特開 2024-80620 マイクロ層ＣＭＰ研磨サブパッド

(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】P2024080620

(43)【公開日】2024-06-13

(54)【発明の名称】マイクロ層ＣＭＰ研磨サブパッド

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/22 20120101AFI20240606BHJP

   B24B 37/24 20120101ALI20240606BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20240606BHJP

   B24B 37/26 20120101ALI20240606BHJP

【ＦＩ】

B24B37/22

B24B37/24 C

H01L21/304 622F

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 2023191340

(22)【出願日】2023-11-09

(31)【優先権主張番号】18/060,669

(32)【優先日】2022-12-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】18/490,290

(32)【優先日】2023-10-19

(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】ガンフア・ホウ

(72)【発明者】

【氏名】ブラインアン・バートン

(72)【発明者】

【氏名】アラアッディン・アルスバイエ

(72)【発明者】

【氏名】アンドリュー・ワンク

(72)【発明者】

【氏名】トゥチュン・ワン

(72)【発明者】

【氏名】アネット・クレバス

(72)【発明者】

【氏名】ネスター・エー・バスケス

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・アール・マコーミック

【テーマコード（参考）】

3C158

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C158AA07

3C158AA19

3C158CA01

3C158CB01

3C158CB10

3C158DA12

3C158EA11

3C158EB01

3C158EB05

3C158EB10

3C158EB11

3C158EB12

3C158EB19

5F057AA02

5F057AA24

5F057CA12

5F057DA03

5F057EB03

5F057EB06

5F057EB07

5F057EB08

(57)【要約】      （修正有）

【課題】マイクロ孔を有するケミカルメカニカル研磨サブパッドに関する。
【解決手段】研磨パッド１０は、ポリマーマトリックスと、半導体、磁性及び光学基材の少なくとも一つを研磨するのに有用な研磨面１４と、底面１６と、研磨パッドの底面に被着された多孔性サブパッドとを有する。多孔性サブパッドは、研磨パッドを多孔性サブパッドに固着するための非多孔性マイクロ層を含む。多孔性ポリマーネットワークは、圧縮力を研磨パッドの底面から多孔性サブパッドへ移すための、非多孔性マイクロ層に隣接する独立気泡マイクロ孔１８の単一層、及び独立気泡マイクロ孔の単一層に隣接する、独立気泡マイクロ孔、連続気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物の多層を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリマーマトリックスと、半導体、磁性及び光学基材の少なくとも一つを研磨するのに有用な研磨面と、底面とを有する研磨パッドと；
前記研磨パッドの前記底面に被着された多孔性サブパッドであって、
前記研磨パッドを前記多孔性サブパッドに固着するための、柔軟であり、前記研磨パッドの前記底面にマイクロスケールのコンフォーマルコーティングを形成する非多孔性マイクロ層を含み、非多孔性層が前記研磨パッドの前記底面とつながっている、多孔性サブパッドと；
多孔性ポリマーネットワークであって、
i）圧縮力を前記研磨パッドの前記底面から前記多孔性サブパッドへ移すための、前記非多孔性マイクロ層に隣接する独立気泡マイクロ孔の単一層；及び
ii）独立気泡マイクロ孔の前記単一層に隣接する、独立気泡マイクロ孔、連続気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物の多層であって、独立気泡マイクロ孔、連続気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物の前記多層がガス充填されており、独立気泡マイクロ孔、連続気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物の前記多層が、前記研磨パッドの全研磨寿命中、ガス充填状態に留まる、多層
を含む多孔性ポリマーネットワークと
を含むケミカルメカニカル研磨パッド。

【請求項2】

前記非多孔性マイクロ層が、前記ポリマーネットワーク内の前記多層マイクロ孔の平均直径の５０％未満の平均厚さを有する、請求項１記載の研磨パッド。

【請求項3】

前記多層が、独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との前記混合物を含み、独立気泡が球形であり、連続気泡孔が卵形マイクロ孔を含む、請求項１記載の研磨パッド。

【請求項4】

前記多層が、ケミカルメカニカル研磨パッドの研磨プロファイルを調整するために前記サブパッドの中へ延びるマクロ形体を含む、請求項１記載の研磨パッド。

【請求項5】

前記ポリマーマトリックスが独立気泡マイクロ孔を含み、前記独立気泡がマイクロ孔であり、前記研磨パッドの底面が開口したマイクロ孔を含み、前記非多孔性マイクロ層が前記開口したマイクロ孔とつながって、前記研磨パッドの前記底面の前記開口したマイクロ孔を少なくとも部分的に埋める、請求項１記載の研磨パッド。

【請求項6】

ポリマーマトリックスと、半導体、磁性及び光学基材の少なくとも一つを研磨するのに有用な研磨面と、底面とを有する研磨パッドと；
前記研磨パッドの前記底面に被着された多孔性サブパッドであって、
前記研磨パッドを前記多孔性サブパッドに固着するための、柔軟であり、前記研磨パッドの前記底面にマイクロスケールのコンフォーマルコーティングを形成する非多孔性マイクロ層を含み、非多孔性層が前記研磨パッドの前記底面とつながっている、多孔性サブパッドと；
多孔性ポリマーネットワークであって、
i）圧縮力を前記研磨パッドの前記底面から前記多孔性サブパッドへ移すための、前記非多孔性マイクロ層に隣接する独立気泡マイクロ孔の単一層；及び
ii）独立気泡マイクロ孔の前記単一層に隣接する、独立気泡マイクロ孔、連続気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物の多層であって、独立気泡マイクロ孔、連続気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物の前記多層がガス充填されており、独立気泡マイクロ孔、連続気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物の前記多層が、前記研磨パッドの全研磨寿命中、ガス充填状態に留まる、多層
を含む多孔性ポリマーネットワークと
を含み、前記研磨パッドが多孔性を有し、前記多孔性サブパッドが、前記研磨パッドの前記多孔性よりも高い多孔性を有する、ケミカルメカニカル研磨パッド。

【請求項7】

前記非多孔性マイクロ層が、前記ポリマーネットワーク内の前記多層マイクロ孔の平均直径の５０％未満の平均厚さを有する、請求項６記載の研磨パッド。

【請求項8】

前記多層が、独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物を含み、独立気泡が球形であり、連続気泡が卵形マイクロ孔を含む、請求項６記載の研磨パッド。

【請求項9】

前記多層が、ケミカルメカニカル研磨パッドの研磨プロファイルを調整するために前記サブパッドの中へ延びる一連のマクロ形体を含む、請求項６記載の研磨パッド。

【請求項10】

前記研磨層が底面を有し、前記底面が、前記研磨層の前記研磨面を貫通することなく前記研磨層の中へ延びる環状の溝を含み、前記サブパッドが前記環状の溝を埋める、請求項６記載の研磨パッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２２年１２月１日に出願された、現在は係属中の米国特許出願第１８／０６０，６６９号の一部継続出願である。

【背景技術】

【0002】

本発明は、ケミカルメカニカル研磨サブパッドに関する。より具体的には、本発明は、マイクロ孔を有するケミカルメカニカル研磨サブパッドに関する。

【0003】

集積回路及び他の電子デバイスの作製においては、導電材料、半導電材料及び絶縁材料の複数の層を半導体ウェーハの表面に付着させたり、半導体ウェーハの表面から除去したりする。導電材料、半導電材料及び絶縁材料の薄層は、いくつかの付着技術を使用して付着させることができる。最新のウェーハ加工において一般的な付着技術としては、とりわけ、スパッタリングとも知られる物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ増強化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）及び電気化学的めっき法がある。一般的な除去技術としては、とりわけ、湿式及び乾式の等方性及び異方性エッチングがある。

【0004】

材料層が順次に付着され、除去されるにつれ、ウェーハの最上面は非平坦になる。後続の半導体加工（たとえばフォトリソグラフィー）は、ウェーハが平坦面を有することを要するため、ウェーハは平坦化されなければならない。平坦化は、望まれない表面トポグラフィーならびに表面欠陥、たとえば粗面、凝集した材料、結晶格子の損傷、スクラッチ及び汚染された層又は材料を除去するのに有用である。

