JP2004507076A - 化学機械平坦化用の研磨パッド - Google Patents

Abstract

半導体デバイス又は前駆体の表面を研磨するための、及び半導体ウェハ上の金属ダマシン構造を平坦化するための研磨パッド及び研磨方法であり、パッドの研磨層は、約４０〜７０ショアＤの硬度、約１００〜２，０００ＭＰａの４０℃での引張弾性率、及び約１〜５の３０℃−９０℃でのＥ′の比を有する。約２５℃の周囲温度でパッドを脱イオン水に２４時間浸漬したとき、パッドの各線寸法は約１％未満変化し、パッドの硬度は約３０％未満減少する。

Description

【０００１】
本発明は、概略として、半導体デバイスの製造において、基材、特に金属又は金属含有基材を研磨及び／又は平坦化するために使用される研磨パッドに関する。
【０００２】
化学機械平坦化（ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ、「ＣＭＰ」）は、集積回路デバイス上の平坦な表面の製造のために半導体産業において現在、実施されている方法である。この方法については、”Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”， Ｊ．Ｍ．Ｓｔｅｉｇｅｒｗａｌｄ， Ｓ．Ｐ．Ｍｕｒａｒｋａ， Ｒ．Ｊ．Ｇｕｔｍａｎ， Ｗｉｌｅｙ， １９９７の中で論じられている。ＣＭＰは、集積回路デバイスの前駆体と研磨パッドとの間に、研磨スラリー又は流体を流動又は配置すること、並びにデバイス及びパッドを一緒にバイアスをかけながら、デバイス及びパッドを互いに相対的に動かすことを含む。そのような研磨は、（ｉ）酸化ケイ素のような絶縁層、及び／又は（ｉｉ）タングステン、アルミニウム又は銅のような金属層を平坦化するためにしばしば使用される。
【０００３】
半導体デバイスは、（より微細なフィーチャジオメトリー及びより多くの金属被覆層を必要とし）ますます複雑になっているので、ＣＭＰは、一般に、より要求の厳しい性能基準を満足しなければならない。比較的最近のＣＭＰ法は、金属ダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）法による金属相互連結の製造（たとえば、Ｓ．Ｐ．Ｍｕｒａｒｋａ， Ｊ．Ｓｔｅｉｇｅｒｗａｌｄ， ａｎｄ Ｒ．Ｊ．Ｇｕｔｍａｎｎ， ”Ｉｎｌａｉｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ Ｕｓｉｎｇ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ ｂｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ”， ＭＲＳ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ， ｐｐ．４６−５１， Ｊｕｎｅ １９９３を参照されたい）。
【０００４】
ダマシンタイプの研磨では、被研磨基材は、通常、均一層ではなく複合材であり、一般的には次のような基本的ステップを含む。（ｉ）一連の金属導体領域（プラグ及びライン）を、絶縁体表面上にフォトリソグラフィーにより画定する。（ｉｉ）次に、露光された絶縁体表面を所望の深さまでエッチングする。（ｉｉｉ）フォトレジストの除去後、接着層及び拡散バリア層を施す。（ｉｖ）その後、導電性金属の厚い層を、プラグ及びラインの絶縁体材料の表面上に延在するように堆積させる。そして（ｖ）次に、金属表面を下側の絶縁体表面まで研磨し、それにより絶縁体材料により分離された個別の導電性プラグ及びラインを形成する。
【０００５】
理想的な場合、研磨後、導電性プラグ及びラインは完全に平坦であり、すべての場合、等しい横断面厚さである。実際には、フィーチャの中央部が縁部よりも薄い厚さをしばしば有して、金属構造体の幅を横切った厚さに有意差が生じる可能性がある。通常、「ディッシング」と呼ばれるこの影響は、導電性構造体の横断面積の変動が電気抵抗の変動を引き起こす可能性があるので、一般的には望ましくない。（より軟質の金属導体フィーチャを取り囲む）より硬質の絶縁層が金属フィーチャよりも遅い速度で研磨されるので、ディッシングが発生する。したがって、絶縁領域が平坦に研磨されるにつれて、研磨パッドは、主に金属フィーチャの中央部から、導体材料を侵食除去する傾向があり、その結果、最終の半導体デバイスの性能を損なう可能性がある。
