CN1699019A - 化学机械研磨垫、其制造方法和化学机械研磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种化学机械研磨垫及其制造方法和化学机械研磨方法，该化学机械研磨垫的研磨面由算术表面粗糙度(R_a)为0.1～15μm、10点平均高度(R_z)为40～150μm、核心粗糙深度(R_k)为12～50μm、且衰减峰高度(R_pk)为7～40μm的表面构成。利用该垫，即使在对大孔径晶片的被研磨体进行化学机械研磨的情况下，也能形成具有优良表面均匀性和平坦性的被研磨面。

Description

化学机械研磨垫、其制造方法和化学机械研磨方法

技术领域

本发明涉及一种化学机械研磨垫、其制造方法和化学机械研磨方法。

更具体地，本发明涉及一种在化学机械研磨被研磨面时，能赋予被研磨面优良的表面均匀性和平坦性的化学机械研磨垫及其制造方法，以及使用上述化学机械研磨垫进行的化学机械研磨方法。

背景技术

在半导体制造过程中，作为能获得具有高平坦性的晶片表面的技术，多采用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，通常简称为“CMP”)。化学机械研磨为如下技术：一边将被研磨面挤压到化学机械研磨垫表面中来相互摩擦，一边在化学机械研磨垫表面上流下作为分散了研磨颗粒的水系分散体的化学机械研磨用浆料来进行化学机械研磨。对于该化学机械研磨，众所周知化学机械研磨垫的性能和特性能极大地左右研磨的结果。

作为化学机械研磨垫已知：由内部包含许多微细空孔的聚氨酯泡沫体等发泡树脂制得的垫、在非发泡基质中分散了许多微细的水溶性粒子的垫等(前者参照特开平11-70463号公报和特开平8-216029号公报。后者参照特开2000-34416号公报、特开2000-33552号公报和特开2001-334455号公报)。

但是，近年来，要求在半导体制造过程中提高生产率，因此需要化学机械研磨晶片的口径有变大的趋势。

对于这样的大口径晶片，根据现有已知的方法进行化学机械研磨的话，会有化学机械研磨后的被研磨面的表面均匀性和平坦性不充分的问题。

发明内容

本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种化学机械研磨垫、其制造方法、以及化学机械研磨方法，该化学机械研磨垫即使在用大口径晶片作为被研磨体进行化学机械研磨时，也能提供表面均匀性和平坦性优良的被研磨面。

本发明的其他目的和优点从以下说明可知。

根据本发明，本发明的上述目的和优点，第一通过化学机械研磨垫来实现，其特征在于：具有研磨面和非研磨面，而且研磨面由算术表面粗糙度(R_a)为0.1～15μm、10点平均高度(R_z)为40～150μm、核心粗糙深度(R_k)为12～50μm、且衰减峰高度(R_pk)为7～40μm的表面构成。

本发明的上述目的和优点，第二通过上述化学机械研磨垫的制造方法来实现，其特征在于包含成形研磨层，接着至少对其研磨面制得的面进行喷砂处理的步骤。

进而本发明的上述目的和优点，第三通过化学机械研磨方法来实现，其特征在于使用上述化学机械研磨垫来化学机械研磨被研磨体。

附图说明

图1为表示10点平均高度(R_z)定义的说明图。

图2为表示负载曲线定义的说明图。

图3为表示核心粗糙深度(R_k)定义的说明图。

图4为表示衰减峰高度(R_pk)定义的说明图。

发明的优选实施方式

本发明的化学机械研磨垫，其研磨面表面的算术表面粗糙度(R_a)为0.1～15μm，10点平均高度(R_z)为40～150μm，核心粗糙深度(R_k)为12～50μm，且衰减峰高度(R_pk)为7～40μm。

这些值是通过分别测定和计算垫面上设定的多条测定线的粗糙度曲线而获得的下述数值的平均值来定义的，例如可以根据三谷商事公司发行的“LMマニユアル(アナログ版)，Version 3.62”中记载的方法计算。

算术表面的粗糙度(Ra)为对测定长度为L的粗糙度曲线，取与粗糙度曲线的平均线平行的方向为X轴，取与粗糙度曲线纵向倍增的方向为Y轴，用方程式y＝f(x)表示测定的粗糙度曲线时，根据下式(1)表示的值。

$\mathrm{Ra}=\frac{1}{L}{\∫}_0^L\left|y\right|\mathrm{dx}---\left(1\right)$

10点平均高度(R_z)为对测定长度为L的粗糙度曲线，取与粗糙度曲线的平均线平行的方向为X轴，取与粗糙度曲线纵向倍增的方向为Y轴时，从平均线开始在纵向倍增的方向上测定从最高峰到第5高峰的峰顶到平均线的距离，将该距离分别表示为P₁～P₅，将从最低谷底到第5谷底的谷底到平均线的距离，分别表示为V₁～V₅时，根据下式(2)表示的值(参照图1)。

