JP2004140264A - 化学機械研磨方法及び素子微細化分離用研磨パッド - Google Patents
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Abstract
【課題】ディッシングが抑制され、スクラッチの発生が抑制される素子微細化分離工程、特にＳＴＩ工程に好適な化学機械研磨方法及び素子微細化分離用研磨パッドを提供する。
【解決手段】半導体装置の製造における素子微細化分離工程（特にＳＴＩ工程）に用いられる化学機械研磨方法であって、未架橋１，２−ＰＢＤと、未架橋ＥＶＡと、β−シクロデキストリン粒子と有機過酸化物とを含有する混練物を金型内で架橋処理して得られ、１０質量％以上の架橋１，２−ＰＢＤ及び架橋ＥＶＡを含有する非水溶性マトリックスと、非水溶性マトリックス中に分散され、β−シクロデキストリンからなる水溶性粒子とを含有する研磨パッド用組成物からなる研磨部を備える研磨パッドを用いる。
【選択図】 図２
【解決手段】半導体装置の製造における素子微細化分離工程（特にＳＴＩ工程）に用いられる化学機械研磨方法であって、未架橋１，２−ＰＢＤと、未架橋ＥＶＡと、β−シクロデキストリン粒子と有機過酸化物とを含有する混練物を金型内で架橋処理して得られ、１０質量％以上の架橋１，２−ＰＢＤ及び架橋ＥＶＡを含有する非水溶性マトリックスと、非水溶性マトリックス中に分散され、β−シクロデキストリンからなる水溶性粒子とを含有する研磨パッド用組成物からなる研磨部を備える研磨パッドを用いる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化学機械研磨方法及び素子微細化分離用研磨パッドに関する。更に詳しくは半導体装置の製造における素子微細化分離工程に用いる化学機械研磨方法及び素子微細化分離用研磨パッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の集積度の向上、多層配線化等に伴い、メモリデバイスの記憶容量は飛躍的に増大している。これは、加工技術の微細化の進歩に支えられたものである。しかし、要求される記憶容量は年々大きくなり、多層配線化等の技術を駆使しても、チップサイズの増大は避けられず、また、微細化に伴いメモリデバイス製造に要する工程数は増え、チップのコスト高を招いている。
このため、近年、従来の方法（例えば、ＬＯＣＯＳ法等）に比べて更に微細な構造を効率よく形成できる種々の方法が検討されている。これらの方法の中でもＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程と称される工程等の素子微細化分離工程を有する方法等では、化学機械研磨を使用することにより従来に比べて効率良くメモリデバイスの高容量化が可能であるとして注目されている。しかし、これらの工程では、ウェハの平坦性を阻害することなく、ウェハレベルのプラナリティを向上できる特に精度の高い化学機械研磨を行う必要がある。
また、下記特許文献１及び特許文献２に水溶性粒子を含有する研磨パッドが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第５，９７６，０００号明細書
【特許文献２】
米国特許第６，３３７，２８０号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１及び特許文献２では、素子微細化分離工程における検討はなされていない。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、素子微細化分離工程において好適である化学機械研磨方法及び素子微細化分離用研磨パッドを提供することを目的とする。特に、過剰研磨（ディッシング）が抑制され、スクラッチ（研磨後の絶縁体材料表面の傷）の発生が抑制され、ＳＴＩ工程に好適な化学機械研磨方法及び素子微細化分離用研磨パッドを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記（１）〜（６）の通りである。
（１） 半導体装置の製造における素子微細化分離工程に用いられる化学機械研磨方法であって、架橋重合体を含有する非水溶性マトリックスと該非水溶性マトリックス中に分散された水溶性粒子とを含有する研磨パッド用組成物からなる研磨部を備える研磨パッドを用いて被研磨面を研磨することを特徴とする。
（２） 上記研磨パッド用組成物は、上記架橋重合体として架橋１，２−ポリブタジエン及び／又は架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体を含有し、上記架橋重合体全体を１００質量％とした場合に、該架橋１，２−ポリブタジエン及び架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体のうちの少なくとも一方が１０質量％以上である上記（１）記載の化学機械研磨方法。
（３） 上記研磨パッド用組成物は、未架橋非水溶性マトリックスと該未架橋非水溶性マトリックス中に分散された水溶性粒子とを含有する未架橋研磨パッド用組成物を架橋処理して得られ、該未架橋非水溶性マトリックスは未架橋１，２−ポリブタジエンを含有し、該未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合、該未架橋１，２−ポリブタジエンは１０質量％以上である上記（１）記載の化学機械研磨方法。
（４）上記研磨パッド用組成物は、未架橋非水溶性マトリックスと該未架橋非水溶性マトリックス中に分散された水溶性粒子とを含有する未架橋研磨パッド用組成物を架橋処理して得られ、該未架橋非水溶性マトリックスは未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体を含有し、非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合、該未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体は１０質量％以上である上記（１）記載の化学機械研磨方法。
（５） 上記研磨パッド用組成物は、温度０〜８０℃の間の縦弾性率の変化量が１０００ＭＰａ以下である上記（１）乃至上記（４）のうちのいずれかに記載の化学機械研磨方法。
（６） 架橋重合体を含有する非水溶性マトリックスと該非水溶性マトリックス中に分散された水溶性粒子とを含有する研磨パッド用組成物からなる研磨部を備え、半導体装置の製造における素子微細化分離工程の化学機械研磨に用いられることを特徴とする素子微細化分離用研磨パッド。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
［１］研磨対象及び素子微細化分離工程
上記「半導体装置」は、半導体からなる基板上又は基部上に複数の素子を形成した集積回路である。この半導体装置の基板を構成する半導体材料は特に限定されず、単体半導体（シリコン、ゲルマニウム等）であっても、化合物半導体（ガリウムヒ素化合物、窒化ガリウム化合物、インジウムリン化合物等）であってもよい。この半導体装置としては、例えば、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ、ＭＳＩ及びＳＳＩ等を挙げることができ、更には、バイポーラ集積回路、ＭＯＳ集積回路、ＣＭＯＳ集積回路、Ｂｉ−ＣＭＯＳ集積回路、ＣＣＤ等のいずれであってもよい。
【０００７】
上記「素子微細化分離工程」は、半導体装置となる基板の表面側に溝を形成し、次いで、溝に所望の材料を埋め込み、その後、基板表面に付着した余剰の埋め込み材料を化学機械研磨方法により除去し、基板の表面を平坦化する工程を備える。この工程において化学機械研磨を施す面が被研磨面である。この素子微細化分離工程の中でも、特に、溝をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法等により形成し、この溝の埋め込みをＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で行うＳＴＩ工程に、本発明の研磨方法及び本発明の素子微細化分離用研磨パッド（以下、単に「研磨パッド」ともいう）は好適である。
【０００８】
素子微細化分離工程で形成する溝の大きさは特に限定されないが、通常、溝幅が０．１〜１０００μｍである。また、溝の深さが０．０１〜１０００μｍである。更に、埋め込む材料、即ち、主たる被研磨材料も特に限定されないが、Ｐ−ＴＥＯＳ、ＰＥ−ＴＥＯＳ、Ｏ３−ＴＥＯＳ、ＨＤＰ−ＳｉＯ、ＦＳＧ（フッ素添加ＳｉＯ２系絶縁性膜）等のＳｉＯ２系絶縁材料を挙げることができる。また、この研磨の際に過剰な研磨を防止するためのストッパーを用いる場合、このストッパーとして利用される材料も特に限定されないが、Ｓｉ３Ｎ４等を挙げることができる。
【０００９】
［２］架橋重合体を含有する研磨パッド組成物
上記「非水溶性マトリックス」は、研磨パッドの研磨部、更には研磨パッド全体（以下、併せて「研磨部及び研磨パッド」ともいう）を構成する母相である。この非水溶性マトリックスには後述する水溶性粒子が分散されて含有される。この非水溶性マトリックスは、架橋重合体を含有する。
上記「架橋重合体」は、非水溶性マトリックス中に含有されることで、弾性回復力を付与でき、研磨時に研磨部及び研磨パッドにかかるずり応力による変位を小さく抑えることができる。このため、研磨時及びドレッシング時に非水溶性マトリックスが過度に引き延ばされ塑性変形してポアが埋まることや毛羽立ちが短期間で潰れることを抑制できる。即ち、良好な研磨状態を長く維持でき、また、ドレッシング時にはポアを効率よく形成できる。また、ドレッシングによって研磨部及び研磨パッドの表面が過度に毛羽立つことも抑制でき、研磨平坦性が阻害されない。
【００１０】
この架橋重合体の種類は特に限定されない。架橋重合体としては、熱可塑性樹脂、エラストマー、ゴム及び硬化性樹脂（熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等、熱、光等により、硬化される樹脂）等の未架橋重合体のうちの１種が架橋されてなる架橋重合体や、これらの未架橋重合体のうちの２種以上が共架橋されてなる架橋重合体等を挙げることができる。
熱可塑性樹脂としては、１，２−ポリブタジエン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン等、ＥＶＡを除く）、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体（ＡＢＳ樹脂等）、ポリスチレン系樹脂、ポリアクリル系樹脂｛（メタ）アクリレート系樹脂等｝、ビニルエステル系樹脂（ＥＶＡを除く）、飽和ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素樹脂（ポリフッ化ビニリデン等）、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂等が挙げられる。
【００１１】
エラストマーとしては、ジエン系エラストマー（特に１，２−ポリブタジエン）、ポリオレフィン系エラストマー（ＥＶＡを除く）、スチレン系エラストマー｛スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、その水素添加ブロック共重合体（ＳＥＢＳ）等｝、熱可塑性ポリウレタン系エラストマー、熱可塑性ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、シリコーン樹脂系エラストマー、フッ素樹脂系エラストマー等が挙げられる。
【００１２】
ゴムとしては、ブタジエン系ゴム（高シスブタジエンゴム、低シスブタジエンゴム等）、イソプレン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム、スチレン−イソプレン系ゴム等の共役ジエン系ゴム、アクロルニトリル−ブタジエン系ゴム等のニトリル系ゴム、アクリル系ゴム、エチレン−プロピレン系ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン系ゴム等のエチレン−α−オレフィン系ゴム及びブチルゴムや、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のその他のゴムなどが挙げられる。
硬化性樹脂としては、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ポリウレタン−ウレア系樹脂、ウレア系樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール系樹脂等が挙げられる。
【００１３】
架橋重合体は、どのような方法で架橋されたものであってもよい。即ち、例えば、有機過酸化物、硫黄、硫黄化合物等を用いた化学架橋されたものであってもよく、加熱による熱架橋されたものであってもよく、電子線照射等による放射線架橋されたものであってもよく、更にはこれらのうちの２種以上の架橋方法により架橋されたものであってもよい。また、これらの架橋重合体は、酸無水物基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、アミノ基等により変性された重合体であってもよい。これらの変性により、後述する水溶性粒子や、スラリーとの親和性を調節することができる。
【００１４】
これらの架橋重合体の中でも、１，２−ポリブタジエン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリアクリル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂及びポリアセタール系樹脂のうちの少なくとも１種が架橋された架橋重合体が含有されることが好ましい。
これらは吸水による軟化が少なく、スラリー中に含有される酸やアルカリに対して安定である。また、１，２−ポリブタジエンを除く他の好ましい架橋重合体が含有されることで、優れた成形性が付与される。この成形性とは成形のし易さ及びハンドリング性等を含むものである。即ち、例えば、金型内に非水溶性マトリックスとなる未架橋物を充填し、架橋剤等を用いて金型内にて架橋させ、その後、得られた成形体を脱型する工程を行う場合がある。この脱型を行う時に成形体が割れたり、欠けたりすることを確実に防止できる。更に、１，２−ポリブタジエンを除く他の好ましい架橋重合体が含有されることで、優れた耐摩耗性が付与される。このため、長寿命な研磨部及び研磨パッドを得ることができる。