【０００６】
本発明は、低い弾性回復を有するとともに、多くの公知の研磨パッドと対比して顕著な非弾性を呈する研磨パッドに関する。本発明の実施態様を、例示により、以下の詳細な説明を参照して説明する。
【０００７】
いくつかの実施態様では、本発明のパッドは、さらに（ｉ）約１〜約９μＲａの表面粗さ、（ｉｉ）約４０〜約７０ショアＤの硬度、及び（ｉｉｉ）４０℃で約２，０００ＭＰａまでの引張弾性率を規定する。一実施態様では、本発明の研磨パッドは、約５未満、適切には約４．６未満、さらに適切には約３．５未満の３０℃と９０℃におけるＥ′の比を規定する。本発明の他の実施態様では、研磨パッドは、約１．０〜約５．０の３０℃と９０℃におけるＥ′の比、及び約１００〜約１０００（１／Ｐａ、４０℃）のＫＥＬを規定する。他の実施態様では、研磨パッドは、約２〜約７μＲａの表面粗さ、約４５〜約６５ショアＤの硬度、約１５０〜約１５００ＭＰａの４０℃での弾性率（ｍｏｄｕｌａｓ）Ｅ′、約１２５〜約８５０（１／Ｐａ、４０℃）のＫＥＬ、及び約１．０〜約４．０の３０℃と９０℃におけるＥ′の比を有する。さらに他の実施態様では、本発明の研磨パッドは、約３〜約５μＲａの表面粗さ、約５５〜約６３ショアＤの硬度、２００〜８００ＭＰａの４０℃での弾性率Ｅ′、１５０〜４００（１／Ｐａ、４０℃）のＫＥＬ、及び１．０〜３．５の３０℃と９０℃におけるＥ′の比を有する。
【０００８】
さらなる実施態様では、パッドが（十分に）加水分解について安定（ｈｙｄｒｏｌｙｔｉｃａｌｌｙ ｓｔａｂｌｅ）であることを条件として、弾性率の値は、約１００ＭＰａ程度の低さであることができる。そのような安定性は、パッドが水系の流体に徐々に曝されたときの実質的に安定なパッドの性質及び研磨性能により規定される。したがって、本発明の実施態様は、加水分解について安定な研磨パッドを提供する。
【０００９】
他の実施態様では、本発明は、（ｉ）サブミクロン粒子を任意に含有する水系の液体と組み合わせて、パッドの表面にウェハを押圧すること、及び（ｉｉ）加圧下におけるウェハ及び研磨パッドの相対運動のための機械的又は類似のタイプの運動を提供して、移動加圧接触の結果として、ウェハの表面の平坦な除去を生じさせることにより、半導体ウェハ上の金属ダマシン構造を研磨する方法に関する。
【００１０】
本発明のパッドは、高いパッド剛性と共に、特に圧縮中の高エネルギーの散逸が可能である。適切なことに、パッドは、容易にかつ一貫して再生しうる安定なモルホロジーを呈する。さらに、パッドの表面は、グレージング（ｇｌａｚｉｎｇ）に対して適切に抵抗性を示し、それにより、より低い頻度かつより低い度合いのコンディショニングを可能とし、そして少ないパッドの摩耗及びより長いパッドの寿命を生じる。一実施態様では、本発明の研磨パッドは、公知の研磨パッドと対比して、金属フィーチャの少ないディッシング、少ない酸化物のエロージョン、低減されたパッドのコンディショニング、速い金属除去速度、良好な平坦化、及び／又はより低い欠陥度（スクラッチ及び軽度の点欠陥）を呈する。
【００１１】
本発明のパッドは、研磨中にパッドが少ない弾性回復を呈するように、数多くの異なる方法のうちの任意の１つで作製することができる。ウレタンは代表的なパッド材料であるが、本発明はポリウレタンに限定されるものではなく、本明細書に記載された低弾性回復を提供することのできる化学品の他の実施態様を含むことができる。パッドは、限定されるものではないが、熱可塑性又は熱硬化性樹脂であることができ、また、充填又は非充填であることができる。本発明のパッドは、限定されるものではないが、キャスティング、成形、コーティング、押出、フォトイメージング、プリンティング、焼結などのようないくつかのポリマー加工法のうちの任意の１つにより作製することができる。
【００１２】
代表的な実施態様では、本発明のパッドは、次の特性のうち１つ以上を有する。
（１）導体及びプラグのような導電性フィーチャのディッシングが最小であり、
（２）ウェハ表面にわたってダイレベルの平坦化度が達成される、及び／又は
（３）スクラッチ及び軽度の点欠陥のような欠陥が最小であり、半導体デバイスの電気的性能に悪影響を及ぼさない。
