(57)【要約】【課題】  化学機械研磨工程における被研磨面のスクラッチ発生を抑制でき、高品位の被研磨面を与えることができる化学機械研磨パッド、及びその化学機械研磨パッドを用いて行う高品位の被研磨面を与える化学機械研磨方法を提供すること。【解決手段】  研磨パッドは、下記条件初期負荷：１００ｇ最大歪み：０．０１％周波数：０．２Ｈｚにおいて、研磨基体の３０℃及び６０℃における貯蔵弾性率を測定した場合、３０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（３０℃）が１２０ＭＰａ以下であり、かつ３０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（３０℃）と６０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（６０℃）の比（Ｅ’（３０℃）／Ｅ’（６０℃））が２．５以上であることを特徴とする。  化学機械研磨方法は、上記の化学機械研磨パッドを使用するものである。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記条件
初期負荷：１００ｇ
最大歪み：０．０１％
周波数：０．２Ｈｚ
において、研磨基体の３０℃及び６０℃における貯蔵弾性率を測定した場合、３０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（３０℃）が１２０ＭＰａ以下であり、かつ３０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（３０℃）と６０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（６０℃）の比（Ｅ’（３０℃）／Ｅ’（６０℃））が２．５以上であることを特徴とする、化学機械研磨パッド。
【請求項２】
研磨基体が非水溶性部材と非水溶性部材中に分散されている水溶性粒子からなり、上記非水溶性部材は、有機材料１００質量部が架橋剤０．０１〜０．６質量部で架橋されそして架橋された有機材料からなるかまたはそれと末架橋の有機材料からなる、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項３】
請求項１または２に記載の化学機械研磨パッドを使用して化学機械研磨工程を行うことを特徴とする、化学機械研磨方法。
【請求項４】
化学機械研磨工程が、銅を配線材料とするダマシン配線の形成工程である、請求項３に記載の化学機械研磨方法。
【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及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、シリコン基板又はその上に配線や電極等が形成されたシリコン基板（以下、「半導体ウェハ」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。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）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及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。
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古くから知られている。（特許文献１〜３参照）。
また、近年は、発泡体を用いずにポアを形成できる研磨パッドとして、マトリクス樹脂中に水溶性ポリマーを分散させた研磨パッドが開示されている（特許文献４〜７参照）。この技術は、マトリクス樹脂中に分散された水溶性ポリマーが、研磨時に化学機械研磨用水系分散体又は水に接触して溶解することにより、ポアを形成するものである。
【０００３】
ところで、化学機械研磨法により被研磨面の研磨を行う際、ときとして、使用する化学機械研磨用水系分散体中に含有されている砥粒が凝集して粗大粒子となっている場合、異物として作用し、被研磨面の表面に、「スクラッチ」と呼ばれる引っ掻き傷状の欠陥を発生する場合があり、改善を求められている。また、研磨パッド組成物が硬いが故にスクラッチの原因となる場合、および砥粒の凝集と研磨パッド組成物の硬さとの複合的要因でスクラッチとなる場合があり、改善が求められている。
このような問題を解決するために、パッドの裏面（非研磨面）上に柔軟な緩衝層を積層した複層型パッドが提案されている（特許文献８参照）。しかし、複層型パッドは、上記問題をある程度は改善するものではあるが、抜本的な解決には至っておらず、また、製造工程が煩雑となるためコストの増大や品質管理上の問題が生じることが知られている。
【０００４】
