JP2022541138A - ポリアミンおよびシクロヘキサンジメタノール硬化剤を使用した研磨パッド - Google Patents

Abstract

熱硬化性ポリウレタン研磨層を備える化学機械研磨パッドは、イソシアネート末端ウレタンプレポリマー、ポリアミン硬化剤、およびシクロヘキサンジメタノール硬化剤を含む。ポリアミン硬化剤およびシクロヘキサンジメタノール硬化剤は、約２０：１～約１：１の範囲内のポリアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比で存在する。【選択図】図１Ａ

Description

関連出願の相互参照
なし

開示された実施形態は、研磨パッド、より詳細には、化学機械研磨（ＣＭＰ）操作で使用するためのイソシアネート末端ウレタンプレポリマーおよびポリアミンシクロヘキサンジメタノール硬化剤混合物を含む熱硬化性ポリウレタン研磨パッドに関する。

化学機械平坦化、または化学機械研磨（ＣＭＰ）は、半導体ウェハなどのワークピースを平坦化または研磨するために使用される一般的な手法である。従来のＣＭＰ操作では、ウェハは、キャリア（研磨ヘッド）上に取り付けられ、キャリアは、ＣＭＰ装置（研磨工具）の研磨パッドと接触して配置される。キャリアアセンブリは、ウェハに制御可能な力を加え、ウェハを研磨パッドに押し付ける。化学機械研磨組成物（たとえばスラリー）は、基板およびパッドが互いに対して移動（たとえば回転）されている間に、パッドの表面（研磨層）に分注される。ウェハ表面は、研磨層の化学的および機械的作用ならびに表面上の研磨組成物によって研磨され、平面にされる。

半導体デバイスのフロントエンドオブザライン（ＦＥＯＬ）およびバックエンドオブザライン（ＢＥＯＬ）の両方の処理において、多くの化学機械研磨（ＣＭＰ）操作が使用される。たとえば、次のＣＭＰ操作が一般的に使用される。シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）は、トランジスタの形成前に使用されるＦＥＯＬプロセスであり、シリコンウェハにインレイドのオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）のパターンが形成される。タングステンプラグおよびインターコネクトおよび銅インターコネクトならびにデュアルダマシンプロセスは、デバイストランジスタを接続する金属ワイヤのネットワークを形成するために使用されるＢＥＯＬプロセスである。

市販のＣＭＰ研磨パッドは、通常、ポリウレタン材料（熱硬化性ポリウレタンおよび熱可塑性ポリウレタンなど）から製造される。当業者に知られているように、ＣＭＰ研磨パッドを設計および選択する際には、困難なトレードオフが存在する。多くのＣＭＰ用途では、より硬質の材料で作られた研磨パッドは、より柔らかい材料で作られた研磨パッドよりも高い除去速度、優れた平坦化効率、および長い有効パッド寿命を示す傾向がある。しかしながら、より硬質のパッドはまた、より軟質のパッドよりもウェハ表面に多くの欠陥（引っかき傷など）を与える傾向がある。そのような欠陥は、製品収量に悪影響を与える可能性があるため、コストがかかる。多くのＣＭＰ操作は、より硬質のパッドを使用して高スループットで良好な平坦化効率を達成する（除去速度がより高いため）第１のステップ、およびより柔らかいパッドを使用して第１のステップで与えられた欠陥を取り除く第２のステップの、少なくとも２つの研磨ステップを実装することでこの課題を克服する。そのような操作は実用的であり得るが、追加の研磨ステップを使用する必要があるという点でコストがかかる傾向がある。高い除去速度、優れた平坦化効率、長いパッド寿命、および低減された欠陥率を達成することができる研磨パッドに対する業界の必要性が残されている。現在入手可能なパッドは、一般にこれらのカテゴリーの少なくとも１つが不足している。

熱硬化性ポリウレタン研磨層を備える化学機械研磨パッドが開示される。研磨層は、イソシアネート末端ウレタンプレポリマー、ポリアミン硬化剤、およびシクロヘキサンジメタノール硬化剤を含み、ポリアミン硬化剤およびシクロヘキサンジメタノール硬化剤は、約２０：１～約１：１の範囲内のポリアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比で存在する。

開示されたパッドは、たとえば、良好な平坦化効率および低い欠陥率の両方を含む、様々な利点を提供し得る。開示されたパッドは、さらに高い除去速度および長いパッド寿命を提供し得る。

開示された主題およびその利点をより完全に理解するために、添付の図と併せて以下の説明を参照する。

実施例１および３に開示されたパッドクーポン１Ａ、１Ｂ、および１Ｃの温度の関数としての貯蔵弾性率Ｅ’（１Ａ）のプロットを示す図である。 実施例１および３に開示されたパッドクーポン１Ａ、１Ｂ、および１Ｃの温度の関数としてのｔａｎ（δ）（１Ｂ）のプロットを示す図である。 実施例１および３に開示されたパッドクーポン１Ｌ、１Ｍ、１Ｎ、および１Ｏの温度の関数としての貯蔵弾性率Ｅ’（２Ａ）のプロットを示す図である。 実施例１および３に開示されたパッドクーポン１Ｌ、１Ｍ、１Ｎ、および１Ｏの温度の関数としてのｔａｎ（δ）（２Ｂ）のプロットを示す図である。 実施例５および１０に開示されたパッド５Ａ、５Ｇ、および５Ｈの中央および中間ダイ位置のステップ高さ対トレンチ損失のプロットを示す図である。

熱硬化性ポリウレタン研磨層を含む化学機械研磨パッドが開示されている。研磨層は、イソシアネート末端ウレタンプレポリマー、ポリアミン硬化剤、およびシクロヘキサンジメタノール硬化剤を含むか、それからなるか、または本質的にそれらからなる硬化剤混合物を含む。硬化剤混合物は、約５～約５０モルパーセントのシクロヘキサンジメタノール硬化剤を含む。

本発明は、良好な平坦化効率および低い欠陥率の両方を提供することを意図した熱硬化性ポリウレタン研磨層を含む化学機械研磨パッドに関する。本発明の研磨パッドは、集積回路および他のマイクロデバイスの製造に使用される多種多様な半導体ウェハの研磨に適用可能である。そのようなウェハは、従来のノード構成、たとえば、９０ｎｍ、８０ｎｍ、６５ｎｍ、５５ｎｍ、４５ｎｍ、４０ｎｍ、またはそれ以下の技術ノードのものであり得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、本発明の研磨パッドは、高度なノード用途（たとえば、２８ｎｍ、２２ｎｍ、２０ｎｍ、１６ｎｍ、１４ｎｍ、１０ｎｍ、またはそれ以下の技術ノード）に特によく適合し得る。ノード技術がより高度になる（より小さくなる）につれて、研磨によって誘発される欠陥の除去がより重要になり、平坦化効率の要件がより厳しくなることが理解されよう。提供される平坦化効率および欠陥性能の改善のために、開示された研磨パッドは、高度なノード用途に特によく適合し得る。しかしながら、前述のように、本発明の研磨パッドは、高度なノードウェハでの使用に限定されず、また、従来のまたは高度なノードとしてのウェハの特徴付けに限定されない。当然ながら、本発明のパッドを使用して、実質的に任意のウェハまたはワークピースを必要に応じて研磨することができる。

熱硬化性ポリウレタン（ＴＳＵ）パッドは、化学機械研磨（ＣＭＰ）の分野で広く使用されている。たとえば、ＩＣ１０００（登録商標）パッド（ＤｕＰｏｎｔから入手可能）およびＮｅｘＰｌａｎａｒ（登録商標）ブランドパッド（Ｃａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓから入手可能）は、市販のＴＳＵパッドである。熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）パッドは、商業的ＣＭＰ操作でも使用される。たとえば、Ｅｐｉｃ（登録商標）ブランドのパッド（Ｃａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓから入手可能）は、市販のＴＰＵパッドである。ＴＳＵパッドは、同等のＴＰＵパッドと比較して優れたコンディショニング性およびパッド寿命を提供し得る（おそらくＴＳＵ材料の広範な化学的架橋のため）。一方、ＴＰＵパッドは、通常、ＴＳＵパッドと比較して優れた欠陥性能を提供する（おそらくＴＰＵ材料の粘性特性、たとえば高い研磨温度におけるＴＰＵ材料の軟化のため）。

当業者に知られているように、研磨パッドは、一般に、パッドのバルクの機械的特性に基づいて特徴付けられる。たとえば、研磨パッドは、一般に、パッドの硬度（たとえばショアＤ硬度）および／またはパッドの貯蔵弾性率（Ｅ’）（たとえば動的機械分析に基づく）に基づいて特徴付けられる。硬質のパッドは一般に良好な平坦化効率を促進すると考えられており、軟質のパッドは一般に良好な欠陥性能を促進すると考えられている。

本発明は、少なくとも部分的に、ポリアミン硬化剤の一部がシクロヘキサンジメタノール（ＣＨＤＭ）で置き換えられた硬化剤混合物の使用が、ＴＳＵおよびＴＰＵ研磨パッドの利点を組み合わせた熱硬化性ポリウレタン研磨パッドをもたらし得るという驚くべき予想外の発見に基づいている。ＣＨＤＭは、イソシアネート末端ウレタンプレポリマーとウレタン結合を形成し、それにより、改善された粘弾性特性（たとえば、研磨温度で得られるポリウレタンの軟化）を提供すると考えられている。得られた研磨パッドは、さまざまなＣＭＰアプリケーションで、改善された平坦化効率、改善された欠陥性能、および改善されたコンディショニング性を提供することが観察されている。

当業者にも知られているように、市販の研磨パッドは、一般に、ＣＭＰ操作中にコンディショニングされる。そのようなコンディショニングの間、パッドは、たとえば、ダイヤモンド研摩コンディショニングディスクを使用して研摩される。コンディショニングは、パッド表面を研摩して粗くし、それによって、ＣＭＰ動作中にウェハ表面に係合する表面凹凸を形成すると考えられている。本発明の一態様は、ポリアミン硬化剤およびＣＨＤＭを含む上記の硬化剤ブレンドの使用が、ＣＭＰ動作中のバルクパッド特性と表面凹凸の特性との間で有利なバランスを達成することを可能にし得るという認識であった。たとえば、混合ポリアミンＣＨＤＭ硬化剤の使用は、バルクパッドが硬質および剛性の傾向があり平坦化効率を促進し、また表面凹凸が研磨温度で比較的軟質（バルクパッドに対して軟質）の傾向があり低い欠陥率を促進する、熱硬化性研磨パッドをもたらし得る。