【００１３】
パッドの性能はまた、研磨プロセスのすべての態様及びパッド、スラリー、研磨ツール間の相互作用並びに研磨条件にも依存するが、上記の特性は、研磨パッドの物理的性質により影響を受けたり、ときには制御されることがある。
【００１４】
一実施態様では、本発明のパッドは、研磨を促進するためにスラリーフロー用のマイクロチャネル及びナノ−凹凸（ｎａｎｏ−ａｓｐｅｒｉｔｉｅｓ）を依然として保持した状態で、平滑な研磨面を規定する。フィラー粒子はパッドの粗さを増大させる傾向があるので、パッドの粗さを最小限に抑える一つの方法は、非充填パッドを作製することである。
【００１５】
パッドのコンディショニングもまた、重要でありうる。パッド表面にマイクロチャネルを形成し、かつパッド表面の親水性を増大させるのに十分なコンディショニングが一般に必要とされるが、過剰のコンディショニングは表面を過度に粗面化する可能性があり、その結果、望ましくないディッシングの増加を引き起こす可能性がある。
【００１６】
本発明のパッドは、適切には低い弾性反撥（ｅｌａｓｔｉｃ ｒｅｂｏｕｎｄ）を有する。そのような反撥は、いくつかの測定法のうちの任意の１つにより、たいてい定量化することができる。おそらく最も単純なそのような測定法は、静的圧縮荷重の適用並びに圧縮パーセント及び弾性回復パーセントの測定を含む。圧縮パーセントは、パッドの元の厚さの割合として表される、所与の荷重下における材料の圧縮変形として定義される。弾性回復パーセントは、パッド表面から荷重を取り除いたときに回復する圧縮変形の割合として定義される。
【００１７】
しかしながら、研磨は動的プロセスであり、静的パラメータを用いて適切に規定できない可能性があるので、本明細書に開示された研磨パッドに適用した場合、弾性反撥に関する上記の試験は、有効でない可能性がある。また、研磨パッドは、高分子的になって粘弾性挙動を呈する傾向がある。したがって、おそらく、より良好な方法は、動的機械分析の技術を使用することである（Ｊ．Ｄ．Ｆｅｒｒｙ， ”Ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ”， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， Ｗｉｌｅｙ， １９６１を参照されたい）。
【００１８】
粘弾性材料は、加えられた変形に応答して粘性及び弾性の両方の挙動を呈する。生じる応力シグナルは、２つの成分、すなわち、ひずみと同位相である弾性応力、及びひずみ速度と同位相であるが、ひずみと位相が９０度ずれている粘性応力に分けることができる。弾性応力は、材料が弾性固体として挙動する程度の尺度であり、粘性応力は、材料が理想流体として挙動する程度を測定する。弾性応力及び粘性応力は、ひずみに対する応力の比（この比は、弾性率として定義することができる）により、材料の性質と関連づけられる。したがって、ひずみに対する弾性応力の比は、貯蔵（又は弾性）弾性率であり、ひずみに対する粘性応力の比は、損失（又は粘性）弾性率である。引張又は圧縮で試験を行う場合、Ｅ′及びＥ″は、それぞれ貯蔵弾性率及び損失弾性率を表す。
【００１９】
損失弾性率対貯蔵弾性率の比は、応力とひずみとの間の位相角シフト（δ）の正接である。したがって
Ｅ″／Ｅ′＝Ｔａｎδ
であり、材料の減衰能力の尺度である。
【００２０】
研磨は、研磨パッド及びウェハの両方の周期的運動を含む動的プロセスである。エネルギーは、一般的には、研磨サイクル中にパッドに伝達される。このエネルギーの一部分は、熱としてパッドの内部に散逸され、このエネルギーの残りの部分は、パッド中に保存され、続いて、研磨サイクル中に弾性エネルギーとして放出される。後者は、ディッシングの現象に寄与すると考えられる。
【００２１】
比較的低い反撥を有し、かつ周期的変形中に比較的多量のエネルギーを吸収するパッドは、研磨中に比較的少量のディッシングを生じる傾向があるということが見出された。この効果を定量的に記載するのに使用しうるいくつかのパラメータが存在する。最も単純なのは、先に規定したＴａｎ　δである。しかしながら、研磨性能を予測するための他のパラメータが、「エネルギー損失因子（Ｅｎｅｒｇｙ Ｌｏｓｓ Ｆａｃｔｏｒ）」として知られている。ＡＳＴＭ　Ｄ４０９２−９０（”Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｐｌａｓｔｉｃｓ”）は、各変形サイクルにおける単位体積あたりの失われたエネルギーとしてこのパラメータを規定している。言いかえれば、それは、応力−ひずみヒステリシス曲線内の面積の尺度である。
