(57)【要約】  研磨物品に固定された複数の３次元研磨複合材料を含む構造化固定研磨物品であって、この研磨複合材料は、マトリックス材料中に１００〜５００ナノメートル（ｎｍ）の体積平均径を有する複数のセリア研磨粒子を更に含み、このマトリックス材料は、ポリマー結合剤と、１００ｎｍ未満の体積平均径を有する複数の表面処理済みセリア充填剤粒子とを更に含む。本開示による構造化固定研磨物品を製造及び使用する方法も提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨物品に固定された複数の３次元研磨複合材料を含む構造化固定研磨物品であって、前記研磨複合材料は、マトリックス材料中に１００〜５００ナノメートル（ｎｍ）の体積平均径を有する複数のセリア研磨粒子を含み、前記マトリックス材料は、ポリマー結合剤と、１００ｎｍ未満の体積平均径を有する複数の表面処理済みセリア充填剤粒子とを含む、構造化固定研磨物品。
【請求項２】
前記セリア研磨粒子が、１００〜２００ｎｍの体積平均径を有する、請求項１に記載の構造化固定研磨物品。
【請求項３】
前記表面処理済みセリア充填剤粒子が、２５ｎｍ以下の体積平均径を有する、請求項１に記載の構造化固定研磨物品。
【請求項４】
前記ポリマー結合剤が、１つ以上の（メタ）アクリルモノマーの反応生成物を含む、請求項１に記載の構造化固定研磨物品。
【請求項５】
前記表面処理済みセリア充填剤粒子が、シラン、チタン酸塩、ジルコン酸塩、有機リン酸塩、有機スルホン酸塩、ポリエーテル酸、カルボン酸（メタ）アクリレートとポリ（メタ）アクリレートとを含む構成成分の反応生成物、及びこれらの組み合わせから選択される表面処理を有する、請求項１に記載の構造化固定研磨物品。
【請求項６】
前記表面処理及び前記ポリマー結合剤のうち一方又は両方が、βカルボキシエチルアクリレートの反応生成物を含み、所望により、前記表面処理及び前記ポリマー結合剤のうち一方又は両方が、モノ（メタ）アクリレートの反応生成物を更に含む、請求項５に記載の構造化固定研磨物品。
【請求項７】
前記研磨複合材料の合計重量に基づいて、前記セリア研磨粒子が最高５０重量％の量で存在する、請求項１に記載の構造化固定研磨物品。
【請求項８】
前記研磨複合材料の合計重量に基づいて、前記表面処理済みセリア充填剤粒子が少なくとも１０重量％の量で存在する、請求項１に記載の構造化固定研磨物品。
【請求項９】
前記成形された研磨複合材料が、縦方向が前記構造化固定研磨物品の主表面に対して実質的に垂直方向に向いたポストから本質的になる、請求項１に記載の構造化固定研磨物品。
【請求項１０】
裏材、接着剤、及びサブパッドのうち１つ以上を更に含む、請求項１に記載の構造化固定研磨物品。
【請求項１１】
前記ポリマー結合剤の前駆体において、１００ナノメートル（ｎｍ）未満の体積平均径を有する前記複数の表面処理済みセリア充填剤粒子を分散させる工程と、
前記ポリマー結合剤の前駆体において、１００〜５００ｎｍの体積平均径を有する前記複数のセリア研磨粒子を分散させる工程と、
前記ポリマー結合剤の前駆体において、表面処理済みセリア充填剤粒子とセリア研磨粒子との混合物から、前記複数の３次元研磨複合材料を形成する工程と、
前記複数の３次元研磨複合材料を硬化させることにより、前記構造化固定研磨物品のマトリックス材料を含む前記ポリマー結合剤を形成する工程と、
を含む、請求項１に記載の構造化固定研磨物品の製造方法。
【請求項１２】
前記複数の３次元研磨複合材料を形成する工程が、
裏材上に前記混合物の層を形成する工程と、
前記層を、複数の精密に成形されたキャビティを有する製造具に接触させることにより、前記複数の３次元研磨複合材料を形成する工程と、
を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記表面処理済みセリア充填剤粒子が、シラン、チタン酸塩、ジルコン酸塩、有機リン酸塩、有機スルホン酸塩、ポリエーテル酸、カルボン酸（メタ）アクリレートとポリ（メタ）アクリレートとを含む構成成分の反応生成物、及びこれらの組み合わせから選択される表面処理を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記表面処理及び前記ポリマー結合剤のうち一方又は両方が、βカルボキシエチルアクリレートの反応生成物を含み、所望により、前記表面処理及び前記ポリマー結合剤のうち一方又は両方が、モノ（メタ）アクリレートの反応生成物を更に含む、請求項１３に記載の構造化固定研磨物品。
【請求項１５】
フリーラジカル光開始剤を更に含み、前記複数の３次元研磨複合材料の硬化は、前記ポリマー結合剤の前駆体の放射線硬化を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
フリーラジカル熱反応開始剤を更に含み、前記複数の３次元研磨複合材料の硬化は、前記マトリックス材料の熱的なポスト硬化を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ポリマー結合剤の前駆体中に前記複数の表面処理済みセリア充填剤粒子を分散させる工程が、該ポリマー結合剤の前駆体中に前記複数のセリア研磨粒子を分散させる工程より前に起こる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記研磨物品に固定された複数の３次元研磨複合材料を含む構造化固定研磨物品を供給する工程であって、前記研磨複合材料は、マトリックス材料中に１００〜５００ナノメートル（ｎｍ）の体積平均径を有する複数のセリア研磨粒子を含み、前記マトリックス材料は、ポリマー結合剤と、１００ｎｍ未満の体積平均径を有する複数の表面処理済みセリア充填剤粒子とを含む、工程と、
前記セリア研磨粒子の少なくとも一部を露出させるために、前記マトリックス材料を少なくとも部分的に研磨することによって、前記複数の３次元研磨複合材料のコンディショニングを行い、これによりコンディショニングされた前記構造化固定研磨物品の表面を生成する工程と、
前記コンディショニングされた構造化固定研磨物品の表面に製造過程製品を接触させる工程と、
前記製造過程製品と前記構造化固定研磨物品とを、所望により液体媒体の存在下で相対的に動かす工程と、
を含む、請求項１に記載の構造化固定研磨物品を使用する方法。
【請求項１９】
前記製造過程製品がシリコンウェハを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記セリア研磨粒子の少なくとも一部を露出させるために、前記マトリックス材料を少なくとも部分的に研磨する工程が、
前記複数の３次元研磨複合材料を、ダイヤモンド微粒子又は化学蒸着ダイヤモンドのうち少なくとも１つを含むパッドコンディショナーの表面に接触させる工程と、
前記構造化固定研磨物品及び前記パッドコンディショナーを相対的に動かす工程と、
を更に含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許仮出願番号第６０／８７１，７２０号（２００６年１２月２２日出願）の利益を主張する、米国特許出願第１１／６７１，０３７号（２００７年２月５日出願、米国特許第７，４９７，８８５号として発行）の一部継続出願であり、これらの開示は全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本開示は、サブマイクロメートルセリア研磨粒子及び表面処理されたナノセリア充填剤粒子を含む構造化固定研磨物品と、その物品の製造及び使用の方法に関する。本開示は更に、基材の化学機械平坦化（ＣＭＰ）処理における構造化固定研磨物品の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
研磨物品は、半導体ウェハポリシング、微細電気機械（ＭＥＭ）デバイス製作、ハードデイスクドライブ用基材の仕上げ、光学繊維及びコネクタのポリシング、並びにその類などの微細仕上げ用途にしばしば使用される。例えば、集積回路の製造時、半導体ウェハは、典型的に金属及び誘電体層の成膜、層のパターニング、及びエッチングを含む数々の加工工程に供される。各加工工程では、ウェハの露出面を修正又は精製して、それに続く製作又は製造工程のために準備することが必要又は望ましい場合がある。表面修正プロセスは、一般に成膜された伝導体、例えば金属、半導体及び／又は誘電体を修正するために使用され得る。表面修正プロセスは、導電性材料、誘電体材料又は組み合わせの露出領域を有するウェハ上に平坦な外部露出面を作るためにも使用され得る。
【０００４】
構造化ウェハの露出面を修正する又は精製する１つの最近の方法は、ウェハ表面を固定研磨物品で処理することである。使用する際、固定研磨物品は、多くの場合は作動液の存在下で、ウェハ上の材料の層を修正するような動作で、半導体ウェハ表面と接触させ、平坦で均一なウェハ表面をもたらすことができる。作動液がウェハの表面に適用されて化学的に修正するか、又は別の方法で研磨粒子の作用下にてウェハ表面からの材料の除去を容易にすることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）中に基材に形成される欠陥は、電子産業において大きな懸念となっている。ＣＭＰに使用される研磨粒子の粒径を小さくすることが、欠陥の低減において有効であり得る方法の１つである。しかしながら、基材除去速度は研磨粒径に比例するため、研磨粒径を小さくすると、通常は、基材材料の除去速度低下をもたらすと考えられる。本発明者らは、驚くべきことに、結合剤マトリックス内で、より大きなサブマイクロメートルのセリア研磨粒子少量を、より小さな表面処理済みナノセリア充填剤粒子と混合して、構造化固定研磨物品を形成することが、ＣＭＰにおいて、大きな研磨粒子で得られる望ましい高除去速度を維持しつつ、ナノサイズの研磨微粒子の使用に伴う欠陥を低減するのに有用であり得ることを見出した。
【０００６】
いくつかの代表的な実施形態において１００〜５００ナノメートル（ｎｍ）のセリア研磨粒子を、１００ｎｍ未満の体積平均径を有する表面処理済みセリア充填剤粒子とブレンドすることによって、シリコンウェハＣＭＰにおいて除去速度を高め欠陥を低減させる共力効果がもたらされた。これに対し、ナノサイズのセリア粒子のみを含む固定研磨物品では、材料除去速度が低すぎて、実際的に有用とはならなかった。
【０００７】
ゆえに、一態様において、本開示は、研磨物品に固定された複数の３次元研磨複合材料を含む構造化固定研磨物品に関し、この研磨複合材料は、マトリックス材料中に１００〜５００ｎｍの体積平均径を有する複数のセリア研磨粒子を含み、このマトリックス材料は、ポリマー結合剤と、１００ｎｍ未満の体積平均径を有する複数の表面処理済みセリア充填剤粒子とを含む。更なる代表的な実施形態において、成形済み研磨複合材料は、精密に成形された研磨複合材料である。特定の代表的な実施形態において、精密に成形された研磨複合材料は、縦方向が構造化固定研磨物品の主表面に対して実質的に垂直方向に向いたポストから本質的になり得る。特定の代表的な実施形態において、構造化固定研磨物品は、裏材、接着剤、及びサブパッドのうち１つ以上を更に含む。
【０００８】
いくつかの代表的な実施形態において、セリア研磨粒子は、１００〜２００ｎｍの体積平均径を有する。他の代表的な実施形態において、表面処理済みセリア充填剤粒子は、２５ｎｍ以下の体積平均径を有する。更なる代表的な実施形態において、セリア研磨粒子は、研磨複合材料の合計重量に基づいて、最高５０重量％の量で存在する。更なる代表的な実施形態において、表面処理済みセリア充填剤粒子は、研磨複合材料の合計重量に基づいて、少なくとも１０重量％の量で存在する。
【０００９】
特定の代表的な実施形態において、ポリマー結合剤は、１つ以上の（メタ）アクリルモノマーの反応生成物を含む。いくつかの代表的な実施形態において、表面処理済みセリア充填剤粒子は、シラン、チタン酸塩、ジルコン酸塩、有機リン酸塩、有機スルホン酸塩、ポリエーテル酸、カルボン酸（メタ）アクリレートとポリ（メタ）アクリレートとを含む構成成分の反応生成物、及びこれらの組み合わせから選択される表面処理を有する。更なる代表的な実施形態において、表面処理及びポリマー結合剤のうち一方又は両方が、βカルボキシエチルアクリレートの反応生成物を含む。所望により、表面処理及びポリマー結合剤のうち一方又は両方が、モノ（メタ）アクリレートの反応生成物を更に含み得る。
【００１０】
別の態様において、本開示は、構造化固定研磨物品の製造方法に関し、これは、
ポリマー結合剤の前駆体において、１００ナノメートル（ｎｍ）未満の体積平均径を有する複数の表面処理済みセリア充填剤粒子を分散させる工程と、
ポリマー結合剤の前駆体において、１００〜５００ｎｍの体積平均径を有する複数のセリア研磨粒子を分散させる工程と、
ポリマー結合剤の前駆体において、表面処理済みセリア充填剤粒子とセリア研磨粒子との混合物から、複数の３次元研磨複合材料を形成する工程と、
この複数の３次元研磨複合材料を硬化させることにより、構造化固定研磨物品のマトリックス材料を含むポリマー結合剤を形成する工程と、を含む。
【００１１】
本明細書のいくつかの好ましい実施形態において、複数の３次元研磨複合材料を形成する工程は、裏材上にこの混合物の層を形成する工程と、この層を、複数の精密に成形されたキャビティを有する製造具に接触させることにより、複数の３次元研磨複合材料を形成する工程と、を更に含む。
【００１２】
いくつかの代表的な実施形態において、表面処理済みセリア充填剤粒子は、シラン、チタン酸塩、ジルコン酸塩、有機リン酸塩、有機スルホン酸塩、ポリエーテル酸、カルボン酸（メタ）アクリレート及びポリ（メタ）アクリレートを含む構成成分の反応生成物、並びにこれらの組み合わせから選択される表面処理を有する。特定の代表的な実施形態において、表面処理及びポリマー結合剤のうち一方又は両方は、βカルボキシエチルアクリレートの反応生成物を含み、所望により、表面処理及びポリマー結合剤のうち一方又は両方は、モノ（メタ）アクリレートの反応生成物を更に含む。
【００１３】
特定の代表的な実施形態において、ポリマー結合剤の前駆体は、フリーラジカル光開始剤を更に含み、複数の３次元研磨複合材料の硬化は、ポリマー結合剤の前駆体の放射線硬化を含む。いくつかの更なる代表的な実施形態において、ポリマー結合剤の前駆体は、フリーラジカル熱開始剤を更に含み、複数の３次元研磨複合材料の硬化は、マトリックス材料の熱的なポスト硬化を含む。更なる代表的な実施形態において、ポリマー結合剤の前駆体中に複数の表面処理済みセリア充填剤粒子を分散させる工程は、ポリマー結合剤の前駆体中に複数のセリア研磨粒子を分散させる工程より前に起こる。
