JP6463618B2 - シリコンウェーハを化学機械研磨する方法 - Google Patents

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Description

本発明は、シリコンウェーハの研磨に関する。更に詳細には、本発明は、研磨層であって、０．４g/cm３を超える密度；５〜４０のショアＤ硬度；１００〜４５０％の破断点伸び；及び２５〜１５０μm/時のカットレートを示し、そしてシリコンウェーハの研磨用に適した研磨表面を有する研磨層を含む、化学機械研磨パッドを用いるシリコンウェーハの研磨の方法に関する。
半導体産業において使用されるシリコンウェーハは、デバイス製造に利用可能になるに先立ち、典型的には非常に高度の表面完全性を必要とする。シリコンウェーハ表面は、典型的には研磨スラリーと組合せた化学機械研磨パッドでのシリコンウェーハ表面の化学機械研磨を用いて生産する。研磨されるシリコンウェーハの表面は、一般に研磨スラリー中で浸漬するか又は濯ぎ、同時に研磨パッドの研磨表面は、研磨表面と研磨スラリーの組合せ作用が、シリコンウェーハの表面を研磨するように機能するよう、シリコンウェーハの表面に押しつけて回転させる。理想的には、このプロセスが終わると、最高の詳細度までの完全に平坦な表面が生じるように、このプロセスにより、突出した表面特徴が選択的に除去される。
シリコンウェーハは、典型的には３つの研磨工程を包含するプロセスによって調製される。第１に、両面「切粉除去」研磨工程は、円柱単結晶のシリコンインゴットからの粗削りシリコンウェーハの切り出し、研削及びエッチングにより実施される；ここで、単結晶の研削損傷が除去されて、２つの平坦な平行の表面が形成される。典型的には、約１０〜２０μmの材料が、この切粉除去研磨工程の間にシリコンウェーハの各側から除去される。第２に、「仕上げ研磨」研磨工程が実施されるが、ここで、切粉除去研磨工程からのスクラッチ及びハンドリング跡を除去するために、シリコンウェーハの前側が研磨される。典型的には、約１００nm〜５μmの材料が、この仕上げ研磨の研磨工程の間にシリコンウェーハの前側から除去される。第３に、「ヘイズフリー」研磨工程が実施されるが、ここで、シリコンウェーハの前側は、小型電子部品のチップ生産に必要とされるオングストロームレベルまで滑らかに研磨される。典型的には、わずか１０〜１００nmの材料が、このヘイズフリー研磨工程の間にシリコンウェーハの前側から除去される。
研磨後に残るシリコンウェーハ表面上の任意の表面欠陥の数及び許容サイズは、絶えず減少している。シリコンウェーハのための最も決定的に重要な材料規格の一部は、表面金属含量、前表面微小粗さ及び単位面積当たりの総粒子数である。
シリコンウェーハの研磨に使用される従来の研磨パッドは、典型的にはポリウレタン含浸ポリエステル不織布又は通気性軟質ウレタンフォームからなるベロア型パッドを含む。
通気性軟質ウレタンフォーム型研磨パッド群は、Iwaseらの米国特許第7,897,250号に開示されている。Iwaseらは、軟質ウレタンフォームシートであって、このフォームシートの表面上に形成された開いた細孔（この開いた細孔は、バフ又はスライスプロセスによりフォームセルに開けることにより形成される）を持つフォームセルを有するフォームシートを含む研磨パッドを開示しているが、ここで、約３０μm〜５０μmの範囲内にある開いた細孔の直径を有する該開いた細孔の百分率は、少なくとも５０％であり、該表面上１mm２当たりの開いた細孔の数は、約５０〜１００の範囲内にあり、そして少なくとも少量の該フォームセルは、その厚さ方向に軟質ウレタンシートの長さの少なくとも約７０％の長さを有しており、そして開いた細孔が形成される表面上のフォームセルの開いた細孔の直径と、開いた細孔が形成される表面から少なくとも約２００μmの深さ位置の開いた細孔の直径との比の平均値は、約０．６５〜０．９５の範囲にある。
従来の研磨に使用される通気性軟質ウレタンフォーム研磨パッドは、涙滴様細孔構造であって、研磨層の研磨表面と平行なこの細孔の断面積が、研磨中に研磨層がすり減るにつれ増大する構造を示すが、これにより、研磨パッドの耐用期間中に研磨安定性を欠いてしまうかもしれない。
したがって、シリコンウェーハの研磨用の改善された研磨パッドには持続したニーズが存在している。
本発明は、シリコンウェーハの研磨方法であって、表面を有するシリコンウェーハを提供すること；化学機械研磨パッドであって、原材料成分｛多官能イソシアナート；及び硬化剤パッケージ［少なくとも５重量％のアミン開始ポリオール硬化剤（ここで、このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり少なくとも１個の窒素原子を含有し；このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均少なくとも３個のヒドロキシル基を有する）；２５〜９５重量％の高分子量ポリオール硬化剤（ここで、この高分子量ポリオール硬化剤は、２，５００〜１００，０００の数平均分子量ＭＮを有しており；そしてこの高分子量ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均３〜１０個のヒドロキシル基を有する）；及び０〜７０重量％の二官能硬化剤を含む］を含む｝の反応生成物である研磨層（ここで、この研磨層は、０．４g/cm３を超える密度；５〜４０のショアＤ硬度；１００〜４５０％の破断点伸び；及び２５〜１５０μm/時のカットレートを示し、そしてこの研磨層は、シリコンウェーハの研磨用に適した研磨表面を有する）を含む化学機械研磨パッドを提供すること；及び研磨層の研磨表面と、シリコンウェーハの表面との間に動的接触（ここで、シリコンウェーハの表面が研磨される）を作り出すことを含む方法を提供する。
本発明は、シリコンウェーハのヘイズフリー研磨方法であって、前表面を有するシリコンウェーハを提供すること；化学機械研磨パッドであって、原材料成分｛多官能イソシアナート；及び硬化剤パッケージ［少なくとも５重量％のアミン開始ポリオール硬化剤（ここで、このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり少なくとも１個の窒素原子を含有し；このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均少なくとも３個のヒドロキシル基を有する）；２５〜９５重量％の高分子量ポリオール硬化剤（ここで、この高分子量ポリオール硬化剤は、２，５００〜１００，０００の数平均分子量ＭＮを有しており；そしてこの高分子量ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均３〜１０個のヒドロキシル基を有する）；及び０〜７０重量％の二官能硬化剤を含む］を含む｝の反応生成物である研磨層（ここで、この研磨層は、０．４g/cm３を超える密度；５〜４０のショアＤ硬度；１００〜４５０％の破断点伸び；及び２５〜１５０μm/時のカットレートを示し、そしてこの研磨層は、シリコンウェーハの研磨用に適した研磨表面を有する）を含む化学機械研磨パッドを提供すること；及び研磨層の研磨表面と、シリコンウェーハの前表面との間に動的接触（ここで、シリコンウェーハの前表面が、＜０．０７５ppmのヘイズまでヘイズフリー研磨される）を作り出すことを含む方法を提供する。
本発明は、シリコンウェーハのヘイズフリー研磨方法であって、前表面を有するシリコンウェーハを提供すること；化学機械研磨パッドであって、原材料成分｛多官能イソシアナート；及び硬化剤パッケージ［少なくとも５重量％のアミン開始ポリオール硬化剤（ここで、このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり少なくとも１個の窒素原子を含有し；このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均少なくとも３個のヒドロキシル基を有する）；２５〜９５重量％の高分子量ポリオール硬化剤（ここで、この高分子量ポリオール硬化剤は、２，５００〜１００，０００の数平均分子量ＭＮを有しており；この高分子量ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均３〜１０個のヒドロキシル基を有する）；及び０〜７０重量％の二官能硬化剤を含む］を含み；硬化剤パッケージ中の反応性水素基と、多官能イソシアナート中の未反応イソシアナート基との化学量論比は、０．８５〜１．１５である｝の反応生成物である研磨層（ここで、この研磨層は、０．４g/cm３を超える密度；５〜４０のショアＤ硬度；１００〜４５０％の破断点伸び；及び２５〜１５０μm/時のカットレートを示し、そしてこの研磨層は、シリコンウェーハの研磨用に適した研磨表面を有する）を含む化学機械研磨パッドを提供すること；及び研磨層の研磨表面と、シリコンウェーハの前表面との間に動的接触（ここで、シリコンウェーハの前表面が、＜０．０７５ppmのヘイズまでヘイズフリー研磨される）を作り出すことを含む方法を提供する。
