(57)【要約】【課題】  化学機械研磨中において研磨層のダメージ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および当該パッドを用いた化学機械研磨方法を提供する。【解決手段】  本発明にかかる化学機械研磨パッド１０は、研磨装置定盤１３に固定されるための化学機械研磨パッドであって、研磨層１１と、前記研磨層１１と前記研磨装置定盤との間に設けられたクッション層１４と、を含み、前記クッション層１４は、前記研磨層１１の中央部を含む領域に貫通孔２０を有する。【選択図】  図１
2009066728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨装置定盤に固定されるための化学機械研磨パッドであって、
研磨層と、  
前記研磨層と前記研磨装置定盤との間に設けられたクッション層を有し、
前記クッション層は、前記研磨層の中央部を含む領域に貫通孔を有する化学機械研磨パッド。
【請求項２】
研磨装置定盤に固定されるための化学機械研磨パッドであって、
研磨層と、
前記研磨層と前記研磨装置定盤との間に設けられ、前記研磨層側から順に設けられた、第１の接着層と、クッション層と、第２の接着層と、を有し、
前記第１の接着層は、前記研磨層を前記クッション層に接着させ、
前記第２の接着層は、前記クッション層を前記研磨装置定盤に接着させ、
前記クッション層は、前記第１の接着層および前記第２の接着層より厚く、
第１の接着層と、クッション層と、第２の接着層の各々は、前記研磨層の中央部を含む領域に貫通孔を有する化学機械研磨パッド。
【請求項３】
前記貫通孔は、円形状である、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】
請求項１ないし３のいずれかに記載の化学機械研磨パッドを用いる、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を形成されたシリコン基板（以下、「半導体ウエハ」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。
【０００３】
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。（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００４】
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は、一般的に半導体ウエハを保持するリテナーリングを有する研磨ヘッドを使用する。目標とする研磨速度を達成するためには、半導体ウエハを高圧で研磨パッドに押し当てることが必要となってくる場合がある。このような場合にはリテナーリング圧力が高くなり、研磨面の溝等にクラックや欠損のダメージを与えてしまう。一般的には、研磨ヘッドは化学機械研磨中に研磨パッド上を揺動するため、この揺動により上記クラックや欠損が加速される。クラックや欠損等のダメージは、特に研磨パッド中央部での発生頻度が極めて高い。このようなクラックや欠損は、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させる場合があり、クラックや欠損が発生した時点で新たな化学機械研磨パッドに交換する必要があった。
【０００５】
そこで、スクラッチ等の発生を防止して、研磨パッドを長寿命化するために、研磨層の非研磨面側に凹部が設けられた化学機械研磨パッドが提案されている（特許文献４参照。）。
【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２００４−３４５０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、その目的は、化学機械研磨中において研磨層のダメージ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が提供され、及びその化学機械研磨パッドを用いて行うことにより高品位な化学機械研磨方法が長時間提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の形態にかかる化学機械研磨パッドは、
研磨装置定盤に固定されるための化学機械研磨パッドであって、
研磨層と、  
前記研磨層と前記研磨装置定盤との間に設けられたクッション層を有し、
前記クッション層は、前記研磨層の中央部を含む領域に貫通孔を有する。
【０００８】
本発明の第２の形態にかかる化学機械研磨パッドは、
研磨装置定盤に固定されるための化学機械研磨パッドであって、
研磨層と、
前記研磨層と前記研磨装置定盤との間に設けられ、前記研磨層側から順に設けられた、第１の接着層と、クッション層と、第２の接着層と、を有し、
前記第１の接着層は、前記研磨層を前記クッション層に接着させ、
前記第２の接着層は、前記クッション層を前記研磨装置定盤に接着させ、
前記クッション層は、前記第１の接着層および前記第２の接着層より厚く、
第１の接着層と、クッション層と、第２の接着層の各々は、前記研磨層の中央部を含む領域に貫通孔を有する。
【０００９】
上記化学機械研磨パッドにおいて、前記貫通孔は、円形状であってもよい。
【００１０】
本発明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る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、化学機械研磨中において研磨層のダメージ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が提供され、及びその化学機械研磨パッドを用いて行うことにより高品位な化学機械研磨方法が長時間提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
１．化学機械研磨パッド
図１は、本実施の形態に係る化学機械研磨パッドを示す断面図である。本実施の形態に係る化学機械研磨パッド１０は、研磨層１１と、研磨層１１と研磨装置定盤１３との間に設けられるクッション層１４と、研磨層１１とクッション層１４との間に設けられる第１の接着層１２と、クッション層１４と研磨装置定盤１３との間に設けられる第２の接着層１５とを含む。即ち、化学機械研磨パッド１０は、研磨装置定盤１３側から順に設けられた第２の接着層１５と、クッション層１４と、第１の接着層１２と、研磨層１１とを含む。
【００１３】
第２の接着層１５と、クッション層１４と、第１の接着層１２の各々は、研磨層１１の中央部を含む領域Ａに貫通孔２０、２２、２４を有する。
【００１４】
貫通孔２０、２２、２４の平面形状は、互いに同一形状であり、円形状であることが好ましく、その直径は、１０〜２００ｍｍであり、さらに好ましくは２０〜１００ｍｍである。また「中央部を含む領域」とは、貫通孔２０、２２、２４の重心が数学的に厳密な意味において非研磨面の重心と一致する場合のほか、研磨層１１の非研磨面の重心が貫通孔２０、２２、２４の範囲内に位置している場合も含む概念である。
