特許 7438243 基板をパッケージングするための平坦化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-15

(45)【発行日】2024-02-26

(54)【発明の名称】基板をパッケージングするための平坦化方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20240216BHJP

   B24B 37/00 20120101ALI20240216BHJP

   C09K 3/14 20060101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 622D

B24B37/00 H

H01L21/304 621D

C09K3/14 550D

C09K3/14 550Z

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021574255

(86)(22)【出願日】2020-06-02

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-22

(86)【国際出願番号】 US2020035778

(87)【国際公開番号】W WO2020256932

(87)【国際公開日】2020-12-24

【審査請求日】2022-02-15

(31)【優先権主張番号】201941023935

(32)【優先日】2019-06-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】チェン， ハンウェン

(72)【発明者】

【氏名】ヴァハヴェルベク， スティーヴン

(72)【発明者】

【氏名】チャクラボルティ， タパシュ

(72)【発明者】

【氏名】リアント， プラユディ

(72)【発明者】

【氏名】ゴラディア， プレルナ ソンサリア

(72)【発明者】

【氏名】シー， グァン フアイ

(72)【発明者】

【氏名】パク， ギバク

(72)【発明者】

【氏名】ブッフ， チンタン

(72)【発明者】

【氏名】カン， ピン ジャン

(72)【発明者】

【氏名】フン， アレックス

【審査官】中田 剛史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１９７７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４８９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１４３７９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１７６８３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２４Ｂ ３７／００

Ｃ０９Ｋ ３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の平坦化のための方法であって：
研磨装置内にポリマー材料を含む基板を配置することと；
基板の表面を第１の研磨プロセスに曝すことであって、前記第１の研磨プロセスが：
粉砕スラリを前記研磨装置の研磨パッドに供給することを含み、前記粉砕スラリは：
１．２μｍと５３μｍとの間のグリットサイズを有し、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、ダイヤモンド（Ｃ）、及び窒化ホウ素（ＢＮ）からなる群から選択される材料を含む、第１の複数のコロイド粒子；
非イオン性ポリマー分散剤；及び
水性溶媒を含む、
前記基板の表面を前記第１の研磨プロセスに曝すことと；
前記基板の表面を第２の研磨プロセスに曝すことであって、前記第２の研磨プロセスが：
研磨スラリを前記研磨装置の前記研磨パッドに供給することを含み、前記研磨スラリは：
２５ｎｍと５００ｎｍとの間のグリットサイズを有する第２の複数のコロイド粒子を含む、
前記基板の表面を前記第２の研磨プロセスに曝すことと
を含み、
前記非イオン性ポリマー分散剤が、ポリビニルアルコール、エチレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、及びポリビニルピロリドンからなる群から選択され、前記非イオン性ポリマー分散剤が、１：１と１：４との間の分散剤：水性溶媒の体積比で水性溶媒と混合される、
方法。

【請求項2】

前記粉砕スラリ中の前記第１の複数のコロイド粒子の重量パーセントが２％と２０％との間である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ポリマー材料が、ポリイミド、ポリアミド、パリレン、及びシリコーンからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記第２の複数のコロイド粒子が、２５ｎｍと２５０ｎｍとの間のグリットサイズを有する、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記第２の複数のコロイド粒子が、シリカ、アルミナ、セリア、酸化鉄、ジルコニア、チタニア、及び炭化ケイ素からなる群から選択される材料を含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記第２の複数のコロイド粒子が、前記第１の複数のコロイド粒子の材料とは異なる材料から形成される、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記研磨スラリ中の前記第２の複数のコロイド粒子の重量パーセントが１％と２５％との間である、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記研磨スラリが、水、アルミナ、及び水酸化カリウムのうちの１つ又は複数をさらに含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