【００１５】
架橋重合体の含有量は、非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に、１５質量％以上であることが好ましく、２０質量％以上であることがより好ましく、３０質量％以上であることが特に好ましい。また、非水溶性マトリックスが架橋重合体のみからなってもよい。架橋重合体の含有量が１５質量％未満であると弾性回復力を十分に向上させることができない場合がある。更に、成形性及び耐摩耗性を十分に向上させることができない場合がある。
【００１６】
更に、架橋重合体には、上記の好ましい架橋重合体の中でも１，２−ポリブタジエン及びエチレン−酢酸ビニル共重合体のうちの少なくとも一方が含まれていることがより好ましい。
これらのうち架橋１，２−ポリブタジエン（以下、単に「架橋ＰＢＤ」ともいう）は、前記の架橋重合体が含有されることによる非水溶性マトリックスに弾性回復力が付与される効果を特に良好に発揮させることができる。
また、架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、単に「架橋ＥＶＡ」ともいう）は、上記の優れた成形性及び耐摩耗性を付与できることに加えて、非水溶性マトリックスの縦弾性率の温度依存性を低減させることができる。特に、縦弾性率が温度に対してより緩やかに変化するように改善され、特定の温度範囲で急激に縦弾性率が変化することが抑制できる。温度依存性が低減されることにより研磨時の温度上昇により非水溶性マトリックスが過度に軟化することを抑制でき、研磨速度の低下を抑制できる。更に、温度に対してより緩やかに変化することにより軟化具合を予測でき、研磨初期からの研磨性能を保持させ易く、研磨を安定して行うことができる。
【００１７】
架橋ＰＢＤ又は架橋ＥＶＡが含有される場合は、非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に、含有される架橋ＰＢＤ又は架橋ＥＶＡは１０質量％以上であることが好ましく、２０質量％以上であることがより好ましく、３０質量％以上であることが特に好ましく、４０質量％以上であることがとりわけ好ましい。また、非水溶性マトリックス全体が架橋ＰＢＤ又は架橋ＥＶＡのみからなってもよい。架橋ＰＢＤ又は架橋ＥＶＡの含有量が１０質量％未満であると上記これらを含有する効果が十分に発揮され難い場合がある。
更に、架橋ＰＢＤと架橋ＥＶＡとの両方を含有する場合、非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に、架橋ＰＢＤ及び架橋ＥＶＡのいずれか一方を１０質量％以上含有し且つ他方を５質量％以上含有することが好ましく、架橋ＰＢＤ及び架橋ＥＶＡのいずれか一方を２０質量％以上含有し且つ他方を１０質量％以上含有することがより好ましく、架橋ＰＢＤ及び架橋ＥＶＡのいずれか一方を３０質量％以上含有し且つ他方を１５質量％以上含有することが特に好ましく、架橋ＰＢＤ及び架橋ＥＶＡのいずれか一方を４０質量％以上含有し且つ他方を２０質量％以上含有することがとりわけ好ましい。架橋ＰＢＤ及び架橋ＥＶＡの両方の含有量が各々１０質量％未満であると上記のこれらを含有する効果が十分に発揮され難い。
【００１８】
また、架橋ＥＶＡの酢酸ビニル単位の含有量は特に限定されないが、通常、３質量％以上である。３質量％未満であると非水溶性マトリックスの縦弾性率の温度依存性を低減する効果が十分に得られ難くなる場合がある。この酢酸ビニル単位の含有量は５〜５０質量％であることが好ましく、５〜３０質量％であることがより好ましく、１０〜３０質量％であることが特に好ましい。酢酸ビニル単位の含有量が５０質量％を超えると過架橋となり易く、十分な靭性を保持し難くなる場合がある。
【００１９】
この研磨パッド用組成物は、上記架橋重合体以外に未架橋熱可塑性重合体を含有することができる。この未架橋熱可塑性重合体は、架橋されていない状態で研磨部及び研磨パッド中に含有されている熱可塑性重合体である。未架橋熱可塑性重合体は、通常、後述する架橋処理時に架橋されることなく未架橋のまま残存したものである。この未架橋熱可塑性重合体は架橋重合体に比べて一般に破断伸びが大きいため、これが含有される研磨部及び研磨パッドではドレッシングによる毛羽立ちが生じ易くなる傾向にある。ＳＴＩ工程における化学機械研磨では、研磨部及び研磨パッドが過度な毛羽立ちを有していると、十分な研磨平坦性が得られない場合があるが、毛羽立ちが無いと十分な研磨速度を得ることが困難な場合がある。このため、適度に未架橋熱可塑性重合体を含有することで、適度な毛羽立ちを生じさせることができることが好ましい。未架橋熱可塑性重合体の含有量は、非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に、０〜８０質量％であることが好ましく、０〜６０質量％であることがより好ましく、５〜４０質量％であることが特に好ましい。
【００２０】
この研磨パッド用組成物によると、ＪＩＳ Ｋ ６２５１に準じて非水溶性マトリックスからなる試験片を８０℃において破断させた場合に、破断後に残留する伸び（以下、単に「破断残留伸び」という）を１００％以下とすることができる。即ち、破断した後の標線間合計距離が破断前の標線間距離の２倍以下となる。この破断残留伸びは３０％以下（更に好ましくは１０％以下、とりわけ好ましくは５％以下、通常０％以上）であることがより好ましい。破断残留伸びが１００％を超えると、研磨時及び面更新時に研磨部及び研磨パッドの表面から掻き取られた又は引き延ばされた微細片がポアを塞ぎ易くなる傾向にあり好ましくない。尚、この「破断残留伸び」とは、ＪＩＳ Ｋ ６２５１「加硫ゴムの引張試験方法」に準じて、試験片形状ダンベル状３号形、引張速度５００ｍｍ／分、試験温度８０℃で引張試験を行い試験片を破断させた場合に、破断して分割された試験片の各々の標線から破断部までの合計距離から、試験前の標線間距離を差し引いた距離の伸び率である。また、実際の研磨においては摺動により発熱するため温度８０℃における試験である。
【００２１】
更に、他の架橋重合体として、架橋ＥＶＡを含有する場合は、温度０〜８０℃の間の縦弾性率の変化量を１０００ＭＰａ以下（更には８００ＭＰａ以下、特に６００ＭＰａ以下）に抑えることができる。これにより、特に研磨時及びドレッシング時に摺動等による発熱によって研磨部及び研磨パッドが過度に軟化することが防止される。
また、温度２０〜５０℃の間では、温度差１０℃の間における縦弾性率の変化量を５００ＭＰａ以下（更には４００ＭＰａ以下、特に２００ＭＰａ以下）に抑えることができる。これにより、非水溶性マトリックスの温度依存性はより緩やかとなり、温度による軟化具合を予測し易く、研磨状態を制御し易くなる。
但し、この縦弾性率は、粘弾性測定装置にて、長さ２．５ｍｍ、幅１．０ｍｍの短冊型の試料を用い、引張モードによって測定した値である。また、この場合の各種測定条件は、温度は−２０〜１００℃間とし、初期負荷を１００ｇとし、最大ひずみを０．０１％とし、周波数を０．２Ｈｚとして測定するものとする。
【００２２】
上記「水溶性粒子」は、水系分散体であるスラリーと接触することにより非水溶性マトリックスから脱離するものであり、非水溶性マトリックス中に分散されている。この水溶性粒子が脱離することにより非水溶性マトリックスにはポアが形成される。水溶性粒子の脱離は、スラリー中に含有される水等との接触により溶解することで生じてもよく、この水等を含有して膨潤し、ゲル状となることで生じるものであってもよい。更に、この溶解又は膨潤は水によるものばかりでなく、メタノール等のアルコール系溶剤を含有する水系混合媒体との接触によるものであってもよい。
【００２３】
水溶性粒子は、ポアを形成する以外にも、研磨部及び研磨パッドの押し込み硬さを大きくし、押圧による被研磨体の押し込み量を小さくする効果を有する。即ち、例えば、水溶性粒子を含有することにより研磨部及び研磨パッドのショアＤ硬度は３５以上（より好ましくは５０〜９０、更に好ましくは６０〜８５、通常１００以下）にすることができる。ショアＤ硬度が３５以上であると、被研磨体に負荷できる圧力を大きくでき、これに伴い研磨速度を向上させることができる。更に加えて、高い研磨平坦性が得られる。従って、この水溶性粒子は、研磨部及び研磨パッドの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。
【００２４】
水溶性粒子を構成する水溶性化合物の種類は特に限定されないが、例えば、有機系水溶性化合物及び無機系水溶性化合物を挙げることができる。有機系水溶性化合物としては、糖類（シクロデキストリン、デキストリン及びでんぷん等の多糖類、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、ポリアクリル酸塩、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。更に、無機系水溶性化合物としては、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。これらの水溶性化合物は単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。更に、水溶性粒子は、所定の水溶性化合物からなる１種の水溶性粒子であってもよく、異なる水溶性化合物からなる２種以上の水溶性粒子であってもよい。
【００２５】
また、水溶性粒子の平均粒径は０．１〜５００μｍ（より好ましくは０．５〜１００μｍ、更に好ましくは１〜５０μｍ）とすることが好ましい。即ち、ポアの大きさは０．１〜５００μｍ（より好ましくは０．５〜１００μｍ、更に好ましくは１〜５０μｍ）であることが好ましい。水溶性粒子の平均粒径が０．１μｍ未満であると、形成されるポアの大きさが使用する砥粒より小さくなるためスラリーを十分に保持できる研磨部及び研磨パッドが得難くなる傾向にある。一方、５００μｍを超えると、形成されるポアの大きさが過大となり、得られる研磨部及び研磨パッドの機械的強度及び研磨速度が低下する傾向にある。
【００２６】
この水溶性粒子の含有量は、非水溶性マトリックスと水溶性粒子との合計を１００体積％とした場合に、水溶性粒子は１０〜９０体積％（より好ましくは１２〜６０体積％、更に好ましくは１５〜４５体積％）であることが好ましい。水溶性粒子の含有量が１０体積％未満であると、得られる研磨部及び研磨パッドにおいてポアが十分に形成されない場合があり、研磨速度が低下する場合がある。一方、９０体積％を超えて水溶性粒子を含有する場合は、得られる研磨部及び研磨パッドに内包される水溶性粒子が連鎖的に膨潤又は溶解することを十分に防止でき難くなる傾向にあり、研磨部及び研磨パッドの硬度及び機械的強度を適正な値に保持し難くなる。
【００２７】
また、水溶性粒子は、研磨部及び研磨パッド内において表層に露出した場合にのみ水溶し、研磨部及び研磨パッドの内部では吸湿し、更には膨潤しないことが好ましい。このため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ことができる。この外殻は水溶性粒子に物理的に吸着していても、水溶性粒子と化学結合していても、更にはこの両方により水溶性粒子に接していてもよい。このような外殻を形成する材料としては、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。尚、この外殻は水溶性粒子の表面の一部のみに形成されていても十分に上記効果を得ることができる。
【００２８】
上記非水溶性マトリックスは、水溶性粒子との親和性並びに非水溶性マトリックス中における水溶性粒子の分散性を制御するため、相溶化剤を含有することができる。相溶化剤としては、酸無水物基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、オキサゾリン基及びアミノ基等により変性された重合体、ブロック共重合体、並びにランダム共重合体、更に、種々の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。
【００２９】
更に、非水溶性マトリックス及び／又は水溶性粒子中に、従来からスラリーに含有されている砥粒、酸化剤、アルカリ金属の水酸化物、酸、使用時に酸を生成する塩、ｐＨ調節剤、界面活性剤及びスクラッチ防止剤等の１種又は２種以上を含有することができる。これにより研磨時に水のみを供給して研磨を行うことも可能となる。
上記砥粒としては、シリカ、アルミナ、セリア、ジルコニア及びチタニア等からなる粒子を挙げることができる。これらは１種又は２種以上を用いることができる。
上記酸化剤としては、過酸化水素、過酢酸、過安息香酸、ｔｅｒｔ−ブチルハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸化合物、重クロム酸カリウム等の重クロム酸化合物、ヨウ素酸カリウム等のハロゲン酸化合物、硝酸及び硝酸鉄等の硝酸化合物、過塩素酸等の過ハロゲン酸化合物、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、並びにヘテロポリ酸等が挙げられる。これらの酸化剤のうちでは、分解生成物が無害である過酸化水素及び有機過酸化物の他、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩が特に好ましい。これらは１種又は２種以上を用いることができる。
【００３０】
上記アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、及び水酸化セシウム等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を用いることができる。
上記酸としては有機酸及び無機酸が挙げられる。このうち有機酸としては、パラトルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、イソプレンスルホン酸、グルコン酸、乳酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グリコール酸、マロン酸、ギ酸、シユウ酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸及びフタル酸等が挙げられる。また、無機酸としては、硝酸、塩酸及び硫酸等が挙げられる。これら酸は１種又は２種以上を用いることができる。
