JP2016528054A - 独立気泡構造を有する超高空隙体積研磨パッド - Google Patents

Abstract

本発明は、多孔質ポリマー材料を含む化学機械研磨用の研磨パッドを提供し、この研磨パッドは独立気泡を含み、かつ７０％以上の空隙体積分率を有する。また、前記の研磨パッドを調製する方法および前述の研磨パッドの使用による基材の研磨方法が開示されている。

Description

化学機械研磨（「ＣＭＰ」）プロセスは、マイクロ電子デバイスの製造において、半導体ウエハ、電界放出ディスプレイ、および多くの他のマイクロ電子基材上に平坦な表面を形成するために用いられる。

例えば、半導体装置の製造には、通常は、半導体ウエハを形成するための、種々のプロセス層の形成、それらの層の一部の選択的除去もしくはパターン化、および半導体基材の表面上への更に付加的なプロセス層の堆積が含まれる。これらのプロセス層としては、例えば、絶縁層、ゲート酸化物層、導電層、および金属もしくはガラスの層などを挙げることができる。ウエハプロセスの特定の工程では、通常は、プロセス層の最上の表面は、次の層の堆積のために、平坦な、すなわち、平らであることが望ましい。ＣＭＰが、プロセス層の平坦化のために用いられ、堆積された材料、例えば導電性もしくは絶縁性材料は、研磨されて、次のプロセス工程のためにウエハが平坦化される。

典型的なＣＭＰプロセスでは、ウエハは、ＣＭＰ装置の支持体上に上下を逆さまにして搭載される。支持体およびウエハに、研磨パッドに向けて下向きに力が加えられる。支持体およびウエハは、ＣＭＰ装置の研磨台上で回転する研磨パッドの上で回転される。研磨組成物（研磨スラリーとも称される）が、研磨プロセスの間に、回転するウエハと、回転する研磨パッドとの間に導入される。研磨組成物は、典型的には、最上部のウエハ層（単数または複数）の一部と相互作用するか、もしくは一部を溶解する化学薬品、およびその層（それらの層）の一部を物理的に除去する研摩材料を含んでいる。ウエハおよび研磨パッドは、行なわれる特定の研磨プロセスにとって望ましいいずれかの方向、同じ方向または反対の方向に回転させることができる。また、支持体は、研磨台上の研磨パッドを横断して往復運動することもできる。

より硬い材料で作られた研磨パッドは、高い除去速度を示し、そして長期に有用なパッド寿命を有するが、しかしながら、研磨されている基材上に多くの引っ掻き傷を生成させる傾向にある。より柔軟な材料で作られた研磨パッドは、低い基材の引っ掻き傷を示すが、しかしながらより低い除去速度を示し、そしてより短い有用なパッド寿命を有する傾向にある。従って、当技術分野においては、効果的な除去速度を与え、そして長いパッド寿命を有し、そしてまた限定された引っ掻き傷を生成させる研磨パッドへの要求がなお存在している。

本発明は、多孔質ポリマー材料を含む化学機械研磨のための研磨パッドを提供し、この研磨パッドは、独立気泡を含み、そしてこの研磨パッドは、７０％以上の空隙体積分率を有している。

また、本発明は、研磨パッドを調製する方法を提供し、この方法は、（ａ）ポリマー樹脂を含む研磨パッド材料を準備すること、（ｂ）第１の高められた圧力で、研磨パッド材料を不活性ガスに曝露すること、（ｃ）研磨パッド材料の温度を、研磨パッド材料のガラス転移温度超で、研磨パッド材料の融点未満の第１の温度に上昇させることによって研磨パッド材料を発泡させること、（ｄ）第２の高められた圧力で、研磨パッド材料を不活性ガスに曝露すること、および（ｅ）研磨パッド材料の温度を、研磨パッド材料のガラス転移温度超の第２の温度に上昇させて、研磨パッド材料を発泡させること、含んでいる。

本発明は、基材を研磨する方法を更に提供し、この方法は、（ａ）研磨される基材を準備すること、（ｂ）基材を、前述の研磨パッドおよび研磨組成物を含む研磨系と接触させること、および（ｃ）基材の少なくとも一部をこの研磨系で削り取って、基材を研磨すること、を含んでいる。

図１Ａは、１サイクルの加圧／発泡に付された、４２ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含む研磨パッド材料の断面のＳＥＭ画像である。 図１Ｂは、加圧／発泡の第２のサイクルの後の前述の加工品の、図１Ａよりも低倍率のＳＥＭ画像である。 図１Ｃは、加圧／発泡の第３のサイクルの後の前述の加工品の、図１Ｂと同じ倍率でのＳＥＭ画像である。

図２Ａは、１サイクルの加圧／発泡に付した、２５ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含む研磨パッド材料の断面のＳＥＭ画像である。 図２Ｂは、加圧／発泡の第２のサイクルの後の前述の加工品の図２Ａと同じ倍率でのＳＥＭ画像である。 図２Ｃは、より高い倍率での図２Ｂに示した画像である。

図３Ａは、１サイクルの加圧／発泡に付した、７２ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含む研磨パッド材料の断面のＳＥＭ画像である。 図３Ｂは、加圧／発泡の第２のサイクルの後の前述の加工品の図３Ａよりも低い倍率でのＳＥＭ画像である。 図３Ｃは、加圧／発泡の第３のサイクルの後の前述の加工品の図３Ａおよび３Ｂよりも低い倍率でのＳＥＭ画像である。

図４は、１サイクルの加圧／発泡に付した、４２ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含む研磨パッド材料の断面のＳＥＭ画像である。