一方、半導体装置の性能向上を目的として、従来の絶縁膜（ＳｉＯ２膜）に代えて、誘電率がより低い絶縁膜を用いることが注目されている。この低誘電率の絶縁膜としては、例えばシルセスキオキサン（比誘電率；約２．６〜３．０）、フッ素添加ＳｉＯ２（比誘電率；約３．３〜３．５）、ポリイミド系樹脂（比誘電率；約２．４〜３．６、日立化成工業（株）製、商品名「ＰＩＱ」、Allied Signal 社製、商品名「ＦＬＡＲＥ」等）、ベンゾシクロブテン（比誘電率；約２．７、Dow Chemical社製、商品名「ＢＣＢ」等）、水素含有ＳＯＧ（比誘電率；約２．５〜３．５）及び有機ＳＯＧ（比誘電率；約２．９、日立化成工業（株）製、商品名「ＨＳＧＲ７」等）等が開発されている。しかし、これらの絶縁膜は、一般にＳｉＯ２膜に比べて機械的強度が小さく、柔らかくて脆いため、従来知られている化学機械研磨パッドを用いて化学機械研磨すると、従来知られている絶縁膜を研磨する場合よりスクラッチが発生しやすく、また、被研磨面たる低誘電率の絶縁膜と、その下層にある膜との界面において、剥がれが発生するという問題がある。
また、半導体基板上に上記の如き低誘電率の絶縁膜を積層し、溝部を形成し、その後バリアメタル膜を形成した溝付き基板全面に配線材料たる金属を堆積して膜とした被研磨体を化学機械研磨する場合には、低誘電率の絶縁膜が研磨面に露出していない段階、すなわち配線材料たる金属のみを化学機械研磨している段階において、下層たる低誘電率の絶縁膜がその上下いずれかの膜界面で剥がれ発生することがあり、問題となっている。
【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】特表平８−５００６２２号公報
【特許文献５】特開２０００−３４４１６号公報
【特許文献６】特開２０００−３３５５２号公報
【特許文献７】特開２００１−３３４４５５号公報
【特許文献８】特開２００２−３６０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、その目的は、化学機械研磨工程において被研磨物の被研磨面のスクラッチ発生および低誘電率の絶縁膜の剥がれを抑制でき、高品位の被研磨面を与えることができる化学機械研磨パッド、及びその化学機械研磨パッドを用いて行う高品位の被研磨面を与える化学機械研磨方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、本発明の上記課題は、第一に、下記条件
初期負荷：１００ｇ
最大歪み：０．０１％
周波数：０．２Ｈｚ
において、研磨基体の３０℃及び６０℃における貯蔵弾性率を測定した場合、３０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（３０℃）が１２０ＭＰａ以下であり、かつ３０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（３０℃）と６０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（６０℃）の比（Ｅ’（３０℃）／Ｅ’（６０℃））が２．５以上である化学機械研磨パッドによって達成される。
【０００７】
本発明の上記課題は第二に、上記の化学機械研磨パッドを使用して化学機械研磨工程を行うことを特徴とする、化学機械研磨方法によって達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、化学機械研磨工程における被研磨面のスクラッチ発生を抑制でき、高品位の被研磨面を与えることができる化学機械研磨パッド、及びその化学機械研磨パッドを用いて行う高品位の被研磨面を与える化学機械研磨方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の化学機械研磨パッドは、少なくとも研磨基体を有し、該研磨基体について、下記条件
初期負荷：１００ｇ
最大歪み：０．０１％
周波数：０．２Ｈｚ
において、３０℃及び６０℃における貯蔵弾性率を測定した場合、３０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（３０℃）が１２０ＭＰａ以下であり、かつ３０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（３０℃）と６０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（６０℃）の比（Ｅ’（３０℃）／Ｅ’（６０℃））が２．５以上であることを特徴とする。
【００１０】
上記３０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（３０℃）は、好ましくは３０〜１２０ＭＰａであり、３０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（３０℃）と６０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（６０℃）の比（Ｅ’（３０℃）／Ｅ’（６０℃））は、好ましくは２．５〜１０である。上記６０℃における貯蔵弾性率Ｅ’（６０℃）は、好ましくは３〜４８ＭＰａである。
また、本発明の化学機械研磨パッドの研磨基体は、ショアＤ硬度が３５以上であることが好ましい。このショアＤ硬度は、より好ましくは３５〜１００であり、更に好ましくは３５〜７０である。ショアＤ硬度をこの範囲とすることにより、被研磨体への負荷圧力を大きくでき、これに伴い研磨速度を向上させることができることとなる。
