特開 2023-160747 化学機械研磨のための複合パッド

(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】P2023160747

(43)【公開日】2023-11-02

(54)【発明の名称】化学機械研磨のための複合パッド

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/24 20120101AFI20231026BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20231026BHJP

   B24B 37/26 20120101ALI20231026BHJP

【ＦＩ】

B24B37/24 B

H01L21/304 622F

B24B37/24 A

B24B37/26

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023051711

(22)【出願日】2023-03-28

(31)【優先権主張番号】17/660,096

(32)【優先日】2022-04-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】504089426

【氏名又は名称】ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001508

【氏名又は名称】弁理士法人 津国

(72)【発明者】

【氏名】チャン・リウ

(72)【発明者】

【氏名】ナン－ロン・チオウ

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・イー・ミルズ

【テーマコード（参考）】

3C158

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C158AA07

3C158AA19

3C158AC02

3C158CB01

3C158CB02

3C158CB10

3C158DA12

3C158DA17

3C158EA11

3C158EB01

3C158EB05

3C158EB20

3C158EB28

3C158EB29

3C158EC02

3C158EC05

5F057AA09

5F057AA24

5F057BA15

5F057CA12

5F057DA03

5F057EB03

5F057EB09

(57)【要約】      （修正有）

【課題】化学機械研磨及び化学機械研磨に有用なパッドを提供する。
【解決手段】実質的に無孔性の研磨層を含む化学機械研磨パッドであって、該研磨層が、ポリマーマトリックスと、該ポリマーマトリックス中に埋め込まれたポリマー粒子の凝集体（agglomerates）とを含み、該ポリマー粒子が、該研磨層の重量を基準にして５～３５重量％の量で存在し、該凝集体が１μmよりも大きいサイズを有し、該ポリマー粒子が、該ポリマーマトリックスの引張弾性率よりも高い引張弾性率を有する、化学機械研磨パッド。研磨層は粘弾性であり、１０００Pa^-1より大きいＧＥＬを有する。金属／絶縁体の複合体をそのようなパッドで研磨すると、金属形体のディッシングの量を低下させることができる。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

実質的に無孔性の研磨層を含む化学機械研磨パッドであって、該研磨層が、ポリマーマトリックスと、該ポリマーマトリックス中に埋め込まれたポリマー粒子の凝集体（agglomerates）とを含み、該ポリマー粒子が、該研磨層の重量を基準にして５～３５重量％の量で存在し、該凝集体が１μmよりも大きいサイズを有し、該ポリマー粒子が、該ポリマーマトリックスの引張弾性率よりも高い引張弾性率を有し、該研磨層が粘弾性である、化学機械研磨パッド。

【請求項2】

該凝集体の少数部分が、一つよりも多い該ポリマー粒子の凝結体（aggregate）を含み、１０～１００μmの凝集体サイズを有する、請求項１記載の化学機械研磨パッド。

【請求項3】

該ポリマー粒子がポリテトラフルオロエチレンを含む、請求項１記載の化学機械研磨パッド。

【請求項4】

該ポリマーマトリックスが熱可塑性ポリウレタンを含む、請求項１記載の化学機械研磨パッド。

【請求項5】

ＧＥＬが１０００～３０００Pa^-1である、請求項１記載の化学機械研磨パッド。

【請求項6】

該研磨層が、以下：溝、突出物の一つ以上のマクロテクスチャを有する、請求項１記載の化学機械研磨パッド。

【請求項7】

該研磨層が、たとえばＡＳＴＭ Ｄ７２６４／Ｄ７２６４Ｍ－２１によって測定して５００～１５００ニュートン-mm²の曲げ剛性を有する、請求項１記載の化学機械研磨パッド。

【請求項8】

請求項１のパッドを使用して、金属形体が絶縁材料によって包囲されている複合構造を研磨する工程を含む方法。

【請求項9】

該金属形体の一部分が５～１００μmの寸法を有し、該研磨する工程が、１００オングストローム未満のディッシングを有する構造を該金属形体中に生み出す、請求項８記載の方法。

【請求項10】

研磨層が１００μmよりも大きい研磨後粗さを有する、請求項８記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の分野は、化学機械研磨及び化学機械研磨に有用なパッドである。

【背景技術】

【0002】

化学機械平坦化（化学機械研磨又はＣＭＰとも呼ばれる）は、集積回路の製造中に層を平らにする、すなわち平坦化するために広く使用されている研磨法である。ＣＭＰの目的は、ウェーハ面積全体に延びる均一な厚さのきわめて平坦な層を製造するために、基材（たとえば、様々な電気活性層及び電気絶縁層を担持するシリコンウェーハ）表面上の過剰な材料を除去することである。除去速度の制御及び除去の均一さが最重要である。