【００２２】
エネルギー損失因子（ＫＥＬ）は、Ｔａｎ　δ及び貯蔵弾性率（Ｅ′）の両方の関数であり、次式により定義することができる。
ＫＥＬ＝ｔａｎ　δ×１０^１２／〔Ｅ′×（１＋ｔａｎ　δ^２）〕
式中、Ｅ′はパスカル単位である。
【００２３】
パッドに対するＫＥＬの値が大きいほど、一般的には、弾性反撥は小さく、観測されるディッシングは少ない。
【００２４】
パッドに対するＫＥＬ値を増大させる１つの方法は、それをより軟質にすることである。しかしながら、この方法は、パッドのＫＥＬを増大させると共に、パッドの剛性をも低下させる傾向がある。これは、パッドの平坦化効率を低下させる可能性があり、一般的には望ましくない。
【００２５】
パッドのＫＥＬ値を増加させる方法は、剛性を低下させることなくＫＥＬを増大させるような方法で、その物理的組成を変化させることである。これは、パッドの硬質セグメント（又は相）及び軟質セグメント（又は相）の組成、及び／又はパッドの硬質セグメント（又は相）対軟質セグメント（又は相）の比を変化させることにより達成することができる。これは、結果として、許容しうる高い剛性と共に好適に高い硬度を有し、それにより優れた平坦化効率を提供するパッドを生じる。
【００２６】
ポリマーブレンドの形態は、その最終的性質を規定する可能性があり、したがって、異なる用途におけるポリマーの最終使用性能を左右する可能性がある。ポリマーの形態は、製造プロセス、及びポリマーを調製するために使用される成分の性質により影響を受ける可能性がある。研磨パッドを作製するために使用されるポリマーの成分は、得られるパッドの形態が安定であり、かつ容易に再現できるように、適切に選択しなければならない。
【００２７】
本発明の他の実施態様では、研磨パッドを作製するために使用されるポリマーのガラス転移温度は、パッドの剛性に大きく影響を及ぼすことなく、周囲の温度以下（ｓｕｂ−ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ）にシフトされる。パッドのガラス転移温度（Ｔｇ）を低下させると、パッドのＫＥＬが増大し、さらにまた２０℃〜１００℃の通常の研磨温度範囲でその剛性がごくわずかに変化するパッドが形成される。したがって、研磨温度の変化は、パッドの物理的性質、特に剛性に最小の影響しか与えない。この結果として、より予測可能でかつより一貫した性能を得ることができる。
【００２８】
本発明の実施態様の特徴は、ガラス転移温度を室温より低くシフトさせそしてＴｇを超えて温度を上昇させたとき、一定であり、かつ研磨平坦化度を達成するのに十分な大きい値の弾性率を生じさせる配合物を設計できることである。弾性率の一貫性は、架橋、「硬質」でより高い軟化温度の相の相分離、又は無機フィラー（アルミナ、シリカ、ＣａＣＯ_３）の添加のいずれかにより、しばしば改良される可能性がある。
【００２９】
ポリマーのＴｇ（ガラス転移温度）を周囲の温度以下にシフトさせるもう１つの利点は、本発明のいくつかの実施態様において、得られるパッドの表面がグレージングに対して、より抵抗性をもつことができることである。
【００３０】
本発明のパッドの特性は、以下を含む。
（１）大きいパッドの剛性及びパッドの表面硬度。
（２）大きいエネルギー散逸（高いＫＥＬ）。
（３）容易に、かつ一貫して再生することができ、研磨中に顕著に又は悪い方向に変化しない安定なモルホロジー。
（４）グレージングを低減させ、それにより、より低い頻度かつより低い度合いのコンディショニングを可能とし、研磨中の少ないパッドの摩耗及びより長いパッドの寿命を生じさせるパッドの表面。
（５）細孔及び表面ボイドがなく、それにより、使用済みスラリーをトラップし、かつパッドの粗さを増大させるポケットが減少する。これは、ウェハの欠陥の主要源を減少させ、そしてほとんど除去する。及び／又は
（６）パッドの化学的性質は、それを多種多様なウェハの研磨に好適であるように容易に変更することができる。
【００３１】