【0005】

ケミカルメカニカルプラナリゼーション又はケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）が、半導体ウェーハなどの加工物を平坦化又は研磨するために使用される一般的な技術である。従来のＣＭＰにおいては、ウェーハキャリヤ、すなわち研磨ヘッドがキャリヤアセンブリに取り付けられる。その研磨ヘッドがウェーハを保持し、ウェーハを、ＣＭＰ装置内でテーブル又はプラテン上に取り付けられている研磨パッドの研磨層と接触する状態に配置する。キャリヤアセンブリがウェーハと研磨パッドとの間に制御可能な圧を提供する。同時に、研磨媒（たとえばスラリー）が研磨パッド上に小出しされ、ウェーハと研磨層との間の間隙に引き込まれる。研磨を施すために、研磨パッド及びウェーハは通常、互いに対して回転する。研磨パッドがウェーハの下で回転するとき、ウェーハは、通常は環状の研磨トラック、すなわち研磨領域を描き出し、その中でウェーハ表面が研磨層と直接対面する。ウェーハ表面は、研磨層及び表面上の研磨媒の化学的かつ機械的作用によって研磨され、平坦化される。

【0006】

ＣＭＰプロセスは通常、単一の研磨ツール上、二つ又は三つの工程で起こる。第一の工程がウェーハを平坦化し、余剰材料の大部分を除去する。平坦化ののち、後続の工程が、平坦化工程中に付いたスクラッチ又はチャターマークを消す。これらの用途に使用される研磨パッドは、スクラッチを付けることなく基材を研磨するために軟質かつコンフォーマルでなければならない。さらに、研磨パッドは、優れたウェーハ歩留まりを達成するために、平坦化において均一な速度で全面的な研磨を提供しなければならない。従来、ＣＭＰ機器設定、たとえばダウンフォース、ウェーハ速度、プラテン速度、研磨パッド厚さ、サブパッド圧縮性、スラリー流量及びウェーハヘッド圧設定が組み合わさって全面的な平坦化を改善する。これにもかかわらず、ウェーハエッジに隣接する最後の数ミリメール分がエッジファスト又はエッジスローな除去速度をこうむる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

数年間の努力にもかかわらず、エッジファスト及びエッジスローな研磨又は平坦化に伴う歩留まり損失をさらに減らす課題が残る。したがって、エッジ効果を減らし、ウェーハ歩留まりを改善する努力が続いている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の態様は、ポリマーマトリックスと、半導体、磁性及び光学基材の少なくとも一つを研磨するのに有用な研磨面と、底面とを有する研磨パッドと；前記研磨パッドの前記底面に被着された多孔性サブパッドであって、前記研磨パッドを前記多孔性サブパッドに固着するための、柔軟であり、前記研磨パッドの前記底面にマイクロスケールのコンフォーマルコーティングを形成する非多孔性マイクロ層を含み、非多孔性層が前記研磨パッドの前記底面とつながっている、多孔性サブパッドと；多孔性ポリマーネットワークであって、i）圧縮力を前記研磨パッドの前記底面から前記多孔性サブパッドへ移すための、前記非多孔性マイクロ層に隣接する独立気泡マイクロ孔の単一層；及びii）独立気泡マイクロ孔の前記単一層に隣接する、独立気泡マイクロ孔、連続気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物の多層であって、独立気泡マイクロ孔、連続気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物の前記多層がガス充填されており、独立気泡マイクロ孔、連続気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物の前記多層が、前記研磨パッドの全研磨寿命中、ガス充填状態に留まる、多層を含む多孔性ポリマーネットワークとを含むケミカルメカニカル研磨パッドを提供する。

【0009】

本発明のもう一つの態様は、ポリマーマトリックスと、半導体、磁性及び光学基材の少なくとも一つを研磨するのに有用な研磨面と、底面とを有する研磨パッドと；前記研磨パッドの前記底面に被着された多孔性サブパッドであって、前記研磨パッドを前記多孔性サブパッドに固着するための、柔軟であり、前記研磨パッドの前記底面にマイクロスケールのコンフォーマルコーティングを形成する非多孔性マイクロ層を含み、非多孔性層が前記研磨パッドの前記底面とつながっている、多孔性サブパッドと；多孔性ポリマーネットワークであって、i）圧縮力を前記研磨パッドの前記底面から前記多孔性サブパッドへ移すための、前記非多孔性マイクロ層に隣接する独立気泡マイクロ孔の単一層；及びii）独立気泡マイクロ孔の前記単一層に隣接する、独立気泡マイクロ孔、連続気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物の多層であって、独立気泡マイクロ孔、連続気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物の前記多層がガス充填されており、独立気泡マイクロ孔、連続気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物の前記多層が、前記研磨パッドの全研磨寿命中、ガス充填状態に留まる、多層を含む多孔性ポリマーネットワークとを含み、前記研磨パッドが多孔性を有し、前記多孔性サブパッドが、前記研磨パッドの前記多孔性よりも高い多孔性を有する、ケミカルメカニカル研磨パッドを提供する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】研磨パッド中に独立気泡孔を有する研磨パッドの模式図である。

【図2】多孔性サブパッドの非多孔性マイクロ層を示す、多孔性サブパッドの残り部分を切り欠いた、図１の研磨パッドの模式図である。

【図3】独立気泡マイクロ孔の単一層が非多孔性マイクロ層に隣接している、多孔性サブパッドの残り部分を切り欠いた、図２の研磨パッドの模式図である。

【図4】連続気泡及び独立気泡マイクロ孔の多層が独立気泡マイクロ孔の単一層に隣接している、図３の研磨パッドの模式図である。

【図4A】独立気泡マイクロ孔の多層が独立気泡マイクロ孔の単一層に隣接している、図３の研磨パッドの模式図である。

【図4B】連続気泡マイクロ孔の多層が独立気泡マイクロ孔の単一層に隣接している、図３の研磨パッドの模式図である。

【図5】研磨パッドの底面に適合する非多孔性層を有する研磨パッドの模式図である。

【図6】非多孔性層に隣接する連続気泡及び独立気泡マイクロ孔の多層を有する研磨パッドの模式図である。

【図6A】非多孔性層に隣接する独立気泡マイクロ孔の多層を有する研磨パッドの模式図である。

【図6B】非多孔性層に隣接する連続気泡マイクロ孔の多層を有する研磨パッドの模式図である。

【図7】凹んだサブパッドを有する研磨パッドの底面図である。

【図7A】図７の研磨パッドの中心を通して切断した断面図である。

【図8】環状の凹み溝を有する同心状の円形溝を有する研磨パッドの上面図である。

【図8A】研磨パッド中の垂直及びテーパ状の環状凹みを埋めるサブパッドを示す、図８の研磨パッドの中心を通して切断した断面図である。

【図9】環状の凹み溝を有する同心状の円形溝を有する研磨パッドの上面図である。

【図9A】研磨パッド中の垂直及びタブ形の環状凹みを埋めるサブパッドを示す、図９の研磨パッドの中心を通して切断した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

詳細な説明
本発明のケミカルメカニカル研磨パッドは、半導体、磁性及び光学基材の少なくとも一つを研磨するのに有用である。研磨パッドは、ポリマーマトリックス、たとえばポリウレタン、ポリウレア又はポリウレタン－ウレアポリマーマトリックスを有する。特に、ケミカルメカニカル研磨パッドは、半導体ウェーハを研磨するのに有用であり、特に、半導体ウェーハの低欠陥率平坦化に有用である。好都合には、サブパッドのすべての構成要素が同じポリマー組成を有する。

【0012】

図１を参照すると、研磨パッド１０は研磨層１２を有する。研磨層１２は、研磨面１４を有し、ポリマーマトリックスから形成されている。研磨パッドはまた、研磨パッド１０の範囲を画定する底面１６を有する。好都合には、研磨パッド１０は、研磨パッド１０から底層１６まで、一貫したポリマーマトリックス及び密度を有する。研磨面１４は、パターン形成された集積回路ウェーハなどの半導体基材を研磨又は平坦化するのに有用である。任意選択的に、ポリマーマトリックスは多孔性である。ポリマーマトリックスが多孔性であるならば、それは好都合には気孔１８を含む。

【0013】

気孔１８は、研磨中にスラリーなどのＣＭＰ研磨流体の輸送及び研磨層１２の砥粒コンディショニングを促進して、一貫した定常状態マイクロテクスチャを形成させる。この一貫したマイクロテクスチャは、開口した気孔２０を研磨面１４に含む。研磨中、研磨層１２は、ウェーハとの摩擦及びダイアモンドコンディショニングなどのコンディショニングからすり減る。研磨パッド１０が多孔性であるとき、研磨層１２のすり減りは、絶えず新たな気孔を研磨面１４に開放する。一般的な研磨層１２は、マイクロ孔の開放によって生成されたマイクロテクスチャを研磨面１４に有するであろう。