【0003】

ＣＭＰは、ナノサイズの粒子を含有することができる、しばしばスラリーと呼ばれる液体を利用する。スラリーは、回転するプラテンに取り付けられている、回転する化学機械研磨パッドの表面に供給することができる。研磨又は平坦化される基材は、別個の回転手段を有する別個の固定具、すなわちキャリヤ中に取り付けられ、制御された荷重の下でパッドの表面に押し当てられる。これは、基材と、基材の表面を摩耗させる研磨パッドとの間で高速の相対運動を生じさせ、材料の除去及び平坦化が行われる。

【0004】

速度を制御し、ハイドロプレーニングを防ぎ、スラリーをウェーハの下に効率的に運ぶために、研磨パッドの上面には様々なタイプのテクスチャが組み込まれている。微細スケールテクスチャ（マイクロテクスチャ）は、たとえば微細ダイアモンドのアレイによってパッドをコンディショニングする（すなわち摩耗させる）ことによって製造することができる。この微細スケールテクスチャは不揃いな性質である。より大きなスケールのテクスチャ、たとえば、クロスハッチ形、円形、放射状などの様々なパターン及び様々な寸法の溝又は一段高い形体（マクロテクスチャとも呼ばれる）がスラリー輸送及び流体動態を促進することができる。

【0005】

パッドは通常、サブパッド層及び研磨層を有する多層ポリマー系材料である。研磨層は一般に、独立気泡型多孔性材料を含む。コンディショニング及びウェーハ研磨中に露出する気泡構造は、良好なマイクロテクスチャを提供する。米国特許第５４８９２３３号に概説されているような無孔性パッドの場合、コンディショニング工程は、接触するアスペリティを形成するマイクロテクスチャの主要な源であるため、決定的に重要である。無孔性パッドの場合、使用中の剪断がマイクロテクスチャをすり減らし、その結果、パッドのグレージングを生じさせる。したがって、マイクロテクスチャの損失を減らすために、工業的に製造され、使用される無孔性パッドは通常、高い剪断弾性率と弾性係数の両方を有する。

【0006】

多孔性独立気泡を有するパッドは、集積回路製造に使用される絶縁層の研磨に効果的であり得るが、金属／絶縁体の複合構造、たとえば銅又はタングステンの金属配線を有する構造の研磨にはあまり望ましくない傾向にある。具体的には、多孔性パッドは、剛性が低めであり、テクスチャ崩壊を被るおそれがあり、気孔中にスラリー流出物の滞留を招くおそれがある。金属／絶縁体の複合層の研磨において、これらの性質は、金属のディッシング又は他の性能問題、たとえば除去速度の低下又は欠陥の増加を招くおそれがある。

【0007】

後者の場合、配線構造の作製手順は積層構造の段階的積み上げを含み、それは実質的に以下のとおりであることができる。（ａ）絶縁体の層を堆積させ、開放区域を有するパターン付きマスクを絶縁体表面に適用する。（ｂ）次いで、開放区域をエッチングして絶縁体中に凹み又はビアを製造し、マスクを除去する。（ｃ）エッチングされた穴を埋め、かつ表面全体を覆うことができる金属を堆積させる。（ｄ）次いで、堆積させた金属層を研磨して、過剰な金属（メタルオーバーバーデンと呼ばれる）を除去し、充填されたビア（今や導電性プラグ）を露出させる。次いで、工程のステップを、三次元平面配線構造を構築するのに望まれる回数だけ繰り返すことができる。これらの複合構造の研磨は、望ましくない二つのタイプの非平坦性（エロージョンとディッシング）を生じさせる。

【0008】

エロージョンとは、メタルオーバーバーデンを除去した後の、金属形体（たとえばプラグ）間の配線構造の絶縁材料の差異的薄肉化をいう。これは、しばしば過研磨と呼ばれる継続中の研磨の間に起こり得る。

【0009】

ディッシングとは、メタルオーバーバーデンを一掃した後の、複合構造の表面トポグラフィーの増大である。このディッシングは、金属、たとえばエッチングされた構造内に堆積した銅の過剰な除去に関連し；ディッシングは通常、過研磨中に絶えず増大する。ディッシングの一つの原因は、複合材の二つの（又はより多くの）材料の間でのＣＭＰ除去速度の差である。普通、導電性の金属がより高い除去速度を有するため、ディッシングは、最終的な金属構造中で凹みとして発生する。ディッシングは、最終的な構築構造における抵抗のばらつき及び接触信頼性の有意な原因である。

【0010】

デバイス構造が縮小するにつれ、ディッシングと欠陥率の両方の要件はますます厳しくなる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0011】

本明細書に開示されるものは、実質的に無孔性の研磨層を含む化学機械研磨パッドであって、研磨層が、ポリマーマトリックスと、ポリマーマトリックス中に埋め込まれたポリマー粒子の凝集体（agglomerates）とを含み、ポリマー粒子が、研磨層の重量を基準にして５～３５重量％の量で存在し、凝集体が１μmよりも大きいサイズを有し、ポリマー粒子が、ポリマーマトリックスの引張弾性率よりも高い引張弾性率を有する、化学機械研磨パッドである。研磨層は粘弾性である。研磨層は、１０００Pa^-1よりも大きいＧＥＬを有することができる。

