WO2014189086A1 - 化学機械研磨パッドおよびそれを用いた化学機械研磨方法 - Google Patents

化学機械研磨パッドおよびそれを用いた化学機械研磨方法 Download PDF

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WO2014189086A1
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chemical mechanical
mechanical polishing
polishing
polishing pad
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勝孝 横井
優嗣 新美
裕之 田野
哲也 山村
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Jsr株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2101/00—Manufacture of cellular products

Definitions

  • the present invention relates to a chemical mechanical polishing pad and a chemical mechanical polishing method using the chemical mechanical polishing pad.
  • polishing method capable of forming a surface having excellent flatness with respect to a silicon substrate or a silicon substrate (hereinafter, also referred to as a “wafer”) on which a wire, an electrode, etc. are formed in manufacturing of semiconductor devices.
  • a chemical mechanical polishing method (hereinafter also referred to as "CMP") is attracting attention.
  • the chemical mechanical polishing method is a chemical mechanical polishing aqueous dispersion (aqueous dispersion in which abrasive grains are dispersed, hereinafter "slurry") on the pad surface while sliding the chemical mechanical polishing pad and the surface to be polished of the workpiece. It is a technology to carry out polishing while letting flow down.
  • slurry aqueous dispersion in which abrasive grains are dispersed
  • a chemical mechanical polishing pad which uses a foamed polyurethane having fine cells as a chemical mechanical polishing pad and holds a slurry in an opening (hereinafter also referred to as a “pore”) on the surface of the pad to perform polishing.
  • foam-type chemical mechanical polishing pad tends to have a lower specific gravity and hardness due to its structure, and is flexible in polishing debris and pad debris that has entered between the surface to be polished (surface such as a wafer) and the polishing layer.
  • a non-foaming type chemical mechanical polishing pad containing a non-water-soluble matrix material and water-soluble particles dispersed in the non-water-soluble matrix material, the polishing layer is water-soluble when it contacts the slurry.
  • a chemical mechanical polishing pad is known in which particles are eluted to form pores, and the slurry is held in the pores to perform polishing (see, for example, Patent Document 5).
  • Such a non-foaming type chemical mechanical polishing pad has a specific gravity and hardness greater than that of the foam type due to its structure, and along with this, the elastic deformation of the polishing layer to the unevenness of the surface to be polished (surface such as wafer) Becomes smaller.
  • polishing defects scratches, etc.
  • Some aspects according to the present invention solve the above-mentioned problems, thereby improving the flatness of the surface to be polished in CMP and reducing the polishing defects, and a chemical mechanical polishing pad, and the chemical mechanical polishing A chemical mechanical polishing method using a pad is provided.
  • the present invention has been made to solve at least a part of the problems described above, and can be realized as the following aspects or application examples.
  • the resin contains a nonionic surfactant in which the hydrophobic group is a hydrocarbon group, and the content of the nonionic surfactant is 0.1 parts by mass or more and 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin. It has a polishing layer formed from the composition which is not more than part.
  • the HLB value of the nonionic surfactant may be 5 or more and 18 or less.
  • the nonionic surfactant may be a compound represented by the following general formula (1) or a compound represented by the following general formula (2).
  • R 1 represents a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkenyl group or a phenyl group.
  • AO represents an alkyleneoxy group having 2 to 4 carbon atoms.
  • N represents an average added mole of AO. It is a number and represents an integer of 1 to 100.
  • R 2 represents a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkenyl group or a phenyl group.
  • AO represents an alkyleneoxy group having 2 to 4 carbon atoms.
  • M and n represent an average of AO It is an addition mole number and each independently represents an integer of 1 to 100.
  • the composition may further contain a crosslinking agent.
  • the composition may further contain water soluble particles.
  • Application Example 6 One aspect of the chemical mechanical polishing method according to the present invention is Chemical mechanical polishing is characterized by using the chemical mechanical polishing pad according to any one of application examples 1 to 5.
  • the resin and the specific amount of the hydrophobic group are provided with the polishing layer formed of the composition containing the nonionic surfactant of the hydrocarbon group, whereby the surface of the polishing layer is formed. Since appropriate hydrophilicity can be imparted to effectively reduce torque (friction) at the time of polishing, occurrence of polishing defects (scratch) can be reduced without deteriorating the flatness of the surface to be polished in CMP.
  • the polishing layer contains a non-ionic surfactant whose hydrophobic group is a hydrocarbon group, aggregation of polishing debris such as pad debris and wafer polishing debris, which is a generation source of scratches, can be suppressed. Generation of polishing defects (scratch) can be reduced.
  • the configuration of the chemical mechanical polishing pad according to the present embodiment is not particularly limited as long as at least one surface is provided with a polishing layer.