$\mathrm{Rz}=\frac{1}{5}(\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Pi}-\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vi})---\left(2\right)$

核心粗糙深度(R_k)和衰减峰高度(R_pk)根据由测定长度L的粗糙度曲线推导的负载曲线来定义。

负载曲线是以纵轴为切割水平，以横轴作为负载长度率从而作图获得。这里，所述的切割水平是粗糙度曲线以与上述算术表面粗糙度(R_a)同样的方程式y＝f(x)表示粗糙度曲线时的特定的y值。而且，所述负载长度率是以某一切割水平切割粗糙度曲线时，切割部分的长度相对于测定长度L的百分率。但是，负载长度率在切割水平位于粗糙度曲线最高峰时为0％，在最低谷底时为100％(参照图2)。

在上述定义的负载曲线上，取负载长度率的值之差为40％、且取在负载曲线上切割水平之差最小这样的两点A和B，直线AB向两边延长时，以和表示负载长度率＝0％的线的交点为C点，和表示负载长度率＝100％的线的交点作为D点，C点和D点的切割水平之差为核心粗糙深度(R_k)(参照图3)。

以通过上述核心粗糙深度(R_k)定义的C点的切割水平和负载曲线的交点为H点，负载曲线和表示负载长度率＝0％的线的交点为I点，接着为了使线段CH、线段CI和曲线HI围成的面积等于三角形CHJ面积，在表示负载长度率＝0％的直线上取到J点，此时C点和J点的切割水平之差为衰减峰高度(R_pk)(参照图4。另外，图4中“A1”为线段CH、线段CI和曲线HI围成的面积，即三角形CHJ的面积)。

用于测定上述算术表面粗糙度(R_a)、10点平均高度(R_z)、核心粗糙深度(R_k)和衰减峰高度(R_pk)的多条测定线在垫上如下设定。

首先，如下设定多条测定线的中心点。测定线的中心点为从垫研磨面的端部上的任意一点向其他点引出一条长度最长的假想直线(垫研磨面为圆形时，上述假想直线为形成垫面的圆的直径。)，从该假想直线中心分别向两侧去掉假想直线长度的5％范围和分别从两端去掉假想直线长度的5％的范围，在上述假想直线上大致均匀地设定10至50点。测定线的中心点数优选为25至50点。

这里，本发明的化学机械研磨垫的研磨面也可以按照后述方法形成沟，但这种情况下的测定线的中心点应该像后述那样将设定的测定线全部都设定在研磨面上沟以外的部分上。根据研磨面上形成的沟的形状，会有在前期假想直线上不能均等间隔地设定10至50点测定点的情况，此时，在大致均等设定的点中，除去测定线的一部分在沟部上这样的点，以确保的上述点数足够。接着，为了设定这些多个点而假设一条与假定的假想直线垂直、且通过“测定线中心点”的直线，可以将其作为测定线。测定线的长度是以上述测定线的中心点为中心，可以在1～15mm左右。

另外，上述粗糙度曲线能使用市售的表面粗糙度计来测定。

对本发明的化学机械研磨垫来说，像这样测定的研磨面表面的算术表面粗糙度(R_a)为0.1～15μm。该值优选为0.1～12μm。10点平均高度(R_z)为40～150μm。优选40～130μm。核心粗糙深度(R_k)为12～50μm，优选为12～45μm。衰减峰高度(R_pk)为7～40μm，优选为7～30μm。

使用将这些值设定在该范围内的化学机械研磨垫，在进行化学机械研磨步骤时，能得到具有优良的表面内均匀性和平坦性的被研磨面。该效果在化学机械研磨大口径的晶片时特别显著。

本发明的化学机械研磨垫优选其厚度分布在50μm以下。化学机械研磨垫的厚度分布在50μm以下时，能更有利地发挥本发明的效果。该值更优选在40μm以下，特别优选在30μm以下。化学机械研磨垫的厚度分布在该范围内时，即使对作为被研磨体的大口径晶片进行化学机械研磨时，也能得到在表面内均匀性和平坦性方面优良的被研磨面。

这些，所称厚度分布可以通过测定在垫面上设定的多个测定点的厚度，根据下述计算式计算得到。

厚度分布＝(厚度测定值的最大值)-(厚度测定值的最小值)

测定点为从垫的研磨面的端部上的任意一点向其他点引出一条长度最长的假想直线(垫研磨面为圆形时，上述假想直线为形成垫面的圆的直径。)，从该假想直线中心分别向两侧去掉假想直线长度的5％范围和分别从两端去掉假想直线长度的5％的范围，在上述假想直线上大致均匀地设定10至50点。测定点数优选为25至50点。

这里，本发明的化学机械研磨垫的研磨面也可以按照后述方法形成沟，但这种情况下的测定点应该设定在研磨面上沟以外的部分。根据研磨面上形成的沟的形状，会有在前期假想直线上不能均等间隔地设定10至50点的测定点的情况，此时，在大致均等设定的点中，除去在沟部上的点，也是以确保上述测定点数足够。