上記塩としては、上記酸のアンモニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、カルシウム塩、マグネシウム塩等のアルカリ土類金属塩等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を用いることができる。
【００３１】
上記界面活性剤としては、カチオン系、アニオン系及びノニオン系を挙げることができる。このうちカチオン系界面活性剤としては、脂肪族アミン塩、脂肪族アンモニウム塩等が挙げられる。また、アニオン系界面活性剤としては、脂肪酸石鹸、アルキルエーテルカルボン酸塩等のカルボン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩等のスルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩等の硫酸エステル塩、アルキルリン酸エステル塩等のリン酸エステル塩などが挙げられる。更に、ノニオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等のエーテル型、グリセリンエステルのポリオキシエチレンエーテル等のエーテルエステル型、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、グリセリンエステル、ソルビタンエステル等のエステル型などが挙げられる。これらは１種又は２種以上を用いることができる。
【００３２】
上記スクラッチ防止剤としては、ビフェノール、ビピリジル、２−ビニルピリジン及び４−ビニルピリジン、サリチルアルドキシム、ｏ−フェニレンジアミン及びｍ−フェニレンジアミン、カテコール、ｏ−アミノフェノール、チオ尿素、Ｎ−アルキル基含有（メタ）アクリルアミド、Ｎ−アミノアルキル基含有（メタ）アクリルアミド、７−ヒドロキシ−５−メチル−１，３，４−トリアザインドリジン、５−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、フタラジン、メラミン及び３−アミノ−５，６−ジメチル−１，２，４−トリアジン等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を用いることができる。
【００３３】
また、非水溶性マトリックスは、上記相溶化剤、上記従来からスラリーに含有されている各種材料以外に、充填剤、軟化剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑剤、可塑剤等の各種の添加剤を含有することができる。このうち充填剤としては炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、タルク、クレー等の剛性を向上させる材料、及びシリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、二酸化マンガン、三酸化二マンガン、炭酸バリウム等の研磨効果を備える材料等を用いてもよい。
【００３４】
［３］未架橋１，２−ポリブタジエンを含有する未架橋研磨パッド組成物から得られる研磨パッド用組成物
上記［２］の研磨パッド用組成物のうち架橋ＰＢＤを含有するものは、未架橋１，２−ポリブタジエンを含有する未架橋研磨パッド用組成物を架橋処理して得ることができる。
上記「未架橋非水溶性マトリックス」は、架橋処理されて研磨部及び研磨パッドを構成する母相となるものである。
上記「未架橋１，２−ポリブタジエン」（以下、単に「未架橋ＰＢＤ」ともいう）は、未架橋研磨パッド用組成物の架橋処理時に少なくとも一部が架橋される。未架橋ＰＢＤのうち架橋された部分は前記［２］における架橋ＰＢＤとなる。そして、架橋ＰＢＤは前記［２］のように非水溶性マトリックスに弾性回復力を付与できる。未架橋ＰＢＤの含有量は、未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に１０質量％以上であり、２０質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上であることがより好ましく、４０質量％以上であることが特に好ましく、未架橋非水溶性マトリックス全体が未架橋ＰＢＤからなってもよい。未架橋ＰＢＤの含有量が１０質量％未満であると架橋ＰＢＤが含有される効果が十分に得られ難くなる場合がある。
【００３５】
未架橋非水溶性マトリックスは、未架橋ＰＢＤ以外に他の未架橋重合体を含有することができる。他の未架橋重合体としては、１．２−ポリブタジエンを除く前記［２］で挙げた各種の熱可塑性樹脂、エラストマー、ゴム及び硬化性樹脂（熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等、熱、光等により、硬化される樹脂）等の未架橋物である未架橋重合体を挙げることができる。更に、これらの他の未架橋重合体は、酸無水物基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、アミノ基等により変性されていてもよい。変性により、架橋後の架橋ＰＢＤや、後述する水溶性粒子や、スラリーとの親和性を調節することができる。これらは１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。
これらの各種未架橋重合体の中でも、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリアクリル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂及びポリアセタール系樹脂の未架橋重合体であることが好ましい。これらは１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。これらが好ましい理由は前記［２］と同様である。
【００３６】
これらの他の未架橋重合体の中でも、未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、単に「未架橋ＥＶＡ」ともいう）を含有する場合、架橋処理後に得られる研磨パッド用組成物内において前記［２］と同様に優れた成形性及び耐摩耗性が付与されることに加えて、特に非水溶性マトリックスの縦弾性率の温度依存性が低減される。この未架橋ＥＶＡの含有量は、未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に、５質量％以上とすることができ、更には１０質量％以上とすることができ、特に１５質量％以上とすることができる。５質量％未満であると、非水溶性マトリックスの縦弾性率の温度依存性が低減される効果が十分に発揮され難い場合がある。また、未架橋ＥＶＡの酢酸ビニル単位の含有量は前記［２］と同様とすることができる。
【００３７】
［４］未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体を含有する未架橋研磨パッド組成物から得られる研磨パッド用組成物
上記［２］の研磨パッド用組成物のうち架橋ＥＶＡを含有するものは、未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体を含有する未架橋研磨パッド用組成物を架橋処理して得ることができる。
上記「未架橋非水溶性マトリックス」は、架橋処理されて研磨部及び研磨パッドを構成する母相となるものである。
上記「未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体」は、未架橋研磨パッド用組成物の架橋処理時に少なくとも一部が架橋される。未架橋ＥＶＡのうち架橋された部分は前記［２］における架橋ＥＶＡとなる。そして、架橋ＥＶＡが含有されることで前記［２］のように優れた成形性及び耐摩耗性が付与されることに加えて、非水溶性マトリックスの縦弾性率の温度依存性を低減される。未架橋ＥＶＡの含有量は、未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に１０質量％以上であることが好ましく、１５質量％以上であることがより好ましく、２０質量％以上であることが更に好ましく、３０質量％以上であることが特に好ましく、未架橋非水溶性マトリックス全体が未架橋ＥＶＡからなってもよい。未架橋ＥＶＡの含有量が１０質量％未満であると架橋ＥＶＡが含有される効果が十分に得られ難くなる場合がある。
【００３８】
未架橋非水溶性マトリックスは、未架橋ＥＶＡ以外に他の未架橋重合体を含有することができる。他の未架橋重合体としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体を除く前記［２］で挙げた各種の熱可塑性樹脂、エラストマー、ゴム及び硬化性樹脂（熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等、熱、光等により、硬化される樹脂）等の未架橋物である未架橋重合体を挙げることができる。更に、これらの他の未架橋重合体は、酸無水物基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、アミノ基等により変性されていてもよい。変性により、架橋後の架橋ＰＢＤや、後述する水溶性粒子や、スラリーとの親和性を調節することができる。これらは１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。
これらの各種未架橋重合体の中でも、１，２−ポリブタジエン、ポリエチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリアクリル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂及びポリアセタール系樹脂の未架橋重合体であることが好ましい。これらは１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。これらが好ましい理由は前記［２］と同様である。
【００３９】
これらの他の未架橋重合体の中でも、未架橋１，２−ポリブタジエンを含有する場合、架橋処理後に得られる研磨パッド用組成物内において前記［２］と同様に優れた弾性回復性が付与される。未架橋ＰＢＤの含有量は、未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に、１質量％以上とすることができ、更には５質量％以上とすることができ、特に１０質量％以上とすることができる。１質量％未満であると、弾性回復性が付与される効果が十分に発揮され難い場合がある。
【００４０】
［５］架橋処理
上記「架橋処理」は、未架橋研磨パッド用組成物に対して行い、この未架橋研磨パッド用組成物を構成する未架橋非水溶性マトリックス中に含有される未架橋重合体の少なくとも一部を架橋する処理である。未架橋重合体として未架橋ＰＦＦ２２Ｄと、未架橋ＰＢＤ以外の他の未架橋重合体が含有される場合、架橋処理においては未架橋ＰＢＤと他の未架橋重合体とは共架橋されても、共架橋されなくてもよい。また、未架橋ＰＢＤの架橋と他の未架橋重合体の架橋とを同時に行ってもよく、いずれか一方を先に行い他方を後から行ってもよい。同様に、未架橋重合体として未架橋ＥＶＡと、未架橋ＥＶＡ以外の他の未架橋重合体が含有される場合、架橋処理においては未架橋ＥＶＡと他の未架橋重合体とは共架橋されても、共架橋されなくてもよい。また、未架橋ＥＶＡの架橋と他の未架橋重合体の架橋とを同時に行ってもよく、いずれか一方を先に行い他方を後から行ってもよい。
また、架橋を行う方法は特に限定されず、有機過酸化物、硫黄、硫黄化合物等を用いた化学架橋、加熱による熱架橋、及び電子線照射等による放射線架橋などにより行うことができる。これらの中でも架橋効率が良いため、有機過酸化物を用いて架橋を行うことが好ましい。
【００４１】
［６］研磨パッド
上記「研磨パッド」は、本発明の化学機械研磨方法に用いられる研磨パッドであり、また、本発明の素子微細化分離用研磨パッドである。この研磨パッドは前記［２］〜［４］のうちのいずれかの研磨パッド用組成物からなる研磨部を備える。上記「研磨部」は、研磨パッドの全部又は一部であって、研磨パッドの研磨に供される側の面の全部又は一部を構成する。この研磨部はスラリーや水等の供給により被研磨体に対して研磨効果を発揮できる部分である。研磨パッドのうち研磨部により構成される大きさは特に限定されないが、研磨パッドの研磨に供される側の面の少なくとも５０％以上（より好ましくは８０％以上、更に好ましくは９０％以上）であることが好ましい。研磨部により構成される部分が上記面の５０％未満であるとこの研磨部を備える効果が十分に発揮され難い場合がある。
【００４２】
また、この研磨パッドは、前記研磨パッド用組成物からなる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。
更に、この研磨パッドは、前記研磨パッド用組成物からなる研磨部以外にも他の研磨パッド用組成物からなる研磨部を備えることができる。
【００４３】
この研磨パッドの形状は特に限定されないが、例えば、円盤状、ベルト状、ローラー状等とすることができ、研磨装置に応じて適宜選択することが好ましい。また、使用前における研磨パッドの大きさも特に限定されないが、円盤状の研磨パッドでは、例えば、直径０．５〜５００ｃｍ（更に１．０〜２５０ｃｍ、特に２０〜２００ｃｍ）、厚さ０．１〜１００ｍｍ以下（特に１〜１０ｍｍ）とすることができる。また、この研磨パッドの研磨面には、必要に応じて溝を設けることができる。溝を備えることによりスラリーを研磨面の隅々に行き渡らせ、また、一時的に滞留させる効果を発揮できる。更に、研磨時に生じる研磨屑等の廃棄物を効率よく排出する経路となる。溝の形状は特に限定されず、環状、螺旋状、格子状、ドットパターン状等とすることができる。
【００４４】
また、この研磨パッドは、裏面側（研磨に供される面の反対面側）に支持層を備えるものであってもよい。支持層は、研磨パッドを裏面側で支える層である。この支持層の特性は特に限定されないが、研磨パッドに比べてより軟質であることが好ましい。より軟質な支持層を備えることにより、研磨パッドの厚さが薄い（例えば、５ｍｍ以下）場合であっても、研磨時に研磨パッドが浮き上がることや、研磨パッド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。この支持層の硬度は、研磨パッドの硬度の９０％以下（更には８０％以下、特に７０％以下、通常１０％以上）であることが好ましい。更には、ショアＤ硬度において７０以下（より好ましくは６０以下、更に好ましくは５０以下、通常１以上）であることが好ましい。