  • the term "abrasive layer” refers to a single layer having a surface (hereinafter referred to as "abrasive surface") in contact with an object to be polished when chemical mechanical polishing is performed. That is, in the present invention, although another layer having no polishing surface may be included between the polishing layer and the support layer, the other layer is not a “polishing layer” because it does not have a polishing surface.
  • the "abrasive layer" in the present invention may be either a foam type or a non-foam type, it can be easily manufactured simply by molding a composition described later, and is excellent in the effect of reducing polishing defects (scratch). From the viewpoint of non-foaming type is preferable.
  • the chemical mechanical polishing pad according to the present embodiment will be described in detail below.
  • the polishing layer constituting the chemical mechanical polishing pad according to the present embodiment is a composition containing a resin and a nonionic surfactant in which a specific amount of hydrophobic group is a hydrocarbon group (hereinafter referred to simply as “composition”) It may be produced by the production method described later from “the composition”.
  • the resin contained in the composition is preferably a thermoplastic resin.
  • an abrasive layer having excellent flexibility can be produced.
  • pad chips and wafer polishing chips that have been introduced between the surface to be polished and the surface to be polished on the surface of the flexible polishing layer it is possible to prevent them from coming into contact with the surface to be polished under strong pressing pressure. Therefore, the occurrence of polishing defects can be reduced.
  • the resin contained in the composition examples include 1,2-polybutadiene resin, polyolefin resin (eg, polyethylene, polypropylene etc.), polystyrene resin, polyacrylic resin (eg, (meth) acrylate resin etc.), vinyl ester resin (Except those applicable to polyacrylic resin), polyester resins (except those applicable to vinyl ester resin), polyamide resin, fluorocarbon resin (eg polyvinylidene fluoride etc.), polycarbonate resin, polyacetal resin, Polyurethane resin etc. are mentioned. Furthermore, these resins may have thermoplasticity or may be in a crosslinked state.
  • the crosslinked resin may be one obtained by crosslinking a thermoplastic resin with a crosslinking agent, or one obtained by polymerizing a raw material containing other components described later with a crosslinking reaction.
  • thermoplastic elastomer As resin contained in the said composition, a thermoplastic elastomer can also be used.
  • a thermoplastic elastomer a thermoplastic polyurethane elastomer, a thermoplastic polyester elastomer, a thermoplastic styrenic elastomer, a polyamide elastomer etc. are mentioned, for example.
  • These resins may be used alone or in combination of two or more.
  • Nonionic Surfactant contains a nonionic surfactant in which a specific amount of hydrophobic group is a hydrocarbon group, whereby the surface of the polishing layer is provided with appropriate hydrophilicity, and torque at the time of polishing ( Since the friction) can be effectively reduced, the occurrence of polishing defects (scratch) can be reduced without deteriorating the flatness of the surface to be polished in CMP.
  • the presence of the nonionic surfactant in which the hydrophobic group is a hydrocarbon group can suppress aggregation of polishing debris such as pad debris and wafer polishing debris, which are the generation source of scratches, so that polishing is effectively performed. The occurrence of defects (scratch) can be reduced.
  • the nonionic surfactant contained in the composition is not particularly limited as long as the hydrophobic group is a hydrocarbon group and the hydrophilic group is nonionic, but the HLB value calculated by the Davis method is 5 It is preferable that it is 18 or less non-ionic surfactant. When the HLB value is in the above range, it is preferable in that appropriate hydrophilicity is easily imparted to the surface of the polishing layer.
  • the HLB value calculated by the Davis method is a value for evaluating the hydrophilicity of the compound proposed by Davis et al.
  • HLB value 7 + .SIGMA. [1] +. SIGMA. [2] (3)
  • [1] represents the number of hydrophilic groups
  • [2] represents the number of hydrophobic groups.
  • the number of typical hydrophilic groups and hydrophobic groups is exemplified.
  • -CH 3 -0.475
  • the nonionic surfactant is preferably one in which the hydrophobic group is a hydrocarbon group. If it is a hydrophobic group containing silicon or a hydrophobic group obtained by fluorine-substituted hydrocarbon, the affinity to the resin is poor, and therefore, it is localized on the pad surface, and the effect is immediately reduced.
  • a compound represented by the following general formula (1) or a compound represented by the following general formula (2) is more preferable.
  • R 1 represents a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkenyl group or a phenyl group.
  • AO represents an alkyleneoxy group having 2 to 4 carbon atoms.
  • N represents an average added mole of AO. It is a number and represents an integer of 1 to 100.
  • R 2 represents a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkenyl group or a phenyl group.
  • AO represents an alkyleneoxy group having 2 to 4 carbon atoms.
  • M and n represent an average of AO It is an addition mole number and each independently represents an integer of 1 to 100.
  • R 1 and R 2 each independently represent a substituted or unsubstituted alkyl group, an alkenyl group or a phenyl group.
  • the alkyl group is preferably a linear or branched alkyl group having 8 to 22 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 10 to 20 carbon atoms, and particularly preferably an alkyl group having 12 to 18 carbon atoms.