上記の特徴の１つ以上は、次のような研磨の利点に、多くの場合、置き換えることができる。
（１）高いパッドの剛性は、良好な平坦化度を有するウェハを生成する。
（２）パッドの最上層は、低いグレージングを伴って、より容易に、かつ一様にコンディショニングされ、これは、ＩＣ１０１０のような他のパッドと比較して、被研磨ＩＣウェハ上のスクラッチ及びＬＰＤ欠陥を減少させる。
（３）延長される過剰研磨時間においてさえも、より少ない最終的なディッシングがパターンウェハ上に見られる。これは、高いＫＥＬと高い弾性率との有利な組み合わせに起因する。
（４）標準的なパッドと比較して、パターンウェハ上のより大きな研磨窓。
（５）パターンウェハ上で観測されるフィーチャに特異的なディッシングがない。及び／又は、
（６）パッドの剛性は、２０℃〜１００℃の通常の研磨温度範囲でごくわずかに変化し、非常に安定で均一な研磨を与える。
【００３２】
要約すると、
（１）金属ＣＭＰのためのパッドは、一般に、パッドの組成を変えることにより、次のもの：剛性（弾性率及び厚さ）、エネルギー損失因子（ＫＥＬ）、弾性率温度比、硬度、及び表面粗さ、のうち１つ以上の最適化された組み合わせを有し、これらはある程度独立して制御することができる。
（２）低い弾性回復を有するパッドは、一般に、金属ＣＭＰ研磨中にフィーチャの少ないディッシングを生じさせる。
（３）低い弾性回復は、「エネルギー損失因子」（ＫＥＬ）を用いて規定することができる。
（４）これらのパラメータに対する範囲を以下に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
弾性率（Ｅ′）及びエネルギー損失因子（ＫＥＬ）は、温度４０℃及び度数１０ラジアン／秒で動的機械分析の方法を用いて測定される。ＫＥＬは、先に規定した式を用いて計算される。
【００３５】
最後の行は、３０℃と９０℃で測定された弾性率の比を規定する。これは、研磨に有用な温度範囲を表す。理想的には、弾性率は、温度の上昇に伴って、できる限り少なくかつ直線的に変化するであろう（すなわち、比は１に近づく）。表面粗さの値は、コンディショニング後のものである。
【００３６】
上記の表から、本発明のパッドは、一般に、フラットな弾性率温度応答、高い弾性率の値と組み合わされた高いＫＥＬ値、及びコンディショニング後の低い表面粗さを有するであろうことは明らかである。
【００３７】
実施例
本発明のパッドは、キャスティング、成形、押出、フォトイメージング、プリンティング、焼結、コーティングのような代表的なパッド製造技術により作製することができる。パッドは、非充填であるか、又は高分子マイクロバルーンのような材料若しくはシリカ、アルミナ及び炭酸カルシウムのような無機フィラーで任意に充填することができる。
【００３８】
本発明のパッドは、従来のロータリー研磨機及び次世代のリニアー研磨機（ロール又はベルトのパッド）の両方に有用であるように設計することができる。
【００３９】
さらに、本発明のパッドは、スラリーを含有する従来の研磨材で研磨するために使用するように設計することができ、又はその代わりに、研磨材をパッドに組み入れてパッドを粒子の含まれない反応性液体と共に使用することができ、あるいはさらに他の実施態様で、いかなる追加の研磨材をも用いない本発明のパッドを粒子の含まれない反応性液体と共に使用することができる（この組み合わせは、銅のような研磨材料に特に有用である）。
【００４０】
次の実施例は、本発明の利点を示すものであるが、これらに限定されるものではない。実施例１及び２は比較用パッドを表す。
【００４１】
比較例１
この実施例は、米国特許第５５７８３６２号及び同第５９００１６４号に開示されたパッドを参照したものである。
【００４２】
２９９７ｇのポリエーテルベースの液状ウレタン（Ｕｎｉｒｏｙａｌ ＡＤＩＰＲＥＮＥ（登録商標）Ｌ３２５）を７６８ｇの４，４−メチレン−ビス−クロロアニリン（ＭＢＣＡ）と約６５℃で混合することにより、ポリマーマトリックスを調製した。この温度では、ウレタン／多官能性アミン混合物は、約２．５分間のポットライフを有しており、この時間中に、高剪断ミキサーを用いて３４５０ｒｐｍで約６９ｇの中空弾性高分子マイクロスフェア（ＥＸＰＡＮＣＥＬ（登録商標）５５１ＤＥ）をブレンドして混合物中にマイクロスフェアを一様に分散させた。最終混合物を型に移し、そして約１５分間ゲル化させた。
