(57)【要約】      （修正有）【課題】化学機械研磨中において研磨速度の変動を抑制することができ、かつ製品寿命が長い化学機械研磨パッド、ならびに前記化学機械研磨パッドを用いた化学機械研磨方法を提供する。【解決手段】化学機械研磨パッド１０は、非水溶性マトリックス材１４と、該非水溶性マトリックス材中に分散された水溶性粒子１６とを含む研磨層を有し、水溶性粒子の平均粒径が０．１〜２ｍｍであり、かつ研磨層の表面に溝が実質的に設けられていない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非水溶性マトリックス材と、該非水溶性マトリックス材に分散された水溶性粒子とを含む研磨層を有し、
前記水溶性粒子の平均粒径が０．１〜２ｍｍであり、
前記研磨層の表面に溝が実質的に設けられていない、化学機械研磨パッド。
【請求項２】
前記水溶性粒子の平均粒径が、前記研磨層の膜厚に対して０．０３〜０．９５である、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項３】
前記非水溶性マトリックス材と前記水溶性粒子との合計を１００体積％とした場合に、該水溶性粒子は１〜５０体積％である、請求項１または２に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項４】
該水溶性粒子は糖類である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の化学機械研磨パッドを用いて被研磨物を化学機械研磨することを含む、化学機械研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学機械研磨パッドおよび化学機械研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の形成等において、シリコン基板またはその上に配線や電極等を形成されたシリコン基板（以下、「ウェハ」という。）につき、優れた平坦性を有する表面を形成することができる研磨方法として、化学機械研磨方法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、一般に「ＣＭＰ」と略称される。）が注目されている。
【０００３】
化学機械研磨方法は、化学機械研磨パッドと被研磨物の被研磨面とを摺動させながら、パッド表面に、化学機械研磨用水系分散体（砥粒が分散された水系分散体；スラリー）を流下させて研磨を行う技術である。この化学機械研磨方法においては、化学機械研磨パッドの性状および特性等により研磨結果が大きく左右されることが知られており、従来から様々な化学機械研磨パッドが提案されている。
【０００４】
例えば、微細な気泡を含有するポリウレタンフォームを化学機械研磨パッドとして用い、このパッドの表面に開する穴（以下、「ポア」という）に化学機械研磨用水系分散体を保持させて研磨を行うための化学機械研磨パッドが知られている。（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００５】
また、パッドの研磨面に溝を設けた化学機械研磨パッドが開発されている。このパッドを用いて化学機械研磨を行う場合、化学機械研磨用水系分散体を研磨面の溝に保持させることにより、研磨速度および被研磨物の表面状態を向上させることができる。ところが通常は、ダイヤモンドドレッサーと呼ばれる一種のヤスリで化学機械研磨パッドの表面を削りながら目立てを行うため、使用時間に応じて溝深さが変化し、最終的には溝が消滅する。この際、溝の深さに応じて化学機械研磨用水系分散体の保持量が変化することにより、使用時間に伴い対象物の研磨速度が変化してしまうため、使用時間が制限される場合がある。そこで、長時間にわたって研磨速度を保持できる化学機械研磨パッドが求められている。
【０００６】
一方、水溶性粒子をあらかじめマトリックス内に分散させておくことにより、化学機械研磨時に該水溶性粒子が水系分散体に溶解してポアが形成され、このポアに化学機械研磨用水系分散体を保持させる検討も行われている（例えば、特許文献４参照。）。この場合、特許文献４の実施例に記載されたパッドのように、水溶性粒子の粒径が小さいと、該水溶性粒子の脱離または溶解により生じる凹部も小さいため、化学機械研磨用水系分散体を分配、保持するための機械加工等で作成した溝等の凹部が必須である。このような凹部はパッドが摩耗するにつれてその深さが浅くなるため、研磨速度および被研磨物の表面平滑性を一定に保持できず研磨性能の維持が困難な場合がある。また、パッド製造においては、溝加工工程が増加するためパッドの生産性が低下していた。