各测定点的厚度可以通过将化学机械研磨垫放置在水平面上，测定测定点和水平面的距离来得知。测定点和水平面的距离的测定可以使用接触式距离测定装置来测定。其市售的产品可以列举有例如“手工三维测定机”(ミツトヨ公司制造)等。

本发明的化学机械研磨垫的形状没有特别限制。例如为圆盘状、带状、滚筒状等。优选根据研磨装置进行适宜的选择。而且，使用前化学机械研磨垫的大小也没有特别限制。对于圆盘状的化学机械研磨垫，直径可以为例如0.5～500cm，优选为1.0～250cm，更优选为20～200cm。厚度为例如大于0.1mm且在100mm以下，特别优选在1～10mm。

本发明的化学机械研磨垫在其研磨面上可以带有任意形状的沟或凹部。这些沟或凹部具有在化学机械研磨时保持供给的化学机械研磨用水系分散体、使其在被研磨体的被研磨面上均匀分配的功能，而且，可以暂时的滞留由化学机械研磨产生的研磨屑和研磨废液等废弃物，且作为向外界排出该废弃物的通路。

上述沟的形状没有特别限制，能列举有例如圆形、格子状、放射状等。上述凹部的形状能列举有圆形、多边形等。而且，沟或凹部的截面形状没有特别限制。可以是例如矩形、梯形、U形、V形等。

这些沟或凹部可以是一个，也可以是多个。

上述沟或凹部的大小没有特别限制。沟的宽或凹部的最短直径可以是0.1mm以上，也可以是0.1～0.5mm，更可以是0.2～3.0mm。沟或凹部的深度可以是例如0.1mm以上，也可以是0.1～2.5mm，更可以是0.2～2.0mm。

上述沟或凹部的内表面的表面粗糙度优选在20μm以下，更优选在15μm以下。沟或凹部的内表面的表面粗糙度在这个范围内时，使用该垫进行化学机械研磨的情况下，能减少在被研磨体的被研磨面上产生的刮痕，同时提高研磨速度及研磨用垫的寿命。这里，通过使沟或凹部的内表面的表面粗糙度落在上述范围能提高研磨速度，据推测是因为其具有在被研磨面上更好的分布化学机械研磨用水系分散体的功能。而且，通过使沟或凹部的内表面的表面粗糙度落在上述范围能提高研磨用垫的寿命，据推测是因为可以更有效率地排出化学机械研磨时产生的废弃物。

上述表面粗糙度能使用例如光学式表面粗糙度测定装置、接触式表面粗糙度测定装置等来测定。上述光学式表面粗糙度测定装置能列举有例如三维表面结构分析显微镜、激光扫描型显微镜、电子束表面形态分析装置等。上述接触式表面粗糙度测定装置能列举有例如传感头式表面粗糙度计等。

本发明的化学机械研磨垫进一步也可以在非研磨面侧(垫里侧)具有沟或凹部。

该沟或凹部在化学机械研磨步骤中能抑制被研磨面的表面产生缺陷。该凹部在遇到研磨用垫和被研磨体之间的化学机械研磨用水系分散体中存在粗大粒子和由化学机械研磨垫的制造步骤中产生的切削屑等异物侵入其中的情况下，具有缓和局部产生的过大的压力的功能，据此推测具有降低被研磨面表面缺陷的作用。

上述沟或凹部的形状没有特别限制。沟的形状可以是例如螺旋状、环状、格子状等，凹部的形状可以是例如圆形、多边形等。

沟或凹部的大小可以任意设定。凹部为圆形时，例如直径可以是1～300mm，也可以是5～200mm，更可以是10～150mm。沟为螺旋状、环状或格子状时宽为例如0.1～20mm，也可以为0.1～10mm。上述沟或凹部的深度不管其形状如何，可以是例如0.01～2.0mm，也可以是0.1～1.5mm，更可以是0.1～1.0mm。

这些沟或凹部可以只是形成一个，也可以形成二个或更多个。

本发明的化学机械研磨垫如上所述，厚度分布在50μm以下，在任意的研磨面和/或非研磨面上具有沟或凹部。不管其制造方法如何，例如可以通过包含以下步骤的方法来制造。

(1)准备化学机械研磨垫用组合物的步骤

(2)使用上述化学机械研磨垫用的组合物，成形研磨层的步骤，和

(3)对上述研磨层中的至少要制成研磨面的表面进行喷砂处理的步骤

以下，详细描述各个步骤。

(1)准备化学机械研磨垫用组合物的步骤

本发明的化学机械研磨垫可以由能达到本发明目的的任何原料构成。化学机械研磨垫的功能中特别优选一直到研磨结束都能够形成孔隙，该孔隙具有在化学机械研磨时保持化学机械研磨用的水系分散体，能暂时滞留研磨屑等的功能。因此，水溶性粒子和分散水溶性粒子的非水溶性基质制得的原料，或者空穴和分散空穴的非水溶性基质材料制得的原料优选带有例如发泡体等。