【００４３】
次に、型を硬化オーブン中に配置し、そして約９３℃で約５時間硬化させた。次に、型温度が約２１℃になるまで混合物を約４〜６時間冷却させた。次に、成形品を薄いシートに「スカイブ（Ｓｋｉｖｅ）」し、そして表面にマクロチャネルを機械加工した（「パッドＡ」）。
【００４４】
同様に、ＡＤＩＰＲＥＮＥ（登録商標）Ｌ３２５を化学量的に等価な量のＡＤＩＰＲＥＮＥ（登録商標）Ｌ１００に置き換えたこと以外は同様の方法で他の充填されたパッド（「パッドＢ」）を作製した。
【００４５】
先に述べたのと同一の製造法により第３のパッド（「パッドＣ」）を作製したが、ポリウレタンをは非充填であった。
【００４６】
比較例２
この実施例は、米国特許第６０２２２６８号に開示された成形法により作製されたパッド（「パッド２Ａ」）に関する。
【００４７】
研磨パッドを形成するために、２つの液体ストリームを一緒に混合し、そして所要のパッドの形状を有する密閉式型に注入した。典型的には、型の表面に溝付けして、得られる成形されたパッドもまたスラリー移動を容易にするための溝付きマクロテクスチャを有するようにした。第１のストリームは、アミン触媒と共に高分子ジオールと高分子ジアミンとの混合物を含んでいた。第２のストリームは、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を含有していた。使用したジイソシアネートの量は、ジオール基及びジアミン基との完全な反応の後でわずかに過剰になる量であった。
【００４８】
混合されたストリームを約７０℃に加熱された型に注入して、相分離したポリウレタン−ウレア高分子材料を形成した。所要の重合時間が経過した後、ネットシェイプパッド形態の今や固体の成分を続いて型から取り出した。
【００４９】
表１は、実施例１及び２に記載のパッドの重要な物理的性質を示している。
【００５０】
【表２】

【００５１】
実施例３
実施例３は、実施例１に記載のものと同様のキャスティング法を用いる、本発明による充填及び非充填パッドの作製を例示する。
【００５２】
理論量の９５％のＭＢＣＡ硬化剤で硬化させた表２に示されるイソシアネートＡＤＩＰＲＥＮＥを用いて、非充填注型品（実施例３Ａ、Ｂ及びＣ）を調製した。調製は、ＡＤＩＰＲＥＮＥ成分とＭＢＣＡ成分とを一緒に十分に混合すること及び円形型に均質混合物を注いで注型品を形成することからなっていた。型温度は１００℃であり、注型品は続いて１００℃で１６時間後硬化させた。後硬化の後、円形注型品を厚さ５０ミルの薄いシートに「スカイブ」し、そして表面をマクロチャネルに機械加工した。チャンネルは、典型的には、深さ１５ｍｉｌ、幅１０ｍｉｌであり、３０ｍｉｌのピッチを有していた。注型品の性質は、表２に示されており、ＣＭＰ法で金属層の研磨に必要とされる重要な物理的性質の有利な組み合わせを示している。
【００５３】
実施例３Ｄは、２重量％のＥＸＰＡＮＣＥＬ（登録商標）５５１ＤＥを含有しており、実施例１に記載されているように作製された。
【００５４】
【表３】

【００５５】
実施例４
実施例４は、実施例２に記載したのと同様の成形法を用いて本発明のパッドを作製することを例示する。表３は、成形法により作製された代表的なパッドの組成及び重要な物理的性質を示している。成形条件は、実施例２に記載したとおりである。
【００５６】
【表４】

【００５７】
微細な銅のフィーチャのディッシングを測定するために、表３からの代表的なパッド配合物を用いて銅のパターン化ウェハを研磨した。研磨性能を、実施例１で調製したパッドの性能と比較した。
【００５８】
Ａｐｐｌｉｅｄ ＭａｔｅｒｉａｌｓのＭＩＲＲＡ研磨機を使用し、１４１ｒｐｍのプラテン速度、１３９ｒｐｍのキャリヤー速度、及び４ｐｓｉの下向き力を用いて両方のパッドを研磨した。パッドは両方とも、ＡＢＴコンディショナーを用いて使用前にプレコンディショニングした。ウェハ間でポストコンディショニングを用いた。Ｒｏｄｅｌからの実験用銅スラリー（ＣＵＳ３１１６）と組み合わせたパッドを用いて、異なる寸法の銅のフィーチャを含むＳｅｍａｔｅｃｈパターンウェハ９３１試験マスクを研磨した。
【００５９】
