(57)【要約】【課題】ＣＭＰにおける被研磨面の平坦性の向上と研磨欠陥（スクラッチ）の低減とを両立させることができる化学機械研磨パッド、および該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】本発明に係る化学機械研磨パッドは、複数の層から形成される研磨層を備えた化学機械研磨パッドであって、前記研磨層は、化学機械研磨を行う際に被研磨物と接触する研磨面を有する第１層と、前記第１層の研磨面に相対する面で前記第１層と接する第２層と、を少なくとも有し、前記第１層を２３℃の水に１時間浸漬した後に測定されたデュロＤ硬度（Ｄ１）と前記第２層を水に浸漬させずに測定されたデュロＤ硬度（Ｄ２）との関係がＤ１＜Ｄ２となることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の層から形成される研磨層を備えた化学機械研磨パッドであって、
前記研磨層は、化学機械研磨を行う際に被研磨物と接触する研磨面を有する第１層と、前記第１層の研磨面に相対する面で前記第１層と接する第２層と、を少なくとも有し、
前記第１層を２３℃の水に１時間浸漬した後に測定されたデュロＤ硬度（Ｄ１）と前記第２層を水に浸漬させずに測定されたデュロＤ硬度（Ｄ２）との関係がＤ１＜Ｄ２となることを特徴とする、化学機械研磨パッド。
【請求項２】
前記Ｄ１の値が３０Ｄ以上６０Ｄ以下である、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項３】
前記Ｄ２の値が５０Ｄ以上８５Ｄ以下である、請求項１または請求項２に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項４】
前記Ｄ２の値に対する前記Ｄ１の値（Ｄ１／Ｄ２）が０．５以上０．９以下である、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項５】
前記第１層は、水溶性粒子を含む、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の化学機械研磨パッドを用いて化学機械研磨する、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該化学機械研磨パッドを用いた化学機械研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体メモリに代表される大規模集積回路（ＬＳＩ）の集積化が進んでおり、それに伴い大規模集積回路の製造技術も高密度化が進んでいる。さらに、この高密度化に伴い、半導体デバイス製造箇所の積層数も増加している。そして、その積層数の増加によって生ずる半導体ウエハ主面の凹凸が問題となっている。
【０００３】
半導体装置の製造において、平坦面を形成することができる手法として、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下「ＣＭＰ」ともいう）が注目されている。ＣＭＰは、素子や配線が形成されたウエハ表面を化学機械研磨パッドの研磨層に押し付けた状態で相互に摺動させながら、化学機械研磨パッドの表面にスラリーを流下させて化学機械的に研磨を行う技術である。このＣＭＰにおいては、化学機械研磨パッドの性状および特性により、研磨速度、被研磨面のスクラッチや面内均一性等が大きく変化することが知られている。
【０００４】
化学機械研磨パッドとしては、例えば、ポリウレタンフォーム等の発泡樹脂からなる化学機械研磨パッド（例えば、特許文献１参照）や、非発泡マトリックス中に水溶性粒子を分散させた化学機械研磨パッド（例えば、特許文献２参照）が用いられている。また、研磨パッド表面を柔軟にすることにより、研磨屑等による研磨傷（スクラッチ）を低減させる技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。一方、硬度の異なる材料を積層させた積層型の研磨層を備えた研磨パッドを用いることで、平坦性を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献４ないし７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−７０４６３号公報
【特許文献２】特開２０００−３４４１６号公報
【特許文献３】特開２００３−３３２２７７号公報
【特許文献４】特開平１０−１３８１２３号公報
【特許文献５】特開２０００−２０２７６３号公報
【特許文献６】国際公開第２００２／４３９２１号パンフレット
【特許文献７】特開２００４−１０６１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、特許文献３に記載されている化学機械研磨パッドは、研磨屑等を柔軟な研磨層の表面で包み込むことで、被研磨面と研磨屑等とが強い圧力で押し付けられることを回避させ、その結果研磨傷（スクラッチ）の発生を低減させることができる。しかしながら、この化学機械研磨パッドは、被研磨物の凹凸に追随して研磨層の表面が容易に変形してしまうため、被研磨物の平坦性を向上させることができなかった。
【０００７】