【0012】

同じく本明細書に開示されるものは、本明細書に開示されるパッドを使用して、金属形体が絶縁材料によって包囲されている複合構造を研磨する工程を含む方法である。

【0013】

ここで、例示的な実施形態である図面を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本明細書に開示されるポリマー－ポリマー複合材のポリマー粒子を説明する、コンディショニング前のパッドの研磨層の表面の顕微鏡写真である。

【図2】図２は、本明細書に開示されるポリマー粒子を含まない、コンディショニング前の比較用研磨層の表面の顕微鏡写真である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

発明の詳細な説明
本明細書に開示される化学機械研磨パッドは研磨層を含む。研磨層は実質的に無孔性又は無孔性である。本明細書中で使用される場合、「実質的に無孔性」とは、研磨層が、空隙を５体積％未満、１体積％未満、０．５体積％未満又は０．１体積％未満しか含まないことを意味する。本明細書中で使用される場合、「無孔性」とは、研磨層の形成中に意図されない人為産物としていくらかのランダムな空隙が生じ得ることを認識しながらも、意図的に研磨層に導入された空隙がないことを意味する。しかし、研磨層は空隙を有しないことができる。

【0016】

研磨層は、ポリマーマトリックスと、その中に分散したポリマー粒子の凝集体とを含む。

【0017】

ポリマーマトリックスは引張弾性率を有する。ポリマーマトリックスの引張弾性率は、ＡＳＴＭ Ｄ４１２－１６にしたがって２３℃で５０～２００メガパスカル（MPa）以下、１５０MPa以下又は１２０MPa以下であることができる。ポリマーマトリックスは、ＡＳＴＭ－５２７９－２１にしたがって２０～４０℃の温度範囲で０．１３～０．３のtanデルタ（tanδ）を有することができる。ポリマーマトリックスは、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０－１５にしたがって測定して２５～７０、３０～６０又は３５～５０のショアＤ硬さを有することができる。

【0018】

ポリマーマトリックスは、多様なポリマー材料、たとえばポリウレタン、ポリブタジエン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン及びポリカーボネートを含むことができる。ポリマーマトリックスはポリウレタンを含むことができる。ポリマーマトリックスは熱可塑性ポリウレタンを含むことができる。本明細書の目的に関して、「ポリウレタン」とは、二官能又は多官能イソシアネートに由来する生成物、たとえばポリエーテルウレア、ポリイソシアヌレート、ポリウレタン、ポリウレア、ポリウレタンウレア、それらのコポリマー及びそれらの混合物である。

【0019】

本発明の化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用される多官能イソシアネートは、脂肪族多官能イソシアネート、芳香族多官能イソシアネート及びそれらの混合物からなる群から選択することができる。本発明の化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用される多官能イソシアネートは、たとえば、２，４－トルエンジイソシアネート；４，４′－ジフェニルメタンジイソシアネート；ナフタレン－１，５－ジイソシアネート；イソホロンジイソシアネート；ヘキサメチレンジイソシアネート；４，４′－ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート；又はそれらの混合物からなる群から選択することができる。

【0020】

イソシアネート官能性と反応することができるポリオール（たとえばジオール）は、ポリエーテル（たとえばＨＯ－（Ｒ－Ｏ）_n－Ｈ（式中、Ｒは、炭素原子２、３、４又は５個のアルキル基であり、ｎは、所望の重量平均分子量、たとえば２５０～３０００g/molを提供するために望まれる繰返し単位の数である）、たとえばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール又はポリテトラメチレンエーテルグリコール）又はポリエステル（たとえばＨＯ－（Ｏ－Ｒ－Ｃ（＝Ｏ））_n－Ｌ－（Ｃ（＝Ｏ）－Ｒ－Ｏ）_n－Ｈ（式中、Ｒは、炭素原子２、３、４又は５個のアルキル基であり、ｎは、所望の重量平均分子量、たとえば２５０～３０００g/molを提供するために望まれる繰返し単位の数であり、Ｌは、結合基、たとえばエーテル（たとえば－Ｏ－Ｒ－Ｏ－又は－Ｏ－Ｒ－Ｏ－Ｒ－Ｏ－（式中、Ｒは、炭素原子１、２、３又は４個のアルキル基である））である）であることができる。

【0021】

熱可塑性ポリウレタンは、ジイソシアネートと短鎖ジオールとの反応及びジイソシアネートと長鎖ジオールとの反応によって形成される硬質セグメント及び軟質セグメントを含む。