本発明は、シリコンウェーハのヘイズフリー研磨方法であって、前表面を有するシリコンウェーハを提供すること；化学機械研磨パッドであって、原材料成分｛多官能イソシアナート（ここで、この多官能イソシアナートは、脂肪族多官能イソシアナート、芳香族多官能イソシアナート及びこれらの混合物よりなる群から選択される）；及び硬化剤パッケージ［少なくとも５重量％のアミン開始ポリオール硬化剤（ここで、このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり少なくとも１個の窒素原子を含有し；このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均少なくとも３個のヒドロキシル基を有する）；２５〜９５重量％の高分子量ポリオール硬化剤（ここで、この高分子量ポリオール硬化剤は、２，５００〜１００，０００の数平均分子量ＭＮを有しており；そしてこの高分子量ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均３〜１０個のヒドロキシル基を有する）；及び０〜７０重量％の二官能硬化剤を含む］を含む｝の反応生成物である研磨層（ここで、この研磨層は、０．４g/cm３を超える密度；５〜４０のショアＤ硬度；１００〜４５０％の破断点伸び；及び２５〜１５０μm/時のカットレートを示し、そしてこの研磨層は、シリコンウェーハの研磨用に適した研磨表面を有する）を含む化学機械研磨パッドを提供すること；及び研磨層の研磨表面と、シリコンウェーハの前表面との間に動的接触（ここで、シリコンウェーハの前表面が、＜０．０７５ppmのヘイズまでヘイズフリー研磨される）を作り出すことを含む方法を提供する。
本発明は、シリコンウェーハのヘイズフリー研磨方法であって、前表面を有するシリコンウェーハを提供すること；化学機械研磨パッドであって、原材料成分｛多官能イソシアナート（ここで、この多官能イソシアナートは、脂肪族多官能イソシアナート、芳香族多官能イソシアナート及びこれらの混合物よりなる群から選択される）；及び硬化剤パッケージ［少なくとも５重量％のアミン開始ポリオール硬化剤（ここで、このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり少なくとも１個の窒素原子を含有し；このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均少なくとも３個のヒドロキシル基を有する）；２５〜９５重量％の高分子量ポリオール硬化剤（ここで、この高分子量ポリオール硬化剤は、２，５００〜１００，０００の数平均分子量ＭＮを有しており；そしてこの高分子量ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均３〜１０個のヒドロキシル基を有する）；及び０〜７０重量％の二官能硬化剤（ここで、この二官能硬化剤は、ジオール硬化剤及びジアミン硬化剤よりなる群から選択される）を含む］を含む｝の反応生成物である研磨層（ここで、この研磨層は、０．６g/cm３を超える密度；５〜４０のショアＤ硬度；１００〜４５０％の破断点伸び；及び２５〜１５０μm/時のカットレートを示し、そしてこの研磨層は、シリコンウェーハの研磨用に適した研磨表面を有する）を含む化学機械研磨パッドを提供すること；及び研磨層の研磨表面と、シリコンウェーハの前表面との間に動的接触（ここで、シリコンウェーハの前表面が、＜０．０７５ppmのヘイズまでヘイズフリー研磨される）を作り出すことを含む方法を提供する。
本発明は、シリコンウェーハのヘイズフリー研磨方法であって、前表面を有するシリコンウェーハを提供すること；化学機械研磨パッドであって、原材料成分｛多官能イソシアナート（ここで、この多官能イソシアナートは、脂肪族多官能イソシアナート、芳香族多官能イソシアナート及びこれらの混合物よりなる群から選択され；この多官能イソシアナートは、２〜１２重量％の未反応ＮＣＯ基を有するイソシアナート末端ウレタンプレポリマーである）；及び硬化剤パッケージ［少なくとも５重量％のアミン開始ポリオール硬化剤（ここで、このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり少なくとも１個の窒素原子を含有し；このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均少なくとも３個のヒドロキシル基を有する）；２５〜９５重量％の高分子量ポリオール硬化剤（ここで、この高分子量ポリオール硬化剤は、２，５００〜１００，０００の数平均分子量ＭＮを有しており；そしてこの高分子量ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均３〜１０個のヒドロキシル基を有する）；及び０〜７０重量％の二官能硬化剤（ここで、この二官能硬化剤は、ジオール硬化剤及びジアミン硬化剤よりなる群から選択される）を含む］を含む｝の反応生成物である研磨層（ここで、この研磨層は、０．６g/cm３を超える密度；５〜４０のショアＤ硬度；１００〜４５０％の破断点伸び；及び２５〜１５０μm/時のカットレートを示し、そしてこの研磨層は、シリコンウェーハの研磨用に適した研磨表面を有する）を含む化学機械研磨パッドを提供すること；及び研磨層の研磨表面と、シリコンウェーハの前表面との間に動的接触（ここで、シリコンウェーハの前表面が、＜０．０７５ppmのヘイズまでヘイズフリー研磨される）を作り出すことを含む方法を提供する。
本発明は、シリコンウェーハのヘイズフリー研磨方法であって、前表面を有するシリコンウェーハを提供すること；化学機械研磨パッドであって、原材料成分｛多官能イソシアナート（ここで、この多官能イソシアナートは、脂肪族多官能イソシアナート、芳香族多官能イソシアナート及びこれらの混合物よりなる群から選択され；この多官能イソシアナートは、２〜１２重量％の未反応ＮＣＯ基を有するイソシアナート末端ウレタンプレポリマーである）；及び硬化剤パッケージ［５〜２０重量％のアミン開始ポリオール硬化剤（ここで、このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり２個の窒素原子を含有し；このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均４個のヒドロキシル基を有しており；そしてこのアミン開始ポリオール硬化剤は、２００〜４００の数平均分子量ＭＮを有する）；５０〜７５重量％の高分子量ポリオール硬化剤（ここで、この高分子量ポリオール硬化剤は、１０，０００〜１２，０００の数平均分子量ＭＮを有しており；そしてこの高分子量ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均６個のヒドロキシル基を有する）；１０〜３０重量％の二官能硬化剤（ここで、この二官能硬化剤は、４，４’−メチレン−ビス−（２−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）、及びこれらの異性体よりなる群から選択されるジアミン硬化剤である）；及び０〜７０重量％の二官能硬化剤（ここで、この二官能硬化剤は、ジオール硬化剤及びジアミン硬化剤よりなる群から選択される）を含む］を含み；硬化剤パッケージ中の反応性水素基と、多官能イソシアナート中の未反応イソシアナート基との化学量論比は、０．９５〜１．０５である｝の反応生成物である研磨層（ここで、この研磨層は、０．６５〜０．８５g/cm３の密度；１０〜４０のショアＤ硬度；１５０〜３５０％の破断点伸び；及び３０〜６０μm/時のカットレートを示し、そしてこの研磨層は、シリコンウェーハの研磨用に適した研磨表面を有する）を含む化学機械研磨パッドを提供すること；及び研磨層の研磨表面と、シリコンウェーハの前表面との間に動的接触（ここで、シリコンウェーハの前表面が、＜０．０７５ppmのヘイズまでヘイズフリー研磨される）を作り出すことを含む方法を提供する。