基板の平坦化のための方法であって：
基板を第１の研磨プロセスに曝すことであって、前記第１の研磨プロセスが：
粉砕スラリで前記基板を研磨することを含み、前記粉砕スラリは、１μｍと５５μｍとの間のグリットサイズを有し、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、ダイヤモンド（Ｃ）、及び窒化ホウ素（ＢＮ）からなる群から選択される材料を含む、第１の複数のコロイド粒子を含む、前記基板を前記第１の研磨プロセスに曝すことと；
前記基板の表面を第２の研磨プロセスに曝すことであって、前記第２の研磨プロセスが：
研磨スラリで前記基板を研磨することを含み、前記研磨スラリは、２０ｎｍと５００ｎｍとの間のグリットサイズを有する第２の複数のコロイド粒子を含む、前記基板の表面を前記第２の研磨プロセスに曝すことと
を含み、
前記粉砕スラリ中の前記第１の複数のコロイド粒子の重量パーセントが２％と２０％との間であり、
前記粉砕スラリが、ポリビニルアルコール、エチレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、及びポリビニルピロリドンからなる群から選択される非イオン性ポリマー分散剤をさらに含み、
前記非イオン性ポリマー分散剤が、１：１と１：４との間の分散剤：水性溶媒の体積比で水性溶媒と混合される、方法。

【請求項10】

前記第２の複数のコロイド粒子が、シリカ、アルミナ、セリア、酸化鉄、ジルコニア、ダイヤモンド、窒化ホウ素、チタニア、及び炭化ケイ素からなる群から選択される材料を含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記第２の複数のコロイド粒子が、前記第１の複数のコロイド粒子の材料とは異なる材料を含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記研磨スラリ中の前記第２の複数のコロイド粒子の重量パーセントが１％と２５％との間である、請求項９に記載の方法。

【請求項13】

前記基板が、ポリイミド、ポリアミド、パリレン、又はシリコーンを含むポリマー基板である、請求項９に記載の方法。

【請求項14】

基板の平坦化のための方法であって：
研磨装置に、ポリイミド、ポリアミド、パリレン、及びシリコーンからなる群から選択されるポリマー材料を含む基板を配置することと；
基板の表面を第１の研磨プロセスに曝すことであって、前記第１の研磨プロセスが：
粉砕スラリを前記研磨装置の研磨パッドに供給することを含み、前記研磨パッドは前記基板の表面に押し付けられ、毎分５０回転と毎分１００回転との間の速度で回転され、前記粉砕スラリは：
１．２μｍと２０μｍとの間のグリットサイズ、及び２％と２０％との間の重量パーセントを有し、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、ダイヤモンド（Ｃ）、及び窒化ホウ素（ＢＮ）からなる群から選択される材料を含む、第１の複数のコロイド粒子；
ポリビニルピロリドンを含む非イオン性ポリマー分散剤；及び
水性媒体を含む、前記非イオン性ポリマー分散剤が、１：１の分散剤：水性溶媒の体積比で水性溶媒と混合される、
前記基板の表面を前記第１の研磨プロセスに曝すことと；
前記基板の表面を第２の研磨プロセスに曝すことであって、前記第２の研磨プロセスが：
研磨スラリを前記研磨装置の前記研磨パッドに供給することであって、前記研磨スラリは：
２５ｎｍと２００ｎｍとの間のグリットサイズ及び１％と２５％との間の重量パーセントを有する第２の複数のコロイド粒子を含み、前記第２の複数のコロイド粒子が前記第１の複数のコロイド粒子と異なる材料から形成される、
前記研磨スラリを前記研磨装置の前記研磨パッドに供給すること；及び
前記第１及び前記第２の複数のコロイド粒子をリサイクルして、前記粉砕スラリ及び前記研磨スラリを再形成すること
を含む前記基板の表面を前記第２の研磨プロセスに曝すことと
を含む、方法。