【００１５】
このように、化学機械研磨パッド１０の第２の接着層１５と、クッション層１４と、第１の接着層１２が中央部を含む領域Ａに貫通孔２０、２２、２４を有することにより、中央部のクラックや欠損の発生頻度を低減することができる。特にクッション層１４を有することにより、研磨層１１と研磨装置定盤１３との距離が広がり、研磨層１１が研磨面側からの圧力により変形して、貫通孔２０，２２，２４の内部で研磨装置定盤１３に接触するのを防止することができる。
【００１６】
本実施の形態に係る化学機械研磨パッド１０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、当該化学機械研磨パッド１０を装着する研磨装置に応じて適宜選択することができる。
【００１７】
第２の接着層１５と、クッション層１４と、第１の接着層１２とを合わせた厚さは、０．３ｍｍ〜３．０ｍｍであることが好ましく、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍであることがより好ましい。
【００１８】
次にクッション層１４、研磨層１１、および第１および第２の接着層１２，１５の材質および形状について詳細に説明する。
【００１９】
１．１．クッション層
クッション層１４は、研磨を研磨面の裏面側で支える層であり、研磨層１１と研磨装置定盤１３との間に設けられている。クッション層１４は、上述したように研磨層１１の中央部を含む領域Ａに貫通孔２２を有する。このクッション層１４の特性は特に限定されないが、研磨層１１に比べて硬度が低い。研磨層１１より硬度が低いクッション層１４を備えることにより、研磨層１１の厚さが薄い場合例えば、１．０ｍｍ以下であっても、研磨時に研磨層１１が浮き上がることや、研磨層１１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。
【００２０】
具体的にクッション層１４の硬度は、ショアＡ硬度で２０〜７０であることが好ましく、２５〜６０であることがより好ましい。クッション層１４は、このように低硬度で弾性を有するため、研磨時に研磨層１１に過大な圧力がかかった場合であっても、圧力を緩和し、研磨層１１を長寿命化することができる。具体的にクッション層１４の材質としては、例えば発砲ポリウレタン等が好ましい。
【００２１】
クッション層１４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。クッション層１４の平面形状は、少なくとも上述した貫通孔２２を有すればよく、その形状は特に限定されない。クッション層１４の平面形状は、たとえば円形、多角形等とすることができる。
【００２２】
クッション層１４の厚さは、たとえば０．１ｍｍ〜５．０ｍｍが好ましく、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍがより好ましい。クッション層１４は、第１の接着層１２および第２の接着層１５より厚く形成されている。このような厚さを有することにより、クッション層１４は、圧力を緩和する機能を十分に発揮することができる。
【００２３】
１．２．研磨層
研磨層１１は、上記の要件を備えている限り、化学機械研磨パッド１０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１０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。
【００２４】
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。
【００２５】
以下、これらの素材につき、詳述する。
【００２６】
（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。
【００２７】
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。
【００２８】
上記エラストマー又は生ゴムとしては、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）等を挙げることができる。
【００２９】
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、これらの具合例としては、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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１０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１０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１０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１
０を得ることができることとなる。
【００３３】
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望ましい。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
架橋が化学架橋法による場合、架橋剤の使用量としては、架橋反応に供する非水溶性部材の全量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１０を得ることができる。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
（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。
【００４２】
（Ｂ）水溶性粒子
（Ｂ）水溶性粒子は、化学機械研磨パッド１０中において、化学機械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１０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。
【００４３】
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。
【００４４】
（Ｂ）水溶性粒子は、上記した化学機械研磨パッド１０の研磨層１１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１０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。
【００４５】
（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を挙げることができる。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。
【００４６】