本発明は、シリコンウェーハのヘイズフリー研磨方法であって、前表面を有するシリコンウェーハを提供すること；化学機械研磨パッドであって、原材料成分｛多官能イソシアナート（ここで、この多官能イソシアナートは、脂肪族多官能イソシアナート、芳香族多官能イソシアナート及びこれらの混合物よりなる群から選択され；この多官能イソシアナートは、５〜７重量％の未反応ＮＣＯ基を有するイソシアナート末端ウレタンプレポリマーであり；そしてこのイソシアナート末端ウレタンプレポリマーは、４００〜２，５００の数平均分子量ＭＮを示す）；及び硬化剤パッケージ［５〜２０重量％のアミン開始ポリオール硬化剤（ここで、このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり２個の窒素原子を含有し；このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均４個のヒドロキシル基を有しており；そしてこのアミン開始ポリオール硬化剤は、２００〜４００の数平均分子量ＭＮを有する）；５０〜７５重量％の高分子量ポリオール硬化剤（ここで、この高分子量ポリオール硬化剤は、１０，０００〜１２，０００の数平均分子量ＭＮを有しており；そしてこの高分子量ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均６個のヒドロキシル基を有する）；１０〜３０重量％の二官能硬化剤（ここで、この二官能硬化剤は、４，４’−メチレン−ビス−（２−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）、及びこれらの異性体よりなる群から選択されるジアミン硬化剤である）；及び０〜７０重量％の二官能硬化剤（ここで、この二官能硬化剤は、ジオール硬化剤及びジアミン硬化剤よりなる群から選択される）を含む］を含み；硬化剤パッケージ中の反応性水素基と、多官能イソシアナート中の未反応イソシアナート基との化学量論比は、０．９５〜１．０５である｝の反応生成物である研磨層（ここで、この研磨層は、０．６５〜０．８５g/cm３の密度；１０〜４０のショアＤ硬度；１５０〜３５０％の破断点伸び；及び３０〜６０μm/時のカットレートを示し、そしてこの研磨層は、シリコンウェーハの研磨用に適した研磨表面を有する）を含む化学機械研磨パッドを提供すること；及び研磨層の研磨表面と、シリコンウェーハの前表面との間に動的接触（ここで、シリコンウェーハの前表面が、＜０．０７５ppmのヘイズまでヘイズフリー研磨される）を作り出すことを含む方法を提供する。
本発明は、シリコンウェーハのヘイズフリー研磨方法であって、前表面を有するシリコンウェーハを提供すること；化学機械研磨パッドであって、原材料成分｛多官能イソシアナート（ここで、この多官能イソシアナートは、脂肪族多官能イソシアナート、芳香族多官能イソシアナート及びこれらの混合物よりなる群から選択され；この多官能イソシアナートは、５〜７重量％の未反応ＮＣＯ基を有するイソシアナート末端ウレタンプレポリマーであり；そしてこのイソシアナート末端ウレタンプレポリマーは、４００〜２，５００の数平均分子量ＭＮを示す）；及び硬化剤パッケージ［５〜２０重量％のアミン開始ポリオール硬化剤（ここで、このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり２個の窒素原子を含有し；このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均４個のヒドロキシル基を有しており；そしてこのアミン開始ポリオール硬化剤は、２００〜４００の数平均分子量ＭＮを有する）；５０〜７５重量％の高分子量ポリオール硬化剤（ここで、この高分子量ポリオール硬化剤は、１０，０００〜１２，０００の数平均分子量ＭＮを有しており；そしてこの高分子量ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均６個のヒドロキシル基を有する）；１０〜３０重量％の二官能硬化剤（ここで、この二官能硬化剤は、４，４’−メチレン−ビス−（２−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）、及びこれらの異性体よりなる群から選択されるジアミン硬化剤である）；及び０〜７０重量％の二官能硬化剤（ここで、この二官能硬化剤は、ジオール硬化剤及びジアミン硬化剤よりなる群から選択される）を含む］を含み；硬化剤パッケージ中の反応性水素基と、多官能イソシアナート中の未反応イソシアナート基との化学量論比は、０．９５〜１．０５である｝の反応生成物である研磨層（ここで、この研磨層は、０．６５〜０．８５g/cm３の密度；１０〜４０のショアＤ硬度；１５０〜３５０％の破断点伸び；及び３０〜６０μm/時のカットレートを示し、そしてこの研磨層は、シリコンウェーハの研磨用に適した研磨表面を有しており、この研磨層は、そこに形成された螺旋溝パターンを有する）を含む化学機械研磨パッドを提供すること；及び研磨層の研磨表面と、シリコンウェーハの前表面との間に動的接触（ここで、シリコンウェーハの前表面が、＜０．０７５ppmのヘイズまでヘイズフリー研磨される）を作り出すことを含む方法を提供する。
本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの好ましい研磨層の側面斜視図である。 研磨層の研磨表面に螺旋溝パターンを描く、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの好ましい研磨層の平面図である。 研磨層の研磨表面に同心円溝パターンを描く、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの好ましい研磨層の平面図である。 研磨層の研磨表面にＸ−Ｙ格子溝パターンを描く、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの好ましい研磨層の平面図である。 研磨層の研磨表面に同心円に穿孔を加えた溝パターンを描く、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの好ましい研磨層の平面図である。 研磨層の研磨表面に一部の溝パターンを描く、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの好ましい研磨層の平面図である。 研磨表面に８本の曲がり溝を含む溝パターンを持つ、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの好ましい研磨層の平面図である。 研磨表面に８本の曲がり溝を含む溝パターンを持つ、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの好ましい研磨層の平面図である。 研磨表面に８本の曲がり溝を含む溝パターンを持つ、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの好ましい研磨層の平面図である。 図６の溝404の立体分解図である。
詳細な説明
「円周有溝率（circumference fraction grooved）」又は「ＣＦ」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲において使用されるとき、下記式により定義される：

ＣＦが、所定の研磨層の研磨表面の半径の関数として一定であるならば、所定半径での溝のある（又は溝のない）研磨表面の割合もまた、半径の関数として一定であろうことに留意されたい。
本明細書及び添付の請求の範囲に使用される「大部分の距離（majority distance）」又は「ＭＤ」という用語は、研磨表面の外半径ＲＯから研磨表面の中心の原点Ｏへ引いた線に沿った距離の９０％を意味する。即ち、大部分の距離は、下記式により定義される：