【００１１】
本発明の化学機械研磨パッドの研磨基体は、上記の要件を備えている限り、化学機械研磨パッドとしての機能を発揮できるものであればどのような素材から構成されていてもよい。化学機械研磨パッドとしての機能の中でも、特に、化学機械研磨時に化学機械研磨用水系分散体を保持し、研磨屑を一時的に滞留させる等の機能を有するポア（微細な空孔）が研磨時までに形成されていることが好ましい。このため、（Ｉ）非水溶性部材と該非水溶性部材中に分散された水溶性粒子からなる素材又は（ＩＩ）非水溶性部材と該非水溶性部材中に分散された空孔からなる素材を備えることが好ましい。
このうち、上記素材（Ｉ）は、化学機械研磨工程の際、水溶性粒子が化学機械研磨用水系分散体と接触し、溶解又は膨潤して脱離することにより非水溶性部材に形成されるポアに化学機械研磨用水系分散体等を保持することができることとなり、一方、素材（ＩＩ）は、空孔として予め形成されている部分が、化学機械研磨用水系分散体等の保持能力を持つ。
【００１２】
以下、これらの素材につき、詳述する。
【００１３】
（Ｉ）非水溶性部材と該非水溶性部材中に分散された水溶性粒子からなる素材
（Ａ）非水溶性部材
上記（Ａ）非水溶性部材を構成する材料は特に限定されないが、所定の形状及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、エラストマー又は生ゴム、硬化樹脂等が挙げられる。
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を挙げることができる。
【００１４】
上記エラストマー又は生ゴムとしては、例えば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）等を挙げることができる。
【００１５】
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る。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、フェノール樹脂等を挙げることができる。
これら有機材料は、一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。
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、アミノ基等を挙げることができる。
【００１６】
これらの有機材料は、その一部又は全部が架橋されたものであることが好ましい。非水溶性部材が架橋された有機材料を含有することにより、非水溶性部材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、化学機械研磨工程及びドレッシング（化学機械研磨と交互又は同時に行われる化学機械研磨パッドの「目立て」処理。）の際に非水溶性部材が過度に引き延ばされ塑性変形してポアが埋まること、更には、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こととなる。従って、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、更には、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こととなる。
【００１７】
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及び架橋されたエラストマー又は架橋されたゴム（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。）のうちから選ばれる少なくとも一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及び架橋された共役ジエン系ゴムのうちから選ばれる少なくとも一種を含有することが更に好ましく、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−イソプレンゴム及び架橋されたアクリロニトリル−ブタジエンゴムのうちから選ばれる少なくとも一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及び架橋されたＳＥＢＳのうちから選ばれる少なくとも一種を含有することが就中好ましい。
【００１８】
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及び非架橋のエラストマー又は生ゴムのうちから選ばれる少なくとも一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及び非架橋のブチルゴムのうちから選ばれる少なくとも一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−イソプレンゴム及び非架橋のアクリロニトリル−ブタジエンゴムのうちから選ばれる少なくとも一種を含有することが更に好ましく、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及び非架橋のＳＥＢＳのうちから選ばれる少なくとも一種を含有することが特に好ましい。