また、特許文献４ないし７に記載されている化学機械研磨パッドは、被研磨物と接触する研磨面を有する層の硬度を大きくすることにより、被研磨物の平坦性を向上させることができる。しかしながら、これらの化学機械研磨パッドは、被研磨物と研磨面を有する層との間に入り込んだ研磨屑等により、研磨傷（スクラッチ）が発生する場合があった。
【０００８】
そこで、本発明に係る幾つかの態様は、上記課題を解決することで、ＣＭＰにおける被研磨面の平坦性の向上と研磨欠陥（スクラッチ）の低減とを両立させることができる化学機械研磨パッド、および該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ものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【００１０】
［適用例１］
本発明に係る化学機械研磨パッドの一態様は、
複数の層から形成される研磨層を備えた化学機械研磨パッドであって、
前記研磨層は、化学機械研磨を行う際に被研磨物と接触する研磨面を有する第１層と、前記第１層の研磨面に相対する面で前記第１層と接する第２層と、を少なくとも有し、
前記第１層を２３℃の水に１時間浸漬した後に測定されたデュロＤ硬度（Ｄ１）と前記第２層を水に浸漬させずに測定されたデュロＤ硬度（Ｄ２）との関係がＤ１＜Ｄ２となることを特徴とする。
【００１１】
［適用例２］
適用例１の化学機械研磨パッドにおいて、前記Ｄ１の値が３０Ｄ以上６０Ｄ以下であることができる。
【００１２】
［適用例３］
適用例１または適用例２の化学機械研磨パッドにおいて、前記Ｄ２の値が５０Ｄ以上８５Ｄ以下であることができる。
【００１３】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一例の化学機械研磨パッドにおいて、前記Ｄ２の値に対する前記Ｄ１の値（Ｄ１／Ｄ２）が０．５以上０．９以下であることができる。
【００１４】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一例の化学機械研磨パッドにおいて、前記第１層は、水溶性粒子を含むことができる。
【００１５】
［適用例６］
本発明に係る化学機械研磨方法の一態様は、
適用例１ないし適用例５のいずれか一例に記載の化学機械研磨パッドを用いて化学機械研磨することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る化学機械研磨パッドによれば、ＣＭＰにおいてスラリーに晒される第１層のデュロＤ硬度よりもスラリーに晒されていない第２層のデュロＤ硬度の方が大きいため、第２層によって第１層がグローバルに変形することを緩和することができる。その結果、被研磨物の平坦性を向上させることができる。また、第２層よりも第１層の研磨面を柔らかくすることができるため、研磨屑等を柔軟な第１層の研磨面で包み込むことで、被研磨面と研磨屑等とが強い圧力で押し付けられることを回避でき、研磨傷（スクラッチ）の発生を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の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】研磨層におけるデュロＤ硬度の概念を説明するための模式図である。
【図３】図１における領域Ｉの拡大図である。
【図４】本実施の形態に係る化学機械研磨パッドを模式的に示す平面図である。
【図５】第１の変形例に係る化学機械研磨パッドを模式的に示す平面図である。
【図６】第２の変形例に係る化学機械研磨パッドを模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本明細書中において、単に「硬度」というときはデュロＤ硬度のことを指す。
【００１９】
１．化学機械研磨パッド
本実施の形態に係る化学機械研磨パッドの構成としては、少なくとも一方の面に研磨層を備えていれば特に限定されない。前記研磨層は、複数の層から形成されており、化学機械研磨を行う際に被研磨物と接触する面（以下、単に「研磨面」ともいう）を有する第１層と、前記第１層の研磨面と相対する面で前記第１層と接する第２層と、を少なくとも有する。以下、本実施の形態に係る化学機械研磨パッドについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本実施の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１に示すように、本実施の形態に係る化学機械研磨パッド１００は、研磨層１０と、研磨装置用定盤３０と接触する面に形成された支持層２０と、を含む。
【００２１】
１．１．研磨層
図１に示すように、研磨層１０は、研磨面１１を有する第１層１２と、第１層１２の研磨面１１と相対する面で第１層１２と接する第２層１３と、を少なくとも有している。第２層１３の裏面（第１層１２と接する面と相対する面）には、さらに研磨層を構成する別の層が設けられていてもよい。また、第１層１２の研磨面１１には、後述するような凹部が設けられていてもよい。
【００２２】