本発明は、多孔質のポリマー材料を含む化学機械研磨のための研磨パッドを提供し、この研磨パッドは、独立気泡を含み、そしてこの研磨パッドは、７０％以上の空隙体積分率を有している。

本研磨パッドは、いずれかの好適な材料を含む、から本質的になる、または、なることができる。望ましくは、研磨パッドは、ポリマー樹脂を含む、から本質的になる、または、からなる。このポリマー樹脂は、いずれかの好適なポリマー樹脂であることができる。典型的には、ポリマー樹脂は、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ナイロン、エラストマーのゴム、スチレン系ポリマー、ポリ芳香族（polyaromatics）、フルオロポリマー、ポリイミド、架橋ポリウレタン、架橋ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリレート、エラストマーのポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアリーレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、それらの共重合体およびブロック共重合体、ならびにそれらの混合物およびブレンドからなる群から選択される。好ましくは、ポリマー樹脂は、ポリウレタン、より好ましくは熱可塑性ポリウレタンである。

ポリマー樹脂は、典型的には予備形成されたポリマー樹脂であるが、しかしながら、ポリマー樹脂はまた、いずれかの好適な方法に従って、その場で形成することができ、それらの方法の多くは当技術分野で知られている（例えば、Szycher's Handbook of Polyurethanes CRC Press: New York、1999、第３章を参照）。例えば、熱可塑性ポリウレタンは、ウレタンプレポリマー、例えばイソシアネート、ジイソシアネート、およびトリイソシアネートプレポリマーと、イソシアネート反応性部分を含むプレポリマーとの反応によってその場で形成することができる。好適なイソシアネート反応性部分としてはアミンおよびポリオールが挙げられる。

典型的には、研磨パッドの空隙体積は、大部分は独立気泡（すなわち、細孔）で形成されているが、しかしながら、研磨パッドはまた、連続気泡を含むことができる。好ましくは、少なくとも７５％以上、例えば、８０％以上、８５％以上、９０％以上、９５％以上、９８％以上、９９％以上、または１００％以上の研磨パッドの空隙体積が独立気泡によって与えられる。

ポリマー樹脂は、１５Ｄ以上、例えば２０Ｄ以上、２５Ｄ以上、３０Ｄ以上、３５Ｄ以上、４０Ｄ以上、４２Ｄ以上、４５Ｄ以上、５０Ｄ以上、５５Ｄ以上、６０Ｄ以上、６５Ｄ以上、または７０Ｄ以上、のショアＤ硬度を有することができる。あるいは、もしくは、加えて、ポリマー樹脂は、７５Ｄ以下、例えば７２Ｄ以下、７０Ｄ以下、６５Ｄ以下、６０Ｄ以下、５５Ｄ以下、５０Ｄ以下、または４５Ｄ以下、のショアＤ硬度を有することができる。従って、ポリマー樹脂は、ショアＤ硬度について記載された端点のいずれか２つによって拘束されたショアＤ硬度を有することができる。例えば、ポリマー樹脂は、１５Ｄ〜７５Ｄ、２０Ｄ〜７５Ｄ、２５Ｄ〜７５Ｄ、２５Ｄ〜７２Ｄ、３０Ｄ〜７２Ｄ、３５Ｄ〜７２Ｄ、４０Ｄ〜７２Ｄ、４２Ｄ〜７２Ｄ、１５Ｄ〜７２Ｄ、１５Ｄ〜７０Ｄ、１５Ｄ〜６５Ｄ、１５Ｄ〜６０Ｄ、１５Ｄ〜５５Ｄ、１５Ｄ〜５０Ｄ、１５Ｄ〜４５Ｄ、２０Ｄ〜４５Ｄ、２５Ｄ〜４５Ｄ、５０Ｄ〜７５Ｄ、５５Ｄ〜７５Ｄ、６０Ｄ〜７５Ｄ、６５Ｄ〜７５Ｄ、または７０Ｄ〜７５ＤのショアＤを有することができる。全てのショアＤ硬度は、ＡＳＴＭ２２４０−０５（２０１０）を用いて測定される。

研磨パッドは、典型的には５％以上、例えば１０％以上、１５％以上、または２０％以上の圧縮率を有することができる。あるいは、もしくは、加えて、研磨パッドは、２５％以下、例えば２０％以下、１５％以下、または１０％以下の圧縮率を有することができる。従って、研磨パッドは、圧縮率について記載された端点のいずれか２つによって拘束される圧縮率を有することができる。例えば、研磨パッドは、５％〜２５％、５％〜２０％、５％〜１５％、５％〜１０％、１０％〜２５％、１０％〜２０％、または１０％〜１５％の圧縮率を有することができる。

研磨パッドは、７０％以上、例えば７２％以上、７４％以上、７６％以上、７８％以上、８０％以上、８２％以上、８４％以上、８６％以上、８８％以上、または９０％以上、の空隙体積分率を有することができる。あるいは、もしくは、加えて、研磨パッドは、９０％以下、例えば８８％以下、８６％以下、８４％以下、８２％以下、または８０％以下、の空隙体積分率を有することができる。従って、空隙体積について記載された端点のいずれか２つによって拘束された空隙体積分率を有することができる。例えば、研磨パッドは、７０％〜９０％、７０％〜８８％、７０％〜８６％、７０％〜８４％、７０％〜８２％、７０％〜８０％、７２％〜９０％、７２％〜８８％、７２％〜８６％、７２％〜８４％、７２％〜８２％、７４％〜９０％、７４％〜８８％、７４％〜８６％、７４％〜８４％、７４％〜８２％、７６％〜９０％、７６％〜８８％、７６％〜８６％、７６％〜８４％、７６％〜８２％、７８％〜９０％、７８％〜８８％、７８％〜８６％、７８％〜８４％、または７８％〜８２％の空隙体積分率を有することができる。