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であってもよい。
【００４７】
（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１０を得ることができる。
【００４８】
（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１０〜９０体積％であり、より好ましくは１５〜６０体積％であり、更に好ましくは２０〜４０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１０を得ることが
できる。
【００４９】
上記（Ｂ）水溶性粒子は、化学機械研磨パッド１０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、研磨層１１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。
【００５０】
（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
研磨層１１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。
【００５１】
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０．１μｍ〜５００μｍであり、より好ましくは０．５〜１００μｍである。
【００５２】
研磨層１１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、化学機械研磨パッド１０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。
【００５３】
研磨層１１の大きさも特に限定されないが、例えば円盤状の場合、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。
【００５４】
化学機械研磨パッド１０の研磨層１１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。
【００５５】
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。本実施の形態において溝は、中央部に対して均一に圧力がかかるように、研磨層１１の中央部を中心とした点対称の形状を有することが好ましい。
【００５６】
また、研磨層１１の非研磨面側が面一で形成されていることが好ましい。これにより、機械的強度を高く維持することができる。また、非研磨面側が面一で形成されていることにより、研磨層１１は、上述した研磨面側の溝の形成領域の自由度を保持することができる。
【００５７】
また、化学機械研磨パッド１０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０．１％以上（好ましくは２％以上）であるか、又は、波長１００〜３０００ｎｍ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、例えば上記した研磨層１１と同様の組成を用いることができる。
【００５８】
化学機械研磨パッド１０を構成する研磨層１１の製造方法は特に限定されず、また、研
磨層１１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１０の研磨層１１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、研磨層１１の概形と共に溝等を同時に形成することができる。
【００５９】
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）等の混練機を挙げることができる。
【００６０】
水溶性粒子を含有する研磨パッド１０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。
【００６１】
１．３．接着層
本実施の形態に係る化学機械研磨パッド１０は、クッション層１４と研磨装置定盤１３との間に設けられた第２の接着層１５と、クッション層１４と研磨層１１との間に設けられた第１の接着層１２とを有する。第２の接着層１５は、クッション層１４を研磨装置定盤１３に固定するために用いられる。第１の接着層１２は、研磨層１１をクッション層１４に固定するために用いられる。また第１の接着層１２および第２の接着層１５は、研磨層１１より弾性率の低い材質からなることが好ましい。これにより、研磨時に研磨層１１に過大な圧力がかかった場合であっても、圧力を緩和し、研磨層１１を長寿命化することができる。また、弾性率の低い第１の接着層１２が貫通孔２０を有することにより、研磨層１１から、貫通孔２０の周囲にある第１の接着層１２を介して、中央部の貫通孔２０側またはクッション層１４側に徐々に弾性率の低くすることにより、弾性率の段差を緩和して、広い範囲での圧力を緩和して、研磨層１１に与えるダメージを軽減することができる。
【００６２】
第１の接着層１２は、たと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、たとえば５０μｍ〜２５０μｍであることができる。
【００６３】
第１の接着層１２および第２の接着層１５は、図１に示すように、研磨層１１の中央部を含む領域Ａに貫通孔２０、２４を有する。貫通孔２０、２４の形状は、特に限定されないが研磨層１１の中央部を重心とした円形または多角形であることが好ましい。
【００６４】
第１の接着層１２および第２の接着層１５が貫通孔２０、２４を有することにより、粘着シートから剥離紙を剥がして研磨機定盤に固定する際に空気が噛み込んでも、噛み込んだ空気を貫通孔２０、２４から追い出すことができる。
【００６５】
粘着シートの材質としては、研磨層１１およびクッション層１４を研磨機定盤に固定することが出来れば特に限定されないが、研磨層１１より弾性率の低いアクリル系、ゴム系が好ましく、より具体的には、アクリル系が好ましい。
【００６６】
粘着シートの接着強度は、化学機械研磨用パッドを研磨機定盤に固定することが出来れ
ば特に限定されないが、ＪＩＳ  Ｂ７０５９の規格で粘着シートの接着強度を測定した場合、接着強度が４Ｎ／ＣＭ以上が好ましい。
【００６７】
２．化学機械研磨方法
実施の形態に係る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方法に使用することができる。そして、このような化学機械研磨方法を用いて、たとえば半導体装置を製造することができる。以下に、上述した化学機械研磨パッドを用いる化学機械研磨方法の一例について説明する。
【００６８】