【特許文献１】特開平１１−７０４６３号公報
【特許文献２】特開平８−２１６０２９号公報
【特許文献３】特開平８−３９４２３号公報
【特許文献４】特開２００５−１５９３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、化学機械研磨中において研磨速度の変動を抑制することができ、かつ製品寿命が長い化学機械研磨パッド、ならびに前記化学機械研磨パッドを用いた化学機械研磨方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る化学機械研磨パッドは、
非水溶性マトリックス材と、該非水溶性マトリックス材に分散された水溶性粒子とを含む研磨層を有し、
前記水溶性粒子の平均粒径が０．１〜２ｍｍであり、
前記研磨層の表面に溝が実質的に設けられていない。
【０００９】
本発明において、「研磨層の表面に溝が実質的に設けられていない」とは、幅１００μｍ以上または深さ１００μｍ以上の溝が研磨層の表面に設けられていないことをいい、水溶性粒子が脱離することにより生じる凹部とは異なるものである。また、「研磨層の表面」とは、化学機械研磨時における研磨面（すなわち被研磨物と接する面）をいう。
【００１０】
上記化学機械研磨パッドにおいて、前記水溶性粒子の平均粒径が、前記研磨層の膜厚に対して０．０３〜０．９５であることができる。
【００１１】
上記化学機械研磨パッドにおいて、前記非水溶性マトリックス材と前記水溶性粒子との合計を１００体積％とした場合に、該水溶性粒子は１〜５０体積％であることができる。
【００１２】
上記化学機械研磨パッドにおいて、前記水溶性粒子は糖類であることができる。
【００１３】
本発明の他の一態様に係る化学機械研磨パッドは、
上記化学機械研磨パッドを用いて被研磨物を化学機械研磨することを含む。
【発明の効果】
【００１４】
上記化学機械研磨パッドによれば、化学機械研磨中において、ダイヤモンドドレッサーの磨耗によって化学機械研磨パッドの厚みが変化した場合であっても、化学機械研磨用水系分散体を保持するために十分な容積の凹部を研磨層の表面に形成することができるため、安定した研磨速度を得ることができ、かつ製品寿命が長い。
【００１５】
上記化学機械研磨方法によれば、上記化学機械研磨パッドを用いて被研磨物を化学機械研磨することにより、高品位な化学機械研磨を長時間にわたって達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る化学機械研磨パッドおよび化学機械研磨方法について具体的に説明する。
【００１７】
１．化学機械研磨パッド
図１は、本発明の一実施形態に係る化学機械研磨パッドを示す断面図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る化学機械研磨パッドを用いた化学機械研磨方法を説明する断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る化学機械研磨パッド１０は、非水溶性マトリックス材（Ｉ）１２と、非水溶性マトリックス材１４中に分散された水溶性粒子（ＩＩ）１６とを含む研磨層１２を有する。
【００１９】
１．１．研磨層
１．１．１．非水溶性マトリックス材（Ｉ）
非水溶性マトリックス材（Ｉ）は特に限定されないが、所定の形状および性状への成形が容易であり、適度な硬度や、適度な弾性等を付与できることなどから、有機材料が好ましく用いられる。有機材料としては、例えば、熱可塑性樹脂、エラストマーまたは生ゴム、硬化樹脂等が挙げられる。
【００２０】
上記熱可塑性樹脂としては、例えばオレフィン系樹脂（例えばポリエチレン、ポリプロピレン等）、スチレン系樹脂（例えばポリスチレン等）、アクリル系樹脂（例えば（メタ）アクリレート系樹脂等）、ビニルエステル樹脂（ただし（メタ）アクリレート系樹脂に該当するものを除く）、ポリエステル樹脂（ただしビニルエステル樹脂に該当するものを除く）、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂等が挙げられる。
【００２１】