  • the alkenyl group is preferably a linear or branched alkenyl group having 8 to 22 carbon atoms, more preferably an alkenyl group having 10 to 20 carbon atoms, and particularly preferably an alkenyl group having 12 to 18 carbon atoms. .
  • AO is an alkyleneoxy group having a carbon number of 2 to 4, and examples thereof include an ethyleneoxy group and a propyleneoxy group.
  • examples thereof include an ethyleneoxy group and a propyleneoxy group.
  • an ethyleneoxy group excellent in hydrophilicity is preferable.
  • m and n are the average addition mole number of AO and each independently represents an integer of 1 to 100, preferably 5 to 60, and more preferably 10 to 40. Some are more preferable, 15 to 30 is more preferable, and 20 to 25 is particularly preferable.
  • Specific examples of the compound represented by the above formula (1) include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether, polyoxyethylene alkenyl ether, polyoxyethylene phenyl ether and the like.
  • Specific examples of the compound represented by the above formula (2) include polyoxyethylene alkylamine, polyoxyethylene polyoxypropylene alkylamine, polyoxyethylene alkenylamine and the like.
  • R 1 in the above formula (1) or R 2 in the above formula (2) is an alkenyl group having a polymerizable group
  • a crosslinking agent to be described later is added to the composition to cause crosslinking reaction to crosslink.
  • a polishing layer with a structured structure can be obtained.
  • Such a polishing layer imparts elastic recovery to the polishing layer by having a crosslinked structure.
  • Fuzz can be effectively suppressed. Therefore, the pores are efficiently formed, the decrease in retention of the slurry at the time of polishing is small, the fluff is small, and the flatness of the polishing is not inhibited.
  • the content ratio of the nonionic surfactant in the composition is 0.1 parts by mass to 5 parts by mass, preferably 0.5 parts by mass to 4.5 parts by mass, more preferably 100 parts by mass of the resin. Is 1 part by mass or more and 4 parts by mass or less.
  • the hydrophilicity is imparted to the surface of the polishing layer to appropriately reduce the torque (friction) at the time of polishing. The occurrence of polishing defects (scratch) can be reduced without losing the flatness.
  • the content ratio of the nonionic surfactant is less than the above range, the hydrophilicity imparted to the surface of the polishing layer is insufficient, and the torque at the time of polishing can not be effectively reduced.
  • the content ratio of the nonionic surfactant exceeds the above range, the elastic modulus of the obtained polishing layer becomes too low, which may deteriorate the polishing flatness, which is not preferable.
  • the composition may further comprise water soluble particles.
  • Such water soluble particles are preferably present in the composition in a uniformly dispersed state.
  • an abrasive layer in a state in which the water-soluble particles are uniformly dispersed can be obtained.
  • the water-soluble particles are used for the purpose of forming pores capable of retaining the slurry by releasing the water-soluble particles from the surface of the polishing layer by coming into contact with the slurry comprising abrasive grains and a chemical solution. For this reason, pores are formed on the surface of the polishing layer by using the water-soluble particles without using a polyurethane foam or the like having a cell structure, and the retention of the slurry becomes better.
  • the water-soluble particles are not particularly limited, and examples thereof include organic water-soluble particles and inorganic water-soluble particles. Specifically, in addition to a water-soluble polymer which is soluble in water, a water-absorbent resin which is swelled or gelled by contact with water and released from the surface of the polishing layer may be mentioned.
  • Examples of the material constituting the organic water-soluble particles include saccharides (polysaccharides such as starch, dextrin and cyclodextrin, lactose, mannitol etc.), celluloses (hydroxypropyl cellulose, methyl cellulose etc.), protein, polyvinyl alcohol, Polyvinyl pyrrolidone, polyacrylic acid, polyethylene oxide, sulfonated polyisoprene, sulfonated isoprene copolymer and the like can be mentioned.
  • saccharides polysaccharides such as starch, dextrin and cyclodextrin, lactose, mannitol etc.
  • celluloses hydroxypropyl cellulose, methyl cellulose etc.
  • protein polyvinyl alcohol
  • Polyvinyl pyrrolidone polyacrylic acid
  • polyethylene oxide polyethylene oxide
  • sulfonated polyisoprene sulfonated isoprene copoly
  • Examples of the material constituting the inorganic water-soluble particles include potassium acetate, potassium nitrate, potassium carbonate, potassium hydrogencarbonate, potassium bromide, potassium phosphate, potassium sulfate, magnesium sulfate, calcium nitrate and the like.
  • the water-soluble particles materials constituting organic water-soluble particles or inorganic water-soluble particles may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint that the hardness and other mechanical strengths of the polishing layer can be set to an appropriate value, the water-soluble particles are preferably solid.
  • the content ratio of the water-soluble particles in the composition is preferably 3 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin.
