(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを研磨するのに適したケミカルメカニカル研磨パッドを得る。【解決手段】研磨パッド２は、連続的なポリマーマトリックス６を形成する高弾性率成分と、連続的なポリマーマトリックス内の耐衝撃性改良材４とを有する。高弾性率成分は少なくとも１００MPaの弾性率を有する。耐衝撃性改良材は、高弾性率成分よりも少なくとも一桁は低い弾性率を有する、研磨パッドの耐衝撃性を増大させる低弾性率成分を含む。【選択図】図１
2008168422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを研磨するのに適したケミカルメカニカル研磨パッドであって、連続的なポリマーマトリックスを形成する高弾性率成分と、前記連続的なポリマーマトリックス内の耐衝撃性改良材とを有し、前記高弾性率成分が少なくとも１００MPaの弾性率を有し、前記耐衝撃性改良材が低弾性率成分を有し、前記低弾性率成分が、前記高弾性率成分よりも少なくとも一桁は低い弾性率を有し、少なくとも一つの方向に１０〜１，０００nmの平均長さを有し、前記研磨パッドの１〜５０容量％を構成し、前記研磨パッドの耐衝撃性を増大させるものである、研磨パッド。
【請求項２】
前記高弾性率成分が１００〜５，０００MPaの弾性率を有する、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記低弾性率成分が少なくとも一つの方向に２０〜８００nmの平均長さを有する、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記低弾性率成分がコア−シェル構造を含む、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記低弾性率成分が、ブタジエン−スチレンコポリマー、ブタジエン−スチレン−（メタ）アクリレートターポリマー、ブタジエン−スチレン−アクリロニトリルターポリマー、イソプレン−スチレンコポリマー、ジビニルベンゼン、ジアリルマレエート、ブチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、アリルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、エトキシエトキシエチルアクリレート、メトキシトリプロピレングリコールアクリレート、４−ヒドロキシブチルアクリレート、ラウリルメタクリレート及びステアリルメタクリレートを含む、請求項１記載の研磨パッド。
【請求項６】
半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを研磨するのに適したケミカルメカニカル研磨パッドであって、連続的なポリマーマトリックスを形成する高弾性率成分と、前記連続的なポリマーマトリックス内の耐衝撃性改良材とを有し、前記高弾性率成分が１００〜５，０００MPaの弾性率を有し、前記耐衝撃性改良材が低弾性率成分を有し、前記低弾性率成分が、前記高弾性率成分よりも少なくとも一桁は低い弾性率を有し、少なくとも一つの方向に２０〜８００nmの平均長さを有し、前記研磨パッドの２〜４０容量％を構成し、前記研磨パッドの耐衝撃性を増大させるものである、研磨パッド
【請求項７】
前記ポリマーマトリックスが、二官能性又は多官能性イソシアネート類から誘導されるポリマーを含み、前記ポリマーマトリックスが、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、請求項６記載の研磨パッド。
【請求項８】
水溶性粒子又は中空ポリマーシェルを含む、請求項７記載の研磨パッド。
【請求項９】
前記高弾性率成分が２００〜１，０００MPaの弾性率を有する、請求項７記載の研磨パッド。
【請求項１０】
前記低弾性率成分が少なくとも一つの方向に４０〜５００nmの平均長さを有する、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】
本明細書は、基材、たとえば半導体基材又は磁気ディスクを研磨し、平坦化するのに有用な研磨パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー研磨パッド、たとえばポリウレタン、ポリアミド、ポリブタジエン及びポリオレフィン研磨パッドは、急速に進化するエレクトロニクス産業における基材平坦化のための市販材料を代表するものである。平坦化を要するエレクトロニクス産業用の基材としては、シリコンウェーハ、パターン付きウェーハ、フラットパネルディスプレー及び磁気記憶ディスクがある。平坦化に加えて、研磨パッドは、過度な数の欠陥、たとえばスクラッチ又は他のウェーハの不均一性を生じさせないことが不可欠である。さらには、エレクトロニクス産業の絶え間ない進歩は、研磨パッドの平坦化及び欠陥率能力に対し、より大きな要求を課している。
【０００３】
たとえば、半導体の製造は通常、いくつかのケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）工程を含む。各ＣＭＰ工程で、研磨パッドが、研磨溶液、たとえば砥粒含有研磨スラリー又は砥粒なしの反応性液と組み合わさって、後続の層の受容に備えて平坦化する、又は平坦さを維持するようなやり方で、余剰材料を除去する。これらの層の積み重ねが、集積回路を形成するようなやり方で組み合わさる。これらの半導体素子の製造は、作動速度を高め、漏れ電流を減らし、消費電力を削減する素子に対する要求のために、より複雑化し続けている。素子アーキテクチャの点では、これは、より微細なフィーチャの形状及び増大したメタライゼーションレベル数と言い換えることができる。これらのますます厳しくなる素子設計要求が、ますます小さなライン間隔及び対応するパターン密度の増大の採用を強要している。素子のより小さなスケール及び増大した複雑さが、ＣＭＰ消費材、たとえば研磨パッド及び研磨溶液に対し、より大きな要求を招くに至った。加えて、集積回路のフィーチャサイズが縮小するにつれ、ＣＭＰ誘発欠陥、たとえばスクラッチがより大きな問題になる。さらに、集積回路の膜厚さの減少は、ウェーハ基材に対して受け入れられるトポグラフィーを提供すると同時に欠陥率を改善することを要求する。これらのトポグラフィー要件が、ますます厳格な平坦性、ラインディッシング及び小さなフィーチャにおけるアレイエロージョンについての研磨規格を要求する。