本発明のパッドは、ウレタンプレポリマーおよび硬化剤を組み合わせて熱硬化性ポリウレタンを形成することによって製造された研磨層を含む。ウレタンプレポリマーは、多官能性芳香族イソシアネートおよびプレポリマーポリオールを反応させることによって調製することができる、イソシアネート末端ウレタンプレポリマーである。多官能性芳香族イソシアネートの例は、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）化合物、例えば２，４－ＴＤＩ、２，６－ＴＤＩ、およびそれらの混合物；メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）化合物、例えば２，２’－ＭＤＩ、２，４’－ＭＤＩ、および４，４’－ＭＤＩ（当技術分野では４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネートとも呼ばれる）およびそれらの混合物、ナフタレン－１，５－ジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、パラ－フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、およびそれらの混合物を含み得る。プレポリマーポリオールは、実質的に任意の適切なジオール、ポリオール、ポリオール－ジオール、ならびにそれらのコポリマーおよび混合物を含み得る。たとえば、プレポリマーポリオールは、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）、ポリプロピレンエーテルグリコール（ＰＰＧ）、エチレンオキシドでキャップされたＰＴＭＥＧまたはＰＰＧ、ポリカプロラクトン、エステルベースのポリオール、たとえばエチレンまたはブチレンアジペート、それらのコポリマーおよびそれらの混合物を含むか、それらからなるか、またはそれらから本質的になる群から選択され得る。ＰＴＭＥＧおよびＰＰＧなどの適切なポリオールは、エチレングリコール、１，２－プロピレングリコール、１，３－プロピレングリコール、１，２－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、２－メチル－１，３－プロパンジオール、１，４－ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，５－ペンタンジオール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、１，６－ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコールおよびそれらの混合物を含む低分子量ポリオールと混合され得ることが理解されよう。

ウレタンプレポリマーは、多くの場合、プレポリマーに存在する未反応のイソシアネート基（ＮＣＯ）の重量パーセントによって特徴付けられる。重量パーセントＮＣＯは、ポリウレタン材料を製造するための成分の混合比を決定するために使用され得る。好ましい実施形態では、多官能性芳香族ジイソシアネートは、ＴＤＩ、ＭＤＩ、またはそれらの混合物を含み、プレポリマーポリオールは、ＰＴＭＥＧ、ＰＰＧ、またはそれらの混合物を含む。そのような実施形態では、イソシアネート末端ウレタンプレポリマーは、約６．０～約２０．０重量パーセントの範囲内、たとえば約７．０～約１２．０重量パーセントの範囲内の重量パーセントＮＣＯを有し得る。

ある特定の実施形態では、市販のイソシアネート末端ウレタンプレポリマーを有利に使用することができる。好適な市販のプレポリマーは、たとえば、ＤＥＳＭＯＤＵＲ（登録商標）プレポリマー（Ｃｏｖｅｓｔｒｏ製）、Ａｎｄｕｒ（登録商標）プレポリマー（Ａｎｄｅｒｓｏｎ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ製）、Ａｄｉｐｒｅｎｅ（登録商標）プレポリマー（Ｃｈｅｍｔｕｒａ製）、およびＩｍｕｔｈａｎｅ（登録商標）プレポリマー（ＣＯＩＭ ＵＳＡ，Ｉｎｃ．製）を含む。好適なプレポリマーは、たとえば、ＰＥＴ－７０Ｄ、ＰＨＰ－７０Ｄ、ＰＥＴ－７５Ｄ、ＰＨＰ－７５Ｄ、ＰＰＴ－７５Ｄ、ＰＨＰ－８０Ｄ、ＬＦＧ－７４０Ｄ、ＬＦ－６５０Ｄ、ＬＦ－７００Ｄ、ＬＦ－７５０Ｄ、ＬＦ－７５１Ｄ、ＬＦ－７５３Ｄ、６０ＤＰＬＦ、７０ＤＰ、７０ＤＰＬＦ、７ＤＰＬＭ、７２０１ＤＰＬＦ、７３ＤＰＬＦ、７－５ＤＰＬＦ、１－７５ＤＰ、２－７２ＤＰ、７５ＤＧＰ－２、７５００ＤＰ、７５ＤＰＬＦ、７５００ＤＰ、７５０１ＤＰ、８０ＤＰＬＦ、８１ＤＰ、８２ＤＧＰ、ＩＰ８９、ＬＵ－Ｔ６０Ｄ、ＬＵ－Ｔ７０Ｄ、ＬＵ－Ｔ７５Ｄ、ＭＡＸ Ｔ－８０、ＭＤ１５１２０を含み得る。

当業者は、市販のプレポリマーが一般に硬度スケール（一般に対応するポリウレタン反応生成物の硬度と相関する）を使用して分類されることを容易に理解するであろう。たとえば、Ｉｍｕｔｈａｎｅ（登録商標）ＰＥＴ－７０ＤおよびＰＨＰ－７０Ｄ、Ａｄｉｐｒｅｎｅ（登録商標）ＬＦ７００Ｄ、Ａｎｄｕｒ（登録商標）７０ＤＰおよび７０ＤＰＬＦは、７０Ｄプレポリマーと呼ばれる場合があるが、これはショアＤ硬度スケールで７０の対応する硬度を示す。同様に、Ｉｍｕｔｈａｎｅ（登録商標）ＰＥＴ－７５Ｄ、ＰＨＰ－７５Ｄ、およびＰＰＴ－７５Ｄ、Ａｄｉｐｒｅｎｅ（登録商標）ＬＦ７５０Ｄ、ＬＦ７５１Ｄ、およびＬＦ７５３Ｄ、Ａｎｄｕｒ（登録商標）７５ＤＧＰ－２、７５ＤＰＬＦ、７５００ＤＰ、および７５０１ＤＰ、およびＤＥＳＭＯＤＵＲ（登録商標）ＬＵ－Ｔ７５Ｄは、７５Ｄプレポリマーと呼ばれる場合があるが、これは、ショアＤ硬度スケールで７５の対応する硬度を示す。また、Ｉｍｕｔｈａｎｅ（登録商標）ＰＨＰ－８０ＤおよびＡｎｄｕｒ（登録商標）８０ＤＰＬＦは、８０Ｄプレポリマーと呼ばれる場合があるが、これは、ショアＤ硬度スケールで８０Ｄの対応する硬度を示す。

好ましい実施形態では、硬質プレポリマーが使用される。硬質とは、プレポリマーが、約７０以上（たとえば約７５以上）のショアＤ硬度値を有すると分類され得ることを意味する。適切な硬質プレポリマーは、約７０～約８５（たとえば、約７５～約８５または約７５～約８０）の範囲内のショアＤ硬度を有し得る。硬質プレポリマーは、たとえば、７０Ｄ、７５Ｄ、および８０Ｄプレポリマー（たとえば７５Ｄおよび８０Ｄプレポリマー）、例えば前の段落で列挙されたものを含み得るが、当然ながら、開示される実施形態はこの点に関して限定されない。好適なプレポリマーはまた、２つ以上の市販のプレポリマーの混合物を含み、たとえば、７０Ｄプレポリマーおよび７５Ｄプレポリマーの混合物、７５Ｄプレポリマーおよび８０Ｄプレポリマーの混合物、または７０Ｄプレポリマーおよび８０Ｄプレポリマーの混合物を含む。

上記のように、本発明のパッドは、少なくとも１種のウレタンプレポリマー（たとえば少なくとも１種の硬質プレポリマーを含む）および硬化剤を組み合わせて熱硬化性ポリウレタンを形成することによって製造された研磨層を含む。開示された研磨パッドの実施形態は、第１のポリアミン硬化剤および第２のシクロヘキサンジメタノール（ＣＨＤＭ）硬化剤を含む第１および第２の硬化剤（たとえば第１および第２の硬化剤を含む混合またはブレンド硬化剤組成物）を使用する。

ポリアミン硬化剤は、たとえば、ジアミンおよび他の多官能性アミンを含む、実質的に任意の適切なポリアミンを含み得る。ポリアミン硬化剤は、低分子量ポリアミン硬化剤であってもよい。低分子量とは、ポリアミン硬化剤が１０００ｇ／モル未満（たとえば７００ｇ／モル未満、５００ｇ／モル未満、または３００ｇ／モル未満）の分子量を有することを意味する。

例示的なジアミンは、アニリンジアミン化合物、トルエンジアミン化合物、アミノベンゾエート化合物、およびそれらの混合物を含み得る。例示的なアニリンジアミン化合物は、４，４－メチレンビス（２－クロロアニリン）（ＭＢＣＡまたはＭＯＣＡ）；４，４’－メチレン－ビス－ｏ－クロロアニリン（ＭｂＯＣＡ）；４，４’－メチレン－ビス－（３－クロロ－２，６－ジエチルアニリン）（ＭＣＤＥＡ）；４，４’－メチレン－ビス－アニリン；および１，２－ビス（２－アミノフェニルチオ）エタンを含む。例示的なトルエンジアミン化合物は、ジメチルチオトルエンジアミン；ジエチルトルエンジアミン；５－ｔｅｒｔ－ブチル－２，４－および３－ｔｅｒｔ－ブチル－２，６－トルエンジアミン；５－ｔｅｒｔ－アミル－２，４－および３－ｔｅｒｔ－アミル－２，６－トルエンジアミン；およびクロロトルエンジアミンを含む。例示的なアミノベンゾエート化合物は、トリメチレングリコールジ－ｐ－アミノベンゾエート；ポリテトラメチレンオキシドジ－ｐ－アミノベンゾエート；ポリテトラメチレンオキシドモノ－ｐ－アミノベンゾエート；ポリプロピレンオキシドジ－ｐ－アミノベンゾエート；およびポリプロピレンオキシドモノ－ｐ－アミノベンゾエートを含む。

４，４－メチレンビス（２クロロアニリン）などのアニリンジアミン化合物、およびジメチルチオトルエンジアミンなどのトルエンジアミン化合物が好ましい（ただし、開示された実施形態は、この点に関して明確に限定されない）。そのようなジアミン化合物は、たとえば、Ａｌｂｅｍａｒｌｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｍａｋｒｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｇａｎｔｒａｄｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、およびＥｖｏｎｉｋから市販されている。