【0014】

研磨パッド１０の底面１６は平坦であることができるが、通常は、多孔性サブパッド４５、４６及び４７（図４、４Ａ及び４Ｂ）の被着改善のためにテクスチャを有する。このテクスチャは、砥粒、たとえば研磨パッド１０の底面１６を平らにするために使用される砥粒で底面１６を研磨することによって形成することができる。あるいはまた、このテクスチャは、鋳造ポリマーケーキから研磨パッドをスカイビングすることによって形成することもできる。スカイビングは、研磨パッド１０の底面に開放気泡２２を創出する利点を有する。

【0015】

図２を参照すると、研磨パッドの１０の下で、非多孔性マイクロ層３０が研磨パッド１０の底面１６に被着している。非多孔性マイクロ層３０は、優れた被着のために、底面１６の表面粗さに適合する。たとえば、非多孔性マイクロ層は、１０～５０μmの重量平均直径を有するスカイビングされたポリマーマイクロエレメントの内径に適合することができる。この構成の場合、非多孔性マイクロ層３０の表面粗さは、研磨パッド１０の底面１６の表面粗さの鏡像である。好ましくは、非多孔性マイクロ層は、研磨パッド１０の底面１６とつながったコンフォーマルコーティングである。たとえば、ポリマーマトリックスは独立気泡マイクロ孔１８を含み、研磨パッド１０の底面１６は開口したマイクロ孔２２を含み、非多孔性マイクロ層３０は開口したマイクロ孔２２とつながって、研磨パッド１０の底面１６の開口したマイクロ孔を少なくとも部分的に埋めている。好ましくは、非多孔性マイクロ層は開口したマイクロ孔２２の大多数を埋める。最も好ましくは、非多孔性マイクロ層はすべての開口したマイクロ孔２２を埋める。

【0016】

図３を参照すると、研磨パッド１０及び非多孔性マイクロ層３０の下で、破線Ａ－Ａが、独立気泡孔５２、５４、５６及び５８の単一層５０を非多孔性マイクロ層３０から切り離している。独立気泡孔５２、５４、５６及び５８は、圧縮力を研磨層１０の底面１６から多孔性マイクロ層３０へ移行させる。この力の移行が研磨エッジ効果を減らし、ウェーハ歩留まりを改善することができる。好都合には、単一層５０の独立気泡マイクロ孔５２、５４、５６及び５８の少なくとも半分は、独立気泡マイクロ孔５２、５４、５６及び５８の平均直径から５０％未満しか変化しない直径を有する。加えて、破線Ｂ－Ｂが、独立気孔５２、５４、５６及び５８の単一層５０を多層（図４、４Ａ及び４Ｂ）から切り離している。

【0017】

図４を参照すると、研磨パッド１０、非多孔性マイクロ層３０及び独立気泡の単一層５０の下で、多層６０が、独立気泡６２、６４及び６６、連続気泡（６１Ａ、６１Ｂ）、（６３Ａ、６３Ｂ及び６３Ｃ）及び（６５Ａ、６５Ｂ）を含む。集合的に、非多孔性マイクロ層３０、単一層５０及び多層６０が合わさって多孔性サブパッド４５を形成している。単一層と合わさった薄い非多孔性マイクロ層５０はサブパッド４５に剛性をほとんど提供せず、サブパッド４５が単独のサブパッドとして作用することを許す。連続気泡孔は、隣接する気孔、たとえば気孔６１Ａ及び６１Ｂ又は気孔６３Ａ、６３Ｂ及び６３Ｃの間に加圧ガスを送ることにより、分散性の圧縮力をより広い区域に伝達する利点を有する。好ましくは、つながった気孔の内面は、研磨中のウィッキングを抑制するために、疎水性である。疎水性の開放気泡孔６２、６４及び６６は、安定した研磨のために多孔性サブパッドのぬれを抑制する利点を提供する。多層６０の独立気泡マイクロ孔５２、５４、５６及び５８ならびに連続気泡孔（６１Ａ、６１Ｂ）、（６３Ａ、６３Ｂ及び６３Ｃ）及び（６５Ａ、６５Ｂ）は、研磨パッドの全研磨寿命中、ガス充填状態に留まる。

【0018】

図４Ａを参照すると、研磨パッド１０、非多孔性マイクロ層３０及び独立気泡の単一層５０の下で、多層７０が独立気泡７２、７４、７６及び７８を含む。集合的に、非多孔性マイクロ層３０、単一層５０及び多層７０が合わさって多孔性サブパッド４６を形成している。独立気泡孔は、安定した研磨のために多孔性サブパッド４６のぬれを抑制する利点を有する。多層７０の独立気泡マイクロ孔７２、７４、７６及び７８は、研磨パッドの全研磨寿命中、ガス充填状態に留まる。

【0019】

図４Ｂを参照すると、研磨パッド１０、非多孔性マイクロ層３０及び独立気泡の単一層５０の下で、多層８０が連続気泡８２、８４、８６及び８８を含む。集合的に、非多孔性マイクロ層３０、単一層５０及び多層８０が合わさって多孔性サブパッド４７を形成している。連続気泡孔は、隣接する気孔、たとえば気孔８２、８４、８６及び８８の間に加圧ガスを送ることにより、分散性の圧縮力をより広い区域に伝達する利点を有する。好ましくは、つながった気孔の内面は、研磨中のウィッキングを抑制するために、疎水性である。多層８０の連続気泡マイクロ孔８２、８４、８６及び８８は、研磨パッドの全研磨寿命中、ガス充填状態に留まる。任意選択的に、小さめの気孔、たとえば気孔８３が、隣接する気孔、たとえば気孔８２及び８４につながることもできる。

【0020】

図１～４、４Ａ及び４Ｂを参照すると、単一の独立気泡層５０と多層６０、７０及び８０とが合わさって多孔性ポリマーネットワークを形成している。好ましくは、非多孔性マイクロ層は、サブパッド４５、４６及び４７の剛性を抑制するために、ポリマーネットワーク内の多層マイクロ孔の平均直径の５０％未満の平均厚さを有する。より好ましくは、非多孔性マイクロ層は、サブパッド４５、４６及び４７の剛性を抑制するために、ポリマーネットワーク内の多層マイクロ孔の平均直径の２５％未満の平均厚さを有する。

【0021】

さらに、非多孔性マイクロ層実施形態は、非多孔性マイクロ層３０と、単一の独立気泡層５０と、多孔性サブパッド４５の場合には連続気泡・独立気泡混合層、多孔性サブパッド４６の場合には独立気泡層又は多孔性サブパッドの４７場合には連続気泡層とを含む。好ましくは、独立気泡及び連続気泡マイクロ孔の場合、独立気泡は球形であり、連続気泡孔は卵形のマイクロ孔を含む。多孔性サブパッド４５、４６及び４７は研磨パッド１０の底面１６に被着又は固着される。被着法の例は化学結合及びコンフォーマルコーティングを含む。好ましくは、コンフォーマルコーティングが研磨パッド１０を多孔性サブパッド４５、４６及び４７に被着又は固着する。好都合には、サブパッド４５、４６及び４７のすべての構成要素が同じポリマー組成を有する。これは、マイクロ層３０、独立気泡層５０及び多層６０、７０及び８０の間の密着を改善し、サブパッド４５、４６及び４７が単一の圧縮可能な層として作用することを許す。

【0022】

図５を参照すると、研磨パッド１１０は研磨層１１２を有する。研磨層１１２は、研磨面１１４を有し、ポリマーマトリックスから形成されている。研磨パッド１１０はまた、研磨パッド１１０の範囲を画定する底面１１６を有する。好都合には、研磨パッド１１０は、研磨面１１４から底層１１６まで、一貫したポリマーマトリックス及び密度を有する。研磨面１１４は、パターン形成された集積回路ウェーハなどの半導体基材を研磨又は平坦化するのに有用である。任意選択的に、ポリマーマトリックスは多孔性である。ポリマーマトリックスが多孔性であるならば、それは好都合には気孔１１８を含む。