  • the content of the water-soluble particles is in the above range, it is possible to produce a polishing layer that exhibits a high polishing rate in chemical mechanical polishing and has appropriate hardness and other mechanical strength.
  • the average particle size of the water-soluble particles is preferably 0.5 to 200 ⁇ m.
  • the size of the pores formed by the release of the water-soluble particles from the surface of the polishing layer of the chemical mechanical polishing pad is preferably 0.1 to 500 ⁇ m, more preferably 0.5 to 200 ⁇ m.
  • the composition may further contain a crosslinking agent.
  • a cross-linking agent may be added to the composition and reacted to produce a polishing layer having a cross-linked structure in part or all thereof. it can.
  • examples of such a crosslinking agent include organic peroxides such as dicumyl peroxide, diethyl peroxide, di-t-butyl peroxide, diacetyl peroxide, and diacyl peroxide; sulfur; sulfur compounds and the like.
  • the content of the crosslinking agent in the composition is preferably 0.01 parts by mass to 0.6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin. By setting the content ratio in this range, it is possible to accelerate the crosslinking reaction, and it is possible to produce an abrasive layer having a crosslinked structure in part or all thereof.
  • the composition may, if necessary, contain various additives such as fillers, softeners, antioxidants, UV absorbers, antistatic agents, lubricants and plasticizers.
  • various additives such as fillers, softeners, antioxidants, UV absorbers, antistatic agents, lubricants and plasticizers.
  • fillers materials that improve rigidity such as calcium carbonate, magnesium carbonate, talc and clay, and polishing of silica, alumina, ceria, zirconia, titanium oxide, zirconium oxide, manganese dioxide, manganese trioxide, barium carbonate and the like You may use the material etc. which have an effect.
  • the polishing layer used in the present embodiment is obtained by molding the composition described above.
  • the kneading of the composition can be performed by a known kneader or the like.
  • a kneader a roll, a kneader, a Banbury mixer, an extruder (single screw, multi-screw) etc. are mentioned, for example.
  • the composition plasticized at 120 ° C. to 230 ° C. may be formed by a method of press forming, extrusion forming or injection forming, and plasticizing and sheeting.
  • the specific gravity and the hardness can also be controlled by appropriately adjusting the molding conditions.
  • a recess may be formed on the polished surface by cutting.
  • the concave portion can be formed simultaneously with the rough shape of the polishing layer by molding the above-described composition using a mold in which a pattern to be a concave portion is formed.
  • the shape of the polishing layer and the recess The planar shape of the polishing layer is not particularly limited, but may be, for example, a circular shape.
  • the size thereof is preferably 150 mm to 1200 mm in diameter, more preferably 500 mm to 1000 mm in diameter.
  • the thickness of the polishing layer is preferably 0.5 mm to 5.0 mm, more preferably 1.0 mm to 3.0 mm, and particularly preferably 1.5 mm to 3.5 mm.
  • a plurality of recesses may be formed on the polishing surface.
  • the recess holds the slurry supplied during CMP and distributes it uniformly to the polishing surface, and temporarily holds waste such as polishing debris, pad debris and used slurry, to the outside. It has a function as a route for discharging.
  • the depth of the recess can be preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.1 mm to 2.5 mm, particularly preferably 0.2 mm to 2.0 mm.
  • the width of the recess can be preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.1 mm to 5.0 mm, particularly preferably 0.2 mm to 3.0 mm.
  • the distance between adjacent recesses may be preferably 0.05 mm or more, more preferably 0.05 mm to 100 mm, and particularly preferably 0.1 mm to 10 mm.
  • the pitch which is the sum of the width of the recess and the distance between the adjacent recesses may be preferably 0.15 mm or more, more preferably 0.15 mm to 105 mm, particularly preferably 0.6 mm to 13 mm. .
  • the recess may be formed at a predetermined interval within the range. By forming the recess having the shape in the above range, it is possible to manufacture a chemical mechanical polishing pad which is excellent in the scratch reduction effect of the surface to be polished and has a long life.
  • each said preferable range can be made into each combination. That is, for example, the depth is preferably 0.1 mm or more, the width is 0.1 mm or more, the interval is 0.05 mm or more, the depth is 0.1 mm to 2.5 mm, and the width is 0.1 mm to 5. 0 mm, more preferably 0.05 mm to 100 mm, particularly preferably 0.2 mm to 2.0 mm in depth, 0.2 mm to 3.0 mm in width, and 0.1 mm to 10 mm in distance .
  • a multi-blade tool having a shape described in JP-A-2006-167811, JP-A-2001-18164, or JP-A-2008-183657 can be used.
  • the cutting edge of the tool used is selected from diamond or at least one metal element selected from Group 4, 5 or 6 metals such as Ti, Cr, Zr, V, etc. and nitrogen, carbon and oxygen And at least one non-metallic element.
  • the coating layer is not limited to the case where one layer is provided, and a plurality of layers may be provided with different materials.