上記エラストマーまたは生ゴムとしては、ジエン系エラストマー（例えば１，２−ポリブタジエン等）、オレフィン系エラストマー（例えばエチレン−プロピレンゴムとポリプロピレン樹脂を動的に架橋したもの等）、ウレタン系エラストマー、ウレタン系ゴム（例えばウレタンゴム等）、スチレン系エラストマー（例えばスチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（以下、「ＳＢＳ」ということがある。）、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体の水素添加物（以下、「ＳＥＢＳ」ということがある。）等）、共役ジエン系ゴム（例えば高シスブタジエンゴム、低シスブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−イソプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム等）、エチレン−α−オレフィンゴム（例えばエチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−非共役ジエンゴム等）、ブチルゴム、その他のゴム（例えばシリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、多硫化ゴム等）等が挙げられる。
【００２２】
上記硬化樹脂としては、熱硬化樹脂、光硬化樹脂等が挙げられ、これらの具体例としては、例えばウレタン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン−ウレア樹脂、ウレア樹脂、ケイ素樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
【００２３】
これら有機材料は、１種のみを使用してもよく、また２種以上を併用してもよい。
【００２４】
また、これら有機材料は、適当な官能基を持つように変性されたものであってもよい。ここで適当な官能基としては、例えば酸無水物構造を有する基、カルボキシル基、水酸基、エポキシ基、アミノ基等が挙げられる。
【００２５】
これらの有機材料は、その一部または全部が架橋されたものであることが好ましい。非水溶性マトリックス材（Ｉ）が架橋された有機材料を含有することにより、非水溶性マトリックス材（Ｉ）に適度の弾性回復力が付与され、化学機械研磨時に化学機械研磨パッドにかかるずり応力による変位を抑制することができる。また、化学機械研磨工程およびドレッシング（化学機械研磨と交互または同時に行われる化学機械研磨パッドの「目立て」処理）の際に非水溶性マトリックス材（Ｉ）が過度に引き延ばされ塑性変形してポアが埋まること、さらには、化学機械研磨パッド表面が過度に毛羽立つこと等を効果的に抑制できる。したがって、ドレッシング時にもポアが効率よく形成され、研磨時の化学機械研磨用水系分散体の保持性の低下が防止でき、さらには、毛羽立ちが少なく研磨平坦性を長期にわたり保持できる化学機械研磨パッドを得ることができる。
【００２６】
上記架橋された有機材料としては、架橋された熱可塑性樹脂および架橋されたエラストマーまたは架橋されたゴム（ここで、「架橋されたゴム」とは、上記「生ゴム」の架橋物を意味する。）から選ばれる少なくとも１種を含有することがより好ましく、架橋されたジエン系エラストマー、架橋されたスチレン系エラストマー、および架橋された共役ジエン系ゴムから選ばれる少なくとも１種を含有することがさらに好ましく、架橋された１，２−ポリブタジエン、架橋されたＳＢＳ、架橋されたＳＥＢＳ、架橋されたスチレンブタジエンゴム、架橋されたスチレン−イソプレンゴム、および架橋されたアクリロニトリル−ブタジエンゴムから選ばれる少なくとも１種を含有することが特に好ましく、架橋された１，２−ポリブタジエン、架橋されたＳＢＳ、および架橋されたＳＥＢＳから選ばれる少なくとも１種を含有することが最も好ましい。
【００２７】
有機材料の一部が架橋されたものであり、他の部分が非架橋のものである場合には、かかる非架橋の有機材料としては、非架橋の熱可塑性樹脂、非架橋のエラストマーおよび生ゴムから選ばれる少なくとも１種を含有することが好ましく、非架橋のオレフィン系樹脂、非架橋のスチレン系樹脂、非架橋のジエン系エラストマー、非架橋のスチレン系エラストマー、非架橋の共役ジエン系ゴムおよび非架橋のブチルゴムのうちから選ばれる少なくとも１種を含有することがより好ましく、非架橋のポリスチレン、非架橋の１，２−ポリブタジエン、非架橋のＳＢＳ、非架橋のＳＥＢＳ、非架橋のスチレン−ブタジエンゴム、非架橋のスチレン−イソプレンゴムおよび非架橋のアクリロニトリル−ブタジエンゴムから選ばれる少なくとも１種を含有することがさらに好ましく、非架橋のポリスチレン、非架橋の１，２−ポリブタジエン、非架橋のＳＢＳおよび非架橋のＳＥＢＳから選ばれる少なくとも１種を含有することが特に好ましい。
【００２８】
有機材料の一部が架橋されたものであり、他の部分が非架橋のものである場合には、非水溶性マトリックス材（Ｉ）中に占める架橋された有機材料の割合は、３０質量％以上であることが好ましく、５０質量％以上であることがより好ましく、７０質量％以上であることがさらに好ましい。
【００２９】