【0023】

気孔１１８は、研磨中にスラリーなどのＣＭＰ研磨流体の輸送及び研磨層１１２の砥粒コンディショニングを促進して、一貫した定常状態マイクロテクスチャを形成させる。この一貫したマイクロテクスチャは、開口した気孔１２０を研磨面１１４に含む。研磨中、研磨層１１２は、ウェーハとの摩擦及びダイアモンドコンディショニングなどのコンディショニングからすり減る。研磨パッド１１０が多孔性であるとき、研磨層１１２のすり減りは絶えず新たな気孔を研磨面１４に開放する。一般的な研磨層１１２は、マイクロ孔の開放によって生成されたマイクロテクスチャを研磨面１１４に有するであろう。

【0024】

研磨パッド１１０の底面１１６は平坦であることができるが、通常は、非多孔性層１３０の被着改善のためにテクスチャを有する。非多孔性層１３０は底層１１６を埋めてコンフォーマル層を形成する。このテクスチャは、砥粒、たとえば研磨パッド１１０の底面１１６を平らにするために使用される砥粒で底面１１６を研磨することによって形成することができる。あるいはまた、このテクスチャは、鋳造ポリマーケーキから研磨パッドをスカイビングすることによって形成することもできる。スカイビングは、研磨パッド１１０の底面に開放気泡１２２を創出する利点を有する。この構成の場合、非多孔性マイクロ層１３０の表面粗さは、研磨パッド１１０の底面１１６の表面粗さの鏡像である。好ましくは、非多孔性マイクロ層は、研磨パッド１１０の底面１１６とつながったコンフォーマルコーティングである。たとえば、ポリマーマトリックスは独立気泡マイクロ孔１８を含み、研磨パッド１１０の底面１１６は開口したマイクロ孔１２２を含み、非多孔性マイクロ層１３０は開口したマイクロ孔１２２とつながって、研磨パッド１１０の底面１１６の開口したマイクロ孔を少なくとも部分的に埋めている。好ましくは、非多孔性マイクロ層は開口したマイクロ孔１２２の大多数を埋める。最も好ましくは、非多孔性マイクロ層はすべての開口したマイクロ孔１２２を埋める。非多孔性層１３０は、研磨パッド１１０の底面１１６から破線Ｃ－Ｃまで延びている。

【0025】

図６を参照すると、研磨パッド１１０及び非多孔性層１３０の下で、非多孔性層１３０は通常、多層１４０の平均気泡直径の厚さよりも大きい厚さを有する。好都合には、非多孔性層１３０は、多層１４０の平均気泡直径の少なくとも二倍（２００％）の厚さを有する。非多孔性層１３０は研磨パッド１１０を多孔性サブパッド１２５に固着する。非多孔性層は、ポリマーマトリックスを有し、研磨パッド１１０の底面のマイクロスケールの凹型圧痕を形成し；非多孔性層のこの凹型圧痕が研磨パッド１１０の底とつながっている。非多孔性層１３０は有意な剛性を研磨パッド１１０に付加する。したがって、非多孔性層１３０と多孔性多層１４０とが合わさって二層サブパッドとして作用する。

【0026】

多層１４０は、独立気泡１４２及び１４４、連続気泡（１４１Ａ、１４１Ｂ）及び（１４３Ａ、１４３Ｂ）を含む。（１４１Ａ、１４１Ｂ）及び（１４３Ａ、１４３Ｂ）などの連続気泡孔は、隣接する気孔、たとえば気孔（１４１Ａ、１４１Ｂ）又は（１４３Ａ、１４３Ｂ）の間に加圧ガスを送ることにより、圧縮力を伝達し、より広い区域に分散させる利点を有する。非多孔性層１３０と多層１４０とが合わさって多孔性サブパッド１２５を形成している。好ましくは、つながった気孔の内面は、研磨中のウィッキングを抑制するために、疎水性である。独立気泡孔１４２、１４４及び１４６は、安定した研磨のために多孔性サブパッド１２５のぬれを抑制する利点を提供する。独立気泡マイクロ孔、連続気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との混合物の多層１４０は、非多孔性層と同じポリマーマトリックスと、非多孔性層よりも高い柔軟性とを有し、研磨パッドは多孔性を有する。加えて、多孔性サブパッド１２５は、研磨パッド１１０の多孔性よりも高い多孔性を有する。

【0027】

図６Ａを参照すると、研磨パッド１１０及び非多孔性層１３０の下で、多層１４０は独立気泡１５０、１５２、１５４、１５６及び１５８を含む。非多孔性層１３０と多層１４０とが合わさって多孔性サブパッド１２６を形成している。連続気泡孔１５０、１５２、１５４、１５６及び１５８は、安定した研磨のために多孔性サブパッド１２６のぬれを抑制する利点を有する。

【0028】

図６Ｂを参照すると、研磨パッド１１０及び非多孔性層１３０の下で、多層１４０は連続気泡１６０、１６２、１６４、１６６及び１６８を含む。非多孔性層１３０と多層１４０とが合わさって多孔性サブパッド１２７を形成している。連続気泡孔１６０、１６２、１６４、１６６及び１６８は、隣接する気孔、たとえば気孔１６０、１６２、１６４、１６６及び１６８の間に加圧ガスを送ることにより、分散性の圧縮力をより広い区域に伝達する利点を有する。好ましくは、つながった気孔の内面は、研磨中のウィッキングを抑制するために、疎水性である。任意選択的に、小さめの気孔、たとえば気孔１６３及び１６７が、隣接する気孔、たとえば気孔１６２と気孔１６４及び気孔１６６と気孔１６８をつなぐこともできる。

【0029】

図５、６、６Ａ及び６Ｂは、順次合わさって、本発明の二層サブパッド実施形態を例示する。二層実施形態は、非多孔性層１３０と、多孔性サブパッド１２５の場合には連続気泡・独立気泡混合層、多孔性サブパッド１２６の場合には独立気泡層又は多孔性サブパッド１２７の場合には連続気泡層とを含む。多孔性サブパッド１２５、１２６及び１２７は研磨パッド１１０の底面１１６に被着又は固着される。被着法の例は化学結合及びコンフォーマルコーティングを含む。好ましくは、コンフォーマルコーティングが研磨パッド１１０を多孔性サブパッド１２５、１２６及び１２７に被着又は固着する。

【0030】

図７及び７Ａを参照すると、サブパッド２００は、凹んだ同心環２０２及び２０４を有する。ＣＭＰ研磨中、トップ又は研磨層２１０が合わさってウェーハ中心及びエッジ研磨プロファイルを確立する。凹んだ環２０２及び２０４は、ケミカルメカニカル研磨パッド２０６の研磨プロファイルを調整するために研磨パッド２０６のサブパッド２００の中へ延びるマクロ形体を表す。たわみ増大のために、マクロ形体２０２及び２０４は部分的に研磨層２１０の中へ延びる。たとえば、エッジプロファイルが速すぎる、又は遅すぎるならば、ウェーハ上の合格品チップの割合又はウェーハ歩留まりは劇的に低下する。同心環２０２及び２０４の幅及び深さの調整は、中心及び周縁部の近くのたわみを制御してウェーハ歩留まりを高める。マクロ形体は任意の形状であることができるが、好ましくは同心環である。

【0031】

好都合には、研磨パッド２０６は多孔性を有し、多孔性サブパッド２００は、研磨パッド２０６の多孔性よりも高い多孔性を有する。サブパッド２００のより高い多孔性が研磨パッド２０６のより大きなたわみを提供して、より効率的な研磨のためにウェーハ（図示せず）との接触面積を増す。図４、４Ａ、４Ｂ、５、５Ａ及び５Ｂのサブパッドはすでにウェーハ歩留まりを改善することができるが、背面の凹んだ同心環２０２及び２０４はエッジ効果及びウェーハ歩留まりをさらに改善することができる。

【0032】

これらの模式図は、中心の研磨プロファイル及びエッジの研磨プロファイルを調整する方法を説明する。具体的には、研磨層２１０の溝２１４と溝２１４との間に位置するランド区域２１２が、増大した柔軟性を有し、ウェーハに対してより少ない圧を加えて、局所区域における研磨速度を低下させる。これらの背面凹みの位置及び寸法がたわみの量を制御して研磨プロファイルを正す。

【0033】

図８及び８Ａを参照すると、研磨パッド３００は同心の円形溝３０２を有する。研磨面３０３は円形溝３０２に隣接している。溝３０２は、中心３０４に隣接するところから外周３０６まで延びている。円形溝３０２は研磨層３０８の中へ延びてスラリー移動を促進する。研磨層３０８の研磨面３０３はウェーハ表面と直に相互作用するため、研磨層３０８の圧縮性の調整が除去速度に対して直接的な影響を及ぼす。