【０００４】
旧来、キャスト成形ポリウレタン研磨パッドが、集積回路を製造するために使用される研磨操作において機械的完全性及び耐薬品性を提供してきた。たとえば、ポリウレタン研磨パッドは、引裂きに抵抗するのに十分な引張り強さ、研磨中の摩耗問題を回避するための耐摩耗性ならびに強酸性及び強苛性アルカリ性の研磨溶液による攻撃に抵抗するための安定性を有する。残念ながら、平坦化を改善する傾向を示す硬質のキャスト成形ポリウレタン研磨パッドは欠陥を増加させる傾向をも示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Jamesらは、米国特許第７，０７４，１１５号で、IC1000（商標）ポリウレタン研磨パッドに類似した平坦化能力を有するが、欠陥率性能が改善されている硬質ポリウレタン研磨パッド群を開示している。IC1000は、Rohm and Haas社又はその系列会社の商標である。残念ながら、Jamesらの研磨パッドで達成される研磨性能は、研磨基材及び研磨条件とともに変化する。たとえば、これらの研磨パッドは、酸化ケイ素／窒化ケイ素を研磨する用途、たとえば直接的なシャロートレンチ素子分離（ＳＴＩ）研磨用途では利点が限られる。本明細書に関して、酸化ケイ素とは、半導体素子において絶縁体を形成するのに有用な酸化ケイ素、酸化ケイ素化合物及びドープされた酸化ケイ素調合物をいい、窒化ケイ素とは、半導体用途に有用な窒化ケイ素、窒化ケイ素化合物及びドープされた窒化ケイ素配合物をいう。半導体素子を製造するのに有用なこれらのケイ素化合物は様々な方向に進化し続けている。使用されている絶縁体酸化物の具体的なタイプは、テトラエチルオルトシリケートの分解、ＨＤＰ（「高密度プラズマ」）及びＳＡＣＶＤ（「準常圧化学蒸着」）から形成されるＴＥＯＳを含む。優れた平坦化能力を改善された欠陥率性能と併せ持つさらなる研磨パッドの必要性が今もある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの態様は、半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを研磨するのに適したケミカルメカニカル研磨パッドであって、連続的なポリマーマトリックスを形成する高弾性率成分と、連続的なポリマーマトリックス内の耐衝撃性改良材とを有し、高弾性率成分が少なくとも１００MPaの弾性率を有し、耐衝撃性改良材が低弾性率成分を有し、低弾性率成分が、高弾性率成分よりも少なくとも一桁は低い弾性率を有し、少なくとも一つの方向に１０〜１，０００nmの平均長さを有し、研磨パッドの１〜５０容量％を構成し、研磨パッドの耐衝撃性を増大させるものである研磨パッドを提供する。
【０００７】
本発明のもう一つの態様は、半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを研磨するのに適したケミカルメカニカル研磨パッドであって、連続的なポリマーマトリックスを形成する高弾性率成分と、連続的なポリマーマトリックス内の耐衝撃性改良材とを有し、高弾性率成分が１００〜５，０００MPaの弾性率を有し、耐衝撃性改良材が低弾性率成分を有し、低弾性率成分が、高弾性率成分よりも少なくとも一桁は低い弾性率を有し、少なくとも一つの方向に２０〜８００nmの平均長さを有し、研磨パッドの２〜４０容量％を構成し、研磨パッドの耐衝撃性を増大させるものである、研磨パッドを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを平坦化するのに適した、ポリマーマトリックスを含む研磨パッドを提供する。たとえば、研磨パッドは、いくつかの半導体ウェーハ用途、たとえばＳＴＩ（ＨＤＰ／ＳｉＮ、ＴＥＯＳ／ＳｉＮ又はＳＡＣＶＤ／ＳｉＮ）、銅、バリヤ（Ｔａ、ＴａＮ、Ｒｕ）及びタングステンを研磨し、平坦化するのに適していることができる。加えて、これらのパッドは、ｅＣＭＰ（「エレクトロケミカルメカニカルプラナリゼーション」）用途を促進するための表面構造を維持する。たとえば、パッドの穿孔、導電性ライニングされた溝の導入又は導体、たとえば導電性繊維もしくは金属ワイヤの組み込みによって、パッドをｅＣＭＰ研磨パッドに転換することができる。研磨パッドの構造がパッドの耐衝撃性を改良し、研磨性能、たとえば平坦化及び欠陥率において予想外の利点を有することができる。本発明に関して、研磨パッドの耐衝撃性の増大は、ＡＳＴＭ  Ｄ５６２８−０６で計測することができる。本発明では、異なる弾性率の材料が組み合わさって、次世代パターン付きウェーハのフィーチャサイズに類似する長さスケールで物性を制御する。特に、本発明は、「軟らかい」耐衝撃性改良材を「より硬い」ポリマーマトリックス中に分散させることによって一定範囲の研磨性能を達成する。他に類を見ないこの研磨パッドは、低弾性率成分の弾性率よりも少なくとも一桁は高い弾性率Ｅ′を有する高弾性率成分を有する。耐衝撃性改良材の弾性率を計測することはしばしば困難であるため、本明細書に関して、二つの成分の弾性率の差違の測定は３工程法である。第一の工程は、たとえばＡＳＴＭ  Ｄ５４１８に基づくマトリックス成分の体積弾性率の測定を含む。そして、次の工程は、耐衝撃性改良材を含有する最終材料（これは、溝のない試料を指す）の体積弾性率を測定する工程である。最後に、以下の式を解いて耐衝撃性改良材の弾性率を計算する。
Ｅ′ファイナル＝Ｅ′マトリックス×容量％マトリックス＋Ｅ′耐衝撃性改良材×容量％耐衝撃性改良材
【０００９】