シクロヘキサンジメタノール（ＣＨＤＭ）硬化剤（一般に１，４－シクロヘキサンジメタノールおよび１，４－ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサンとも呼ばれる）は、シクロヘキサンの二置換誘導体であり、ジオール（２つのＯＨ基を有する）として分類される。ＣＨＤＭの化学式はＣ_６Ｈ_１０（ＣＨ_２ＯＨ）_２であり、シスおよびトランス立体異性体が知られている。市販のＣＨＤＭは、一般にシス異性体とトランス異性体の混合物である。開示された実施形態は、いかなる特定のＣＨＤＭ異性体にも、またはシス異性体およびトランス異性体の比率などのいかなる特定の異性体比率にも限定されない。

理論に束縛されることを望まないが、ＣＨＤＭは穏やかな軟化剤として作用すると考えられている。ポリアミン硬化剤の一部をＣＨＤＭで置き換える（硬化剤混合物を形成する）と、ジイソシアネートとポリアミンとの間の尿素結合ではなく、ジイソシアネートとＣＨＤＭとの間のウレタン結合が形成されると考えられている。ポリアミン硬化剤とＣＨＤＭとの適切な比率の使用は、バルクパッドは硬質および剛性の傾向があり平坦化効率を促進し、また表面凹凸は研磨温度（たとえば約５０～約８０℃の範囲内の温度）で比較的軟質の傾向があり低い欠陥率を促進する、上記のバランスを有するパッドをもたらし得ることが見出された。ＣＨＤＭの使用量が多すぎる（ポリアミンとＣＨＤＭの比率が低い）と、バルク剛性が不十分な軟質パッドになる傾向があり、ＣＨＤＭの使用量が少なすぎる（ポリアミンとＣＨＤＭの比率が高い）と、硬質パッドになる傾向があり、研磨温度で表面凹凸が十分に軟質でない。さらに、ポリアミン硬化剤とＣＨＤＭとの好ましい比率は、イソシアネート末端プレポリマーの硬度に依存し得、より硬質のプレポリマーは、上記の特性バランスを達成するためにより多くのＣＨＤＭ（より低い比率）を必要とする場合があることも見出された。ポリアミン硬化剤とＣＨＤＭとの好ましい比率は、ＣＭＰ用途および特定のＣＭＰ条件（ダウンフォース、プラテン速度、スラリー流量など）にも依存し得る。

第１および第２の硬化剤（ポリアミンおよびＣＨＤＭ硬化剤）は、好ましくは、約２０：１～約１：１（たとえば、約１５：１～約１：１、約１０：１～約１：１、約９：１～約１：１、約７：１～約１．５：１、約６：１～約１．５：１、または約６：１～約２：１）の範囲内のポリアミン硬化剤とＣＨＤＭ硬化剤とのモル比で使用される。換言すれば、第１および第２の硬化剤は、ポリアミン硬化剤およびＣＨＤＭ硬化剤を含むか、それからなるか、または本質的にそれらからなる硬化剤混合物（またはブレンド）を形成すると考えることができる。硬化剤混合物は、好ましくは、約５～約５０モルパーセント（たとえば約１０～約５０モルパーセント、約５～約４０モルパーセント、約１０～約４０モルパーセント、約１２～約４０モルパーセント、約１５～約４０モルパーセント、または約１５～約３５モルパーセント）のＣＨＤＭ硬化剤を含む。

硬化剤混合物中のポリアミン硬化剤とＣＨＤＭ硬化剤との好ましい割合は、プレポリマーの選択に依存し得ることが理解されるであろう。たとえば、プレポリマーが７５Ｄプレポリマーを含む場合、硬化剤混合物は、約５～約３５モルパーセント（たとえば約５～約３０モルパーセント、約５～約２５モルパーセント、約１０～約３０モルパーセント、または約１０～約２５モルパーセント）のＣＨＤＭを含み得る。同様に、プレポリマーが８０Ｄプレポリマーを含む場合、硬化剤混合物は、約１０～約５０モルパーセント（たとえば約１０～約４５モルパーセント、約１０～約４０モルパーセント、約１５～約４０モルパーセント、または約１５～約３５モルパーセント）のＣＨＤＭを含み得る。

開示された研磨パッドの実施形態の熱硬化性ポリウレタン研磨層は、多孔度または非多孔度であってもよいことが理解されよう。多孔質研磨層は、たとえば、熱硬化性ポリウレタンフォームを形成することによって、ポリウレタン組成物に可溶性ポロゲンを含めることによって、またはポリウレタン組成物に中空ミクロスフェア（たとえばポリマーミクロスフェア）を含めることによって調製され得る。多孔度の実施形態は、たとえば、約５～約６０体積パーセント（たとえば約１０～約５０体積パーセント、約１５～約５０体積パーセント、または約２０～約４０体積パーセント）の範囲の実質的に任意の好適な多孔度を有し得る。非多孔度の実施形態は、実質的に完全に緻密であり、一般に、約５体積パーセント未満の多孔度を有する。

当業者は、研磨パッド（またはパッド内の研磨層）の多孔度が、パッド（または層）の見かけ密度を測定することによって推定され得ることを容易に理解するであろう。完全に高密度の実施形態（すなわち、非多孔度の実施形態）は、一般に、約１．２ｇ／ｃｍ^３（たとえば約１．１５～約１．２５ｇ／ｃｍ^３）の密度を有する。多孔質の実施形態は、一般に、約１．２ｇ／ｃｍ^３未満の見かけ密度、たとえば約０．６～約１．１４ｇ／ｃｍ^３（たとえば約０．７２～約１．０８ｇ／ｃｍ^３、約０．７２～約１．０２ｇ／ｃｍ^３、または約０．７８～約０．９６ｇ／ｃｍ^３）の範囲の見かけ密度を有する。当然ながら、開示された実施形態は、パッドまたは研磨層の見かけ密度に関して限定されない。

上記のように、市販の研磨パッドは通常、ＣＭＰ動作中にコンディショニングされ、それによって表面凹凸が形成される。これらの表面凹凸は、ＣＭＰ動作中にウェハと相互作用し、結果として得られる研磨性能に大きく影響し得る。したがって、表面凹凸特性の評価は、パッド性能の指標を提供し得る。

開示された実施形態は、この点に関して限定されないが（特許請求の範囲において特定の要素によって別段の指定がない限り）、表面凹凸の機械的特性は、たとえば、同じポリウレタン材料から製造された実質的に完全に緻密な研磨パッドクーポンの機械的特性を評価することによって推定することができる。理論に束縛されることを望まないが、表面凹凸は、たとえば、サブミクロンから数十ミクロンの範囲のスケールの小さな特徴であることが知られており、したがって、実質的に非多孔度であると考えられている。したがって、実質的に完全に緻密なパッド（たとえば約５体積パーセント未満の多孔度を有するパッド）の機械的特性は、表面凹凸（コンディショニング中にそこから表面凹凸が形成されるポリウレタンマトリックス材料）の機械的特性を適切に表す（または近似する）ことができると考えられる。

したがって、以下（および特許請求の範囲）で開示されるパラメータ値（および範囲）は、研磨操作中にスラリーを輸送または保持することを意図した溝または他の表面特徴を有さない実質的に非多孔質のパッドクーポン試料で行われた測定に基づく。２５℃および７５℃での引張貯蔵弾性率（Ｅ’）、ショアＤ硬度、および引張靭性を測定するために使用される測定方法は、以下の実施例２～４でより詳細に説明される。

ある特定の実施形態では、上記の表面凹凸は、２５℃での引張貯蔵弾性率（Ｅ’）と７５℃での引張貯蔵弾性率との比、２５℃での引張貯蔵弾性率（Ｅ’）、２５℃でのショアＤ硬度、および２５℃での引張靭性に基づいて特徴付けることができる。たとえば、表面凹凸は、約３：１～約２０：１（たとえば約３：１～約１５：１、約４：１～約１５：１、約４：１～約１２：１、約５：１～約１２：１、または約５：１～約１０：１）の範囲内の、２５℃での引張貯蔵弾性率（Ｅ’）と７５℃での引張貯蔵弾性率との比を有し得る。

さらに、イソシアネート末端ウレタンプレポリマーが７５Ｄプレポリマーを含む実施形態では、表面凹凸は、約５００ＭＰａを超える（たとえば約６００ＭＰａを超える、約７００ＭＰａを超える、または約８００ＭＰａを超える）２５℃での引張貯蔵弾性率（Ｅ’）を有し得る。７５Ｄプレポリマーを含むそのような実施形態では、表面凹凸は、代替的におよび／または追加的に、約５５を超える（たとえば約６０を超える、約６５を超える、または約６８を超える）２５℃でのショアＤ硬度を有し得る。これらの実施形態は、さらに（代替的におよび／または追加的に）、約８０ＭＰａを超える（たとえば約１００ＭＰａを超える）２５℃での引張靭性を有し得る。

イソシアネート末端ウレタンプレポリマーが８０Ｄプレポリマーを含む実施形態では、表面凹凸は、約８００ＭＰａを超える（たとえば約１０００ＭＰａを超える、約１１００ＭＰａを超える、または約１２００ＭＰａを超える）２５℃での引張貯蔵弾性率（Ｅ’）を有し得る。８０Ｄプレポリマーを含むそのような実施形態では、表面凹凸は、代替的におよび／または追加的に、約６５を超える（たとえば約７０を超える、または約７２を超える）２５℃でのショアＤ硬度を有し得る。これらの実施形態は、さらに（代替的におよび／または追加的に）約２０ＭＰａを超える（たとえば約４０ＭＰａを超える、または約５０ＭＰａを超える）２５℃での引張靭性を有し得る。