ＭＤ ＝ ０．９×ＲＯ
好ましくは、シリコンウェーハの研磨のための（好ましくは、シリコンウェーハのヘイズフリー研磨のための）本発明の方法は、表面を有する（好ましくは、前表面を有する）シリコンウェーハを提供すること；化学機械研磨パッドであって、原材料成分｛多官能イソシアナート；及び硬化剤パッケージ［少なくとも５重量％（好ましくは５〜３０重量％；更に好ましくは５〜２５重量％；最も好ましくは５〜２０重量％）のアミン開始ポリオール硬化剤（ここで、このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり少なくとも１個の窒素原子を含有し（好ましくは、このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり１〜４個の窒素原子を含有し；更に好ましくは、このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり２〜４個の窒素原子を含有し；最も好ましくは、このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり２個の窒素原子を含有し）；このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均少なくとも３個のヒドロキシル基（好ましくは３〜６個のヒドロキシル基；更に好ましくは３〜５個のヒドロキシル基；最も好ましくは４個のヒドロキシル基）を有する（好ましくは、このアミン開始ポリオール硬化剤は、≦７００；更に好ましくは１５０〜６５０；更になお好ましくは２００〜５００；最も好ましくは２５０〜３００の数平均分子量を有する））；２５〜９５重量％（好ましくは３５〜９０重量％；更に好ましくは５０〜７５重量％；最も好ましくは６０〜７５重量％）の高分子量ポリオール硬化剤（ここで、この高分子量ポリオール硬化剤は、２，５００〜１００，０００（好ましくは５，０００〜５０，０００；更に好ましくは７，５００〜２５，０００；最も好ましくは１０，０００〜１２，０００）の数平均分子量ＭＮを有しており；そしてこの高分子量ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均３〜１０個のヒドロキシル基（好ましくは４〜８個のヒドロキシル基；更に好ましくは５〜７個のヒドロキシル基；最も好ましくは６個のヒドロキシル基）を有する）；及び０〜７０重量％（好ましくは５〜６０重量％；更に好ましくは１０〜５０重量％；更になお好ましくは１０〜３０重量％；最も好ましくは１０〜２０重量％）の二官能硬化剤を含む］を含む｝の反応生成物である研磨層（ここで、この研磨層は、≧０．４g/cm３（好ましくは、≧０．６g/cm３；更に好ましくは、０．６〜１．２g/cm３；更になお好ましくは、０．６５〜１．１g/cm３；最も好ましくは、０．６５〜０．８５g/cm３）の密度；５〜４０（好ましくは１０〜４０；更に好ましくは１０〜３０；最も好ましくは２０〜３０）のショアＤ硬度；１００〜４５０％（好ましくは１２５〜４２５％；更に好ましくは１５０〜３５０％；最も好ましくは１５０〜２００％）の破断点伸び；及び２５〜１５０μm/時（好ましくは３０〜１２５μm/時；更に好ましくは３０〜１００μm/時；最も好ましくは３０〜６０μm/時）のカットレートを示し、そしてこの研磨層は、シリコンウェーハの研磨用に適した研磨表面を有する）を含む化学機械研磨パッドを提供すること；及び研磨層の研磨表面と、シリコンウェーハの表面（好ましくは、シリコンウェーハの前表面）との間に動的接触（ここで、シリコンウェーハの表面が研磨される（好ましくは、シリコンウェーハの前表面がヘイズフリー研磨され；更に好ましくは、シリコンウェーハの前表面が、＜０．０７５ppm（好ましくは、＜０．０７５ppm；更に好ましくは、＜０．０７２ppm；最も好ましくは、＜０．０７ppm）のヘイズまでヘイズフリー研磨される））を作り出すことを含む。
好ましくは、本発明の方法で研磨されるシリコーンウェーハは、単結晶シリコンウェーハである。好ましくは、このシリコンウェーハは、前表面であって、本発明の方法を用いてヘイズフリー研磨される前表面を有する。
本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層は、低い欠陥研磨性能を提供する低い硬度（即ち、ショアＤ≦４０）と低い引張伸び（即ち、破断点伸び≦４５０％）との独自の組合せを示し、そしてこれが、研磨層の溝の形成を容易にする被削性と、研磨中の研磨表面の更新を容易にする調節可能性（conditionability）との両方を提供する。更に、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層が可能にした特性のバランスは、例えば、ウェーハ表面を損傷することなく、ヘイズを減少させるようにシリコンウェーハを研磨する能力を提供する。
好ましくは、本発明の方法に使用される研磨層は、中心軸212を有しており、そしてこの中心軸の周りを回転するのに適している（図１を参照のこと）。好ましくは、研磨層210の研磨表面214は、中心軸212と実質的に垂直な面にある。好ましくは、研磨層210は、中心軸212に対して８０〜１００°の角度γにある平面で回転するのに適している。更に好ましくは、研磨層210は、中心軸212に対して８５〜９５°の角度γにある平面で回転するのに適している。最も好ましくは、研磨層210は、中心軸212に対して８９〜９１°の角度γにある平面で回転するのに適している。好ましくは、研磨層210は、中心軸212に垂直な実質的に円形断面を有する研磨表面214を有する。好ましくは、中心軸212に垂直な研磨表面214の断面の半径ｒは、この断面について≦２０％変化する。更に好ましくは、中心軸212に垂直な研磨表面214の断面の半径ｒは、この断面について≦１０％変化する。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用される多官能イソシアナートは、２個の反応性イソシアナート基（即ち、ＮＣＯ）を含有する。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用される多官能イソシアナートは、脂肪族多官能イソシアナート、芳香族多官能基イソシアナート及びこれらの混合物よりなる群から選択される。更に好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用される多官能イソシアナートは、２，４−トルエンジイソシアナート；２，６−トルエンジイソシアナート；４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート；ナフタレン−１，５−ジイソシアナート；トリジンジイソシアナート；ｐ−フェニレンジイソシアナート；キシリレンジイソシアナート；イソホロンジイソシアナート；ヘキサメチレンジイソシアナート；４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアナート；シクロヘキサンジイソシアナート；及びこれらの混合物よりなる群から選択されるジイソシアナートである。更になお好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用される多官能イソシアナートは、ジイソシアナートとプレポリマーポリオールとの反応により形成されるイソシアナート末端ウレタンプレポリマーである。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用されるイソシアナート末端ウレタンプレポリマーは、２〜１２重量％の未反応イソシアナート（ＮＣＯ）基を有する。更に好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用されるイソシアナート末端ウレタンプレポリマーは、２〜１０重量％（更になお好ましくは４〜８重量％；最も好ましくは５〜７重量％）の未反応イソシアナート（ＮＣＯ）基を有する。