研磨後、原子間力顕微鏡法を用いてディッシングに関して銅のフィーチャを測定した。Ｏｒｂｏｔ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ．ウェハ検査システムを用いて、欠陥を測定した。研磨したパッドに対するディッシング及び欠陥のデータを表４にまとめる。
【００６０】
【表５】

【００６１】
成形されたパッドがディッシング及び欠陥度を著しく減少させることは、データから自明である。
【００６２】
実施例５
実施例５は、押出法を用いて熱可塑性ポリマーから本発明のパッドを作成することを例示する。Ｈａａｋｅミキサーを用いて、ポリエーテルタイプの熱可塑性ポリウレタンを２０重量％の４μ又は１０μの炭酸カルシウムフィラーとブレンドした。Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｌｅｉｓｔｒｉｔｚにより製造された二軸スクリュー押出機を用いて、得られたブレンドを非充填ポリマーと共に５０ミルのシートに押出した。上記のポリエーテルベースのＴＰＵをより柔軟なポリエステルベースのＴＰＵと共にブレンドすることにより、追加の配合物を調製した。これらを炭酸カルシウムで再び充填した。シートの重要な物理的性質を測定し、表５に示す。
【００６３】
【表６】

【００６４】
本発明を例示するために熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）の実施例を用いるが、本発明はＴＰＵに限定されるものではない。重要な特性基準が達成される限り、ナイロン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリメタクリレートのような他の熱可塑性又は熱硬化性ポリマーもまた適用可能である。非充填熱可塑性ポリマーにより達成可能でない場合であっても、有機又は無機のフィラー又は強化剤で充填するか、他のポリマーとブレンドするか、共重合するか、可塑化することによって、或いはポリマー配合の当業者に公知の他の配合技術によって、ベースポリマーの性質を改変することにより、性質を実現することができる。
【００６５】
微細な銅のフィーチャのディッシングを測定するために、表５からの代表的なパッド配合物を用いて銅のパターン化ウェハを研磨した。研磨性能を、実施例１で調製したパッドの性能と比較した。
【００６６】
Ａｐｐｌｉｅｄ ＭａｔｅｒｉａｌｓのＭＩＲＲＡ研磨機を使用し、１４１ｒｐｍのプラテン速度、１３９ｒｐｍのキャリヤー速度、及び４ｐｓｉの下向き力を用いて両方のパッドを研磨した。パッドは両方とも、ＡＢＴコンディショナーを用いて使用前にプレコンディショニングした。ウェハ間でポストコンディショニングを用いた。スラリーと組み合わせたパッドを用いて、異なる寸法の銅のフィーチャを含むＳｅｍａｔｅｃｈパターンウェハ９３１試験マスクを研磨した。
【００６７】
研磨後、原子間力顕微鏡法を用いてディッシングに関して銅の特徴部分を測定した。Ｏｒｂｏｔ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ．ウェハ検査システムを用いて、欠陥を測定した。研磨したパッドに対するディッシング及び欠陥のデータを表６にまとめる。
【００６８】
【表７】

【００６９】
押出されたパッドがディッシングを著しく減少させることは、データから自明である。
【００７０】
加水分解安定性に関して、添付の表は、室温（２５℃）で脱イオン水中に２４時間浸漬した後のパッドの性質の変化を示している。
【００７１】
【表８】

【００７２】
室温（２５℃）で脱イオン水中に２４時間浸漬した後、パッドの線寸法は約１％未満変化するので、上記のパッドは加水分解について安定である。このほかの実施態様では、加水分解安定性は、室温（２５℃）で脱イオン水中に２４時間浸漬した後、パッドの硬度が３０％未満減少することとして規定される。
【００７３】
本発明による加水分解的に安定なパッドの場合、パッドの性質は次の範囲を有する。
【００７４】
【表９】

【００７５】
加水分解について安定なパッドの場合、室温（２５℃）で脱イオン水中に２４時間浸漬した後、性質は依然として上記の範囲内に入る。
【００７６】