図２および図３は、本実施の形態に係る化学機械研磨方法を説明するための図である。本実施の形態に係る化学機械研磨方法において、化学機械研磨パッド１０は、矢印Ｄ方向に回転している。半導体ウエハ３０は、加圧ヘッドに固定されたホルダー３２に保持されており、当該加圧ヘッドによって、矢印Ｂ方向に回転させるとともに矢印Ｃ方向のように上下（中央部と外側の間を放射方向）に揺動させられる。このように、半導体ウエハ３０を摺動させるとともに、化学機械研磨パッド１０に対して押圧しながら押しつけるように当接させ、スラリーを化学機械研磨パッド１０上に供給して研磨を行う。
【００６９】
本実施の形態に係る化学機械研磨方法においては、貫通孔２０，２２，２４を有する化学機械研磨パッド１０を用いるため、半導体ウエハ３０を摺動させる際に、矢印Ｅ方向の非研磨面側に研磨層１１が撓むことができるため、中央部付近の溝４０に過大な圧力がかかるのを防止し、均一な研磨面を長期間保持することができる。
【００７０】
実施の形態に係る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。
【００７１】
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。
【００７２】
実施の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。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。
【００７３】
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。
【００７４】
３．実施例および比較例
本実施の形態の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製造し、化学機械研磨を実施した。研磨後、化学機械研磨パッドの外観を評価した。
【００７５】
３．１．化学機械研磨パッド（Ａ）の製造（実験例１）
１，２−ポリブタジエン（ＪＳＲ（株）製、商品名「ＪＳＲ  ＲＢ８３０」）を７２．８質量部に及び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、更に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た平板を得た。これを市販の溝加工機を用いて、ピッチ２．０ｍｍ、溝幅０．５ｍｍ、深さ１．０ｍｍの同心円状の溝を形成して研磨層を得た。
【００７６】
さらに溝の無い側に第１の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、続いてクッション層として日本発条社製ニッパレイＥＸＧ（厚み１．２５ｍｍ）を貼り付け、さらに第２の接着層として両面テープ＃５６７３ＪＸを貼り付けて化学機械研磨パッド（Ａ−１）を得た。この（Ａ−１）の両面テープ層とクッション層とからなる層の中央部直径６ｃｍを円状に除去した化学機械研磨パッド（Ａ−２）を得た。
【００７７】
３．２．化学機械研磨パッド（Ｂ）、（Ｃ）の製造（実験例２，３）
「３．１．化学機械研磨パッド（Ａ）の製造」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、「３．１．化学機械研磨パッド（Ａ）の製造」と同様にして実施した。実験例２においては化学機械研磨パッド（Ｂ−１〜２）が得られ、実験例３においては化学機械研磨パッド（Ｃ−１〜２）が得られた。
【００７８】
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。
【００７９】
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」）
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。
【００８０】
なお、化学機械研磨パッド（Ａ−２）、（Ｂ−２）、（Ｃ−２）は、貫通孔を有するものであり、化学機械研磨パッド（Ａ−１）、（Ｂ−１）、（Ｃ−１）は、貫通孔を有しないものである。
【００８１】
【表１】
2009066728.tif 000003
３．３．化学機械研磨工程
３．１．および３．２．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。
【００８２】
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。
【００８３】
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
３．４．評価
化学機械研磨後における化学機械研磨パッドの外観の評価を行った。評価結果を表２に示す。
【００８４】
【表２】
2009066728.tif 000004
表２に示すように、化学機械研磨パッド（Ａ−２）、（Ｂ−２）、（Ｃ−２）については、３００枚で検討を終えたが溝は全くダメージを受けていなかった。これらの結果から、パッド裏面中央部のクッション層に貫通孔を形成することにより、研磨ヘッドからかかる過負荷を緩和し、過負荷によって溝へ与えるダメージを防ぐことができたことが認められた。以上のことから本発明によって、研磨層のダメージを抑制することができ、製品寿命が長い化学機械研磨パッドが提供されることが可能になった。
【００８５】
本実施の形態に係る説明は以上である。本発明は、上述した実施の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。たとえば、第１の接着層および第２の接着層を有さなくてもよい。その場合には、たとえばクッション層の表面を加熱して研磨層または研磨装置定盤と融着させることにより、クッション層および研磨層を研磨装置定盤に固定することができる。
【００８６】
また本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の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、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又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、実施の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】
【００８７】
【図１】本実施の形態に係る化学機械研磨パッドを示す断面図である。
【図２】本実施の形態に係る化学機械研磨方法を説明するための図である。
【図３】本実施の形態に係る化学機械研磨方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…化学機械研磨パッド、  １１…研磨層、  １２…第１の接着層、  １３…研磨装置定盤、  １４…クッション層、  １５…第２の接着層、  ２０、２２、２４…貫通孔、  ３０…半導体ウエハ、  ３２…ホルダー
【図１】
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【図２】
2009066728.tif 000006
【図３】
2009066728.tif 000007