研磨パッドの空隙体積分率は、いずれかの好適な測定方法を用いて測定することができる。例えば、研磨パッドの空隙体積分率は、密度測定を用いて測定することができ、空隙体積分率は、空隙体積％＝（１−ρ_{ｆｏａｍｅｄ}／ρ_{ｓｏｌｉｄ}）×１００％で表すことができ、ここでρ_{ｆｏａｍｅｄ}は、研磨パッドの密度であり、そしてρ_{ｓｏｌｉｄ}は、研磨パッドを形成するのに用いられるポリマー樹脂の密度である。ここで用いられる用語「空隙体積」、「空隙体積分率」または「空隙体積パーセント」は、空隙率と同義語であることができる。

研磨パッド、より具体的には研磨パッドの独立気泡は、５μｍ以上、例えば１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、２５μｍ以上、３０μｍ以上、３５μｍ以上、４０μｍ以上、４５μｍ以上、５０μｍ以上、５５μｍ以上、６０μｍ以上、６５μｍ以上、７０μｍ以上、７５μｍ以上、１００μｍ以上、１２５μｍ以上、または１５０μｍ以上、の平均細孔サイズを有することができる。あるいは、もしくは、加えて、研磨パッドは、２００μｍ以下、例えば１９０μｍ以下、１８０μｍ以下、１７５μｍ以下、１７０μｍ以下、１６０μｍ以下、１５０μｍ以下、１４０μｍ以下、１３０μｍ以下、１２５μｍ以下、１２０μｍ以下、１１０μｍ以下、１００μｍ以下、９０μｍ以下、８０μｍ以下、７０μｍ以下、６０μｍ以下、５０μｍ以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下、または２０μｍ以下、の平均細孔サイズを有することができる。従って、研磨パッドは、平均細孔サイズについて記載された端点のいずれか２つによって拘束された平均細孔サイズを有することができる。例えば、研磨パッドは、５μｍ〜２００μｍ、５μｍ〜２０μｍ、２５μｍ〜７５μｍ、５０μｍ〜１００μｍ、７５μｍ〜１２５μｍ、１００μｍ〜１５０μｍ、１２５μｍ〜１７５μｍ、または１５０μｍ〜２００μｍ、の平均細孔サイズを有することができる。

ここで用いられる平均細孔サイズは、研磨パッド中の個々の細孔の代表的なサンプルの最も大きな直径の平均を表している。最も大きな直径は、Feret直径と同じである。最も大きな直径は、サンプルの画像、例えば、透過型電子顕微鏡画像から、人手で、または画像解析ソフトウエアを用いてのいずれかで、得ることができる。典型的には、サンプルは、研磨パッドの一部を薄片に切ることによって得られる。

ここで用いられる平均細孔サイズは、研磨パッドの塊の部分、すなわち、研磨パッドの表面の間の、しかしながら研磨パッドの表面を含まない、研磨パッドの一部の内部の平均細孔サイズを表す。表面は、製造された状態の、およびいずれかの仕上げ操作、例えばスカイビング、ドレッシングなどの前の、パッドの表面の５ｍｍ以内、例えば４ｍｍ以内、３ｍｍ以内、２ｍｍ以内、または１ｍｍ以内のパッドの領域であることができる。

１つの態様では、研磨パッドは、０．０１ＭＰａ以上、例えば０．０５ＭＰａ以上、０．１ＭＰａ以上、０．２ＭＰａ以上、０．３ＭＰａ以上、０．４ＭＰａ以上、０．５ＭＰａ以上、０．６ＭＰａ以上、０．８ＭＰａ以上、または０．９ＭＰａ以上、の貯蔵弾性率を有することができる。あるいは、もしくは、加えて、研磨パッドは、１ＭＰａ以下、例えば０．９ＭＰａ以下、０．８ＭＰａ以下、０．７ＭＰａ以下、０．６ＭＰａ以下、または０．５ＭＰａ以下、の貯蔵弾性率を有することができる。従って、研磨パッドは、貯蔵弾性率について記載された端点のいずれか２つによって拘束された貯蔵弾性率を有することができる。例えば、研磨パッドは、０．０１ＭＰａ〜１ＭＰａ、０．０５ＭＰａ〜１ＭＰａ、０．１ＭＰａ〜１ＭＰａ、０．２ＭＰａ〜１ＭＰａ、０．３ＭＰａ〜１ＭＰａ、０．４ＭＰａ〜１ＭＰａ、または０．５ＭＰａ〜１ＭＰａ、の貯蔵弾性率を有することができる。この貯蔵弾性率は、典型的には、研磨操作の間に、研磨パッドの表面と、研磨されている基材との間に存在する研磨区域中に存在する温度での貯蔵弾性率を表す。典型的には、温度は、４０℃〜８０℃、４０℃、４５℃、５０℃、５５℃、６０℃、６５℃、７０℃、７５℃、または８０℃である。