  • the thickness of such a coating layer is preferably 0.1 to 5 ⁇ m, and more preferably 1.5 to 4 ⁇ m.
  • known techniques such as an arc ion plating apparatus can be appropriately selected and used according to the material of the tool, the coating material, and the like.
  • the chemical mechanical polishing pad according to the present embodiment may be composed of only the above-described polishing layer, but a support layer may be provided on the surface opposite to the polishing surface of the polishing layer.
  • the support layer is used to support the polishing layer on a polishing machine platen in a chemical mechanical polishing pad.
  • the support layer may be an adhesive layer or may be a cushion layer having an adhesive layer on both sides.
  • the adhesive layer can be, for example, an adhesive sheet.
  • the thickness of the adhesive sheet is preferably 50 ⁇ m to 250 ⁇ m. By having a thickness of 50 ⁇ m or more, the pressure from the polishing surface side of the polishing layer can be sufficiently relieved, and by having a thickness of 250 ⁇ m or less, the effect of asperities is not uniform on the polishing performance. A chemical mechanical polishing pad having a thickness as described above is obtained.
  • the material of the pressure-sensitive adhesive sheet is not particularly limited as long as the polishing layer can be fixed to a platen for a polishing apparatus, but an acrylic or rubber material having a lower elastic modulus than the polishing layer is preferable.
  • the adhesive strength of the pressure-sensitive adhesive sheet is not particularly limited as long as the chemical mechanical polishing pad can be fixed to the surface plate of the polishing apparatus, but when the adhesive strength of the pressure-sensitive adhesive sheet is measured in accordance with "JIS Z0237", the adhesive strength is preferable. Is 3 N / 25 mm or more, more preferably 4 N / 25 mm or more, and particularly preferably 10 N / 25 mm or more.
  • the material of the cushion layer is not particularly limited as long as it is a material having a hardness lower than that of the polishing layer, and may be a porous body (foam) or a non-porous body.
  • a cushion layer the layer which shape
  • the thickness of the cushioning layer is preferably 0.1 mm to 5.0 mm, more preferably 0.5 mm to 2.0 mm.
  • the chemical mechanical polishing method according to the present embodiment is characterized by chemical mechanical polishing using the above-mentioned chemical mechanical polishing pad.
  • the aforementioned chemical mechanical polishing pad comprises a polishing layer formed from a composition comprising a resin and a specific amount of hydrophobic groups containing non-ionic surfactant of hydrocarbon group. Therefore, according to the chemical mechanical polishing method according to the present embodiment, appropriate hydrophilicity is imparted to the surface of the polishing layer, and torque (friction) at the time of polishing can be effectively reduced, so that the surface to be polished in CMP is flat. It is possible to reduce the occurrence of polishing defects (scratch) without impairing the properties.
  • the hydrophobic group contained in the polishing layer is a hydrocarbon group non-ionic surfactant, it is possible to suppress aggregation of polishing debris such as pad debris, which is a source of scratch generation, and wafer polishing debris, so polishing is effectively performed. The occurrence of defects (scratch) can be reduced.
  • a commercially available chemical mechanical polishing apparatus can be used.
  • a commercially available chemical mechanical polishing apparatus for example, model “EPO-112”, model “EPO-222” (above, manufactured by Ebara Corp.); model “LGP-510”, model “LGP-552” (above, Lapmaster SFT Corporation); Model “Mirra”, Model “Reflexion LK” (manufactured by Applied Materials), and the like.
  • an optimum slurry can be selected appropriately according to the object to be polished (copper film, insulating film, low dielectric constant insulating film, etc.).
  • Example 1 100 parts by mass of 1,2-polybutadiene (manufactured by JSR Corporation, trade name “JSR RB 830") as a resin, and Amine 302 (manufactured by Kao Corporation, polyoxyethylene stearyl amine, a HLB value: 5 as a nonionic surfactant). 1) 3 parts by mass, 30 parts by mass of ⁇ -cyclodextrin (manufactured by Saline Minato Sugar Co., Ltd., trade name “Dexipearl ⁇ -100, average particle diameter 20 ⁇ m”) as water-soluble particles in a kneader heated to 120 ° C. Kneaded.
  • ⁇ -cyclodextrin manufactured by Saline Minato Sugar Co., Ltd., trade name “Dexipearl ⁇ -100, average particle diameter 20 ⁇ m
  • Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 Chemical mechanical polishing pads of Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 were produced in the same manner as Example 1 except that the types and contents of the respective components of the composition were changed to those described in Table 1. .
  • Example 6 As a resin, 100 parts by mass of a urethane prepolymer (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., trade name "Sanprene P-667") is placed in a stirring vessel, kept at 60 ° C and kept at 200 rpm as a nonionic surfactant 3 parts by mass of EMULGEN 320P (manufactured by Kao Corporation, polyoxyethylene stearyl ether, HLB value: 13.9) and 30 parts by mass of water-soluble particles are mixed and dispersed, and then glycerin as a curing agent (manufactured by Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.