【0022】

研磨層は、ポリマーマトリックス中に凝集体としてポリマー粒子を含む。ポリマー粒子は、ポリマーマトリックスの引張強さよりも高い引張弾性率を有する。ポリマー粒子に使用されるポリマーの引張弾性率は、２０℃で４００MPa超又は５００MPa超～２０００、１５００又は１０００MPaであることができる。ポリマー粒子に対して直に引張弾性率を測定することは難題であり得る。したがって、引張弾性率は、粒子に類似する組成を有するバルクポリマーから近似することができる。そのようなバルクポリマーの引張弾性率は、ＡＳＴＭ Ｄ４１２－１６によって測定することもできるし、当該バルクポリマーに関する供給業者の公表データから導出することもできる。ポリマー粒子の硬さの直接測定も同じく難題であり得るが、ここでもまた、粒子に類似する組成を有するバルクポリマーからＡＳＴＭ Ｄ２２４０（２０１５）にしたがって近似することもできるし、当該バルクポリマーに関する供給業者の公表データから近似することもできる。たとえば、ポリマー粒子のバルクポリマーの硬さは、少なくとも５０又は少なくとも５５～１００又は７５であることができる。

【0023】

ポリマー粒子はポリマーマトリックス中で凝集体を形成する。本明細書の目的に関して、凝集体とは、三つ以上の粒子の、隣接する粒子間の間隔が粒子の粒子径よりも小さい、集団である。これらの凝集体が予想外にも平坦化効率を改善する。凝集体は、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）によって測定して１～１００μm、好ましくは２～７０μmのサイズを有することができる。凝集体のうちより多くは、サイズ範囲の下寄り部分にあることができ、少数の凝集体の残りがより高い範囲にある。たとえば、凝集体の大多数（たとえば少なくとも８０％又は少なくとも９０％）が１０μmよりも小さい又は５μmよりも小さく、少数（たとえば凝集体の２０％未満又は１０％未満）が１０μmよりも大きいことができる。ごく少数（たとえば凝集体の５％未満又は３％未満）が２０μmよりも大きいことができる。凝集体は、単一の粒子であることもできるし、一つよりも多い粒子が凝集したものであることもできる。ポリマー粒子は、１～２０又は２～１０μmの粒子径を有することができる。粒子径は、供給業者によって述べられた公称粒子径であることができる。あるいはまた、粒子径は、Malvern Panalytical製のMastersizer（商標）などの粒子径分析装置によって測定することもできる。

【0024】

研磨層中のポリマー粒子の量は、研磨層の総重量を基準にして５～３５又は８～２５重量％であることができる。

【0025】

ポリマー粒子の例は、ポリマーマトリックスの弾性率よりも高い弾性率を有するフルオロポリマー、ポリラクチド、ポリカーボネート又はポリウレタンを含む。好ましくは、ポリマー粒子はフルオロポリマーである。フッ素化ポリマー粒子（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ）は、市販のパッド調合物中で粉末として使用されるとき、半導体基材をカチオン性砥粒で研磨する場合に欠陥及び研磨除去速度の改善を示す。許容可能なフッ素化添加物の化学構造は以下のとおりである。（ａ）ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）；（ｂ）ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とペルフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡＶＥ）とのコポリマー）；（ｃ）ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とのコポリマー）又は（ｄ）ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）。さらなる許容可能なフルオロポリマーの例は、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）及びＥＣＴＦＥ（エチレンクロロトリフルオロエチレン）である。好ましくは、フルオロポリマーは、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＶＦ、ＥＴＦＥ、ＥＣＴＦＥ及びそれらの組み合わせから選択される。

【0026】

本発明の化学機械研磨パッドの研磨層はさらに、任意選択で、複数のマイクロエレメント、たとえば砥粒、水溶性材料及び／又は不溶相材料（たとえば鉱油）を含んでもよい。研磨層は、そのような添加物を含まないこともできる。そのような添加物は、研磨層の総重量を基準にして約２５重量％以下、約２０重量％以下、約１５重量以下、約１０重量％以下の量で存在することができる。同時に、存在するとき、そのような添加物は、研磨層の総重量を基準にして少なくとも０．１又は１重量％の量で存在することができる。研磨層は、閉じ込められた気泡、中空コアポリマー材料、液体充填中空コアポリマー材料を含まないこともできる。研磨パッドは、さらなる固体マイクロエレメントを含まないこともできる。

【0027】

本発明の化学機械研磨パッドの研磨層は、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０（２０１５）にしたがって測定して２５～７０、３０～６０又は３５～５０のショアＤ硬さを示すことができる。研磨層の硬さは、研磨層が気孔を含むか含まないかにかかわらず、研磨層に対して直に測定することができる。

【0028】

研磨層は、ＡＳＴＭ Ｄ７２６４／Ｄ７２６４Ｍ―２１（２０２１）「Standard Test Method for Flexural Properties of Polymer Matrix Composite Materials」によって測定して、たとえば５００～１５００又は７００～１２００N-mm²の曲げ剛性を有することができる。