【００１４】
加えて、本発明者らは、いくつかの代表的な実施形態において、基材のポリシング前又はポリシング中に、上述のような構造化固定研磨物品の表面にコンディショニング技法を適用することによって、除去速度及びウェハ内の均一性（ＷＩＷＮＵ）を改善する効果的な方法が得られることができることを見出した。
【００１５】
ゆえに、更なる一態様において、本開示は、構造化固定研磨物品の使用方法に関し、この方法は、
研磨物品に固定された複数の３次元研磨複合材料を含む構造化固定研磨物品を供給する工程であって、研磨複合材料は、マトリックス材料中に１００〜５００ナノメートル（ｎｍ）の体積平均径を有する複数のセリア研磨粒子を含み、マトリックス材料は、ポリマー結合剤と、１００ｎｍ未満の体積平均径を有する複数の表面処理済みセリア充填剤粒子とを含む、工程と、
セリア研磨粒子の少なくとも一部を露出させるために、マトリックス材料を少なくとも部分的に研磨することによって、複数の３次元研磨複合材料のコンディショニングを行い、これによりコンディショニングされた構造化固定研磨物品の表面を生成する工程と、
コンディショニングされた構造化固定研磨物品の表面に製造過程製品を接触させる工程と、
製造過程製品と前記構造化固定研磨物品とを、所望により液体媒体の存在下で相対的に動かす工程と、を含む。
【００１６】
特定の代表的な実施形態において、セリア研磨粒子の少なくとも一部を露出させるために、マトリックス材料を少なくとも部分的に研磨する工程は、複数の３次元研磨複合材料を、ダイヤモンド微粒子又は化学蒸着ダイヤモンドのうち少なくとも１つを含むパッドコンディショナー表面に接触させる工程と、構造化固定研磨物品とパッドコンディショナーとを相対的に動かす工程と、を更に含む。いくつかの代表的な実施形態において、製造過程製品はシリコンウェハを含む。
【００１７】
ＣＭＰプロセスに使用されるための改善された固定研磨物品を作製することは、本開示の１つ以上の実施形態の利点であり得る。いくつかの代表的な実施形態において、固定研磨物品は、誘電体材料を研磨するのに有用であり得る。他の代表的な実施形態において、固定研磨物品は、ウェハ上に成膜された金属層、例えば銅、アルミニウム、又はタングステン層をポリシングするのに有用であり得る。特定の代表的な実施形態において、そのような固定研磨物品は、持続性があり得、例えば、研磨物品は、少なくとも５〜２０枚、３０枚以上のウェハですら処理することができる。いくつかの実施形態において、研磨物品は、良好な誘電体材料除去速度も提供できる。更に、特定の実施形態において、研磨物品は、許容できる平坦度、表面仕上げ、及び最小のディッシングを有する半導体ウェハをもたらすことができる。
【００１８】
以上が本発明の代表的実施形態の様々な様態及び利点の要約である。上記の概要は、本発明の図解された各実施形態、又は本発明のあらゆる実施を記載するものではない。図及び以下の詳細な説明は、本明細書に開示された原理を使用するいくつかの好ましい実施形態を更に具体的に例示する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本開示の代表的な一実施形態による構造化固定研磨物品の斜視図。
【図２】本開示の代表的な一実施形態によるウェハ表面をコンディショニングする方法の概略側面図。
【図３】本開示の代表的な一実施形態による、代表的な構造化固定研磨物品を使用したシリコンウェハポリシング性能を示すグラフ。
【図４】本開示の代表的な一実施形態による、代表的な構造化固定研磨物品を使用したシリコンウェハポリシング性能を示す別のグラフ。
【図５】比較例による、表面処理済みナノセリア充填剤を含む構造化固定研磨物品を使用したシリコンウェハポリシング性能を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
用語解説
本開示全体にわたり、以下の定義を適用する。
【００２１】
「固定研磨物品」は、研磨プロセス時に放出され得るときを除いて、実質的に付着していない研磨粒子がない一体化している研磨粒子である。
【００２２】
「３次元研磨物品」は、研磨プロセス時に粒子のいくらかを取り除くことが、研磨作用を実行することができる更なる研磨粒子を露出するように、その厚さの少なくとも一部を通る多数の研磨粒子を有する研磨物品である。
【００２３】
「非平坦化研磨物品」は、隆起部分と凹部分とを有する研磨物品であり、少なくとも隆起部分は、研磨粒子及びポリマー結合剤を含有する。
【００２４】
「侵食研磨物品」は、制御された方法にて使用条件下で破壊する研磨物品である。
【００２５】
「研磨複合材料」は、研磨粒子及びポリマー結合剤を含む非平坦化３次元研磨物品を集合的に提供する複数の成形体の１つを指す。
【００２６】
「精密に成形された研磨複合材料」は、複合材料が成形型から除かれた後に保持され得る、実質的に成形型キャビティの逆である成形形状を有する研磨複合材料を指す。特定の実施形態において、例えば、米国特許第５，１５２，９１７号（Ｐｉｅｐｅｒら）に記載されるように、複合材料は、研磨物品が使用される前に成形体の露出面を越えて突出する研磨粒子が実質的になくてもよい。
【００２７】
「構造化固定研磨物品」は、複数の研磨複合材料を含む、非平坦な３次元の固定研磨物品を指し、これは精密に成形された研磨複合材料であり得る。
【００２８】
用語「酸化セリウム」及び「セリア」は、Ｃｅ（ＩＶ）Ｏ２と同じ意味である。
【００２９】
用語「セリア研磨粒子」は、酸化セリウムを含み、セリア以上の硬度を有する任意の粒子を指す。
【００３０】
用語「表面処理済みセリア充填剤粒子」は、酸化セリウムを含み、かつ、表面処理（例えば化学的又は物理的表面処理）を含む表面を有する粒子を指す。
【００３１】
用語「表面処理済みナノセリア充填剤」、「表面処理済みナノセリア粒子」、及び「表面処理済みナノセリア微粒子」は、１００ナノメートル未満の体積平均径を有する複数の表面処理済みセリア充填剤粒子と同じ意味である。
【００３２】
「マトリックス材料」は、セリア研磨粒子が中に分散されている材料を指す。本明細書で使用されるとき、「マトリックス材料」は、ポリマー結合剤と、ポリマー結合剤中に分散した複数の表面処理済みナノセリア無機充填剤粒子とを含む。
【００３３】
「ゾル」は、液体媒質中に分散した非凝集コロイド粒子の集合体を指す。
【００３４】
「コロイド金属酸化物粒子」は、金属酸化物粒子を指し、好ましくは形状が球形状であり、１，０００ナノメートル以下の体積平均径を有する。
【００３５】
「セラマー」は、ポリマー結合剤前駆体中に分散した実質的に非凝集のコロイド金属酸化物粒子を含む組成物を指す。
【００３６】
用語「カルボン酸（メタ）アクリレート」とは、カルボキシル（−ＣＯ２Ｈ）基又はカルボキシレート（−ＣＯ２−）基に共有結合している（メタ）アクリレート基を有する化合物を意味する。
【００３７】
用語「（メタ）アクリル」は、アクリル及び／又はメタクリルを含む。
【００３８】
用語「ポリ（メタ）アクリレート」とは、少なくとも２つの（メタ）アクリレート基を有する化合物を意味する。
【００３９】
用語「可視光」とは、包括的に４００ナノメートル〜７００ナノメートルの範囲の波長を有する光を指す。
【００４０】
用語「透明」とは、介在する物質が存在しないかのように物体又は画像がしっかり見えるように可視光を光学的に透過できることを意味する。
【００４１】
用語「半透明」とは、少なくとも部分的に透明であることを意味する。
【００４２】
用語「少なくとも半透明な」とは、半透明又は透明であることを意味する。
【００４３】
用語「光透過率」とは、入射光が物体を透過する割合を意味する。
【００４４】
本開示の目的のために、他に記載のない限り、粒径に関する言及は全て、例えばレーザー光散乱を用いて測定される体積平均径を指すよう意図される。
【００４５】
広くは、本開示は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスでウェハなどの製造過程製品をポリシングする固定研磨物品に関する。本発明者らは、ＣＭＰプロセスに使用される際、より長い耐用期間及び他の性能強化を呈する改善された固定研磨物品の必要性を見出した。本発明を説明する目的のために、電子装置の製作に有用な半導体ウェハの形態の製造過程製品を加工するのに好適な研磨物品の非限定的な実施例を記載する。他の製造過程製品が使用され得ることがいうまでもないことは、当業者には理解されるであろう。例えば、ＭＥＭＳデバイス、ハードデイスクドライブに使用される基材等は、本発明の物品によって研磨され得る。いくつかの実施形態において、本発明の研磨物品及び方法は、特に微細仕上げ用途に好適である。
【００４６】
半導体装置製造時の仕上げ作業に使用される固定研磨物品は、当該技術分野において記載されている。それらは、平坦性などの得られた結果に対して、並びに使用済みの研磨剤スラリーなどのプロセス材料の廃棄処分に対して、利益をもたらす。更に、それらは、ウェハ表面に残るくずがより少なくなるプロセスに一般に使用される。そのようなくずは、多大な洗浄作業を必要とする場合があり、特に形状寸法が減少するにつれてデバイスの生産量を低くする場合がある。
【００４７】
ＣＭＰ用固定研磨物品の上記議論に関して、出願者は、当該技術分野において記載された固定研磨物品の研磨性能が実質的に維持でき、一方で、研磨粒子の一部を同等容量のナノ微粒子無機充填剤粒子と置き換えることにより全体的な物品耐用期間を強化することを発見した。この置き換えは、所望の研磨速度を有するための研磨粒子とポリマー結合剤との比率の最適化を教示して、可塑剤、微細粒子状充填剤（すなわち、１マイクロメートル又は１，０００ナノメートルを超える体積平均径を有する充填剤）及び研磨複合材料の侵食性を修正するための他の薬剤を所望により導入するという、当該技術の教示に反している。
【００４８】
当該技術は、露出された研磨粒子が鈍ったときにウェハ誘電体材料除去速度の減少を防止するために研磨粒子の表面で磨耗した研磨粒子を取り替えるには、研磨物品の有意な侵食性度が必要であることを教示している。侵食性度の増加は、対応して研磨粒子の有用な耐用期間の減少をもたらすことが更に教示された。したがって、固定研磨物品の耐久性増加に対する取り組みは、研磨粒子が鈍るにつれ対応して材料除去速度が減少するという結果になっていた。あるいは、固定研磨物品の材料除去速度を増加させるという取り組みは、物品の耐用期間の望ましくない減少を必然的にもたらしていた。
【００４９】
特定の理論によって束縛されるものではないが、出願者は、マトリックス材料中に分散した研磨粒子をナノ微粒子無機充填剤粒子と置き換えて、固定研磨物品の研磨複合材料を形成することは、研磨複合材料の材料除去速度を実質的に維持する作用をし、同時に固定研磨物品の耐久性及び耐用期間を増加させることを見出した。したがって、特定の実施形態において、研磨粒子の一部をナノ微粒子無機充填剤で置き換えることは、研磨物品の全体的な耐用期間の予期しない増加をもたらすことができ、同時に、研磨粒子だけを含有する研磨物品と類似の、及び場合によってはそれを超える、予想されるより高い材料除去速度を同等の体積分率で維持することができる。
【００５０】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）中に基材に形成される欠陥は、電子産業において大きな懸念となっている。ＣＭＰに使用される研磨粒子の粒径を小さくすることは、欠陥の低減において有効であり得る方法の１つである。しかしながら、基材除去速度は研磨粒径に比例するため、研磨粒径を小さくすると、通常は、基材材料の除去速度低下をもたらすと考えられる。本発明者らは、驚くべきことに、結合剤マトリックス内で、より大きなサブマイクロメートルのセリア研磨粒子少量を、より小さな表面処理済みナノセリア充填剤粒子と混合して、構造化固定研磨物品を形成することが、ＣＭＰにおいて、大きな研磨粒子で得られる望ましい高除去速度を維持しつつ、ナノサイズの研磨微粒子の使用に伴う欠陥を低減するのに有用であり得ることを見出した。
【００５１】
いくつかの代表的な実施形態において、１００〜５００ｎｍのセリア研磨粒子を、１００ｎｍ未満の体積平均径を有する表面処理済みセリア充填剤粒子とブレンドすることによって、シリコンウェハＣＭＰにおいて除去速度を高め欠陥を低減させる共力効果がもたらされる。これに対し、ナノサイズのセリア粒子のみを含む構造化固定研磨物品では、材料除去速度が低すぎて、実際的に有用とはならなかった。特定の理論に束縛されるものではないが、発明者らは、より大きなサブマイクロメートルの研磨粒子を使用することによってより高い除去速度が達成される一方で、より小さいナノサイズの充填剤粒子の使用により欠陥が低減されると考える。
【００５２】
加えて、本発明者らは、いくつかの代表的な実施形態において、基材のポリシング前又はポリシング中に、上述のような構造化固定研磨物品の表面にコンディショニング技法を適用することによって、除去速度及びウェハ内の均一性（ＷＩＷＮＵ）を改善する効果的な方法が得られることができることを見出した。特定の理論に束縛されるものではないが、ナノ粒子は非常に小さいため結合剤材料内に埋め込まれており、使用前又は使用中のコンディショニングが結合剤又はその他のマトリックス材料の少なくとも一部を除去するよう作用し、これにより、固定研磨物品の表面上でより多くの研磨粒子及び／又は研磨粒子表面が露出することになるため、本発明者らは、これが有用であり得ると考える。
【００５３】
本開示の様々な代表的な実施形態を、特に図面を参照しながら説明する。本発明の代表的な実施形態は、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な修正形態及び変更形態を取ることができる。それ故に、本発明の実施形態は次に記載される実施形態に限定されるべきではなく、請求項及びその等価物に記載される限定によって制御されるべきであることが理解される必要がある。
【００５４】
固定研磨物品