好ましくは多官能イソシアナート末端ウレタンプレポリマーを形成するために使用されるプレポリマーポリオールは、ジオール、ポリオール、ポリオールジオール、これらのコポリマー及びこれらの混合物よりなる群から選択される。更に好ましくは、このプレポリマーポリオールは、ポリエーテルポリオール（例えば、ポリ（オキシテトラメチレン）グリコール、ポリ（オキシプロピレン）グリコール及びこれらの混合物）；ポリカーボネートポリオール；ポリエステルポリオール；ポリカプロラクトンポリオール；これらの混合物；及びこれらと１種以上の低分子量ポリオール（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；及びトリプロピレングリコールよりなる群から選択される）との混合物よりなる群から選択される。更になお好ましくは、この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）；エステル系ポリオール（エチレンアジペート、ブチレンアジペートなど）；ポリプロピレンエーテルグリコール（ＰＰＧ）；ポリカプロラクトンポリオール；これらのコポリマー；及びこれらの混合物よりなる群から選択される。最も好ましくは、このプレポリマーポリオールは、ＰＴＭＥＧ及びＰＰＧよりなる群から選択される。
好ましくは、プレポリマーポリオールがＰＴＭＥＧであるとき、イソシアナート末端ウレタンプレポリマーは、２〜１０重量％（更に好ましくは、４〜８重量％；最も好ましくは、６〜７重量％）の未反応イソシアナート（ＮＣＯ）濃度を有する。市販のＰＴＭＥＧ系イソシアナート末端ウレタンプレポリマーの例は、Imuthane（登録商標）プレポリマー（COIM USA, Inc.から入手可能、PET-80A、PET-85A、PET-90A、PET-93A、PET-95A、PET-60D、PET-70D、PET-75Dなど）；Adiprene（登録商標）プレポリマー（Chemturaから入手可能、LF 800A、LF 900A、LF 910A、LF 930A、LF 931A、LF 939A、LF 950A、LF 952A、LF 600D、LF 601D、LF 650D、LF 667、LF 700D、LF750D、LF751D、LF752D、LF753D及びL325など）；Andur（登録商標）プレポリマー（Anderson Development Companyから入手可能、70APLF、80APLF、85APLF、90APLF、95APLF、60DPLF、70APLF、75APLFなど）を包含する。
好ましくは、プレポリマーポリオールがＰＰＧであるとき、イソシアナート末端ウレタンプレポリマーは、３〜９重量％（更に好ましくは４〜８重量％、最も好ましくは５〜６重量％）の未反応イソシアナート（ＮＣＯ）濃度を有する。市販のＰＰＧ系イソシアナート末端ウレタンプレポリマーの例は、Imuthane（登録商標）プレポリマー（COIM USA, Inc.から入手可能、PPT-80A、PPT-90A、PPT-95A、PPT-65D、PPT-75Dなど）；Adiprene（登録商標）プレポリマー（Chemturaから入手可能、LFG 963A、LFG 964A、LFG 740Dなど）；及びAndur（登録商標）プレポリマー（Anderson Development Companyから入手可能、8000APLF、9500APLF、6500DPLF、7501DPLFなど）を包含する。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用されるイソシアナート末端ウレタンプレポリマーは、０．１重量％未満の遊離トルエンジイソシアナート（ＴＤＩ）モノマー含量を有する、低遊離イソシアナート末端ウレタンプレポリマーである。
非ＴＤＩ系イソシアナート末端ウレタンプレポリマーもまた使用できる。例えば、イソシアナート末端ウレタンプレポリマーは、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）と、ポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＥＧ）のようなポリオールとの反応（１，４−ブタンジオール（ＢＤＯ）のようなオプションのジオールが許容しうる）により形成されるプレポリマーを包含する。このようなイソシアナート末端ウレタンプレポリマーが使用されるとき、未反応イソシアナート（ＮＣＯ）濃度は、好ましくは４〜１０重量％（更に好ましくは４〜８重量％、最も好ましくは５〜７重量％）である。このカテゴリーの市販のイソシアナート末端ウレタンプレポリマーの例は、Imuthane（登録商標）プレポリマー（COIM USA, Inc.から入手可能、27-85A、27-90A、27-95Aなど）；Andur（登録商標）プレポリマー（Anderson Development Companyから入手可能、IE75AP、IE80AP、IE 85AP、IE90AP、IE95AP、IE98APなど）；及びVibrathane（登録商標）プレポリマー（Chemturaから入手可能、B625、B635、B821など）を包含する。
本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用される硬化剤パッケージは、好ましくは、少なくとも５重量％（好ましくは５〜３０重量％；更に好ましくは５〜２５重量％；最も好ましくは５〜２０重量％）のアミン開始ポリオール硬化剤；２５〜９５重量％（好ましくは３５〜９０重量％；更に好ましくは５０〜７５重量％；最も好ましくは６０〜７５重量％）の高分子量ポリオール硬化剤；及び０〜７０重量％（好ましくは５〜６０重量％；更に好ましくは１０〜１５重量％；更になお好ましくは１０〜３０重量％；最も好ましくは１０〜２０重量％）の二官能硬化剤を含有する。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用されるアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり少なくとも１個の窒素原子を含有する。更に好ましくは、使用されるアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり１〜４個（更になお好ましくは２〜４個；最も好ましくは２個）の窒素原子を含有する。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用されるアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均少なくとも３個のヒドロキシル基を有する。更に好ましくは、使用されるアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均３〜６個（更になお好ましくは３〜５個；最も好ましくは４個）のヒドロキシル基を有する。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用されるアミン開始ポリオール硬化剤は、≦７００の数平均分子量ＭＮを有する。更に好ましくは、使用されるアミン開始ポリオール硬化剤は、１５０〜６５０（更になお好ましくは２００〜５００；最も好ましくは２５０〜３００）の数平均分子量ＭＮを有する。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用されるアミン開始ポリオール硬化剤は、（ASTM Test Method D4274-11により測定するとき）３５０〜１，２００mgKOH/gのヒドロキシル価を有する。更に好ましくは、使用されるアミン開始ポリオール硬化剤は、４００〜１，０００mgKOH/g（最も好ましくは６００〜８５０mgKOH/g）のヒドロキシル価を有する。
市販のアミン開始ポリオール硬化剤の例は、アミン開始ポリオールのVoranol（登録商標）ファミリー（The Dow Chemical Companyから入手可能）；Quadrol（登録商標） Specialty Polyols （Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（２−ヒドロキシプロピルエチレンジアミン））（BASFから入手可能）；Pluracol（登録商標）アミン系ポリオール（BASFから入手可能）；Multranol（登録商標）アミン系ポリオール（Bayer MaterialScience LLCから入手可能）；トリイソプロパノールアミン（ＴＩＰＡ）（The Dow Chemical Companyから入手可能）；及びトリエタノールアミン（ＴＥＡ）（Mallinckrodt Baker Inc.から入手可能）を包含する。幾つかの好ましいアミン開始ポリオール硬化剤は、表１にリストされる。