【００４５】
また、支持層は、多孔質体（発泡体）であっても、非多孔質体であってもよい。更に、その平面形状は特に限定されず、研磨パッドと同じであっても異なっていてもよい。この支持層の平面形状としては、例えば、円形、多角形（四角形等）などとすることができる。また、その厚さも特に限定されないが、例えば、０．１〜５ｍｍ（更に好ましくは０．５〜２ｍｍ）とすることができる。但し、例えば、研磨パッドが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を備える場合には、この窓部を透過する光を遮らないように、研磨パッドと同様な窓部又は同じ窓部を備えることや、窓部を備えず光が通過する切り欠かれた形状とすることもできる。
【００４６】
支持層を構成する材料も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、適度な弾性等を付与できることなどから有機材料を用いることが好ましい。有機材料としては、前記研磨パッドにおける非水溶性マトリックスを構成する各種重合体を適用することができる。但し、支持層を構成する有機材料は架橋重合体であっても、未架橋重合体であってもよい。
また、支持層は１層のみを備えていてもよく、２層以上を備えていてもよい。また、この支持層と研磨パッドとは直接接して積層されていてもよく、他の層を介して積層されていてもよい。更に、支持層は、研磨パッド又は他の層に接着剤、接着材（接着テープ等）などにより接着されていてもよく、部分的に溶融されることにより一体的に接合されていてもよい。
【００４７】
［７］研磨装置及び研磨条件
本発明の化学機械研磨方法においては、使用する装置は特に限定されないが、例えば、株式会社荏原製作所製、型式「ＥＰＯ−１１２」、「ＥＰＯ−２２２」等や、ラップマスターＳＦＴ社製、型式「ＬＧＰ−５１０」、「ＬＧＰ−５５２」等や、アプライドマテリアル社製、品名「Ｍｉｒｒａ」等や、ラム・リサーチ社製、品名「Ｔｅｒｅｓ」等や、Ｓｐｅｅｄ Ｆａｍ−ＩＰＥＣ社製、型式「ＡＶＡＮＴＩ ４７２」等を用いることができる。また、本発明の素子微細化分離用研磨パッドはこれらの装置で用いることができる。
【００４８】
また、研磨を行う際の研磨条件は、研磨対象等により適宜選択すればよく特に限定されないが、例えば、以下のものとすることができる。
スラリー供給量；１００〜３００ｍＬ／分
研磨荷重；２００〜６００ｇ／ｃｍ２
定盤回転数；５０〜１００ｒｐｍ
ヘッド回転数；５０〜１００ｒｐｍ
【００４９】
本発明の化学機械研磨方法及び本発明の素子微細化分離用研磨パッドを用いると、図１に示す、ＳＴＩ工程を経て得られ、幅２５０μｍ、深さ０．８μｍの溝（ラインパターン）がピッチ５００μｍで形成されたシリコン基板上に、ＳｉＯ２系絶縁体材料が積層膜厚（図１における「ｔ」）２μｍ且つ初期段差（図１における「Ｔ０」）０．９μｍで堆積された被研磨体を研磨速度４００ｎｍ／分で１５％オーバーポリッシュした場合のディッシング（図１における「Ｔ」）を９０ｎｍ以下（更には８０ｎｍ以下、特に７０ｎｍ以下）に抑えることができる。
【００５０】
特に、研磨部を構成する研磨パッド用組成物中の非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に架橋ＰＢＤが５０〜１００質量％（更には６０〜１００質量％、特に７０〜１００質量％）含有される研磨パッド、及び、非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に架橋ＰＢＤと架橋ＥＶＡとが合計で７０〜１００質量％（更には７５〜１００質量％、特に８０〜１００質量％）含有される研磨パッドでは、安定して上記の範囲にディッシングを抑えることができると共に、スクラッチの発生を確実に防止できる。
【００５１】
同様に、未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に未架橋ＰＢＤが５０〜１００質量％（更には６０〜１００質量％、特に７０〜１００質量％）含有される未架橋研磨パッド用組成物を架橋処理して得られた研磨部を備える研磨パッド、及び、未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に未架橋ＰＢＤと未架橋ＥＶＡとが合計で７０〜１００質量％（更には７５〜１００質量％、特に８０〜１００質量％）含有される未架橋研磨パッド用組成物を架橋処理して得られた研磨部を備える研磨パッドでも、安定して上記の範囲にディッシングを抑えることができると共に、スクラッチの発生を確実に防止できる。
【００５２】
但し、１５％オーバーポリッシュとは、ＳｉＯ２系絶縁体材料の積層膜厚である２μｍを研磨速度である４００ｎｍ／分で除して得られる理論研磨時間（この場合５分）よりも１５％（この場合５．７５分）長い間研磨を継続することをいう。通常、このオーバーポリッシュにより図２に示すデッシング（図２における「Ｔ」）を生じる。従来知られている研磨パッドを用いて同様の研磨を行った場合、ディッシングＴは１００〜２００ｎｍ程度となるが、本発明の研磨方法及び本発明の素子微細化分離用研磨パッドではディッシングＴを１０〜６５％低減できることとなる。
【００５３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
［１］研磨パッドの製造
製造例１（研磨パッドＡ）
架橋されて非水溶性マトリックスとなる未架橋１，２−ポリブタジエン（ジェイエスアール株式会社、品名「ＪＳＲ ＲＢ８３０」）１００質量部と、水溶性粒子としてβ−シクロデキストリン（横浜国際バイオ研究所株式会社製、品名「デキシーパールβ−１００」、平均粒径２０μｍ）１００質量部とを１２０℃に加熱されたニーダーにて混練した。その後、有機過酸化物（日本油脂株式会社製、品名「パーヘキシン２５Ｂ」）０．３重量部を添加してさらに混練した後、金型内にて１９０℃で１０分間架橋反応させ、直径６０ｃｍ、厚さ２ｍｍの成形体を得た。その後、この成形体の一面側に切削加工機（加藤機械株式会社製）を用いて、幅が０．５ｍｍ、深さが１ｍｍ、ピッチが１．５ｍｍ（隣り合う溝間距離は１ｍｍとなる。）である同心円状の溝を形成し、研磨パッドＡを得た。尚、水溶性粒子は、研磨パッド全体を１００体積％とした場合に約４０体積％であり、非水溶性マトリックスと水溶性粒子との合計を１００体積％とした場合も約４０体積％である。
【００５４】
製造例２（研磨パッドＢ）
架橋されて非水溶性マトリックスとなる未架橋１，２−ポリブタジエン（ジェイエスアール株式会社製、「ＪＳＲ ＲＢ８４０」）１００質量部と、水溶性粒子としてポリペプチドをコーティングしたβ−シクロデキストリン（横浜国際バイオ研究所株式会社製、品名「デキシーパールβ−１００」、平均粒径２０μｍ）４３質量部とを１２０℃に加熱されたニーダーにて混練した。その後、有機過酸化物（日本油脂株式会社製、品名「パーヘキシン２５Ｂ」）０．３重量部を添加してさらに混練した後、金型内にて１９０℃で１０分間架橋反応させ、直径６０ｃｍ、厚さ２ｍｍの成形体を得た。その後、この成形体の一面側に切削加工機（加藤機械株式会社製）を用いて、幅が０．５ｍｍ、深さが１ｍｍ、ピッチが１．５ｍｍ（隣り合う溝間距離は１ｍｍとなる。）である同心円状の溝を形成し、研磨パッドＢを得た。尚、水溶性粒子は、研磨パッド全体を１００体積％とした場合に約２２体積％であり、非水溶性マトリックスと水溶性粒子との合計を１００体積％とした場合も約２２体積％である。
【００５５】
製造例３（研磨パッドＣ）
架橋されて非水溶性マトリックスとなる未架橋重合体として未架橋１，２−ポリブタジエン（ジェイエスアール株式会社製、品名「ＪＳＲ ＲＢ８３０」）７０質量部と、未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体（東ソー株式会社製、品名「ウルトラセン６３０」、エチレン含量８０％）３０質量部とを用いた以外は上記製造例１と同様にして、直径６０ｃｍ、厚さ２ｍｍの成形体を得た。その後、この成形体の一面側に切削加工機（加藤機械株式会社製）を用いて、幅が１ｍｍ、深さが１．５ｍｍ、ピッチが２ｍｍ（隣り合う溝間距離は１ｍｍ）である同心円状の溝を形成し、研磨パッドＣを得た。尚、水溶性粒子は、研磨パッド全体を１００体積％とした場合に約４０体積％であり、非水溶性マトリックスと水溶性粒子との合計を１００体積％とした場合も約４０体積％である。
【００５６】
［２］ディッシングの評価
（１）研磨及び結果
実施例１
ＳＴＩ工程を経て得られ、溝幅２５０μｍ、溝深さ０．８μｍの溝がピッチ５００μｍで形成されたシリコン基板上に、積層膜厚２μｍ且つ初期段差０．９μｍでＴＥＯＳ膜が形成されたウェハ（ＳＫＷ社製、商品名「ＳＫＷ−７」）を下記条件にて研磨した。その結果、微細形状測定装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製、形式「Ｐ−１０」）を用いて測定したディッシングＴは６０ｎｍであった。この結果を表１に示した。
研磨パッド；研磨パッドＡ
スラリー；品名「ＣＭＳ１１０１」（ジェイエスアール株式会社製）
化学機械研磨装置；型式「ＥＰＯ１１２」（株式会社荏原製作所製）
スラリー供給量；２００ｍＬ／分
研磨荷重；４００ｇ／ｃｍ２
定盤回転数；７０ｒｐｍ
ヘッド回転数；７０ｒｐｍ
研磨速度；４００ｎｍ／分
研磨時間；５．７５分、（１５％オーバーポリッシュ）
【００５７】
実施例２
研磨パッドとして研磨パッドＢを用いた以外は、実施例１と同様にして、同じウェハを１５％オーバーポリッシュとなるように研磨した。その結果、実施例１と同様にして測定されるディッシングＴは５５ｎｍであった。この結果を表１に示した。
研磨速度；４００ｎｍ／分
研磨時間；５．７５分、（１５％オーバーポリッシュ）
【００５８】
実施例３
研磨パッドとして研磨パッドＣを用いた以外は、実施例１と同様にして、同じウェハを１５％オーバーポリッシュとなるように研磨した。その結果、実施例１と同様にして測定されたディッシングＴは６５ｎｍであった。この結果を表１に示した。
研磨速度；４００ｎｍ／分
研磨時間；５．７５分（１５％オーバーポリッシュ）
【００５９】
比較例１
研磨パッドとしてＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００（ロデール・ニッタ社製、溝幅０．２５ｍｍ、深さ０．４ｍｍ、ピッチ１．５ｍｍである同心円状の溝が形成されている。以下、「研磨パッドＤ」という）を用いた以外は、実施例１と同様にして、同じウェハを１５％オーバーポリッシュとなるように研磨した。その結果、実施例１と同様にして測定されたディッシングＴは１３０ｎｍであった。この結果を表１に示した。
研磨速度；５００ｎｍ／分
研磨時間；４．６分、（１５％オーバーポリッシュ）
【００６０】
【表１】
【００６１】
［３］スクラッチの評価
（１）研磨
ＳＴＩ工程を経て得られた８インチ熱酸化膜ウェハ（ＡＭＴ社製、品名「ＨＤＰ−７」）を、研磨時間を２分間とした以外は、上記［１］と同様にして研磨パッドＡ、研磨パッドＢ、研磨パッドＣ及び研磨パッドＤの各々を用いて研磨を行った。
（２）結果
上記［２］（１）で研磨した各ウェハの表面のスクラッチの数を、パターンなしウェハ表面異物検査装置（ケーエルエー・テンコール社製、型式「サーフスキャン６４２０」）を用いて測定した。その結果、研磨パッドＡ、研磨パッドＢ及び研磨パッドＣを用いた２種類のウェハではスクラッチは生じていなかった。一方、研磨パッドＤを用いた比較試験を行ったウェハでは５つのスクラッチが認められた。この結果を表１に示した。
【００６２】
［４］評価
上記［３］の結果より、研磨パッドＤを用いた場合（比較例１）は１３０ｎｍと１００ｎｍを超える大きなディッシングを生じているのに対して、研磨パッドＡ、研磨パッドＢ及び研磨パッドＣを用いた場合（実験例１〜３）は、いずれも７０μｍの極めて小さいディッシングに抑えることができた。更に、上記［４］の結果より、研磨パッドＤを用いた場合にはスクラッチが５カ所形成されたのに対して、研磨パッドＡ、研磨パッドＢ及び研磨パッドＣではスクラッチは形成されなかった。これらのことから、ＳＴＩ工程において前記のような研磨パッド用組成物からなる研磨パッド及び研磨層等を用いることにより、ディッシングが７０ｎｍ以下であり、スクラッチを生じない極めて精度の高い研磨が可能であることが分かる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の化学機械研磨方法によると、素子微細化分離工程、特にＳＴＩ工程において、過剰研磨（ディッシング）が抑制され、スクラッチ（研磨後の絶縁体材料表面の傷）の発生を抑制できる。
また、架橋ＰＢＤ及び／又は架橋ＥＶＡを所定量以上含有する研磨部を備える研磨パッドを用いた場合、未架橋ＰＢＤを所定量以上含有する未架橋研磨パッド用組成物から得られた研磨部を備える研磨パッドを用いた場合、未架橋ＥＶＡを所定量以上含有する未架橋研磨パッド用組成物から得られた研磨部を備える研磨パッドを用いた場合は、各々、特に過剰研磨及びスクラッチの発生を効果的に抑制できると共に、平坦性及び研磨速度に優れた素子微細化分離工程、特にＳＴＩ工程における研磨を行うことができる。
更に、所定温度範囲における縦弾性率の低下量が１０００ＭＰａ以下である研磨パッドを用いる場合は、特に精度の高い研磨を行うことができる。
本発明の素子微細化分離用研磨パッドによると、素子微細化分離工程、特にＳＴＩ工程において、過剰研磨（ディッシング）が抑制され、スクラッチ（研磨後の絶縁体材料表面の傷）の発生を抑制できる。
【００６４】
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＴＩ工程を経て得られ、化学機械研磨前の被研磨体の断面を説明する模式図である。
【図２】ＳＴＩ工程を経て得られ、化学機械研磨後の被研磨体の断面を説明する模式図である。
【符号の説明】
１；シリコン基板、２；ＳｉＯ２系絶縁体材料、Ｔ０；初期段差、ｔ；積層膜厚、Ｔ；ディッシング。
【発明の属する技術分野】
本発明は化学機械研磨方法及び素子微細化分離用研磨パッドに関する。更に詳しくは半導体装置の製造における素子微細化分離工程に用いる化学機械研磨方法及び素子微細化分離用研磨パッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の集積度の向上、多層配線化等に伴い、メモリデバイスの記憶容量は飛躍的に増大している。これは、加工技術の微細化の進歩に支えられたものである。しかし、要求される記憶容量は年々大きくなり、多層配線化等の技術を駆使しても、チップサイズの増大は避けられず、また、微細化に伴いメモリデバイス製造に要する工程数は増え、チップのコスト高を招いている。