本開示によるいくつかの代表的な実施形態において、複数の３次元研磨複合材料を含む固定研磨物品が作製される。固定研磨物品を作製する１つの代表的な方法では、複数の３次元研磨複合材料が形成される。研磨複合材料は、マトリックス材料中に分散した５００ナノメートル未満の体積平均径を有する複数の研磨粒子を含む。マトリックス材料は、ポリマー結合剤と、約２００ナノメートル以下の体積平均径を有する複数の分散した無機充填剤粒子とを更に含む。
【００５５】
一態様において、本開示は、研磨物品に固定された複数の３次元研磨複合材料を含む構造化固定研磨物品に関し、この研磨複合材料は、マトリックス材料中に１００〜５００ナノメートル（ｎｍ）の体積平均径を有する複数のセリア研磨粒子を含み、このマトリックス材料は、ポリマー結合剤と、１００ナノメートル未満の体積平均径を有する複数の表面処理済みセリア充填剤粒子とを含む。
【００５６】
いくつかの代表的な実施形態において、成形済み研磨複合材料は、精密に成形された研磨複合材料である。特定の代表的な実施形態において、精密に成形された研磨複合材料は、縦方向が構造化固定研磨物品の主表面に対して実質的に垂直方向に向いたポストから本質的になり得る。本明細書に記載されている構造化固定研磨物品のいくつかの実施形態において、研磨複合材料は「３次元」であり、そのため研磨物品の厚さの少なくとも一部全体にわたって多数の研磨粒子がある。研磨粒子は、それに関連する「テクスチャ」を有してよく、すなわち、それは、「非平坦化」研磨粒子であり得る。これは、Ｃｕｌｌｅｒら（米国特許第５，９４２，０１５号）の図３に示された研磨粒子を参照して見ることができ、ピラミッド形状の複合材料は隆起部分であり、ピラミッドの間の谷は凹部分である。
【００５７】
凹部分は、作動液をウェハ表面全体にわたって分配するのを助ける溝として作用し得る。凹部分は、磨耗した研磨粒子及び他のくずをウェハ及び研磨物品境界面から取り除くのを助けて、望ましくない引っ掻き傷を最小限にする溝としても作用し得る。凹部分は、「静摩擦」として当該技術分野において既知の現象も最小限にし得る。研磨表面が非平坦よりむしろ余りにも平滑である場合、研磨粒子は、ウェハ表面に付着する傾向があり、又はウェハ表面に対してはめ込まれる場合がある。最後に、凹部分は、研磨粒子の隆起部分でのより高い単位圧力及び剪断力を可能にすることができ、それにより研磨表面から鈍った研磨粒子を追い出し、新しい研磨粒子を露出させるのを助けることができる。
【００５８】
特定の代表的な実施形態において、構造化固定研磨物品は、裏材、接着剤、及びサブパッドのうち１つ以上を更に含む。特定の代表的な実施形態において、構造化固定研磨物品は、第１主表面と第２主表面とを有する裏材（以下に詳しく記載される）、及び裏材の第１主表面に分配された複数の研磨複合材料を含む３次元固定研磨物品であり得る。いくつかの実施形態において、この裏材は実質的に不透明であり得る。他の代表的な実施形態において、この裏材は透明又は半透明であり得る。
【００５９】
接着剤、例えば感圧接着剤を、裏材の反対側の表面に適用してもよい（図示なし）。構造化研磨物品をサブパッドに固定するために、裏材の後表面を接着剤でサブパッドに取り付けることができる。例えば、好適なサブパッドは、米国特許第５，６９２，９５０号及び同第６，００７，４０７号に記載されている。
【００６０】
更に、特定の実施形態において、構造化研磨物品は、サブパッドに固定された研磨層の形態であり得る。研磨層は、コーティング、押出成形又は当業者に周知の他の方法により形成され得る。サブパッドは、前表面及び後表面を有してもよく、研磨層は、サブパッドの前表面及び／又は後表面の上に存在してもよい。研磨層は、図１に示すように、裏材の前表面に適用することができる。
【００６１】
よって、図１を具体的に参照すると、いくつかの実施形態において、構造化固定研磨物品１００は、フィルム裏材１１０、少なくとも裏材１１０上に配置され複数の成形研磨複合材料１３０を含む研磨層１２０を含み得る。成形された研磨複合材料１３０は、マトリックス材料中に１００〜５００ｎｍの体積平均径を有する複数のセリア研磨粒子を含み、このマトリックス材料は、ポリマー結合剤と、１００ナノメートル未満の体積平均径を有する複数の表面処理済みセリア充填剤粒子とを含む。
【００６２】
いくつかの実施形態において、本開示の構造化研磨物品は、形状がほぼ円形、例えば研磨ディスクの形態であり得る。円形研磨ディスクの外側縁部は、好ましくは平滑であり、又は扇形であってもよい。構造化研磨物品は、楕円形、又は三角形、正方形、長方形等などの任意の多角形形状の形態であり得る。あるいは、研磨物品は、別の実施形態においてベルトの形態であり得る。研磨物品は、研磨技術分野で研磨テープロールと典型的に呼ばれるロールの形態でもたらされてもよい。一般に、研磨テープロールは、ＣＭＰプロセス時に割送りされるか又は連続的に移動され得る。研磨物品は穿孔されて、研磨コーティング及び／又は裏材を通って開口部を提供し、使用前、使用中及び／又は使用後に液体媒質の通過を可能にしてもよい。
【００６３】
特定の代表的な実施形態において、研磨物品は、持続性であり得、例えば、研磨物品は、少なくとも２枚、好ましくは少なくとも５枚、より好ましくは少なくとも２０枚、最も好ましくは３０枚のウェハを処理できる。いくつかの実施形態において、固定研磨物品は、ウェハ上に成膜された金属層、例えば、銅層、アルミニウム層、又はタングステン層を研磨及び／又はポリシングするのに有用であり得る。いくつかの実施形態において、研磨物品は、良好な誘電体材料除去速度をもたらす。更に、特定の実施形態において、研磨物品は、許容できる平坦度、表面仕上げ、及び最小のディッシングを有する半導体ウェハを生産することができる。いくつかの実施形態において、ウェハの材料組成、構造及び形状寸法は、研磨物品の組成及び構造の選択に影響を及ぼし得る。研磨物品を作製するのに使用される材料、所望のテクスチャ及び／又はプロセスは、これらの基準を満たしているかどうかに影響を及ぼし得る。
【００６４】
セリア研磨粒子
上述のように、本開示による研磨複合材料は、ポリマー結合剤と、１００ナノメートル未満の体積平均径を有する表面処理済みセリア充填剤粒子とを含むマトリックス材料中に分散した、直径１００〜５００ｎｍ（例えばサブマイクロメートル）のセリア研磨粒子を含む。
【００６５】
研磨複合材料をなすセリア研磨粒子の量は変動し得る。いくつかの代表的な実施形態において、セリア研磨粒子は、研磨複合材料の合計重量に基づいて、最高５０重量％、最高４０重量％、最高３０重量％、最高２０重量％、又は最高１０重量％の量で存在する。特定の代表的な実施形態において、セリア研磨粒子は、研磨複合材料の合計重量に基づいて、少なくとも５重量％、少なくとも１０重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも３０重量％、又は少なくとも４０重量％の量で存在する。
【００６６】
研磨粒子はセリア（すなわち酸化セリウム）を含む。この開示の目的のために、セリア研磨粒子は、セリア研磨粒子によりもたらされる研磨を基準にして、ウェハ表面をいかなる有意な程度にも研磨しない他の材料も含み得る。ゆえに、セリア及び他の材料を含む微粒子材料がセリア研磨粒子として作用するかどうかは、その材料の化学組成、その研磨物品を含む研磨粒子の組成物及びサイズ、研磨される基材の組成物（例えばウェハの組成物）、及び所望により使用される作動液の組成物に、ある程度依存する。例えば、ある材料が１つのウェハ表面で無機充填剤粒子として作用し、かつ別のウェハ表面で研磨粒子として作用することが可能である。
【００６７】
研磨粒子の寸法は、ある程度、製造過程製品の特定の組成、例えばウェハ組成及び構造、並びに研磨プロセス時に使用される任意の作動液の選択に基づいて選択され得る。代表的な実施形態において、セリア研磨粒子は、１００〜２００ｎｍの体積平均径を有する。ほとんど全ての場合、研磨粒子サイズの範囲又は分布が存在する。ゆえに、特定の代表的な実施形態において、セリア研磨粒子は、少なくとも０．１マイクロメートル（１００ｎｍ）、かつ０．５マイクロメートル（５００ｎｍ）以下の体積平均径を呈するよう選択される。場合によっては、セリア研磨粒子の体積平均径は０．４５マイクロメートル（４５０ｎｍ）、０．３５マイクロメートル（３５０ｎｍ）、０．２５マイクロメートル（２５０ｎｍ）、又は更には０．１マイクロメートル（１００ｎｍ）もの小ささとなるよう選択され得る。
【００６８】
場合によっては、得られる研磨物品がウェハ上に非常に均一な表面仕上げをもたらすように、粒径分布が厳密に制御されるのが好ましい場合がある。セリア粒子は、より小さい一次セリア粒子の粒塊及び／又は凝集体を含み得ることが認められる。例えば、セリア粒子（一次粒子、粒塊、凝集体、又はこれらの組み合わせとして存在）は、体積基準で、１００、２００、３００、又は４００ｎｍから、最高５００ｎｍ、又はそれ未満の範囲の平均粒径を有し得る。
【００６９】
セリア研磨粒子は、例えば、粉末、分散液、又はゾルの形態で供給され得るが、セリア研磨粒子は通常は粉末として供給される。研磨粒子は、ポリマー結合剤中に均質的に又は不均質的に分散され得る。用語「分散した」は、研磨粒子及び／又はナノ微粒子充填剤粒子がポリマー結合剤全体にわたって分配されていることを指す。得られる研磨コーティングが、より均一な研磨プロセスをもたらすように、研磨粒子及び／又はナノ微粒子（すなわちナノセリア）充填剤粒子が、均質的に分散されていることが一般に好ましくあり得る。
【００７０】
いくつかの実施形態において、研磨粒子は、研磨粒塊として提供され得る。研磨粒塊の例は、米国特許第６，５５１，３６６号及び同第６，６４５，６２４号に見出すことができる。
【００７１】
表面処理済みナノセリア充填剤粒子
固定研磨物品は、表面処理済みナノセリア充填剤粒子を更に含む。ナノセリア充填剤粒子は、セリア（すなわち酸化セリウム）を含む。この開示の目的のために、表面処理済みナノセリア充填剤粒子は、セリア研磨粒子によりもたらされる研磨を基準にしてウェハ表面をいかなる有意な程度にも研磨しない他の微粒子材料も含み得る。したがって、粒子材料が表面処理済みナノセリア充填剤粒子であるかどうかは、その材料の化学組成、その研磨物品を含む研磨粒子の組成物及びサイズ、研磨される基材の組成物（例えばウェハの組成物）、及び所望により使用される作動液の組成物に依存する。ある材料が１つのウェハ表面で無機充填剤粒子として作用し、かつ別のウェハ表面で研磨粒子として作用することが可能である。
【００７２】
表面処理済みナノセリア充填剤粒子は、研磨物品の侵食性を改変し得る。表面処理済みナノセリア充填剤粒子及びその量が適切である場合は、表面処理済みセリア充填剤粒子は研磨物品の侵食性を減少させ得る。別の実施形態において、表面処理済みナノセリア充填剤粒子は、特定の基材をポリシングするために構造化固定研磨物品を使用することによって生じる欠陥を低減させることができる。表面処理済みナノセリア充填剤粒子はまた、研磨物品のコストを削減させ、ポリマー結合剤又はポリマー結合剤前駆体のレオロジーを変え、かつ／又は研磨物品の研磨特性を変えるために選択され得る。
【００７３】
研磨複合材料をなす表面処理済みナノセリア充填剤粒子の量は、変化し得る。代表的な実施形態において、表面処理済みセリア充填剤粒子は、研磨複合材料の合計重量に基づいて、少なくとも１０重量％の量で存在する。いくつかの代表的な実施形態において、表面処理済みナノセリア充填剤粒子は、研磨複合材料の合計重量に基づいて、最高８０重量％、最高７０重量％、最高６０重量％、最高５０重量％、最高４０重量％、最高３０重量％、最高２０重量％、又は最高１０重量％の量で存在する。特定の代表的な実施形態において、表面処理済みナノセリア充填剤粒子は、研磨複合材料の合計重量に基づいて、少なくとも１重量％、少なくとも５重量％、少なくとも１０重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも４０重量％、少なくとも５０重量％、又は少なくとも６０重量％の量で存在する。
【００７４】
代表的な実施形態において、表面処理済みセリア充填剤粒子は、１００ｎｍ以下の体積平均径を有する。いくつかの代表的な実施形態において、表面処理済みナノセリア充填剤粒子の好ましい体積平均径は、約１００ｎｍ以下、より好ましくは８０ｎｍ以下、更により好ましくは７０ｎｍ以下、更により好ましくは６０ｎｍ以下となるよう選択することができる。本明細書で特定の好ましい実施形態において、充填剤粒子は、少なくとも約５ｎｍ、より好ましくは少なくとも約１０ｎｍ、更により好ましくは少なくとも約２５ｎｍの体積平均径を呈する。本明細書では、粒子のコロイド状分散液の形態の表面処理済みナノセリア充填剤が好ましい。
【００７５】
本発明での使用に特に好適なコロイド状酸化セリウムナノ微粒子充填剤粒子は、ゾルとして分散した非凝集金属酸化物粒子であり、約５〜１００ｎｍ以下、好ましくは約１０〜７５ｎｍ、より好ましくは約２５〜約６０ｎｍ、更により好ましくは約３５〜約５５ｎｍの平均粒径を有する。ポリマー結合剤中に金属酸化物粒子を分散させる際の容易さ、並びに研磨物品の耐用期間の改善及び研磨物品が基材のポリシングに使用されるときの欠陥の低減に基づくと、これらのサイズ範囲が好ましい。
【００７６】
１００ナノメートル未満の平均粒径を有するセリアゾルを得るための方法及び供給源は、当該技術分野において周知である。本開示で用いるのに好適なセリア分散液及びゾルとしては、例えば、Ｅｖｏｎｉｋ  Ｄｅｇｕｓｓａ  Ｃｏｒｐ．（Ｐａｒｓｉｐｐａｎｙ，ＮＪ）、Ｒｈｏｄｉａ，Ｉｎｃ．（Ｃｒａｎｂｅｒｒｙ，ＮＪ）、Ｆｅｒｒｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，ＯＨ）及びＵｍｉｃｏｒｅ  ＳＡ（Ｂｒｕｓｓｅｌｓ，Ｂｅｌｇｉｕｍ）等の供給元から市販されているセリアゾル及び分散液が挙げられる。
【００７７】
ポリマー結合剤中での表面処理済みナノセリア充填剤の分散は、本発明の研磨物品の耐用年数を増加させるのに重要であり得る。ナノセリア充填剤をポリマー結合剤に組み込む好ましい方法は、ポリマー結合剤をゾルと組み合わせることである。より好ましいのは、ポリマー結合剤前駆体をゾルと組み合わせることである。ゾルの液体媒質のかなりの部分をポリマー結合剤前駆体−ゾル混合物から除去した後、セラマーが形成されるのが好ましい、すなわち、ナノセリア充填剤を含むコロイド金属酸化物粒子は実質的に非凝集である。セラマーは、ゾルの液体媒質が実質的にないのが好ましい場合がある。より好ましくは、セラマーは、５重量％未満のゾルの液体媒質、最も好ましくは１重量％未満のゾルの液体媒質を含有する。