また、本発明は、研磨パッドを調製する方法を提供する。この方法は、（ａ）ポリマー樹脂を含む研磨パッド材料を準備すること、（ｂ）第１の高められた圧力で研磨パッド材料を不活性ガスに曝露すること、（ｃ）研磨パッド材料の温度を、研磨パッド材料のガラス転移温度超で、そして研磨パッド材料の融点未満の第１の温度に上昇させることによって、研磨パッド材料を発泡させること、および、次いで随意選択的に、（ｄ）第２の高められた圧力で研磨パッド材料を不活性ガスに曝露すること、および（ｅ）研磨パッド材料の温度を、研磨パッド材料のガラス転移温度超で、そして研磨パッド材料の融点未満の第２の温度に上昇させることによって、研磨パッド材料を発泡させること、を含んでいる。

研磨パッド材料は、（ａ）高められた圧力で研磨パッド材料を不活性ガスに曝露すること、および次いで（ｂ）研磨パッド材料を、研磨パッド材料のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）超で、そして研磨パッド材料の融点（Ｔ_ｍ）未満の温度にさらすこと、の少なくとも１つのサイクル、好ましくは少なくとも２つのサイクルに付される。第１および第２の高められた圧力ならびに第１および第２の高められた温度は同じであってもよく、または異なっていてもよい。不活性ガスは、炭化水素、クロロフルオロカーボン、ヒドロクロロフルオロカーボン（例えば、FREON（商標）ヒドロクロロフルオロカーボン）、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、またはそれらの組合わせであることができる。好ましくは、不活性ガスは、窒素または二酸化炭素を含む、もしくは、であり、そしてより好ましくはこのガスは、二酸化炭素を含む、もしくは、である。

研磨パッド材料は、高められた圧力に、適切な量の不活性ガスの研磨パッド材料中への溶解を引き起こすに十分な時間に亘って、維持される。研磨パッド材料中に溶解されたガスの量は、ヘンリーの法則に従って、適用された圧力に正比例する。高められた圧力で研磨パッド材料の温度を上昇させることは、研磨パッド材料中へのガスの拡散速度を増大させるが、しかしながら研磨パッド材料中に溶解することができるガスの量を減少もさせる。不活性ガスのより高い圧力は、より小さな細孔サイズの生成をもたらすが、一方で、不活性ガスのより低い圧力は、より大きな細孔サイズの生成をもたらす。望ましくは、不活性ガスは、研磨パッド材料を完全に飽和させる。その後、研磨パッド材料は、減圧される。結果として得られる研磨パッド材料は、典型的には不活性ガスで過飽和される。

研磨パッド材料は、次いで研磨パッド材料のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）超で、そして研磨パッド材料の融点（Ｔ_ｍ）未満の温度にさらされる。結果として得られる熱力学的不安定性は、研磨パッド材料中に核形成サイトの形成をもたらし、それは、不活性ガスの溶解された分子がそのサイトでクラスターを形成するサイトであり、そのクラスターが、研磨パッド材料中に空隙（すなわち、気泡または細孔、それらは典型的には独立気泡である）を形成する。

研磨パッドの生成に続いて、研磨パッドは、ある期間、Ｔ_ｇ超の温度に加熱されてアニールすることができる。研磨パッドは、いずれかの好適な技術を用いて更に加工することができる。例えば、研磨パッドは、裂いて薄片にする（skived）またはミリング加工（milled）して研磨表面を与えることができる。そのように生成された研磨表面は、研磨表面のコンディショニングなどの技術を用いて、例えばダイヤモンドコンディショニングによって更に加工することができる。

本発明の研磨パッドは、少なくとも２つの段階の発泡によって生成され、望ましくは高い空隙体積を有しており、細孔は、互いに密に詰め込まれている（packed）という結果をともなう。それぞれの段階でガス処理および発泡条件を変えることによって、種々の細孔モルフォロジーを得ることができる。多くの場合において、モルフォロジーは、ハニカム構造と同様の、概ね六角形の細孔の細密充填に似ている。

図１Ａ〜１Ｃには、加圧／発泡の１サイクル、２サイクル、および３サイクルに付される、４２ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含む研磨パッド材料の断面の走査型電子顕微鏡（「ＳＥＭ」）画像が示されている。図１Ａは、第１の加圧／発泡工程後の熱可塑性ポリウレタンのＳＥＭ画像である。空隙体積分率は６５％であり、そして平均細孔直径は５μｍである。図１Ｂは、第２の加圧／発泡工程の後の熱可塑性ポリウレタンの、図１Ａよりもより低い倍率でのＳＥＭ画像である。空隙体積分率は８５％であり、そして平均細孔直径は１０μｍである。図１Ｃは、第３の加圧／発泡工程の後の、熱可塑性ポリウレタンの、図１Ｂと同じ倍率でのＳＥＭ画像である。空隙体積分率は８７％であり、そして平均細孔直径は９μｍである。

図２Ａ〜２Ｃには、１サイクルおよび２サイクルの加圧／発泡に付された、２５ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含む製品（workpiece）の断面のＳＥＭ画像が示されている。図２Ａは、第１の加圧／発泡工程の後の熱可塑性ポリウレタンのＳＥＭ画像である。空隙体積分率は７２％であり、そして平均細孔直径は４０μｍである。図２Ｂは、第２の加圧／発泡工程の後の熱可塑性ポリウレタンの、図２Ａと同じ倍率のＳＥＭ画像である。空隙体積分率は７５％であり、そして平均細孔直径は４０μｍである。図２Ｃは、より高い倍率での図２Ｂの画像である。

