び１ＤＦ（仮図面における青及び緑）、ならびに対照（仮図面における赤）における、研磨されたウエハの数に対する銅除去速度のプロットを示す。実験期間にわたり、中実パッドにおいてＣｕ除去速度は高く、実質的に一定（約８５００Å／分）であり、穏やかな調整作業が１ＤＳパッド実施形態に好適であったことを示していることに留意されたい。発泡パッド１ＤＦの除去速度は、実験期間にわたり約８０００から約７０００Å／分まで単調に減少し、一方対照パッドの除去速度は、約８０００から約６０００Å／分まで減少し、これらのパッド実施形態は、より侵食性の調整作業を必要とし得ることを示している。

【0034】

実施例３
本発明のパッド試料１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ及び対照（Ｃａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓから入手可能なＥｐｉｃ Ｄ１００（登録商標））を使用して、ブランケット及びパターニングされた銅ウエハを研磨した。この実施例は、本発明の試料のパターニングされたウエハの性能（特にディッシング）及び欠陥（特に引っかき傷）を評価した。中実の非多孔質（Ｓ）型及び発泡（Ｆ）型両方の本発明のパッドを評価した。中実のパッドは、本質的に非多孔質であった。発泡パッドは、約１０～３０体積パーセントの範囲内の多孔性及び５～４０μｍの範囲内の平均細孔サイズを有していた。本発明のパッド試料はそれぞれ、市販のＥｐｉｃ Ｄ１００（登録商標）パッドの同心円溝パターンと同一の同心円溝パターンを含んでいた。

【0035】

ＭＩＴ８５４銅パターンウエハ（直径２００ｍｍ）を、Ｔｉｔａｎ Ｐｒｏｆｉｌｅｒヘッドを装備したＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｍｉｒｒａ ＣＭＰ研磨機において、実施例２に記載のものと同じスラリーを使用してエンドポイントまで研磨した。高い、及び低い下向き力の方式を使用して、半導体製造において使用される最初の２つのステップを近似した。高い下向き力の方式は、９３ｒｐｍの圧盤速度、８７ｒｐｍのヘッド速度、及び２．５ｐｓｉの膜圧を使用した。低い下向き力の方式は、それぞれ７０及び６３ｒｐｍの圧盤及びヘッド速度、ならびに１．５ｐｓｉの膜圧を使用した。スラリー流速は、２００ｍＬ／分であり、研磨パッドは、ｉｎ－ｓｉｔｕで、Ｋｉｎｉｋ ３１Ｇ－３Ｎ調整ディスクを使用して毎分１２サイクルの１０ゾーン正弦波掃引周波数で１００％の研磨ステップに対して調整された。ＭＩＴ ８５４銅パターンウエハを、バルク銅厚に関して再測定し、高い下向き力の方式を使用して、２０００Åの標的残留厚まで研磨した。次いで、低い下向き力の方式を使用して残留する銅の過剰負荷を取り除き、研磨時間を光学的エンドポイントシステムにより決定した。

【0036】

研磨後、ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ１非パターニングウエハ検査システムを使用して、欠陥サイズ閾値を２００ｎｍに設定し、全欠陥レベルを特性決定した。ＳＥＭ測定及び目視検査により、欠陥を分類した。Ｖｅｅｃｏ ＵＶｘ３１０表面形状測定装置を使用して、ディッシング及び浸食を特性決定した。浸食は、１００μｍ×１００μｍ構造から測定され、フィールドと銅線間の酸化物スペーサーの上部との間の側面高度差として定義された。ディッシングは、９μｍ×１μｍ構造から測定され、アレイ構造内の高い酸化物フィーチャと低い銅フィーチャとの間の差として定義された。対象領域内の高度分布から、フィールド及び銅構造の両方に対して特定の値が定義され、フィールド高度は、常に上の９７％パーセンタイルであるようにみなされ、銅線及び酸化物スペーサーの高度は、それぞれ高度分布の下部及び上部５％により定義された。

【0037】

図３は、本発明のパッド試料１Ａ（仮図面における青）及び対照パッド実施形態（仮図面における赤）における、９μｍ×１μｍ構造の表面にわたる表面形状測定装置走査を示す。パッド試料１Ａを使用して、平坦性（酸化物浸食及びディッシングの両方）の改善が達成されたことに留意されたい。