なお、図１に示す研磨層１０は、材質の異なる２種以上の層を一体成形することにより得られる積層構造体である。ここで、材料の異なる２種以上の層を一体成形した積層構造体とは、材料の異なる層を両面テープや接着剤を用いて接着せずに、加熱および／またはプレス等により直接貼り合わせた構造体のことをいう。したがって、研磨層１０と支持層２０との積層構造体は、後述するように両面テープや接着剤を用いて貼り合わせた積層構造体であるから、研磨層とは明確に区別される。
【００２３】
なお、第１層１２を構成する材料と第２層１３を構成する材料との親和性が高い場合、加熱および／またはプレス等による一体成形により第１層１２と第２層１３との境界が不明確となることがあるが、研磨層１０はこのような構成であっても構わない。また、研磨層１０は、研磨面１１からその裏面へ至る材質が連続的に変化する傾斜材料により構成されていてもよい。
【００２４】
第１層１２は、素子や配線が形成されたウエハ表面を研磨面１１に押し付けた状態で相互に摺動させながら、研磨面１１にスラリーを流下させて化学機械的に研磨を行う機能を有する。一方、第２層１３は、素子や配線が形成されたウエハ表面を第１層１２の研磨面に押し付けた場合に発生するグローバルな変形を緩和する機能を有する。
【００２５】
研磨層１０を構成する第１層１２および第２層１３の材質は、後述するデュロＤ硬度の関係を満たしさえすれば特に限定されないが、例えば、イソシアネートとポリオールとを反応させて得られる熱可塑性ポリウレタンや、ブタジエンゴム、１，２−ポリブタジエン、イソプレンゴム、アクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スチレン−イソプレンゴム等を架橋反応させた架橋ゴム等が挙げられる。これらの架橋ゴムの中でも、有機過酸化物を用いて架橋されたものが好ましく、１，２−ポリブタジエンを用いることがより好ましい。１，２−ポリブタジエンを用いると、他の架橋ゴムと比べて硬度の高いゴムが得られやすい。
【００２６】
研磨面１１を有する第１層１２中には、分散された状態の水溶性粒子が含まれていてもよい。第１層１２中に水溶性粒子が含まれていると、研磨面１１がスラリーに晒されることにより研磨面１１から水溶性粒子が遊離して、該スラリーを保持することのできる空孔（ポア）が形成される。この空孔によりスラリーが保持されるので、研磨層１０の研磨性能を向上させることができる。
【００２７】
このような水溶性粒子としては、有機水溶性粒子および無機水溶性粒子が挙げられる。有機水溶性粒子としては、例えば、糖類（澱粉、デキストリンおよびシクロデキストリン等の多糖類、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、スルホン化ポリイソプレン、スルホン化イソプレン共重合体等が挙げられる。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、臭化カリウム、リン酸カリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硝酸カルシウム等が挙げられる。これらの水溶性粒子は、前記各材料を１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２８】
また、この水溶性粒子の平均粒径は、好ましくは０．５〜２００μｍである。水溶性粒子が化学機械研磨パッドの研磨層表面から遊離することにより形成される空孔の大きさは、好ましくは０．１〜５００μｍ、より好ましくは０．５〜２００μｍである。水溶性粒子の平均粒径が前記範囲にあると、高い研磨速度を示し、且つ、機械的強度に優れた研磨層を有する化学機械研磨パッドを製造することができる。
【００２９】
水溶性粒子の含有量は、熱可塑性ポリウレタンまたは架橋ゴム１００質量部に対して、３〜１５０質量部であることが好ましい。水溶性粒子の含有量が前記範囲内にあると、化学機械研磨において高い研磨速度を示し、且つ、適正な硬度その他の機械的強度を有する化学機械研磨パッドを製造することができる。
【００３０】
化学機械研磨パッド１００において、第１層１２を２３℃の水に１時間浸漬した後に測定されたデュロＤ硬度をＤ１とし、第２層１３を水に浸漬させずに測定されたデュロＤ硬度をＤ２とした場合に、Ｄ１＜Ｄ２の関係が成立する。
【００３１】
このような測定条件としたのは、以下の理由による。第１層１２の研磨面１１は、化学機械研磨の際にスラリーに晒される。一方、第２層１３は、第１層１２と支持層２０との間に挟持されているため、スラリーにはほとんど晒されることがない。したがって、実ＣＭＰ時における研磨層１０の状態を再現するためには、２３℃の水に１時間浸漬させた状態の第１層１２を準備してデュロＤ硬度（Ｄ１）を測定し、水に浸漬させない状態の第２層１３を準備してデュロＤ硬度（Ｄ２）を測定した上で、それらの値を比較するのがよいと考えられるからである。
【００３２】
Ｄ１＜Ｄ２であると、第１層１２の研磨面１１のグローバルな押し込み変形に対して、第２層１３により第１層１２がグローバルに変形することを緩和することができる。これにより、研磨層１０全体の平坦性が維持されるので、被研磨物の平坦性を向上させることができる。また、第２層１３よりも第１層１２の研磨面１１の硬度を低くすることができるため、研磨屑等を柔軟な第１層１２の研磨面で包み込むことで、被研磨面と研磨屑等とが強い圧力で押し付けられることを回避でき、研磨傷（スクラッチ）の発生を低減させることができる。