開示されたパッドは、これらに限定されないが、鋳造、成形、コーティング、押し出し、印刷、焼結、噴霧などの実質的に任意の好適なパッド製造技術を使用して製造され得る（開示されたパッドの実施形態は、この点に関して限定されない）。たとえば、本発明のパッドは、様々な既知の成形および鋳造技術を使用して製造することができる。成形ポリウレタンパッドは、半導体基板の平坦化に特に好適であり得る。そのようなパッドは、たとえば、原材料を２つのバッチに分割することによって個別に製造することができる。原材料の最初のバッチは、イソシアネート末端プレポリマー、ならびに潤滑剤および多孔度形成剤、例えばミクロスフェアまたはガスを含むある特定の任意選択の添加剤を含んでもよい。原材料の第２バッチは、硬化剤混合物（ポリアミンおよびＣＨＤＭ硬化剤）、ならびに紫外線安定剤などのある特定の他の任意選択の添加剤を含んでもよい。２つのバッチは、個別に調製され、次いで所定のブレンド比および温度で一緒にブレンドされ得る。次いで、混合物を型に注ぎ、高温、たとえば約６０℃～約１６０℃に維持することができる。型は、任意選択で、密閉チャンバ内で展開し、真空または圧力に曝して、注がれたブレンドに閉じ込められた空気を排出することができる。所定の時間（たとえば約１０～約３０分）後、パッドを型から取り外し、次いで、約３０℃～約１００℃の範囲内の温度で約６～１２時間硬化させることができる。

本開示は、多数の実施形態を含み得ることが理解されよう。これらの実施形態には、以下の実施形態が含まれるが、これらに限定されない。

第１の実施形態は、熱硬化性ポリウレタン研磨層を備える化学機械研磨パッドを含み得、熱硬化性研磨層は、イソシアネート末端ウレタンプレポリマー；ポリアミン硬化剤；およびシクロヘキサンジメタノール硬化剤を含み、ポリアミン硬化剤およびシクロヘキサンジメタノール硬化剤は、約２０：１～約１：１の範囲内のポリアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比で存在する。

第２の実施形態は、プレポリマーが、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）化合物またはメチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）化合物とポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）またはポリプロピレンエーテルグリコールとの反応生成物である、第１の実施形態を含み得る。

第３の実施形態は、プレポリマーが、７５Ｄプレポリマー、８０Ｄプレポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族プレポリマーである、第１または第２の実施形態を含み得る。

第４の実施形態は、ポリアミン硬化剤が、アニリンジアミン化合物、トルエンジアミン化合物、アミノベンゾエート化合物、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族ジアミン硬化剤である、第１から第３の実施形態のいずれか１つを含み得る。

第５の実施形態は、芳香族ジアミン硬化剤が、４，４－メチレンビス（２クロロアニリン）、ジメチルチオトルエンジアミン、およびそれらの混合物からなる群から選択される、第４の実施形態を含み得る。

第６の実施形態は、ポリアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比が、約７：１～約１．５：１の範囲内である、第１から第５の実施形態のいずれか１つを含み得る。

第７の実施形態は、熱硬化性ポリウレタン研磨層が、表面凹凸を含み、表面凹凸は、約３～約２０の範囲内の２５℃での貯蔵弾性率と７５℃での貯蔵弾性率との比を有する、第１から第６の実施形態のいずれか１つを含み得る。

第８の実施形態は、（ｉ）イソシアネート末端ウレタンプレポリマーが、７５Ｄプレポリマーを含み、（ｉｉ）表面凹凸が、約５００ＭＰａを超える２５℃での貯蔵弾性率（Ｅ’）、および約６０を超える２５℃でのショアＤ硬度を有する、第７の実施形態を含み得る。

第９の実施形態は、表面凹凸が、約１００ＭＰａを超える２５℃での引張靭性を有する、第８の実施形態を含み得る。

第１０の実施形態は、（ｉ）イソシアネート末端ウレタンプレポリマーが、８０Ｄプレポリマーを含み、（ｉｉ）表面凹凸が、約１０００ＭＰａを超える２５℃での貯蔵弾性率（Ｅ’）、および約７０を超える２５℃でのショアＤ硬度を有する、第７の実施形態を含み得る。

第１１の実施形態は、表面凹凸が、約５０ＭＰａを超える２５℃での引張靭性を有する、第１０の実施形態を含み得る。

第１２の実施形態は、熱硬化性ポリウレタン研磨層が約１０～約５０パーセントの範囲内の多孔度を有するように、熱硬化性ポリウレタン研磨層が十分な量の中空ミクロスフェアをさらに含む、第１から第１１の実施形態のいずれか１つを含み得る。

第１３の実施形態は、（ｉ）プレポリマーが、７５Ｄプレポリマー、８０Ｄプレポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族プレポリマーであり、（ｉｉ）ポリアミン硬化剤が、４，４－メチレンビス（２クロロアニリン）、ジメチルチオトルエンジアミン、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族ジアミン硬化剤であり、（ｉｉｉ）ポリアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比が、約１０：１～約１．５：１の範囲内である、第１から第１２の実施形態のいずれか１つを含み得る。

第１４の実施形態は、熱硬化性ポリウレタン研磨層が、サブパッドに接着されている、第１から第１３の実施形態のいずれか１つを含み得る。

第１５の実施形態は、熱硬化性ポリウレタンポリマー研磨層を備えることができ、熱硬化性研磨層は、イソシアネート末端ウレタンプレポリマーと、ポリアミン硬化剤およびシクロヘキサンジメタノール硬化剤を含む硬化剤混合物であって、約５～約５０モルパーセントのシクロヘキサンジメタノール硬化剤を含む硬化剤混合物とを含む。

第１６の実施形態は、プレポリマーが、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）化合物またはメチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）化合物とポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）またはポリプロピレンエーテルグリコールとの反応生成物である、第１５の実施形態を含み得る。

第１７の実施形態は、プレポリマーが、７５Ｄプレポリマー、８０Ｄプレポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族プレポリマーである、第１５または第１６の実施形態を含み得る。

第１８の実施形態は、ポリアミン硬化剤が、アニリンジアミン化合物、トルエンジアミン化合物、アミノベンゾエート化合物、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族ジアミン硬化剤である、第１５から第１７の実施形態のいずれか１つを含み得る。

第１９の実施形態は、芳香族ジアミン硬化剤が、４，４－メチレンビス（２クロロアニリン）、ジメチルチオトルエンジアミン、およびそれらの混合物からなる群から選択される、第１８の実施形態を含み得る。

第２０の実施形態は、硬化剤混合物は、約１０～約４０重量パーセントのシクロヘキサンジメタノール硬化剤を含む、第１５から第１９の実施形態のいずれか１つを含み得る。

第２１の実施形態は、硬化剤混合物が、ポリアミン硬化剤およびシクロヘキサンジメタノール硬化剤からなる、第１５から第２０の実施形態のいずれか１つを含み得る。

第２２の実施形態は、熱硬化性ポリウレタン研磨層が、表面凹凸を含み、表面凹凸が、約３～約２０の範囲内の２５℃での貯蔵弾性率と７５℃での貯蔵弾性率との比を有する、第１５から第２１の実施形態のいずれか１つを含み得る。

第２３の実施形態は、（ｉ）イソシアネート末端ウレタンプレポリマーが、７５Ｄプレポリマーを含み、（ｉｉ）表面凹凸が、約５００ＭＰａを超える２５℃での貯蔵弾性率（Ｅ’）および約６０を超える２５℃でのショアＤ硬度を有する、第２２の実施形態を含み得る。

第２４の実施形態は、表面凹凸が、約１００ＭＰａを超える２５℃での引張靭性を有する、第２３の実施形態を含み得る。

第２５の実施形態は、（ｉ）イソシアネート末端ウレタンプレポリマーが、８０Ｄプレポリマーを含み、（ｉｉ）表面凹凸が、約１０００ＭＰａを超える２５℃での貯蔵弾性率（Ｅ’）および約７０を超える２５℃でのショアＤ硬度を有する、第２２の実施形態を含み得る。

第２６の実施形態は、表面凹凸が、約５０ＭＰａを超える２５℃での引張靭性を有する、第２５の実施形態を含み得る。

第２７の実施形態は、熱硬化性ポリウレタン研磨層が約１０～約５０％の範囲内の多孔度を有するように、熱硬化性ポリウレタン研磨層が十分な量の中空ミクロスフェアをさらに含む、第１５から第２６の実施形態のいずれか１つを含み得る。

第２８の実施形態は、（ｉ）プレポリマーが、７５Ｄプレポリマー、８０Ｄプレポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族プレポリマーであり；（ｉｉ）ポリアミン硬化剤が、４，４－メチレンビス（２クロロアニリン）、ジメチルチオトルエンジアミン、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族ジアミン硬化剤であり；（ｉｉｉ）硬化剤混合物が、約１０～約４０重量パーセントのシクロヘキサンジメタノール硬化剤を含む、第１５から第２７の実施形態のいずれか１つを含み得る。

第２９の実施形態は、熱硬化性ポリウレタン研磨層が、サブパッドに接着されている、第１５から第２８の実施形態のいずれか１つを含み得る。

第３０の実施形態は、熱硬化性研磨パッドを製造するための方法を含み得、この方法は、（ａ）イソシアネート末端ウレタンプレポリマー、ポリアミン硬化剤；およびシクロヘキサンジメタノール硬化剤を混合して（ジアミン硬化剤およびシクロヘキサンジメタノール硬化剤は、約２０：１～約１：１の範囲のジアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比で存在する）、混合物を得ることと；（ｂ）型内で混合物を加熱して、事前に硬化したパッドを得ることと；（ｃ）事前に硬化したパッドを硬化させて研磨パッドを得ることとを含む。

第３１の実施形態は、（ｄ）研磨パッドを機械加工して成形スキンを除去し、所望の厚さを有する研磨パッドを得ることをさらに含む、第３０の実施形態を含み得る。

第３２の実施形態は、（ｅ）研磨パッドをサブパッドに接着して、多層研磨パッドを得ることをさらに含む、第３１の実施形態を含み得る。

第３３の実施形態は、（ｉ）プレポリマーが、７５Ｄプレポリマー、８０Ｄプレポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族プレポリマーであり；（ｉｉ）ポリアミン硬化剤が、４，４－メチレンビス（２クロロアニリン）、ジメチルチオトルエンジアミン、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族ジアミン硬化剤であり；（ｉｉｉ）ポリアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比が、約１０：１～約１．５：１の範囲内である、第３０から第３２の実施形態のいずれか１つを含み得る。

第３４の実施形態は、半導体基板を化学機械研磨する方法を含み得、この方法は、（ａ）基板を研磨パッドおよび研磨組成物と接触させることであって、研磨パッドは、第１から第２９の実施形態のいずれか１つから選択され得る、接触させることと、（ｂ）研磨パッドを基板と相対的に移動させることと；（ｃ）基板を研摩して、基板から層の一部を除去し、それによって基板を研磨することとを含む。