【0038】

図４は、開示されたパッド実施形態のいくつかにおけるディッシングのプロットを示す。パッド試料１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、及び１Ｄの中実及び発泡実施形態は、対照と比較して改善されたディッシングを達成したことに留意されたい。

【0039】

図５は、開示されたパッド実施形態のいくつかにおける随伴引っかき傷のプロットを示す。パッド試料１Ｄの中実及び発泡実施形態の両方、ならびに中実パッド試料１Ｃが、低減された引っかき性能を達成したことに留意されたい。パッド試料１Ａ及び１Ｂは、同等の随伴引っかき性能を達成した。

【0040】

実施例４
パッド試料１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、及び１Ｅを、パッド消耗速度を評価するためのパッド消耗試験に供した。ＩＣ１０１０パッド（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手可能）を対照として使用した。パッド消耗試験は、ＭｉｎｉＭｅｔ１０００グラインダ／研磨機を使用して、１時間Ａ１６５調整ディスクでパッド試料を研ぐことを含んでいた。調整ディスクは、３５ｒｐｍで回転された。２ｌｂの下向き力を使用して、直径２．２５インチのパッド試料を調整ディスクと接触させるように押し付けた。実施例２に記載のようなスラリーを、約４０から約１００ｍＬ／分の範囲の流速でディスクに塗布した。温度は約５０℃に維持した。パッド消耗速度を図６に示す。本発明のパッドのそれぞれが、対照より低いパッド消耗速度を有し、潜在的に改善されたパッド寿命及び調整の容易性を示していることに留意されたい。

【0041】

本発明の研磨パッドは、研磨パッドの表面にわたる研磨組成物の側方輸送を容易化する、溝、チャネル、及び／または孔を含む研磨表面を任意選択で有してもよいことが理解される。そのような溝、チャネル、または孔は、任意の好適なパターンであってもよく、任意の好適な深さ及び幅を有してもよい。研磨パッドは、２つ以上の異なる溝パターン、例えば米国特許第５，４８９，２３３号に記載のような大きい溝及び小さい溝の組み合わせを有してもよい。溝は、傾斜溝、同心円溝、螺旋または円形溝、ＸＹクロスハッチパターンの形態であってもよく、また連続的または非連続的に接続していてもよい。好ましくは、研磨パッドは、標準的なパッド調整法により生成された少なくとも小さい溝を備える。

【0042】

本発明の研磨パッドは、化学機械的研磨（ＣＭＰ）装置と併せた使用に特に好適である。典型的には、装置は、使用時に動き、軌道、直線または円形運動から生じる速度を有する圧盤と、圧盤と接触し、動く際に圧盤と共に移動する本発明の研磨パッド基板を備える研磨パッドと、研磨パッドの表面と接触し、それと相対的に移動することにより研磨される加工対象を保持するキャリアとを備える。加工対象の研磨は、加工対象の少なくとも一部を研削し、それにより加工対象を研磨するために、加工対象を研磨パッドと接触させ、次いで典型的にはその間に研磨組成物を塗布して研磨パッドを加工対象と相対的に移動させることにより行われる。研磨組成物は、典型的には、液体担体（例えば水性担体）と、ｐＨ調節剤と、任意選択で研削剤とを含む。研磨される加工対象の種類に依存して、研磨組成物は、任意選択で、酸化剤、有機酸、錯化剤、ｐＨ緩衝剤、界面活性剤、腐食防止剤、消泡剤等をさらに含んでもよい。ＣＭＰ装置は、任意の好適なＣＭＰ装置であってもよく、その多くは、当技術分野において知られている。本発明の研磨パッド基板を備える研磨パッドはまた、直線研磨ツールと共に使用されてもよい。