【0034】

研磨パッド３００の圧縮性は、サブパッド３１０厚さに対する研磨層３０８厚さの比に依存する。さらに、環状溝空所３１２及び３１４の量、深さ又は幅の増大が、環状溝空所３１２及び３１４の上にある、及びそれに隣接するところの研磨層３０８の圧縮性を増大させることができる。環状溝空所３１２及び３１４は、サブパッドへのスラリー漏れを防ぐために、研磨層３０３を貫通しない。最も好都合には、環状溝空所３１２及び３１４は、サブパッドへのスラリー漏れを防ぐために、円形溝３０２又は研磨層３０３を貫通しない。環状溝空所３１２及び３１４は、研磨パッド３００全体で異なる環状領域における厚さ比を異なる量だけ変えることにより、可変性の圧縮性を可能にする。この圧縮性比の調整が、エンドユーザが、ＣＭＰプロセスから生じる研磨速度ばらつきを減らすことを可能にする。

【0035】

最も好都合には、環状溝空所は、研磨速度エッジ効果を減らすために、外周３０６に隣接する。これは、研磨層の圧縮性を増して、研磨パッド３００の外周３０６の近くで生じるウェーハにかかる圧を減らすことによって起こる。すると、外周３０６の近くの圧力減少は、研磨パッド外周３０６に隣接するところでパッド圧増大から生じることができるエッジファスト研磨を相殺する。あるいはまた、設計は、中心３０４から始まり、外周３０６から離間した位置まで延びる環状空所３１２又は３１４を有することもできる。この設計は、外周３０６に隣接するところでウェーハにかかる相対圧を増して、エッジスロー研磨を相殺する。

【0036】

加えて、環状溝空所３１２は、側壁３１３が環状溝空所３１２に向かって内に傾く漸進的な移行を有することもできる。環状溝空所３１４は、垂直な側壁３１５を用いることにより、段状の移行を有する。これらの設計は、研磨層３０８の研磨面３０３全体で圧縮性移行を制御し、調整して、研磨除去速度ばらつきを減らし、ウェーハ全体で除去速度プロファイルを平らにする利点を提供する。

【0037】

図９及び９Ａを参照すると、研磨パッド４００は同心の円形溝４０２を有する。研磨面４０３は円形溝４０２に隣接している。溝４０２は、中心４０４に隣接するところから外周４０６まで延びている。これらの溝４０２は研磨層４０８の中へ延びてスラリー移動を促進する。研磨パッド４００の圧縮性は、サブパッド４１０厚さに対する研磨層４０８厚さの比に依存する。さらに、環状溝空所４１２及び４１４の量、深さ又は幅の増大が、環状溝空所４１２及び４１４の上にある、及びそれに隣接するところの研磨層４０８の圧縮性を増大させることができる。したがって、環状溝空所４１２及び４２０は、研磨パッド４００全体で異なる環状領域における厚さ比を異なる量だけ変えることにより、可変性の圧縮性を可能にする。この圧縮性比の調整が、エンドユーザが、ＣＭＰプロセスから生じる研磨速度ばらつきを減らすことを可能にする。

【0038】

最も好都合には、環状溝空所は、研磨速度エッジ効果を減らすために、外周４０６に隣接する。これは、研磨層の圧縮性を増して、研磨パッド４００の外周４０６の近くで生じるウェーハにかかる圧を減らすことによって起こる。すると、外周４０６の近くの圧力減少は、研磨パッド外周４０６に隣接するところでパッド圧増大から生じることができるエッジファスト研磨を相殺する。あるいはまた、設計は、中心４０４から始まり、外周４０６から離間した位置まで延びる環状空所４１２又は４２０を有することもできる。この設計は、外周４０６に隣接するところでウェーハにかかる相対圧を増して、エッジスロー研磨を相殺する。

【0039】

加えて、環状溝空所４２０は、研磨層３０８へのサブパッド４１０の被着を改善するために、タブ形状を有することもできる。環状タブ形状溝空所４２０の量の増加が研磨層４０８への被着を高める。あるいはまた、より大きなタブ形の溝がより大きな研磨プロファイル補正を容易にする。これらの設計は、研磨層４０８の研磨面４０３全体で圧縮性移行を制御し、調整して、研磨除去速度ばらつきを減らし、ウェーハ全体で除去速度プロファイルを平らにする利点を提供する。

【0040】

研磨パッドは、ポリマーマトリックスから形成された研磨パッドを有する。これらのポリマーは、熱可塑性ポリマー又は熱硬化性ポリマーであることができる。通常、熱硬化性ポリマーが最も確かな研磨特性を提供する。適当なポリマーとしては、ポリウレタン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリル樹脂及びそれらのコポリマーがある。最も好都合には、ポリマーはポリウレタンである。本明細書の目的に関して、語「ポリウレタン」は、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から選択される少なくとも一つを含む。

【0041】

研磨パッドは多孔性又は非多孔性であることができる。好ましくは、研磨層は、半導体基材を平坦化するのに十分な剛性を有するアスペリティを有する。研磨パッドは独立気泡型又は連続気泡型であることができる。最も好都合には、研磨パッドは独立気泡型である。流体充填ポリマーマイクロスフェアが、独立気泡孔を創出するのに有効な手段を提供することができる。これらのマイクロスフェアは、テクスチャ又はアスペリティの生成、スラリーの分散及びスラリーの輸送を支援する。

【0042】

多孔性パッドは、研磨パッドを多孔性サブパッドに固着するための非多孔性マイクロ層によって研磨パッドの底面に被着される。非多孔性マイクロ層は、マイクロ層とつながっている底面上のコンフォーマルコーティングである。底面とつながっていることは、研磨パッドの底面が非線形であるとき、特に重要である。非線形の底面の例は、開口した気孔、たとえばカット又はスカイビングされた独立気泡を含む。マイクロ層は、研磨パッドの底面のテクスチャをなぞって接着剤として作用する、又は他のやり方で研磨パッドに接着することにより、研磨パッドに被着することができる。

【0043】

マイクロ層は非多孔性であるため、大きな圧縮性を有しない。しかし、マイクロ層は薄いため、柔軟であり、研磨パッドの曲がりに適合することができる。非多孔性マイクロ層のこの曲がりは、研磨パッドの剛性を、研磨中、もはやウェーハに適合し得ない点にまで高めないために重要である。好都合には、非多孔性マイクロ層は、ポリマーネットワーク内の独立気泡の平均直径の５０％未満の平均厚さを有する。最も好都合には、非多孔性マイクロ層は、ポリマーネットワーク内の独立気泡の平均直径の５０％未満の平均厚さを有する。

【0044】

独立気泡マイクロ孔の単一層を含むポリマーネットワークが非多孔性マイクロ層に隣接している。このポリマーネットワークと独立気泡マイクロ孔とが合わさって、柔軟な非多孔性層から圧縮可能な層への移行を提供する。

【0045】

圧縮可能な層は、独立気泡孔又は連続気泡孔の多層である。好都合には、多層は、連続気泡孔と独立気泡孔との混合物である。この層は、独立気泡孔の単一層に隣接し、サブパッドのための圧縮性の大部分を提供する。特に、厚さ、弾性率、密度及び孔径の制御が、サブパッドの圧縮性に大きく寄与するものとなる。気孔は、連続気泡マイクロ孔、独立気泡マイクロ孔又は独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との組み合わせ（１０体積％未満が連続気泡マイクロ孔）であることができる。最も好都合には、マイクロ孔は、独立気泡マイクロ孔と連続気泡マイクロ孔との組み合わせである。連続気泡マイクロ孔は、より大きな区域に荷重を分散させる利点を提供する。独立気泡マイクロ孔は、研磨中にサブパッドへのスラリーのウィッキングを抑制する利点を提供する。

【0046】

独立気泡孔又は連続気泡孔の多層はガス充填され、研磨パッドの全研磨寿命中、ガス充填状態に留まる。これは、サブパッドへのスラリーのウィッキングを防ぐのに重要である。サブパッドへのスラリーのウィッキングは、多くの場合、サブパッドの圧縮性に悪影響を及ぼし、研磨中、最初のウェーハから最後のウェーハまでで性能を変化させる。したがって、これらの理由のせいで、研磨中、サブパッドがスラリーで満ちないことが重要である。通常、これらのマイクロ孔は球形又は非球形、たとえば、細長い軸を有する球形又は対称な端部を有する卵形である。好都合には、マイクロ孔は、球形マイクロ孔と卵形マイクロ孔との組み合わせである。