有機材料は、その一部または全部が架橋されたものである場合、架橋の方法は特に限定されないが、例えば化学架橋法、放射線架橋法、光架橋法等の方法によることができる。上記化学架橋法としては、架橋剤として例えば有機過酸化物、硫黄、硫黄化合物等を用いて行うことができる。上記放射線架橋法は、例えば電子線照射等の方法により行うことができる。上記光架橋法は、例えば紫外線照射等の方法により行うことができる。
【００３０】
これらのうち、化学架橋法によることが好ましく、ハンドリング性がよいことおよび化学機械研磨における被研磨物への汚染性がないことから、有機過酸化物を使用することがより好ましい。有機過酸化物としては、例えば過酸化ジクミル、過酸化ジエチル、過酸化ジ−ｔ−ブチル、過酸化ジアセチル、過酸化ジアシル等が挙げられる。
【００３１】
架橋が化学架橋法による場合、架橋剤の使用量は、架橋反応に供する非水溶性マトリックス材（Ｉ）の全量１００質量部に対して好ましくは０．０１〜０．６質量部である。この範囲の使用量とすることにより、化学機械研磨工程においてスクラッチの発生が抑制された化学機械研磨パッドを得ることができる。
【００３２】
なお、架橋は、非水溶性マトリックス材（Ｉ）を構成する材料の全部について一括して行ってもよく、非水溶性マトリックス材（Ｉ）を構成する材料の一部について架橋を行った後に残部と混合してもよい。また、各別の架橋を行った数種の架橋物を混合してもよい。
【００３３】
さらに、架橋が化学架橋法による場合には架橋剤の使用量や架橋の条件を調整することにより、あるいは架橋が放射線架橋法による場合には放射線の照射量を調整することにより、一回の架橋操作により、一部が架橋され他の部分が非架橋の有機材料の混合物を簡易に得ることができる。
【００３４】
非水溶性マトリックス材（Ｉ）は、後述する水溶性粒子（ＩＩ）との親和性および非水溶性マトリックス材（Ｉ）中における水溶性粒子（ＩＩ）の分散性を制御するため、適当な相溶化剤を含有することができる。ここで相溶化剤としては、例えばノニオン系界面活性剤、カップリング剤等が挙げられる。
【００３５】
１．１．２．水溶性粒子（ＩＩ）
水溶性粒子（ＩＩ）の平均粒径が０．１〜２ｍｍであり、０．３〜１．５ｍｍであるのが好ましく、０．４〜１．０ｍｍであるのがより好ましい。本実施形態にかかる化学機械研磨パッドにおいて、水溶性粒子（ＩＩ）の平均粒径が０．１〜２ｍｍであることにより、化学機械研磨において化学機械研磨用水系分散体の保持能および研磨速度を長時間にわたって保持することができるため、長寿命のパッドとすることができる。ここで、水溶性粒子（ＩＩ）の平均粒径が０．１ｍｍ未満であると、化学機械研磨時に該水溶性粒子が水系分散体に溶解して研磨層表面に形成されるポアの容積が、化学機械研磨用水系分散体を保持するために十分な大きさではない場合がある。一方、２ｍｍを超えると、化学機械研磨時に該水溶性粒子が水系分散体に溶解して形成されたポアが研磨層を貫通してしまい、水系分散体が研磨層裏面に染み出す恐れがある。
【００３６】
水溶性粒子（ＩＩ）を水に接触させた場合、水溶性粒子（ＩＩ）が脱離して、研磨層の表面に凹部が形成される。この凹部は、化学機械研磨用水系分散体を保持する機能を有する。この凹部の幅は水溶性粒子（ＩＩ）の平均粒径に準じた大きさである。上記脱離は、化学機械研磨用水系分散体中に含有される水または水系媒体との接触による溶解、膨潤等によって生じる。
【００３７】
図２に示すように、本実施形態に係る化学機械研磨パッド１０を用いて被研磨物２０を化学機械研磨する場合、パッド１０の非水溶性マトリックス材（Ｉ）中には水溶性粒子（ＩＩ）が均一に分散しているため、化学機械研磨が進行するにつれて新たな水溶性粒子（ＩＩ）１８が研磨層１２の表面に露出し、この水溶性粒子（ＩＩ）１２が脱離して新たな凹部１８が生じる。このため、化学機械研磨が進行して研磨層１２の切削が進行し、研磨層１２の表面（研磨面）１３の凹部１８の穴の深さが浅くなっても、研磨層１２の切削により研磨面１３に新たな凹部１８が生じ、この新たな凹部１８に化学機械研磨用水系分散体２２を保持することができる。これにより、被研磨物２０の研磨速度を一定に保持することができ、かつ、パッドの長寿命化を達成することができる。
【００３８】
水溶性粒子（ＩＩ）の平均粒径は、研磨層の膜厚に対して０．０３〜０．９５であることが好ましく、０．１０〜０．５０であることがより好ましい。水溶性粒子（ＩＩ）の平均粒径が研磨層の膜厚に対して０．０３未満であると、化学機械研磨時に該水溶性粒子が水系分散体に溶解して研磨層表面に形成されるポアの容積が、化学機械研磨用水系分散体を保持するために十分な大きさではない場合がある。一方、０．９５を超えると、化学機械研磨時に該水溶性粒子が水系分散体に溶解して形成されたポアが研磨層を貫通してしまい、水系分散体が研磨層裏面に染み出す恐れがある。