  • EMULGEN 320P manufactured by Kao Corporation, polyoxyethylene stearyl ether, HLB value: 13.9
  • Comparative example 6 A polishing layer was produced in the same manner as in Example 6 except that the non-ionic surfactant was not contained.
  • a copper wiring portion with a width of 100 ⁇ m and an insulating portion with a width of 100 ⁇ m Using a precision step gauge (Model HRP-340, manufactured by KLA-Tencor Co., Ltd.), the wiring width is 100 ⁇ m for a portion where 3.0 ⁇ m of the continuous pattern is continuous in the direction perpendicular to the length direction.
  • the dishing was evaluated by measuring the amount of depression (hereinafter, also referred to as “the amount of dishing”) of the copper wiring of FIG. The results are shown in Table 1.
  • the amount of dishing is preferably less than 20 nm, more preferably less than 15 nm.
  • Comparative Example 3 a chemical mechanical polishing pad manufactured from a composition in which the content ratio of the non-ionic surfactant having a hydrocarbon group as the hydrophobic group is 0.05 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin As a result, the hydrophilicity imparted to the pad surface becomes insufficient, so that the torque at the time of polishing can not be effectively reduced, and the scratch performance becomes poor.
  • Comparative Example 4 uses a chemical mechanical polishing pad manufactured from a composition in which the content ratio of the non-ionic surfactant having a hydrocarbon group is 5.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin. As a result, the elastic modulus of the pad becomes too low, and the polishing flatness is impaired.
  • the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible.
  • the invention includes configurations substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations having the same function, method and result, or configurations having the same purpose and effect).
  • the present invention also includes configurations in which nonessential parts of the configurations described in the embodiments are replaced.
  • the present invention also includes configurations that can achieve the same effects as the configurations described in the embodiments, or configurations that can achieve the same purpose.
  • the present invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

Abstract

　ＣＭＰにおける被研磨面の平坦性の向上と研磨欠陥（スクラッチ）の低減とを両立させることができる化学機械研磨パッド、および該化学機械研磨パッドを用いた化学機械研磨方法を提供する。　本発明に係る化学機械研磨パッドは、樹脂と、疎水基が炭化水素基である非イオン性界面活性剤と、を含有し、前記非イオン性界面活性剤の含有割合が、前記樹脂１００質量部に対して０．１質量部以上５質量部以下である組成物から形成された研磨層を有することを特徴とする。前記非イオン性界面活性剤のＨＬＢ値は、５以上１８以下であることが好ましい。

Description

化学機械研磨パッドおよびそれを用いた化学機械研磨方法
　本発明は、化学機械研磨パッドおよび該化学機械研磨パッドを用いた化学機械研磨方法に関する。