パッドの研磨層はさらに、１μよりも大きい平均寸法を有するマクロテクスチャと、０．５μ未満の平均突起長さを有する複数の凹凸を含むマイクロテクスチャとを含む。パッドの研磨層はさらに、多孔性又は非多孔性である。さらに、研磨層は、約５００〜２６００μの厚さである。一実施態様によれば、パッドの少なくとも一部分は、約１９０〜約３５００ｎｍの波長を有する電磁放射線に対して透過性である。研磨パッドの実施態様は、１０μの幅の金属ラインを有する表面である半導体デバイス又はその前駆体の表面を平坦化するのに適しており、パッドは、加水分解について安定であり、金属ライン上に５００Å未満のディッシングを提供するのに十分なエネルギー散逸及び低い弾性回復を提供するポリマー系を含有する剛性の研磨層を含み、研磨層は、少なくとも部分的には押出又は硬化により形成されている。パッド中又は研磨流体中の研磨剤は、シリカ、アルミナ、セリア又はそれらの組み合わせのような無機の金属酸化物粒子である。さらに、研磨剤は、粒子の少なくとも一部分が少なくとも５０重量％の有機ポリマーを含む粒子である。半導体ウェハの金属ダマシン構造を研磨する方法の実施態様は、ウェハと研磨パッドの研磨層との間の境界の方向にウェハをバイアスさせること、境界に研磨流体を流すこと、加圧下でウェハと研磨パッドとの相対運動を提供して、ウェハに対する研磨流体の移動加圧接触の結果としてウェハの表面に沿って平坦な除去を生じさせることを含む。一実施態様によれば、研磨層は、加水分解について安定であり、そしてさらに、約４０〜７０ショアＤの硬度、４０℃での約１００〜２，０００ＭＰａの引張弾性率、約１００〜１，０００（１／Ｐａ、４０℃）のＫＥＬ、及び約１〜５の３０℃−９０℃でのＥ′の比を有するものとして規定される。一実施態様では、ダマシン構造の金属は銅を含む。一実施態様では、研磨流体は酸化剤を含有する。方法は、金属の一部分を可溶性にする化学物質を含有する研磨流体を用いて行われる。研磨流体はさらに錯化剤を含み、それにより錯化剤は金属に引きつけられ、研磨パッドと金属との間でそしてナノ−凹凸の平均寸法よりも小さい距離で行われる研磨パッドの運動により分離されるまで、金属の表面を保護する。一実施態様では、研磨パッドと金属との間の距離は、ナノ−凹凸の平均寸法の１０％未満である。錯化剤は、１０００よりも大きい粘度平均分子量を有する。錯化剤は２つ以上の極性部分を含む。

Claims (10)

1. 表面を平坦化するための研磨層が、約１〜３．６の３０℃−９０℃でのＥ′の比を有することを特徴とする、半導体デバイス又はその前駆体の表面を平坦化するための研磨パッド。
2. 研磨層が、約４０〜７０ショアＤの硬度を有する、請求項１に記載の研磨パッド。
3. 研磨層が、４０℃で約１５０〜２，０００ＭＰａの引張弾性率を有する、請求項１に記載の研磨パッド。
4. 研磨層が、約１００〜１，０００（１／Ｐａ、４０℃）のＫＥＬを有する、請求項１に記載の研磨パッド。
5. 約２５℃の周囲温度でパッドを脱イオン水に２４時間浸漬したとき、パッドの各線寸法の変化が約１％未満である、請求項１に記載の研磨パッド。
6. 約２５℃の周囲温度でパッドを脱イオン水に２４時間浸漬したとき、パッドの硬度の減少が約３０％未満である、請求項１に記載の研磨パッド。
7. 研磨層が、約１〜約９μＲａの表面粗さを有する、請求項１に記載の研磨パッド。
8. ウェハと研磨パッドの研磨層との間の界面にウェハをバイアスさせること；界面に研磨流体を流すこと；及び
   加圧下でウェハと研磨パッドとの相対運動を提供して、ウェハに対する研磨流体の移動加圧接触の結果として、ウェハの表面に沿って平坦な除去を生じさせること；を含み、
   研磨層が、約４０〜７０ショアＤの硬度；４０℃で約１００〜２，０００ＭＰａの引張弾性率；約１００〜１，０００（１／Ｐａ、４０℃）のＫＥＬ及び約１〜５の３０℃−９０℃でのＥ′の比を有する、
   半導体ウェハの金属ダマシン構造を研磨する方法。
9. 研磨流体の錯化剤を金属に誘引すること；及び研磨パッドにより分離されるまで金属の表面を保護することをさらに含み、運動が、研磨パッドと金属との間で研磨層の研磨面に沿って５００Å未満のナノ−凹凸の平均寸法よりも小さい距離で行われる、請求項８に記載の方法。
10. 約２５℃の周囲温度でパッドを脱イオン水中に２４時間入れることにより、パッドの各線寸法を約１％未満変化させること、及びパッドの硬度を約３０％未満減少させることをさらに含む、請求項８に記載の方法。