【請求項15】

基板の平坦化のための方法であって：
研磨装置内にポリマー材料を含む基板を配置することと；
基板の表面を第１の研磨プロセスに曝すことであって、前記第１の研磨プロセスが：
粉砕スラリを前記研磨装置の研磨パッドに供給することを含み、前記粉砕スラリは：
１．２μｍと５３μｍとの間のグリットサイズを有する第１の複数のコロイド粒子；
非イオン性ポリマー分散剤；及び
水性溶媒を含む、
前記基板の表面を前記第１の研磨プロセスに曝すことと；
前記基板の表面を第２の研磨プロセスに曝すことであって、前記第２の研磨プロセスが：
研磨スラリを前記研磨装置の前記研磨パッドに供給することを含み、前記研磨スラリは：
２５ｎｍと５００ｎｍとの間のグリットサイズを有する第２の複数のコロイド粒子を含む、
前記基板の表面を前記第２の研磨プロセスに曝すことと
を含み、
前記非イオン性ポリマー分散剤が、ポリビニルアルコール、エチレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、及びポリビニルピロリドンからなる群から選択され、
前記非イオン性ポリマー分散剤が、１：１と１：４との間の分散剤：水性溶媒の体積比で水性溶媒と混合される、方法。

【請求項16】

基板の平坦化のための方法であって：
研磨装置に、ポリイミド、ポリアミド、パリレン、及びシリコーンからなる群から選択されるポリマー材料を含む基板を配置することと；
基板の表面を第１の研磨プロセスに曝すことであって、前記第１の研磨プロセスが：
粉砕スラリを前記研磨装置の研磨パッドに供給することを含み、前記研磨パッドは前記基板の表面に押し付けられ、毎分５０回転と毎分１００回転との間の速度で回転され、前記粉砕スラリは：
１．２μｍと２０μｍとの間のグリットサイズ、及び２％と２０％との間の重量パーセントを有する第１の複数のコロイド粒子；
ポリビニルアルコール、エチレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、及びポリビニルピロリドンからなる群から選択される非イオン性ポリマー分散剤；及び
水性媒体を含む、
前記基板の表面を前記第１の研磨プロセスに曝すことと；
前記基板の表面を第２の研磨プロセスに曝すことであって、前記第２の研磨プロセスが：
研磨スラリを前記研磨装置の前記研磨パッドに供給することであって、前記研磨スラリは：
２５ｎｍと２００ｎｍとの間のグリットサイズ及び１％と２５％との間の重量パーセントを有する第２の複数のコロイド粒子を含む、
前記研磨スラリを前記研磨装置の前記研磨パッドに供給すること；及び
前記第１及び前記第２の複数のコロイド粒子をリサイクルして、前記粉砕スラリ及び前記研磨スラリを再形成すること
を含む前記基板の表面を前記第２の研磨プロセスに曝すことと
を含み、
前記非イオン性ポリマー分散剤が、１：１と１：４との間の分散剤：水性溶媒の体積比で水性溶媒と混合される、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

背景
分野
本開示の実施形態は、概して、基板上の表面及び基板上に形成された層上の表面の平坦化に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、高度なパッケージング用途のための基板上の表面の平坦化に関する。

【背景技術】

【0002】

関連技術の説明
化学機械平坦化（ＣＭＰ）は、基板上に堆積されている材料の層を平坦化又は研磨するために高密度集積回路の製造において通常使用される１つのプロセスである。化学的機械的平坦化及び研磨は、粗面、凝集した材料、結晶格子の損傷、引っかき傷、及び汚染された層若しくは材料などの望ましくない表面トポグラフィー並びに表面欠陥を除去するのに有用である。化学的機械的平坦化は、フィーチャを埋めるために堆積された余分な材料を除去することによって基板上にフィーチャを形成し、その後のパターン化操作のために均一な表面を提供するのにも役立つ。

【0003】

従来のＣＭＰ技術では、キャリアアセンブリに取り付けられた基板キャリア又は研磨ヘッドは、ＣＭＰ装置のプラテンに取り付けられた研磨パッドと接触するようにその中に固定された基板を配置する。キャリアアセンブリは、基板に制御可能な負荷、すなわち圧力を提供して、基板を研磨パッドに押し付ける。外部の駆動力により、研磨パッドが基板に対して移動する。したがって、ＣＰＭ装置は、研磨組成物またはスラリを分散させながら、基板の表面と研磨パッドとの間に研磨又は摩擦運動を生じさせて、化学的活性及び機械的活性の両方に影響を与える。