【００３３】
一方、Ｄ１≧Ｄ２であると、第１層１２の研磨面１１のグローバルな押し込み変形に追随して第２層１３もグローバルに変形してしまう。したがって、研磨層１０全体の平坦性を維持できず、被研磨物の平坦性が得られにくい。また、第１層１２の研磨面１１は、第２層１３以上の硬度を有するため、被研磨面と研磨屑等とが強い圧力で押し付けられて、研磨傷（スクラッチ）が発生する場合がある。
【００３４】
第１層１２を２３℃の水に１時間浸漬した後に測定したデュロＤ硬度（Ｄ１）は、３０Ｄ以上６０Ｄ以下であることが好ましく、３５Ｄ以上５０Ｄ以下であることがより好ましい。デュロＤ硬度（Ｄ１）が前記範囲にあると、研磨屑等を第１層１２の研磨面１１で包み込むことにより、被研磨面と研磨屑等とが強い圧力で押し付けられることを回避でき、研磨傷（スクラッチ）の発生を低減させる効果がより高い。
【００３５】
第２層１３を水に浸漬させずに測定したデュロＤ硬度（Ｄ２）は、５０Ｄ以上８５Ｄ以下であることが好ましく、６０Ｄ以上８０Ｄ以下であることがより好ましい。研磨対象である素子や配線が形成されたウエハを第１層１２の研磨面１１に押し付ける際の圧力は、ウエハの損壊等を考慮すると自ずと限界がある。デュロＤ硬度（Ｄ２）が前記範囲にあれば、その限界の押し付け圧をウエハに加えたとしても、第１層１２のグローバルな押し込み変形を緩和させることができ、被研磨物の平坦性が維持される。
【００３６】
本実施の形態に係る化学機械研磨パッド１００において、前記Ｄ２の値に対する前記Ｄ１の値（Ｄ１／Ｄ２）は０．５以上０．９以下であることが好ましく、０．６以上０．８以下であることがより好ましい。Ｄ１／Ｄ２が前記範囲にあると、第１層と第２層とのデュロＤ硬度のバランスが最適となり、被研磨物の平坦性の向上と研磨傷（スクラッチ）の低減とを両立させることが容易となる。
【００３７】
図２は、研磨層におけるデュロＤ硬度の概念を説明するための模式図である。図２（Ａ）に示すように研磨工程を模して研磨層１０に対して上方から加重をかけると、図２（Ｂ）に示すように研磨層１０が撓むことになる。デュロＤ硬度とは、このように研磨工程において加重をかけた場合の研磨層１０のマクロな撓みの程度を示す指標となる。
【００３８】
本発明において、研磨層のデュロＤ硬度は、「ＪＩＳ  Ｋ６２５３」に準拠した方法で測定することができる。具体的には、平坦で堅固な面に試験片を置き、タイプＤデュロメータの加圧板が試験片の表面に平行に維持され、且つ、押針が試験片の表面に対して直角となるようにタイプＤデュロメータを保持し、衝撃を与えないように加圧板を試験片に接触させる。押針先端は、試験片の端から１２ｍｍ以上離れた位置で測定する。加圧板を試験片に接触させた後、１５秒後に読取りを行う。測定点数は６ｍｍ以上離れた位置で５回測定し、その中央値をデュロＤ硬度とする。
【００３９】
第１層１２のデュロＤ硬度（Ｄ１）は、以下のようにして測定することができる。まず、２３℃の水を容器に入れる。次いで、第１層１２の試験片をその水に１時間浸漬させる。その試験片を前述した方法で測定することによりデュロＤ硬度（Ｄ１）を得る。
【００４０】
第２層１３のデュロＤ硬度（Ｄ２）は、以下のようにして測定することができる。まず、サブパッド等の一体成形されていない層がある場合には、これらの付加された層を剥離する。さらに、第１層１２と第２層１３とを切削等の手段により剥離して、第２層１３の試験片を作製する。その試験片を前述した方法で測定することによりデュロＤ硬度（Ｄ２）を得る。
【００４１】
研磨層１０の平面形状は、特に限定されないが、例えば円形状であることができる。研磨層１０の平面形状が円形状である場合、その大きさは、好ましくは直径１５０ｍｍ〜１２００ｍｍ、より好ましくは直径５００ｍｍ〜１０００ｍｍである。研磨層１０の厚さは、好ましくは０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ、より好ましくは１．０ｍｍ〜４．０ｍｍ、特に好ましくは１．５ｍｍ〜３．５ｍｍである。なお、第１層１２の厚さは、好ましくは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ、より好ましくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。第２層１３の厚さは、好ましくは１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ、より好ましくは１．５ｍｍ〜２．８ｍｍである。各層の厚さが前記範囲であると、被研磨物に対する研磨面の変形が最適化され、被研磨物の平坦性の向上と研磨傷（スクラッチ）の低減とを両立させることができるため好ましい。また、第１層１２の厚さと第２層１３の厚さとの比率（第１層１２の厚さ／第２層１３の厚さ）は、好ましくは０．０３〜０．５、より好ましくは０．０３〜０．２である。各層の厚さの比率が前記範囲であると、被研磨物に対する研磨面の変形が最適化され、被研磨物の平坦性の向上と研磨傷（スクラッチ）の低減とを両立させることができるため好ましい。
【００４２】