　近年、半導体装置の製造等において、シリコン基板またはその上に配線や電極等が形成されたシリコン基板（以下、「ウエハ」ともいう。）につき、優れた平坦性を有する表面を形成できる研磨方法として、化学機械研磨方法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下「ＣＭＰ」ともいう。）が注目されている。
　化学機械研磨方法は、化学機械研磨パッドと被研磨物の被研磨面とを摺動させながら、パッド表面に化学機械研磨用水系分散体（砥粒が分散された水系分散体、以下「スラリー」ともいう。）を流下させながら研磨を行う技術である。この化学機械研磨方法においては、化学機械研磨パッドの性状および特性等により研磨結果が大きく左右されることが知られており、従来から様々な化学機械研磨パッドが提案されている。
　例えば、微細な気泡を有する発泡ポリウレタンを化学機械研磨パッドとして用い、このパッド表面の開口部（以下、「ポア」ともいう。）にスラリーを保持させて研磨を行うための化学機械研磨パッドが知られている（例えば、特許文献１～４参照）。このような発泡タイプの化学機械研磨パッドは、その構造上比重や硬度が小さくなる傾向があり、被研磨面（ウエハ等の表面）と研磨層の間に入り込んだ研磨屑やパッド屑を柔軟な研磨層の表面で捕捉し、被研磨面に対して強い押し付け圧で研磨屑やパッド屑が接触することを回避させることができるので、研磨欠陥の発生を低減させることができる。その反面、被研磨面の凹凸に追随して研磨層の弾性変形が大きくなるため、被研磨面の平坦性が悪化する傾向がある。
　これに対して、非水溶性マトリックス材と、該非水溶性マトリックス材中に分散された水溶性粒子と、を含有する非発泡タイプの化学機械研磨パッドを用い、研磨層がスラリーと接触すると水溶性粒子が溶出してポアとなり、該ポアにスラリーを保持させて研磨を行うための化学機械研磨パッドが知られている（例えば、特許文献５参照）。このような非発泡タイプの化学機械研磨パッドは、その構造上比重や硬度が発泡タイプと比較して大きくなり、これに伴って被研磨面（ウエハ等の表面）の凹凸に対する研磨層の弾性変形が小さくなる。その結果、被研磨面の平坦性が良好になる傾向がある。その反面、研磨層の硬度が発泡タイプと比較して大きいため、被研磨面と研磨層の間に入り込んだ研磨屑やパッド屑により研磨欠陥（スクラッチ等）の発生が増大する傾向がある。
特開平８－３９４２３号公報 特開平８－２１６０２９号公報 特開平１１－７０４６３号公報 特開２００９－２５６４７３号公報 特開２００１－３３４４５５号公報
　以上のように、ＣＭＰにおける被研磨面の平坦性の向上と研磨欠陥（特にスクラッチ）の発生の低減とはトレードオフの関係にあると考えられてきた。そこで、平坦性の向上と研磨欠陥の低減とを両立できる、新たな化学機械研磨パッド材料の開発が要求されている。
　本発明に係る幾つかの態様は、上記課題を解決することで、ＣＭＰにおける被研磨面の平坦性の向上と研磨欠陥の低減とを両立させることができる化学機械研磨パッド、および該化学機械研磨パッドを用いた化学機械研磨方法を提供するものである。
　本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
　［適用例１］
　本発明に係る化学機械研磨パッドの一態様は、
　樹脂と、疎水基が炭化水素基である非イオン性界面活性剤と、を含有し、前記非イオン性界面活性剤の含有割合が前記樹脂１００質量部に対して０．１質量部以上５質量部以下である組成物から形成された研磨層を有することを特徴とする。
　［適用例２］
　適用例１の化学機械研磨パッドにおいて、
　前記非イオン性界面活性剤のＨＬＢ値が５以上１８以下であることができる。
　［適用例３］
　適用例１または適用例２の化学機械研磨パッドにおいて、
　前記非イオン性界面活性剤が下記一般式（１）で示される化合物または下記一般式（２）で示される化合物であることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 （上記式（１）中、Ｒ１は、置換もしくは非置換の、アルキル基、アルケニル基またはフェニル基を表す。ＡＯは炭素数２～４のアルキレンオキシ基を表す。ｎはＡＯの平均付加モル数であり、１～１００の整数を表す。）
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 （上記式（２）中、Ｒ２は、置換もしくは非置換の、アルキル基、アルケニル基またはフェニル基を表す。ＡＯは炭素数２～４のアルキレンオキシ基を表す。ｍおよびｎはＡＯの平均付加モル数であり、それぞれ独立に１～１００の整数を表す。）
　［適用例４］
　適用例１ないし適用例３のいずれか一例の化学機械研磨パッドにおいて、
　前記組成物が架橋剤をさらに含有することができる。
　［適用例５］
　適用例１ないし適用例４のいずれか一例の化学機械研磨パッドにおいて、
　前記組成物が水溶性粒子をさらに含有することができる。
　［適用例６］
　本発明に係る化学機械研磨方法の一態様は、
　適用例１ないし適用例５のいずれか一例の化学機械研磨パッドを用いて化学機械研磨することを特徴とする。
　本発明に係る化学機械研磨パッドによれば、樹脂および特定量の疎水基が炭化水素基の非イオン性界面活性剤を含有する組成物から形成された研磨層を備えることにより、研磨層表面に適度な親水性が付与されて研磨時におけるトルク（摩擦）を効果的に低減できるので、ＣＭＰにおける被研磨面の平坦性を損なうことなく研磨欠陥（スクラッチ）の発生を低減することができる。また、研磨層に疎水基が炭化水素基である非イオン性界面活性剤が含まれることにより、スクラッチの発生源となるパッド屑やウエハ研磨屑等の研磨屑同士の凝集を抑制できるので、効果的に研磨欠陥（スクラッチ）の発生を低減することができる。
　以下、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。
　１．化学機械研磨パッド