【００７８】
コロイド金属酸化物粒子の分散剤として好適な液体媒質の代表的な例としては、水、水性アルコール溶液、低脂肪族アルコール、トルエン、エチレングリコール、ジメチルアセトアミド、ホルムアミド、及びこれらの組み合わせが挙げられる。好ましい液体媒質は水である。コロイド状酸化セリウム粒子が水に分散される際、粒子は、各粒子の表面の共通荷電のために安定化され、アグロメレーションよりもむしろ分散を促す傾向にある。同じ電荷粒子が互いに反発し、それにより凝集を防止する。ナノセリアセラマーを調製するのに有用なゾルは、当該技術分野において周知の方法によって調製することができる。
【００７９】
いくつかの代表的な実施形態において、詳しく後述されるように、研磨粒子は、ポリマー結合剤又はポリマー結合剤前駆体中に均質的に又は不均質的に分散され得る。用語「分散した」は、研磨粒子がポリマー結合剤全体にわたって分配されていることを指す。結合剤中に実質的に均質にセリア粒子を分散させると、典型的には、構造化固定研磨物品の性能が向上する。
【００８０】
特定のポリマー結合剤又はポリマー結合剤前駆体中におけるナノ微粒子無機充填剤の分散性は、その表面処理済みナノセリア充填剤粒子の表面処理剤の選択に依存し得る。多くの場合、所望の分散度をもたらす２つ又はそれ以上の表面処理剤の混合物を有することが好ましい場合がある。ポリマー結合剤又はポリマー結合剤前駆体中で実質的に非凝集であるナノ微粒子無機充填剤の分散剤が好ましい場合がある。
【００８１】
よって、代表的な実施形態において、ナノセリア充填剤には、１つ以上の表面処理剤を含む表面処理が提供される。いくつかの代表的な実施形態において、表面処理済みセリア充填剤粒子は、シラン、チタン酸塩、ジルコン酸塩、有機リン酸塩、有機スルホン酸塩、ポリエーテル酸、カルボン酸（メタ）アクリレート及びポリ（メタ）アクリレートを含む構成成分の反応生成物、並びにこれらの組み合わせから選択される表面処理を有する。
【００８２】
この発明に好適なシラン表面処理剤の例としては、オクチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、トリス−［３−（トリメトキシシリル）プロピル］イソシアヌレート、ビニル−トリス−（２−メトキシエトキシ）シラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、ビス−（γ−トリメトキシシリルプロピル）アミン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、アクリルオキシアルキルトリメトキシシラン、メタクリルオキシアルキルトリメトキシシランフェニルトリクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、Ａ１２３０専売非イオン性シラン分散剤（ＯＳＩ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｄａｎｂｕｒｙ，ＣＴ）から入手可能）が挙げられる。市販の表面処理剤の例としては、「Ａ１７４」及び「Ａ１２３０」（ＯＳＩ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｄａｎｂｕｒｙ，ＣＴ）から入手可能）が挙げられる。
【００８３】
更なる実施形態において、ナノセリア充填剤粒子は、ポリマー結合剤及び／又はポリマー結合剤前駆体のうち１つ以上とナノセリア充填剤粒子表面との間に結合架橋をもたらす表面処理剤により形成される表面処理を有し得る。所望の場合、ポリマー結合剤又はポリマー結合剤前駆体及びナノセリア充填剤粒子表面の化学組成は、この架橋を容易にするために表面処理剤の化学組成と併せて選択され得る。いくつかの実施形態において、架橋は、ポリマー結合剤又はポリマー結合剤前駆体と表面処理剤との間の固有の引力（例えば、ファンデルワールス力）及び表面処理剤とナノセリア充填剤粒子の表面との間の固有の引力により達成され得る。更なる実施形態において、架橋は、ポリマー結合剤、ポリマー結合剤前駆体、表面処理剤、及びナノセリア充填剤粒子表面の１つ以上を含む官能基間の化学反応により達成されてもよく、酸塩基相互作用及びイオン相互作用が含まれる。
【００８４】
したがって、特に結合剤が塩基性ポリマー（例えばヒドロキシル官能性ポリマー、又は（メタ）アクリルポリマー）を含む場合、セリア粒子をカルボン酸（メタ）アクリレートで処理して、分散性の促進及び／又は凝集の低減をはかり、その後のポリマー結合剤への結合を増進することが通常有用である。代表的なカルボン酸（メタ）アクリレートとしては、（メタ）アクリル酸、マレイン酸のモノアルキルエステル、フマル酸、フマル酸のモノアルキルエステル、マレイン酸、イタコン酸、イソクロトン酸、クロトン酸、シトラコン酸、及びβカルボキシエチル（メタ）アクリレートが挙げられる。
【００８５】
セリア粒子をカルボン酸（メタ）アクリレートで処理する１つの代表的な方法では、セリア粒子の水性媒体（例えば、水）中分散液（例えば、ゾル）を、ポリエーテル酸及びカルボン酸（メタ）アクリレート（それぞれ表面を処理してセリア粒子を安定化させるのに十分な量）、並びに水より高い沸点を有する水混和性有機溶媒と組み合わせる。典型的には、ポリエーテル酸とカルボン酸（メタ）アクリレートとの比率は、約３：５〜５：３の範囲であるが、他の比率を用いてもよい。有用な溶媒の例としては、１−メトキシ−２−プロパノール、ジメチルホルムアミド、及びジグリムが挙げられる。一旦組み合わせると、減圧下で蒸発させることにより水は実質的に除去されて、セリア分散液が得られ、その分散液中では、セリア粒子は、カルボン酸（メタ）アクリレート分子と結合することにより凝集化に対して安定である。この得られたセリア分散液は、典型的には、ポリ（メタ）アクリレート及び任意のモノ（メタ）アクリレートモノマー、並びに結合剤前駆体中に含まれ得る任意の更なるカルボン酸（メタ）アクリレートと容易に組み合わせることができる。
【００８６】
カルボン酸（メタ）アクリレートは、典型的には、セリア粒子の結合剤への接着を促進する機能を有するが、ポリエーテル酸は、主に、結合剤（又はその前駆体成分）及び／又は溶媒中のセリア粒子の分散安定性を高めるために含まれる。本明細書で使用するとき、この用語は、酸性基又はその塩に共有結合しているポリエーテルセグメントを有する化合物を指す。代表的なポリエーテルセグメントとしては、ポリエチレングリコールセグメント、ポリエチレングリコールセグメント、及び混合ポリ（エチレングリコール／プロピレングリコール）セグメントが挙げられる。代表的な酸性基としては、−ＣＯ２Ｈ、−ＰＯ２Ｈ、−ＰＯ３Ｈ、−ＳＯ３Ｈ、及びこれらの塩が挙げられる。特定の実施形態において、ポリエーテル酸は、包括的に最高１２個の炭素原子を有し、以下の式により表わされる。
Ｒ１−（Ｒ２−Ｏ）ｎ−Ｘ−Ａ
式中、Ｒ１は、Ｈ、１〜６個の炭素原子を有するアルキル基（例えば、メチルエチル、又はプロピル）、又は１〜６個の炭素原子を有するアルコキシ基（例えば、メトキシ、エトキシ、又はプロポキシ）を表わし、各Ｒ２は、独立して、１〜６個の炭素原子を有する二価アルキレン基（例えば、エチレン、プロピレン、又はブチレン）を表わし、ｎは、正の整数（例えば、１、２、又は３）を表わし、Ｘは、二価有機連結基又は共有結合を表わし、Ａは、酸性基（例えば、上記の記載）を表わす。代表的なかかるポリエーテル酸としては、２’−（２”−メトキシエトキシ）エチルスクシネート（モノエステル）、メトキシエトキシエトキシ酢酸、及びメトキシエトキシ酢酸が挙げられる。
【００８７】
マトリックス材料及びポリマー結合剤
本開示による代表的な構造化固定研磨物品では、研磨粒子が研磨プロセス時に研磨物品から容易に分離されないように、研磨複合材料は、研磨粒子を研磨物品内で固定し得るマトリックス材料により形成される。特定の実施形態において、マトリックス材料は、ポリマー結合剤と、ポリマー結合剤中に分散された複数のナノセリア充填剤粒子とを含む。例えば、ポリマー結合剤は、ポリマー又はポリマー結合剤前駆体を含み得る。ゆえに、特定の実施形態において、ポリマー結合剤は、予備形成ポリマーである。
【００８８】
特定の実施形態において、構造化固定研磨物品は、ポリマー結合剤中に分散した複数の研磨粒子を含み得る。いくつかの実施形態において、ポリマー結合剤の特定の化学的及び機械的特性は、研磨物品の性能に対して重要であり得る。したがって、ポリマー結合剤は、研磨物品の所望の特性をもたらすために選択され得る。
【００８９】
特定の実施形態において、好ましいポリマー結合剤は、フリーラジカル硬化性ポリマー結合剤前駆体である。これらのポリマー結合剤前駆体は、熱エネルギー又は放射線エネルギーに曝露すると同時に急速に重合することができる。フリーラジカル硬化性ポリマー結合剤前駆体の１つの好ましいサブセットとしては、エチレン性不飽和ポリマー結合剤前駆体が挙げられる。そのようなエチレン性不飽和ポリマー結合剤前駆体の例としては、ペンダントα、β不飽和カルボニル基、エチレン性不飽和モノマー、例えばアクリレート若しくはエチレン性不飽和オリゴマー、アクリレート化イソシアヌレートモノマー、アクリレート化ウレタンオリゴマー、アクリレート化エポキシモノマー若しくはオリゴマー、又は希釈剤、アクリレートエステル、及びこれらの混合物を有するアミノプラストモノマー又はオリゴマーが挙げられる。用語「アクリレート」は、アクリレート及びメタクリレートの両方を含む。
【００９０】
熱硬化性ポリマー結合剤又は結合剤前駆体（後述）に加え、熱可塑性ポリマー結合剤も使用することができる。好適な熱可塑性ポリマー結合剤の例としては、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテルイミド、ポリスルフォン、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー、スチレン−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー、スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー、アセタールポリマー、ポリ塩化ビニル、及びこれらの組み合わせが挙げられる。所望により熱硬化性樹脂とブレンドされた水溶性ポリマー結合剤前駆体が使用されてもよい。水溶性ポリマー結合剤前駆体の例としては、ポリビニルアルコール、膠、又はヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース若しくはヒドロキシエチルメチルセルロースなどの水溶性セルロースエーテルが挙げられる。
【００９１】
あるいは、いくつかの実施形態において、研磨物品用ポリマー結合剤は、有機ポリマー結合剤前駆体からその場で形成され得る。ポリマー結合剤前駆体は、好ましくはコーティングできるように十分に流れることができ、その後固化することができる。固化は、硬化（例えば、重合及び／又は架橋）及び／若しくは乾燥、又は単に冷却によって達成され得る。ポリマー結合剤前駆体は、有機溶媒系、水系又は１００％固体（すなわち、実質的に溶媒がない）組成物であり得る。熱可塑性又は熱硬化性ポリマー又は材料、並びにこれらの組み合わせが、ポリマー結合剤前駆体として使用され得る。
【００９２】
結合剤前駆体は、モノマー、オリゴマー、ポリマー、又はこれらの組み合わせの形態であり得る。好適なポリマー結合剤及びポリマー結合剤前駆体は、米国特許第６，１９４，３１７号（Ｋａｉｓａｋｉら）に記載されている。ポリマー結合剤前駆体は、好ましくは硬化性有機材料（すなわち、熱及び／若しくは電子ビーム、紫外線、可視光線等などの他のエネルギー源に曝露すると、又はポリマーを硬化若しくは重合させる化学触媒、水分若しくは他の薬剤の添加で経時的に、重合及び／又は架橋が可能なポリマー又は材料）であり得る。結合剤前駆体例としては、エポキシポリマー、アミノポリマー若しくはアミノプラストポリマー、例えばアルキル化ユリアホルムアルデヒドポリマー、メラミンホルムアルデヒドポリマー及びアルキル化ベンゾグアナミンホルムアルデヒドポリマー、アクリレート及びメタクリレートを含むアクリレートポリマー、例えばビニルアクリレート、アクリレート化エポキシ、アクリレート化ウレタン、アクリレート化ポリエステル、アクリレート化ポリエーテル、ビニルエーテル、アクリレート化油及びアクリレート化シリコーン、アルキドポリマー、例えばウレタンアルキドポリマー、ポリエステルポリマー、反応性ウレタンポリマー、フェノールポリマー、例えばレゾール及びノボラックポリマー、フェノール／ラテックスポリマー、エポキシポリマー、例えばビスフェノールエポキシポリマー、イソシアネート、イソシアヌレート、アルキルアルコキシシランポリマーを含むポリシロキサンポリマー、又は反応性ビニルポリマーが挙げられる。
【００９３】
本明細書で特定の好ましい実施形態において、ポリマー結合剤は、１つ以上の（メタ）アクリルモノマーの反応生成物を含む。本明細書で特定の好ましい実施形態において、結合剤は、カルボン酸（メタ）アクリレート及びポリ（メタ）アクリレートを含む構成成分の反応生成物を含む。上述のように、カルボン酸（メタ）アクリレートの少なくとも一部は、典型的には、研磨粒子と組み合わせられ、次いで得られた分散液が残りの結合剤成分と組み合わせられるが、これは必須ではない。本明細書で好ましい追加の実施形態において、表面処理及びポリマー結合剤のうち一方又は両方は、βカルボキシエチルアクリレートの反応生成物を含む。所望により、表面処理及びポリマー結合剤のうち一方又は両方は、モノ（メタ）アクリレートの反応生成物を更に含み得る。
【００９４】
構造化固定研磨物品が作製される場合、ポリマー結合剤前駆体は、ポリマー結合剤前駆体の硬化又は重合を開始するのを助ける条件（典型的にはエネルギー源）に曝露し得る。この重合又は硬化工程中、ポリマー結合剤前駆体は、固化され、ポリマー結合剤に変換され得る。ポリマー結合剤前駆体がフリーラジカル硬化性ポリマーを含むことが望ましい場合がある。放射線などのエネルギー源に曝露すると、フリーラジカル硬化性ポリマーは、鎖が伸長及び／又は架橋されて、ポリマー結合剤を形成し得る。
【００９５】
いくつかの実施形態において、成分はまた、フリーラジカル光反応開始剤、フリーラジカル熱反応開始剤、酸化防止剤、着色剤、及び充填剤（研磨性能に実質的に影響を与えない充填剤）のうち１つ以上を含み得る。更に、結合剤は、典型的には、その成分を含む結合剤前駆体から調製され、その中に研磨粒子が分散している（例えば、スラリーとして）。