図３Ａ〜３Ｃには、１サイクル、２サイクルおよび３サイクルの加圧／発泡に付された、７２ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含む製品（workpiece）の断面のＳＥＭ画像が示されている。図３Ａは、第１の加圧／発泡工程の後の、熱可塑性ポリウレタンのＳＥＭ画像である。空隙体積分率は５０％であり、そして平均細孔直径は５７μｍである。図３Ｂは、第２の加圧／発泡工程の後の、熱可塑性ポリウレタンの、図３Ａのような低倍率でのＳＥＭ画像である。空隙体積分率は８０％であり、そして平均細孔直径は９２μｍである。図３Ｃは、第３の加圧／発泡工程の後の、熱可塑性ポリウレタンの、図３Ａおよび３Ｂよりもより低い倍率でのＳＥＭ画像である。空隙体積分率は８９％であり、そして平均細孔直径は１０９μｍである。

望ましくは、高空隙体積および細孔の密な充填の組合わせは、本発明の研磨パッドの表面に大きな数の凹凸（asperities）を生成させると考えられる。大きな数の凹凸は、本発明の研磨パッドが基材を研磨するのに用いられた場合に、高い除去速度を可能にする。更に、高い空隙体積および高い圧縮性は、それによって、本発明の研磨パッドに、硬い研磨パッド材料に付随する高い除去速度および長いパッド寿命を、柔軟な研磨パッド材料に付随する低い引掻き傷とともに与える。

典型的には、細孔は、研磨表面と同じ平面にある平面中に、多角形の形状またはモルフォロジーを有する。細孔は、薄いセル壁によって互いに分離されている。多角形の形状は、研磨パッド内部の細孔のより密な充填を可能にし、そして本発明の研磨パッドの高い空隙体積分率に関連する可能性がある。

本発明は、（ａ）研磨される基材を準備すること、（ｂ）基材を、請求項１の研磨パッドおよび研磨組成物含む研磨系と接触させること、ならびに（ｃ）基材の少なくとも一部を研摩系で削り取って、基材を研磨することを含む、基材の研磨方法を更に提供する。

本発明の研磨パッドは、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置と共に使用するのに特に好適である。典型的には、この装置は、プラテン（プラテンは使用の場合には、動作し、そして軌道、直線もしくは円形運動からもたらされる速度を有する）、プラテンと接触しており、そして動作中にはプラテンと共に動く本発明の研磨パッド、および研磨される基材に接触するように意図された研磨パッドの表面に対して接触させ、そして動かすことによって研磨される基材を保持する支持体を含んでいる。基材の研磨は、基材が研摩パッドと接触して配置されること、および次いで研磨パッドが基材に対して、典型的には研磨組成物をそれらの間に備えて動かされることによって起こり、基材の少なくとも一部が削り取られて、基材が研摩される。ＣＭＰ装置は、いずれかの好適なＣＭＰ装置であることができ、その多くは当技術分野で知られている。また、本発明の研磨パッドは、往復型（linear）の研磨用具で用いることができる。

ここに記載された研磨パッドは、単独で用いることができ、または随意選択的に多層の積層型研磨パッドの１層として用いることができる。例えば、研磨パッドは、サブパッド（subpad）と組合わせて用いることができる。サブパッドは、いずれかの好適なサブパッドであることができる。好適なサブパッドとしては、ポリウレタンフォームサブパッド（例えば、Rogers CorporationのPORON（商標）フォームサブパッド）、浸透型フェルトサブパッド、微孔性ポリウレタンサブパッド、およびシンタード（sintered）ウレタンサブパッドが挙げられる。サブパッドは、随意選択的には、溝（grooves）、溝（channels）、空洞部、窓、孔などを含んでいる。本発明の研磨パッドがサブパッドと組合わせて用いられた場合には、典型的には研磨パッドとサブパッドとの間に中間の裏地層、例えばそれらと共にそしてそれらの中に、共押出されたポリエチレンテレフタレートフィルムが存在する。あるいは、本発明の多孔質の発泡体は、慣用の研磨パッドと組合わせて、サブパッドとして用いることもできる。

ここに記載された研磨パッドは、多くの種類の基材および基材材料の研磨における使用に好適である。例えば、本研磨パッドは、種々の基材、例えばメモリー記憶装置、半導体基材、およびガラス基材を研磨するのに用いることができる。研磨パッドで研磨するのに好適な基材としては、メモリーディスク、硬質ディスク、磁気ヘッド、ＭＥＭＳ装置、半導体ウエハ、電界放出ディスプレイおよび他のマイクロ電子基材、特に絶縁層を含む基材（例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、または低誘電率材料）および／または金属含有層（例えば、銅、タンタル、タングステン、アルミニウム、ニッケル、チタン、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウムまたは他の貴金属）が挙げられる。

以下の例は、本発明を更に説明するが、しかしながら、本発明の範囲を限定するものとは決して理解されてはならない。

例１
この例では、平均細孔サイズが以下の手順で測定された。試料は、剃刀の刃を用いてそれぞれの試料の四角から小さな矩形を切り取ることによって調製された。これらの試料は、カーボンテープ上に支持され、そして３．５〜５．０ｎｍのコーティング層で３０秒間に亘ってスパッタリングされた。それぞれの試料の画像が、走査型電子顕微鏡（「ＳＥＭ」を用いて取得された。視野中に測定のために十分な細孔があることを確実にするように、適切な解像度が用いられた。画像が得られ、そして貯蔵された。

画像解析のために、PAX-IT（商標）画像解析ソフトウエハ（MIS, Inc.（Villa Park、イリノイ州））を用いて、最小で３０細孔が測定された。これは、細孔の１端から他端へと水平の線を手動で引き、そしてこのソフトウエハを用いて気泡のそれぞれについて細孔サイズを計算することによって行われる。結果は報告にまとめられ、そこには最小、最大、平均サイズおよび標準偏差を含めた、試料の細孔サイズ分布が提供された。