第３５の実施形態は、（ｉ）プレポリマーが、７５Ｄプレポリマー、８０Ｄプレポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族プレポリマーであり；（ｉｉ）ポリアミン硬化剤が、４，４－メチレンビス（２クロロアニリン）、ジメチルチオトルエンジアミン、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族ジアミン硬化剤であり；（ｉｉｉ）ポリアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比が、約１０：１～約１．５：１の範囲内である、第３４の実施形態を含み得る。

以下の実施例は、本発明をさらに説明するが、当然ながら、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

実施例１
機械的特性に対するＣＨＤＭの効果を評価するために、いくつかの非多孔質研磨パッドクーポンを調製した（以下の実施例２～４でより詳細に説明される）。クーポンは、プレポリマー、ジアミン硬化剤、および任意選択のジオール硬化剤を混合することによって調製した。混合物を９インチ四方の予熱されたモールドベースに注ぎ、そこで２６０°Ｆで１０分間圧縮成形した。次いで、事前に硬化したパッドクーポンを型から外し、通気オーブンで２００°Ｆの温度で１２時間硬化させた。次いで、クーポンを機械的試験用の試料に切断した。

表１Ａに、さまざまなプレポリマー／ジアミン硬化剤／ジオール組成物を含む１１の実験用パッドクーポン１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｉ、１Ｊ、および１Ｋを示す。表１Ａの各組成物は、Ｉｍｕｔｈａｎｅ（登録商標）ＰＥＴ－７５Ｄプレポリマーおよびジメチルチオトルエンジアミン硬化剤を含んでいた。組成物は重量部として列挙されており、各組成物は１００重量部のプレポリマーに正規化されている。たとえば、パッドクーポン１Ｂは、１００重量部のＩｍｕｔｈａｎｅ（登録商標）ＰＥＴ－７５Ｄ、１８．７重量部のジメチルチオトルエンジアミン、および２．２重量部のＣＨＤＭを含んでいた。

実験用クーポン１Ａは、ジオール硬化剤を含まないという点で比較対象であった。実験用パッド１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｉ、１Ｊ、および１Ｋは、ＣＨＤＭ（１Ｂおよび１Ｃ）、２－メチル－１，３プロパンジオール（ＰＤＯ）（１Ｄおよび１Ｅ）、１，４ブタンジオール（ＢＤＯ）（１Ｆおよび１Ｇ）、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）（１Ｈおよび１Ｉ）、ならびに１，６ヘキサンジオール（ＨＤＯ）（１Ｊおよび１Ｋ）を含む様々なジオール硬化剤を含んでいた。実験用パッドクーポンは、約５．５対１（１Ｂ、１Ｄ、１Ｆ、１Ｈ、および１Ｊ）ならびに約２．３対１（１Ｃ、１Ｅ、１Ｇ、１Ｉ、および１Ｋ）のジアミンとジオールとのモル比を含んでいた。

表１Ｂは、Ａｎｄｕｒ（登録商標）８０ＤＰＬＦプレポリマー、ジメチルチオトルエンジアミン硬化剤、および任意選択のＣＨＤＭ硬化剤（上記のように重量部で列挙）を含む４つの追加のパッドクーポン１Ｌ、１Ｍ、１Ｎ、および１Ｏを示す。実験用クーポン１Ｌは、ＣＨＤＭ硬化剤を含まないという点で比較対象であった。実験用パッドクーポン１Ｍ、１Ｎ、および１Ｏは、約５．５対１（１Ｍ）、約２．３対１（１Ｎ）、および約１．２対１（１Ｏ）のジアミンとＣＨＤＭとのモル比を含んでいた。

表１Ｃは、Ｉｍｕｔｈａｎｅ（登録商標）ＰＥＴ－７５ＤおよびＡｎｄｕｒ（登録商標）８０ＤＰＬＦプレポリマーの５０／５０混合物、ジメチルチオトルエンジアミン硬化剤、ならびに任意選択のＣＨＤＭ硬化剤（上記のように重量部で列挙）を含む３つの追加のパッドクーポン１Ｐ、１Ｑ、および１Ｒを示す。実験用クーポン１Ｐは、ＣＨＤＭ硬化剤を含まないという点で比較対象であった。実験用パッドクーポン１Ｑおよび１Ｒは、約９対１（１Ｑ）および約４対１（１Ｒ）のジアミンとＣＨＤＭとのモル比を含んでいた。

実施例２
この実施例では、実施例１に開示されたパッドクーポンのそれぞれのショアＤ硬度および密度を測定した。ショアＤ硬度は、ＡＳＴＭ２２４０およびＩＳＯ８６８に規定されている手順に従って、標準のデュロメータ硬度試験を使用して２５℃で測定した。密度は、Ｍｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏ ＰｙｃｎｏｍｅｔｅｒモデルＡＧ２８５またはＸＳ２０５を使用して測定した。試料を直径１インチの円に切断した。試料は湿式ピクノメータでイソプロピルアルコールを置換し、見かけ密度は重量分析法で測定した。表２Ａ、２Ｂ、および２Ｃは、上記の表１Ａ、１Ｂ、および１Ｃに列挙されたパッドクーポンのそれぞれのショアＤ硬度値および密度値を列挙している。

表２Ａ～２Ｃで容易に明らかであるように、ブレンドされたジアミンジオール硬化剤の使用は、パッドクーポンの硬度を低下させ、硬度の低下は、ジオール濃度の増加とともに増加した。硬度の低下は、ジオール組成に大きく依存しなかった。８０Ｄプレポリマーを使用したパッドクーポンは、７５Ｄプレポリマーのみを使用したパッドクーポンよりも硬質であることが観察された。パッドクーポンの見かけ密度は、ジオール組成に本質的に影響されなかった。

実施例３
実施例１に開示されたパッドクーポンのそれぞれについて、貯蔵弾性率（Ｅ’）を動的機械分析（ＤＭＡ）を使用して温度の関数として測定した。硬化したパッドクーポン試料を６ｍｍ×３０ｍｍの長方形の試験片に切断し、引張クランプに取り付けた。各試料の物理的寸法を、上記のＤＭＡ試験の前にマイクロメータを使用して測定した。測定された寸法を、試料を試験チャンバに取り付ける前にＤＭＡソフトウェアに入力した。ＤＭＡ測定は、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＱ８００ ＤＭＡ測定ツールを使用して行った。ＤＭＡ測定は、ＡＳＴＭ Ｄ４０６５に従って行った。簡単に説明すると、ＤＭＡ試験は、標準の多周波数制御ひずみ引張モードを使用して行い、周波数は１Ｈｚ、振幅は３０ミクロン、温度上昇率は－５０～１８０℃で毎分５℃、空気の流れのある乾燥した状態下であった。

ＡＳＴＭ Ｄ４０６５に開示されているように、曲げ、引張、圧縮、３点屈曲、ねじり、シングルカンチレバー、デュアルカンチレバー、せん断変形を含む、ＤＭＡ測定を行うための多数の試料構成および振動変形モードがあることは、当業者には容易に理解される。これらの振動変形モードのいずれか１つを選択することに関連して、特定の長所および短所があり得ることが理解されよう。使用の容易さおよび試験結果の良好な再現性に部分的に基づいて、本明細書に開示されるＤＭＡ測定は、上記のように振動引張変形を利用した。

表３Ａ、３Ｂ、および３Ｃは、それぞれ表１Ａ、１Ｂ、および１Ｃに開示されているパッドクーポン試料のそれぞれについて、Ｅ’（２５）およびＥ’（７５）と呼ばれる２５℃および７５℃で測定された貯蔵弾性率の値、ならびに対応する貯蔵弾性率比Ｅ’（２５）／Ｅ’（７５）を列挙している。

表３Ａに記載されたデータから、ジオール硬化剤の添加がパッドクーポンの貯蔵弾性率を減少させ、貯蔵弾性率比を増加させたことは容易に明らかである。ＣＨＤＭを含むパッドクーポンは、２５℃で最高の貯蔵弾性率および最高の貯蔵弾性率比を有することが観察された。表３Ｂおよび３Ｃに記載されたデータから容易に明らかなように、８０Ｄプレポリマーを使用するパッドは、７５Ｄプレポリマーのみを使用するパッドよりも著しく高い貯蔵弾性率および低い貯蔵弾性率比を有する。

図１Ａ、１Ｂおよび２Ａ、２Ｂは、パッドクーポン１Ａ、１Ｂ、および１Ｃならびにパッドクーポン１Ｌ、１Ｍ、１Ｎ、および１Ｏについての貯蔵弾性率およびｔａｎδ対温度のＤＭＡプロットを示す。図１Ａ、１Ｂおよび２Ａ、２ＢのＤＭＡプロットから、ＣＨＤＭとジアミン硬化剤とのモル比を増加させると、高い研磨温度での軟化によりＥ’比が増加し、最大ｔａｎδ値の温度が低下することが容易に明らかである。ＣＨＤＭを含む上記の硬化剤ブレンドの使用は、高い研磨温度（たとえば約６０～約９０℃の範囲内）で軟化する硬質および剛性の熱硬化性研磨パッドをもたらすことが観察された。使用中（たとえばＣＭＰ操作中）では、バルクパッドは適切に硬質および剛性であり、良好な平坦化効率を促進し得、一方表面凹凸は研磨温度で軟化し、したがって低い欠陥率を促進し得る。

実施例４
引張靭性および破断点伸びを、上記の実施例１に記載のパッドクーポン１Ａ、１Ｂ、１Ｌ、１Ｍ、および１Ｎについて決定した。パッドクーポン試料は、上記の実施例１および３に記載されているように調製した。各試料を、Ｉｎｓｔｒｏｎ４４１１引張強度試験機に取り付けた。測定は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８－９８に従って、室温で１００ポンドのロードセルおよび０．２インチ／分のクロスヘッド速度を使用して行った。

表４は、上記のパッドクーポンの引張靭性および破断点伸びの測定値を列挙している。

表４に示されているデータから容易に明らかなように、ＣＨＤＭ硬化剤の添加により、引張靭性および破断点伸びの両方が増加した。靭性を高め、脆性を低減する（破断点伸びを増加させる）ことにより、ＣＨＤＭ硬化剤を使用するある特定の実施形態は、改善されたコンディショニング性および改善されたパッド寿命を示し得る。