【００９６】
好適な結合剤前駆体は、典型的には、周囲条件又は周囲条件に近い条件で、非硬化状態であり、流動可能である。結合剤前駆体は、典型的には、少なくとも部分的に結合剤前駆体を硬化（すなわち、フリーラジカル重合）させる条件（典型的には、エネルギー源）に曝露されて、分散した研磨粒子を保持することができる結合剤に変換される。代表的なエネルギー源としては、電子線、紫外線、可視光線、赤外線、ガンマ線、熱、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００９７】
いくつかの好ましいフリーラジカル硬化性ポリマーの例としては、（メタ）アクリレートモノマー、（メタ）アクリレートオリゴマー又は（メタ）アクリレートモノマーと（メタ）アクリレートオリゴマーとの組み合わせが挙げられる。有用なポリ（メタ）アクリレートとしては、少なくとも２つの（メタ）アクリレート基を有するモノマー及び／又はオリゴマーが挙げられ、例えば、トリ（メタ）アクリレート及びテトラ（メタクリレート）である。代表的なポリ（メタクリレート）には、次のものが挙げられる：ジ（メタ）アクリレート、例えば１，３−ブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールモノ（メタ）アクリレートモノ（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、アルコキシル化脂肪族ジ（メタ）アクリレート、アルコキシル化シクロヘキサンジメタノールジ（メタ）アクリレート、アルコキシル化ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、アルコキシル化ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、カプロラクトン修飾ネオペンチルグリコールヒドロキシピバル酸ジ（メタ）アクリレート、カプロラクトン修飾ネオペンチルグリコールヒドロキシピバル酸ジ（メタ）アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、エトキシル化（１０）ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、エトキシル化（３）ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、エトキシル化（３０）ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、エトキシル化（４）ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ヒドロキシピバルアルデヒド修飾トリメチロールプロパンジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール（２００）ジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール（４００）ジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール（６００）ジ（メタ）アクリレート、プロポキシル化ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート；トリ（メタ）（メタ）アクリレート、例えばグリセロールトリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エトキシル化トリ（メタ）アクリレート（例えばエトキシル化（３）トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エトキシル化（６）トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エトキシル化（９）トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エトキシル化（２０）トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート）、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、プロポキシル化トリ（メタ）アクリレート（例えばプロポキシル化（３）グリセリルトリ（メタ）アクリレート、プロポキシル化（５．５）グリセリルトリ（メタ）アクリレート、プロポキシル化（３）トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、プロポキシル化（６）トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート）、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート；及び高官能性（メタ）アクリル含有化合物、例えばジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、エトキシル化（４）ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、カプロラクトン修飾ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート；オリゴマー（メタ）アクリル化合物、例えばポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート；並びにこれらの組み合わせ。かかる化合物は、例えば、Ｓａｒｔｏｍｅｒ  Ｃｏ．（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）、ＵＣＢ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓｍｙｒｎａ，ＧＡ）、及びＡｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）等の販売業者から広く入手可能である。
【００９８】
結合剤前駆体は、有効な量、例えば、０．１、１、若しくは３重量％から、最高５、７、若しくは更には１０重量％、又はそれ以上の少なくとも１つの光反応開始剤を含み得る。有用な光開始剤としては、（メタ）アクリレートをフリーラジカル的に光硬化させるのに有用であることが既知のものが挙げられる。代表的な光反応開始剤としては、ベンゾイン及びその誘導体、例えば、α−メチルベンゾイン；α−フェニルベンゾイン；α−アリルベンゾイン；α−ベンジルベンゾイン；ベンゾインエーテル、例えば、ベンジルジメチルケタール（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，ＮＹからＩＲＧＡＣＵＲＥ  ６５１として入手可能）、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインｎ−ブチルエーテル；アセトフェノン及びその誘導体、例えば、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−プロパノン（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓからＤＡＲＯＣＵＲ  １１７３として入手可能）及び１−ヒドロキシシクロへキシルフェニルケトン（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓからＩＲＧＡＣＵＲＥ  １８４として入手可能）；２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−（４−モルホリニル）−１−プロパノン（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓからＩＲＧＡＣＵＲＥ  ９０７として入手可能）；２−ベンジル−２−（ジメチルアミノ）−１−［４−（４−モルホリニル）フェニル］−１−ブタノン（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓからＩＲＧＡＣＵＲＥ  ３６９として入手可能）；並びに（フェニルビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，ＮＹからＩＲＧＡＣＵＲＥ  ８１９として入手可能）が挙げられる。他の有用な光反応開始剤としては、モノ−及びビス−アシルホスフィン（例えば、Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  ＣｈｅｍｉｃａｌｓからＩＲＧＡＣＵＲＥ  １７００、ＩＲＧＡＣＵＲＥ  １８００、ＩＲＧＡＣＵＲＥ  １８５０、及びＤＡＲＯＣＵＲ  ４２６５として入手可能）が挙げられる。
【００９９】
結合剤前駆体は、有効な量、例えば、０．１、１、若しくは３重量％から、最高５、７、若しくは更には１０重量％、又はそれ以上の少なくとも１つの熱反応開始剤を含み得る。代表的な熱フリーラジカル反応開始剤としては、アゾ化合物、例えば、２，２−アゾ−ビスイソブチロニトリル、ジメチル２，２’−アゾビス（イソブチラート）、アゾビス（ジフェニルメタン）、４，４’−アゾビス−（４−シアノペンタン酸）、（２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏ．（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）からＶＡＺＯ  ５２として入手可能）；過酸化物、例えば、過酸化ベンゾイル、過酸化クミル、過酸化ｔ−ブチル、過酸化シクロヘキサノン、過酸化グルタル酸、及び過酸化ジラウロイル；過酸化水素；ヒドロペルオキシド、例えば、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド及びクメンヒドロペルオキシド；過酸、例えば、過酢酸、及び過安息香酸；過硫酸カリウム；並びに過酸エステル、例えば、過炭酸ジイソプロピルが挙げられる。
【０１００】
いくつかの実施形態において、例えば、得られる結合剤の粘度を低下させるため及び／又は架橋密度を低下させるために、結合剤前駆体中に１つ以上のモノエチレン性不飽和フリーラジカル重合性化合物を含むことが望ましい場合もある。代表的なモノエチレン性不飽和フリーラジカル重合性化合物としては、ヘキシル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、イソノニル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ドデシル（メタ）アクリレート、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−プロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、ｎ−オクチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、シクロへキシル（メタ）アクリレート、又はオクタデシル（メタ）アクリレートを含むモノ（メタ）アクリレート；Ｎ−ビニル化合物、例えば、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルピロリジノン、又はＮ−ビニルカプロラクタム；及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【０１０１】
場合によっては、研磨複合材料は、セリア研磨粒子、表面処理済みナノセリア充填剤粒子、及びポリマー結合剤又はポリマー結合剤前駆体を含むスラリーから形成することができる。いくつかの実施形態において、ナノセリア充填剤及びセリア研磨粒子は、体積を基準に、研磨複合材料の約７０％以下、好ましくは研磨複合材料の約５０％以下含まれる。いくつかの実施形態において、研磨複合材料内の研磨粒子及び充填剤粒子の体積分率に対する研磨粒子の体積分率は、約０．９０以下、好ましくは０．７５以下である。
【０１０２】
いくつかの実施形態において、ポリマー結合剤又はポリマー結合剤前駆体は、体積を基準に、研磨複合材料の少なくとも約１０％、研磨複合材料の少なくとも約２０％、研磨複合材料の少なくとも約３０％、研磨複合材料の少なくとも約４０％、又は研磨複合材料の少なくとも約５０％含まれる。いくつかの実施形態において、ポリマー結合剤又はポリマー結合剤前駆体は、体積を基準に、研磨複合材料の最高約９０％、研磨複合材料の最高約８０％、研磨複合材料の最高約７０％、研磨複合材料の最高約６０％、又は研磨複合材料の最高約５０％含まれる。
【０１０３】
マトリックス材料及びポリマー結合剤は、研磨粒子表面修正添加剤、分散剤、不動態化剤、水溶性添加剤、感水性剤、結合剤、拡張剤、繊維、静電気防止剤、反応性希釈剤、反応開始剤、懸濁化剤、潤滑剤、湿潤剤、界面活性剤、染料、ＵＶ安定剤、錯化剤、連鎖移動剤、促進剤、触媒、又は活性剤などの他の添加剤を含み得る。体積比を計算する目的のため、これらの化合物は、ポリマー結合剤及びマトリックス材料の体積の一部であると考えられる。これらの添加剤の量は、この開示をガイドとして、当業者により容易に選択され、所望の性能をもたらすことができる。
【０１０４】
所望による裏材、接着剤及びサブパッド
特定の実施形態において、構造化固定研磨物品は、第１主表面と第２主表面とを有する裏材、及び裏材の第１主表面に分配された複数の研磨複合材料を更に含む。いくつかの実施形態において、この裏材は実質的に不透明であり得る。他の代表的な実施形態において、この裏材は透明又は半透明であり得る。
【０１０５】
可撓性裏材及びより剛性な裏材の両方を含む様々な裏材材料が、この目的のために好適である。裏材は、すでに研磨物品に使用されている材料の群、例えば、紙、不織布材、布、処理布、高分子フィルム、プライム高分子フィルム、金属フォイル、その処理されたもの、及びこれらの組み合わせから選択され得る。裏材の１つの好ましい種類は、高分子フィルムであり得る。そのような高分子フィルムの例としては、ポリエステルフィルム、コポリエステルフィルム、ミクロ中空ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンフィルム等が挙げられる。本明細書で好ましい実施形態において、裏材は、プライムポリエステルフィルムであり得る。