このため、近年、従来の方法（例えば、ＬＯＣＯＳ法等）に比べて更に微細な構造を効率よく形成できる種々の方法が検討されている。これらの方法の中でもＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程と称される工程等の素子微細化分離工程を有する方法等では、化学機械研磨を使用することにより従来に比べて効率良くメモリデバイスの高容量化が可能であるとして注目されている。しかし、これらの工程では、ウェハの平坦性を阻害することなく、ウェハレベルのプラナリティを向上できる特に精度の高い化学機械研磨を行う必要がある。
また、下記特許文献１及び特許文献２に水溶性粒子を含有する研磨パッドが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第５，９７６，０００号明細書
【特許文献２】
米国特許第６，３３７，２８０号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１及び特許文献２では、素子微細化分離工程における検討はなされていない。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、素子微細化分離工程において好適である化学機械研磨方法及び素子微細化分離用研磨パッドを提供することを目的とする。特に、過剰研磨（ディッシング）が抑制され、スクラッチ（研磨後の絶縁体材料表面の傷）の発生が抑制され、ＳＴＩ工程に好適な化学機械研磨方法及び素子微細化分離用研磨パッドを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記（１）〜（６）の通りである。
（１） 半導体装置の製造における素子微細化分離工程に用いられる化学機械研磨方法であって、架橋重合体を含有する非水溶性マトリックスと該非水溶性マトリックス中に分散された水溶性粒子とを含有する研磨パッド用組成物からなる研磨部を備える研磨パッドを用いて被研磨面を研磨することを特徴とする。
（２） 上記研磨パッド用組成物は、上記架橋重合体として架橋１，２−ポリブタジエン及び／又は架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体を含有し、上記架橋重合体全体を１００質量％とした場合に、該架橋１，２−ポリブタジエン及び架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体のうちの少なくとも一方が１０質量％以上である上記（１）記載の化学機械研磨方法。
（３） 上記研磨パッド用組成物は、未架橋非水溶性マトリックスと該未架橋非水溶性マトリックス中に分散された水溶性粒子とを含有する未架橋研磨パッド用組成物を架橋処理して得られ、該未架橋非水溶性マトリックスは未架橋１，２−ポリブタジエンを含有し、該未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合、該未架橋１，２−ポリブタジエンは１０質量％以上である上記（１）記載の化学機械研磨方法。
（４）上記研磨パッド用組成物は、未架橋非水溶性マトリックスと該未架橋非水溶性マトリックス中に分散された水溶性粒子とを含有する未架橋研磨パッド用組成物を架橋処理して得られ、該未架橋非水溶性マトリックスは未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体を含有し、非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合、該未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体は１０質量％以上である上記（１）記載の化学機械研磨方法。
（５） 上記研磨パッド用組成物は、温度０〜８０℃の間の縦弾性率の変化量が１０００ＭＰａ以下である上記（１）乃至上記（４）のうちのいずれかに記載の化学機械研磨方法。
（６） 架橋重合体を含有する非水溶性マトリックスと該非水溶性マトリックス中に分散された水溶性粒子とを含有する研磨パッド用組成物からなる研磨部を備え、半導体装置の製造における素子微細化分離工程の化学機械研磨に用いられることを特徴とする素子微細化分離用研磨パッド。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
［１］研磨対象及び素子微細化分離工程
上記「半導体装置」は、半導体からなる基板上又は基部上に複数の素子を形成した集積回路である。この半導体装置の基板を構成する半導体材料は特に限定されず、単体半導体（シリコン、ゲルマニウム等）であっても、化合物半導体（ガリウムヒ素化合物、窒化ガリウム化合物、インジウムリン化合物等）であってもよい。この半導体装置としては、例えば、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ、ＭＳＩ及びＳＳＩ等を挙げることができ、更には、バイポーラ集積回路、ＭＯＳ集積回路、ＣＭＯＳ集積回路、Ｂｉ−ＣＭＯＳ集積回路、ＣＣＤ等のいずれであってもよい。
【０００７】
上記「素子微細化分離工程」は、半導体装置となる基板の表面側に溝を形成し、次いで、溝に所望の材料を埋め込み、その後、基板表面に付着した余剰の埋め込み材料を化学機械研磨方法により除去し、基板の表面を平坦化する工程を備える。この工程において化学機械研磨を施す面が被研磨面である。この素子微細化分離工程の中でも、特に、溝をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法等により形成し、この溝の埋め込みをＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で行うＳＴＩ工程に、本発明の研磨方法及び本発明の素子微細化分離用研磨パッド（以下、単に「研磨パッド」ともいう）は好適である。
【０００８】
素子微細化分離工程で形成する溝の大きさは特に限定されないが、通常、溝幅が０．１〜１０００μｍである。また、溝の深さが０．０１〜１０００μｍである。更に、埋め込む材料、即ち、主たる被研磨材料も特に限定されないが、Ｐ−ＴＥＯＳ、ＰＥ−ＴＥＯＳ、Ｏ３−ＴＥＯＳ、ＨＤＰ−ＳｉＯ、ＦＳＧ（フッ素添加ＳｉＯ２系絶縁性膜）等のＳｉＯ２系絶縁材料を挙げることができる。また、この研磨の際に過剰な研磨を防止するためのストッパーを用いる場合、このストッパーとして利用される材料も特に限定されないが、Ｓｉ３Ｎ４等を挙げることができる。
【０００９】
［２］架橋重合体を含有する研磨パッド組成物
上記「非水溶性マトリックス」は、研磨パッドの研磨部、更には研磨パッド全体（以下、併せて「研磨部及び研磨パッド」ともいう）を構成する母相である。この非水溶性マトリックスには後述する水溶性粒子が分散されて含有される。この非水溶性マトリックスは、架橋重合体を含有する。
上記「架橋重合体」は、非水溶性マトリックス中に含有されることで、弾性回復力を付与でき、研磨時に研磨部及び研磨パッドにかかるずり応力による変位を小さく抑えることができる。このため、研磨時及びドレッシング時に非水溶性マトリックスが過度に引き延ばされ塑性変形してポアが埋まることや毛羽立ちが短期間で潰れることを抑制できる。即ち、良好な研磨状態を長く維持でき、また、ドレッシング時にはポアを効率よく形成できる。また、ドレッシングによって研磨部及び研磨パッドの表面が過度に毛羽立つことも抑制でき、研磨平坦性が阻害されない。
【００１０】
この架橋重合体の種類は特に限定されない。架橋重合体としては、熱可塑性樹脂、エラストマー、ゴム及び硬化性樹脂（熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等、熱、光等により、硬化される樹脂）等の未架橋重合体のうちの１種が架橋されてなる架橋重合体や、これらの未架橋重合体のうちの２種以上が共架橋されてなる架橋重合体等を挙げることができる。
熱可塑性樹脂としては、１，２−ポリブタジエン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン等、ＥＶＡを除く）、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体（ＡＢＳ樹脂等）、ポリスチレン系樹脂、ポリアクリル系樹脂｛（メタ）アクリレート系樹脂等｝、ビニルエステル系樹脂（ＥＶＡを除く）、飽和ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素樹脂（ポリフッ化ビニリデン等）、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂等が挙げられる。
【００１１】
エラストマーとしては、ジエン系エラストマー（特に１，２−ポリブタジエン）、ポリオレフィン系エラストマー（ＥＶＡを除く）、スチレン系エラストマー｛スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、その水素添加ブロック共重合体（ＳＥＢＳ）等｝、熱可塑性ポリウレタン系エラストマー、熱可塑性ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、シリコーン樹脂系エラストマー、フッ素樹脂系エラストマー等が挙げられる。
【００１２】
ゴムとしては、ブタジエン系ゴム（高シスブタジエンゴム、低シスブタジエンゴム等）、イソプレン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム、スチレン−イソプレン系ゴム等の共役ジエン系ゴム、アクロルニトリル−ブタジエン系ゴム等のニトリル系ゴム、アクリル系ゴム、エチレン−プロピレン系ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン系ゴム等のエチレン−α−オレフィン系ゴム及びブチルゴムや、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のその他のゴムなどが挙げられる。
硬化性樹脂としては、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ポリウレタン−ウレア系樹脂、ウレア系樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール系樹脂等が挙げられる。
【００１３】
架橋重合体は、どのような方法で架橋されたものであってもよい。即ち、例えば、有機過酸化物、硫黄、硫黄化合物等を用いた化学架橋されたものであってもよく、加熱による熱架橋されたものであってもよく、電子線照射等による放射線架橋されたものであってもよく、更にはこれらのうちの２種以上の架橋方法により架橋されたものであってもよい。また、これらの架橋重合体は、酸無水物基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、アミノ基等により変性された重合体であってもよい。これらの変性により、後述する水溶性粒子や、スラリーとの親和性を調節することができる。
【００１４】
これらの架橋重合体の中でも、１，２−ポリブタジエン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリアクリル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂及びポリアセタール系樹脂のうちの少なくとも１種が架橋された架橋重合体が含有されることが好ましい。
これらは吸水による軟化が少なく、スラリー中に含有される酸やアルカリに対して安定である。また、１，２−ポリブタジエンを除く他の好ましい架橋重合体が含有されることで、優れた成形性が付与される。この成形性とは成形のし易さ及びハンドリング性等を含むものである。即ち、例えば、金型内に非水溶性マトリックスとなる未架橋物を充填し、架橋剤等を用いて金型内にて架橋させ、その後、得られた成形体を脱型する工程を行う場合がある。この脱型を行う時に成形体が割れたり、欠けたりすることを確実に防止できる。更に、１，２−ポリブタジエンを除く他の好ましい架橋重合体が含有されることで、優れた耐摩耗性が付与される。このため、長寿命な研磨部及び研磨パッドを得ることができる。
【００１５】
架橋重合体の含有量は、非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に、１５質量％以上であることが好ましく、２０質量％以上であることがより好ましく、３０質量％以上であることが特に好ましい。また、非水溶性マトリックスが架橋重合体のみからなってもよい。架橋重合体の含有量が１５質量％未満であると弾性回復力を十分に向上させることができない場合がある。更に、成形性及び耐摩耗性を十分に向上させることができない場合がある。
【００１６】
更に、架橋重合体には、上記の好ましい架橋重合体の中でも１，２−ポリブタジエン及びエチレン−酢酸ビニル共重合体のうちの少なくとも一方が含まれていることがより好ましい。
これらのうち架橋１，２−ポリブタジエン（以下、単に「架橋ＰＢＤ」ともいう）は、前記の架橋重合体が含有されることによる非水溶性マトリックスに弾性回復力が付与される効果を特に良好に発揮させることができる。
また、架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、単に「架橋ＥＶＡ」ともいう）は、上記の優れた成形性及び耐摩耗性を付与できることに加えて、非水溶性マトリックスの縦弾性率の温度依存性を低減させることができる。特に、縦弾性率が温度に対してより緩やかに変化するように改善され、特定の温度範囲で急激に縦弾性率が変化することが抑制できる。温度依存性が低減されることにより研磨時の温度上昇により非水溶性マトリックスが過度に軟化することを抑制でき、研磨速度の低下を抑制できる。更に、温度に対してより緩やかに変化することにより軟化具合を予測でき、研磨初期からの研磨性能を保持させ易く、研磨を安定して行うことができる。
【００１７】