理論に縛られることは望まないが、それをもって製造される研磨層の物性の所望のバランスを促進することに加えて、硬化剤パッケージに使用されるアミン開始ポリオール硬化剤の濃度はまた、それの反応、及び硬化剤パッケージ中の任意の二官能硬化剤と、多官能ジイソシアナートに存在する未反応イソシアナート（ＮＣＯ）基との反応を自己触媒する作用をすると考えられる。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用される高分子量ポリオール硬化剤は、２，５００〜１００，０００の数平均分子量ＭＮを有する。更に好ましくは、使用される高分子量ポリオール硬化剤は、５，０００〜５０，０００（更になお好ましくは７，５００〜２５，０００；最も好ましくは１０，０００〜１２，０００）の数平均分子量ＭＮを有する。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用される高分子量ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均３〜１０個のヒドロキシル基を有する。更に好ましくは、使用される高分子量ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均４〜８個（更になお好ましくは５〜７個；最も好ましくは６個）のヒドロキシル基を有する。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用される高分子量ポリオール硬化剤は、硬化剤パッケージに使用されるアミン開始ポリオール硬化剤の分子量よりも大きな分子量を有しており；そして硬化剤パッケージに使用されるアミン開始硬化剤よりも低いヒドロキシル価を有する。
市販の高分子量ポリオール硬化剤の例は、Specflex（登録商標）ポリオール、Voranol（登録商標）ポリオール及びVoralux（登録商標）ポリオール（The Dow Chemical Companyから入手可能）；Multranol（登録商標） Specialty Polyols及びUltracel（登録商標） Flexible Polyols（Bayer MaterialScience LLCから入手可能）；並びにPluracol（登録商標） Polyols（BASFから入手可能）を包含する。幾つかの好ましい高分子量ポリオール硬化剤は、表２にリストされる。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用される二官能硬化剤は、ジオール及びジアミンから選択される。更に好ましくは、使用される二官能硬化剤は、第１級アミン及び第２級アミンよりなる群から選択されるジアミンである。更になお好ましくは、使用される二官能硬化剤は、ジエチルトルエンジアミン（ＤＥＴＤＡ）；３，５−ジメチルチオ−２，４−トルエンジアミン及びその異性体；３，５−ジエチルトルエン−２，４−ジアミン及びその異性体（例えば、３，５−ジエチルトルエン−２，６−ジアミン）；４，４’−ビス−（sec−ブチルアミノ）−ジフェニルメタン；１，４−ビス−（sec−ブチルアミノ）−ベンゼン；４，４’−メチレン−ビス−（２−クロロアニリン）；４，４’−メチレン−ビス−（３−クロロ−２，６−ジエチルアニリン）（ＭＣＤＥＡ）；ポリテトラメチレンオキシド−ジ−ｐ−アミノベンゾエート；Ｎ，Ｎ’−ジアルキルジアミノジフェニルメタン；ｐ，ｐ’−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）；ｍ−フェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）；４，４’−メチレン−ビス−（２−クロロアニリン）（ＭＢＯＣＡ）；４，４’−メチレン−ビス−（２，６−ジエチルアニリン）（ＭＤＥＡ）；４，４’−メチレン−ビス−（２，３−ジクロロアニリン）（ＭＤＣＡ）；４，４’−ジアミノ−３，３’−ジエチル−５，５’−ジメチルジフェニルメタン；２，２’，３，３’−テトラクロロジアミノジフェニルメタン；トリメチレングリコール ジ−ｐ−アミノベンゾエート；並びにこれらの混合物よりなる群から選択される。最も好ましくは、使用されるジアミン硬化剤は、４，４’−メチレン−ビス−（２−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）；及びこれらの異性体よりなる群から選択される。
好ましくは、硬化剤パッケージの成分中の反応性水素基（即ち、アミン（ＮＨ２）基及びヒドロキシル（ＯＨ）基の合計）と、多官能イソシアナート中の未反応イソシアナート（ＮＣＯ）基との化学量論比は、０．８５〜１．１５（更に好ましくは０．９０〜１．１０；最も好ましくは０．９５〜１．０５）である。
本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層は、場合により複数の微量エレメントを更に含む。好ましくは、複数の微量エレメントは、研磨層全体に均一に分散されている。好ましくは、この複数の微量エレメントは、閉じ込められた気泡、中空コアポリマー材料、液体充填中空コアポリマー材料、水溶性材料及び不溶性相材料（例えば、鉱油）から選択される。更に好ましくは、この複数の微量エレメントは、研磨層全体に均一に分布している閉じ込められた気泡及び中空コアポリマー材料から選択される。好ましくは、この複数の微量エレメントは、≦１５０μm（好ましくは、５〜１００μm；更に好ましくは、２０〜７５μm；最も好ましくは、３０〜５０μm）の重量平均直径を有する。好ましくは、この複数の微量エレメントは、ポリアクリロニトリル又はポリアクリロニトリルコポリマーのいずれかのシェル壁を有するポリマーマイクロバルーン（例えば、Akzo NobelのExpancel（登録商標）ポリマーマイクロバルーン）を含む。好ましくは、この複数の微量エレメントは、０〜３５容量％の空隙率（更に好ましくは１０〜２５容量％の空隙率）で研磨層に組み込まれる。
本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層は、多孔性及び非多孔性（即ち、無充填）の両形態で提供することができる。好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層は、ASTM D1622により測定すると≧０．４g/cm３の密度を示す。更に好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層は、ASTM D1622により測定すると≧０．６g/cm３（更に好ましくは、０．６〜１．２g/cm３；更になお好ましくは、０．６５〜１．１g/cm３；最も好ましくは、０．６５〜０．８５g/cm３）の密度を示す。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層は、ASTM D2240により測定すると５〜４０のショアＤ硬度を示す。更に好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層は、ASTM D2240により測定すると１０〜４０（更になお好ましくは１０〜３０；最も好ましくは２０〜３０）のショアＤ硬度を示す。
４０未満のショアＤ硬度を示す従来の研磨層配合物は、典型的には非常に高値の破断点伸び（即ち、＞６００％）を有する。このような高値の破断点伸びを示す材料は、機械研削作業に付すと可逆的に変形するため、許容できないほど不格好な溝が形成され、そしてダイヤモンドコンディショニングで不充分なテクスチャーが作られる。しかし、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層の形成に使用される独自の硬化剤パッケージは、ASTM D412により測定される１００〜４５０％の破断点伸びと相まって低い硬度を提供する。好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層は、ASTM D412により測定すると１２５〜４２５％（更になお好ましくは１５０〜３５０％；最も好ましくは１５０〜２００％）の破断点伸びを示す。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層は、本明細書で実施例に記載される方法を用いて測定すると２５〜１５０μm/時のカットレートを示す。更に好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層は、本明細書で実施例に記載される方法を用いて測定すると３０〜１２５μm/時（更になお好ましくは３０〜１００μm/時；最も好ましくは３０〜６０μm/時）のカットレートを示す。