実施例５
ＣＭＰ試験用の多数の研磨パッドを作製した。パッドはそれぞれ、対応する市販のプレポリマー、ジメチルチオトルエンジアミン硬化剤、任意選択のジオール硬化剤、およびＥｘｐａｎｃｅｌ（登録商標）４６１ＤＥ２０細孔充填剤（ミクロスフェア）を使用して製造した。任意選択のジオール硬化剤は、ＣＨＤＭまたは２－メチル－１，３プロパンジオール（ＰＤＯ）を含んでいた。プレポリマーを最初に細孔充填剤と混合して、均一な分布を達成した。次いで、ジメチルチオトルエンジアミン硬化剤および任意選択のジオール硬化剤を、プレポリマー／充填剤ブレンドと混合した。合わせた混合物を直径３０インチの型の底に分注した。混合物を２６０°Ｆの温度で１０分間型内に維持した。次いで、事前に硬化したパッドを型から外し、通気オーブンで２００°Ｆの温度で１２時間硬化させた。パッドの組成は重量部として列挙され、各組成物は１００重量部のプレポリマーに正規化されている。

成形直後のパッドは、米国特許第９，１８０，５７０号の図１６に示されるように、１６のセクターを含み、各セクターが１８の主溝を含む成形溝パターンを有していた。硬化後、パッドを表面仕上げして０．００３～０．０１０インチのモールドスキンを除去し、コンピューター数値制御（ＣＮＣ）機械加工を使用して、裏面から０．０６５インチの最終的な厚さまで薄くした。次いで、これらのトップパッド（研磨層）をサブパッドおよびプラテン接着剤でラミネートした。次いで、パッドはＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ（登録商標）研磨ツールで研磨する準備ができたか、またはＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｍｉｒｒａ（登録商標）研磨ツール用に２０インチの最終直径まで切断した。

表５は、任意選択のジオール硬化剤を含まない４つの対照パッド５Ａ、５Ｂ、５Ｇ、および５Ｊ、ならびにジオール硬化剤を含む８つの実験用パッド５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ、５Ｈ、５Ｉ、５Ｋ、および５Ｌを列挙している。実験用パッド５Ｃ～５Ｆ、５Ｈ、５Ｋおよび５Ｌは、ＰＥＴ７５Ｄプレポリマー配合物については約２．３：１～約５．７：１の範囲のポリアミン硬化剤対ＣＨＤＭ硬化剤モル比、８０ＤＰＬＦプレポリマー配合物については約２．３：１のモル比、ならびに混合ＰＥＴ７５Ｄ／８０ＤＰＬＦプレポリマー配合物については約４：１および約９：１のモル比を含む本発明のパッドである。表５に、原材料の混合比を対照パッドおよび実験用パッドの重量部で示すが、各パッドは１００重量部のプレポリマーに正規化されている。

実施例６
研磨パッド５Ｂおよび５Ｃ（実施例５から）を、ブランケット酸化ケイ素（ＴＥＯＳ）ウェハが研磨されるＣＭＰ実験で評価した。ＫＣ Ｔｅｃｈから入手可能な市販の２液型スラリーＡＣＳ９４０／ＡＣＣ２６０を使用し、Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ（登録商標）ＣＭＰツール（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能）を使用してパッドを評価した。３．５ｐｓｉのダウンフォース、５０ｒｐｍのプラテン速度、４７ｒｐｍのヘッド速度、およびＡＣＳ９４０の場合は１４０ｍｌ／分、ＡＣＣ２６０の場合は１６０ｍｌ／分のスラリー流量でウェハを研磨した。５ポンドのダウンフォースでＳａｅｓｏｌ（登録商標）ＬＰＸ－ＤＳ２コンディショナーを１２秒間使用して、研磨パッドを各ウェハ間でエクスサイチュでコンディショニングした。合計４０枚のＴＥＯＳウェハを研磨した。各ウェハを１分間研磨し、ＴＥＯＳの総除去量をÅ／分の単位の研磨速度に変換した。また、ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ（商標）Ｓｕｒｆｓｃａｎ（登録商標）ＳＰ２欠陥および表面品質検査システムを使用して、２ｍｍのウェハエッジ除外および１１０ｎｍのカットオフで、研磨されたウェハをスクラッチについても評価した。表６は、パッドのそれぞれで達成された平均研磨速度、ならびに各パッドで観察された欠陥の平均数および最大数を示している。

表６に示されている研磨データから容易に明らかなように、ＣＨＤＭを含むパッド５Ｃは、優れたＴＥＯＳ除去速度および欠陥（スクラッチ）の大幅な低減を示した。

実施例７
パッド５Ａおよび５Ｃ（実施例５から）を、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）ＣＭＰ実験で評価した。スラリーＤ７８０５Ａ／Ｂ（Ｃａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）を使用するＲｅｆｌｅｘｉｏｎ（登録商標）ＣＭＰツールを使用してパッドを評価したが、このツールでは、まず１部のＡパックを６部の脱イオン水と合わせ、次いで３部のＢパックと合わせた。ブランケット酸化ケイ素ウェハおよびＳｉｌｙｂ ＳＴＩパターンウェハを、２．０ｐｓｉのダウンフォース、９３ｒｐｍのプラテン速度、８７ｒｐｍのヘッド速度、および２５０ｍｌ／分のスラリー流量で研磨した。研磨パッドは、６ポンドのダウンフォースでＳａｅｓｏｌ（登録商標）ＤＳ８０５１コンディショナーを使用してインサイチュでコンディショニングした。パターン化されたウェハを、エンドポイント＋１００パーセント過剰研磨時間まで研磨した。ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ（商標）Ｓｕｒｆｓｃａｎ（登録商標）ＳＰ３欠陥および表面品質検査システムを使用し、２ｍｍのウェハエッジ除外および７０ｎｍのカットオフを使用して、５枚の酸化ケイ素ウェハを欠陥について評価した。５０×５０μｍＬ／Ｓ（５０％密度）で原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用して、ディッシングを評価した。表７は、除去速度、ディッシング、および欠陥数を列挙している。

表７に示されるデータから容易に明らかなように、ＣＨＤＭを含むパッド５Ｃは、同様の除去速度を達成しながらより少ない欠陥数によって証明されるように、ディッシングの減少による証拠として著しく改善された平面性および大幅に改善された欠陥率（減少した欠陥）を示す。

実施例８
パッド５Ａ、５Ｂ、および５Ｃ（実施例５から）を、タングステンＣＭＰ実験で評価した。Ｍｉｒｒａ（登録商標）ＣＭＰツール（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能）およびＣａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＷ８９００タングステンＣＭＰスラリーを使用して、Ｓｉｌｙｂ ８５４ ２ｋタングステンウェハを研磨することによってパッドを評価した。スラリーを５部の脱イオン水および過酸化水素で１部のＷ８９００スラリーに希釈した。過酸化水素の使用時点濃度は２％であった。２．０ｐｓｉのダウンフォース、１１５ｒｐｍのプラテン速度、１２１ｒｐｍのヘッド速度、および９０ｍｌ／分のスラリー流量で、ウェハをエンドポイント＋３０％過剰研磨時間まで研磨した。６ポンドのダウンフォースでＳａｅｓｏｌ（登録商標）Ｃ１コンディショナーを１２秒間使用して、研磨パッドを各ウェハ間でエクスサイチュでコンディショニングした。タングステンパターンの除去速度およびステップ高さ（浸食およびディッシング）を、５０％のパターン密度を有する１×１μｍのラインフィーチャで評価した。

表８に示される結果に基づいて、ＣＨＤＭを含むパッド５Ｃは、改善されたタングステン研磨速度および改善された平面性（本質的にゼロのステップ高さ）を示す。

実施例９
実験用パッドにおけるＣＨＤＭレベルの影響をさらに評価するために、パッド５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、および５Ｆ（実施例５から）をタングステンＣＭＰ実験で評価した。実施例８と同様に、Ｍｉｒｒａ（登録商標）ＣＭＰツール（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能）およびＣａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＷ８９００タングステンＣＭＰスラリーを使用して、Ｓｉｌｙｂ ８５４ ２ｋタングステンウェハを研磨することによってパッドを評価した。スラリーを５部の脱イオン水および過酸化水素で１部のＷ８９００スラリーに希釈した。過酸化水素の使用時点濃度は２％あった。２．０ｐｓｉのダウンフォース、１１５ｒｐｍのプラテン速度、および１２１ｒｐｍのヘッド速度、９０ｍｌ／分のスラリー流量で、ウェハをエンドポイント＋３０％過剰研磨時間まで研磨した。６ポンドのダウンフォースでＳａｅｓｏｌ（登録商標）Ｃ１コンディショナーを１２秒間使用して、研磨パッドを各ウェハ間でエクスサイチュでコンディショニングした。

タングステンパターンの除去速度およびステップ高さ（浸食およびディッシング）を、５０％の密度の１×１μｍラインフィーチャで評価し、表９に報告する。硬化剤モル比は、ブレンドされた硬化剤（硬化剤混合物）中のポリアミン（ジメチルチオトルエンジアミン）とＣＨＤＭとのモル比を指す。

表９に示されるデータから明らかなように、硬化剤モル比が５．７対１のパッドは、硬化剤比が２．３：１のパッドと比較して、ステップ高さが低いことから明らかなように、大幅に改善された平面性を示す。Ｗパターン除去速度は、硬化剤比に依存することは観察されなかった。

実施例１０
パッド５Ａ、５Ｇ、５Ｈ、および５Ｉを、３Ｄ ＮＡＮＤ階段型ＣＭＰ実験で評価した。Ｍｉｒｒａ（登録商標）ＣＭＰツールおよびＣａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なスラリーＤ７４００を使用して、Ｓｉｌｙｂ ３Ｄ ＮＡＮＤパターンウェハを研磨することによってパッドを評価した。スラリーを６部の脱イオン水で１部のＤ７４００スラリーに希釈した。３．０ｐｓｉのダウンフォース、１００ｒｐｍのプラテン速度、および８５ｒｐｍのヘッド速度、１５０ｍｌ／分のスラリー流量で、ウェハを３０秒間、６０秒間、および９０秒間研磨した。６ポンドのダウンフォースでＳａｅｓｏｌ（登録商標）ＤＳ８０５１コンディショナーを使用して、研磨パッドをインサイチュでコンディショニングした。両側に２ｍｍのトレンド幅を有する１０×５ｍｍのフィーチャでウェハトポグラフィを評価した。表１０は、０Å、１０００Å、および２０００Åのステップ高さでの相対的なトレンチ損失（ジオール硬化剤を含まないパッド５Ａと比較して）を示す。