架橋ＰＢＤ又は架橋ＥＶＡが含有される場合は、非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に、含有される架橋ＰＢＤ又は架橋ＥＶＡは１０質量％以上であることが好ましく、２０質量％以上であることがより好ましく、３０質量％以上であることが特に好ましく、４０質量％以上であることがとりわけ好ましい。また、非水溶性マトリックス全体が架橋ＰＢＤ又は架橋ＥＶＡのみからなってもよい。架橋ＰＢＤ又は架橋ＥＶＡの含有量が１０質量％未満であると上記これらを含有する効果が十分に発揮され難い場合がある。
更に、架橋ＰＢＤと架橋ＥＶＡとの両方を含有する場合、非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に、架橋ＰＢＤ及び架橋ＥＶＡのいずれか一方を１０質量％以上含有し且つ他方を５質量％以上含有することが好ましく、架橋ＰＢＤ及び架橋ＥＶＡのいずれか一方を２０質量％以上含有し且つ他方を１０質量％以上含有することがより好ましく、架橋ＰＢＤ及び架橋ＥＶＡのいずれか一方を３０質量％以上含有し且つ他方を１５質量％以上含有することが特に好ましく、架橋ＰＢＤ及び架橋ＥＶＡのいずれか一方を４０質量％以上含有し且つ他方を２０質量％以上含有することがとりわけ好ましい。架橋ＰＢＤ及び架橋ＥＶＡの両方の含有量が各々１０質量％未満であると上記のこれらを含有する効果が十分に発揮され難い。
【００１８】
また、架橋ＥＶＡの酢酸ビニル単位の含有量は特に限定されないが、通常、３質量％以上である。３質量％未満であると非水溶性マトリックスの縦弾性率の温度依存性を低減する効果が十分に得られ難くなる場合がある。この酢酸ビニル単位の含有量は５〜５０質量％であることが好ましく、５〜３０質量％であることがより好ましく、１０〜３０質量％であることが特に好ましい。酢酸ビニル単位の含有量が５０質量％を超えると過架橋となり易く、十分な靭性を保持し難くなる場合がある。
【００１９】
この研磨パッド用組成物は、上記架橋重合体以外に未架橋熱可塑性重合体を含有することができる。この未架橋熱可塑性重合体は、架橋されていない状態で研磨部及び研磨パッド中に含有されている熱可塑性重合体である。未架橋熱可塑性重合体は、通常、後述する架橋処理時に架橋されることなく未架橋のまま残存したものである。この未架橋熱可塑性重合体は架橋重合体に比べて一般に破断伸びが大きいため、これが含有される研磨部及び研磨パッドではドレッシングによる毛羽立ちが生じ易くなる傾向にある。ＳＴＩ工程における化学機械研磨では、研磨部及び研磨パッドが過度な毛羽立ちを有していると、十分な研磨平坦性が得られない場合があるが、毛羽立ちが無いと十分な研磨速度を得ることが困難な場合がある。このため、適度に未架橋熱可塑性重合体を含有することで、適度な毛羽立ちを生じさせることができることが好ましい。未架橋熱可塑性重合体の含有量は、非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に、０〜８０質量％であることが好ましく、０〜６０質量％であることがより好ましく、５〜４０質量％であることが特に好ましい。
【００２０】
この研磨パッド用組成物によると、ＪＩＳ Ｋ ６２５１に準じて非水溶性マトリックスからなる試験片を８０℃において破断させた場合に、破断後に残留する伸び（以下、単に「破断残留伸び」という）を１００％以下とすることができる。即ち、破断した後の標線間合計距離が破断前の標線間距離の２倍以下となる。この破断残留伸びは３０％以下（更に好ましくは１０％以下、とりわけ好ましくは５％以下、通常０％以上）であることがより好ましい。破断残留伸びが１００％を超えると、研磨時及び面更新時に研磨部及び研磨パッドの表面から掻き取られた又は引き延ばされた微細片がポアを塞ぎ易くなる傾向にあり好ましくない。尚、この「破断残留伸び」とは、ＪＩＳ Ｋ ６２５１「加硫ゴムの引張試験方法」に準じて、試験片形状ダンベル状３号形、引張速度５００ｍｍ／分、試験温度８０℃で引張試験を行い試験片を破断させた場合に、破断して分割された試験片の各々の標線から破断部までの合計距離から、試験前の標線間距離を差し引いた距離の伸び率である。また、実際の研磨においては摺動により発熱するため温度８０℃における試験である。
【００２１】
更に、他の架橋重合体として、架橋ＥＶＡを含有する場合は、温度０〜８０℃の間の縦弾性率の変化量を１０００ＭＰａ以下（更には８００ＭＰａ以下、特に６００ＭＰａ以下）に抑えることができる。これにより、特に研磨時及びドレッシング時に摺動等による発熱によって研磨部及び研磨パッドが過度に軟化することが防止される。
また、温度２０〜５０℃の間では、温度差１０℃の間における縦弾性率の変化量を５００ＭＰａ以下（更には４００ＭＰａ以下、特に２００ＭＰａ以下）に抑えることができる。これにより、非水溶性マトリックスの温度依存性はより緩やかとなり、温度による軟化具合を予測し易く、研磨状態を制御し易くなる。
但し、この縦弾性率は、粘弾性測定装置にて、長さ２．５ｍｍ、幅１．０ｍｍの短冊型の試料を用い、引張モードによって測定した値である。また、この場合の各種測定条件は、温度は−２０〜１００℃間とし、初期負荷を１００ｇとし、最大ひずみを０．０１％とし、周波数を０．２Ｈｚとして測定するものとする。
【００２２】
上記「水溶性粒子」は、水系分散体であるスラリーと接触することにより非水溶性マトリックスから脱離するものであり、非水溶性マトリックス中に分散されている。この水溶性粒子が脱離することにより非水溶性マトリックスにはポアが形成される。水溶性粒子の脱離は、スラリー中に含有される水等との接触により溶解することで生じてもよく、この水等を含有して膨潤し、ゲル状となることで生じるものであってもよい。更に、この溶解又は膨潤は水によるものばかりでなく、メタノール等のアルコール系溶剤を含有する水系混合媒体との接触によるものであってもよい。
【００２３】
水溶性粒子は、ポアを形成する以外にも、研磨部及び研磨パッドの押し込み硬さを大きくし、押圧による被研磨体の押し込み量を小さくする効果を有する。即ち、例えば、水溶性粒子を含有することにより研磨部及び研磨パッドのショアＤ硬度は３５以上（より好ましくは５０〜９０、更に好ましくは６０〜８５、通常１００以下）にすることができる。ショアＤ硬度が３５以上であると、被研磨体に負荷できる圧力を大きくでき、これに伴い研磨速度を向上させることができる。更に加えて、高い研磨平坦性が得られる。従って、この水溶性粒子は、研磨部及び研磨パッドの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。
【００２４】
水溶性粒子を構成する水溶性化合物の種類は特に限定されないが、例えば、有機系水溶性化合物及び無機系水溶性化合物を挙げることができる。有機系水溶性化合物としては、糖類（シクロデキストリン、デキストリン及びでんぷん等の多糖類、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、ポリアクリル酸塩、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。更に、無機系水溶性化合物としては、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。これらの水溶性化合物は単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。更に、水溶性粒子は、所定の水溶性化合物からなる１種の水溶性粒子であってもよく、異なる水溶性化合物からなる２種以上の水溶性粒子であってもよい。
【００２５】
また、水溶性粒子の平均粒径は０．１〜５００μｍ（より好ましくは０．５〜１００μｍ、更に好ましくは１〜５０μｍ）とすることが好ましい。即ち、ポアの大きさは０．１〜５００μｍ（より好ましくは０．５〜１００μｍ、更に好ましくは１〜５０μｍ）であることが好ましい。水溶性粒子の平均粒径が０．１μｍ未満であると、形成されるポアの大きさが使用する砥粒より小さくなるためスラリーを十分に保持できる研磨部及び研磨パッドが得難くなる傾向にある。一方、５００μｍを超えると、形成されるポアの大きさが過大となり、得られる研磨部及び研磨パッドの機械的強度及び研磨速度が低下する傾向にある。
【００２６】
この水溶性粒子の含有量は、非水溶性マトリックスと水溶性粒子との合計を１００体積％とした場合に、水溶性粒子は１０〜９０体積％（より好ましくは１２〜６０体積％、更に好ましくは１５〜４５体積％）であることが好ましい。水溶性粒子の含有量が１０体積％未満であると、得られる研磨部及び研磨パッドにおいてポアが十分に形成されない場合があり、研磨速度が低下する場合がある。一方、９０体積％を超えて水溶性粒子を含有する場合は、得られる研磨部及び研磨パッドに内包される水溶性粒子が連鎖的に膨潤又は溶解することを十分に防止でき難くなる傾向にあり、研磨部及び研磨パッドの硬度及び機械的強度を適正な値に保持し難くなる。
【００２７】
また、水溶性粒子は、研磨部及び研磨パッド内において表層に露出した場合にのみ水溶し、研磨部及び研磨パッドの内部では吸湿し、更には膨潤しないことが好ましい。このため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ことができる。この外殻は水溶性粒子に物理的に吸着していても、水溶性粒子と化学結合していても、更にはこの両方により水溶性粒子に接していてもよい。このような外殻を形成する材料としては、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。尚、この外殻は水溶性粒子の表面の一部のみに形成されていても十分に上記効果を得ることができる。
【００２８】
上記非水溶性マトリックスは、水溶性粒子との親和性並びに非水溶性マトリックス中における水溶性粒子の分散性を制御するため、相溶化剤を含有することができる。相溶化剤としては、酸無水物基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、オキサゾリン基及びアミノ基等により変性された重合体、ブロック共重合体、並びにランダム共重合体、更に、種々の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。
【００２９】
更に、非水溶性マトリックス及び／又は水溶性粒子中に、従来からスラリーに含有されている砥粒、酸化剤、アルカリ金属の水酸化物、酸、使用時に酸を生成する塩、ｐＨ調節剤、界面活性剤及びスクラッチ防止剤等の１種又は２種以上を含有することができる。これにより研磨時に水のみを供給して研磨を行うことも可能となる。
上記砥粒としては、シリカ、アルミナ、セリア、ジルコニア及びチタニア等からなる粒子を挙げることができる。これらは１種又は２種以上を用いることができる。
上記酸化剤としては、過酸化水素、過酢酸、過安息香酸、ｔｅｒｔ−ブチルハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸化合物、重クロム酸カリウム等の重クロム酸化合物、ヨウ素酸カリウム等のハロゲン酸化合物、硝酸及び硝酸鉄等の硝酸化合物、過塩素酸等の過ハロゲン酸化合物、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、並びにヘテロポリ酸等が挙げられる。これらの酸化剤のうちでは、分解生成物が無害である過酸化水素及び有機過酸化物の他、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩が特に好ましい。これらは１種又は２種以上を用いることができる。
【００３０】
上記アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、及び水酸化セシウム等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を用いることができる。
上記酸としては有機酸及び無機酸が挙げられる。このうち有機酸としては、パラトルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、イソプレンスルホン酸、グルコン酸、乳酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グリコール酸、マロン酸、ギ酸、シユウ酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸及びフタル酸等が挙げられる。また、無機酸としては、硝酸、塩酸及び硫酸等が挙げられる。これら酸は１種又は２種以上を用いることができる。
上記塩としては、上記酸のアンモニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、カルシウム塩、マグネシウム塩等のアルカリ土類金属塩等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を用いることができる。
【００３１】
上記界面活性剤としては、カチオン系、アニオン系及びノニオン系を挙げることができる。このうちカチオン系界面活性剤としては、脂肪族アミン塩、脂肪族アンモニウム塩等が挙げられる。また、アニオン系界面活性剤としては、脂肪酸石鹸、アルキルエーテルカルボン酸塩等のカルボン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩等のスルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩等の硫酸エステル塩、アルキルリン酸エステル塩等のリン酸エステル塩などが挙げられる。更に、ノニオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等のエーテル型、グリセリンエステルのポリオキシエチレンエーテル等のエーテルエステル型、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、グリセリンエステル、ソルビタンエステル等のエステル型などが挙げられる。これらは１種又は２種以上を用いることができる。
【００３２】
上記スクラッチ防止剤としては、ビフェノール、ビピリジル、２−ビニルピリジン及び４−ビニルピリジン、サリチルアルドキシム、ｏ−フェニレンジアミン及びｍ−フェニレンジアミン、カテコール、ｏ−アミノフェノール、チオ尿素、Ｎ−アルキル基含有（メタ）アクリルアミド、Ｎ−アミノアルキル基含有（メタ）アクリルアミド、７−ヒドロキシ−５−メチル−１，３，４−トリアザインドリジン、５−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、フタラジン、メラミン及び３−アミノ−５，６−ジメチル−１，２，４−トリアジン等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を用いることができる。