【0004】

近年、ポリマー材料は、多くの高度なパッケージング用途用のポリマーの多様性のために、集積回路チップの製造における材料層としてますます使用されている。しかしながら、従来のＣＭＰ技術は、ポリマーの化学的性質に関連して低減された除去率に起因して、ポリマー材料の平坦化には非効率的である。それゆえ、ポリマー材料層の平坦化は、高度なパッケージング構造の製造における制限要因になる。

【0005】

したがって、当技術分野では、ポリマー材料表面の改善された平坦化のための方法及び装置が必要とされている。

【発明の概要】

【0006】

概要
本開示の実施形態は、概して、基板上の表面及び基板上に形成された層上の表面の平坦化に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、ポリマー材料層の表面などの高度なパッケージング用途用の基板上の表面の平坦化に関する。

【0007】

一実施形態では、基板平坦化の方法が提供される。本方法は、ポリマー材料で形成された基板を研磨装置に配置することを含む。基板の表面は、粉砕スラリが研磨装置の研磨パッドに供給される第１の研磨プロセスに曝される。粉砕スラリは、約１．２μｍと約５３μｍとの間のグリットサイズを有するコロイド粒子、非イオン性ポリマー分散剤、及び水性溶媒を含む。次に、基板表面は、研磨スラリが研磨装置の研磨パッドに供給される第２の研磨プロセスに曝される。研磨スラリは、約２５ｎｍと約５００ｎｍとの間のグリットサイズを有するコロイド粒子を含む。

【0008】

図面の簡単な説明
本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約された実装のより具体的な説明は、実装を参照することによって得ることができ、そのいくつかは添付の図面に示されている。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得るため、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、従って、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ここに記載の実施形態による研磨装置の概略的な断面図を示している。

【図2】ここに記載の実施形態による、基板表面平坦化のプロセスのフロー図を示している。

【0010】

理解を容易にするために、可能な場合は、図に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が使用されている。一実施の要素及び機能は、さらに説明することなく、他の実施に有益に組み込むことができると考えられる。

【発明を実施するための形態】

【0011】

詳細な説明
本開示の実施形態は、概して、基板上の表面及び基板上に形成された層上の表面の平坦化に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、ポリマー材料層の表面など、高度なパッケージング用途用の基板上の表面の平坦化に関する。一実施形態では、本方法は、第１の研磨プロセス中に粉砕スラリの存在下で研磨表面に対して基板表面を機械的に研磨して、基板上に形成された材料の一部を除去すること；及び次に、第２の研磨プロセス中に研磨スラリの存在下で研磨表面に対して基板表面を化学的機械的に研磨して、第１の研磨プロセスによって引き起こされた粗さ又は不均一性を低減することを含む。

【0012】

本開示の様々な実施の完全な理解を提供するために、特定の細部が以下の説明及び図１及び図２に示されている。基板の平坦化及び研磨にしばしば関連する周知の構造体及びシステムを説明する他の細部は、様々な実施の説明を不必要に曖昧にすることを避けるために、以下の開示には記載されていない。

【0013】

図に示されている詳細、寸法、角度、及びその他の特徴の多くは、特定の実施形態の単なる例示である。したがって、他の実施形態は、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の詳細、構成要素、寸法、角度、及び特徴を有することができる。さらに、本開示のさらなる実施形態は、以下に説明するいくつかの細部を用いることなく実施することができる。

【0014】

ここで説明する実施形態は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から入手可能なＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標） ＬＫ（商標）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標） ＬＫ Ｐｒｉｍｅ（商標）、及びＭＩＲＲＡ ＭＥＳＡ（登録商標）研磨システムなどの化学機械研磨システムを使用して実行できる平坦化プロセスを参照して、以下に説明される。平坦化及び研磨プロセスを実行することができる他のツールもまた、ここに記載の実施から利益を得るように適合させることができる。さらに、ここに記載の平坦化プロセスを可能にする任意のシステムを有利に使用することができる。ここに記載の装置の説明は例示的なものであり、ここに記載の実施形態の範囲を限定するものとして解釈又は判断されるべきではない。