【００３９】
水溶性粒子（ＩＩ）は、研磨層の押し込み硬さを確保するために、中実体であることが好ましい。したがって、水溶性粒子（ＩＩ）は、化学機械研磨パッドにおいて十分な押し込み硬さを確保できる中実体であることが特に好ましい。
【００４０】
水溶性粒子（ＩＩ）を構成する材料は特に限定されないが、有機水溶性粒子および無機水溶性粒子が挙げられる。上記有機水溶性粒子としては、例えば糖類（多糖類（例えばでんぷん、デキストリン、シクロデキストリン等）、乳糖、マンニット、スクロース等）、セルロース類（ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース等）、蛋白質、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリエチレンオキサイド、水溶性の感光性樹脂、スルホン化ポリイソプレン、スルホン化ポリイソプレン共重合体等が挙げられる。上記無機水溶性粒子としては、例えば酢酸カリウム、硝酸カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、リン酸カリウム、硝酸マグネシウム等が挙げられる。これらのうち、有機水溶性粒子が好ましく、糖類がより好ましく、β−シクロデキストリンおよびスクロースから選ばれる少なくとも１種であることがさらに好ましい。
【００４１】
水溶性粒子（ＩＩ）は、上記材料を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。すなわち、所定の材料からなる１種の水溶性粒子（ＩＩ）であってもよく、異なる材料からなる２種以上の水溶性粒子（ＩＩ）であってもよい。
【００４２】
また、水溶性粒子（ＩＩ）の含有量は、非水溶性マトリックス材（Ｉ）と水溶性粒子（ＩＩ）との合計を１００体積％とした場合、好ましくは１〜５０体積％であり、より好ましくは２〜４０体積％であり、さらに好ましくは５〜３０体積％である。この場合、水溶性粒子（ＩＩ）の含有量が１体積％未満であると、化学機械研磨時に該水溶性粒子が水系分散体に溶解して研磨層表面に形成されるポアの総容積が、化学機械研磨用水系分散体を保持するために十分ではない場合がある。一方、５０体積％を超えると水溶性粒子（ＩＩ）は非水溶性マトリックス材（Ｉ）中に均一に分散しない。したがって、この場合、水溶性粒子（ＩＩ）の含有量が１〜５０体積％であることにより、機械的強度と研磨速度とのバランスに優れた化学機械研磨パッドを得ることができる。
【００４３】
１．１．３．研磨層の表面（研磨面）
本実施形態に係る化学機械研磨パッドでは、研磨層の表面に溝が実質的に設けられていない。
【００４４】
例えば、特開２００５−１５９３４０号公報の実施例には、研磨面に同心円状の溝が設けられている化学機械研磨パッドが開示されている。このように研磨面に溝を有する化学機械研磨パッドでは、化学機械研磨が進行するにつれてパッドの溝の深さが浅くなるため、溝が化学機械研磨用水系分散体を保持する能力が低下し、一定の研磨速度を長時間にわたって保持することが通常難しい。
【００４５】
これに対して、本実施形態に係る化学機械研磨パッドでは、研磨層の表面に溝が実質的に設けられておらず、かつ、非水溶性マトリックス材（Ｉ）と、非水溶性マトリックス材（Ｉ）に分散された平均粒径が０．１〜２ｍｍの水溶性粒子（ＩＩ）とを含む研磨層を有する。このため、図２に示すように、化学機械研磨時に、平均粒径が０．１〜２ｍｍの水溶性粒子（ＩＩ）１６が脱離して、所定容積を有する凹部１８が研磨層１２の研磨面１３に形成され、研磨層１２の研磨が進行するにしたがって新たな凹部１８が形成されるため、化学機械研磨用水系分散体２２が常に一定数の凹部１８に保持される。これにより、一定の研磨速度を長時間にわたって保持することができるため、パッド１０の長寿命化を図ることができる。
【００４６】
本実施形態に係る化学機械研磨パッドにおいて、研磨層の研磨面は、平滑に仕上げられていることが望ましく、研磨面側の表面粗さ（Ｒａ）は１０μｍ以下であり、好ましくは７μｍ以下、さらに好ましくは５μｍである。このＲａが１０μｍを超えると、被研磨物の平坦化を達成することができない場合がある。
【００４７】
なお、本実施形態に係る化学機械研磨パッドは、研磨を行うための研磨層に他の機能を有する部分を備えることができる。他の機能を有する部分としては、例えば、光学式終点検出装置を用いて終点を検出するための窓部等が挙げられる。窓部としては、例えば、厚さ２ｍｍにおいて、波長１００ｎｍ〜３００ｎｍの間のいずれかの波長の光の透過率が０．１％以上（好ましくは２％以上）であるか、または、波長１００ｎｍ〜３０００ｎｍの間のいずれかの波長域における積算透過率が０．１％以上（好ましくは２％以上）である材料を用いることができる。窓部の材料は上記光学特性を満たしていれば、特には限定されないが、例えば研磨層と同様の組成を用いることができる。