ここで図面を参照すると、図１は、研磨層１を有し、ポリマーマトリックス材料６に埋め込まれた複数の耐衝撃性改良材４を有する研磨パッド２を示す。耐衝撃性改良材４は、好ましくは、連続的なポリマーマトリックス材料６中に非晶質可撓性ポリマー領域を形成する。マトリックス６は、高体積弾性率ポリマー成分、たとえば均質なポリマーマトリックス又はセグメント化ポリマーもしくはコポリマーを表す。耐衝撃性改良材４は、連続的なポリマーマトリックス６中に低弾性率成分を提供する。耐衝撃性改良材４は、研磨パッド２の厚さＴにわたってマトリックス材料６内に分散している。マトリックス材料６は、選択された耐衝撃性改良材４とで、所定の研磨及び耐磨耗性能を提供するために、所望の程度の弾性、気孔率、密度、硬さなどを有するように選択することができる。
【００１０】
図１では二次元的に示されているが、マトリックス材料６は三次元構造を画定するということが理解されよう。耐衝撃性改良材４は、パッド２の厚さＴにわたって所望の研磨性を提供するために、マトリックス材料６を通して均等又はランダムに分散していることができる。あるいはまた、耐衝撃性改良材４の体系的な配列が望ましいこともあり、耐衝撃性改良材４の分散のばらつきは、厚さＴ又は研磨面８の直径方向に可能である。もう一つの実施態様では、パッド深さＴの関数として、マトリックス材料６の単位体積あたり、より多くの耐衝撃性改良材４があってもよい。単位体積あたりの耐衝撃性改良材４の数は、特定の用途に関して所望の材料除去性能を達成するために、他のパッド特性の詳細と関連させて選択することができる。
【００１１】
一つの実施態様では、研磨面８を使用して一つ以上の半導体ウェーハを研磨するとき、研磨層１の上部が消費され、一番上の耐衝撃性改良材４が放出され、それにより、空隙１２が形成され、研磨面８に対してある程度の粗さ及び気孔率が復元される。このようにして、研磨面８は、最小限のコンディショニングしか要しない。また、実用では、放出した改良材１０は消費済みスラリーによって簡単に洗い流されることができる。
【００１２】
次に図２を参照すると、耐衝撃性改良材４は、コア１６を封入する又はコア１６にグラフトされているシェル１４を含む。本発明の実施にもっとも適した耐衝撃性改良材は、ゴム状コア部分及びグラフトされた剛性シェル部分を含む。好ましい耐衝撃性改良材は、（メタ）アクリレート及び／又はビニル芳香族ポリマーを、スチレン／アクリロニトリルのようなそのコポリマーをも含め、選択されたゴム状材料にグラフトすることによって調製される。好ましくは、グラフトポリマーは、メチルメタクリレートのホモポリマー又はコポリマーである。
【００１３】
ゴム状材料は、たとえば、周知のブタジエンタイプ、ブチルアクリレートタイプ又はＥＰＤＭタイプの一つ以上であることができる。好ましい耐衝撃性改良材は、共役ジエンを重合させることによって、又は共役ジエンをモノオレフィン又は極性ビニル化合物、たとえばスチレン、アクリロニトリルもしくはメチルメタクリレートと共重合させることによって製造される基材ポリマーラテックス又はコアをゴム状材料として含有する。ゴム状材料の基材は、典型的には、共役ジエン約４５〜１００％及びモノオレフィン又は極性ビニル化合物約５５％までで構成される。そして、モノマーの混合物が基材ラテックスにグラフト重合される。
【００１４】
好ましいコア材料としては、１，３−ジエン類、たとえばブタジエン及びイソプレンがある。ゴム状ポリマーとしては、１，３−ジエンコポリマー（たとえばブタジエン−スチレンコポリマー、ブタジエン−スチレン−（メタ）アクリレートターポリマー、ブタジエン−スチレン−アクリロニトリルターポリマー、イソプレン−スチレンコポリマーなど）を挙げることができる。前述のゴム状ポリマーのうち、ラテックスとして製造することができるポリマーが特に望ましい。特に、乳化重合の結果として得られるブタジエン−ビニル芳香族コポリマーラテックスが好ましい。架橋が適度なものであるならば、部分的に架橋したポリマーをコアに用いることもできる。さらには、多官能性不飽和モノマーとしても記される架橋性又はグラフト結合性モノマーをコアの中で共重合させてもよい。このような架橋性又はグラフト結合性モノマーとしては、ジビニルベンゼン、ジアリルマレエート、ブチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、アリルメタクリレート、アルキル（メタ）アクリレート、たとえばメチルアクリレート、エチルアクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、エトキシエトキシエチルアクリレート、メトキシトリプロピレングリコールアクリレート、４−ヒドロキシブチルアクリレート、ラウリルメタクリレート及びステアリルメタクリレートがある。これらのアルキル（メタ）アクリレートは、単独で使用することもできるし、二つ以上を組み合わせて使用することもできる。
【００１５】
コア中のコモノマーの比は、コア−シェルポリマーの所望の屈折率（「ＲＩ」）及び所望のエラストマー特性に依存する。コアポリマー中のジオレフィンとビニル芳香族との比率範囲は、９５：５〜２０：８０、好ましくは８５：１５〜６５：４５（重量部）である。ブタジエンの量が２０重量部未満の場合、耐衝撃性を改善することは困難である。他方、ブタジエンの量が９５重量部の場合、明澄な耐衝撃性改良ポリマーブレンドのために、マトリックスポリマーのＲＩに匹敵するのに十分な高さのＲＩを有する改良材を得ることは困難なことがある。これらの耐衝撃性改良材４の屈折率を操作する能力は、ウィンドウ越しに見ることなくパッドを通しての終点検出を可能にするいわゆる「クリアパッド」において有用でありうる。
【００１６】