【0015】

図１は、ポリマー基板１１０などの、高度なパッケージング用途用の材料層を平坦化するために使用され得る例示的な化学機械研磨装置１００を示している。典型的には、研磨パッド１０５は、研磨パッド１０５とプラテン１０２との間に配置された感圧接着剤などの接着剤を使用して、研磨装置１００のプラテン１０２に固定される。プラテン１０２及びその上に取り付けられた研磨パッド１０５に面する基板キャリア１０８は、基板１１０を研磨パッド１０５の研磨面に対して研磨するように促す一方で、基板１１０の異なる領域に対して異なる圧力を加えるように構成された可撓性ダイヤフラム１１１を含む。基板キャリア１０８は、基板１１０を取り囲むキャリアリング１０９をさらに含む。

【0016】

研磨中、キャリアリング１０９に下向きの力がかかると、キャリアリング１０９が研磨パッド１０５に対して押し付けられ、したがって、基板１１０が基板キャリア１０８から滑り落ちるのを防ぐ。基板キャリア１０８は、キャリア軸１１４の周りを回転する一方で、可撓性ダイヤフラム２１１は、研磨パッド１０５の研磨表面に対して基板１１０の所望の表面を押し付ける。プラテン１０２は、プラテン軸１０４を中心に、基板キャリア１０８の回転方向とは反対の回転方向に回転する一方で、基板キャリア１０８は、プラテン１０２の中心領域からプラテン１０２の外径まで前後にスイープして、研磨パッド１０５の不均一な摩耗をいくぶん低減する。図１に示されるように、プラテン１０２及び研磨パッド１０５は、研磨される基板１１０の表面の表面積よりも大きい表面積を有する。しかしながら、いくつかの研磨システムでは、研磨パッド１０５は、研磨される基板１１０の表面の表面積よりも小さい表面積を有する。終点検出システム１３０は、プラテン開口部１２２を通って、さらにプラテン開口部１２２上に配置された研磨パッド１０５の光学的に透明な窓フィーチャ１０６を通して、光を基板１１０に向ける。

【0017】

研磨中、流体１１６は、プラテン１０２上に配置された流体ディスペンサ１１８を介して研磨パッド１０５に導入される。典型的には、流体１１６は、研磨流体、研磨若しくは粉砕スラリ、洗浄流体、又はそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、流体１１６は、ｐＨ調整剤及び／又は化学的に活性な構成要素を含む研磨流体であり、例えば、研磨パッド１０５の研磨剤と併せて、基板１１０の材料表面の化学的機械研磨及び平坦化を可能にするための酸化剤などである。

【0018】

図２は、ここに記載の実施形態による、基板の表面を平坦化するためのプロセス２００のフロー図である。プロセス２００は、基板を研磨装置１００などの研磨装置に配置することにより、操作２１０で開始する。単層として説明及び描写されているが、基板は、１つ又は複数の材料層及び／又はその上に形成された１つ又は複数の構造体を含み得る。例えば、基板は、１つ又は複数の金属層、１つ又は複数の誘電体層、１つ又は複数の相互接続構造体、１つ又は複数の再分配構造体、及び／又は他の適切な層及び／又は構造体を含み得る。

【0019】

一例では、基板は、結晶性シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、酸化ケイ素、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされた若しくはドープされていないポリシリコン、ドープされた若しくはドープされていないシリコンウエハ、パターン化若しくはパターン化されていないウエハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、カーボンドープシリコンオキシド、窒化ケイ素、ドープシリコン、及びその他の適切なシリコン材料を含む。一例では、基板は、ポリイミド、ポリアミド、パリレン、シリコーン、エポキシ、ガラス繊維強化エポキシ成形コンパウンド、セラミック粒子が配置されたエポキシ樹脂、及び他の適切なポリマー材料などのポリマー材料を含む。