【００４８】
１．１．４．研磨層の製造
本実施形態に係る化学機械研磨パッドの研磨層を形成する方法は特に限定されないが、例えば、所定の有機材料等の必要な材料を混練機等により混練して得た組成物を用いて研磨層を形成することができる。混練機としては従来から公知のものを用いることができる。例えば、ロール、ニーダー、バンバリーミキサー、押出機（単軸、多軸）等の混練機が挙げられる。
【００４９】
より具体的には、例えば、非水溶性マトリックス材（Ｉ）、水溶性粒子（ＩＩ）およびその他の添加剤等を混練して得られた組成物を型に押出成形することにより、本実施形態に係る化学機械研磨パッドの研磨層を得ることができる。
【００５０】
ただし、通常、混練時には加工し易いように加熱して混練されるが、混練の温度において水溶性粒子（ＩＩ）は固体であることが好ましい。この場合、水溶性粒子（ＩＩ）が固体であることにより、非水溶性マトリックス材（Ｉ）との相溶性の大きさに関わらず、平均粒径が０．１〜２ｍｍの水溶性粒子（ＩＩ）を非水溶性マトリックス材（Ｉ）中に均一に分散させることができる。
【００５１】
１．２．その他の構成
本実施形態に係る化学機械研磨パッドは、クッション層をさらに備えていてもよい。このクッション層は、研磨層の研磨面の反対側に設けることができる。クッション層は、研磨層より硬度が低い材質からなれば、その材質は特に限定されず、多孔質体（発泡体）であっても、非多孔質体であってもよく、例えば発砲ポリウレタン等からなることができる。クッション層の厚さは、例えば０．１ｍｍ〜５．０ｍｍが好ましく、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍがより好ましい。
【００５２】
２．化学機械研磨方法
本発明の一実施形態に係る化学機械研磨方法は、上記化学機械研磨パッドを用いて被研磨物を化学機械研磨することを含む。
【００５３】
本実施形態に係る化学機械研磨方法の対象となる被研磨物としては、例えば、配線材料である金属、バリアメタル、絶縁膜等が挙げられる。上記金属としては、例えばタングステン、アルミニウムおよび銅ならびにこれらを含有する合金等が挙げられる。上記バリアメタルとしては、例えばタンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、窒化タングステン等が挙げられる。上記絶縁膜としては、化学蒸着法等の真空プロセスで形成された酸化シリコン膜（ＰＥＴＥＯＳ膜（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＴＥＯＳ膜）、ＨＤＰ膜（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＴＥＯＳ膜）、熱ＣＶＤ法により得られる酸化シリコン膜など）、ＳｉＯ２に少量のホウ素およびリンを添加したホウ素リンシリケート膜（ＢＰＳＧ膜）、ＳｉＯ２にフッ素をドープしたＦＳＧ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−ｄｏｐｅｄ  ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）と呼ばれる絶縁膜、ＳｉＯＮ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼ばれる絶縁膜、Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ、低誘電率の絶縁膜等が挙げられる。
【００５４】
上記低誘電率の絶縁膜としては、例えば酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、アルゴン、Ｈ２Ｏ、オゾン、アンモニアなどの存在下で、アルコキシシラン、シラン、アルキルシラン、アリールシラン、シロキサン、アルキルシロキサンなどの珪素含有化合物をプラズマ重合して得られる重合体からなる絶縁膜や、ポリシロキサン、ポリシラザン、ポリアリーレンエーテル、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミド、シルセスキオキサン等からなる絶縁膜、低誘電率の酸化シリコン系絶縁膜が挙げられる。
【００５５】
本実施形態に係る化学機械研磨パッドは、上記の通り、広範囲な化学機械研磨工程に使用することができるが、特に、銅を配線材料とするダマシン配線の形成工程に好適に使用することができる。