図３は、図１における領域Ｉの拡大図であり、研磨層１０の詳細な形状を模式的に示した断面図である。図３に示すように、研磨面には、複数の凹部１６が設けられていることが好ましい。凹部１６は、化学機械研磨の際に供給されるスラリーを保持し、これを研磨面に均一に分配すると共に、研磨屑や使用済みのスラリー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。
【００４３】
凹部１６の断面形状は、特に限定されないが、例えば平坦な側面および底面から形成された形状、多角形形状、Ｕ字形状、Ｖ字形状等とすることができる。凹部１６の深さａは、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．１ｍｍ〜２．５ｍｍ、特に好ましくは０．２ｍｍ〜２．０ｍｍとすることができる。凹部１６の幅ｂは、０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．１ｍｍ〜５．０ｍｍ、特に好ましくは０．２ｍｍ〜３．０ｍｍとすることができる。研磨面において、隣接する凹部１６の間隔ｃは、好ましくは０．０５ｍｍ以上、より好ましくは０．０５ｍｍ〜１００ｍｍ、特に好ましくは０．１ｍｍ〜１０ｍｍとすることができる。また、凹部の幅と隣り合う凹部の間の距離との和であるピッチｄは、好ましくは０．１５ｍｍ以上、より好ましくは０．１５ｍｍ〜１０５ｍｍ、特に好ましくは０．６ｍｍ〜１３ｍｍとすることができる。前記範囲の形状を有する凹部１６を形成することで、被研磨面のスクラッチ低減効果に優れ、寿命の長い化学機械研磨パッドを容易に製造することができる。
【００４４】
前記各好ましい範囲は、各々の組合せとすることができる。すなわち、例えば、深さａが０．１ｍｍ以上、幅ｂが０．１ｍｍ以上、間隔ｃが０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、深さａが０．１ｍｍ〜２．５ｍｍ、幅ｂが０．１ｍｍ〜５．０ｍｍ、間隔ｃが０．０５ｍｍ〜１００ｍｍであることがより好ましく、深さａが０．２ｍｍ〜２．０ｍｍ、幅ｂが０．２ｍｍ〜３．０ｍｍ、間隔ｃが０．１ｍｍ〜１０ｍｍであることが特に好ましい。
【００４５】
また、凹部１６の内面の表面粗さ（Ｒａ）は、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。凹部１６の内面の表面粗さ（Ｒａ）が前記範囲にあれば、化学機械研磨の際にスクラッチの原因となるような凹凸が凹部１６の内面に実質的に存在しない状態であるといえる。凹部１６の内面に凹凸、特に大きな凸部（例えば、凹部１６の形成時に生じる削り残し）が存在する場合には、化学機械研磨の際に該凸部が脱離することで、被研磨面のスクラッチを引き起こすことがある。さらに、この脱離した凸部が研磨中の圧力や摩擦熱等により圧縮される等して形成される異物や、脱離した凸部と研磨屑、スラリー中の固形分等とが作用して形成される異物によってもスクラッチを引き起こすことがある。また、ドレッシング時においても前記凸部が脱離して同様な不具合を招くことがある。
【００４６】
また、凹部１６の内面の表面粗さ（Ｒａ）が前記範囲にあると、スクラッチを防止できることに加えて、前記凹部としての機能、特にスラリーを研磨面に分配する機能および廃棄物を外部へ排出する機能が効率良く発揮される。
【００４７】
凹部内面の表面粗さ（Ｒａ）は、以下のようにして測定することができる。まず、使用前の化学機械研磨パッドの研磨層１０に設けられた凹部の内面のうち任意の部位について、表面粗さ測定機（例えば、株式会社ミツトヨ製、「ＳＵＲＦＴＥＳＴ」）を用いて、速度０．５ｍｍ／ｓ、基準長さ０．８ｍｍの条件で縦方向および横方向についてそれぞれ５区間の粗さ曲線を２回測定する。得られた粗さ曲線から、平均線から測定曲線までの偏差の絶対値の平均を、凹部内面の表面粗さ（Ｒａ）とする。
【００４８】
図４は、本実施の形態に係る化学機械研磨パッド１００の平面図である。図４に示すように、凹部１６は、研磨面１１の中心から外縁方向へ向かって徐々に直径の拡大する複数の同心円状に形成することができる。
【００４９】
図５は、第１の変形例に係る化学機械研磨パッド２００の平面図であり、図４に対応する図である。第１の変形例に係る化学機械研磨パッド２００は、環状に設けられた複数の凹部１６の他に、研磨面１１の中心から外縁方向に向かって放射状に伸びる複数の凹部１７および凹部１８をさらに含む点で研磨層１０とは異なる。ここで、中心部とは、研磨層の重心を中心とした半径５０ｍｍの円で囲まれた領域をいう。凹部１７および凹部１８は、この「中心部」のうち任意の位置から外縁方向に伸びていればよく、その形状は、例えば直線状もしくは円弧状またはこれらを組み合わせた形状であってもよい。凹部１７および凹部１８の断面形状は、上述した凹部１６と同様であることができる。第１の変形例に係る化学機械研磨パッド２００のその他の構成については、図１および図３を用いて説明した研磨層１０の構成と同様であるので説明を省略する。
【００５０】