【0047】

研磨部分は、研磨パッドにおいて一般に使用される任意のポリマーマトリックス材料を含むことができる。研磨部分は熱可塑性ポリマー又は熱硬化性ポリマーを含むことができる。ベースパッド又は研磨部分に使用することができるポリマー材料中の研磨部分に使用することができるポリマーの例は、ポリカーボネート、ポリスルホン、ナイロン、エポキシ樹脂、ポリエーテル、ポリエステル、ポリスチレン、アクリル系ポリマー、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリエチレンイミン、ポリウレタン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリケトン、エポキシ、シリコーン、それらのコポリマー（たとえばポリエーテル／ポリエステルコポリマー）及びそれらの混合物又はブレンドを含む。ポリマーはポリウレタンであることができる。

【0048】

研磨部分は、ＡＳＴＭ Ｄ４１２－１６にしたがって少なくとも２、少なくとも２．５、少なくとも５、少なくとも１０又は少なくとも５０MPaから９００、７００、６００、５００、４００、３００又は２００MPaまでの引張弾性率を有することができる。研磨部分は、終点検出に使用されるシグナルに対して不透明であることができる。

【0049】

研磨部分はまた、他の添加物、特に中空のマイクロエレメント、特に柔軟な中空のポリマーマイクロエレメント、たとえばポリマーマイクロスフェアを含むことができる。たとえば、複数のマイクロエレメントが研磨パッド全体で均一に分散していることができる。複数のマイクロエレメントは、単にマトリックス中の気孔（たとえば、閉じ込められた気泡）であることもできるし、中空コアポリマー材料、液体充填中空コアポリマー材料、水溶性材料及び不溶相材料（たとえば鉱油）であることもできる。複数のマイクロエレメントは、たとえば、マイクロエレメントが、研磨パッド全体で均一に分散した閉じ込められた気泡及び中空コアポリマー材料から選択されるとき、研磨要素に多孔性を提供する。マイクロエレメントは、好都合には、１５０ミクロン以下又は５０ミクロン以下の平均直径を有しながらも、少なくとも１０ミクロンの直径を有するマイクロスフェアである。重量平均直径は、レーザ回折法、たとえば低角度レーザ光散乱検出法（ＬＡＬＬＳ）によって測定することができる。複数のマイクロエレメントは、ポリアクリロニトリル又はポリアクリロニトリルコポリマーのシェル壁を有するポリマーマイクロバルーン（たとえば、NouryonのExpancel（商標）マイクロスフェア）を含むことができる。複数のマイクロエレメントは、０又は少なくとも５又は少なくとも１０体積％から５０、４５、４０又は３５体積％までの量で研磨パッドに組み込まれることができる。マイクロエレメントが多孔性を提供する場合、研磨部分の気孔率は、０～５０、５～４５又は１０～３５％の気孔率であることができる。気孔率は、無充填の研磨パッドの比重とマイクロエレメント含有研磨パッドの比重との差を無充填の研磨パッドの比重で割ることによって決定することができる。あるいはまた、気孔率は、研磨パッドの密度を研磨パッドの構成要素の加重平均密度で割ることによって決定される。

【0050】

研磨部分は、ＡＳＴＭ Ｄ１６２２（２０１４）にしたがって測定して０．４～１．１５又は０．７～１．０g/cm³の密度を有することができる。

【0051】

トップパッド又は研磨パッドは、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０（２０１５）にしたがって測定して２８～７５のショアＤ硬さを有することができる。精度を高めるために、少なくとも四つの高さに積み上げた２．５４cm平方の試験材を使用することが重要である。

【0052】

研磨パッドは、２０～１５０ミル、３０～１２５ミル、４０～１２０ミル又は５０～１００ミル（０．５～４、０．７～３、１～３又は１．３～２．５mm）の平均厚さを有することができる。

【0053】

サブパッドは、起泡された鋳造ポリマーで製造することができ、非多孔性マイクロ層又は非多孔性層の厚さは、鋳造法又はポリマー気泡もしくは微孔を形成するための他の公知の技術中のポリマーの粘度及び多孔度によって決まる。好都合には、サブパッドは、小滴が気孔を形成し、ポリマー中の発熱量が非多孔性マイクロ層又は非多孔性層の厚さを制御する溶射成形技術を使用する。サブパッドの鋳造又は溶射成形は、サブパッドを研磨層に固着するためのホットメルト接着剤又は感圧接着剤の使用を避け得る利点を提供する。サブパッドはまた、少なくとも０．５mm又は少なくとも１mmの全厚さを有することができる。サブパッドは、５mm以下、３mm以下又は２mm以下の全厚さを有することができる。

【0054】

トップパッド又は研磨パッドは、研磨パッドのための研磨層としての使用に知られる任意の材料を含むことができる。たとえば、ポリマー、ポリマーのブレンド又はポリマー材料と他の材料、たとえばセラミック、ガラス、金属もしくは岩石との複合材を含むことができる。ポリマー及びポリマー複合材をトップパッドとして使用することができる。そのような複合材の例は、カーボン又は無機充填材を充填されたポリマー及びポリマーを含浸させた、たとえばガラス又は炭素繊維の繊維マットを含む。トップパッドは、以下の性質の一つ以上を有する材料でできていることができる：たとえばＡＳＴＭ Ｄ４１２－１６によって測定して少なくとも２、少なくとも２．５、少なくとも５、少なくとも１０又は少なくとも５０MPaから９００、７００、６００、５００、４００、３００又は２００MPaまでの範囲の引張弾性率；たとえばＡＳＴＭ Ｅ１３２によって測定して少なくとも０．０５、少なくとも０．０８、少なくとも０．１から０．６又は０．５までのポアソン比；少なくとも０．４又は少なくとも０．５から１．７、１．５又は１．３までのグラム毎立方センチメートル（g/cm³）の密度。

【0055】

トップパッド又は研磨部分に使用することができるそのようなポリマー材料の例は、ポリカーボネート、ポリスルホン、ナイロン、エポキシ樹脂、ポリエーテル、ポリエステル、ポリスチレン、アクリル系ポリマー、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリエチレンイミン、ポリウレタン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリケトン、エポキシ、シリコーン、それらのコポリマー（たとえばポリエーテル／ポリエステルコポリマー）又はそれらの組み合わせもしくはブレンドを含む。

【0056】

ポリマーはポリウレタンであることができる。ポリウレタンは、単独で使用することもできるし、カーボン又は無機充填材及びたとえばガラス又は炭素繊維の繊維マットのためのマトリックスになることもできる。

【0057】

本明細書の目的に関して、「ポリウレタン」とは、二官能性又は多官能性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。ＣＭＰ研磨パッドは、イソシアネート末端化ウレタンプレポリマーを提供する工程；別に、硬化剤成分を提供する工程；及びイソシアネート末端化ウレタンプレポリマーと硬化剤成分とを合わせて混合物を形成したのち、その混合物を反応させて生成物を形成する工程を含む方法によって作製することができる。鋳造ポリウレタンケーキを所望の厚さにスカイビングすることによってトップパッド又は研磨パッドを形成することが可能である。任意選択的に、ケーキ型をＩＲ照射、誘導電流又は直流によって予熱すると、多孔性ポリウレタンマトリックスを鋳造するときの生成物ばらつきを減らすことができる。任意選択的に、熱可塑性ポリマー又は熱硬化性ポリマーを使用することが可能である。ポリマーは架橋熱硬化性ポリマーであることができる。