本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層は、基板の研磨に適した研磨表面を有する。好ましくは、この研磨表面は、穿孔及び溝の少なくとも一方から選択されるマクロテクスチャーを有する。穿孔は、研磨表面から研磨層の厚さに沿って途中まで又は厚さ全体まで伸ばすことができる。好ましくは、研磨中に化学機械研磨パッドの回転により、少なくとも１本の溝が、研磨されるシリコン基板の表面上を掃引するように、研磨表面に溝を配置する。好ましくは、この研磨表面は、曲がり溝、直線状溝及びこれらの組合せよりなる群から選択される少なくとも１本の溝を包含するマクロテクスチャーを有する。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層は、基板の研磨に適した研磨表面であって、そこに形成される溝パターンを含むマクロテクスチャーを有する研磨表面を有する。好ましくは、この溝パターンは、複数の溝を含む。更に好ましくは、この溝パターンは、溝デザインから選択される。好ましくは、この溝デザインは、同心溝（円形又は螺旋であってよい）、曲がり溝、クロスハッチ溝（例えば、パッド表面を横切るＸ−Ｙ格子として配置される）、他の規則正しいデザイン（例えば、六角形、三角形）、タイヤ溝型パターン、不規則なデザイン（例えば、フラクタルパターン）、及びこれらの組合せよりなる群から選択される。更に好ましくは、この溝デザインは、ランダム溝、同心溝、螺旋溝、クロスハッチ溝、Ｘ−Ｙ格子溝、六角形溝、三角形溝、フラクタル溝及びこれらの組合せよりなる群から選択される。最も好ましくは、この研磨表面は、そこに形成された螺旋溝パターンを有する。溝の輪郭は、好ましくは直線の側壁を持つ長方形から選択されるか、又は溝の横断面は、「Ｖ」の形、「Ｕ」の形、鋸歯状、及びこれらの組合せであってよい。
図２には、本発明の方法に使用するための好ましい研磨層の平面図が提供される。詳細には、図５は、複数の曲がり溝305の溝パターンを持つ研磨表面302を有する研磨層300を描く。
図３には、本発明の方法に使用するための好ましい研磨層の平面図が提供される。詳細には、図３は、複数の同心円溝315の溝パターンを持つ研磨表面312を有する研磨層310を描く。
図４には、本発明の方法に使用するための好ましい研磨層の平面図が提供される。詳細には、図４は、Ｘ−Ｙ格子パターンの複数の直線状溝325の溝パターンを持つ研磨表面322を有する研磨層320を描く。
図５には、本発明の方法に使用するための好ましい研磨層の平面図が提供される。詳細には、図５は、複数の穿孔338、及び複数の同心円溝335の組合せを持つ研磨表面332を有する研磨層330を描く。
図６には、本発明の方法に使用するための好ましい研磨層の平面図が提供される。詳細には、図６は、研磨層400であって、外半径ＲＯ及び研磨表面402（ここで、研磨表面402は、少なくとも１本の溝404を含む溝パターンを含むマクロテクスチャーを有する）を有する研磨層400を描く。図６には唯一の溝404が描かれているが、溝パターンは、２本以上の溝404を含むことができる。（図７〜９を参照のこと）。研磨層半径Ｒは、研磨表面402の中心の原点Ｏから測定される。円周２πＲを持つ半径Ｒで引いた円ＣＲ（点線）を図６に示す。研磨層400の外半径はＲＯである。少なくとも１本の溝404は、好ましくはベース半径ＲＢから、研磨表面402の外周406を規定している外半径ＲＯへ及ぶ。場合により、この少なくとも１本の溝404は、原点Ｏとベース半径ＲＢとの間の１点から外周406へ及ぶ。場合により、この少なくとも１本の溝404は、原点Ｏから外周406へ及ぶ。図１０は、溝404の小さな微分区分410を示す、図９の溝404の溝部分の立体分解図を描く。所定の半径Ｒで、溝404は、所定の幅Ｗ、及び原点Ｏを所定の半径Ｒにつなぐ半径方向の直線Ｌに対して角度θ（「溝角」）を形成する中心軸Ａを有する。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層は、少なくとも１本の溝を含む溝パターンを持つ研磨表面を有するが、ここで、ＣＦは、研磨表面の外半径ＲＯから研磨表面の中心の原点Ｏまでの大部分の距離に及ぶ区域において、半径Ｒの関数としてその平均値の２５％以内（好ましくは、１０％以内；更に好ましくは、５％以内）にとどまる。好ましくは、ＣＦは、ベース半径ＲＢから外半径ＲＯに及ぶ区域において、半径Ｒの関数としてその平均値の２５％以内（好ましくは、１０％以内；更に好ましくは、５％以内）にとどまる。（図６〜９を参照のこと）。
好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドの研磨層は、２０〜１５０ミルの平均厚さＴを有する。更に好ましくは、使用される研磨層は、３０〜１２５ミル（更になお好ましくは４０〜１２０ミル；最も好ましくは５０〜１００ミル）の平均厚さを有する。（図１を参照のこと）。
本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドは、場合により更に、研磨層との界面で接続する少なくとも１つの追加の層を含む。好ましくは、本発明の方法に使用される化学機械研磨パッドは、場合により更に、研磨層に接着された圧縮可能なベース層を含む。この圧縮可能なベース層は、好ましくは研磨されるシリコン基板の表面への研磨層の追随性を向上させる。
今や本発明の幾つかの実施態様が、以下の実施例において詳細に記載される。
実施例１〜２２
研磨層は、表３に提供される配合物明細により調製した。具体的には、５１℃でのイソシアナート末端ウレタンプレポリマー（即ち、実施例１〜９及び２０〜２２にはAdiprene（登録商標）LF667並びに実施例１０〜１９にはAdiprene（登録商標）LFG963AがChemtura Corporationから入手可能）と硬化剤パッケージの成分との制御された混合によりポリウレタンケーキを調製した。アミン開始ポリオール硬化剤（即ち、The Dow Chemical Companyから入手可能なVoranol（登録商標）800）及び高分子量ポリオール硬化剤（即ち、The Dow Chemical Company から入手可能なVoralux（登録商標）HF505）は、前もって混合し、次いで他の原材料に混ぜ合わせた。ＭＢＯＣＡを除いて全ての原材料は、５１℃の予混合温度に維持した。ＭＢＯＣＡは、１１６℃の予混合温度に維持した。イソシアナート末端ウレタンプレポリマーと硬化剤パッケージの比は、硬化剤中の活性水素基（即ち、−ＯＨ基と−ＮＨ２基の合計）と、イソシアナート末端ウレタンプレポリマー中の未反応イソシアナート（ＮＣＯ）基との比により定義される化学量論が、表３に書き留められたとおりであるように設定した。
空隙率は、細孔形成剤をイソシアナート末端ウレタンプレポリマーに加え、続いて硬化剤パッケージと合わせることにより研磨層に導入して、所望の空隙率及びパッド密度を達成した。
細孔形成剤を組み込んだイソシアナート末端ウレタンプレポリマー及び硬化剤パッケージは、高剪断混合ヘッドを用いて一緒に混合した。混合ヘッドを取り外し後、この組合せは、５分間かけて８６．４cm（３４インチ）径の円形成形用型に分注することにより、およそ１０cm（４インチ）の総注入厚さを得た。この分注した組合せを１５分間ゲル化させて、硬化オーブンに成形用型を入れた。次にこの成形用型は、以下のサイクルを用いて硬化オーブン中で硬化させた：周囲温度から１０４℃の設定温度まで３０分の勾配、次に１０４℃で１５．５時間保持、そして次に１０４℃から２１℃まで２時間の勾配。