【００５６】
銅を配線材料とするダマシン配線の形成工程は例えば、配線となるべき部分に溝を形成した絶縁膜の溝部および溝部以外の部分にバリアメタル層を形成した後、配線材料である銅を堆積したものを被研磨物とし、余剰の銅を除去する工程（第１研磨処理工程）、溝部以外のバリアメタルを除去する工程（第２研磨処理工程）、および絶縁膜部分も若干研磨する工程（第３研磨処理工程）によって平坦なダマシン配線を得るものである。本実施形態に係る学機械研磨パッドは、上記第１〜第３研磨処理工程のいずれの工程にも使用することができる。
【００５７】
なお、上記「銅」とは、純銅のほか、銅とアルミニウム、シリコン等との合金であって、銅の含有量が９５質量％以上のものをも含む概念であると理解されるべきである。
【００５８】
３．実施例
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例中の「％」および「部」は特記しない限り、それぞれ質量％および質量部であることを示している。
【００５９】
本実施例に係る化学機械研磨パッドおよび比較例に係る化学機械研磨パッドをそれぞれ製造し、化学機械研磨をそれぞれ実施した。
【００６０】
３．１．製造例１（化学機械研磨パッドＡ−１、Ａ−２の製造）
１，２−ポリブタジエン（ＪＳＲ（株）製、商品名「ＪＳＲ  ＲＢ８３０」）を７２．８質量部（７３．９体積部に相当）におよびスクロース（日新製糖株式会社製、商品名「グラニュ糖、Ｇグレード」、平均粒径０．６ｍｍ）２７．２質量部（２６．１体積部に相当）を、１３０℃に調温されたルーダーにより３分混練した。次いで、「パークミルＤ４０」（商品名、日本油脂（株）製。ジクミルパーオキシドを４０質量％含有する。）を０．５５質量部（１，２−ポリブタジエン１００質量部あたりのジクミルパーオキシド量に換算して、０．３０質量部に相当する。）を加え、さらに１２０℃にて６０ｐｍで２分混練し、化学機械研磨パッド用組成物のペレットを得た。このペレット１５００グラムを２．５ｍｍのギャップを備えた金型にて、１７０℃、１８分間加熱して成形し、直径７６２ｍｍ、厚さ２．５ｍｍの円形の平板を得た。さらに、この平板の非研磨面側に接着層としての積水化学工業社製両面テープ、商品名＃５６７３ＪＸを貼り付けて、化学機械研磨パッドＡ−１を得た。
【００６１】
また、市販の溝加工機を用いて、先に作成した平板の研磨面側にピッチ２．０ｍｍ、溝幅０．２５ｍｍ、深さ（ｄ）１．４ｍｍの同心円状の溝を形成し研磨層を得た。さらに、この研磨層の非研磨面側に接着層としての積水化学工業社製両面テープ、商品名＃５６７３ＪＸを貼り付けて、化学機械研磨パッドＡ−２を得た。
【００６２】
３．２．製造例２（化学機械研磨パッドＢ−１、Ｂ−２、Ｃ−１、Ｃ−２、Ｄ−１、およびＤ−２の製造）
製造例１における各原料の種類および使用量を表１のとおりとした他は、製造例１と同様にして、研磨面に同心円状の溝が形成されていない化学機械研磨パッドＢ−１、Ｃ−１、およびＤ−１と、研磨面に同心円状の溝が形成された化学機械研磨パッドＢ−２、Ｃ−２、およびＤ−２とを得た。ただし、表１において使用した略称はそれぞれ以下に表す。
【００６３】
ＲＢ８３０：１，２−ポリブタジエン（ＪＳＲ（株）製、商品名「ＪＳＲ  ＲＢ８３０」）
ＨＦ５５：ポリスチレン（ＰＳジャパン（株）製、商品名「ＨＦ５５」）
グラニュ糖Ｇ：日新製糖株式会社製、商品名「グラニュ糖、Ｇグレード」、平均粒径０．６ｍｍ
Ｄ４０：日本油脂（株）製、商品名「パークミルＤ４０」、ジクミルパーオキシドを４０質量％含有する。
【００６４】
グラニュ糖Ｌ：日新製糖株式会社製、商品名「グラニュ糖、Ｌグレード」、平均粒径０．４ｍｍ
白ザラ糖Ｆ３：日新製糖株式会社製、商品名「白ザラ糖、Ｆ３グレード」、平均粒径１．０ｍｍ
【００６５】
【表１】
2010056184.tif 000003
【００６６】
３．３．製造例３（化学機械研磨パッドＥ−１、Ｅ−２の製造）
また、製造例３として、以下の化学機械研摩パッドＥ−２およびＦ−２を作成した。
【００６７】
１，２−ポリブタジエン（ＪＳＲ（株）製、商品名「ＪＳＲ  ＲＢ８３０」）７２．８質量部（７３．９体積部に相当）におよびβ−シクロデキストリン（β−ＣＤ）（（株）横浜国際バイオ研究所製、商品名「デキシーパールβ−１００」、平均粒径２０μｍ）２７．２質量部（２６．１体積部に相当）を、１６０℃に調温されたルーダーにより２分混練した。次いで、「パークミルＤ４０」（商品名、日本油脂（株）製。ジクミルパーオキシドを４０質量％含有する。）を０．５５質量部（１，２−ポリブタジエン１００質量部あたりのジクミルパーオキシド量に換算して、０．３０質量部に相当する。）を加え、さらに１２０℃にて６０ｐｍで２分混練し、化学機械研磨パッド用組成物のペレットを得た。このペレット１５００グラムを２．５ｍｍのギャップを備えた金型にて、１７０℃、１８分間加熱して成形し、直径７６２ｍｍ、厚さ２．５ｍｍの円形の平板を得た。さらに、この平板の非研磨面側に、接着層としての積水化学工業社製両面テープ、商品名＃５６７３ＪＸを貼り付けて、化学機械研磨パッドＥ−１を得た。