【００１９】
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、非水溶性部材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％以上であることが特に好ましい。
有機材料は、その一部又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。
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及び化学機械研磨工程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、過酸化ジアシル等を挙げることができる。
【００２０】
架橋が化学架橋による場合、架橋剤の使用量は、架橋反応に供する非水溶性部材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。
なお架橋は、非水溶性部材を構成する材料の全部について一括して行ってもよく、非水溶性部材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。
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を簡易に得ることができる。
（Ａ）非水溶性部材は、後述する（Ｂ）水溶性粒子との親和性及び非水溶性部材中における（Ｂ）水溶性粒子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、カップリング剤等を挙げることができる。
【００２１】
（Ｂ）水溶性粒子
（Ｂ）水溶性粒子は、化学機械研磨パッド中において、化学機械研磨用水系分散体と接触することにより非水溶性部材から脱離し、非水溶性部材中にポアを形成する他、化学機械研磨パッドの研磨基体の押し込み硬さを大きくする効果を有し、上記した研磨基体についてのショアＤ硬度を実現するものである。
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又は水系混合媒体との接触による溶解、膨潤等によって生じる。
【００２２】
（Ｂ）水溶性粒子は、上記した化学機械研磨パッドの研磨基体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。従って、この水溶性粒子は、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。
（Ｂ）水溶性粒子を構成する材料は特に限定されないが、有機水溶性粒子及び無機水溶性粒子であることができる。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を挙げることができる。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を挙げることができる。これらのうち、有機水溶性粒子が好ましく、多糖類がより好ましく、シクロデキストリンが更に好ましく、β−シクロデキストリンが特に好ましい。
これらの水溶性粒子は、上記各素材を単独または２種以上を組み合わせて用いることができる。さらに、所定の材料からなる１種の水溶性粒子であってもよく、異なる材料からなる２種以上の水溶性粒子の組合せであってもよい。
【００２３】
（Ｂ）水溶性粒子の平均粒径は、好ましくは０．１〜５００μｍ、より好ましくは０．５〜１００μｍである。この範囲の粒径の（Ｂ）水溶性粒子とすることにより、（Ｂ）水溶性粒子の脱離により生じるポアの大きさを適当な範囲に制御することができ、これにより化学機械研磨工程の際の化学機械研磨用水系分散体の保持能及び研磨速度に優れ、しかも機械的強度に優れた化学機械研磨パッドを得ることができる。
（Ｂ）水溶性粒子の含有量は、（Ａ）非水溶性部材と（Ｂ）水溶性粒子との合計に対して、好ましくは１〜９０体積％であり、より好ましくは１〜６０体積％であり、更に好ましくは３〜４０体積％である。（Ｂ）水溶性粒子の含有量をこの範囲とすることにより、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。
【００２４】
上記（Ｂ）水溶性粒子は、化学機械研磨パッド内において、化学機械研磨用水系分散体と接触する表層に露出した場合にのみ水に溶解又は膨潤して脱離し、研磨基体内部においては吸湿しないことが好ましい。このため（Ｂ）水溶性粒子は最外部の少なくとも一部に吸湿を抑制する外殻を備えるものであってもよい。この外殻は水溶性粒子に物理的に吸着していても、水溶性粒子と化学的に結合していても、更にはこの両方により水溶性粒子に付いていてもよい。このような外殻を形成する材料としては、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリシリケート等を挙げることができる。
（ＩＩ）非水溶性部材と該非水溶性部材中に分散された空孔からなる素材
本発明の化学機械研磨パッドの研磨基体が、非水溶性部材と該非水溶性部材中に分散された空孔からなるものである場合としては、例えばポリウレタン、メラミン樹脂、ポリエステル、ポリスルホン、ポリビニルアセテート等の発泡体を挙げることができる。