図６は、第２の変形例に係る化学機械研磨パッド３００の平面図であり、図４に対応する図である。第２の変形例に係る化学機械研磨パッド３００は、環状に設けられた複数の凹部１６の他に、研磨面１１の中心から外縁方向に向かって放射状に伸びる複数の凹部１９をさらに含む点で上述した研磨層１０とは異なる。凹部１９の断面形状は、上述した凹部１６と同様であることができる。第２の変形例に係る化学機械研磨パッド３００のその他の構成については、図１および図３を用いて説明した研磨層１０の構成と同様であるので説明を省略する。
【００５１】
以上凹部の平面形状について説明したが、凹部の平面形状は、上記の実施形態に特に限定されず、被研磨対象により適宜最適な形状とすることができる。凹部の平面形状は、例えば、三角形、四角形、五角形等の多角形状や、楕円状、螺旋状等としてもよい。また、研磨面に設けられる凹部の数も特に限定されない。
【００５２】
１．１．２．支持層
支持層２０は、化学機械研磨パッド１００において、研磨装置用定盤３０に研磨層１０を支持するために用いられる。したがって、研磨層１０のみで研磨装置用定盤３０に支持することができる場合には、支持層２０を設けなくてもよい。支持層２０は、接着層であってもよいし、接着層を両面に有するクッション層であってもよい。
【００５３】
接着層は、例えば粘着シートからなることができる。粘着シートの厚さは、５０μｍ〜２５０μｍであることが好ましい。５０μｍ以上の厚さを有することで、研磨層１０の研磨面１１側からの圧力を十分に緩和することができ、２５０μｍ以下の厚さを有することで、凹凸の影響を研磨性能に与えない程度に均一な厚みを有する化学機械研磨パッド１００が得られる。
【００５４】
粘着シートの材質としては、研磨層１０を研磨装置用定盤３０に固定することができれば特に限定されないが、研磨層１０より弾性率の低いアクリル系またはゴム系の材質であることが好ましい。
【００５５】
粘着シートの接着強度は、化学機械研磨パッドを研磨装置用定盤に固定することができれば特に限定されないが、「ＪＩＳ  Ｚ０２３７」の規格で粘着シートの接着強度を測定した場合、その接着強度が好ましくは３Ｎ／２５ｍｍ以上、より好ましくは４Ｎ／２５ｍｍ以上、特に好ましくは１０Ｎ／２５ｍｍ以上である。
【００５６】
クッション層は、研磨層１０よりもデュロＤ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）または非多孔質体であってもよい。クッション層としては、例えば、発泡ポリウレタン等を成形した層が挙げられる。クッション層の厚さは、好ましくは０．１ｍｍ〜５．０ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである。
【００５７】
２．化学機械研磨パッドの製造方法
本実施の形態に係る化学機械研磨パッドを構成する研磨層の製造方法は、前述した第１層と第２層のデュロＤ硬度の関係を満たす限り特に限定されない。具体的な製造方法としては、例えば、一般的なシート成形法を用いて研磨層の第１層や第２層を構成するシート状成形体を作製し、その２種類のシート状成形体を融着することにより積層構造体を得る方法が挙げられる。一般的なシート成形法としては、１２０℃〜２３０℃で加熱して可塑化した樹脂組成物をプレス機または射出成形機で冷却固化させる方法、Ｔダイを備えたエクストルーダーを用いて可塑化・シート化する方法等が挙げられる。かかる成形条件を適宜調整することでデュロＤ硬度をコントロールすることもできる。
【００５８】
このようにして得られた研磨層は、切削加工により研磨面に凹部を形成してもよい。また、凹部となるパターンがあらかじめ形成された金型を用いて、樹脂組成物を金型成型することにより研磨層の外形と共に、研磨層に凹部を同時に形成することもできる。
【００５９】
３．化学機械研磨方法
本実施の形態に係る化学機械研磨方法は、前述した化学機械研磨パッドを用いて化学機械研磨することを特徴とする。すなわち、本実施の形態に係る化学機械研磨方法によれば、化学機械研磨の際にスラリーに晒される第１層のデュロＤ硬度よりもスラリーに晒されていない第２層のデュロＤ硬度の方が大きいため、第２層によって第１層がグローバルに変形することを緩和することができる。その結果、被研磨物の平坦性を向上させることができる。また、第２層よりも第１層の研磨面を柔らかくすることができるため、研磨屑等を柔軟な第１層の研磨面で包み込むことで、被研磨面と研磨屑等とが強い圧力で押し付けられることを回避でき、研磨傷（スクラッチ）の発生を低減させることができる。
【００６０】
本実施の形態に係る化学機械研磨方法においては、市販の化学機械研磨装置を用いることができる。市販の化学機械研磨装置としては、例えば、型式「ＥＰＯ−１１２」、型式「ＥＰＯ−２２２」（以上、株式会社荏原製作所製）；型式「ＬＧＰ−５１０」、型式「ＬＧＰ−５５２」（以上、ラップマスターＳＦＴ社製）；型式「Ｍｉｒｒａ」（アプライドマテリアル社製）等が挙げられる。
【００６１】
また、スラリーとしては、研磨対象（銅膜、絶縁膜、低誘電率絶縁膜等）に応じて適宜最適なものを選択することができる。
【００６２】
４．実施例
以下、本発明の実施形態を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６３】
４．１．シート状成形体の作製例
４．１．１．シート状成形体（ＲＢ−１）