場合によっては、約０〜約５重量％の低濃度の架橋性モノマー、たとえばジビニルベンゼン又はブチレングリコールジメタクリレートを含有させ、場合によっては、コアとシェルとを結着させるための約０〜約５重量％のグラフト結合性モノマー、たとえばアリルマレエートをゴム状コアポリマーに含めることもできる。架橋性モノマーのさらなる例は、アルカンポリオールポリアクリレート又はポリメタクリレート、たとえばエチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ブチレングリコールジアクリレート、オリゴエチレングリコールジアクリレート、オリゴエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレート、トリメチロールプロパンジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート又はトリメチロールプロパントリメタクリレート及び不飽和カルボン酸アリルエステル、たとえばアリルアクリレート、アリルメタクリレート又はジアリルマレエートを含む。
【００１７】
コア１６にシェル１４をグラフトするためには、多様なモノマーを使用することができ、室温を超えるＴgを有する硬質のポリマー又はコポリマーならびにＣ１〜Ｃ４アルキルメタクリレート及びビニル芳香族モノマーで調製されたポリマーを含む。適切なビニル芳香族モノマーの例は、スチレン、アルファメチルスチレン、パラメチルスチレン、クロロスチレン、ビニルトルエン、ジブロモスチレン、トリブロモスチレン、ビニルナフタレン、イソプロペニルナフタレン、ジビニルベンゼンなどを含む。Ｃ１〜Ｃ４アルキルメタクリレートモノマーの例は、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート及び好ましくはメチルメタクリレートである。
【００１８】
場合によっては、Ｃ１〜Ｃ４アルキルメタクリレート及びビニル芳香族モノマーと共重合可能な一つ以上のさらなるモノマーを外側シェル組成に使用することもできる。さらなるモノマーとしては、以下のモノマー、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、デシルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ジビニルベンゼン、アルファメチルスチレン、パラメチルスチレン、クロロスチレン、ビニルトルエン、ジブロモスチレン、トリブロモスチレン、ビニルナフタレン、イソプロペニルナフタレンならびに高級（Ｃ１２〜Ｃ２０）アルキルメタクリレート及びアクリレート、たとえばラウリルメタクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルメタクリレート、ステアリルアクリレート、イソボルニルメタクリレートの一つ以上を挙げることができる。さらには、Ｃ１〜Ｃ４アルキルメタクリレートモノマー及びビニル芳香族モノマーを単独で又は互いに組み合わせて使用することができる。グラフトの程度は、基材ラテックス粒径及びグラフト反応条件に影響されやすく、粒径は、とりわけ凝固制御技術によって影響されうる。シェル１４は、種々のポリビニルモノマー、たとえばジビニルベンゼンなどを配合することによって重合中に架橋させることができる。
【００１９】
グラフト性モノマーは、同時又は順に反応混合物に加えることができ、順に加える場合、層、シェル１４又はいぼ状の付属物を、基材ラテックス、すなわちコア１６の周囲に付着させることができる。モノマーは、互いに様々な比率で加えることができる。好ましい耐衝撃性改良材は、ブタジエンベースのコアをメタクリレートベースのシェルとともに含み、たとえばメタクリレート−ブタジエン−スチレン（「ＭＢＳ」）ゴム状材料、たとえばParaloid（商標）EXL3607を含む。また、他の改良材は、メチルメタクリレートブチルアクリレート（「ＭＢＡ」）ゴム状材料、たとえば一般にエラストマーを４５〜９０重量％含有するParaloid（商標）3300コア−シェルポリマーを含む。両材料とも、米ペンシルバニア州フィラデルフィアのRohm and Haas社から市販されている。「Paraloid」は、Rohm and Haas社及びその系列会社の商標である。
【００２０】
好ましくは、耐衝撃性改良材４は、ゴム状（コア）材料を少なくとも４０重量％、より好ましくは少なくとも４５重量％、もっとも好ましくは少なくとも６０重量％含有する。耐衝撃性改良材４は、ゴム状材料を１００重量％まで含有することができ（以下、図３の説明を参照）、好ましくは、ゴム状材料を９５重量％未満、より好ましくは９０重量％未満含有し、残りは、少なくとも有意部分がエラストマー材料の周囲又はそれに対してグラフト重合又は架橋されている高弾性率ポリマーである。
【００２１】
場合によっては、本発明の耐衝撃性改良材は、加工助剤として有用であるポリマー粒子を含有することができる。一般に、加工助剤は、２５℃を超えるガラス転移温度（「Ｔg」）を示すポリマー組成物を有する。一般に、加工助剤は、１００万g/molを超える分子量（「ＭＷ」）を有するポリマー組成物を有する。より典型的には、加工助剤は、３００万g/molを超える分子量を有する。特定の用途では、加工助剤は、６００万g/molを超える分子量を有することができる。
【００２２】
場合によっては、本発明の耐衝撃改良材はまた、他のプラスチック用添加物、たとえばロウ、顔料、不透明剤、充填材、剥離粘土、トナー、帯電防止剤、金属、難燃剤、熱安定剤、補助安定剤、酸化防止剤、セルロース材料、他の耐衝撃性改良材、加工助剤、潤滑加工助剤、内部潤滑剤、外部潤滑剤、油、レオロジー改質剤、粉末流動助剤、メルトフロー助剤、分散剤、ＵＶ安定剤、可塑剤、充填材、光学改質剤、表面粗さ改質剤、表面化学改質剤、接着改質剤、表面硬化剤、相溶化剤、拡散バリヤ改質剤、補強剤、可撓性付与剤、離型剤、加工改質剤、発泡剤、断熱材、伝熱材、電子絶縁材、電子導体、生分解剤、帯電防止剤、内部用離型剤、カップリング剤、難燃剤、煙抑制剤、滴下防止剤、着色剤及びそれらの組み合わせを含むことができる。これら任意のプラスチック用添加物は、種々の粉末加工法、たとえば粉末ポストブレンド法、同時噴霧乾燥法及び同時凝集法により、後で加えることができる。
【００２３】