【０１０６】
高分子フィルム裏材の厚さは、一般に、約２０マイクロメートルから、好ましくは約５０マイクロメートルから、最も好ましくは約６０マイクロメートルから、約１，０００マイクロメートルまで、より好ましくは約５００マイクロメートルまで、最も好ましくは約２００マイクロメートルまでの範囲であり得る。裏材の少なくとも１つの表面には、マトリックス材料及び研磨粒子がコーティングされ得る。特定の実施形態において、裏材は、厚さが均一であり得る。裏材は厚さが十分に均一でないと、ＣＭＰプロセスにおいて、ウェハポリシング均一性のばらつきがより大きくなる場合がある。
【０１０７】
一般に、研磨物品が裏材を含む場合、研磨粒子は、ポリマー結合剤及びナノ微粒子無機充填剤粒子を含むマトリックス材料中に分散され、裏材に固定、付着又は固着される３次元研磨複合材料を形成し得る。
【０１０８】
研磨複合材料を任意の裏材に固着するために使用されるポリマー結合剤は、研磨複合材料を形成するために使用されるポリマー結合剤と同じであってもよいし、異なっていてもよい。いくつかの実施形態において、研磨複合材料を固着又は形成するために使用されるポリマー結合剤は、熱可塑性ポリマー結合剤又は熱硬化性ポリマー結合剤であり得る。ポリマー結合剤が熱硬化性ポリマー結合剤である場合、ポリマー結合剤は、好ましくはポリマー結合剤前駆体から形成され得る。具体的に、好適なポリマー結合剤前駆体は、未硬化状態で流動性である。
【０１０９】
特定の追加の実施形態において、固定研磨物品は、固定研磨物品をポリシング機に取り付けるのに好適な接着剤を含む。所望により、接着剤は、感圧接着剤であり得る。好ましくは、接着剤は、裏材の裏側面、すなわち、マトリックス材料中に分散した研磨粒子でコーティングされた主要側面に対向する主要側面に適用されて、３次元研磨複合材料を形成する。いくつかの実施形態において、任意の裏材を有する固定研磨物品は、サブパッドと組み合わせて取り付けられるか又は使用され得る。好ましいサブパッドは、剛性及び／又は弾性要素を含む。好適なサブパッドが、米国特許第５，６９２，９５０号及び同第６，００７，４０７号に記載されている。
【０１１０】
研磨複合材料構成
個々の研磨複合材料形状は、様々な幾何学的固体のうち任意の形態を有し得る。好ましい研磨複合材料は、精密に成形されていても（上記に定義したように）不規則に成形されていてもよいが、精密に成形された複合材料が好ましい。典型的に、研磨複合材料は、研磨複合材料の基部、例えば裏材と接触している研磨複合材料の部分が、基部又は裏材から遠位の研磨複合材料の部分よりも大きい表面積を有するように形成される。複合材料の形状は、立方体、円筒、プリズム、長方形角錐、切頭された角錐、円錐、半球形、切頭された円錐、十字架又は遠位端を有する柱様横断面などの多数の幾何学的固体の中から選択され得る。角錐複合材料は、４つ、５つ、又は６つの側面を有してもよい。研磨複合材料は更に、異なる形状の混合物を有してもよい。研磨複合材料は、列に、同心円に、らせんに、若しくは格子型に配列されてもよく、又はランダムに設置されてもよい。
【０１１１】
研磨複合材料を形成する側部は、裏材に対して垂直であっても、裏材に対して傾斜していても、遠位端に向かって漸減した幅で先細にされていてもよい。側部が先細にされる場合、成形型又は製造具のキャビティから研磨複合材料をより容易に取り外すことができる。先細角度は、低いところでは約１度、好ましくは約２度、より好ましくは約３度、最も好ましくは約５度から、高いところでは約７５度、好ましくは約５０度、より好ましくは約３５度、最も好ましくは約１５度までの範囲であり得る。角度は、より小さい方が複合材料が磨耗する際に均一な公称接触面積をもたらすため、好ましい。したがって、一般に、先細角度は、成形型又は製造具から研磨複合材料の除去を容易にするのに十分大きい角度と均一な断面積を作るのに十分小さい角度との間の妥協であり得る。裏材におけるよりも遠位端で大きい可能性がある断面を有する研磨複合材料も使用され得るが、製作には、簡単な成形以外の方法を必要とする場合がある。
【０１１２】
各研磨複合材料の高さは、好ましくは同じであり得るが、単一研磨物品において高さの異なる複合材料を有することが可能であり得る。裏材又は複合材料間のランドに関する複合材料の高さは、一般に約２，０００マイクロメートル未満、より詳細には約２５マイクロメートル〜約２００マイクロメートルの範囲であり得る。個々の研磨複合材料の基部寸法は、約５，０００マイクロメートル以下、好ましくは約１，０００マイクロメートル以下、より好ましくは５００マイクロメートル未満であり得る。個々の研磨複合材料の基部寸法は、好ましくは約５０マイクロメートルを超え、より好ましくは約１００マイクロメートルを超える。研磨複合材料の基部は、互いに当接していてもよいし、又はいくらかの特定の距離だけ互いから離されていてもよい。
【０１１３】
いくつかの実施形態において、隣接研磨複合材料間の物理的接触は、各接触複合材料の垂直高さ寸法の３３％以下を伴う。より好ましくは、当接した複合材料間の物理的接触の量は、各接触した複合材料の垂直高さの約１％〜約２５％の範囲であり得る。この隣接の定義は、配置にも適用され、そこでは隣接複合材料は、複合材料の対向する側壁間で接触しかつ延在する共通の研磨複合材料のランド又は橋様構造を共有する。好ましくは、ランド構造は、各隣接した複合材料の垂直高さ寸法の約３３％以下の高さを有する。研磨複合材料ランドは、研磨複合材料を形成するのに使用される同じスラリーから形成され得る。複合材料の中心間に引かれた真っ直ぐな想像線上に介入する複合材料があり得ないという意味で、複合材料は「隣接」している。研磨複合材料の少なくとも一部が、複合材料の隆起部分間に凹部領域をもたらすように互いから分離されるのが好ましい場合がある。
【０１１４】
研磨複合材料の直線間隔は、直線１ｃｍ当たり約１研磨複合材料〜直線１ｃｍ当たり約２００研磨複合材料の範囲であり得る。直線間隔は、複合材料の濃度がある箇所で他の箇所より大きくなり得るように変えられてよい。例えば、濃度は、研磨物品の中心が最大であり得る。いくつかの実施形態において、複合材料の面積密度は、約１〜約４０，０００複合材料／ｃｍ２の範囲であり得る。裏材の一部を露出させる、すなわち、研磨剤コーティングが、裏材の表面積全体をカバーしないことも実現可能であり得る。この種の配列は、米国特許第５，０１４，４６８号（Ｒａｖｉｐａｔｉら）に更に記載されている。
【０１１５】
研磨複合材料は、所定のパターンで裏材上に並べられるか、又は裏材上の所定の場所に並べられるのが好ましい。例えば、裏材とその中にキャビティを有する生産用具との間にスラリーを供給することにより作製される研磨物品では、複合材料の所定のパターンは、生産用具のキャビティのパターンに対応する。したがって、パターンは、物品から物品に再現可能であり得る。
【０１１６】
所定のパターンの１つの実施形態においては、研磨複合材料が配列又は配置されており、それにより複合材料が、整列した横及び縦列、又は交互にずれた横及び縦列などの規則的な配列になっていることを意味し得る。所望の場合、研磨複合材料の１つの列が、研磨複合材料の第２列の前に直接整列されてよい。好ましくは、研磨複合材料の１つの列が、研磨複合材料の第２列からずれていてもよい。
【０１１７】
別の実施形態において、研磨複合材料は「ランダム」な配列又はパターンに並べられ得る。これは、複合材料が、前述のような横及び縦列の規則的な配列ではないことを意味し得る。例えば、研磨複合材料は、ＰＣＴ国際公開特許ＷＯ  ９５／０７７９７号（１９９５年３月２３日公開）（Ｈｏｏｐｍａｎら）及びＰＣＴ国際公開特許ＷＯ  ９５／２２４３６号（１９９５年８月２４日公開）（Ｈｏｏｐｍａｎら）の記述に従って並べられ得る。しかし、研磨物品上の複合材料の位置をあらかじめ定めることができ、研磨物品を作製するのに使用される製造具内のキャビティの場所に対応するという点で、この「ランダム」な配列は所定のパターンであり得ることが理解できる。
【０１１８】
３次元の非平坦化研磨物品は更に、変更可能な研磨コーティング組成物を有していてもよい。例えば、研磨ディスクの中心は、研磨ディスクの外側領域と異なっていてもよい（例えば、より軟らかい、より硬い、又は多少侵食性）研磨コーティング剤を含み得る。同様に、コーティング組成物は、研磨ウェブにわたって変化してもよい。そのような変化は連続であってもよく、又は不連続な工程で発生してもよい。
【０１１９】
ＣＭＰにおける構造化固定研磨物品の製造方法
別の態様において、本開示は構造化固定研磨物品の製造方法に関し、これは、
ポリマー結合剤の前駆体において、１００ナノメートル未満の体積平均径を有する複数の表面処理済みセリア充填剤粒子を分散させる工程と、
ポリマー結合剤の前駆体において、１００〜５００ナノメートルの体積平均径を有する複数のセリア研磨粒子を分散させる工程と、
ポリマー結合剤の前駆体において、表面処理済みセリア充填剤粒子とセリア研磨粒子との混合物から、複数の３次元研磨複合材料を形成する工程と、
この複数の３次元研磨複合材料を硬化させることにより、構造化固定研磨物品のマトリックス材料を含むポリマー結合剤を形成する工程と、を含む。
【０１２０】
本明細書のいくつかの好ましい実施形態において、複数の３次元研磨複合材料を形成する工程は、裏材上にこの混合物の層を形成する工程と、この層を、複数の精密に成形されたキャビティを有する製造具に接触させることにより、複数の３次元研磨複合材料を形成する工程と、を更に含む。
【０１２１】
いくつかの代表的な実施形態において、表面処理済みセリア充填剤粒子は、シラン、チタン酸塩、ジルコン酸塩、有機リン酸塩、有機スルホン酸塩、ポリエーテル酸、カルボン酸（メタ）アクリレートとポリ（メタ）アクリレートとを含む構成成分の反応生成物、及びこれらの組み合わせから選択される表面処理を有する。特定の代表的な実施形態において、表面処理及びポリマー結合剤のうち一方又は両方は、βカルボキシエチルアクリレートの反応生成物を含み、所望により、表面処理及びポリマー結合剤のうち一方又は両方は、モノ（メタ）アクリレートの反応生成物を更に含む。
【０１２２】
特定の代表的な実施形態において、ポリマー結合剤の前駆体は、フリーラジカル光開始剤を更に含み、複数の３次元研磨複合材料の硬化は、ポリマー結合剤の前駆体の放射線硬化を含む。いくつかの更なる代表的な実施形態において、ポリマー結合剤の前駆体は、フリーラジカル熱開始剤を更に含み、複数の３次元研磨複合材料の硬化は、マトリックス材料の熱的なポスト硬化を含む。更なる代表的な実施形態において、ポリマー結合剤の前駆体中に複数の表面処理済みセリア充填剤粒子を分散させる工程は、ポリマー結合剤の前駆体中に複数のセリア研磨粒子を分散させる工程より前に起こる。
【０１２３】
ＣＭＰにおける構造化固定研磨物品の使用方法
いくつかの実施形態において、ＣＭＰにおける固定研磨物品の使用方法が提供される。一般に、この方法は、基材又はウェハを供給する工程と、複数の３次元研磨複合材料を含む固定研磨物品にこの基材又はウェハを接触させる工程と、基材又はウェハ及び固定研磨物品を、所望により液体媒体の存在下で相対的に動かす工程と、を含む。代表的な一実施形態において、複数の研磨複合材料は、マトリックス材料中に分散した５００ナノメートル未満の体積平均径を有する複数の研磨粒子を含む。特定の実施形態において、マトリックス材料は、ポリマー結合剤と２００ナノメートル以下の体積平均径を有する複数の分散した無機充填剤粒子とを更に含む。
【０１２４】
更なる一態様において、本開示は、構造化固定研磨物品の使用方法に関し、この方法は、
研磨物品に固定された複数の３次元研磨複合材料を含む構造化固定研磨物品を供給する工程であって、この研磨複合材料は、マトリックス材料中に１００〜５００ナノメートル（ｎｍ）の体積平均径を有する複数のセリア研磨粒子を含み、このマトリックス材料は、ポリマー結合剤と、１００ナノメートル未満の体積平均径を有する複数の表面処理済みセリア充填剤粒子とを含む、工程と、
セリア研磨粒子の少なくとも一部を露出させるために、マトリックス材料を少なくとも部分的に研磨することによって、複数の３次元研磨複合材料のコンディショニングを行い、これによりコンディショニングされた構造化固定研磨物品の表面を生成する工程と、
コンディショニングされた構造化固定研磨物品の表面に製造過程製品を接触させる工程と、
製造過程製品と構造化固定研磨物品とを、所望により液体媒体の存在下で相対的に動かす工程と、を含む。
【０１２５】
特定の代表的な実施形態において、セリア研磨粒子の少なくとも一部を露出させるために、マトリックス材料を少なくとも部分的に研磨する工程は、複数の３次元研磨複合材料を、金属を含む複合材料マトリックス中に固定された複数のダイヤモンド微粒子を含むパッドコンディショナー表面に接触させる工程と、この構造化固定研磨物品及びパッドコンディショナーを相対的に動かす工程と、を更に含む。いくつかの代表的な実施形態において、製造過程製品はシリコンウェハを含む。
【０１２６】
ＣＭＰプロセスに使用される改善された固定研磨物品を作製することは、本開示の１つ以上の実施形態の利点であり得る。いくつかの代表的な実施形態において、固定研磨物品は、誘電体材料を研磨するのに有用であり得る。他の代表的な実施形態において、固定研磨物品は、ウェハ上に成膜された金属層、例えば銅、アルミニウム、又はタングステン層をポリシングするのに有用であり得る。特定の代表的な実施形態において、そのような固定研磨物品は、持続性があり得、例えば、研磨物品は、少なくとも５〜２０枚、３０枚以上のウェハですら処理することができる。いくつかの実施形態において、研磨物品は、良好な誘電体材料除去速度も提供できる。更に、特定の実施形態において、研磨物品は、許容できる平坦度、表面仕上げ、及び最小のディッシングを有する半導体ウェハをもたらすことができる。
【０１２７】
一般に、１枚の半導体ウェハに対して多数のプロセス工程があり得るため、半導体製造産業は、プロセスが比較的高い材料除去速度をもたらすことを期待している。特定の研磨物品で得られる材料除去速度は、典型的には、機械の条件及び処理されるウェハ表面の種類により変わる。しかし、通常は、伝導体又は誘電体材料の高い除去速度を有することが望ましいが、伝導体又は誘電体材料の除去速度は、所望の表面仕上げ及び／又はウェハ表面のトポグラフィーを損なわないように選択され得る。