１，２−ポリブタジエン（ＪＳＲ株式会社製、デュロＤ硬度４７Ｄ、商品名「ＲＢ８３０」）８０体積部に、β−サイクロデキストリン（塩水港精糖株式会社製、商品名「デキシパールβ−１００」、平均粒径２０μｍ）２０体積部、有機過酸化物（日油株式会社製、商品名「パークミルＤ−４０」）０．３体積部を混練した組成物を得た後、プレス金型内１７０℃で圧縮成形し、直径８４５ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの円柱状のシート状成形体（ＲＢ−１）を作製した。
【００６４】
４．１．２．シート状成形体（ＲＢ−２）
１，２−ポリブタジエン（ＪＳＲ株式会社製、デュロＤ硬度３２Ｄ、商品名「ＲＢ８１０」）１００体積部に対して、有機過酸化物（日油株式会社製、商品名「パークミルＤ−４０」）０．３体積部を混練した組成物を得た後、プレス金型内１７０℃で圧縮成形し、直径８４５ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの円柱状のシート状成形体（ＲＢ−２）を作製した。
【００６５】
４．１．３．シート状成形体（ＲＢ−３）
「４．１．２．シート状成形体（ＲＢ−２）」の作製例において、有機過酸化物（日油株式会社製、商品名「パークミルＤ−４０」）の添加量を０．１２体積部としたこと以外は同様にして、同形状のシート状成形体（ＲＢ−３）を作製した。
【００６６】
４．１．４．シート状成形体（ＰＵ−１）
熱可塑性ポリウレタン（ＢＡＳＦ社製、商品名「エラストラン１１８０Ａ」）をプレス金型内１７０℃で圧縮成形し、直径８４５ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの円柱状のシート状成形体（ＰＵ−１）を作製した。
【００６７】
４．１．５．シート状成形体（ＰＵ−２）
熱可塑性ポリウレタン（ＢＡＳＦ社製、商品名「エラストラン１１７４Ｄ」）をプレス金型内１７０℃で圧縮成形し、直径８４５ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの円柱状のシート状成形体（ＰＵ−２）を作製した。
【００６８】
４．１．６．シート状成形体（ＰＵ−３）
空気雰囲気下で、撹拌機を備えた２Ｌの４つ口セパラブルフラスコに、ポリオキシエチレンビスフェノールＡエーテル（日油株式会社製、商品名「ユニオールＤＡ４００」）を６２質量部投入し、４０℃に調温して撹拌した。次いで、上記フラスコに、８０℃の油浴で溶解させた４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（日本ポリウレタン工業株式会社製、商品名「ＭＩＬＬＩＯＮＡＴＥ  ＭＴ」）を３８質量部加え、１５分撹拌・混合した。次いで、得られた混合物を表面加工されたＳＵＳ製のバットに拡げ、１１０℃で１時間静置して反応させ、さらに８０℃で１６時間アニールし、熱可塑性ポリウレタンを得た。この熱可塑性ポリウレタンをプレス金型内１７０℃で圧縮成形し、直径８４５ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの円柱状のシート状成形体（ＰＵ−３）を作製した。
【００６９】
４．２．化学機械研磨パッドの製造例
４．２．１．実施例１
前記シート状成形体（ＲＢ−１）と前記シート状成形体（ＲＢ−２）とを重ね合わせて、金型内１８０℃で圧縮し一体成形した。この一体成形した積層シートをサンドペーパーで研磨し、厚みを調整して、さらに切削加工機（加藤機械株式会社製）により幅０．５ｍｍ、ピッチ１．５ｍｍ、深さ１．０ｍｍの同心円状の凹部を形成し外周部を切り離すことで、シート状成形体（ＲＢ−１）を第１層およびシート状成形体（ＲＢ−２）を第２層とした直径６００ｍｍ、厚さ２．５ｍｍの研磨層を得た。このようにして作製した研磨層の裏面（凹部を形成していない面）に両面テープ＃４２２ＪＡ（３Ｍ社製）をラミネートし、化学機械研磨パッドを作製した。
【００７０】
４．２．２．実施例２〜５、比較例１〜４
研磨層を構成する材料を表１に記載のように変更したこと以外は、実施例１と同様にして化学機械研磨パッドを作製した。
【００７１】
４．２．３．比較例５
市販の化学機械研磨パッド（ＲＯＨＭ＆ＨＡＡＳ社製、商品名「ＩＣ１０００」、熱架橋ポリウレタン樹脂により研磨層が作製されている）を使用した。
【００７２】
４．３．デュロＤ硬度の測定方法
研磨層の第１層とするシート状成形体から試験片を作製し、その試験片を２３℃の水に１時間浸漬させた後、ＪＩＳ  Ｋ６２５３に準じて、硬度測定機（エクセル株式会社製、型式「デュロメーター  ＲＨ−２０１ＡＤ」）によりその試験片のデュロＤ硬度を測定した。
【００７３】
また、研磨層の第２層とするシート状成形体から試験片を作製し、その試験片を水に浸漬させずに、ＪＩＳ  Ｋ６２５３に準じて、硬度測定機（エクセル株式会社製、型式「デュロメーター  ＲＨ−２０１ＡＤ」）によりその試験片のデュロＤ硬度を測定した。得られたデュロＤ硬度の測定結果を表１に併せて示す。
【００７４】
なお、比較例５の市販の化学機械研磨パッドにおいては、裏面に貼付されている両面テープを剥離した後、試験片を作製し、前述の第１層および第２層のデュロＤ硬度をそれぞれ測定した。得られたデュロＤ硬度の結果を表１に併せて示す。
【００７５】