図３は、パッド５Ａ、５Ｇ、および５Ｈの中央および中間ダイ位置のステップ高さ対トレンチ損失のプロットを示している。図３および表１０に示されるデータから明らかなように、ＣＨＤＭ硬化剤を含む研磨パッド５Ｈは、３Ｄ ＮＡＮＤ階段型実験におけるトレンチ損失に関して優れた平坦化効率を提供した。

実施例１１
パッド５Ａ、５Ｊ、および５Ｋ（実施例５から）を、タングステンＣＭＰ実験で評価した。Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ（登録商標）ＣＭＰツール（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能）およびＷ８９００タングステンＣＭＰスラリー（Ｃａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）を使用して、７５４ ＴＥＯＳ－Ｗ ５ｋＡパターンウェハ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．から入手可能）を研磨することによってパッドを評価した。スラリーを５部の脱イオン水および過酸化水素で１部のＷ８９００スラリーに希釈した。過酸化水素の使用時点濃度は２％であった。３．０ｐｓｉのダウンフォース、８０ｒｐｍのプラテン速度、８１ｒｐｍのヘッド速度、および１００ｍｌ／分のスラリー流量で、ウェハをエンドポイント＋１５秒過剰研磨まで研磨した。８ポンドのダウンフォースで３Ｍ Ａ１２２コンディショナーを２４秒間使用して、研磨パッドを各ウェハ間でエクスサイチュでコンディショニングした。

６０秒の研磨時間後にウェハを評価して、１回目通過のタングステンパターン除去速度を得た。実験の完了後、２回目の通過のタングステン除去速度を得た。ブランケットＴｉＮウェハも同一条件で研磨し、ブランケットＴｉＮ除去速度を得た。酸化物の浸食およびディッシングを、５０％のパターン密度を有する１×１μｍのラインフィーチャで評価した。１回目および２回目の通過のタングステンパターン除去速度、酸化物浸食、ディッシング、酸化物損失、およびブランケットＴｉＮ除去速度を、以下の表１１に示す。

表１１に示される結果に基づいて、ＣＨＤＭを含むパッド５Ｋは、パッド５Ａよりも優れた１回目の通過のタングステン除去速度、およびパッド５Ｊとほぼ同等のタングステン除去速度を示す一方で、酸化物浸食の大幅な改善を提供する（パッド５Ｊと比較して３５％削減）。

実施例１２
パッド５Ａ、５Ｊ、５Ｋ、および５Ｌ（実施例５から）を、タングステンＣＭＰ実験で評価した。Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ（登録商標）ＣＭＰツール（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能）およびＷ８９０２タングステンＣＭＰスラリー（Ｃａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）を使用して、７５４ ＴＥＯＳ－Ｗ ５ｋＡパターンウェハ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．から入手可能）を研磨することによってパッドを評価した。スラリーを５部の脱イオン水および過酸化水素で１部のＷ８９０２スラリーに希釈した。過酸化水素の使用時点濃度は５％であった。３．０ｐｓｉのダウンフォース、１００ｒｐｍのプラテン速度、１０１ｒｐｍのヘッド速度、および２５０ｍｌ／分のスラリー流量で、ウェハをエンドポイント＋３０％過剰研磨まで研磨した。４．５ポンドのダウンフォースでＳｈｉｎｈａｎ Ａ３７コンディショナーを研磨時間の１００％の間使用して、研磨パッドをインサイチュでコンディショニングした。

タングステンパターンの除去速度、酸化物の浸食、およびディッシングを、５０％の密度の１×１μｍラインフィーチャで評価し、表１２に報告する。フィールド酸化物除去速度も表１２に報告する。

表１２に示されるデータから明らかなように、パッド５Ｋおよび５Ｌは、パッド５Ａと比較して大幅に改善されたＷ除去速度、およびパッド５Ｊと比較してほぼ同等のＷ除去速度を有する。パッド５Ｋおよび５Ｌ（ＣＨＤＭ硬化剤を含む）は、さらに酸化物浸食の大幅な改善を示す（７０％超の削減）。

本発明の研磨パッドは、任意選択で、パッドの研磨面を横切るスラリーなどの研磨組成物の横方向の輸送を容易にする溝、チャネル、および／または穿孔を含む研磨面を有し得ることが理解されよう。そのような溝、チャネル、または穿孔は、たとえば、傾斜溝、放射状溝、同心溝、らせん状もしくは円形溝、および／またはＸＹクロスハッチ溝を含む、実質的に任意の好適なパターンであり得、接続性において連続的または非連続的であり得る。そのような任意選択の溝、チャネル、および／または穿孔は、実質的に任意の好適な深さ、幅、およびピッチをさらに有し得る。さらに、研磨パッドは、たとえば、米国特許第９，１８０，５７０号に開示されているように、２つ以上の異なる溝パターンを有し得る。

本発明の研磨パッドは、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置と併せて使用するのに特に好適である。典型的には、装置は、使用中に動いており、環状、線形、または円運動から生じる速度を有するプラテンを含む。開示された研磨パッドは、それらがプラテンと共に移動するようにプラテンに接着するように構成され得る。装置は、一般に、研磨パッドの表面に接触してそれと相対的に移動することによって研磨されるウェハなどのワークピースを保持するキャリアをさらに含む。ワークピースの研磨は、典型的には研磨組成物を介在させてワークピースを研磨パッドと接触させて配置し、研磨パッドとワークピースとの間に相対運動を生成することによって行われ、その結果ワークピースの少なくとも一部が研摩され、それによってワークピースが研磨される。研磨組成物は、液体担体（たとえば水性担体）および任意選択の研摩剤を含み得る。研磨されるワークピースの種類に応じて、研磨組成物は、任意選択で、１種以上の酸化剤、有機酸、錯化剤、ｐＨ緩衝剤、界面活性剤、腐食防止剤、消泡剤、殺生物剤などをさらに含み得る。ＣＭＰ装置は、任意の適切なＣＭＰ装置であり得、その多くは当技術分野で知られている。

一般的なＣＭＰ装置は、インサイチュ研磨エンドポイント検出システムを含み、その多くは当技術分野で知られている。ワークピースの表面から反射された光または他の放射線を分析することにより研磨プロセスを検査および監視する技術は、当技術分野で知られており、商業的ＣＭＰ操作において一般的に使用されている。例示的な方法およびシステムは、米国特許第５，１９６，３５３号、米国特許第５，４３３，６５１号、米国特許第５，６０９，５１１号、米国特許第５，６４３，０４６号、米国特許第５，６５８，１８３号、米国特許第５，７３０，６４２号、米国特許第５，８３８，４４７号、米国特許第５，８７２，６３３号、米国特許第５，８９３，７９６号、米国特許第５，９４９，９２７号、および米国特許第５，９６４，６４３号に開示されている。したがって、本発明の研磨パッドは、そのようなエンドポイント検出を容易にするために、その中に形成された１つ以上の透明な窓または開口を任意選択で含み得る。

本発明の研磨パッドは、単独で使用することができ、または任意選択で、多層積層研磨パッドの研磨層として使用することができる。たとえば、開示された研磨パッドは、実質的に任意の適切なサブパッドと組み合わせて使用することができる。サブパッドの例は、ポリウレタンフォームサブパッド（たとえばＲｏｇｅｒｓ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＰＯＲＯＮ（登録商標）フォームサブパッド）、含浸フェルトサブパッド、微多孔ポリウレタンサブパッド、または焼結ウレタンサブパッドを含む。サブパッドは、開示された研磨パッドよりも軟質であっても硬質であってもよく、したがって、多かれ少なかれ圧縮可能であり、開示された研磨パッドよりも低いまたは高いショアＤ硬度値を有し得る。サブパッドは、任意選択で溝、チャネル、中空セクション、窓、開口などを含んでもよい。開示されたパッドがサブパッドと共に使用される場合、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどの中間裏打ち層が研磨パッドとサブパッドとの間に配置され得る。開示された実施形態は、サブパッドの使用または使用時のサブパッドの特性に限定されない。

開示された研磨パッドは、多くのタイプのワークピース（たとえば基板またはウェハ）およびワークピース材料の研磨に使用するのに好適であり得る。たとえば、開示されたパッドは、メモリ記憶デバイス、半導体基板、およびガラス基板を含むワークピースを研磨するために使用され得る。研磨パッドを用いた研磨に好適なワークピースは、メモリもしくはリジッドディスク、磁気ヘッド、ＭＥＭＳデバイス、半導体ウェハ、電界放出ディスプレイ、およびその他のマイクロ電子基板、特に絶縁層（たとえば二酸化ケイ素、窒化ケイ素、もしくは低誘電材料）を含むマイクロ電子基板、および／または金属含有層（たとえば銅、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）を含む。開示される実施形態は、研磨されるワークピースに関して限定されない。

ポリアミン硬化剤およびＣＨＤＭ硬化剤を使用する研磨パッドおよびそれらのある特定の利点が詳細に記載されているが、添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更、置換および交替を本明細書において行うことができることを理解されたい。