耐衝撃性改良材のコア−シェルポリマー粒子は典型的には、球形である。しかし、いかなる適切な形状を有することもできる。コア−シェルポリマー粒子の様々な形状は、ポリマー粒子技術の分野で公知の方法によって調製することができる。そのような適切な粒子形状の例は、ゴム状コア／硬質シェル不均質粒子、硬質シェル／ゴム状コア粒子、より複雑なモルフォロジー（たとえば三段の軟／軟／硬、軟／硬／軟、硬／軟／硬、四段の軟／硬／軟／硬など）を有する粒子、１：１を超えるアスペクト比を有する楕円形粒子、ラズベリー形粒子、マルチローブ形粒子、ダンベル形粒子、凝集粒子、バイローブ形粒子、角粒子、不規則形粒子及び中空球形粒子を含む。
【００２４】
本発明のもう一つの実施態様では、先に論じたように、図３は、全体がコア１６で構成された耐衝撃性改良材４を示す。この実施態様では、コア１６とシェル１４（図２）とは同じである。換言するならば、シェル１４がコア１６を被覆する（図２のように）のではなく、むしろ、コア１６を構成する材料が耐衝撃性改良材４である。
【００２５】
再び図１を参照すると、研磨パッド２はポリマーマトリックス材料６を含む。好ましいポリマーマトリックス材料としては、たとえばポリウレタンがある。ポリウレタン及び限られた混和性の連鎖セグメントを有する他のブロック又はセグメント化コポリマーは、各ブロック又はセグメントの性質に依存する性質を有する領域に分離する傾向を示す。このようなマトリックス材料のエラストマー挙動は、非晶質軟質セグメント領域における再編成によって連鎖延長を可能にする独特のモルフォロジーのためであり、他方、規則的な硬質セグメントは、材料がその結合性を維持するのに役立つ。このポリマー系は、少なくとも二つの成分、すなわち第一の高弾性率マトリックス及び材料の耐衝撃性を高めるようなやり方でマトリックス内に分散した第二の低弾性率成分を有する。加えて、さらなる構造、たとえば中空のポリマー微小球、水溶性粒子、砥粒及び繊維を研磨パッドに導入して研磨性能をさらに調節することも可能である。
【００２６】
二成分構造は、顕微鏡、たとえば透過型又はタッピングモード走査型プローブ顕微鏡をはじめとする電子顕微鏡を通して視覚化することができる。耐衝撃性改良材及びマトリックス材料の体積分率を測定するのに好ましい方法は、評価されるポリマー系によって異なる。
【００２７】
材料のモルフォロジー全体における、これら高弾性率成分及び低弾性成分の配置は、系中の各ブロック又はセグメントの量、混合法及びそれらの混和性に依存し、量が多い方の材料が一般にマトリックスとして作用し、量が少ない方の材料がそのマトリックスの中で島状部を形成する。本発明のパッドでは、これらの材料は、多孔性又は他の非耐衝撃性改良材充填材を除いて、高弾性率マトリックスを少なくとも５０容量％含有する。典型的な範囲は、多孔性又は他の非耐衝撃性改良材充填材を除いて、高弾性率マトリックス５０〜９８容量％及び、多孔性又は他の非耐衝撃性改良材充填材を除いて、高弾性率マトリックス５５〜９５容量％を含む。高弾性率ポリマーマトリックスのこのレベルでは、マトリックスは一般に、その中に混在する低弾性率ポリマーのある程度と連続的である。高弾性率ポリマー材料は、ＣＭＰ加工における平坦化には低弾性率材料よりも良好である傾向を示すが、ウェーハ上にスクラッチを生じさせる可能性も高い。
【００２８】
高弾性率成分は少なくとも１００MPaの弾性率を有する。好ましくは、高弾性率成分は、アラミドポリマーの場合で１００MPaから５，０００MPaまでの弾性率を有する。典型的な高弾性率成分は１００〜２，５００MPaの弾性率を有し、ポリウレタンタイプの高弾性率成分は２００〜１，０００MPaの弾性率を有する。
【００２９】
低弾性率成分は、好ましくは、少なくとも一つの方向、たとえば幅又は長さ方向に少なくとも１０nmの平均長さを有する。たとえば、低弾性率成分に典型的な平均長さ範囲は、少なくとも一つの方向に１０〜１，０００nm及び２０〜８００nmである。好ましくは、低弾性率成分の平均長さは、少なくとも一つの方向に４０〜５００nmである。
【００３０】
典型的なポリマー研磨パッドマトリックス材料としては、ポリカーボネート、ポリスルホン、ナイロン、エチレンコポリマー、ポリエーテル、ポリエステル、ポリエーテル−ポリエステルコポリマー、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、ポリカーボネート、ポリエチレンコポリマー、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、ポリエーテルイミド、ポリケトン、エポキシ樹脂、シリコーン類、それらのコポリマー及びそれらの混合物がある。好ましくは、ポリマー材料はポリウレタンであり、架橋ポリウレタンであってもよいし、非架橋ポリウレタンであってもよい。本明細書に関して、「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類から誘導される生成物、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。
【００３１】
キャスト成形ポリウレタンマトリックス材料は、半導体基材、光学基材及び磁性基材を平坦化するのに適している。パッドの具体的な研磨性は、一部には、プレポリマーポリオールと多官能性イソシアネートとのプレポリマー反応生成物から生じる。研磨パッドを形成するためには、プレポリマー生成物を、硬化剤ポリアミン、硬化剤ポリオール、硬化剤アルコールアミン類及びそれらの混合物からなる群より選択される硬化剤で硬化させる。
【００３２】