研磨パッドの空隙体積は、研磨パッドから切り取られた試料の密度測定を、液体媒質として無水エタノールを含むピクノメータを用いて行うことによって測定された。空隙体積は、空隙体積％＝（１−ρ_{ｆｏａｍｅｄ}／ρ_{ｓｏｌｉｄ}）×１００％によって表され、ここでρ_{ｆｏａｍｅｄ}は研磨パッドの密度であり、そしてρ_{ｓｏｌｉｄ}は、研磨パッドを形成するのに用いられたポリマー樹脂の密度である。

この例は、本発明の研磨パッドを調製する方法を説明している。

一連の熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）シートが、不活性ガスとして二酸化炭素を用いた、ガス処理および発泡の２つの連続したサイクル（サイクル１および２）に曝露された。両方のサイクルでは、ガス処理圧力は、２．４２〜３．４５ＭＰａの範囲であり、発泡温度は１１５〜１５５℃の範囲であり、そしてガス処理温度は１０℃であった。サイクル１に対するサイクル２におけるガス処理圧力の比（Ｐ_２／Ｐ_１）、サイクル１に対するサイクル２におけるガス処理時間の比（ｔ_ｇａｓ２／ｔ_ｇａｓ１）、サイクル１に対するサイクル２における発泡温度の比（Ｔ_２／Ｔ_１）、サイクル１に対するサイクル２におけるＣＯ_２濃度の比（［ＣＯ_２］_２／［ＣＯ_２］_１）、第１サイクルの後および第２サイクルの後のバルク細孔サイズの比（ｄｐ_２／ｄｐ_１）、第２サイクルの後のバルク細孔サイズ（ｄｐ_２）、第１サイクルの後および第２サイクルの後の空隙体積の比（ε２／ε１）、および第２サイクルの後の空隙体積分率が、表１に示されている。

表１に示したデータから明らかなように、ＴＰＵシートは、約１．２１〜１．５２の空隙体積比ε２／ε１によって明示されるように、加圧／発泡の第２のサイクルの後に、空隙体積の増加を示した。全てのＴＰＵシートは、加圧／発泡の第２のサイクルの後に８７．０％超の空隙体積を示した。加圧／発泡の第２のサイクルの後のＴＰＵシートのバルク部分中の平均細孔サイズは、３４．４μｍ〜２７９．９μｍの範囲であった。

例２
この例は、本発明の態様による研磨パッドよって得られるＴＥＯＳ除去速度を示している。

ＴＥＯＳのブランケット層を含む同様の基材が、同じ研磨組成物および４種の異なる研磨パッド（研磨パッド２Ａ〜２Ｄ）を用いて研磨された。研磨組成物は、ｐＨ１１の水に１２．５質量％のヒュームドシリカを含んでいた。研磨パッド２Ａ（本発明）は、４２ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含み、そして８５％の空隙体積を有していた。研磨パッド２Ｂ（比較）は、７２ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含み、そして１５％の空隙体積を有していた。研磨パッド２Ｃ（本発明）は、７２ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含み、そして８５％の空隙体積を有していた。研磨パッド２Ｄ（比較）は、６５ＤのショアＤ硬度を有する微孔質ポリウレタンを含むIC1010（商標）研磨パッドであり、そしてDow Chemical（Midland、ミシガン州）から商業的に入手可能である。研磨装置はREFLEXION（商標）システム（Applied Materials, Santa Clara、カリフォルニア州）であった。

研磨に続いて、ＴＥＯＳ除去速度が測定され、そして結果を表２に示した。

表２に示された結果から明らかなように、７２ＤのショアＤ硬度を有し、そして８５％の空隙体積を有する研磨パッド２Ｃは、７２ＤのショアＤ硬度を有し、そして１５％の空隙体積を有する研磨パッド２Ｂによって示されたＴＥＯＳ除去速度よりも約１．９倍大きいＴＥＯＳ除去速度を示した。更に、研磨パッド２Ｃは、４２ＤのショアＤ硬度および８５％の空隙体積を有する研磨パッド２Ａによって示されたＴＥＯＳ除去速度よりも約１．５４倍大きなＴＥＯＳ除去速度を示した。また、研磨パッド２Ｃは、同様のショアＤ硬度を有するが、しかしながら有意により小さい空隙体積を有する研磨パッド２Ｄによって示されるＴＥＯＳ除去速度よりも約１．３２倍大きなＴＥＯＳ除去速度を示した。

例３
この例は、本発明の態様による研磨パッドで得られるタングステン除去速度を示している。

タングステンのブランケット層を含む同様の基材が、同じ研磨組成物および３種の異なる研磨パッド（研磨パッド３Ａ〜３Ｃ）を用いて研磨された。研磨組成物は、ｐＨ２．３の水に、２．５質量％のコロイド状湿式法シリカ、０．０１２３質量％の硝酸第二鉄、０．０２６７質量％のマロン酸、０．１６質量％のグリシン、および２質量％の過酸化水素を含んでいた。研磨パッド３Ａ（比較）は、４２ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含み、そして５０％の空隙体積を有していた。研磨パッド３Ｂ（本発明）は、４２ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含み、そして８５％の空隙体積を有していた。研磨パッド３Ｃ（比較）は、６５ＤのショアＤ硬度を有する微孔質ポリウレタンを含むIC1010（商標）研磨パッドであり、そしてDow Chemical（Midland、ミシガン州）から商業的に入手可能である。研磨装置はREFLEXION（商標）システム（Applied Materials, Santa Clara、カリフォルニア州）であった。