这其中，前者的原料为水溶性粒子在研磨时和含有水系媒介和固体组分的浆料水系媒介相接触，通过溶解或溶胀而解吸附，接着，能在由解吸附形成的孔隙中保持浆料。另一方面，后者的原料能在作为空穴预先形成的孔隙中保持浆料。

构成上述“非水溶性基质”的材料没有特别限制，为了容易成形为规定的形状和性能，以及能赋予其适度的硬度和适度的弹性等，优选使用有机材料。有机材料可以单独使用或结合使用例如热塑性树脂、弹性体、橡胶如交联橡胶和固化树脂如热固化树脂、光固化树脂等由热、光等固化的树脂等。

这其中，热塑性树脂可以列举有例如1，2-聚丁二烯树脂、聚乙烯之类的聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、聚丙烯酸树脂如(甲基)丙烯酸酯系树脂等、乙烯酯树脂(除了丙烯酸树脂)、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚偏二氟乙烯之类的氟树脂、聚碳酸酯树脂、聚缩醛树脂等。

作为弹性体能列举有例如1，2-聚丁二烯之类的二烯弹性体、聚烯烃弹性体(TPO)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、其氢化嵌段共聚物(SEBS)之类的苯乙烯系弹性体、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、热塑性聚酯弹性体(TPEE)、聚酰胺弹性体(TPAE)之类的热塑性弹性体、硅树脂弹性体、氟树脂弹性体等。作为橡胶能列举有例如丁二烯橡胶例如高顺丁二烯橡胶、低顺丁二烯橡胶等、异戊二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯橡胶之类的共轭二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶之类的腈橡胶、丙烯酸橡胶、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯橡胶之类的乙烯-α-烯烃橡胶及丁基橡胶和硅橡胶、氟橡胶之类的其他橡胶。

作为固化树脂能列举有例如尿烷树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯-尿素树脂、尿素树脂、硅树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等。

而且，这些有机材料也可以是利用酸酐基、羧基、羟基、环氧基、氨基等进行改性后的物质。通过改性能调节与后述的水溶性粒子和浆料的亲合性。

这些有机材料可以只使用一种，也可以2种或多种结合使用。

进而，这些有机材料可以是部分或全部交联的交联聚合物，也可以是非交联聚合物。因而，非水溶性基质可以只来自交联聚合物，也可以是交联聚合物和非交联聚合物的混合物，也可以只来自非交联聚合物。但是，优选只由交联聚合物构成或者由交联聚合物和非交联聚合物的混合物构成。通过含有交联聚合物，能赋予非水溶性基质弹性回复力，能将研磨时在化学机械研磨垫上由该剪切应力引起的位移抑制在较小程度。而且可以在研磨时和修整时有效地抑制非水溶性基质过度拉伸塑性变形而掩盖的孔隙，进而能有效地抑制化学机械研磨垫表面上过度的起毛等。因而，在修整时也有效率地形成孔隙，能防止研磨时浆料保持性的降低，进而，起毛较少不会阻碍研磨平坦性。另外，进行上述交联的方法没有特别限制，能通过例如使用有机过氧化物、硫磺、硫磺化合物等的化学交联、用电子束照射等的放射线交联等来进行。

作为该交联聚合物能使用上述有机材料中的交联橡胶、固化树脂、交联的热可塑性树脂和交联的弹性体等。进而，这其中优选对多数浆料中含有的强酸和强碱稳定、且吸水软化较少的交联热塑性树脂和/或交联弹性体。而且，交联热可塑性树脂和交联弹性体中特别优选使用有机过氧化物交联形成的物质，更优选交联1，2-聚丁二烯。

这些交联聚合物的含量没有特别限制，但优选为非水溶性基质全体的30体积％以上，更优选50体积％以上，进一步优选为70体积％以上，也可以是100体积％。非水溶性基质中的交联聚合物的含量不到30体积％的话，不能发挥出含有交联聚合物的效果。

含有交联聚合物的非水溶性基质，基于JIS K 6251在80℃下断裂非水溶性基质制得的样片的情况下，断裂后的残留伸长率(以下简称为“断裂伸长率”)能够在100％以下。即，断裂后的标线间的总距离是断裂前标线间距离的2倍以下。该断裂伸长率优选在30％以下，更优选在10％以下，特别优选在5％以下，通常更优选在0％以上。断裂伸长率超过100％的话，研磨时和表面更新时从化学机械研磨垫表面刮下或拉伸的微细片容易阻塞孔隙，不是优选的。所述的“断裂伸长率”为基于JIS K 6251“硫化橡胶的拉伸实验方法”，在样片形状为哑铃状3号形、拉伸速度500mm/分、实验温度为80℃的拉伸实验中断裂样片的情况下，从断裂而分割的样片的各标线到断裂部位的总距离，扣除实验前标线间的距离的拉伸。而且，在实际研磨中，由于摩擦发热，都是在80℃的温度下进行的实验。