【0029】

研磨層の組成物（気孔が存在しない中実の材料）は、ＡＳＴＭ Ｄ４１２－１６にしたがって２３℃で５０～２００、１５０又は１２０メガパスカル（MPa）の引張弾性率を有することができる。研磨層の組成物（気孔が存在しない）は、ＡＳＴＭ ５２７９－０８にしたがって測定して３０℃で１２５MPa未満（たとえば５０～１２５又は１００MPa）の貯蔵弾性率Ｇ'を有することができる。研磨層の組成物は、ＡＳＴＭ－５２７９－０８（２００８）にしたがって２０～４０℃の温度範囲で０．１３～０．３のtanデルタ（tanδ）を有することができる。すべての弾性率数値（Ｇ'）は、Ares GSモデル計器（TA Instruments製）上、３６mm×６．５mmの寸法を有する試料をクランプ間距離２０mmで使用して得たものである。計器設定は以下のとおりであった。
窒素雰囲気
開始温度 －１００℃ 固有設定値：オフ
ソーク時間：２０．０秒 温度の待機：オン
ランプレート ３．０℃／分
ランプ後ソーク時間 ０．０秒
完了までの推定時間 １：２３：００ 時：分：秒
サンプリング間隔 １０s/pt
ひずみ％ ０．２％
一点
角周波数 １０rad/s
収集モード：相関を選択
遅延サイクル ０．５
遅延時間 ３．０秒
サンプリングサイクル 半サイクル二つ
相関に基づく周波数：オフ セーブ波形（点表示）：オフ セーブイメージ：オフ
反復ひずみ
調節：オフ 追加の高調波の使用：オフ
定常剪断速度を重畳：オフ 収集中に軸力を維持：オン
有効化：オフ 有効化：オフ 有効化：オフ

【0030】

研磨層の材料は、ＡＳＴＭ Ｄ４１２－１６によって測定して少なくとも３０MPa、少なくとも３１MPa、少なくとも３１．５MPa又は少なくとも３２MPaの引張強さを有することができる。

【0031】

研磨層の組成物は粘弾性である。研磨層の組成物は、ＡＳＴＭ ５２７９－０８（すべての有用な目的に関して全体として参照により組み込まれる「Standard Terminology Relating to Dynamic Mechanical Measurements of Plastics」）によって測定して１０００Pa^-1よりも大きい、たとえば１０００、１２００又は１５００～３０００Pa^-1の「エネルギー損失係数」（ＧＥＬ）を有することができる。ＧＥＬは、研磨層が気孔を含むか含まないかにかかわらず、気孔を有しない研磨層の材料に関して計算されることに留意すること。ＧＥＬは、各変形サイクル中に失われる、単位体積あたりのエネルギーである。換言するならば、ＧＥＬは、応力－ひずみヒステリシスループ内の面積の測定である。エネルギー損失係数（ＧＥＬ）は、４０℃でのtanδ（Ｇ''／Ｇ'）と貯蔵弾性率（Ｇ'）の両方の関数であり、以下の式によって定義することができる。
ＧＥＬ＝tanδ*１０¹²／［Ｇ'×（１＋（tanδ）²）］
式中、Ｇ'はパスカル単位である。

【0032】

研磨層は、５００～４０００μm、７００～３５００μm、１０００～３０００μm又は１３００～２５００μmの平均厚さを有することができる。

【0033】

本明細書に開示される研磨パッドは、ディッシングの減少と良好な除去速度との良好なバランスを示す。本無孔性パッドはまた、他の無孔性パッドよりもグレージングを起こしにくい。束縛されることは望まないが、開示されるパッドのより高いＧＥＬはディッシングの減少に寄与することができ、粒子凝集体の包含はグレージングの回避を支援することができる。

【0034】

本発明のＣＭＰ研磨パッドはさらに、任意選択で、研磨層とインタフェースした少なくとも一つのさらなる層を含むことができる。好ましくは、ＣＭＰ研磨パッドはさらに、任意選択で、研磨層に接着された圧縮性のベース層を含む。圧縮性のベース層は、好ましくは、研磨される基材の表面への研磨層の適合性を改善する。

【0035】

本発明のＣＭＰ研磨パッドはさらに、その最終形態において、その上面への一つ以上の寸法のテクスチャの組み込みを含む。これらは、サイズによってマクロテクスチャ又はマイクロテクスチャへと分類することができる。

【0036】

ＣＭＰに用いられる一般的なタイプのマクロテクスチャは、流体力学的応答及びスラリー輸送を制御し、非限定的に、多くの形態及びデザインの溝、たとえば環状、放射状、クロスハッチ状の溝ならびに突出物、たとえば柱状物を含む。これらは、機械加工によって薄い均一なシートへと形成することもできるし、ネットシェイプ成形法によってパッド表面に直に形成することもできる。そのようなマクロテキスチャの大きさは０．２５～２mm程度であることができる。換言するならば、パッドの表面の最下部分から最上部分までの距離は０．２５～２又は１mmであることができる。しかし、パッドはマクロテクスチャを有しないこともできる。