当業者は、市販のプレポリマーが一般に硬度スケール（一般に対応するポリウレタン反応生成物の硬度と相関する）を使用して分類されることを容易に理解するであろう。たとえば、Ｉｍｕｔｈａｎｅ（登録商標）ＰＥＴ－７０ＤおよびＰＨＰ－７０Ｄ、Ａｄｉｐｒｅｎｅ（登録商標）ＬＦ７００Ｄ、Ａｎｄｕｒ（登録商標）７０ＤＰおよび７０ＤＰＬＦは、７０Ｄプレポリマーと呼ばれる場合があるが、これはショアＤ硬度スケールで７０の対応する硬度を示す。同様に、Ｉｍｕｔｈａｎｅ（登録商標）ＰＥＴ－７５Ｄ、ＰＨＰ－７５Ｄ、およびＰＰＴ－７５Ｄ、Ａｄｉｐｒｅｎｅ（登録商標）ＬＦ７５０Ｄ、ＬＦ７５１Ｄ、およびＬＦ７５３Ｄ、Ａｎｄｕｒ（登録商標）７５ＤＧＰ－２、７５ＤＰＬＦ、７５００ＤＰ、および７５０１ＤＰ、およびＤＥＳＭＯＤＵＲ（登録商標）ＬＵ－Ｔ７５Ｄは、７５Ｄプレポリマーと呼ばれる場合があるが、これは、ショアＤ硬度スケールで７５の対応する硬度を示す。また、Ｉｍｕｔｈａｎｅ（登録商標）ＰＨＰ－８０ＤおよびＡｎｄｕｒ（登録商標）８０ＤＰＬＦは、８０Ｄプレポリマーと呼ばれる場合があるが、これは、ショアＤ硬度スケールで８０の対応する硬度を示す。

Claims (35)

1. 熱硬化性ポリウレタン研磨層を備える化学機械研磨パッドであって、前記熱硬化性研磨層は、
   イソシアネート末端ウレタンプレポリマー；
   ポリアミン硬化剤；および
   シクロヘキサンジメタノール硬化剤；
   を含み、前記ポリアミン硬化剤および前記シクロヘキサンジメタノール硬化剤は、約２０：１～約１：１の範囲内のポリアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比で存在する、化学機械研磨パッド。
2. 前記プレポリマーが、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）化合物またはメチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）化合物とポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）またはポリプロピレンエーテルグリコールとの反応生成物である、請求項１に記載の研磨パッド。
3. 前記プレポリマーが、７５Ｄプレポリマー、８０Ｄプレポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族プレポリマーである、請求項１に記載の研磨パッド。
4. 前記ポリアミン硬化剤が、アニリンジアミン化合物、トルエンジアミン化合物、アミノベンゾエート化合物、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族ジアミン硬化剤である、請求項１に記載の研磨パッド。
5. 前記芳香族ジアミン硬化剤が、４，４－メチレンビス（２クロロアニリン）、ジメチルチオトルエンジアミン、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項４に記載の研磨パッド。
6. ポリアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比が、約１０：１～約１．５：１の範囲内である、請求項１に記載の研磨パッド。
7. 前記熱硬化性ポリウレタン研磨層が、表面凹凸を含み、前記表面凹凸は、約３～約２０の範囲内の２５℃での貯蔵弾性率と７５℃での貯蔵弾性率との比を有する、請求項１に記載の研磨パッド。
8. 前記イソシアネート末端ウレタンプレポリマーが、７５Ｄプレポリマーを含み；
   前記表面凹凸が、約５００ＭＰａを超える２５℃での貯蔵弾性率（Ｅ’）、および約６０を超える２５℃でのショアＤ硬度を有する、請求項７に記載の研磨パッド。
9. 前記表面凹凸が、約１００ＭＰａを超える２５℃での引張強度を有する、請求項８に記載の研磨パッド。
10. 前記イソシアネート末端ウレタンプレポリマーが、８０Ｄプレポリマーを含み；
    前記表面凹凸が、約１０００ＭＰａを超える２５℃での貯蔵弾性率（Ｅ’）、および約７０を超える２５℃でのショアＤ硬度を有する、請求項７に記載の研磨パッド。
11. 前記表面凹凸が、約５０ＭＰａを超える２５℃での引張強度を有する、請求項１０に記載の研磨パッド。
12. 前記熱硬化性ポリウレタン研磨層が約１０～約５０パーセントの範囲内の多孔度を有するように、前記熱硬化性ポリウレタン研磨層が十分な量の中空ミクロスフェアをさらに含む、請求項１に記載の研磨パッド。
13. 前記プレポリマーが、７５Ｄプレポリマー、８０Ｄプレポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族プレポリマーであり；
    前記ポリアミン硬化剤が、４，４－メチレンビス（２クロロアニリン）、ジメチルチオトルエンジアミン、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族ジアミン硬化剤であり；
    ポリアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比が、約１０：１～約１．５：１の範囲内である、請求項１に記載の研磨パッド。
14. 前記熱硬化性ポリウレタン研磨層が、サブパッドに接着されている、請求項１に記載の研磨パッド。
15. 熱硬化性ポリウレタンポリマー研磨層を備える化学機械研磨パッドであって、前記熱硬化性研磨層は、
    イソシアネート末端ウレタンプレポリマーと；
    ポリアミン硬化剤およびシクロヘキサンジメタノール硬化剤を含む硬化剤混合物であって、約５～約５０モルパーセントのシクロヘキサンジメタノール硬化剤を含む硬化剤混合物とを含む、化学機械研磨パッド。
16. 前記プレポリマーが、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）化合物またはメチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）化合物とポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）またはポリプロピレンエーテルグリコールとの反応生成物である、請求項１５に記載の研磨パッド。
17. 前記プレポリマーが、７５Ｄプレポリマー、８０Ｄプレポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族プレポリマーである、請求項１５に記載の研磨パッド。
18. 前記ポリアミン硬化剤が、アニリンジアミン化合物、トルエンジアミン化合物、アミノベンゾエート化合物、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族ジアミン硬化剤である、請求項１５に記載の研磨パッド。
19. 前記芳香族ジアミン硬化剤が、４，４－メチレンビス（２クロロアニリン）、ジメチルチオトルエンジアミン、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１８に記載の研磨パッド。
20. 前記硬化剤混合物が、約１０～約４０重量パーセントのシクロヘキサンジメタノール硬化剤を含む、請求項１５に記載の研磨パッド。
21. 前記硬化剤混合物が、前記ポリアミン硬化剤および前記シクロヘキサンジメタノール硬化剤からなる、請求項１５に記載の研磨パッド。
22. 前記熱硬化性ポリウレタン研磨層が、表面凹凸を含み、前記表面凹凸が、約３～約２０の範囲内の２５℃での貯蔵弾性率と７５℃での貯蔵弾性率との比を有する、請求項１５に記載の研磨パッド。
23. 前記イソシアネート末端ウレタンプレポリマーが、７５Ｄプレポリマーを含み；
    前記表面凹凸が、約５００ＭＰａを超える２５℃での貯蔵弾性率（Ｅ’）および約６０を超える２５℃でのショアＤ硬度を有する、請求項２２に記載の研磨パッド。
24. 前記表面凹凸が、約１００ＭＰａを超える２５℃での引張強度を有する、請求項２３に記載の研磨パッド。
25. 前記イソシアネート末端ウレタンプレポリマーが、８０Ｄプレポリマーを含み；
    前記表面凹凸が、約１０００ＭＰａを超える２５℃での貯蔵弾性率（Ｅ’）および約７０を超える２５℃でのショアＤ硬度を有する、請求項２２に記載の研磨パッド。
26. 前記表面凹凸が、約５０ＭＰａを超える２５℃での引張強度を有する、請求項２５に記載の研磨パッド。
27. 前記熱硬化性ポリウレタン研磨層が約１０～約５０パーセントの範囲内の多孔度を有するように、前記熱硬化性ポリウレタン研磨層が十分な量の中空ミクロスフェアをさらに含む、請求項１５に記載の研磨パッド。
28. 前記プレポリマーが、７５Ｄプレポリマー、８０Ｄプレポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族プレポリマーであり；
    前記ポリアミン硬化剤が、４，４－メチレンビス（２クロロアニリン）、ジメチルチオトルエンジアミン、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族ジアミン硬化剤であり；
    前記硬化剤混合物が、約１０～約４０重量パーセントの前記シクロヘキサンジメタノール硬化剤を含む、請求項１５に記載の研磨パッド。
29. 前記熱硬化性ポリウレタン研磨層が、サブパッドに接着されている、請求項１５に記載の研磨パッド。
30. 熱硬化性研磨パッドを製造するための方法であって、
    （ａ）（ｉ）イソシアネート末端ウレタンプレポリマー、（ｉｉ）ポリアミン硬化剤；および（ｉｉｉ）シクロヘキサンジメタノール硬化剤を混合して混合物を得ることであって、ジアミン硬化剤およびシクロヘキサンジメタノール硬化剤は、約２０：１～約１：１の範囲のジアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比で存在する、混合物を得ることと；
    （ｂ）型内で前記混合物を加熱して、予備硬化したパッドを得ることと；
    （ｃ）予備硬化したパッドを硬化させて研磨パッドを得ることとを含む方法。
31. （ｄ）前記研磨パッドを機械加工して成形スキンを除去し、所望の厚さを有する研磨パッドを得ることをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
32. （ｅ）前記研磨パッドをサブパッドに接着して、多層研磨パッドを得ることをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
33. 前記プレポリマーが、７５Ｄプレポリマー、８０Ｄプレポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族プレポリマーであり；
    前記ポリアミン硬化剤が、４，４－メチレンビス（２クロロアニリン）、ジメチルチオトルエンジアミン、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族ジアミン硬化剤であり；
    ポリアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比が、約１０：１～約１．５：１の範囲内である、請求項３０に記載の方法。
34. 半導体基板を化学機械研磨する方法であって、
    （ａ）基板を研磨パッドおよび研磨組成物と接触させることであって、前記研磨パッドは、（ｉ）イソシアネート末端ウレタンプレポリマー、（ｉｉ）ポリアミン硬化剤、および（ｉｉｉ）シクロヘキサンジメタノール硬化剤を含む熱硬化性研磨層を有し、前記ジアミン硬化剤および前記シクロヘキサンジメタノール硬化剤は、約２０：１～約１：１の範囲内のポリアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比で存在する、接触させることと、
    （ｂ）前記研磨パッドを前記基板と相対的に移動させることと、
    （ｃ）前記基板を研摩して、前記基板から層の一部を除去し、それによって前記基板を研磨することとを含む方法。
35. 前記プレポリマーが、７５Ｄプレポリマー、８０Ｄプレポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族プレポリマーであり；
    前記ポリアミン硬化剤が、４，４－メチレンビス（２クロロアニリン）、ジメチルチオトルエンジアミン、およびそれらの混合物からなる群から選択される芳香族ジアミン硬化剤であり；
    ポリアミン硬化剤とシクロヘキサンジメタノール硬化剤とのモル比が、約１０：１～約１．５：１の範囲内である、請求項３４に記載の方法。

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