上記のような非水溶性部材中に分散する空孔の平均口径としては、好ましくは０．１〜５００μｍであり、より好ましくは０．５〜１００μｍである。
【００２５】
本発明の化学機械研磨パッドの研磨基体の形状は特に限定されないが、例えば円盤状、多角柱状等とすることができ、本発明の化学機械研磨パッドを装着して使用する研磨装置に応じて適宜選択することができる。
研磨基体の大きさも特に限定されないが、例えば円盤状の化学機械研磨パッドの場合、直径１５０〜１２００ｍｍ、特に５００〜８００ｍｍ、厚さ１．０〜５．０ｍｍ、特に厚さ１．５〜３．０ｍｍとすることができる。
【００２６】
本発明の化学機械研磨パッドの研磨基体は、研磨面上に溝を有することができる。この溝は、化学機械研磨の際に供給される化学機械用水系分散体を保持し、これを研磨面により均一に分配するとともに、研磨くずや使用済み水系分散体等の廃棄物を一時的に滞留させ、外部へ排出するための経路となる機能を有する。
上記溝の形状は特に制限されないが、例えば渦巻き状、同心円状、放射状等であることができる。
また、本発明の化学機械研磨パッドの研磨基体は、非研磨面（裏面）に凹部を有していてもよい、この凹部は、化学機械研磨の際に発生することがある局所的な過大応力を緩和させ、被研磨面のスクラッチ等の表面欠陥の発生をより効果的に抑制する機能を有する。
【００２７】
上記凹部の形状は特に制限されないが、例えば円形状、多角形状、渦巻き状、同心円状、放射状等であることができる。
また、本発明の化学機械研磨パッドは、研磨部以外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を挙げることができる。窓部としては、例えば、厚さ２ｍｍにおいて、波長１００〜３００ｎｍの間のいずれかの波長の光の透過率が、好ましくは０．１％以上、より好ましくは２％以上であるか、又は、波長１００〜３００ｎｍの間のいずれかの波長域における積算透過率が、好ましくは０．１％以上、より好ましくは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、例えば上記した研磨基体と同様の組成を用いることができる。
【００２８】
本発明の化学機械研磨パッドを構成する研磨基体の製造方法は特に限定されず、また、研磨基体が任意的に有していてもよい溝や凹部（以下、両者を併せて「溝等」という。）の形成方法も特に限定されない。例えば、予め化学機械研磨パッドの研磨基体となる化学機械研磨パッド用組成物を準備し、この組成物を所望形の概形に成形した後、切削加工により溝等を形成することができる。さらに、溝等となるパターンが形成された金型を用いて化学機械研磨パッド用組成物を金型成形することにより、研磨基体の概形と共に溝等を同時に形成することができる。
【００２９】
化学機械研磨パッド用組成物を得る方法は特に限定されない。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ることができる。混練機としては従来より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）等の混練機を挙げることができる。
【００３０】
水溶性粒子を含有する研磨パッドを得るための水溶性粒子を含有する研磨パッド用組成物は、例えば、非水溶性マトリックス、水溶性粒子およびその他の添加剤等を混練して得ることができる。但し、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、この時の温度において水溶性粒子は固体であることが好ましい。固体であることにより、非水溶性マトリックスとの相溶性の大きさに関わらず水溶性粒子を前記の好ましい平均粒径で分散させることができる。従って、使用する非水溶性マトリックスの加工温度により、水溶性粒子の種類を選択することが好ましい。
本発明の化学機械研磨パッドは、上記のような研磨基体のみからなるものであってもよいし、上記のような研磨基体の非研磨面側に支持層を備える多層型パッドであることもできる。
【００３１】
上記支持層は、研磨基体を研磨面の裏面側で支える層である。この支持層の特性は特に限定されないが、研磨基体に比べてより軟質であることが好ましい。より軟質な支持層を備えることにより、研磨基体の厚さが薄い場合例えば、１．０ｍｍ以下であっても、研磨時に研磨基体が浮き上がることや、研磨層の表面が湾曲すること等を防止でき、安定して研磨を行うことができる。この支持層の硬度は、研磨基体の硬度の９０％以下が好ましく、さらに好ましくは５０〜９０％であり、特に好ましくは５０〜８０％であり、就中５０〜７０％が特に好ましい。
【００３２】
また、支持層は、多孔質体（発泡体）であっても、非多孔質体であってもよい。さらに、その平面形状は特に限定されず、研磨層と同じであっても異なっていてもよい。この支持層の平面形状としては、例えば、円形、多角形（四角形等）などとすることができる。また、その厚さも特に限定されないが、例えば、０．１〜５ｍｍが好ましく、さらに好ましくは０．５〜２ｍｍとすることができる。