研磨に続いて、タングステン除去速度が測定され、そして結果を表３に示した。

表３に示された結果から明らかなように、４２ＤのショアＤ硬度および８５％の空隙体積を有する研磨パッド３Ｂは、４２ＤのショアＤ硬度および５０％の空隙体積を有する研磨パッド２Ａによって示されたタングステン除去速度よりも約２．１倍大きなタングステン除去速度を示した。更に、研磨パッド３Ｂは、有意により高いショアＤ硬度を有する研磨パッド３Ｃによって示されたタングステン除去速度とほぼ等しいタングステン除去速度を示した。

例４
この例は、本発明の態様による研磨パッドで得られる低減された欠陥性を示している。

４つの研磨試験を、同じ研磨組成物および４種の異なる研磨パッド（研磨パッド４Ａ〜４Ｄ）を用いて、６０個の同様な基材で実施した。研磨組成物は、ｐＨ２．３の水に、２．５質量％のコロイド状湿式法シリカ、０．０１２３質量％の硝酸第二鉄、０．０２６７質量％のマロン酸、および０．１６質量％のグリシンを含んでいる。研磨パッド４Ａ（本発明）は、４２ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含み、そして８５％の空隙体積を有していた。研磨パッド４Ｂ（比較）は、４２ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含み、そして５０％の空隙体積を有していた。研磨パッド４Ｃ（比較）は、２５ＤのショアＤ硬度を有する熱可塑性ポリウレタンを含み、そして５０％の空隙体積を有していた。研磨パッド４Ｄ（比較）は、Fujibo Ehime Co., Ltd.（東京、日本）から得られた解放型気泡のポリウレタンパッドであった。研磨装置はMIRRA（商標）システム（Applied Materials, Santa Clara、カリフォルニア州）であった。

研磨に続いて、それぞれの異なる研磨パッドでのそれぞれの研磨試験からの基材２０、４０、および６０は、それらの基材上の４つの異なる領域で、SURFSCAN（商標）SP2 tool（KLA Tencor（Milpitas、カリフォルニア））を用いて試験された。引掻き傷の数は正規化され、そして結果を表４に示した。

表４に示されたデータから明らかなように、４２ＤのショアＤ硬度および８５％の空隙体積を有する熱可塑性ポリウレタンを含む研磨パッド４Ａは、４２ＤのショアＤ硬度および５０％の空隙体積を有する熱可塑性ポリウレタンを含む研磨パッド４Ｂよりもより少ない引掻き傷を示した。研磨パッド４Ａは、２５ＤのショアＤ硬度および５０％の空隙体積を有する熱可塑性ポリウレタンを含む研磨パッド４Ｃによって示された引掻き傷に匹敵する引掻き傷を示し、そして工業的に標準の軟質研磨パッドである研磨パッド４Ｄによって示された引掻き傷に匹敵する引掻き傷を示した。

例５
この例は、１つの態様に従って、ガス処理および発泡の単一の工程を用いて本発明の研磨パッドを調製する方法を示している。

４２Ｄ硬度のＴＰＵ材料の試片を、−１℃で２４時間に亘って２．４１ＭＰａで、ＣＯ_２で飽和させた。これらの試片を、１４３℃のオイル浴中で７０秒間発泡させた。発泡された試片の平均バルク細孔サイズは、１９ミクロンであり、そして空隙体積分率は８５．５％であった。それぞれの試片の断面のＳＥＭ写真が、図４に示されている。

本明細書中に引用された全ての参照文献、例えば刊行物、特許出願、および特許は、ここに参照することによって、それぞれの参照文献を個々に、そして具体的に参照することによって本明細書の内容とし、そしてその全体をここに説明したように、本明細書の内容とする。

本発明を説明する文脈中（特に、添付の特許請求の範囲の文脈中）の用語「a」および「an」および「the」および「at least one」および同様の指示語は、特に断りのない限り、または文脈によって明確に否認されない限り、単数および複数の両方を包含すると理解されなければならない。１種もしくは２種以上の項目の列挙を伴う用語「少なくとも１種」の使用（例えば、特に断りのない限り、または文脈によって明確に否認されない限り、「ＡおよびＢの少なくとも１種」）は、その列挙された項目（ＡもしくはＢ）から選択された１種の項目または列挙された項目（ＡおよびＢ）の２種もしくは３種以上のいずれかの組合わせを意味すると理解されなければならない。用語「含む（comprising）」、「有する（having）」、「含む（including）」、および「含む（containing）」は、特に断りのない限り、開放的な用語であると理解されなければならない。本明細書における値の範囲の記載は、特に断りのない限り、その範囲内に入るそれぞれの個々の値を独立に表す簡易的な方法として作用することが単に意図されており、そしてそれぞれの個々の値は、それが独立して本明細書中に記載されているように、本明細書中に組み込まれる。本明細書中に記載された全ての方法は、特に断りのない限り、または文脈によって明確に否認されない限り、いずれかの好適な順番で行うことができる。本明細書中に与えられた、いずれかのそして全ての例、或いは例示的な言葉（例えば、「例えば」）の使用は、本発明をより良く明らかにすることを単に意図されており、そして特に断りのない限り、本発明の範囲に限定を与えるものではない。本明細書中のいずれの言葉も、特許されていないいずれかの要素が、本発明の実施に必須であることを示すとは理解されてはならない。