【0043】

望ましくは、ＣＭＰ装置は、ｉｎ ｓｉｔｕ研磨エンドポイント検出システムをさらに備え、その多くは当技術分野において知られている。加工対象物の表面から反射した光または他の放射線を分析することにより研磨プロセスを検査及び監視するための技術は、当技術分野において知られている。そのような方法は、例えば、米国特許第５，１９６，３５３号、米国特許第５，４３３，６５１号、米国特許第５，６０９，５１１号、米国特許第５，６４３，０４６号、米国特許第５，６５８，１８３号、米国特許第５，７３０，６４２号、米国特許第５，８３８，４４７号、米国特許第５，８７２，６３３号、米国特許第５，８９３，７９６号、米国特許第５，９４９，９２７号、及び米国特許第５，９６４，６４３号に記載されている。したがって、本発明の研磨パッドは、そのようなエンドポイント検出を容易化するために、それに形成された１つ以上の透明窓または開口部を含んでもよい。

【0044】

本発明の研磨パッドは、単独で使用されてもよく、または任意選択で複数層スタック研磨パッドの１つの層として使用されてもよい。例えば、研磨パッドは、サブパッドと組み合わせて使用されてもよい。サブパッドは、任意の好適なサブパッドであってもよい。好適なサブパッドは、ポリウレタンフォームサブパッド（例えばＲｏｇｅｒｓ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＰＯＲＯＮ（登録商標）フォームサブパッド）、含浸フェルトサブパッド、微細孔ポリウレタンサブパッド、または焼結ウレタンサブパッドを含む。サブパッドは、典型的には、本発明の研磨パッド基板を備える研磨パッドより柔軟であり、したがってより圧縮可能であり、研磨パッドより低いショア硬度値を有する。例えば、サブパッドは、３５から５０のショアＡ硬度を有してもよい。いくつかの実施形態において、サブパッドは、研磨パッドより硬質であり、より圧縮可能性が低く、またより高いショア硬度を有する。サブパッドは、任意選択で、溝、チャネル、中空セクション、窓、開口部等を備えてもよい。本発明の研磨パッドがサブパッドと組み合わせて使用される場合、典型的には、研磨パッド及びサブパッドと同一の広がりを有し、その間に存在する、ポリエチレンテレフタレートフィルム等の中間バッキング層がある。

【0045】

本発明の研磨パッド基板を備える研磨パッドは、多くの種類の加工対象（例えば基板またはウエハ）及び加工対象材料の研磨における使用に好適である。例えば、研磨パッドは、メモリ記憶デバイス、半導体基板、及びガラス基板を含む加工対象を研磨するために使用され得る。研磨パッドを用いた研磨に好適な加工対象は、メモリまたは硬質ディスク、磁気ヘッド、ＭＥＭＳデバイス、半導体ウエハ、電界放出ディスプレイ、及び他のマイクロ電子基板、特に絶縁層（例えば二酸化ケイ素、窒化ケイ素、もしくは低誘電率材料）及び／または金属含有層（例えば銅、タンタル、タングステン、アルミニウム、ニッケル、チタン、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウムまたは他の貴金属）を備えるマイクロ電子基板を含む。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2022-02-02

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

５０以上の８０℃における貯蔵弾性率に対する２５℃における貯蔵弾性率の比率を有する熱可塑性ポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッド。

【請求項2】

３０以上の８０℃における貯蔵弾性率に対する２５℃における貯蔵弾性率の比率を有する熱硬化性ポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッド。

【請求項3】

１２００ＭＰａ以上の２５℃における貯蔵弾性率、及び３２０パーセント以下の引張伸びを有する熱可塑性ポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッド。

【請求項4】

７５以上のショアＤ硬度、及び３２０パーセント以下の引張伸びを有する熱可塑性ポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッド。

【請求項5】

７０以上のショアＤ硬度、３２０パーセント以下の引張伸び、１０００ＭＰａ以上の２５℃における貯蔵弾性率、及び２０ＭＰａ以下の８０℃における貯蔵弾性率を有する熱可塑性ポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッド。

【請求項6】

１００，０００ｇ／モル以下の平均分子量、７０以上のショアＤ硬度、３２０パーセント以下の引張伸び、１２００ＭＰａ以上の２５℃における貯蔵弾性率、及び１５ＭＰａ以下の８０℃における貯蔵弾性率を有する非多孔質熱可塑性ポリウレタン研磨層を備える、化学機械的研磨パッド。

【外国語明細書】