支持層を構成する材料も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、適度な弾性等を付与できることなどから有機材料を用いることが好ましい。
上記したような本発明の化学機械研磨パッドは、被研磨面のスクラッチの発生を抑制でき、高品位の被研磨面を与えるものである。
【００３３】
本発明の化学機械研磨パッドは、市販の研磨装置に装着し、公知の方法により化学機械研磨工程に使用することができる。
本発明の化学機械研磨パッドは、半導体装置を製造するための広範囲な化学機械研磨工程に使用することができる。
本発明の化学機械研磨パッドを使用して化学機械研磨することのできる被研磨物としては、配線材料たる金属、バリアメタル、絶縁膜等を挙げることができる。上記金属としては、例えばタングステン、アルミニウム及び銅並びにこれらを含有する合金等を挙げることができる。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を挙げることができる。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をあげることができる。
【００３４】
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を挙げることができる。
【００３５】
本発明の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。銅を配線材料とするダマシン配線の形成工程は、配線となるべき部分に溝を形成した絶縁膜の溝部及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）、溝部位外のバリアメタルを除去する工程（第２研磨処理工程）及び絶縁膜部分も若干研磨する工程（第３研磨処理工程）を経ることにより平坦なダマシン配線を得るものである。本発明の化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使用するための化学機械研磨工程にも使用することができる。
なお、上記「銅」とは、純銅の他、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。
【実施例】
【００３６】
実施例１
（１）化学機械研磨パッドの製造
（１−１）化学機械研磨パッド用組成物の調製
１，２−ポリブタジエン（ＪＳＲ（株）製、商品名「ＪＳＲ  ＲＢ８３０」）７２．２質量部及びβ−シクロデキストリン（（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質量部を、１６０℃に調温されたルーダーにより２分間混練した。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０．４５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、０．２５質量部に相当する。）加え、更に１２０℃にて６０ｒｐｍで２分間混練し、化学機械研磨パッド用組成物のペレットを得た。
【００３７】
（１−２）研磨基体の貯蔵弾性率の測定
このペレットを、金型内において１７０℃にて１８分間加熱して、架橋させて直径６００ｍｍ、厚さ２．５ｍｍの円盤状の成形体を得た。これを（株）ダンベル製、平行移動カット装置（型式ＳＤＬ−２００ＳＴＴ）にて幅２．５ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍの短冊片に切断し、これを試験片として粘弾性測定装置（レオメトリック・サイエンティフィック社製、形式「ＲＳＡIII」）を使用し、３０℃及び６０℃において、初期負荷１００ｇ、最大歪み０．０１％、周波数０．２Ｈｚの条件下において引っ張りモードで貯蔵弾性率を測定した。その３０℃における貯蔵弾性率は８９ＭＰａ、６０℃では２３ＭＰａであり、その比は３．９であった。
【００３８】
（１−３）窓部用部材の調製
１，２−ポリブタジエン（ＪＳＲ（株）製、商品名「ＪＳＲ  ＲＢ８３０」）９７質量部及びβ−シクロデキストリン（（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）３質量部を、１６０℃に調温されたルーダーにより２分間混練した。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１．１９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、０．５質量部に相当する。）加え、更に１２０℃にて６０ｒｐｍで２分間混練し、化学機械研磨パッド用組成物のペレットを得た。このペレットを、金型内において１７０℃にて１８分間加熱し、架橋させて直径６００ｍｍ、厚さ２．４ｍｍの円盤状の成形体を得た。さらに（株）ダンベル社製、ダンベル打ち抜き機（型式ＳＤＬ−２００）にて幅２０ｍｍ×長さ５８ｍｍ×厚さ２．４ｍｍに打ち抜き窓部用部材を得た。この部材の波長６７０ｎｍにおける透過率について、ＵＶ吸光度計（（株）日立製作所製、型式Ｕ−２０１０）を用いて測定したところ、透過率は４０％であった。
【００３９】
（１−４）化学機械研磨パッドの製造