【００６８】
また、市販の溝加工機を用いて、先に作成した平板の研磨面側にピッチ２．０ｍｍ、溝幅０．２５ｍｍ、深さ（ｄ）１．４ｍｍの同心円状の溝を形成し研磨層を得た。さらに、この研磨層の非研磨面側に接着層としての積水化学工業社製両面テープ、商品名＃５６７３ＪＸを貼り付けて、化学機械研磨パッドＥ−２を得た。
【００６９】
３．４．製造例４（化学機械研磨パッドＦ−１、Ｆ−２の製造）
さらに、化学機械研磨パッドＥ−１およびＥ−２の製造における各原料の種類および使用量を表２のとおりとした他は、製造例３と同様にして、化学機械研磨パッドＦ−１およびＦ−２を得た。
【００７０】
【表２】
2010056184.tif 000004
【００７１】
３．４．化学機械研磨工程
３．１．ないし３．３．において製造した化学機械研摩パッドを、化学機械研磨装置「Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ  ＬＫ」（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製）の定盤上に装着し、Ｐ−ＴＥＯＳブランケットウェハを化学機械研磨した。化学機械研磨の条件は以下のとおりである。
【００７２】
化学機械研磨用水系分散体：ＪＳＲ株式会社製シリカ砥粒含有スラリー、ＣＭＳ−１１０１
水系分散体供給量：３００ｍＬ／分
定盤回転数：６３ｒｐｍ
ヘッド回転数：６０ｒｐｍ
ヘッド押しつけ圧
リテナーリング圧：８ｐｓｉ
メンブレン圧：４．０ｐｓｉ
研磨時間：６０秒
また、ウェハを化学機械研磨する前には、あらかじめ三菱マテリアル社製（型番ＭＥＣ−２００）ダイヤモンドドレッサーを５ｐｓｉで２０分間パッド表面に押し付け、表面の目立てを行った。
【００７３】
さらに、ウェハを１枚研磨する毎に、該ダイヤモンドドレッサーを５ｐｓｉで２０秒間パッド表面に押し付け目立てを行いながら、連続してウェハ研磨を行った。
【００７４】
３．５．評価
パッドＡ−１〜Ｆ−２をそれぞれ使用して被研磨物（Ｐ−ＴＥＯＳブランケットウェハ）を化学機械研磨した場合の研磨速度、膜厚、および溝の深さの変化を表３に示す。すなわち、パッドＡ−１、Ｂ−１、Ｃ−１、Ｄ−１、Ｅ−１、およびＦ−１は研磨面に溝が無いパッドである。
【００７５】
【表３】
2010056184.tif 000005
【００７６】
表３に示すように、比較例１〜４、６および８では、ウェハの研磨枚数が増えるにつれてダイヤモンドドレッサーによる磨耗により溝の深さが次第に浅くなり、その溝の深さに応じて、研磨速度の減少が観察された。すなわち、この場合、溝の深さが浅くなることにより、溝の化学機械研磨用水系分散体の保持能力が低下したためと考えられる。また、比較例５〜８では、水溶性粒子の平均粒径が０．１μｍ未満であるため、研磨速度が十分でなかった。
【００７７】
一方、実施例１〜４では、ウェハの研磨枚数が増えるにつれて、ダイヤモンドドレッサーにより磨耗して化学機械研磨パッドの膜厚が薄くなるものの、平均粒径が０．１〜２ｍｍの水溶性粒子によって生じる所定容積の凹部に化学機械研磨用水系分散体が安定して保持されるため、一定の研磨速度が持続したことが理解できる。これにより、本発明の化学機械研磨パッドは製品寿命が長いことがわかる。
【００７８】
本実施形態に係る説明は以上である。本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらなる種々の変形が可能である。また本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る化学機械研磨パッドを模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る化学機械研磨パッドを用いた化学機械研磨方法を模式的に説明する断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０…化学機械研磨パッド、１２…研磨層、１３…研磨面、１４…非水溶性マトリックス材、１６…水溶性粒子、１８…凹部、２０…被研磨物、２２…化学機械研磨用水系分散体
【図１】
2010056184.tif 000006
【図２】
2010056184.tif 000007