上述“水溶性粒子”为在化学机械研磨垫中通过和作为水系分散体的浆料接触而从非水溶性基质中脱离的粒子。该脱离也可以是通过与浆料中含有的水等接触而溶解产生，也可以是含有的水等溶胀、形成凝胶状后产生。进而，该溶解或溶胀不但可以通过水，而且还可以通过和含有甲醇等醇类溶剂的水系混合媒介接触。

该水溶性粒子除了具有形成孔隙的效果以外，对于化学机械研磨垫，具有增强化学机械研磨垫的挤压硬度的效果。例如，含有水溶性粒子的本发明的化学机械研磨垫的肖氏D硬度优选在35以上，更优选为50～90，更优选为60～85，且通常在100以下。肖氏D硬度超过35的话，被研磨体能负载的压力大，由此可以提高研磨速度。除此以外，能获得高的研磨平坦性。因而，该水溶性粒子特别优选为能充分确保化学机械研磨垫的挤压硬度的实心体。

构成该水溶性粒子的材料没有特别限制。例如能列举有机水溶性粒子和无机水溶性粒子。作为有机水溶性粒子的原料能列举有例如糖类，如淀粉、糊精和环糊精之类的多糖类、乳糖、甘露糖醇等、纤维素类，例如羟丙基纤维素、甲基纤维素等，蛋白质、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚环氧乙烷、水溶性感光性树脂、磺化聚异戊二烯、磺化聚异戊二烯共聚物等。进而，作为无机水溶性粒子的原料能列举有例如乙酸钾、硝酸钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氯化钾、溴化钾、磷酸钾、硝酸镁等。这些水溶性粒子可以单独使用上述各种原料，或者2种以上结合使用。进而，可以是由规定的原料形成的1种水溶性粒子，也可以是由不同种的原料形成的2种以上的水溶性粒子。

而且，水溶性粒子的平均粒径优选为0.1～500μm，更优选为0.5～100μm。孔隙的大小优选为0.1～500μm，更优选0.5～100μm。水溶性粒子的平均粒径不到0.1μm的话，因为形成孔隙的大小比使用的磨粒更小，难以得到能充分保持浆料的化学机械研磨垫。另一方面，超过500μm的话，形成的孔隙大小太大，得到的化学机械研磨垫的机械强度和研磨速度有降低的倾向。

该水溶性粒子的含量在非水溶性基质和水溶性粒子合计为100体积％时，水溶性粒子优选为1～90体积％，更优选为1～60体积％，进一步优选为2～40体积％。水溶性粒子的含量不到1体积％的话，得到的化学机械研磨垫中不能充分形成孔隙，研磨速度会降低。另一方面，含有的水溶性粒子超过90体积％的话，得到的化学机械研磨垫中充分防止化学机械研磨垫内部存在的水溶性粒子的溶胀或溶解变得困难，难以将化学机械研磨垫的硬度和机械强度保持在适当的值。

而且，水溶性粒子优选只在露出化学机械研磨垫表面时溶于水，在化学机械研磨垫内部吸湿也不溶胀。为此水溶性粒子的最外部要有至少可以部分抑制吸湿的外壳。该外壳可以是物理吸附水溶性粒子，也可以和水溶性粒子化学成键，更可以由该两者和水溶性粒子接触。形成这种外壳的材料能列举有例如环氧树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、聚硅酸盐等。另外，该外壳即使只形成水溶性粒子的一部分也能充分的得到上述效果。

上述非水溶性基质为了要控制和水溶性粒子的亲合性与在非水溶性基质中水溶性粒子的分散性，可以含有增溶剂。作为增溶剂能列举有例如由酸酐基、羧基、羟基、环氧基、噁唑啉基和氨基等改性的聚合物、嵌段共聚物和无规共聚物以及各种非离子型表面活性剂、偶联剂等。

另一方面，作为构成带有非水溶性基材(发泡体等)的化学机械研磨垫的非水溶性基材，能列举有例如聚氨酯、三聚氰胺树脂、聚酯、聚砜、聚乙酸乙烯酯等，该非水溶性基材(发泡体等)由分散后者的空洞来形成。

在这种非水溶性基材中分散的空洞的大小其平均值优选为0.1～500μm，更优选为0.5～100μm。

另外，由分散空洞形成的非水溶性基材、例如含有发泡体等的化学机械研磨垫会由空洞的大小而有不能满足本发明的化学机械研磨垫应具备的优选条件的垫表面的算术表面粗糙度(R_a)、10点平均高度(R_z)、核心粗糙深度(R_k)及衰减峰高度(R_pk)的规定的情况，因此本发明的化学机械研磨垫优选具有由水溶性粒子和分散了水溶性粒子的非水溶性基质制得的材料形成的研磨层。