研磨パッドは、少なくとも０．１容量％の気孔濃度（porosity concentration）を含有することができる。気孔としては、ガス充填粒子、ガス充填球体及び他の手段、たとえばガスで粘稠系を機械的に泡立てる、ガスをポリウレタン溶融体に注入する、ガス状生成物との化学反応を使用してガスをその場で導入する、又は圧力を下げて溶解ガスによって気泡を形成させることによって形成される空隙がある。この気孔が、研磨中に研磨流体を移動させる研磨パッドの能力に寄与する。好ましくは、研磨パッドは、０．２〜７０容量％の気孔濃度を有する。もっとも好ましくは、研磨パッドは、０．３〜６５容量％の気孔濃度を有する。好ましくは、気孔粒子（pores particles）は、１〜１００μmの重量平均直径を有する。もっとも好ましくは、気孔粒子は、１０〜９０μmの重量平均直径を有する。膨張した中空ポリマー微小球の重量平均直径の公称範囲は１５〜９０μmである。さらには、高い気孔率と小さな孔径との組み合わせが欠陥率を下げるのに特に利点を有しうる。たとえば、研磨層の２５〜６５容量％を構成する２〜５０μmの孔径が欠陥率の低下を促進する。さらには、気孔率を４０〜６０容量％に維持すると、欠陥率に関して特に利点を得ることができる。さらには、多くの場合、気孔率のレベルを調節することによって酸化物：ＳｉＮ選択比が調節可能であり、その際、気孔率のレベルが高いほど酸化物選択比が低くなる。
【００３３】
好ましくは、ポリマーマトリックス材料は、コポリマーの一つ以上のブロック又はセグメントを多く含む相に分離することができるブロック又はセグメント化コポリマーである。もっとも好ましくは、ポリマー材料はポリウレタンである。パッドの研磨性を制御する手法は、その化学組成を変化させることである。加えて、原料及び製造法の選択が、ポリマーのモルフォロジー及び研磨パッドを製造するために使用される材料の最終的性質に影響する。
【００３４】
好ましくは、ウレタン製造は、多官能性芳香族イソシアネート及びプレポリマーポリオールからのイソシアナト末端ウレタンプレポリマーの調製を含む。本明細書に関して、プレポリマーポリオールという語は、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を含む。好ましくは、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］、ポリプロピレンエーテルグリコール［ＰＰＧ］、エステル系ポリオール、たとえばエチレン又はブチレンアジペート、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される。多官能性芳香族イソシアネート類の例としては、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及びそれらの混合物がある。多官能性芳香族イソシアネートは、脂肪族イソシアネート類、たとえば４，４′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート及びシクロヘキサンジイソシアネートを２０重量％未満しか含有しない。好ましくは、多官能性芳香族イソシアネートは、脂肪族イソシアネート類を１５重量％未満、より好ましくは１２重量％未満しか含有しない。
【００３５】
プレポリマーポリオールの例としては、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及びそれらの混合物がある。例示されたポリオールは、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、トリプロピレングリコール及びこれらの混合物をはじめとする低分子量ポリオール類と混合していることができる。
【００３６】
好ましくは、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、ポリエステルポリオール、ポリプロピレンエーテルグリコール、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される。プレポリマーポリオールがＰＴＭＥＧ、そのコポリマー又はその混合物であるならば、イソシアナト末端反応生成物は、好ましくは、５．０〜２０．０重量％の範囲の未反応ＮＣＯの重量％を有する。ＰＴＭＥＧ又はＰＰＧとブレンドしたＰＴＭＥＧで形成されたポリウレタンの場合、好ましいＮＣＯの重量％は８．７５〜１２．０の範囲であり、もっとも好ましくは８．７５〜１０．０の範囲である。ＰＴＭＥＧ系ポリオールの具体例は、InvistaのTerathane（登録商標）2900、2000、1800、1400、1000、650及び250、LyondellのPolymeg（登録商標）2900、2000、1000、650、BASFのPolyTHF（登録商標）650、1000、2000ならびに低分子量種、たとえば１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール及び１，４−ブタンジオールである。プレポリマーポリオールがＰＰＧ、そのコポリマー又はその混合物であるならば、イソシアナト末端反応生成物は、もっとも好ましくは、７．９〜１５．０重量％の未反応ＮＣＯ範囲を有する。ＰＰＧポリオールの具体例は、BayerのArcol（登録商標）PPG-425、725、1000、1025、2000、2025、3025及び4000、DowのVoranol（登録商標）1010L、2000L及びP400、いずれもBayerの製品ラインであるDesmophen（登録商標）1110BD、Acclaim（登録商標）Polyol 12200、8200、6300、4200、2200である。プレポリマーポリオールがエステル、そのコポリマー又はその混合物である場合、イソシアネート終端化反応生成物は、もっとも好ましくは、６．５〜１３．０重量％の未反応ＮＣＯ範囲を有する。エステルポリオールの具体例は、Polyurethane Specialities社のMillester 1、11、2、23、132、231、272、4、5、510、51、7、8、9、10、16、253、BayerのDesmophen（登録商標）1700、1800、2000、2001KS、2001K2、2500、2501、2505、2601、PE65B、BayerのRucoflex S-1021-70、S-1043-46、S-1043-55である。
【００３７】