【0037】

本明細書に開示される研磨パッドは、良好なマイクロテクスチャを有することができ、耐グレージング性であることができる。マイクロテクスチャは、研磨が行われる基材ウェーハとの接触点である表面アスペリティの集団を形成する、より微細スケールの形体を含む。一般的なタイプのマイクロテクスチャとしては、非限定的に、使用前、使用中又は使用後にダイアモンドなどの硬い粒子のアレイによる摩耗（しばしばパッドコンディショニングと呼ばれる）によって形成されるテクスチャ及びパッド作製工程中に形成されるマイクロテクスチャを含む。たとえば、本明細書に開示されるパッドは、Z. Liu, and T. Buley, Advanced CMP Pad Surface Texture Characterization and Its Impact on Polishing, NCCAVS CMPUG spring meeting 2016, Austin, TX, Apr. 2016に記載されているように、共焦点顕微鏡によって測定して１００μm以上、たとえば１００～１２０μmの研磨後粗さを有することができる。

【0038】

本発明のＣＭＰ研磨パッドは、研磨機のプラテンとインタフェースするのに好適であることができる。ＣＭＰ研磨パッドは、たとえば感圧接着剤及び真空の少なくとも一つを使用して研磨機のプラテンに取り付けることができる。

【0039】

基材研磨作業におけるある重要なステップは、工程の終点を決定することであり得る。したがって、パッドは、選択された波長の光に対して透過性である窓を含むことができる。研磨中、光ビームがその窓を通して基材表面に当てられると、そこで反射し、窓を反対に通過して検出器（たとえば分光光度計）に達する。この戻り信号に基づき、終点検出のために基材表面の性質（たとえばその上の膜の厚さ）を測定することができる。そのような光ベースの終点検出法を容易にするために、本発明の化学機械研磨パッドはさらに、任意選択で、終点検出窓を含む。好ましくは、終点検出窓は、研磨層に組み込まれた一体窓及び化学機械研磨パッドに組み込まれたプラグイン位置終点検出窓ブロックから選択される。十分な透過率を有する本発明の無充填パッドの場合、パッドの上層そのものを窓開口として使用することができる。本発明のパッドのポリマー相が相分離を示すならば、作製中に冷却速度を局所的に高めて相分離を局所的に抑制して、終点検出窓としての使用に適したより透過性の領域を生じさせることにより、上部パッド材料の透過性領域を製造することもできる。

【0040】

ＣＭＰ研磨パッドは、「背景技術」に記載したように、研磨スラリーとともに使用される。

【0041】

したがって、同じく本明細書に開示されるものは、本明細書に開示されるパッドを使用して、金属形体が絶縁材料によって包囲されている複合構造を研磨する工程を含む方法である。金属形体は、集積回路中の配線に一般に使用されるものなどの任意の金属を含むことができる。金属は、たとえばタングステン又は銅を含むことができる。たとえば、金属形体の一部分は５～１００μm程度の寸法又は幅を有することができる。そのような構造に対する研磨収量は、１００オングストローム未満又は９０オングストローム未満のディッシングを有することができる。

【実施例0042】

実施例１
マトリックス材料又はベースポリマーとして熱可塑性ポリウレタンを使用する成形により、２セットの研磨パッドを調製した。

【0043】

比較用パッドＡは、ベースポリマーのみを用いて製造した。

【0044】

本発明パッドＢは、溶融ベースポリマーへの配合又はブレンドによってポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粒子（The Chemours Company FC, LLC製のZonyl（商標）MP1200）を１０重量％添加されていた。ＰＴＦＥ粒子は、類似のＰＴＦＥバルク材料の特性に基づくと、約６０のショアＤ硬さ及び約５５０MPaの引張弾性率を有すると推定される。ＰＴＦＥ粒子は、３μmの平均粒子径を有し、粒子径分布は狭く、比表面積は１．５～３m²/gである。

【0045】

比較用パッドＣは、ＰＴＦＥ粒子ではなく、サブミクロンサイズのポリラクチド粒子を使用したものであった。ポリラクチドは、公表されている文献及び試験法ＩＳＯ ５２７－２によると、推定７３のショアＤ硬さ及び推定３１０～５６２０MPaの引張弾性率を有する。

【0046】

パッドは円柱形のマクロ構造を有していた。両パッドは同一の厚さ及びサブパッド（DuPont Electronic Materials製のSP2310ポリウレタンフォームサブパッド）を有していた。