【００３３】
また、非水溶性マトリックスは、上記相溶化剤、上記従来からスラリーに含有されている各種材料以外に、充填剤、軟化剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑剤、可塑剤等の各種の添加剤を含有することができる。このうち充填剤としては炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、タルク、クレー等の剛性を向上させる材料、及びシリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、二酸化マンガン、三酸化二マンガン、炭酸バリウム等の研磨効果を備える材料等を用いてもよい。
【００３４】
［３］未架橋１，２−ポリブタジエンを含有する未架橋研磨パッド組成物から得られる研磨パッド用組成物
上記［２］の研磨パッド用組成物のうち架橋ＰＢＤを含有するものは、未架橋１，２−ポリブタジエンを含有する未架橋研磨パッド用組成物を架橋処理して得ることができる。
上記「未架橋非水溶性マトリックス」は、架橋処理されて研磨部及び研磨パッドを構成する母相となるものである。
上記「未架橋１，２−ポリブタジエン」（以下、単に「未架橋ＰＢＤ」ともいう）は、未架橋研磨パッド用組成物の架橋処理時に少なくとも一部が架橋される。未架橋ＰＢＤのうち架橋された部分は前記［２］における架橋ＰＢＤとなる。そして、架橋ＰＢＤは前記［２］のように非水溶性マトリックスに弾性回復力を付与できる。未架橋ＰＢＤの含有量は、未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に１０質量％以上であり、２０質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上であることがより好ましく、４０質量％以上であることが特に好ましく、未架橋非水溶性マトリックス全体が未架橋ＰＢＤからなってもよい。未架橋ＰＢＤの含有量が１０質量％未満であると架橋ＰＢＤが含有される効果が十分に得られ難くなる場合がある。
【００３５】
未架橋非水溶性マトリックスは、未架橋ＰＢＤ以外に他の未架橋重合体を含有することができる。他の未架橋重合体としては、１．２−ポリブタジエンを除く前記［２］で挙げた各種の熱可塑性樹脂、エラストマー、ゴム及び硬化性樹脂（熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等、熱、光等により、硬化される樹脂）等の未架橋物である未架橋重合体を挙げることができる。更に、これらの他の未架橋重合体は、酸無水物基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、アミノ基等により変性されていてもよい。変性により、架橋後の架橋ＰＢＤや、後述する水溶性粒子や、スラリーとの親和性を調節することができる。これらは１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。
これらの各種未架橋重合体の中でも、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリアクリル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂及びポリアセタール系樹脂の未架橋重合体であることが好ましい。これらは１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。これらが好ましい理由は前記［２］と同様である。
【００３６】
これらの他の未架橋重合体の中でも、未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、単に「未架橋ＥＶＡ」ともいう）を含有する場合、架橋処理後に得られる研磨パッド用組成物内において前記［２］と同様に優れた成形性及び耐摩耗性が付与されることに加えて、特に非水溶性マトリックスの縦弾性率の温度依存性が低減される。この未架橋ＥＶＡの含有量は、未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に、５質量％以上とすることができ、更には１０質量％以上とすることができ、特に１５質量％以上とすることができる。５質量％未満であると、非水溶性マトリックスの縦弾性率の温度依存性が低減される効果が十分に発揮され難い場合がある。また、未架橋ＥＶＡの酢酸ビニル単位の含有量は前記［２］と同様とすることができる。
【００３７】
［４］未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体を含有する未架橋研磨パッド組成物から得られる研磨パッド用組成物
上記［２］の研磨パッド用組成物のうち架橋ＥＶＡを含有するものは、未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体を含有する未架橋研磨パッド用組成物を架橋処理して得ることができる。
上記「未架橋非水溶性マトリックス」は、架橋処理されて研磨部及び研磨パッドを構成する母相となるものである。
上記「未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体」は、未架橋研磨パッド用組成物の架橋処理時に少なくとも一部が架橋される。未架橋ＥＶＡのうち架橋された部分は前記［２］における架橋ＥＶＡとなる。そして、架橋ＥＶＡが含有されることで前記［２］のように優れた成形性及び耐摩耗性が付与されることに加えて、非水溶性マトリックスの縦弾性率の温度依存性を低減される。未架橋ＥＶＡの含有量は、未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に１０質量％以上であることが好ましく、１５質量％以上であることがより好ましく、２０質量％以上であることが更に好ましく、３０質量％以上であることが特に好ましく、未架橋非水溶性マトリックス全体が未架橋ＥＶＡからなってもよい。未架橋ＥＶＡの含有量が１０質量％未満であると架橋ＥＶＡが含有される効果が十分に得られ難くなる場合がある。
【００３８】
未架橋非水溶性マトリックスは、未架橋ＥＶＡ以外に他の未架橋重合体を含有することができる。他の未架橋重合体としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体を除く前記［２］で挙げた各種の熱可塑性樹脂、エラストマー、ゴム及び硬化性樹脂（熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等、熱、光等により、硬化される樹脂）等の未架橋物である未架橋重合体を挙げることができる。更に、これらの他の未架橋重合体は、酸無水物基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、アミノ基等により変性されていてもよい。変性により、架橋後の架橋ＰＢＤや、後述する水溶性粒子や、スラリーとの親和性を調節することができる。これらは１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。
これらの各種未架橋重合体の中でも、１，２−ポリブタジエン、ポリエチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリアクリル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂及びポリアセタール系樹脂の未架橋重合体であることが好ましい。これらは１種のみであってもよく、２種以上であってもよい。これらが好ましい理由は前記［２］と同様である。
【００３９】
これらの他の未架橋重合体の中でも、未架橋１，２−ポリブタジエンを含有する場合、架橋処理後に得られる研磨パッド用組成物内において前記［２］と同様に優れた弾性回復性が付与される。未架橋ＰＢＤの含有量は、未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に、１質量％以上とすることができ、更には５質量％以上とすることができ、特に１０質量％以上とすることができる。１質量％未満であると、弾性回復性が付与される効果が十分に発揮され難い場合がある。
【００４０】
［５］架橋処理
上記「架橋処理」は、未架橋研磨パッド用組成物に対して行い、この未架橋研磨パッド用組成物を構成する未架橋非水溶性マトリックス中に含有される未架橋重合体の少なくとも一部を架橋する処理である。未架橋重合体として未架橋ＰＦＦ２２Ｄと、未架橋ＰＢＤ以外の他の未架橋重合体が含有される場合、架橋処理においては未架橋ＰＢＤと他の未架橋重合体とは共架橋されても、共架橋されなくてもよい。また、未架橋ＰＢＤの架橋と他の未架橋重合体の架橋とを同時に行ってもよく、いずれか一方を先に行い他方を後から行ってもよい。同様に、未架橋重合体として未架橋ＥＶＡと、未架橋ＥＶＡ以外の他の未架橋重合体が含有される場合、架橋処理においては未架橋ＥＶＡと他の未架橋重合体とは共架橋されても、共架橋されなくてもよい。また、未架橋ＥＶＡの架橋と他の未架橋重合体の架橋とを同時に行ってもよく、いずれか一方を先に行い他方を後から行ってもよい。
また、架橋を行う方法は特に限定されず、有機過酸化物、硫黄、硫黄化合物等を用いた化学架橋、加熱による熱架橋、及び電子線照射等による放射線架橋などにより行うことができる。これらの中でも架橋効率が良いため、有機過酸化物を用いて架橋を行うことが好ましい。
【００４１】
［６］研磨パッド
上記「研磨パッド」は、本発明の化学機械研磨方法に用いられる研磨パッドであり、また、本発明の素子微細化分離用研磨パッドである。この研磨パッドは前記［２］〜［４］のうちのいずれかの研磨パッド用組成物からなる研磨部を備える。上記「研磨部」は、研磨パッドの全部又は一部であって、研磨パッドの研磨に供される側の面の全部又は一部を構成する。この研磨部はスラリーや水等の供給により被研磨体に対して研磨効果を発揮できる部分である。研磨パッドのうち研磨部により構成される大きさは特に限定されないが、研磨パッドの研磨に供される側の面の少なくとも５０％以上（より好ましくは８０％以上、更に好ましくは９０％以上）であることが好ましい。研磨部により構成される部分が上記面の５０％未満であるとこの研磨部を備える効果が十分に発揮され難い場合がある。
【００４２】
また、この研磨パッドは、前記研磨パッド用組成物からなる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。
更に、この研磨パッドは、前記研磨パッド用組成物からなる研磨部以外にも他の研磨パッド用組成物からなる研磨部を備えることができる。
【００４３】
この研磨パッドの形状は特に限定されないが、例えば、円盤状、ベルト状、ローラー状等とすることができ、研磨装置に応じて適宜選択することが好ましい。また、使用前における研磨パッドの大きさも特に限定されないが、円盤状の研磨パッドでは、例えば、直径０．５〜５００ｃｍ（更に１．０〜２５０ｃｍ、特に２０〜２００ｃｍ）、厚さ０．１〜１００ｍｍ以下（特に１〜１０ｍｍ）とすることができる。また、この研磨パッドの研磨面には、必要に応じて溝を設けることができる。溝を備えることによりスラリーを研磨面の隅々に行き渡らせ、また、一時的に滞留させる効果を発揮できる。更に、研磨時に生じる研磨屑等の廃棄物を効率よく排出する経路となる。溝の形状は特に限定されず、環状、螺旋状、格子状、ドットパターン状等とすることができる。
【００４４】
また、この研磨パッドは、裏面側（研磨に供される面の反対面側）に支持層を備えるものであってもよい。支持層は、研磨パッドを裏面側で支える層である。この支持層の特性は特に限定されないが、研磨パッドに比べてより軟質であることが好ましい。より軟質な支持層を備えることにより、研磨パッドの厚さが薄い（例えば、５ｍｍ以下）場合であっても、研磨時に研磨パッドが浮き上がることや、研磨パッド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。この支持層の硬度は、研磨パッドの硬度の９０％以下（更には８０％以下、特に７０％以下、通常１０％以上）であることが好ましい。更には、ショアＤ硬度において７０以下（より好ましくは６０以下、更に好ましくは５０以下、通常１以上）であることが好ましい。
【００４５】
また、支持層は、多孔質体（発泡体）であっても、非多孔質体であってもよい。更に、その平面形状は特に限定されず、研磨パッドと同じであっても異なっていてもよい。この支持層の平面形状としては、例えば、円形、多角形（四角形等）などとすることができる。また、その厚さも特に限定されないが、例えば、０．１〜５ｍｍ（更に好ましくは０．５〜２ｍｍ）とすることができる。但し、例えば、研磨パッドが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を備える場合には、この窓部を透過する光を遮らないように、研磨パッドと同様な窓部又は同じ窓部を備えることや、窓部を備えず光が通過する切り欠かれた形状とすることもできる。
【００４６】
支持層を構成する材料も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、適度な弾性等を付与できることなどから有機材料を用いることが好ましい。有機材料としては、前記研磨パッドにおける非水溶性マトリックスを構成する各種重合体を適用することができる。但し、支持層を構成する有機材料は架橋重合体であっても、未架橋重合体であってもよい。
また、支持層は１層のみを備えていてもよく、２層以上を備えていてもよい。また、この支持層と研磨パッドとは直接接して積層されていてもよく、他の層を介して積層されていてもよい。更に、支持層は、研磨パッド又は他の層に接着剤、接着材（接着テープ等）などにより接着されていてもよく、部分的に溶融されることにより一体的に接合されていてもよい。
【００４７】
［７］研磨装置及び研磨条件
本発明の化学機械研磨方法においては、使用する装置は特に限定されないが、例えば、株式会社荏原製作所製、型式「ＥＰＯ−１１２」、「ＥＰＯ−２２２」等や、ラップマスターＳＦＴ社製、型式「ＬＧＰ−５１０」、「ＬＧＰ−５５２」等や、アプライドマテリアル社製、品名「Ｍｉｒｒａ」等や、ラム・リサーチ社製、品名「Ｔｅｒｅｓ」等や、Ｓｐｅｅｄ Ｆａｍ−ＩＰＥＣ社製、型式「ＡＶＡＮＴＩ ４７２」等を用いることができる。また、本発明の素子微細化分離用研磨パッドはこれらの装置で用いることができる。