典型的には、プレポリマー反応生成物を、硬化剤ポリオール、ポリアミン、アルコールアミン又はそれらの混合物と反応又は硬化させる。本明細書に関して、ポリアミンは、ジアミン及び他の多官能性アミンを含む。硬化剤ポリアミンの例としては、芳香族ジアミン又はポリアミン、たとえば４，４′−メチレン−ビス−ｏ−クロロアニリン［ＭＢＣＡ］、４，４′−メチレン−ビス−（３−クロロ−２，６−ジエチルアニリン）［ＭＣＤＥＡ］、ジメチルチオトルエンジアミン、トリメチレングリコールジ−ｐ−アミノベンゾエート、ポリテトラメチレンオキシドジ−ｐ−アミノベンゾエート、ポリテトラメチレンオキシドモノ−ｐ−アミノベンゾエート、ポリプロピレンオキシドジ−ｐ−アミノベンゾエート、ポリプロピレンオキシドモノ−ｐ−アミノベンゾエート、１，２−ビス（２−アミノフェニルチオ）エタン、４，４′−メチレン−ビス−アニリン、ジエチルトルエンジアミン、５−tert−ブチル−２，４−及び３−tert−ブチル−２，６−トルエンジアミン、５−tert−アミル−２，４−及び３−tert−アミル−２，６−トルエンジアミンならびにクロロトルエンジアミンがある。場合によっては、プレポリマーの使用を回避させる単一混合工程で研磨パッド用のウレタンポリマーを製造することも可能である。
【００３８】
研磨パッドを製造するために使用されるポリマーの成分は、好ましくは、得られるパッドのモルフォロジーが安定であり、再現しやすくなるように選択される。たとえば、４，４′−メチレン−ビス−ｏ−クロロアニリン［ＭＢＣＡ］をジイソシアネートと混合してポリウレタンポリマーを形成する場合、モノアミン、ジアミン及びトリアミンのレベルを制御することがしばしば有利である。モノ−、ジ−及びトリアミンの割合を制御することは、化学比及び得られるポリマー分子量を一貫した範囲内に維持することに貢献する。加えて、一貫した製造のためには、酸化防止剤のような添加物及び水のような不純物を制御することがしばしば重要である。たとえば、水はイソシアネートと反応して気体の二酸化炭素を形成するため、水の濃度を制御すると、ポリマーマトリックス中に気孔を形成する二酸化炭素気泡の濃度に影響を加えることができる。外からの水とのイソシアネートの反応はまた、連鎖延長剤との反応に利用可能なイソシアネートを減らし、したがって、化学量論比ならびに架橋のレベル（過剰なイソシアナト基がある場合）及び得られるポリマー分子量を変化させる。
【００３９】
ポリウレタンポリマー材料は、好ましくは、トルエンジイソシアネート及びポリテトラメチレンエーテルグリコールと芳香族ジアミンとのプレポリマー反応生成物から形成される。もっとも好ましくは、芳香族ジアミンは、４，４′−メチレン−ビス−ｏ−クロロアニリン又は４，４′−メチレン−ビス−（３−クロロ−２，６−ジエチルアニリン）である。好ましくは、プレポリマー反応生成物は、６．５〜１５．０重量％の未反応ＮＣＯを有する。この未反応ＮＣＯ範囲内の適切なプレポリマーの例は、Air Products and Chemicals社製のAirthane（登録商標）プレポリマーPET-70D、PHP-70D、PET-75D、PHP-75D、PPT-75D、PHP-80D及びChemtura製のAdiprene（登録商標）プレポリマーLFG740D、LF700D、LF750D、LF751D、LF753D、L325である。加えて、上記に挙げたもの以外の他のプレポリマーのブレンドを使用して、そのブレンドの結果として未反応ＮＣＯレベルの適切なパーセンテージを達成してもよい。上述のプレポリマーの多く、たとえばLFG740、LF700D、LF750D、LF751D及びLF753Dは、遊離ＴＤＩモノマーを０．１重量％未満しか有さず、従来のプレポリマーよりも一貫したプレポリマー分子量分布を有する低遊離イソシアネートプレポリマーであり、したがって、優れた研磨特性を有する研磨パッドを形成することを容易にする。この改善されたプレポリマー分子量一貫性及び低遊離イソシアネートモノマーが、より規則的なポリマー構造を与え、研磨パッド一貫性の改善に寄与する。大部分のプレポリマーの場合、低遊離イソシアネートモノマーは、好ましくは０．５重量％未満である。さらには、典型的には、より高いレベルの反応を有する「従来の」プレポリマー（すなわち、各末端をジイソシアネートによってキャップされた二つ以上のポリオール）及びより高いレベルの遊離トルエンジイソシアネートプレポリマーが同様な結果を出すはずである。加えて、低分子量ポリオール添加物、たとえばジエチレングリコール、ブタンジオール及びトリプロピレングリコールが、プレポリマー反応生成物の未反応ＮＣＯの重量％の制御を容易にする。
【００４０】
未反応ＮＣＯの重量％を制御することに加えて、硬化剤・プレポリマー反応生成物は、典型的には、未反応ＮＣＯに対するＯＨ又はＮＨ2の化学量論比８５〜１２０％、好ましくは８５〜１１０％を有し、もっとも好ましくは、未反応ＮＣＯに対するＯＨ又はＮＨ2の化学量論比９０超〜１０５％を有する。この化学量論比は、原料の化学量論レベルを提供することによって直接的に達成することもできるし、意図的に、又は外からの水分への暴露によってＮＣＯの一部を水と反応させることによって間接的に達成することもできる。
【００４１】
好ましくは、使用される耐衝撃性改良材４の量は、研磨パッドのポリマーマトリックスの合計重量％の１〜５０重量％、より好ましくは２〜２５重量％である。さらに、ポリマーマトリックスの高弾性率マトリックス成分に対して、低弾性率成分を所望に増減させるのに十分な量の耐衝撃性改良材４を使用することができる。特に、改善された耐衝撃性を研磨パッドに提供するのに十分な量の耐衝撃性改良材４を使用することができ、高弾性率マトリックス成分は、第二の低弾性率よりも少なくとも一桁は高い。より好ましくは、第一の弾性率は、第二の弾性率よりも少なくとも二桁は高く、改善された研磨性能を有する研磨パッドを提供する。
【００４２】