上記（１−２）と同様にして、直径６００ｍｍ、厚さ２．５ｍｍの円盤状の成形体を得た。次いで、市販の切削加工機を用いて、この成形体の研磨面側に幅が０．５ｍｍ、ピッチが２．０ｍｍ、深さが１．０ｍｍの同心円状の溝（断面形状は矩形である。）を形成した。更に、成形体の中心部分から７２ｍｍのところに、幅２１ｍｍ×長さ５９ｍｍの貫通孔をあけた。溝を形成しなかった面の全面に両面テープ（積水化学（株）社製、品名「ダブルタックテープ＃５１２」）を貼り付け、上記貫通孔には（１−３）で調製した窓部用部材を挿入した。更に同心円状の溝に沿って直径５０８ｍｍに切り出して化学機械研磨パッドを得た。
【００４０】
（２）化学機械研磨性能の評価
（２−１）銅及び低誘電率の絶縁膜からなるパターンを有するウェハを研磨した例
上記（１）のようにして製造した化学機械研磨パッドを、光学式終点検出器付き化学機械研磨装置「Ｍｉｒｒａ／Ｍｅｓａ」（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製）の定盤上に装着し、Ｓｅｍａｔｅｃｈ８００ＢＤＭ００１（商品名、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＳＥＭＡＴＥＣＨ製。シリコン基板上にシリコンカーバイド層を形成し、その上に配線となるべき箇所以外の部分に低誘電率の絶縁膜Ｂｌａｃｋ  Ｄｉａｍｏｎｄ（商品名、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製）の層を形成し、更にその上にバリアメタルとしてのタンタル及び配線材料としての銅をこの順で堆積したテスト用ウェハである。）を被研磨体として、以下の条件で２段階で化学機械研磨した。
なお、第１段階研磨の研磨時間は、化学機械研磨装置の光学式終点検出器によってレーザ−光の反射率をモニターし、研磨開始から反射率の変わりきった時点(すなわち、バリアメタルが露出した時点)までにかかった時間の１．２倍とした。このようにして設定された本実施例の第一段階研磨の時間は１５０秒であった。
【００４１】
第１段階研磨の条件
化学機械研磨用水系分散体：ｉＣｕｅ５００３（商品名、Ｃａｂｏｔ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製。シリカを砥粒として含有する。）及び３０質量％過酸化水素水を体積比で１１：１にて混合したもの。
水系分散体供給量：３００ｍＬ／分
定盤回転数：１２０ｒｐｍ
ヘッド回転数：１０８ｒｐｍ
ヘッド押しつけ圧
リテーナーリング圧：５．５ｐｓｉ
メンブレン圧：４．０ｐｓｉ
インナーチューブ圧：３．０ｐｓｉ
【００４２】
第二段階研磨の条件
化学機械研磨用水系分散体：ＣＭＳ−８３０１（商品名、ＪＳＲ（株）製。）に、３０質量％過酸化水素水を１質量％加えたもの。
水系分散体供給量：２００ｍＬ／分
定盤回転数：６０ｒｐｍ
ヘッド回転数：５４ｒｐｍ
ヘッド押しつけ圧
リテーナーリング圧：５．５ｐｓｉ
メンブレン圧：３．０ｐｓｉ
インナーチューブ圧：０．０ｐｓｉ
研磨時間：１００秒
研磨後のウェハ被研磨面の全面につき、ウェハ欠陥検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製、型式「ＫＬＡ２３５１」）を使用して、発生したスクラッチを計測したところ、銅配線上に３個、低誘電率の絶縁膜上に３個であった。
【００４３】
ＫＬＡ２３５１の測定条件
Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  ｍｏｄｅ：Ｖｉｓｉｂｌｅ
Ｐｉｘｅｌ  ｓｉｚｅ：０．６２μｍ
Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ：５０
Ｍｅｒｇｅ：１００
Ｓｉｚｅ  Ｓｉｅｖｅ：１μｍ２
【００４４】
（３）低誘電率絶縁膜の外周剥がれの評価（低誘電率絶縁膜が被研磨面の場合）
（３−１）低誘電率絶縁膜の製造
（ｉ）ポリシロキサンゾルの調製
１０１．５ｇのメチルトリメトキシシラン、２７６．８ｇのメトキシプロピオン酸メチルおよび９．７ｇのテトライソプロポキシチタン／アセト酢酸エチル錯体からなる溶液を６０℃に加熱した。この溶液に、γ−ブチロラクトンと水との混合物（重量比で４．５８：１）１１２．３ｇを１時間かけて滴下した。混合物の滴下終了後、さらに６０℃で１時間反応させ、ポリシロキサンを１５質量％含有するポリシロキサンゾルを得た。
【００４５】
（ｉｉ）ポリスチレン粒子の製造
スチレン１００質量部、アゾ系重合開始剤（和光純薬（株）製、商品名「Ｖ６０」）２質量部、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム０．５質量部、およびイオン交換水４００質量部をフラスコに投入し、窒素ガス雰囲気下、攪拌しながら７０℃に昇温し、この温度で６時間攪拌を継続した。反応混合物を濾過し、乾燥することにより、数平均粒子径１５０ｎｍのポリスチレン粒子を得た。
【００４６】
（ｉｉｉ）低誘電率の絶縁膜の製造