本発明を実施するための、本発明者らによって知られたベストモードを含めた、本発明の好ましい態様が、本明細書中に記載されている。それらの好ましい態様の変更は、前述の記載を読むことによって当業者には明らかとなるであろう。本発明者らは、当業者がそのような変更を必要に応じて用いることを予期しており、そして本発明者らは、本発明が、本明細書中に具体的に記載したのとは他のように実施されることを意図している。従って、本発明は、適用可能な法律によって許されるように、ここに添付された特許請求の範囲中に記載された主題の事項の全ての変更および等価物を含んでいる。更には、それらの全ての可能な変更中の上記の要素のいずれかの組合わせが、特に断りのない限り、または文脈から明確に否認されない限り、本発明によって包含される。

また、本発明は、研磨パッドを調製する方法を提供し、この方法は、（ａ）ポリマー樹脂を含む研磨パッド材料を準備すること、（ｂ）第１の高められた圧力で、研磨パッド材料を不活性ガスに曝露すること、（ｃ）研磨パッド材料の温度を、研磨パッド材料のガラス転移温度超で、研磨パッド材料の融点未満の第１の温度に上昇させることによって研磨パッド材料を発泡させること、（ｄ）第２の高められた圧力で、研磨パッド材料を不活性ガスに曝露すること、および（ｅ）研磨パッド材料の温度を、研磨パッド材料のガラス転移温度超で、該研磨パッド材料の融点未満の第２の温度に上昇させて、研磨パッド材料を発泡させること、含んでいる。

表３に示された結果から明らかなように、４２ＤのショアＤ硬度および８５％の空隙体積を有する研磨パッド３Ｂは、４２ＤのショアＤ硬度および５０％の空隙体積を有する研磨パッド３Ａによって示されたタングステン除去速度よりも約２．１倍大きなタングステン除去速度を示した。更に、研磨パッド３Ｂは、有意により高いショアＤ硬度を有する研磨パッド３Ｃによって示されたタングステン除去速度とほぼ等しいタングステン除去速度を示した。

Claims (15)

1. 多孔質ポリマー材料を含む化学機械研磨用の研磨パッドであって、該研磨パッドは独立した細孔を含んでおり、かつ７０％以上の空隙体積分率を有している、研磨パッド。
2. 前記研磨パッドが、８０％以上の空隙体積分率を有している、請求項１記載の研磨パッド。
3. 前記多孔質ポリマー材料が、１５Ｄ〜７５Ｄの、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０によるショアＤ硬度を有するポリマー樹脂から形成された、請求項１記載の研磨パッド。
4. 前記多孔質ポリマー材料が、２５Ｄ〜７２Ｄの、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０によるショアＤ硬度を有するポリマー樹脂から形成された、請求項３記載の研磨パッド。
5. 前記細孔が、約５μｍ〜２００μｍの平均細孔サイズを有する、請求項１記載の研磨パッド。
6. 前記研磨パッドが、５％以上の圧縮性を有する、請求項１記載の研磨パッド。
7. 前記研磨パッドが、１ＭＰａ以下の貯蔵弾性率を有する、請求項１記載の研磨パッド。
8. 前記研磨パッドが、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ナイロン、エラストマーのゴム、スチレン系ポリマー、ポリ芳香族（polyaromatics）、フルオロポリマー、ポリイミド、架橋ポリウレタン、架橋ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリレート、エラストマーのポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアリーレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、それらの共重合体およびブロック共重合体、ならびにそれらの混合物およびブレンドからなる群から選択されるポリマー樹脂を含む、請求項１記載の研磨パッド。
9. 前記パリマー樹脂が、熱可塑性ポリウレタンである、請求項８記載の研磨パッド。
10. 研磨パッドを調製する方法であって、
    （ａ）ポリマー樹脂を含む研磨パッド材料を準備すること、
    （ｂ）第１の高められた圧力で、該研磨パッド材料を不活性ガスに曝露すること、
    （ｃ）該研磨パッド材料の温度を、該研磨パッド材料のガラス転移温度超で、該研磨パッド材料の融点未満の第１の温度に上昇させることによって該研磨パッド材料を発泡させること、
    （ｄ）第２の高められた圧力で、該研磨パッド材料を不活性ガスに曝露すること、および
    （ｅ）該研磨パッド材料の温度を、該研磨パッド材料のガラス転移温度超で、該研磨パッド材料の融点未満の第２の温度に上昇させて、該研磨パッド材料を発泡させること、
    を含む、方法。
11. 前記ガスが、窒素、二酸化炭素、またはそれらの組合わせを含む、請求項１０記載の方法。
12. 前記ガスが、二酸化炭素であり、かつ前記第１および第２の圧力が、１ＭＰａ〜２０ＭＰａである、請求項１１記載の方法。
13. 前記研磨パッドが、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ナイロン、エラストマーのゴム、スチレン系ポリマー、ポリ芳香族（polyaromatics）、フルオロポリマー、ポリイミド、架橋ポリウレタン、架橋ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリレート、エラストマーのポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアリーレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、それらの共重合体およびブロック共重合体、ならびにそれらの混合物およびブレンドからなる群から選択されるポリマー樹脂を含む、請求項１０記載の方法。
14. 前記ポリマー樹脂が、熱可塑性ポリウレタンである、請求項１２記載の方法。
15. （ａ）研磨される基材を準備すること、
    （ｂ）該基材を、請求項１記載の研磨パッドおよび研磨組成物を含む研磨系と接触させること、ならびに、
    （ｃ）該基材の少なくとも一部を該研磨系で削り取って、該基材を研磨すること、
    を含む、基材の研磨方法。

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