【0020】

さらに、基板は、様々な形態及び寸法を有し得る。一実施形態では、基板は、約１００ｍｍと約４００ｍｍとの間など、約５０ｍｍと約５００ｍｍとの間の直径を有する円形基板である。例えば、基板は、直径が約１５０ｍｍと約３５０ｍｍとの間、例えば、約２００ｍｍと約３００ｍｍとの間の円形基板である。いくつかの実施形態では、円形基板は、約２００ｍｍ、約３００ｍｍ、又は約３１０ｍｍの直径を有する。別の例では、基板は、約１００ｍｍと約６００ｍｍとの間など、約５０ｍｍと約６５０ｍｍとの間の幅を有する多角形基板である。例えば、基板は、約３００ｍｍと約４００ｍｍとの間など、約２００ｍｍと約５００ｍｍとの間の幅を有する多角形基板である。いくつかの実施形態では、基板は、最大約５００ｍｍの横方向寸法及び最大約１ｍｍの厚さを有するパネル形状を有する。一実施形態では、基板は、約０．５ｍｍと約１．５ｍｍとの間の厚さを有する。例えば、基板は、約０．７ｍｍと約１．４ｍｍとの間、例えば、約１ｍｍと約１．２ｍｍとの間、例えば、約１．１ｍｍの厚さを有する円形基板である。他の形態及び寸法もまた企図される。

【0021】

操作２２０において、平坦化される基板の表面は、研磨装置における第１の研磨プロセスに曝される。第１の研磨プロセスは、基板から所望の厚さの材料を除去するために利用される。一実施形態では、第１の研磨プロセスは、研磨装置の研磨パッドに供給される粉砕スラリを利用する機械的研磨プロセスである。粉砕スラリは、分散剤を含む溶液中に分散されたコロイド粒子を含む。一実施形態では、粉砕スラリで利用されるコロイド粒子は、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（ＡＬ_２Ｏ_３）、セリア（ＣｅＯ_２）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、ダイヤモンド（Ｃ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、チタニア（ＴｉＯ_２）などの研磨材料から形成される。一実施形態では、コロイド粒子は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から形成される。

【0022】

第１の研磨プロセスに利用されるコロイド粒子は、グリットサイズが約１μｍ～約５５μｍの範囲、例えば約１．２μｍと約５３μｍとの間である。例えば、コロイド粒子は、約１．２μｍと約５０μｍとの間；約１．２μｍと約４０μｍとの間；約１．２μｍと約３０μｍとの間；約１．２μｍと約２０μｍとの間；約１．２μｍと約１０μｍとの間；約５μｍと約５０μｍとの間；約５μｍと約４０μｍとの間；約５μｍと約３０μｍとの間；約５μｍと約２０μｍとの間；約５μｍと約１５μｍと間；約１０μｍと約５５μｍとの間；約２０μｍと約５５μｍとの間；約３０μｍと約５５μｍとの間；約４０μｍと約５５μｍとの間；約５０μｍと約５５μｍとの間のグリットサイズを有する。粉砕スラリに分散されたコロイド粒子のグリットサイズを大きくすると、機械的粉砕プロセス中に材料が基板から除去される速度が速くなる可能性がある

【0023】

粉砕スラリ中のコロイド粒子の重量パーセントは、約１％～約２５％の範囲であり、例えば、約２％と約２０％との間である。例えば、粉砕スラリ中のコロイド粒子の重量パーセントは、約５％～約１５％；約６％～約１４％；約７％～約１３％；約８％～約１２％；約９％～約１１の範囲にある。一実施形態では、粉砕スラリ中のコロイド粒子の重量パーセントは約１０％である。

【0024】

コロイド粒子の粉砕効率を高めるために、粉砕スラリ中の分散剤が選択される。一実施形態では、分散剤は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレングリコール（ＥＧ）、グリセリン、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、及びポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を含む非イオン性ポリマー分散剤であるがこれらに限定されない。一例では、分散剤は、分子量が最大２，０００のＰＥＧである。例えば、分散剤は、ＰＥＧ ２００、ＰＥＧ ４００、ＰＥＧ ６００、ＰＥＧ ８００、ＰＥＧ １０００、ＰＥＧ １５００、又はＰＥＧ２０００であり得る。分散剤は、約１：１の体積／体積（ｖ／ｖ）と約１：４（ｖ／ｖ）との間の分散剤：水又は水性溶媒の比で、水又は水を含む水性溶媒と混合される。例えば、分散剤は、約１：２（ｖ／ｖ）の分散剤：水又は水性溶媒の比で水又は水性溶媒と混合される。