次に硬化ポリウレタンケーキは成形用型から取り出し、３０〜８０℃の温度で薄く剥いで（動く刃を用いて切って）、およそ４０枚の別々の２．０mm（８０ミル）厚さのシートにした。薄く剥ぐことは、各ケーキの最上部から開始した。不完全なシートは廃棄した。
実施例において使用したAdiprene（登録商標）LF667は、Chemturaから入手可能なAdiprene（登録商標）LF950AとAdiprene（登録商標）LF600Dとの５０／５０重量パーセントブレンドを含むＰＴＭＥＧ系イソシアナート末端ウレタンプレポリマーであることに留意されたい。またAdiprene（登録商標）LFG963Aは、Chemturaから入手可能なＰＰＧ系イソシアナート末端ウレタンプレポリマーであることに留意されたい。
実施例１〜２２のそれぞれから溝のない研磨層材料を、表４に報告されるその物性を求めるために分析した。報告される密度データは、ASTM D1622により測定され；報告されるショアＤ硬度データは、ASTM D2240により測定され；報告されるショアＡ硬度データは、ASTM D2240により測定され；そして報告される破断点伸びは、ASTM D412により測定されたことに留意されたい。
表４に報告されるカットレートは、Applied Materials製の２００mmのMirra（登録商標）研磨ツールを用いて測定した。この研磨ツールは、５１cm（２０インチ）の公称直径を有する円形化学機械研磨パッドを収容するように設計されている。円形断面を有する研磨層は、本明細書で実施例に記載されるように調製した。次にこれらの研磨層は、機械で溝切りすることにより、ピッチ１２０ミル（３．０５mm）、幅２０ミル（０．５１mm）及び深さ３０ミル（０．７６mm）の寸法を有する、複数の同心円溝を含む研磨表面の溝パターンを提供した。次にこの研磨層は、泡状サブパッド層（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から入手可能なSP2310）に積層した。
ダイヤモンドコンディショニングディスク（Kinik Company製のDiaGrid（登録商標）AD3CL-150840-3パッドコンディショナー）を使用することにより、以下のプロセス条件を用いて溝切りした研磨層の研磨表面を摩耗させた：研磨層の研磨表面は、１００rpmのプラテン速度、１５０cm３/分の脱イオン水流量及び４８．３kPa（７psi）のコンディショニングディスクダウンフォースで２時間、ダイヤモンドコンディショニングディスクによる連続摩耗に付した。カットレートは、平均溝深さの変化を経時的に測定することにより求めた。溝深さは、Zaber TechnologiesのMotorized SlideにマウントしたMTI InstrumentsのMicrotrack II Laser Triangulation Sensorを用いて測定（μm/時として）することにより、中心から外縁部まで各研磨層の研磨表面の形状を求めた。スライド上のセンサーの掃引速度は、０．７３２mm/秒であり、センサーのサンプリング速度（掃引について測定点/mm）は、６．３４点/mmであった。表４に報告されるカットレートは、研磨層の研磨表面にわたる＞２，０００点で収集した厚さ測定に基づく、経時的な溝深さの算術平均減少である。
研磨実施例Ｐ１〜Ｐ３
これらの研磨実験は、０．５重量％フッ化水素酸溶液中で９０秒間プレエッチングした２００mm Ｓｉ（１００）ウェーハを用いて、２０インチのプラテン研磨機（Strasbaugh）及びそれぞれ実施例２０〜２２により調製した研磨層を使用して（ここで、各研磨層の研磨表面は、深さ０．６mm、幅２．５mm及びピッチ１５．７５mmを有するＸＹ型溝パターンを示した）；９．８kPaのダウンフォース、３００ml/分の化学機械研磨組成物流量、１１５rpmのテーブル回転速度及び１００rpmのキャリア回転速度で実施した。使用した化学機械研磨組成物は、NP8030（１：３０の希釈比）（Nitta Haas Inc.から市販されている）とした。研磨実施例Ｐ１〜Ｐ３のそれぞれにおいて、シリコンウェーハの前表面は、記載の条件下で５分間研磨した。それぞれのシリコンウェーハの研磨した前表面は次に、Hitachi High Technologies Corporationから入手可能なLS6600無地ウェーハ検査システムを用いてヘイズについて分析した。結果は表５に提供される。
比較研磨例ＰＡ１〜ＰＡ２及び研磨実施例Ｐ４〜Ｐ９
SPP800S（Okamoto）研磨機 プラテンサイズ８００mm；ウェーハサイズ３００mm。
これらの研磨実験は、０．５重量％フッ化水素酸溶液中で９０秒間プレエッチングした３００mm Ｓｉ（１００）ウェーハを用いて、８００mmプラテン研磨機（SPP800S（Okamoto））及び表６に特定した研磨層を使用して、９．８kPaのダウンフォース、１L/分の化学機械研磨組成物流量、４０rpmのテーブル回転速度及び３９rpmのキャリア回転速度で実施した。使用した化学機械研磨組成物は、NP8030（１：３０の希釈比）（Nitta Haas Inc.から市販されている）とした。比較研磨例ＰＡ１〜ＰＡ２及び研磨実施例Ｐ４〜Ｐ９のそれぞれにおいて、シリコンウェーハの前表面は、記載の条件下で５分間研磨した。それぞれのシリコンウェーハの研磨した前表面は次に、Hitachi High Technologies Corporationから入手可能なLS6600無地ウェーハ検査システムを用いてヘイズについて分析した。結果は表７に提供される。

Claims (2)

  1. シリコンウェーハの研磨方法であって、
    表面を有するシリコンウェーハを提供すること；
    化学機械研磨パッドであって、原材料成分｛
    多官能イソシアナート（ここで、多官能イソシアナートは、脂肪族多官能イソシアナート、芳香族多官能イソシアナート及びこれらの混合物よりなる群から選択され；多官能イソシアナートは、２〜１２重量％の未反応ＮＣＯ基を有するイソシアナート末端ウレタンプレポリマーである）；及び
    硬化剤パッケージ［
    ５〜２０重量％のアミン開始ポリオール硬化剤（ここで、このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり２個の窒素原子を含有し；このアミン開始ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均４個のヒドロキシル基を有しており；そしてこのアミン開始ポリオール硬化剤は、２００〜４００の数平均分子量Ｍ Ｎ を有する）；
    ５０〜７５重量％の高分子量ポリオール硬化剤（ここで、この高分子量ポリオール硬化剤は、１０，０００〜１２，０００の数平均分子量ＭＮを有しており；そしてこの高分子量ポリオール硬化剤は、１分子当たり平均６個のヒドロキシル基を有する）；及び
    １０〜３０重量％の二官能硬化剤（ここで、この二官能硬化剤は、４，４’−メチレン−ビス−（２−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）、及びこれらの異性体よりなる群から選択されるジアミン硬化剤である）を含む］を含む｝
    の反応生成物である研磨層（ここで、
    この硬化剤パッケージ中の反応性水素基と、多官能イソシアナート中の未反応イソシアナート基との化学量論比は、０．９５〜１．０５であり；
    この研磨層は、０．６５〜０．８５g/cm３ の密度；１０〜４０のショアＤ硬度；１５０〜３５０％の破断点伸び；及び３０〜６０μm/時のカットレートを示し、そしてこの研磨層は、シリコンウェーハの研磨用に適合された研磨表面を有する）
    を含む化学機械研磨パッドを提供すること；及び
    研磨層の研磨表面と、シリコンウェーハの表面との間に動的接触（ここで、シリコンウェーハの表面が研磨される）を作り出すことを含み、
    ここで、シリコンウェーハの表面が、前表面であり；そしてシリコンウェーハの前表面が、＜０．０７５ppmのヘイズまでヘイズフリー研磨される、方法。
  2. イソシアナート末端ウレタンプレポリマーが、５〜７重量％の未反応ＮＣＯ基を有しており；そしてイソシアナート末端ウレタンプレポリマーが、４００〜２，５００の数平均分子量ＭＮを示す、請求項１に記載の方法。
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