由上述材料得到化学机械研磨垫用组合物的方法没有特别限制。例如可以通过用混炼机等将规定的有机材料等必要的材料混炼获得。作为混炼机可以使用目前公知的混炼机。例如可以列举辊辗机、捏合机、班伯里混炼器、挤出机(单螺杆、多螺杆)等混炼机。

进而，为了得到含有水溶性粒子的化学机械研磨垫，含有水溶性粒子的化学机械研磨垫用组合物，例如能通过混炼非水溶性基质、水溶性粒子和其他添加剂等来得到。但是，通常在混炼时为了容易加工而进行加热混炼，这时的温度优选使水溶性粒子为固体。由于是固体，可以以上述优选的平均粒径来分散水溶性粒子，而与其和非水溶性基质的相溶性的大小无关。因而，该情况下，优选根据使用的非水溶性基质的加工温度选择水溶性粒子的种类。

(2)使用上述化学机械研磨垫用组合物，成形研磨层的步骤

本发明的化学机械研磨垫的研磨层的制造方法没有特别限制。例如可以通过准备形成预研磨层的化学机械研磨垫用组合物，通过将该组合物成形为期望形状的外形，从而制造研磨层。这时，通过使用形成在研磨层表面和/或里面形成的沟和/或凹部图案的模具来模成形化学机械研磨垫用组合物，可以同时形成研磨层的外形以及沟和/或凹部。由模具成形形成沟和/或凹部的话，具有可以简化工艺步骤，同时能容易地使沟和/或凹部的内表面表面粗糙度在20μm以下的优点。

另外，像这样的研磨面表面和/或内面的沟和/或凹部能在制造没有这些沟和/或凹部的研磨层后，通过切削加工、打槽(ザグリ)加工等来形成。通过切削加工、打槽加工等形成沟和/或凹部的情况下，沟和/凹部的形成步骤可以在后述的(3)喷砂处理步骤前进行，也可以在(3)喷砂处理步骤后进行。(3)对上述研磨层的至少要制成该研磨面的表面进行喷砂处理的步骤

接着，对如上述成形的研磨层的、至少对要制成该研磨面的表面进行喷砂处理。

这里，所称喷砂处理是用砂纸来研磨处理。砂纸可以是在薄片状、带状或传动带状的纸或布制得的基质上用粘合剂粘上磨粒的砂纸。构成磨粒的材料能列举有例如天然矿物的微细结晶、人造无机化合物的微粒。天然矿物例如可以列举金刚砂、石榴石等，人造无机化合物例如可以列举氧化铝、碳化硅等。

上述喷砂处理中使用的磨粒的尺寸优选为20～200μm，更优选为25～150μm。砂纸的粒度筛优选为#80～#600，更优选为#120～#400。

在喷砂处理时，优选使用宽度比上述研磨层的研磨面还大的砂纸。

上述喷砂处理可以是将要制成研磨面的表面向上放置、上述研磨层固定在水平面上，使研磨面全部表面和砂纸接触，以研磨面和砂纸的相对速度优选为0.1～100m/分，更优选为0.5～50m/分，运动砂纸来进行。该运动是以研磨层的研磨面和砂纸的接触部分为基准，可以旋转运动，也可以直线运动。

喷砂处理的磨去量即磨去的研磨层的厚度优选为0.05～3.0mm，更优选为0.1～2.0mm。

喷砂处理可以只使用一种粒度筛的砂纸来进行，也可以分别使用不同种粒度筛的砂纸分多阶段来进行。这其中，优选分别使用不同粒度筛的砂纸分多阶段来进行。阶段数目优选为2～10阶段，更优选为3～6阶段。各阶段的磨去量即磨去研磨层的厚度优选为0.01～1.5mm，更优选为0.1～1.0mm。另外，分别使用不同种粒度筛的砂纸分多阶段来进行喷砂处理的情况下，优选从使用粗粒度筛的砂纸的阶段，依次到使用细粒度筛的砂纸的阶段来进行。

上述喷砂处理能使用例如喷砂装置、传动带研磨装置、滚筒研磨机、喷烟研磨机、环形研磨机、电解研磨装置、电解和粒研磨装置等来进行。这其中，优选使用传动带研磨装置。传动带研磨装置的商品能列举有例如アミテツク公司制造的TS130D型研磨机、菊川铁工所制造的T-142DG型宽带磨砂机、名南制作所Meinan Machinery Works，Inc.制造的宽带磨砂机等。

通过实施这样的喷砂处理，可以容易的获得厚度分布在50μm以下的、研磨面的表面的算术表面粗糙度(R_a)为0.1～15μm，10点平均高度(R_z)为40～150μm，核心粗糙深度(R_k)为12～50μm，且衰减峰高度(R_pk)为7～40μm的化学机械研磨垫。