【0025】

いくつかの実施形態において、粉砕スラリは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）、硝酸（ＨＮＯ_３）のようなｐＨ調整剤をさらに含む。粉砕スラリのｐＨは、１つ又は複数のｐＨ調整剤を添加することにより、所望のレベルに調整することができる。

【0026】

第１の研磨プロセスの間、基板表面と研磨パッド１０５などの研磨パッドは、約１５ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）未満の圧力で接触される。基板からの所望の厚さの材料の除去は、約１０ｐｓｉ以下、例えば、約１ｐｓｉ～約１０ｐｓｉの圧力を有する機械的粉砕プロセスで実施することができる。プロセスの一態様では、基板表面と研磨パッドは、約５ｐｓｉと約１０ｐｓｉとの間など、約３ｐｓｉと約１０ｐｓｉとの間の圧力で接触される。研磨パッドと基板表面が接触する圧力を増加させると、一般に、第１の研磨プロセス中に材料が基板から除去され得る速度が増加する。

【0027】

一実施形態では、プラテンは毎分約５０回転（ｒｐｍ）～約１００ｒｐｍの速度で回転され、基板キャリアは約５０ｒｐｍ～約１００ｒｐｍの速度で回転される。プロセスの一態様では、プラテンは約７０ｒｐｍと約９０ｒｐｍとの間の速度で回転され、基板キャリアは約７０ｒｐｍと約９０ｒｐｍとの間の速度で回転される。

【0028】

上記のような第１の研磨プロセス中の基板の機械的研磨は、従来の平坦化及び研磨プロセスと比較して、基板材料の改善された除去率を達成することができる。例えば、約６μｍ／分と約１０μｍ／分との間のポリイミド材料の除去速度を達成することができる。別の例では、約６μｍ／分と約１２μｍ／分との間のエポキシ材料の除去速度を達成することができる。さらに別の例では、約４μｍ／分と約６μｍ／分との間のケイ素（シリコン）材料の除去速度を達成することができる。

【0029】

第１の研磨プロセスの完了後、今や厚みが薄くなっている基板の表面は、操作２３０で同じ研磨装置内の第２の研磨プロセスに曝される。第２の研磨プロセスは、第１の研磨プロセスによって引き起こされる粗さ又は不均一性を低減するために利用される。一実施形態では、第２の研磨プロセスは、機械的研磨プロセスに関して説明したよりも微細なコロイド粒子を有する研磨スラリを利用するＣＰＭプロセスである。

【0030】

一実施形態では、第２の研磨プロセスに利用されるコロイド粒子は、グリットサイズが約２０ｎｍ～約５００ｎｍ、例えば、約２５ｎｍと約３００ｎｍとの間の範囲である。例えば、コロイド粒子は、約２５ｎｍと約２５０ｎｍとの間；約２５ｎｍと約２００ｎｍとの間；約２５ｎｍと約１５０ｎｍとの間；約２５ｎｍと約１００ｎｍとの間；約２５ｎｍと約７５ｎｍとの間；約２５ｎｍと約５０ｎｍとの間；約１００ｎｍと約３００ｎｍとの間；約１００ｎｍと約２５０ｎｍとの間；約１００ｎｍと約２２５ｎｍとの間；約１００ｎｍと約２００ｎｍとの間；約１００ｎｍと約１７５ｎｍとの間；約１００ｎｍと約１５０ｎｍとの間；約１００ｎｍと約１２５ｎｍとの間；約１５０ｎｍと約２５０ｎｍとの間；約１５０ｎｍと約２５０ｎｍとの間；約１５０と約２２５ｎｍとの間；約１５０ｎｍと約２００ｎｍとの間；約１５０ｎｍと約１７５ｎｍとの間のグリットサイズを有する。研磨スラリに分散されたコロイド粒子のグリットサイズを大きくすると、一般に、第２の研磨プロセス中に材料が基板から除去され得る速度が増加する。

【0031】

研磨スラリに利用されるコロイド粒子は、ＳｉＯ２、ＡＬ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｃ、ＢＮ、ＴｉＯ_２、ＳｉＣなどから形成される。一実施形態では、研磨スラリで利用されるコロイド粒子は、粉砕スラリ中のコロイド粒子と同じ材料から形成される。別の実施形態では、研磨スラリで利用されるコロイド粒子は、粉砕スラリ中のコロイド粒子とは異なる材料から形成される。