【００４８】
また、研磨を行う際の研磨条件は、研磨対象等により適宜選択すればよく特に限定されないが、例えば、以下のものとすることができる。
スラリー供給量；１００〜３００ｍＬ／分
研磨荷重；２００〜６００ｇ／ｃｍ２
定盤回転数；５０〜１００ｒｐｍ
ヘッド回転数；５０〜１００ｒｐｍ
【００４９】
本発明の化学機械研磨方法及び本発明の素子微細化分離用研磨パッドを用いると、図１に示す、ＳＴＩ工程を経て得られ、幅２５０μｍ、深さ０．８μｍの溝（ラインパターン）がピッチ５００μｍで形成されたシリコン基板上に、ＳｉＯ２系絶縁体材料が積層膜厚（図１における「ｔ」）２μｍ且つ初期段差（図１における「Ｔ０」）０．９μｍで堆積された被研磨体を研磨速度４００ｎｍ／分で１５％オーバーポリッシュした場合のディッシング（図１における「Ｔ」）を９０ｎｍ以下（更には８０ｎｍ以下、特に７０ｎｍ以下）に抑えることができる。
【００５０】
特に、研磨部を構成する研磨パッド用組成物中の非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に架橋ＰＢＤが５０〜１００質量％（更には６０〜１００質量％、特に７０〜１００質量％）含有される研磨パッド、及び、非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に架橋ＰＢＤと架橋ＥＶＡとが合計で７０〜１００質量％（更には７５〜１００質量％、特に８０〜１００質量％）含有される研磨パッドでは、安定して上記の範囲にディッシングを抑えることができると共に、スクラッチの発生を確実に防止できる。
【００５１】
同様に、未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に未架橋ＰＢＤが５０〜１００質量％（更には６０〜１００質量％、特に７０〜１００質量％）含有される未架橋研磨パッド用組成物を架橋処理して得られた研磨部を備える研磨パッド、及び、未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合に未架橋ＰＢＤと未架橋ＥＶＡとが合計で７０〜１００質量％（更には７５〜１００質量％、特に８０〜１００質量％）含有される未架橋研磨パッド用組成物を架橋処理して得られた研磨部を備える研磨パッドでも、安定して上記の範囲にディッシングを抑えることができると共に、スクラッチの発生を確実に防止できる。
【００５２】
但し、１５％オーバーポリッシュとは、ＳｉＯ２系絶縁体材料の積層膜厚である２μｍを研磨速度である４００ｎｍ／分で除して得られる理論研磨時間（この場合５分）よりも１５％（この場合５．７５分）長い間研磨を継続することをいう。通常、このオーバーポリッシュにより図２に示すデッシング（図２における「Ｔ」）を生じる。従来知られている研磨パッドを用いて同様の研磨を行った場合、ディッシングＴは１００〜２００ｎｍ程度となるが、本発明の研磨方法及び本発明の素子微細化分離用研磨パッドではディッシングＴを１０〜６５％低減できることとなる。
【００５３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
［１］研磨パッドの製造
製造例１（研磨パッドＡ）
架橋されて非水溶性マトリックスとなる未架橋１，２−ポリブタジエン（ジェイエスアール株式会社、品名「ＪＳＲ ＲＢ８３０」）１００質量部と、水溶性粒子としてβ−シクロデキストリン（横浜国際バイオ研究所株式会社製、品名「デキシーパールβ−１００」、平均粒径２０μｍ）１００質量部とを１２０℃に加熱されたニーダーにて混練した。その後、有機過酸化物（日本油脂株式会社製、品名「パーヘキシン２５Ｂ」）０．３重量部を添加してさらに混練した後、金型内にて１９０℃で１０分間架橋反応させ、直径６０ｃｍ、厚さ２ｍｍの成形体を得た。その後、この成形体の一面側に切削加工機（加藤機械株式会社製）を用いて、幅が０．５ｍｍ、深さが１ｍｍ、ピッチが１．５ｍｍ（隣り合う溝間距離は１ｍｍとなる。）である同心円状の溝を形成し、研磨パッドＡを得た。尚、水溶性粒子は、研磨パッド全体を１００体積％とした場合に約４０体積％であり、非水溶性マトリックスと水溶性粒子との合計を１００体積％とした場合も約４０体積％である。
【００５４】
製造例２（研磨パッドＢ）
架橋されて非水溶性マトリックスとなる未架橋１，２−ポリブタジエン（ジェイエスアール株式会社製、「ＪＳＲ ＲＢ８４０」）１００質量部と、水溶性粒子としてポリペプチドをコーティングしたβ−シクロデキストリン（横浜国際バイオ研究所株式会社製、品名「デキシーパールβ−１００」、平均粒径２０μｍ）４３質量部とを１２０℃に加熱されたニーダーにて混練した。その後、有機過酸化物（日本油脂株式会社製、品名「パーヘキシン２５Ｂ」）０．３重量部を添加してさらに混練した後、金型内にて１９０℃で１０分間架橋反応させ、直径６０ｃｍ、厚さ２ｍｍの成形体を得た。その後、この成形体の一面側に切削加工機（加藤機械株式会社製）を用いて、幅が０．５ｍｍ、深さが１ｍｍ、ピッチが１．５ｍｍ（隣り合う溝間距離は１ｍｍとなる。）である同心円状の溝を形成し、研磨パッドＢを得た。尚、水溶性粒子は、研磨パッド全体を１００体積％とした場合に約２２体積％であり、非水溶性マトリックスと水溶性粒子との合計を１００体積％とした場合も約２２体積％である。
【００５５】
製造例３（研磨パッドＣ）
架橋されて非水溶性マトリックスとなる未架橋重合体として未架橋１，２−ポリブタジエン（ジェイエスアール株式会社製、品名「ＪＳＲ ＲＢ８３０」）７０質量部と、未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体（東ソー株式会社製、品名「ウルトラセン６３０」、エチレン含量８０％）３０質量部とを用いた以外は上記製造例１と同様にして、直径６０ｃｍ、厚さ２ｍｍの成形体を得た。その後、この成形体の一面側に切削加工機（加藤機械株式会社製）を用いて、幅が１ｍｍ、深さが１．５ｍｍ、ピッチが２ｍｍ（隣り合う溝間距離は１ｍｍ）である同心円状の溝を形成し、研磨パッドＣを得た。尚、水溶性粒子は、研磨パッド全体を１００体積％とした場合に約４０体積％であり、非水溶性マトリックスと水溶性粒子との合計を１００体積％とした場合も約４０体積％である。
【００５６】
［２］ディッシングの評価
（１）研磨及び結果
実施例１
ＳＴＩ工程を経て得られ、溝幅２５０μｍ、溝深さ０．８μｍの溝がピッチ５００μｍで形成されたシリコン基板上に、積層膜厚２μｍ且つ初期段差０．９μｍでＴＥＯＳ膜が形成されたウェハ（ＳＫＷ社製、商品名「ＳＫＷ−７」）を下記条件にて研磨した。その結果、微細形状測定装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製、形式「Ｐ−１０」）を用いて測定したディッシングＴは６０ｎｍであった。この結果を表１に示した。
研磨パッド；研磨パッドＡ
スラリー；品名「ＣＭＳ１１０１」（ジェイエスアール株式会社製）
化学機械研磨装置；型式「ＥＰＯ１１２」（株式会社荏原製作所製）
スラリー供給量；２００ｍＬ／分
研磨荷重；４００ｇ／ｃｍ２
定盤回転数；７０ｒｐｍ
ヘッド回転数；７０ｒｐｍ
研磨速度；４００ｎｍ／分
研磨時間；５．７５分、（１５％オーバーポリッシュ）
【００５７】
実施例２
研磨パッドとして研磨パッドＢを用いた以外は、実施例１と同様にして、同じウェハを１５％オーバーポリッシュとなるように研磨した。その結果、実施例１と同様にして測定されるディッシングＴは５５ｎｍであった。この結果を表１に示した。
研磨速度；４００ｎｍ／分
研磨時間；５．７５分、（１５％オーバーポリッシュ）
【００５８】
実施例３
研磨パッドとして研磨パッドＣを用いた以外は、実施例１と同様にして、同じウェハを１５％オーバーポリッシュとなるように研磨した。その結果、実施例１と同様にして測定されたディッシングＴは６５ｎｍであった。この結果を表１に示した。
研磨速度；４００ｎｍ／分
研磨時間；５．７５分（１５％オーバーポリッシュ）
【００５９】
比較例１
研磨パッドとしてＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００（ロデール・ニッタ社製、溝幅０．２５ｍｍ、深さ０．４ｍｍ、ピッチ１．５ｍｍである同心円状の溝が形成されている。以下、「研磨パッドＤ」という）を用いた以外は、実施例１と同様にして、同じウェハを１５％オーバーポリッシュとなるように研磨した。その結果、実施例１と同様にして測定されたディッシングＴは１３０ｎｍであった。この結果を表１に示した。
研磨速度；５００ｎｍ／分
研磨時間；４．６分、（１５％オーバーポリッシュ）
【００６０】
【表１】
［３］スクラッチの評価
（１）研磨
ＳＴＩ工程を経て得られた８インチ熱酸化膜ウェハ（ＡＭＴ社製、品名「ＨＤＰ−７」）を、研磨時間を２分間とした以外は、上記［１］と同様にして研磨パッドＡ、研磨パッドＢ、研磨パッドＣ及び研磨パッドＤの各々を用いて研磨を行った。
（２）結果
上記［２］（１）で研磨した各ウェハの表面のスクラッチの数を、パターンなしウェハ表面異物検査装置（ケーエルエー・テンコール社製、型式「サーフスキャン６４２０」）を用いて測定した。その結果、研磨パッドＡ、研磨パッドＢ及び研磨パッドＣを用いた２種類のウェハではスクラッチは生じていなかった。一方、研磨パッドＤを用いた比較試験を行ったウェハでは５つのスクラッチが認められた。この結果を表１に示した。
【００６２】
［４］評価
上記［３］の結果より、研磨パッドＤを用いた場合（比較例１）は１３０ｎｍと１００ｎｍを超える大きなディッシングを生じているのに対して、研磨パッドＡ、研磨パッドＢ及び研磨パッドＣを用いた場合（実験例１〜３）は、いずれも７０μｍの極めて小さいディッシングに抑えることができた。更に、上記［４］の結果より、研磨パッドＤを用いた場合にはスクラッチが５カ所形成されたのに対して、研磨パッドＡ、研磨パッドＢ及び研磨パッドＣではスクラッチは形成されなかった。これらのことから、ＳＴＩ工程において前記のような研磨パッド用組成物からなる研磨パッド及び研磨層等を用いることにより、ディッシングが７０ｎｍ以下であり、スクラッチを生じない極めて精度の高い研磨が可能であることが分かる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の化学機械研磨方法によると、素子微細化分離工程、特にＳＴＩ工程において、過剰研磨（ディッシング）が抑制され、スクラッチ（研磨後の絶縁体材料表面の傷）の発生を抑制できる。
また、架橋ＰＢＤ及び／又は架橋ＥＶＡを所定量以上含有する研磨部を備える研磨パッドを用いた場合、未架橋ＰＢＤを所定量以上含有する未架橋研磨パッド用組成物から得られた研磨部を備える研磨パッドを用いた場合、未架橋ＥＶＡを所定量以上含有する未架橋研磨パッド用組成物から得られた研磨部を備える研磨パッドを用いた場合は、各々、特に過剰研磨及びスクラッチの発生を効果的に抑制できると共に、平坦性及び研磨速度に優れた素子微細化分離工程、特にＳＴＩ工程における研磨を行うことができる。
更に、所定温度範囲における縦弾性率の低下量が１０００ＭＰａ以下である研磨パッドを用いる場合は、特に精度の高い研磨を行うことができる。
本発明の素子微細化分離用研磨パッドによると、素子微細化分離工程、特にＳＴＩ工程において、過剰研磨（ディッシング）が抑制され、スクラッチ（研磨後の絶縁体材料表面の傷）の発生を抑制できる。
【００６４】
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＴＩ工程を経て得られ、化学機械研磨前の被研磨体の断面を説明する模式図である。
【図２】ＳＴＩ工程を経て得られ、化学機械研磨後の被研磨体の断面を説明する模式図である。
【符号の説明】
１；シリコン基板、２；ＳｉＯ２系絶縁体材料、Ｔ０；初期段差、ｔ；積層膜厚、Ｔ；ディッシング。
Claims (6)
- 半導体装置の製造における素子微細化分離工程に用いられる化学機械研磨方法であって、架橋重合体を含有する非水溶性マトリックスと該非水溶性マトリックス中に分散された水溶性粒子とを含有する研磨パッド用組成物からなる研磨部を備える研磨パッドを用いて被研磨面を研磨することを特徴とする化学機械研磨方法。
- 上記研磨パッド用組成物は、上記架橋重合体として架橋１，２−ポリブタジエン及び／又は架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体を含有し、上記架橋重合体全体を１００質量％とした場合に、該架橋１，２−ポリブタジエン及び架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体のうちの少なくとも一方が１０質量％以上である請求項１記載の化学機械研磨方法。
- 上記研磨パッド用組成物は、未架橋非水溶性マトリックスと該未架橋非水溶性マトリックス中に分散された水溶性粒子とを含有する未架橋研磨パッド用組成物を架橋処理して得られ、該未架橋非水溶性マトリックスは未架橋１，２−ポリブタジエンを含有し、該未架橋非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合、該未架橋１，２−ポリブタジエンは１０質量％以上である請求項１記載の化学機械研磨方法。
- 上記研磨パッド用組成物は、未架橋非水溶性マトリックスと該未架橋非水溶性マトリックス中に分散された水溶性粒子とを含有する未架橋研磨パッド用組成物を架橋処理して得られ、該未架橋非水溶性マトリックスは未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体を含有し、非水溶性マトリックス全体を１００質量％とした場合、該未架橋エチレン−酢酸ビニル共重合体は１０質量％以上である請求項１記載の化学機械研磨方法。
- 上記研磨パッド用組成物は、温度０〜８０℃の間の縦弾性率の変化量が１０００ＭＰａ以下である請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の化学機械研磨方法。
- 架橋重合体を含有する非水溶性マトリックスと該非水溶性マトリックス中に分散された水溶性粒子とを含有する研磨パッド用組成物からなる研磨部を備え、半導体装置の製造における素子微細化分離工程の化学機械研磨に用いられることを特徴とする素子微細化分離用研磨パッド。
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