接着说明本发明的化学机械研磨方法。

本发明的化学机械研磨方法除了在市售的研磨装置上安装上述的本发明化学机械研磨垫以外，还可以通过公知的化学机械研磨方法来实施。

这种情况下不管被研磨面的种类，可以是例如作为布线材料的金属膜、屏蔽金属膜、绝缘膜等。作为构成上述金属膜的材料可以是例如钨、铝、铜和含有这些金属中的至少1种的合金等。上述屏蔽金属膜能列举有例如钽、钛、氮化钽、氮化钛等。构成绝缘层的材料能列举有例如氧化硅等。使用的化学机械研磨用水系分散体的种类能根据被研磨面的种类和化学机械研磨的目的等适宜的选择使用。

本发明的化学机械研磨方法的被研磨物特别优选在被研磨面上具有至少1种上述材料的半导体晶片。半导体晶片的尺寸不论大小，但是化学机械研磨大口径的半导体晶片时，能显著地表现出本发明的化学机械研磨方法的优点。这里，所称的大口径的半导体晶片意思指具有超过8英寸直径的半导体晶片，优选为具有10英寸以上直径的半导体晶片。

如上所述，本发明的化学机械研磨垫通过使其表面粗糙度在一定范围内，具有增加晶片研磨时的稳定性的优点。即，对于目前公知的研磨垫，在研磨装置上安装新垫开始进行晶片研磨前，必须要有初期的修整(break-in dressing)，但是通过使其成为上述表面粗糙度，不用进行初期的修整，乃至通过比现有更短时间的初期修整，从修整后的最初晶片中能显示出稳定的研磨性能。

根据本发明，即使用大口径晶片作被研磨体进行化学机械研磨的情况下，也能提供赋予了优良的表面内均匀性和平坦性的被研磨面的化学机械研磨垫及其制造方法，以及化学机械研磨方法。

实施例

实施例1

将98体积％的1，2-聚丁二烯(JSR公司制造，商品名“JSR RB830”)和2体积％的作为水溶性物质的β-环糊精(横滨国际生物研究所制造，商品名“デキシ一パ一ルβ-100”)用加热到155℃的挤出机混炼。然后添加PercumylD40(商品名，日本油脂公司制造。含有40重量％的过氧化二异丙苯。)，其量为以1，2-聚丁二烯的量作100重量份换算的1.0重量份(换算成纯过氧化二异丙苯相当于0.4重量份)，进一步混炼后，在压模内在170℃下交联成形18分钟，得到直径为810cm、厚3.3mm的圆盘形状的成形体。将该成形体放在宽带砂轮机(名南制作所制造)的插入口，依次使用粒度筛#120、#150、#220、#320的砂纸(ノバツテク公司制造)，一边以0.1m/秒的速度快速移动，一边以500rpm的速度旋转滚筒，通过各粒度筛都研磨并削去0.04mm成形体表面，进行喷砂处理，得到平均厚度为2.5mm、厚度分布为20μm、算术表面粗糙度(R_a)为4.4μm、10点平均高度(R_z)为125μm、核心粗糙深度(R_k)为16μm、衰减峰高度(R_pk)为14μm的成形体。

另外，上述喷砂处理中，成形体和砂纸接触面中成形体和砂纸的相对速度为5m/分。

上述厚度分布为在要制得成形体研磨面的表面的直径方向从中心向两侧各除去40mm的范围以及从两侧出发各除去40mm范围均匀的取33点，对这33点用“手工三维测定机”(ミツトヨ公司制造)测定其厚度，根据下述计算式算出。

厚度分布＝(厚度测定值的最大值)-(厚度测定值的最小值)

而且，算术表面粗糙度(R_a)、10点平均高度(R_z)、核心粗糙深度(R_k)和衰减峰高度(R_pk)为在要制得成形体研磨面的表面的直径方向从两端出发各除去40mm范围均匀的取10点并分别以其为中心，对与垫直径方向垂直的10条测定线(测定长度为10mm)从使用“1LM21P”(レ一ザ一テツク公司制造)分别测定的粗糙度曲线计算得到的平均值。

接着，在该成形体面中，使用切削加工机(加藤机械公司制造)将实施喷砂处理的面削成宽0.5mm、间距2mm、深1.0mm的同心圆状的沟，制造化学机械研磨垫。另外，这里形成的沟的内面的表面粗糙度为6μm。

在アプライドマテリアル制造的化学机械研磨装置“Applied Reflexion”修整上该化学机械研磨垫，在以下条件下供给去离子水，且进行初期修整。

模座转速：120rpm

去离子水供给量：100mL/分

研磨时间：600秒

接着，以带有12英寸的PETEOS膜的晶片作为被研磨体在以下条件下进行化学机械研磨。另外，所称PETEOS膜是用四乙基硅酸盐(TEOS)为原料，利用等离子体作为促进条件由化学气相生长法成膜的氧化硅膜。

模座转速：120rpm

研磨头转速：36rpm

研磨压力：

固定环压力＝7.5psi

区域1压力＝6.0psi

区域2压力＝3.0psi

区域3压力＝3.5psi

水系分散体供给量：300mL/分

研磨时间：60秒

化学机械研磨用水系分散体：CMS1101(JSR公司制造)