４．４．化学機械研磨の評価
前記「４．２．化学機械研磨用パッドの製造例」で作製した化学機械研磨パッドを化学機械研磨装置（荏原製作所社製、形式「ＥＰＯ−１１２」）に装着し、ドレッサー（アライド社製、商品名「＃３２５−６３Ｒ」）を用いてテーブル回転数２０ｒｐｍ、ドレッシング回転数１９ｒｐｍ、ドレッシング荷重５．１ｋｇｆの条件でドレッシングを３０分行った。その後、ドレッシングした化学機械研磨パッドを用いて以下の条件にて化学機械研磨を行い、研磨特性を評価した。
・ヘッド回転数：６１ｒｐｍ
・ヘッド荷重：３ｐｓｉ（２０．６ｋＰａ）
・テーブル回転数：６０ｒｐｍ
・スラリー供給速度：３００ｃｍ３／分
・スラリー：ＣＭＳ８４０１／ＣＭＳ８４５２（ＪＳＲ株式会社製）
【００７６】
４．４．１．平坦性の評価
被研磨物としてシリコン基板上にＰＥＴＥＯＳ膜を５，０００オングストローム順次積層させた後、「ＳＥＭＡＴＥＣＨ  ８５４」マスクパターン加工し、その上に２５０オングストロームのタンタルナイトライド膜、１，０００オングストロームの銅シード膜および１０，０００オングストロームの銅膜を順次積層させたテスト用の基板を用いた。
【００７７】
前記「４．４．化学機械研磨の評価」に記載の条件で、前記被研磨物を１分間化学機械研磨処理し、処理前後の膜厚を電気伝導式膜厚測定器（ケーエルエー・テンコール社製、形式「オムニマップＲＳ７５」）を用いて測定し、処理前後の膜厚および研磨処理時間から研磨速度を算出した。その上でＣｕクリアになる終点時間を、研磨開始からテーブルトルク電流の変化によって検出した終点に至るまでの時間で算出し、前記パターン付きウエハに対して終点検出時間の１．２倍の時間を研磨した後に、幅１００μｍの銅配線部と幅１００μｍの絶縁部とが交互に連続したパターンが長さ方向に対して垂直方向に３．０ｍｍ連続した部分について、精密段差計（ケーエルエー・テンコール社製、形式「ＨＲＰ−２４０」）を使用して、配線幅１００μｍ部分の銅配線の窪み量（以下、「ディッシング量」ともいう）を測定することによりディッシングを評価し、平坦性の指標とした。その結果を表１に併せて示す。なお、ディッシング量は、好ましくは３００Å未満、より好ましくは１５０Å未満である。
【００７８】
４．４．２．スクラッチの評価
研磨処理後の前記パターン付きウエハの被研磨面において、ウエハ欠陥検査装置（ケーエルエー・テンコール社製、型式「ＫＬＡ２３５１」）を使用して、ウエハ全面におけるスクラッチの個数を測定した。なお、スクラッチは、好ましくは３０個未満、より好ましくは１０個未満である。
【００７９】
【表１】
2012089599.tif 000003
【００８０】
４．５．化学機械研磨パッドの評価結果
実施例１〜５で作製された化学機械研磨パッドによれば、研磨層のＤ１とＤ２との関係がいずれもＤ１＜Ｄ２となるため、いずれもスクラッチの個数が３０個未満であり、ディッシング量が３００Å未満となった。
【００８１】
これに対して、比較例１および比較例２で作製された化学機械研磨パッドによれば、研磨層のＤ１とＤ２との関係がＤ１＞Ｄ２となるため、被研磨面と研磨屑とが強い圧力で押し付けられることでスクラッチ数が増大した。なお、比較例２のスクラッチ数が比較例１のスクラッチ数よりも多い理由は、比較例２における第１層のデュロＤ硬度の方が、比較例１における第１層のデュロＤ硬度よりも高いことに起因するものと考えられる。
【００８２】
比較例３ないし比較例５で作製された化学機械研磨パッドによれば、研磨層のＤ１とＤ２との関係がＤ１＝Ｄ２となるため、ＣＭＰにおける被研磨面の平坦性の向上と研磨欠陥（スクラッチ）の低減とを両立させることができなかった。
【００８３】
すなわち、比較例３では、Ｄ１＝Ｄ２の関係に加えて第１層および第２層のデュロＤ硬度が共に低いため、第１層がグローバルに変形することを第２層によって緩和することができない。そのため、被研磨面の平坦性が著しく損なわれた。
【００８４】
また、比較例４では、Ｄ１＝Ｄ２の関係に加えて第１層および第２層のデュロＤ硬度が共に高いため、被研磨面と研磨屑とが強い圧力で押し付けられることでスクラッチ数が著しく増大した。
【００８５】
以上の実施例および比較例の結果から明らかであるように、本発明に係る化学機械研磨パッドは、ＣＭＰにおける被研磨面の平坦性の向上と研磨欠陥（スクラッチ）の低減とを両立できるバランスに優れた化学機械研磨パッドであることが判明した。
【００８６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、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効果が同一の構成）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。
【符号の説明】
【００８７】
１０…研磨層、１１…研磨面、１２…第１層、１３…第２層、１６・１７・１８・１９…凹部、２０…支持層、３０…研磨装置用定盤、１００・２００・３００…化学機械研磨パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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