本発明の耐衝撃性改良材４は、乳化重合をはじめとする標準的な重合技術を使用して製造することができる。コア−シェルポリマーは、噴霧乾燥又は凝固をはじめとする様々な方法でエマルションから単離することができる。そして、コア−シェル構造を有する耐衝撃性改良材４を、本発明の研磨パッド２のマトリックスを構成するポリマー材料と混合することができる。加えて、耐衝撃性改良材４は、場合によっては、研磨パッド２のポリマーマトリックス中その場で成長させることもできる。あるいはまた、耐衝撃性改良材は、低温粉砕したのちポリマーマトリックスに加えることもできる。
【００４３】
次に図４を参照すると、本発明の研磨パッド２を使用するケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）システム３が示されている。ＣＭＰシステム３は、半導体基材、たとえば半導体ウェーハ７又は他の加工物、たとえば、とりわけガラス、シリコンウェーハ及び磁気情報記憶ディスクの研磨の際に研磨パッド２に適用されるスラリー４３又は他の液体研磨媒の利用度を改善するように設けられ、構成された複数の溝５（図示せず）を含む研磨層１を有する研磨パッド２を含む。便宜上、以後の記載では「ウェーハ」を使用する。しかし、当業者は、ウェーハ以外の加工物が本発明の範囲に入るということを理解するであろう。
【００４４】
ＣＭＰシステム３は、プラテンドライバ１１によって軸４１を中心に回転可能である研磨プラテン９を含むことができる。プラテン９は、研磨パッド２が取り付けられる上面１３を有することができる。軸１７を中心に回転可能であるウェーハキャリヤ１５が研磨層１の上方に支持されることができる。ウェーハキャリヤ１５は、ウェーハ７と係合する下面１９を有することができる。ウェーハ７は面２１を有し、この面が研磨層１と対面し、研磨中に平坦化される。ウェーハキャリヤ１５は、ウェーハ７を回転させ、ウェーハ面２１を研磨層１に押し付けるための下向きの力Ｆを提供して、研磨中にウェーハ面２１と研磨層１との間に所望の圧力を存在させるように適合されたキャリヤ支持アセンブリ２３によって支持されることができる。
【００４５】
ＣＭＰシステム３はまた、研磨層１にスラリー４３を供給するためのスラリー供給システム２５を含むことができる。スラリー供給システム２５は、スラリー４３を保持する貯蔵タンク２７、たとえば温度制御式貯蔵タンクを含むことができる。導管２９がスラリー４３を貯蔵タンク２７から研磨パッド２に隣接する位置まで運ぶことができ、その位置でスラリーが研磨層１の上にディスペンスされる。流量制御弁３１を使用してパッド２へのスラリー４３のディスペンスを制御してもよい。
【００４６】
ＣＭＰシステム３は、装填、研磨及び取り出し作業の間に種々のシステム構成部品、たとえばとりわけスラリー供給システム２５の流量制御弁３１、プラテンドライバ１１及びキャリヤ支持アセンブリ２３を制御するためのシステム制御装置３３を備えることができる。典型的な実施態様では、システム制御装置３３は、プロセッサ３５、プロセッサに接続されたメモリ３７ならびにプロセッサ、メモリ及びシステム制御装置の他の構成部品の動作を支援するための支援回路３９を含む。
【００４７】
研磨作業中、システム制御装置３３がプラテン９及び研磨パッド２を回転させ、スラリー供給システム２５を起動してスラリー４３を回転中の研磨パッド２上にディスペンスさせる。スラリーは、研磨パッド２の回転のために、研磨層１上に、ウェーハ７と研磨パッド２との隙間を含めて延展する。システム制御装置３３はまた、ウェーハ面２１が研磨層１に対して動くよう、ウェーハキャリヤ１５を、選択した速度、たとえば０〜１５０rpmで回転させることができる。システム制御装置３３はさらに、ウェーハ７と研磨パッド２との間に所望の圧力、たとえば０〜１５psi（０〜１０３kPa）の圧力を誘発するため、ウェーハキャリヤ１５を制御して下向きの力Ｆを提供することができる。システム制御装置３３はさらに、通常は０〜１５０rpmの速度で回転させられる研磨プラテン９の回転速度を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の研磨パッドの部分断面図である。
【図２】本発明の耐衝撃性改良材の分解図である。
【図３】本発明の耐衝撃性改良材のもう一つの実施態様の分解図である。
【図４】本発明の研磨パッドを使用するケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）システムの一部概略斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
1. Title of the Invention
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2. Detailed Description of the Invention
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3. Brief Description of Drawings
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1. Claims
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1. Abstract
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2. Representative Drawing
None
Fig. 1
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Fig. 2
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Fig. 3
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Fig. 4
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