【0047】

研磨層材料を、引張特性に関してはＡＳＴＭ Ｄ４１２－１６にしたがって、また、貯蔵弾性率（Ｇ'）及びtanデルタに関してはＡＳＴＭ ５２７９－０８にしたがって、特性評価した。Ｇ'及びtanデルタから、上記のようにＧＥＬを計算した。ＡＳＴＭ Ｄ２２４０（２０１５）にしたがって研磨層の硬さを測定した。ＡＳＴＭ Ｄ７２６４／Ｄ７２６４Ｍ－２１（２０２１）「Standard Test Method for Flexural Properties of Polymer Matrix Composite Materials」にしたがって研磨層の曲げ剛性を測定した。

【0048】

データを表１に示す。比較のため、熱可塑性ポリウレタンマトリックスのいくつかの市販品多孔性パッドの特性をも示す。これらの多孔性パッドの場合、硬さ及び剛性率は、気孔を含む研磨層に関して測定されたものであり、引張特性及び弾性特性は、気孔を有しないマトリックスポリマー組成物に関して測定されたものであることに留意すること。

【0049】

【表1】

【0050】

本発明パッドＢの倍率×３００の顕微鏡撮影が図１に示され、図中、明るい色の領域はＰＴＦＥ粒子の凝集体である。充填材を有しないパッドＡの図２は、目に見える凝集体と関連する大きな濃淡差を示さない。ミクロンサイズ範囲の凝集体はパッドＣにおいても見られなかった。

【0051】

実施例２
比較用パッドＡ、本発明パッドＢ及び比較用パッドＣを使用して、３００mmのタングステンブランケットウェーハを研磨して除去速度の差を評価し、本明細書に記載されるような共焦点顕微鏡を使用して、コンディショニングされたパッド表面の粗さを測定した。すべてのパッドに同一の方法を使用した。市販品のタングステンスラリーを用いた。結果を表２にまとめる。

【0052】

パッドＢ、すなわち本発明パッドは、有意に高い研磨速度及びコンディショニングされたパッド表面テクスチャを示した。非複合パッドＡは、より低い研磨後粗さを示し、それは、より大きなダイアモンドを有するより侵襲的なパッドコンディショナを使用しても改善しなかった。対照的に、本発明パッドＢは、コンディショナの変更によって変化させることができるパッド粗さを示した。凝集体サイズを有しないパッドＣは、ポリマー微粒子添加物を有しない比較対照用パッドＡと同程度の粗さ及びそれよりも劣る除去速度を示した。

【0053】

【表2】

【0054】

実施例３
また、パターン付きタングステン試験ウェーハを研磨し、検査して、ディッシングに対する第二のポリマー添加の効果を評価した。特に興味深いことは、様々なタングステンビア径及び間隔のビアアレイの場合の結果である。両ウェーハを、２０％増しの過研磨時間で終点まで研磨した。表３に示すように、ビアのディッシングにおける有意な差が認められた。比較用パッドＡの場合、ビア直径の減少に正比例してディッシング値は低下する。対照的に、本発明パッドＢは、試験したビア径の範囲にかけて本質的に一定の低いディッシングレベルを示した。これらの結果を解釈すると、改善は、第二のより高い弾性率のポリマーの添加によってパッドＢで生じた剛性の改善と、所望に高いＧＥＬ値との組み合わせのおかげである。形体サイズ応答のこの欠如はデバイス加工において非常に望ましい。理由は、実際には、現実の回路中では広い範囲のビア寸法があり得るからである。ディッシングばらつきの欠如は、多層デバイスを作製するとき、均一な電気的応答を生じさせる能力を実質的に改善する。

【0055】

【表3】

【0056】

本開示はさらに以下の態様を包含する。

【0057】

態様１：実質的に無孔性、好ましくは無孔性の研磨層を含む化学機械研磨パッドであって、研磨層が、ポリマーマトリックスと、ポリマーマトリックス中に埋め込まれたポリマー粒子の凝集体とを含み、ポリマー粒子が、研磨層の重量を基準にして５～３５重量％、好ましくは８～２５重量％の量で存在し、凝集体が１μmよりも大きいサイズを有し、ポリマー粒子が、ポリマーマトリックスの引張弾性率よりも高い引張弾性率を有し、研磨層が、粘弾性であり、１０００Pa^-1よりも大きい、好ましくは１５００～３０００Pa^-1のＧＥＬを有することを特徴とする、化学機械研磨パッド。

【0058】

態様２：凝集体の少数部分が、一つよりも多いポリマー粒子の凝結体（aggregate）を含み、１０～１００μmの凝集体サイズを有する、態様１の化学機械研磨パッド。

【0059】

態様３：ポリマー粒子がポリテトラフルオロエチレンを含む、態様１又は２の化学機械研磨パッド。

【0060】

態様４：ポリマー粒子の平均粒子径が１～２０μm、好ましくは１～１０μm、より好ましくは１～５μmの範囲である、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0061】

態様５：凝集体の少なくとも８０％が１０μm未満、好ましくは５μm未満のサイズを有する、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0062】