【０１２８】
ここで図２を参照すると、ウェハ表面をコンディショニングする代表的な一方法において、構造化固定研磨物品１００は、好ましくは透明又は半透明の裏材を有し、サブパッド２１０に接触してこれに固定され、このサブパッドは圧盤２２０に固定されている。発泡体（例えば、ポリウレタン発泡体）又は他の圧縮可能な材料を含み得るサブパッド２１０は、その中に第１のウィンドウ２１２を有し、圧盤２２０は、その中に第２のウィンドウ２２２を有する。ウェハホルダ２３３は、モータ（図示せず）に接続されているヘッドユニット２３１に実装されている。ジンバルチャック２３２は、ヘッドユニット２３１からウェハホルダ２３３に延在する。ウェハホルダ２３３は、ウェハ２４０をヘッドユニット２３１に固定するのを補助し、また半導体ウェハが平坦化中に外れるのを防ぐ。ウェハホルダ２３３は、環状部２３３ａにおいてウェハ２４０と平行に延在している。環状部２３３ａ（任意である）は、別々の部品であってもよく、又はウェハホルダ２３３と一体化していてもよい。ウェハ２４０は、構造化研磨物品１００の研磨層１２０と接触させられ、ウェハ２４０及び研磨層１２０は、互いに対して動く。
【０１２９】
ポリシング／研磨の進行は、第２のウィンドウ２２２、第１のウィンドウ２１２、及び構造化研磨物品１００を通過し、ウェハ２４０の酸化物表面２４２から反射され、次いでその経路を引き返す、レーザービーム２５０を用いてモニタされ得る。任意の作動液２６０を用いて、研磨プロセスを促進することができる。リザーバ２３７は、半導体ウェハと研磨層との間の界面に管２３８を通して汲み上げられる任意の作動液２６０を保持する。有用な作動液としては、例えば、米国特許第５，９５８，７９４号（Ｂｒｕｘｖｏｏｒｔら）に列挙されているものが挙げられる。
【０１３０】
いくつかの代表的な実施形態において、製造過程製品又は基材は、シリコンウェハを含む。一般に、ウェハ表面の仕上げは、引っ掻き傷及び欠陥を実質的に含まないことが望ましい。ウェハの表面仕上げは、既知の方法によって評価され得る。１つの方法は、粗さの基準を提供し、引っ掻き傷又は他の表面欠陥を示すことのできるＲｔ値を測定することである。ウェハ表面は、典型的には、約０．４ナノメートル以下、より典型的には、約０．２ナノメートル以下、更により典型的には、約０．０５ナノメートル以下のＲｔ値が得られるように改質される。Ｒｔは、典型的には、Ｗｙｋｏ  ＲＳＴ  ＰＬＵＳ干渉計（Ｗｙｋｏ  Ｃｏｒｐ．，Ｔｕｃｓｏｎ，ＡＺ）等のレーザー干渉計又はＴｅｎｃｏｒ表面計（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｃｏｒｐ．，Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，ＣＡ）を用いて測定される。引っ掻き傷検出は、暗視野顕微鏡により測定され得る。引っ掻き深さは、原子間力顕微鏡により測定され得る。
【０１３１】
ウェハ表面処理は、ウェハ表面の組成に基づき選択され得る作動液の存在下で行われ得る。いくつかの用途では、作動液は、典型的に水を含む。作動液は、研磨物品と組み合わせて化学機械ポリシングプロセスによる処理を補助することができる。ポリシングの化学的部分の間、作動液は、ウェハの外表面又は露出面と反応し得る。そして、処理の機械的部分の間、研磨物品は、この反応生成物を除去することができる。
【０１３２】
特定の代表的な実施形態において、セリア研磨粒子の少なくとも一部を露出させるために、マトリックス材料を少なくとも部分的に研磨する工程は、複数の３次元研磨複合材料を、ダイヤモンド微粒子又は化学蒸着ダイヤモンドのうち少なくとも１つを含むパッドコンディショナー表面に接触させる工程と、構造化固定研磨物品とパッドコンディショナーとを相対的に動かす工程と、を更に含む。
【０１３３】
本開示による構造化研磨物品は、例えば、ウェハ平坦化プロセスの前、及び／又はウェハ平坦化プロセス中に断続的に、パッドコンディショナー（例えば金属マトリックス中に保持されたダイヤモンド微粒子を伴うか、又は化学蒸着されたダイヤモンドを含む表面を伴う）を使用して表面を研磨することによって、コンディショニングすることができる。１つの有用なコンディショナーは、ＣＭＰパッドコンディショナー（通常は、剛性裏材板に実装される）、型番ＣＭＰ−２００００ＴＳ（Ｍｏｒｇａｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ（Ｈａｙｗａｒｄ，ＣＡ）から入手可能）である。
【０１３４】
ＣＭＰプロセス作業条件
前述のように、本開示による構造化研磨物品は、その外表面上に酸化物層を有するものを含む、シリコンを含有するウェハ（例えば、シリコンウェハ、ガラスウェハ等）を研磨及び／又はポリシングするために用いることができる。例えば、構造化研磨物品は、ウェハ及び／又はウェハ自体に成膜された誘電体材料を研磨及び／又はポリシングするのに有用であり得る。ウェハポリシング速度及び特性に影響を及ぼす変数としては、例えば、ウェハ表面と研磨物品との間の適切な接触圧の選択、作動液の種類、ウェハ表面と研磨物品との間の相対速度及び相対運動、並びに作動液の流速が挙げられる。これらの変数は独立しており、典型的には、処理される個々のウェハ表面に基づいて選択される。
【０１３５】
いくつかの代表的な実施形態において、本開示の構造化固定研磨物品は、ウェハに成膜された金属層、例えば、銅層、アルミニウム層、又はタングステン層を研磨及び／又はポリシングするのに有用であり得る。他の代表的な実施形態において、固定研磨物品は、ウェハ及び／又はウェハ自体に成膜された誘電体材料を研磨及び／又はポリシングするのに有用であり得る。ウェハポリシング速度及び特性に影響を及ぼす変数としては、例えば、ウェハ表面と研磨粒子との間の適切な接触圧の選択、液体媒質の種類、ウェハ表面と研磨粒子との間の相対速度及び相対運動、並びに液体媒質の流速が挙げられる。これらの変数は独立しており、処理される個々のウェハ表面に基づき選択される。
【０１３６】
一般に、１枚の半導体ウェハに対して多数のプロセス工程があり得るため、半導体製造産業は、プロセスが比較的高い材料除去速度をもたらすことを期待している。いくつかの実施形態において、材料除去速度は、少なくとも１００オングストローム／分（Å／分）、好ましくは少なくとも５００Å／分、より好ましくは少なくとも１，０００Å／分、最も好ましくは少なくとも１５００Å／分であり得る。場合によっては、導電性材料除去速度が、少なくとも２，０００Å／分、又は特定の実施形態においては、３，０００又は４，０００Å／分ですら望ましい場合がある。特定の研磨物品で得られた材料除去速度は、機械条件及び処理されるウェハ表面の種類により変わり得る。しかし、伝導体又は誘電体材料の高い除去速度を有することが一般に望ましい可能性があるが、伝導体又は誘電体材料の除去速度は、所望の表面仕上げ及び／又はウェハ表面のトポグラフィーを損なわないように選択され得る。
【０１３７】
一般に、実質的に引っ掻き傷及び欠陥がないウェハ表面仕上げが好ましい。ウェハの表面仕上げは、既知の方法によって評価され得る。１つの好ましい方法は、粗さの程度を提供し、引っ掻き又は他の表面欠陥を示すことのできるウェハ表面のＲｔ値を測定することであり得る。ウェハ表面は、好ましくはＲｔ値が約４，０００オングストローム（Å）以下、より好ましくは約２，０００Å以下、更により好ましくは５００Å以下となるよう改質され得る。Ｒｔは、典型的にＷｙｋｏ  ＲＳＴ  ＰＬＵＳ干渉計（Ｗｙｋｏ  Ｃｏｒｐ．（Ｔｕｃｓｏｎ，ＡＺ））又はＴＥＮＣＯＲ表面計（ＫＬＡ−ＴＥＮＣＯＲ  Ｃｏｒｐ．（Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，ＣＡ））などの干渉計を用いて測定される。引っ掻き傷検出は、暗視野顕微鏡により測定され得る。引っ掻き深さは、原子間力顕微鏡により測定され得る。
【０１３８】
出願者は、本開示による固定研磨物品が、開示による方法に使用される際、例示される界面圧力で良好な導電性材料除去速度を提供することを発見した。また、平坦化プロセス内で２つ又はそれ以上の処理条件が使用されてもよい。例えば、第１処理セグメントは、第２処理セグメントよりも高い界面圧を含んでよい。ウェハ及び／又は研磨物品の回転及び並進速度は、研磨プロセス時に変更されてよい。いくつかの実施形態において、研磨物品は、多工程研磨プロセスに使用され得る。例えば、いくつかの代表的な多工程研磨プロセスでは、固定研磨剤は、第１工程に、１つ以上のそれに続く工程に、又は全ての工程に使用され得る。他の代表的な実施形態において、工程の１つ以上は、固定研磨物品と共に又は固定研磨物品なしのいずれかで使用される研磨スラリーを含み得る。
【０１３９】
ウェハ表面処理は、ウェハ表面の組成に基づいて選択され得る作動液の存在下で行われ得る。いくつかの用途では、作動液は典型的に水を含む。作動液は、研磨物品と組み合わせて化学機械ポリシングプロセスによる処理を援助することができる。ポリシングの化学的部分の間、作動液は、ウェハの外表面又は露出面と反応し得る。そして、処理の機械的部分の間、研磨物品は、この反応生成物を除去することができる。金属表面の処理時、作動液は、酸化物質又は酸化剤などの化学エッチング液を含む水溶液であることが望ましい場合がある。
【０１４０】
例えば、作動液中の酸化剤が銅と反応し酸化銅の表面層を形成する際に、銅の化学的ポリシングが行われ得る。研磨物品がこの金属酸化物をウェハ表面から除去する際に機械的プロセスが行われる。あるいは、金属は、先ず機械的に除去され、続いて作動液中の成分と反応させてもよい。好適な作動液は、米国特許第６，１９４，３１７号（Ｋａｉｓａｋｉら）に記述されている。
【０１４１】
他の有用な化学エッチング液としては、錯化剤が挙げられる。これらの錯化剤は、錯化剤とウェハ表面との間の化学相互作用が、研磨複合材料の機械的作用によってより容易に除去され得る層を作るという点で、前述した酸化剤と同じ方法で機能し得る。
【０１４２】
１つの好適な作動液は、水溶液中にキレート化剤、酸化剤、イオン緩衝剤、及び不動態化剤を含む。１つのそのような代表的な作動液は、例えば、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４、過酸化水素、クエン酸アンモニウム、１−Ｈ−ベンゾトリアゾール、及び水を含み得る。典型的に、溶液は、銅ウェハをポリシングするために使用され得る。別の好適な作動液は、水溶液中に酸化剤、酸、及び不動態化剤を含む。１つのそのような代表的な作動液は、例えば、過酸化水素、リン酸、１−Ｈ−ベンゾトリアゾール、及び水を含み得る。
【０１４３】
作動液の量は、好ましくは表面から金属又は金属酸化物堆積物の除去を助けるのに十分であり得る。多くの場合、塩基性作動液及び／又は化学エッチング液からの液体が十分である場合がある。しかし、場合によっては、第１作動液に加えて平坦化境界面に第２作動液を有することが好ましい場合もある。この第２液は、第１液と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【実施例】
【０１４４】
本開示の代表的な実施形態を上述し、更に実施例として以下にも例示しているが、これらは、本発明の範囲を多少なりとも限定する意図はない。それとは逆に、本明細書中の説明を読むことによって、本開示の趣旨及び／又は添付の請求項の範囲を逸脱することなく当業者に示唆され得る様々な他の実施形態、修正、及びそれらの等価物に頼ることができることが明確に分かる。更に、本開示の広範囲で示す数値的範囲及びパラメータは近似値であるが、具体例に記載の数値は可能な限り正確に報告する。しかし、いずれの数値も、それらのそれぞれの試験測定値にみられる標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本来有している。少なくとも、また特許請求の範囲の同等物の原則の適用を限定しようとするものとしてではなく、各数値パラメータは少なくとも、報告された有効数字の数を考慮して、及び通常の丸め方を適用することによって解釈されなければならない。
【０１４５】
実施例１：表面処理済みナノセリア充填剤粒子の調製
セリア分散液（１００００グラム、水中３０．１パーセント固形分、４５ｎｍの平均一次粒径、Ｒｈｏｄｉａ，Ｉｎｃ．（Ｃｒａｎｂｅｒｒｙ，ＮＪ）から入手可能）を混合容器に注ぎ、次いで７２．４１グラムの２−（２−メトキシエトキシ）エトキシ酢酸と、５８．５７グラムのβカルボキシエチルアクリレートと、５６２５グラムの１−メトキシ−２−プロパノールを、ポリテトラフルオロエチレンでコーティングされている刃を用いて混合しながら、ゆっくりと添加した。混合物を５０℃に加熱し、一晩混合した。次いで、混合物をロータリーエバポレータに移し、減圧下で過剰の水を除去した。得られた分散液は、４１．７９重量％の固形含量を有していた。
【０１４６】
実施例２：ポリマー結合剤前駆体中の表面処理済みナノセリア充填剤粒子とセリア研磨粒子との混合物の調製
混合容器中に、実施例１の表面処理済みナノセリア分散液６６０．７グラム（固形物４８．４３重量％）、並びにＤｉｓｐｅｒｂｙｋ−１１１湿潤及び分散添加剤（ＢＹＫ−Ｃｈｅｍｉｅ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ．（Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ，ＣＴ）から入手可能）６．４グラムを入れて混合して、予備分散液１を生成した。別の混合容器中で、セリア研磨分散水溶液１５８．２ｇ（平均一次粒径１６５ｎｍ、ＳＲＳ７２９としてＦｅｒｒｏ  Ｃｏｒｐ．（Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，ＯＨ）から入手可能）をＤｉｓｐｅｒｂｙｋ−１１１（ＢＹＫ−Ｃｈｅｍｉｅ，Ｕ．Ｓ．Ａ．（Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ，ＣＴ）から入手可能）１．６ｇと混合して、予備分散液２を生成した。予備分散液１を予備分散液２と合わせた後、３．３３グラムの２−ヒドロキシエチルメタクリレート（Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ｃｏ．（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）から入手可能）、１６．７２グラムの２−フェノキシエチルアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ  Ｃｏ．（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）からＳＲ  ３３９として入手可能）、７４．２５グラムのトリメチロールプロパントリアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ  Ｃｏ．からＳＲ  ３５１として入手可能）、４．５３グラムのβカルボキシエチルアクリレート（Ｂｉｍａｘ  Ｉｎｃ．（Ｃｏｃｋｅｙｓｖｉｌｌｅ，ＭＤ）から入手可能）、及び０．５グラムのフェノチアジン（Ａｖｅｃｉａ，Ｉｎｃ．（Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ  Ｅｎｇｌａｎｄ）から入手可能）を、２０グラムの１−メトキシ−２−プロパノールに溶かした。