【0058】

ポリウレタンがトップパッド又は研磨パッドに使用される場合、それは、多官能性イソシアネートとポリオールとの反応生成物であることができる。たとえば、ポリイソシアネート末端化ウレタンプレポリマーを使用することができる。本発明のケミカルメカニカル研磨パッドの研磨パッドの形成に使用される多官能性イソシアネートは、脂肪族多官能性イソシアネート、芳香族多官能性イソシアネート及びそれらの混合物からなる群より選択することができる。たとえば、本発明のケミカルメカニカル研磨パッドの研磨パッドの形成に使用される多官能性イソシアネートは、２，４－トルエンジイソシアネート；２，６－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；トリジンジイソシアネート；パラフェニレンジイソシアネート；キシリレンジイソシアネート；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；シクロヘキサンジイソシアネート；及びそれらの混合物からなる群より選択されるジイソシアネートであることができる。多官能性イソシアネートは、ジイソシアネートとプレポリマーポリオールとの反応によって形成されるイソシアネート末端化ウレタンプレポリマーであることができる。イソシアネート末端化ウレタンプレポリマーは、２～１２重量％、２～１０重量％、４～８重量％又は５～７重量％の未反応イソシアネート（ＮＣＯ）基を有することができる。多官能性イソシアネート末端化ウレタンプレポリマーを形成するために使用されるプレポリマーポリオールは、ジオール、ポリオール、ポリオールジオール、それらのコポリマー及びそれらの混合物からなる群より選択することができる。たとえば、プレポリマーポリオールは、ポリエーテルポリオール（たとえば、ポリ（オキシテトラメチレン）グリコール、ポリ（オキシプロピレン）グリコール及びそれらの混合物）；ポリカーボネートポリオール；ポリエステルポリオール；ポリカプロラクトンポリオール；それらの混合物；ならびに、エチレングリコール；１，２－プロピレングリコール；１，３－プロピレングリコール；１，２－ブタンジオール；１，３－ブタンジオール；２－メチル－１，３－プロパンジオール；１，４－ブタンジオール；ネオペンチルグリコール；１，５－ペンタンジオール；３－メチル－１，５－ペンタンジオール；１，６－ヘキサンジオール；ジエチレングリコール；ジプロピレングリコール；及びトリプロピレングリコールからなる群より選択される一つ以上の低分子量ポリオールとのそれらの混合物からなる群より選択することができる。たとえば、プレポリマーポリオールは、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）；エステル系ポリオール（アジピン酸エチレン、アジピン酸ブチレンなど）；ポリプロピレンエーテルグリコール（ＰＰＧ）；ポリカプロラクトンポリオール；それらのコポリマー；及びそれらの混合物からなる群より選択することができる。たとえば、プレポリマーポリオールは、ＰＴＭＥＧ及びＰＰＧからなる群より選択することができる。プレポリマーポリオールがＰＴＭＥＧであるとき、イソシアネート末端化ウレタンプレポリマーは、４～１２重量％（より好ましくは６～１０重量％；最も好ましくは８～１０重量％）の未反応イソシアネート（ＮＣＯ）濃度を有することができる。市販のＰＴＭＥＧ系イソシアネート末端化ウレタンプレポリマーの例は、Imuthane（登録商標）プレポリマー（COIM USA, Inc.から入手可能、たとえば、PET 80A、PET 85A、PET 90A、PET 93A、PET 95A、PET 60D、PET 70D、PET 75D）；Adiprene（登録商標）プレポリマー（Chemturaから入手可能、たとえば、LF 800A、LF 900A、LF 910A、LF 930A、LF 931A、LF 939A、LF 950A、LF 952A、LF 600D、LF 601D、LF 650D、LF 667、LF 700D、LF750D、LF751D、LF752D、LF753D及びL325）；Andur（登録商標）プレポリマー（Anderson Development Companyから入手可能、たとえば、70APLF、80APLF、85APLF、90APLF、95APLF、60DPLF、70APLF、75APLF）を含む。プレポリマーポリオールがＰＰＧであるとき、イソシアネート末端化ウレタンプレポリマーは、３～９重量％（より好ましくは４～８重量％、最も好ましくは５～６重量％）の未反応イソシアネート（ＮＣＯ）濃度を有することができる。市販のＰＰＧ系イソシアネート末端化ウレタンプレポリマーの例は、Imuthane（登録商標）プレポリマー（COIM USA, Inc.から入手可能、たとえば、PPT 80A、PPT 90A、PPT 95A、PPT 65D、PPT 75D）；Adiprene（登録商標）プレポリマー（Chemturaから入手可能、たとえば、LFG 963A、LFG 964A、LFG 740D）；及びAndur（登録商標）プレポリマー（Anderson Development Companyから入手可能、たとえば、8000APLF、9500APLF、6500DPLF、7501DPLF）を含む。イソシアネート末端化ウレタンプレポリマーは、０．１重量％未満の遊離トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）モノマー含量を有する低遊離イソシアネート末端化ウレタンプレポリマーであることができる。また、非ＴＤＩ系イソシアネート末端化ウレタンプレポリマーを使用することもできる。たとえば、４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）とポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＥＧ）などのポリオールと１，４－ブタンジオール（ＢＤＯ）などの任意選択的のジオールとの反応によって形成されるものを含むイソシアネート末端化ウレタンプレポリマーが許容可能である。そのようなイソシアネート末端化ウレタンプレポリマーが使用されるとき、未反応イソシアネート（ＮＣＯ）濃度は、好ましくは３～１０重量％（より好ましくは４～１０重量％、最も好ましくは５～１０重量％）である。このカテゴリーの市販のイソシアネート末端化ウレタンプレポリマーの例は、Imuthane（登録商標）プレポリマー（COIM USA, Inc.から入手可能、たとえば、27 85A、27 90A、27 95A）；Andur（登録商標）プレポリマー（Anderson Development Companyから入手可能、たとえば、IE75AP、IE80AP、IE85AP、IE90AP、IE95AP、IE98AP）；及びVibrathane（登録商標）プレポリマー（Chemturaから入手可能、たとえば、B625、B635、B821）を含む。

【0059】

本発明の研磨パッドはさらに、その最終形態で、一つ以上の寸法のテクスチャの組み込みをその上面に含むことができる。これらは、そのサイズにより、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。流体力学的応答及びスラリー輸送を制御するためにＣＭＰに用いられる一般的なタイプのマクロテクスチャとしては、非限定的に、多くの形態及びデザイン、たとえば環状、放射状及びクロスハッチ状の溝がある。これらは、機械加工プロセスによって薄い均一なシートへと成形されてもよいし、ネットシェイプ成形プロセスによってパッド表面上に直に形成されてもよい。一般的なタイプのマイクロテクスチャは、研磨が起こるところの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創出する、より微細なスケールの形体である。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、使用の前、最中又は後でダイアモンドなどの硬い粒子のアレイとの摩擦（多くの場合、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プロセス中に形成されるマイクロテクスチャがある。

【0060】

本発明の研磨パッドは、ケミカルメカニカル研磨機のプラテンとインタフェースするのに適していることができる。研磨パッドを研磨機のプラテンに取り付けることができる。研磨パッドは、感圧接着剤及び真空の少なくとも一つを使用してプラテンに取り付けることができる。

【0061】

本発明のＣＭＰパッドは、使用されるパッドポリマーの性質とで適合性である多様な方法によって製造することができる。そのような方法は、上記のような成分を混合し、型に流し込み、アニールし、所望の厚さのシートへとスライスすることを含む。あるいはまた、より正確なネットシェイプ形態に作製することもできる。製造方法は以下を含む：１．熱硬化性射出成形（多くの場合、「反応射出成形」又は「ＲＩＭ」と呼ばれる）；２．熱可塑性又は熱硬化性射出ブロー成形；３．圧縮成形；又は４．流動性材料を配置し、固化させ、それにより、パッドのマクロテクスチャ又はマイクロテクスチャの少なくとも一部分を創出する類似のタイプの方法。たとえば、研磨パッドの成形は以下を含むことができる。１．流動性材料を構造又は基材の中又は上に押しやり；２．材料が固化するとき、構造又は基材が材料の中に表面テクスチャを付与することができ；３．その後、固化した材料から構造又は基材を分離させる。