上記（ｉ）で得られたポリシロキサンゾル１５ｇと、上記（ｉｉ）で得られたポリスチレン粒子１ｇとを混合し、得られた混合物を直径８インチの熱酸化膜つきシリコン基板（旭日産業（株）製）上にスピンコート法によって塗布し、８０℃で５分間加熱することにより、膜厚１．３９μｍの塗膜を形成した。その後、２００℃で５分間加熱し、次いで、圧力５ｔｏｒｒにて、３４０℃、３６０℃及び３８０℃の順でそれぞれ３０分間ずつ加熱し、更に４５０℃で１時間加熱して無色透明の皮膜（膜厚２，０００Å）を形成した。
この皮膜の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、微細な空孔が形成されていることが確認された。また、比誘電率は１．９８、弾性率は３ＧＰａであり、空隙率は１５体積％であった。
【００４７】
（３−２）低誘電率絶縁膜の研磨
上記のようにして製造した低誘電率絶縁膜を被研磨面として、下記の条件にて化学機械研磨を行った。なお、下記の研磨試験は、低誘電率の絶縁膜に剥がれが起きやすい条件における加速試験である。
化学機械研磨装置：Ｍｉｒｒａ／Ｍｅｓａ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製）
化学機械研磨用水系分散体種類：ＣＭＳ−８３０１（商品名、ＪＳＲ（株）製、砥粒としてコロイダルシリカを含有する。）
化学機械研磨用水系分散体供給速度：１００ｍＬ／ｍｉｎ
定盤回転数：６０ｒｐｍ
ヘッド回転数：５４ｒｐｍ
ヘッド押し付け圧
リテーナーリング圧：６．５ｐｓｉ
メンブレン圧：５．０ｐｓｉ
インナーチューブ圧：０ｐｓｉ
研磨時間：１５秒
【００４８】
研磨後の被研磨面につき、光学顕微鏡を使用して、低誘電率絶縁膜外周部における剥がれの有無を観察した。
低誘電率絶縁膜の剥がれが発生している場合には、絶縁膜外周からの剥がれが発生した距離の最大値を表３に示す。なお、その最大値が０のときは剥がれが発生しなかったことを示している。
【００４９】
（４）低誘電率絶縁膜の外周剥がれの評価（金属膜が被研磨面であり、低誘電率絶縁膜は下層である場合）
（４−１）化学機械研磨性能の評価
ＡＴＤＦ８００ＬＫＤ００３（商品名、ＡＴＤＦ製。シリコン基板上にシリコンカーバイド層を形成し、その上に配線となるべき箇所以外の部分に低誘電率の絶縁膜ＬＫＤ５１０９（商品名、ＪＳＲ（株）製）の層を形成し、更にその上にバリアメタルとしてのタンタル及び配線材料としての銅をこの順で堆積したテスト用ウェハである。）を被研磨体として、以下の条件で化学機械研磨を行った。なお、下記の研磨試験は、低誘電率の絶縁膜に剥がれが起きやすい条件における加速試験である。
化学機械研磨装置：Ｍｉｒｒａ／Ｍｅｓａ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製）
化学機械研磨用水系分散体：ｉＣｕｅ５００３（商品名、Ｃａｂｏｔ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製。シリカを砥粒として含有する。）及び３０質量％過酸化水素水を体積比で１１：１にて混合したもの。
水系分散体供給量：１００ｍＬ／分
定盤回転数：１２０ｒｐｍ
ヘッド回転数：１０８ｒｐｍ
ヘッド押しつけ圧
リテーナーリング圧：６．５ｐｓｉ
メンブレン圧：５．０ｐｓｉ
インナーチューブ圧：４．０ｐｓｉ
研磨時間：１５秒
【００５０】
研磨後の被研磨面につき、光学顕微鏡を使用して、下層の低誘電率絶縁膜外周部における剥がれの有無を観察した。
低誘電率絶縁膜の剥がれの有無、および剥がれが発生している場合には、絶縁膜外周からの剥がれが発生した距離の最大値を表３に示す。
【００５１】
実施例２〜１０
実施例１において、「（１−１）化学機械研磨パッド用組成物の調製」における各原料の種類及び使用量を表１のとおりとした他は、実施例１と同様にして実施した。評価結果は表２および表３に示した。
ただし、表１において使用した略称は、それぞれ以下を表す。また、表１における数値は質量部である。
ＲＢ８３０：１，２−ポリブタジエン（ＪＳＲ（株）製、商品名「ＪＳＲ  ＲＢ８３０」）
ＲＢ８１０：１，２−ポリブタジエン（ＪＳＲ（株）製、商品名「ＪＳＲ  ＲＢ８１０」）
ＴＲ２８２７：スチレン−ブタジエンブロック共重合体（ＪＳＲクレイトンエラストマー（株）製、商品名「ＴＲ２８２７」）
ＨＦ５５：ポリスチレン（ＰＳジャパン（株）製、商品名「ＨＦ５５」）
β−ＣＤ：β−シクロデキストリン（（株）横浜国際バイオ研究所製、商品名「デキシーパールβ−４０」、平均粒径２０μｍ）
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。
ＰＨＲ：非水溶性部材の原料１００質量部あたりの有機過酸化物量（有機過酸化物純品に換算した質量部である。）。
【００５２】
比較例１
化学機械研磨用パッドとして（株）ロデール・ニッタ製、品名「ＩＣ１０００」を用いた他は、実施例１と同様にして化学機械研磨を行い評価した。結果を表２および３に示す。なお、「ＩＣ１０００」は光学式終点検出器の検出光を通過させるための窓部がなく、光学式終点検出器が使用できないので、第１段階研磨の時間は実施例１に準じて１５０秒とした。
【００５３】
【表１】
2006114885.tif 000002
【００５４】
【表２】
2006114885.tif 000003
【００５５】
【表３】
2006114885.tif 000004