【０１４７】
混合物を、ポリテトラフルオロエチレンでコーティングされた刃を用いて３０分間混合し、次いでロータリーエバポレータに移して、１−メトキシ−２−プロパノールを除去した。スラリーを室温に冷却し、次いで０．６３グラムのフリーラジカル光反応開始剤（フェニルビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド、Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，ＮＹ）からＩＲＧＡＣＵＲＥ  ８１９として入手可能）、０．２０グラムの熱フリーラジカル反応開始剤（２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル、Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏ．（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）からＶＡＺＯ  ５２として入手可能）、及び０．２０グラムのヒドロキノンモノメチルエーテルを添加し、続いて２時間混合した。
【０１４８】
比較例１：ポリマー結合剤前駆体中のナノセリア充填剤粒子の調製
混合容器で、実施例１の表面処理済みナノセリア分散液２０３４．０ｇ（固形物４１．７９％）と、Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ−１１１（ＢＹＫ−Ｃｈｅｍｉｅ，Ｕ．Ｓ．Ａ．（Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ，ＣＴ））１２．８ｇとを混合した。この混合物に、６．２４ｇの２−ヒドロキシエチルメタクリレート（Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ｃｏ．（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）から入手可能）、８８．９７ｇの２−フェノキシエチルアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ  Ｃｏ．からＳＲ  ３３９として入手可能）、４８．００グラムのトリメチロールプロパン（trimethyolopropane）（Ｓａｒｔｏｍｅｒ  Ｃｏ．からＳＲ  ３５１として入手可能）、６．８０６ｇのβカルボキシエチルアクリレート（Ｂｉｍａｘ  Ｉｎｃ．（Ｃｏｃｋｅｙｓｖｉｌｌｅ，ＭＤ）から入手可能）、及び０．７５グラムのフェノチアジン（Ａｖｅｃｉａ，Ｉｎｃ．（Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ  Ｅｎｇｌａｎｄ）から入手可能）を加え、５０グラムの１−メトキシ−２−プロパノールに溶かした。
【０１４９】
混合物を、ポリテトラフルオロエチレンでコーティングされた刃を用いて３０分間混合し、次いでロータリーエバポレータに移して、１−メトキシ−２−プロパノールを除去した。スラリーを室温に冷却し、次いで０．１８グラムのフリーラジカル光反応開始剤（フェニルビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド、Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，ＮＹ）からＩＲＧＡＣＵＲＥ  ８１９として入手可能）、０．１８グラムの熱フリーラジカル反応開始剤（２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル、Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏ．（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）からＶＡＺＯ  ５２として入手可能）、及び０．０９グラムのヒドロキノンモノメチルエーテルを添加し、続いて２時間混合した。
【０１５０】
構造化固定研磨物品の調製
ポリプロピレン製造具（５０ｃｍ×５０ｃｍ（約２０インチ×２０インチ））を準備した。これは高さ６３μｍ、並びに同一ではないが各側部が約１２５マイクロメートル（μｍ）の幅、並びに５５．５度、５９度及び５５．５度の角部角度を有する三角錐の特定の寸法を有する、所定の配列で配置された一連のキャビティを含んでいた。製造具は、本質的に研磨複合材料の所望の形状、寸法及び配列の逆のものであった。製造具は、マスキング型感圧性接着剤テープを使用し金属キャリアプレートに固定した。
【０１５１】
研磨剤スラリーは、研磨剤スラリーがキャビティを完全に満たすようにゴムスキージを使用して製造具のキャビティ内にコーティングされた。次に、厚さ０．１２７ミリメートル（５ｍｉｌ、１２７μｍ）のプライムポリエステル（ＰＥＴ）裏材を製造具のキャビティ内に含まれた研磨剤スラリーと接触させた。裏材、研磨剤スラリー及び金属キャリアプレートに固定された製造具は、Ｃｈｅｍ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓの実験室用卓上ラミネーター（bench top laboratory laminator）（型番００１９９８）を通過させた。物品は、約２１０〜４２０Ｐａ（３０〜６０ｐｓｉ）の圧力、及び約１ｃｍ／秒の速度で２つのゴムローラー間に連続して供給された。
【０１５２】
圧力調整は、コーティングの一般的な品質により行った。次に、厚さ約６．３ｍｍ（１／４インチ）の石英プレートを、裏材全体を覆う裏材の上部に設置した。物品は、金属キャリアプレート、工具、研磨材スラリー、裏材、及び石英プレートを１５７．５ワット／ｃｍ（約４００ワット／インチ）で操作した２つの紫外線ランプ（「Ｖ」バルブ、Ｆｕｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．から入手可能）の下を通過させることにより硬化させた。放射線は、石英プレート及びＰＥＴ裏材を通過した。速度は、約４．４メートル／分（１５フィート／分）であり、試料は、ランプの下を同じプロセス条件で２回通過した。研磨物品は、ＰＥＴ裏材上でゆっくり引張ることにより製造具から取り除いた。
【０１５３】
実施例３：表面処理済みナノセリア充填剤粒子とセリア研磨粒子との混合物を含む構造化固定研磨物品の調製
実施例２の混合物を使用して、上述の構造化固定研磨物品の製造方法に従って、構造化固定研磨ウェブ物品を調製した。
【０１５４】
比較例２：表面処理済みナノセリア粒子のみを含む構造化固定研磨物品の調製
比較例１の混合物を使用して、実施例３に使用したのと同じ手順に従って、構造化固定研磨ウェブ物品を調製した。
【０１５５】
ウェハポリシングの実施例
以下の実施例についての基材の除去速度は、初期厚さ（すなわちポリシング前）と最終厚さ（すなわちポリシング後）の、ポリシングされる層の厚さ変化を測定することによって計算された。厚さ測定は、Ｔｅｎｃｏｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｐｒｏｍｅｔｒｉｘ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ（Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ））のＴｅｎｃｏｒ  ＯｍｎｉＭａｐ  ＮＣ１１０  Ｎｏｎ−Ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍを使用して行った。ウェハ当たり５点測定した。１つはウェハの中心であり、４つは９０度の間隔でウェハの外径のほぼ近く、ウェハの中心から約８．９ｃｍ（３．５インチ）であった。
【０１５６】
実施例５
表面処理済みナノセリア充填剤粒子とサブマイクロメートルサイズのセリア研磨粒子をブレンドしてポリマー結合剤前駆体（実施例２）中に混合物を形成することによって製造した固定研磨ウェブ（実施例３）を使用して、ＣＭＰポリッシャーで熱酸化ブランケットウェハ（表面に１マイクロメートルのフィルム厚さの酸化シリコンを有する直径２００ｍｍのシリコンウェハ）をポリシングした。この際、ＣＭＰポリッシャーは商品名ＲＥＦＬＥＸＩＯＮポリッシャー（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ）から入手可能）はサブパッド（６０／９０  ＳＭＯＯＴＨ  ＳＵＢＰＡＤ、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能）を備え、ウェハ圧力は１．５ポンド／平方インチ（１．５ｋＰａ）、圧盤速度は毎分３０回転、及びウェブ指標速度は１分５ミリメートルであった。作動液（水酸化カリウムでｐＨを１０．５に調整した、２．５重量％のＬ−プロリンを含有する脱イオン水、流速１００ミリリットル／分）を、ポリシングプロセス中に用いた。
【０１５７】
実施例５においては、実施例３のウェブは使用前にコンディショニングされなかった。１０枚の熱酸化物ブランケットウェハに対する実施例５のポリシング性能を図３に報告する。除去速度は平均４６７Å／分であり、ウェハの中央部では遅く縁部では速い特性を有し、標準偏差は２８１Å／分であった。
【０１５８】
実施例６
表面処理済みナノセリア充填剤粒子とサブマイクロメートルサイズのセリア研磨粒子をブレンドしてポリマー結合剤前駆体（実施例２）中に混合物を形成することによって製造した固定研磨ウェブ（実施例３）を実施例５と同様に使用したが、ただし熱酸化ブランケットウェハをポリシングする前に、実施例３のウェブを最初にその場で、化学蒸着（ＣＶＤ）ダイヤモンドを含むパッドコンディショナー（ＣＭＰ−２００００ＴＳとしてＭｏｒｇａｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ（Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ，ＰＡ）から入手可能）を使用して６０秒間コンディショニングし、圧盤速度は３０ｒｐｍ、掃引５回／分、ウェブにわたって６．９８〜３１．７５ｃｍ（２．７５〜１２．５０インチ）、及び作動液（水酸化カリウムでｐＨを１０．５に調整した、２．５重量％のＬ−プロリンを含有している脱イオン水）の流速は毎分１００ミリリットルとした。
【０１５９】
コンディショニング（上述）した後の５枚の熱酸化物ブランケットウェハについての実施例６のポリシング性能を図４に報告する。さまざまなウェハについてウェハ直径にわたる除去速度及び特性を図４に示す。除去速度は平均５２４Å／分で、より均一な特性を有し、標準偏差は１５０Å／分であった。
【０１６０】
比較例３
比較例１の表面処理済みナノセリア構造化固定研磨ウェブを実施例５と同様に使用したが、ただし実施例３は比較例１に置き換えられた。比較例１は使用前にコンディショニングされなかった。５枚の熱酸化ブランケットウェハについて試験された比較例１のポリシング性能を、図５に報告する。ウェハの縁部を除き、除去速度はほぼゼロであった。
【０１６１】
本明細書全体を通して言及する「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」又は「ある実施形態」は、用語「実施形態」に先行する用語「特定の」を含むかどうかを問わず、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、材料、又は特性が、本発明の実施形態の少なくとも１つに含まれることを意味する。それ故に、本明細書全体を通して様々な箇所にある「１つ以上の実施形態において」、「特定の実施形態において」、「一実施形態において」、又は「ある実施形態において」といった句の出現は、必ずしも本発明の同一の実施形態に言及しているわけではない。更に、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、任意の好適な方法で１つ以上の実施形態に組み合わされ得る。
【０１６２】
本明細書で特定の代表的実施形態を詳細に説明したが、当然のことながら、当業者は上述の説明を理解した上で、これらの実施形態の代替物、変更物、及び均等物を容易に想起することができるであろう。したがって、本開示は本明細書で以上に述べた代表的な実施形態に不当に限定されるべきではないと理解すべきである。特に、本明細書で用いるとき、端点による数値範囲が記載される場合、その範囲内に包含される全ての数を含むことを意図する（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）。加えて、本文書中、使用されている全ての数字は用語「約」によって修飾されていると見なされる。更に、本明細書にて参照される全ての出版物及び特許は、それぞれの個々の出版物又は特許が参照により援用されることを明確にかつ個別に指示されるかのごとく、それらの全体が同じ範囲で、参照により本明細書に援用される。様々な代表的実施形態が記述されてきた。これらの及び他の実施形態は、以下の「特許請求の範囲」に含まれる。
【図１】
2012515662.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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