对于上述作为被研磨体的带有12英寸PETEOS膜的晶片在直径方向上从两端出发各除去5mm范围均匀的取33点，对这33点测定化学机械研磨前后的PETEOS膜厚度。根据该测定结果用下式计算研磨速度和面内均匀性。

研磨量＝研磨前的膜厚-研磨后的膜厚

研磨速度＝∑(研磨量)/研磨时间

面内均匀性＝(研磨量的标准偏差÷研磨量的平均值)×100(％)

结果示于表1中。表面均匀性在3％以下的称为表面均匀性良好。

实施例2

除了使实施例1中的1，2-聚丁二烯的用量为80体积％、β-环糊精的用量为20体积％、Percumyl D40的用量为相对于100重量份的1，2-聚丁二烯的量换算成0.8重量份(换算成纯过氧化二异丙苯相当于0.32重量份)以外，其他和实施例1相同，得到平均厚度为2.5mm、厚度分布为20μm、算术表面粗糙度(R_a)为3.4μm、10点平均高度(R_z)为108μm、核心粗糙深度(R_k)为18μm、衰减峰高度(R_pk)为16μm的成形体。

接着在该成形体的面中，对实施喷砂处理的表面进行和实施例1相同的操作，形成宽0.5mm、间距2mm、深1.0mm、内面的表面粗糙度为5μm的同心圆状的沟，制造化学机械研磨垫。

使用该化学机械研磨垫，进行和实施例1相同的评价。结果示于表1中。

实施例3

除了使实施例1中的1，2-聚丁二烯的用量为64体积％、使用16体积％的苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物(JSR公司制造的TR2827)和使β-环糊精的用量为20体积％以外，其他和实施例1相同，得到平均厚度为2.5mm、厚度分布为25μm、算术表面粗糙度(R_a)为3.8μm、10点平均高度(R_z)为115μm、核心粗糙深度(R_k)为15μm、衰减峰高度(R_pk)为14μm的成形体。

接着在该成形体的面中，对实施喷砂处理的表面行和实施例1相同的操作，形成宽0.5mm、间距2mm、深1.0mm、内面的表面粗糙度为4.5μm的同心圆状的沟，制造化学机械研磨垫。

使用该化学机械研磨垫，进行和实施例1相同的评价。结果示于表1中。

比较例1

在实施例1中，除了使用平均厚度为2.5mm的模具成形，不实施喷砂处理以外，其他和实施例1相同，得到平均厚度为2.5mm、厚度分布为70μm、算术表面粗糙度(R_a)为1.5μm、10点平均高度(R_z)为25μm、核心粗糙深度(R_k)为8μm、衰减峰高度(R_pk)为6μm的成形体。

接着对要形成该成形体研磨面的表面进行和实施例1相同的操作，形成宽0.5mm、间距2mm、深1.0mm、内面的表面粗糙度为5.5μm的同心圆状的沟，制造化学机械研磨垫。

使用该化学机械研磨垫，进行和实施例1相同的评价。结果示于表1中。

表1

	研磨速度(/分钟)	表面均匀性(％)
			实施例1	2850	1.0
实施例2	2700	2.0
			实施例3	2750	1.5
比较例1	2800	8.0

实施例4

除了不进行实施例1中的初期的修整以外，和实施例1一样对带有12英寸的PETEOS膜的晶片进行化学机械研磨。依次连续对带有12英寸的PETEOS膜的晶片进行化学机械研磨，连续进行合计10个晶片的化学机械研磨。各晶片的研磨速度示于表2中。

比较例2

在实施例4中，除了使用和比较例1同样地制造的化学机械研磨垫作为化学机械研磨垫之外，和实施例4一样连续进行10个晶片的化学机械研磨。各晶片的研磨速度示于表2中。

表2

晶片研磨顺序	研磨速度(/分钟)
			实施例4	比较例2
	1	2830			1830
2			2850	1850
	3	2870			1910
4			2820	2100
	5	2840			2510
6			2850	2840
	7	2880			2860
8			2870	2870
	9	2850			2840
10			2840	2830

Claims (4)

1、一种化学机械研磨垫，其特征在于其具有研磨面和非研磨面，而且研磨面由算术表面粗糙度(R_a)为0.1～15μm、10点平均高度(R_z)为40～150μm、核心粗糙深度(R_k)为12～50μm、且衰减峰高度(R_pk)为7～40μm的表面构成。

2、根据权利要求1记载的化学机械研磨垫，其厚度分布在50μm以下。

3、根据权利要求1或2记载的化学机械研磨垫的制造方法，其特征在于包括成形研磨层，接着至少对要制成该研磨面的表面进行喷砂处理的步骤。

4、一种化学机械研磨方法，其特征在于使用权利要求1或2记载的化学机械研磨垫来化学机械研磨被研磨体。

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