態様６：研磨層の総体積を基準にして５体積％未満、１体積％未満、０．５体積％未満又は０．１体積％未満の空隙を研磨層中に含む、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0063】

態様７：ポリマーマトリックスが、ＡＳＴＭ Ｄ４１２－１６（２０１６）にしたがって２３℃で５０～２００メガパスカル（MPa）、好ましくは５０～１５０MPa、より好ましくは５０～１２０MPaの引張弾性率を有する、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0064】

態様８：ポリマーマトリックスが、ＡＳＴＭ－５２７９－０８にしたがって２０～４０℃の温度範囲で０．１３～０．３のtanデルタ（tanδ）を有する、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0065】

態様９：ポリマーマトリックスが、たとえばＡＳＴＭ Ｄ２２４０－１５にしたがって測定して２５～７０、好ましくは３０～６０、より好ましくは３５～５０のショアＤ硬さを有する、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0066】

態様１０：ポリマーマトリックスが熱可塑性ポリウレタンを含む、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0067】

態様１２：研磨層が、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０－１５にしたがって測定して２５～７０、好ましくは３０～６０、より好ましくは３５～５０のショアＤ硬さを有する、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0068】

態様１３：研磨層が、ＡＳＴＭ Ｄ７２６４／Ｄ７２６４Ｍ－２１によって測定して５００～１５００N-mm²、好ましくは７００～１２００N-mm²の曲げ剛性を有する、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0069】

態様１４：研磨層が、たとえばＡＳＴＭ ５２７９－０８にしたがって測定して３０℃で１２５MPa未満、好ましくは５０～１２５MPa、より好ましくは５０～１００MPaの貯蔵弾性率Ｇ'を有する、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0070】

態様１５：研磨層が、５００～４０００μm、好ましくは７００～３５００μm、より好ましくは１０００～３０００μm、もっとも好ましくは１３００～２５００μmの厚さを有する、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0071】

態様１６：ポリマー粒子に使用されるポリマーの引張弾性率が、２０℃で４００MPa超又は５００MPa超～２０００、１５００又は１０００MPaである、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0072】

態様１７：ポリマー粒子のショアＤ硬さが５０～１００又は５５～７５である、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0073】

態様１８：研磨層が、たとえばＡＳＴＭ Ｄ２２４０－１５にしたがって測定して２５～７０、好ましくは３０～６０、より好ましくは３５～５０のショアＤ硬さを有する、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0074】

態様１９：研磨層が、以下：溝、突出物の一つ以上のマクロテクスチャを有する、前記態様のいずれかの化学機械研磨パッド。

【0075】

態様２０：前記態様のいずれかのパッドを使用して、金属形体が絶縁材料によって包囲されている複合構造を研磨する工程を含む方法。

【0076】

態様２１：金属形体の一部分が５～１００μmの寸法を有し、研磨する工程が、１００オングストローム未満のディッシングを有する構造を金属形体中に生み出す、態様２０の方法。

【0077】

態様２２：金属形体がタングステン又は銅を含む、態様２０又は２１の方法。

【0078】

態様２３：研磨層が１００μmよりも大きい研磨後粗さを有する、態様２０～２２のいずれか一つの方法。

【0079】

本明細書に開示されるすべての範囲は終点を含み、終点は、独立して、互いに組み合わせ可能である（たとえば、「２５重量％以下、又はより具体的には５重量％～２０重量％」の範囲は、「５重量％～２５重量％」の範囲の終点及びすべての中間値を含む、など）。そのうえ、述べられる上限及び下限を組み合わせて範囲を形成することもできる（たとえば、「少なくとも１重量％又は少なくとも２重量％」と「１０又は５重量％以下」とを組み合わせて、「１～１０重量％」又は「１～５重量％」又は「２～１０重量％」又は「２～５重量％」の範囲を形成することもできる）。別段の記載がない限り、すべての組成は重量％（wt.％）単位である。

【0080】

本開示は、択一的に、本明細書に開示される任意の適切な構成要素を含むこともできるし、それらからなることもできるし、それらから本質的になることもできる。本開示は、追加的又は代替的に、従来技術の組成物に使用される、又は他の点では本開示の機能又は目的の達成にとって必要ではない構成要素、材料、成分、補助剤又は種を含まない、又は実質的に含まないように調合されることもできる。

【0081】

引用されるすべての特許、特許出願及び他の参考文献は、全体として参照により本明細書に組み入れられる。しかし、本出願におけるある用語が、組み入れられる参考文献中の用語と矛盾する、又は相容れないならば、本出願からの用語が、組み入れられる参考文献からの相容れない用語よりも優先する。

【0082】

本明細書中で別段の指定がない限り、すべての試験規格は、本出願の出願日の時点又は、優先権が主張されるならば、試験規格が記されている最先の優先権出願の出願日の時点で効力のある最新の規格である。

【図1】

【図2】

【外国語明細書】