【0032】

研磨スラリ中のコロイド粒子の重量パーセントは、約１％～約３０％の範囲であり、例えば、約１％と約２５％との間である。例えば、粉砕スラリ中のコロイド粒子の重量パーセントは、約１％～約１５％；約１％～約１０％；約１％～約５％；約１０％～約３０％；約１０％～約２５％の範囲である。

【0033】

いくつかの実施形態において、コロイド粒子は、水、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ＫＯＨなどを含む溶液中に分散される。研磨スラリは、約５と約１０との間など、約４～約１０の範囲のｐＨを有し得る。例えば、研磨スラリは、約９など、約７～約１０の範囲のｐＨを有する。研磨スラリのｐＨを所望のレベルに調整するために、１つ又は複数のｐＨ調整剤を研磨スラリに添加することができる。例えば、研磨スラリのｐＨは、ＴＭＡＨ、ＮＨ_４ＯＨ、ＨＮＯ_３などの添加によって調整することができる。

【0034】

第２の研磨プロセスの間、基板表面と研磨パッドは、約１５ｐｓｉ未満の圧力で接触される。基板表面の平滑化は、約１０ｐｓｉ以下、例えば、約２ｐｓｉ～約１０ｐｓｉの圧力を有する第２の研磨プロセスで実施することができる。プロセスの一態様では、基板表面と研磨パッドは、約５ｐｓｉと約１０ｐｓｉとの間など、約３ｐｓｉと約１０ｐｓｉとの間の圧力で接触される。

【0035】

一実施形態では、プラテンは、第２の研磨プロセス中に約５０ｒｐｍ～約１００ｒｐｍの速度で回転され、基板キャリアは、約５０ｒｐｍ～約１００ｒｐｍの速度で回転される。プロセスの一態様では、プラテンは約７０ｒｐｍと約９０ｒｐｍとの間の速度で回転され、基板キャリアは約７０ｒｐｍと約９０ｒｐｍとの間の速度で回転される。

【0036】

第１及び／又は第２の研磨プロセスの後、使用されたスラリは、その後の再利用のために、スラリ管理及び回収システムを通して処理され得る。例えば、研磨装置は、プラテン１０２などの研磨プラテンの下に配置されたスラリ回収ドレンを含み得る。スラリ回収ドレンは、１つ又は複数のフィルタを有するスラリ回収タンクに流体結合して、サイズに基づいて、使用済みの粉砕および研磨スラリから再利用可能なコロイド粒子を分離することができる。次に、分離されたコロイド粒子を洗浄し、さらなる研磨プロセスのために新しいバッチのスラリに再導入することができる。

【0037】

研磨及び粉砕スラリは、スラリ管理及び回収システム内で絶えず循環又は撹拌され得る。スラリの絶え間ない循環又は撹拌は、コロイド粒子の沈降を防ぎ、スラリ中のコロイド粒子の実質的に均一な分散を維持する。一例では、スラリ管理及び回収システムは、システム全体にスラリを圧送するための１つ又は複数の渦ポンプを含む。開放型及び球状のポンプチャネルは、コロイド粒子がポンプを詰まらせるリスクを低減し、したがって、スラリ管理及び回収システム内でのスラリの効率的な循環を可能にする。さらなる例では、スラリ管理および回収システムは、貯蔵されたスラリを絶えず攪拌するように構成された混合装置を有する１つ又は複数のスラリ封じ込めタンクを含む。

【0038】

ここに記載のプロセスによって平坦化された基板は、減少したトポグラフィー欠陥、改善されたプロファイル均一性、改善された平面性、及び改善された基板仕上げを示したことが観察された。さらに、ここに記載のプロセスは、ポリマー材料などの高度なパーケージング用途用の基板とともに利用される様々な材料の改善された除去速度を提供する。

【0039】

上記は本開示の実施に関するものであるが、本開示の他のさらなる実施は、その基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2】