【0062】

方法
本明細書に開示される研磨パッドは、基材を研磨するために使用することができる。たとえば、研磨法は、研磨される基材を提供する工程及び次いで本明細書に開示されるパッドを使用して研磨する工程を含むことができる。基材は、研磨又は平坦化が望まれる任意の基材であることができる。そのような基材の例は、磁性、光学及び半導体基材を含む。一つの具体例がプレメタル誘電体スタックである。基材上で研磨される一つの具体的な材料がシリコン酸化膜層であることができる。方法は、集積回路のためのライン加工のフロントエンド又はバックエンドの一部であることができる。たとえば、プロセスは、望まれない表面トポグラフィー及び表面欠陥、たとえば粗面、凝集した材料、結晶格子損傷、スクラッチ及び汚染された層又は材料を除去するために使用することができる。加えて、ダマシンプロセスでは、フォトリソグラフィー、パターン形成エッチング及びメタライゼーションの一つ以上の工程によって形成された凹み区域を埋めるために材料が付着される。特定の工程が不正確になることがある。たとえば、凹みの過剰充填が起こることがある。本明細書に開示される方法は、凹みの外の材料を除去するために使用することができる。プロセスは、いずれもＣＭＰと呼ぶことができるケミカルメカニカルプラナリゼーション又はケミカルメカニカルポリッシングであることができる。キャリヤが、研磨される基材、たとえば半導体ウェーハ（リソグラフィー及びメタライゼーションによって形成された層を有しても有しなくてもよい）を、研磨パッドの研磨要素と接触する状態に保持することができる。スラリー又は他の研磨媒を基材と研磨パッドとの間の間隙に小出しすることができる。研磨パッド及び基材を互いに対して動かす、たとえば回転させる。研磨パッドは通常、研磨される基材の下に位置する。研磨パッドを回転させることができる。また、研磨される基材を、たとえば、環形状などの研磨トラック上で動かすこともできる。相対運動が研磨パッドを基材の表面に近づけ、接触させる。

【0063】

プラテンの圧は、１～５、１.５～４.５又は２～４ポンド毎平方インチ（psi）（約６～３５、１０～３０又は１３～２８キロパスカル（KPa））であることができる。プラテンの速度は約４０～１００又は５０～９０rpmであることができる。添加するスラリーの量は、たとえば、５０～５００ミリリットル毎分であることができる。研磨中のスラリーのｐＨは酸性、中性又は塩基性であることができる。

【0064】

たとえば、方法は、プラテン又はキャリヤアセンブリを有するケミカルメカニカル研磨装置を提供する工程；研磨される少なくとも一つの基材を提供する工程；本明細書に開示されるケミカルメカニカル研磨パッドを提供する工程；ケミカルメカニカル研磨パッドをプラテン上に設置する工程；任意選択的に、ケミカルメカニカル研磨パッドの研磨部分と基材との間の界面に研磨媒（たとえば、砥粒含有スラリー及び／又は非砥粒含有反応性液体組成物）を提供する工程；研磨パッドの研磨部分と基材との間に動的接触を生じさせて、少なくともいくらかの材料を基材から除去する工程を含む。キャリヤアセンブリは、研磨される基材（たとえばウェーハ）と研磨パッドとの間に制御可能な圧を提供することができる。研磨媒が研磨パッド上に小出しされ、ウェーハと研磨層との間の間隙に引き込まれることができる。研磨媒は、水、ｐＨ調整剤及び任意選択的に、非限定的に以下：砥粒、酸化剤、インヒビタ、殺生剤、可溶性ポリマー及び塩の一つ以上を含むことができる。砥粒は、酸化物、金属、セラミック又は他の適当に硬い材料であることができる。一般的な砥粒はコロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、セリア及びアルミナである。研磨パッド及び基材は互いに対して回転することができる。研磨パッドが基材の下で回転するとき、基材は、通常は環状の研磨トラック、すなわち研磨領域を描き出し、その中で、ウェーハの表面が研磨パッドの研磨部分と直に対面する。ウェーハ表面は、研磨層及び表面上の研磨媒の化学的かつ機械的作用によって研磨され、平坦化される。任意選択的に、研磨を開始する前に、研磨パッドの研磨面を砥粒コンディショナによってコンディショニングすることもできる。

【0065】

本発明のすべのサブパッドは、非多孔性マイクロ層又は非多孔性層の厚さを制御するポリマー発熱又は反応熱によるスプレー起泡によって製造されたものである。

【実施例0066】

研磨結果

【0067】

スラリー：Planar-Solution CSL9044C １：９希釈

【0068】

ツール構成：EBARA FREX-300X、GXヘッド付き

【0069】

ディスク：Kinik PDA31G-3N

【0070】

トップパッド：ポリマーマイクロスフェア充填ポリウレタン（６５ミル／１．６mm）、気孔率２５～３０体積％、ショアＤ硬さ４０～５０、円形溝、幅２０ミル（０．５mm）、深さ３０ミル（０．８mm）、ピッチ７０ミル（１．８mm）

【0071】

ウェーハ：バルクＣｕウェーハ

【0072】

ウェーハエッジプロファイル範囲は、ウェーハ中心から１４２mm～１４７mmの範囲から計算した。

【0073】

低ダウンフォース研磨条件＝（１００hPa―１．４psi）

【0074】

高ダウンフォース研磨条件＝（２００hPa―２．９psi）

【0075】

比較例Ａ及びＢは、ランダムな孔径分布を有するつながった気孔を有する微孔質起泡ポリウレタン研磨サブパッドであった。

【0076】

サブパッド１～６は、気孔の単一層と、次いで独立気泡及び連続気泡のランダムな気孔層とを有する多孔性サブパッドであった。

【0077】

低ダウンフォース

【0078】

【表1】

【0079】

これらの低ダウンフォースデータは、本発明の非多孔性マイクロ層サブパッドが、従来のサブパッド以上の厚さを有するとき、低いダウンフォースで、かつ同程度の除去速度でエッジ範囲改善を提供することを示す。加えて、本発明の非多孔性マイクロ層サブパッドは、ずっと小さい厚さを有するときでも、低いダウンフォースで、かつ除去速度を増大させてエッジ範囲を改善した。

【0080】

高ダウンフォース

【0081】

【表2】

【0082】

これらのデータは、本発明の非多孔性マイクロ層サブパッドが、従来のサブパッドよりも小さい、それに等しい、又はそれよりも大きい厚さを有するとき、高いダウンフォースで、かつ同程度の除去速度でエッジ範囲改善を提供することを示す。加えて、本発明の非多孔性マイクロ層サブパッドは、厚さを減らしたときでも、除去速度を改善し、エッジ範囲の大きな改善をもたらした。

【実施例0083】

密度効果―バルクＣｕプロセスの６５ミル／１．６mmサブパッド

【0084】

ツール構成：EBARA FREX-300X、GXヘッド付き

【0085】

スラリー：Planar-Solution CSL9044C １：９希釈

【0086】

ディスク：Kinik PDA31G-3N

【0087】

トップパッド：ポリマーマイクロスフェア充填ポリウレタン（６５ミル／１．６mm）、気孔率２５～３０体積％、ショアＤ硬さ４０～５０、円形溝、幅２０ミル（０．５mm）、深さ３０ミル（０．８mm）、ピッチ７０ミル（１．８mm）

【0088】

ウェーハ：バルクＣｕウェーハ

【0089】

ウェーハエッジプロファイル範囲は、ウェーハ中心から１４２mm～１４７mmの範囲から計算した。

【0090】

低ダウンフォース研磨条件（１００hPa―１．４psi）

【0091】

高ダウンフォース研磨条件（２００hPa―２．９psi）

【0092】

比較例Ｃ及びＤは、ランダムな孔径分布を有するつながった気孔を有する微孔質起泡ポリウレタン研磨サブパッドであった。比較例Ｅ及びＦは、非多孔性層なしのサブパッド９～１１の構造を表した。

【0093】

サブパッド９～１２は、非多孔性層を有しない、又は厚さ８４又は７３μmの非多孔性層を有し、気孔の単一層を有さず、次いでランダムな気孔層を有する多孔性サブパッドであった。

【0094】

低ダウンフォース

【0095】

【表3】

【0096】

これらのデータは、本発明の非多孔性層サブパッドが、従来のサブパッド以上の密度を有するとき、低いダウンフォースで、かつ同程度の除去速度でエッジ範囲改善を提供することを示す。同じ密度を有する非多孔性層サブパッドの場合、エッジ速度に対する影響は特に劇的であった。

【0097】

高ダウンフォース

【0098】

【表4】

【0099】

比較例Ｆは、エッジ範囲の望ましい減少を示したが、コンディショニング中、サブパッド圧縮から生じるいくらかのプロセス不安定性を経験した。これらのデータは、本発明の非多孔性層サブパッドが、従来のサブパッドよりも低い、それと同じ、及びそれよりも高い密度を有するとき、高いダウンフォースで、かつ同程度の除去速度でエッジ範囲改善を提供することを示す。同じ、又はより高い密度を有する非多孔性層サブパッドの場合、エッジ速度に対する影響は特に劇的であった。