　本実施の形態に係る化学機械研磨パッドの構成としては、少なくとも一方の面に研磨層を備えていれば特に限定されない。なお、本発明において、「研磨層」とは、化学機械研磨を行う際に被研磨物と接触する面（以下、「研磨面」という。）を有する単層のことをいう。すなわち、本発明では、研磨層と支持層との間に研磨面を有しない他の層を含んでいてもよいが、該他の層は研磨面を有しないので「研磨層」ではない。また、本発明における「研磨層」は、発泡タイプおよび非発泡タイプのいずれでも構わないが、後述する組成物を成形するだけで容易に製造でき、研磨欠陥（スクラッチ）の低減効果に優れている観点から、非発泡タイプであることが好ましい。以下、本実施の形態に係る化学機械研磨パッドについて、詳細に説明する。
　１．１．研磨層
　本実施の形態に係る化学機械研磨パッドを構成する研磨層は、樹脂と、特定量の疎水基が炭化水素基である非イオン性界面活性剤と、を含有する組成物（以下、単に「組成物」ともいう。）から後述する製造方法により作製することができる。
　１．１．１．樹脂
　前記組成物が含有する樹脂は、熱可塑性樹脂であることが好ましい。前記組成物が熱可塑性樹脂を含有することで、柔軟性に優れた研磨層を作製することができる。柔軟な研磨層の表面で被研磨面と研磨面との間に入り込んだパッド屑やウエハ研磨屑を捕捉することにより、それらが強い押し付け圧で被研磨面に接触することを回避させることができるので、研磨欠陥の発生を低減できる。
　前記組成物中に含まれる樹脂としては、例えば１，２－ポリブタジエン樹脂、ポリオレフィン樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリスチレン樹脂、ポリアクリル樹脂（例えば、（メタ）アクリレート樹脂等）、ビニルエステル樹脂（但しポリアクリル樹脂に該当するものを除く。）、ポリエステル樹脂（但しビニルエステル樹脂に該当するものを除く。）、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂（例えば、ポリフッ化ビニリデン等）、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。さらに、これらの樹脂は、熱可塑性を有していてもよいし、架橋された状態であってもよい。架橋された樹脂は、熱可塑性樹脂を架橋剤で架橋させたものでもよいし、後述する他の成分を含んだ原料を架橋反応を伴って重合させたものでもよい。
　また、前記組成物中に含まれる樹脂としては、熱可塑性エラストマーを使用することもできる。熱可塑性エラストマーとしては、例えば熱可塑性ポリウレタンエラストマー、熱可塑性ポリエステルエラストマー、熱可塑性スチレン系エラストマー、ポリアミドエラストマー等が挙げられる。
　これらの樹脂は、前述の１種単独の樹脂を用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
　１．１．２．非イオン性界面活性剤
　前記組成物が特定量の疎水基が炭化水素基である非イオン性界面活性剤を含有することで、研磨層表面に適度な親水性が付与されて研磨時におけるトルク（摩擦）を効果的に低減できるので、ＣＭＰにおける被研磨面の平坦性を損なうことなく研磨欠陥（スクラッチ）の発生を低減することができる。また、疎水基が炭化水素基である非イオン性界面活性剤が存在することで、スクラッチの発生源となるパッド屑やウエハ研磨屑等の研磨屑同士の凝集を抑制できるので、効果的に研磨欠陥（スクラッチ）の発生を低減することができる。
　前記組成物中に含まれる非イオン性界面活性剤としては、疎水基が炭化水素基でかつ親水基が非イオン性のものであれば特に制限されないが、デービス法により算出されたＨＬＢ値が５以上１８以下の非イオン性界面活性剤であることが好ましい。ＨＬＢ値が上記範囲にあると、研磨層表面に適度な親水性が付与されやすくなる点で好ましい。
　ここで、デービス法により算出されたＨＬＢ値とは、デービスらが提唱した化合物の親水性を評価する値であり、例えば文献「Ｊ．Ｔ．Ｄａｖｉｅｓ　ａｎｄ　Ｅ．Ｋ．Ｒｉｄｅａｌ，“Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ”２ｎｄ　ｅｄ．Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １９６３」中で定義されているデービス法により求められる数値で、下記式（３）によって算出される値をいう。
　ＨＬＢ値＝７＋Σ［１］＋Σ［２］　・・・・・（３）
（但し、式（３）中、［１］は親水基の基数を表し、［２］は疎水基の基数を表す。）
以下に、代表的な親水基および疎水基の基数を例示する。
－ＣＨ２－：－０．４７５、－ＣＨ３：－０．４７５、－（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）－：＋０．３３０、－ＯＨ：＋１．９００
　なお、前記非イオン界面活性剤は、疎水基が炭化水素基であるものが好ましい。ケイ素を含む疎水基や、炭化水素をフッ素置換した疎水基であると、樹脂との親和性が悪いため、パッド表面に局在化してしまい、すぐに効果が低下してしまう。
　また、前記組成物中に含まれる非イオン性界面活性剤としては、下記一般式（１）で示される化合物または下記一般式（２）で示される化合物であることがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 （上記式（１）中、Ｒ１は、置換もしくは非置換の、アルキル基、アルケニル基またはフェニル基を表す。ＡＯは炭素数２～４のアルキレンオキシ基を表す。ｎはＡＯの平均付加モル数であり、１～１００の整数を表す。）
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 （上記式（２）中、Ｒ２は、置換もしくは非置換の、アルキル基、アルケニル基またはフェニル基を表す。ＡＯは炭素数２～４のアルキレンオキシ基を表す。ｍおよびｎはＡＯの平均付加モル数であり、それぞれ独立に１～１００の整数を表す。）
　上記式（１）および式（２）中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立に、置換もしくは非置換の、アルキル基、アルケニル基またはフェニル基を表す。アルキル基としては、直鎖または分岐鎖を有する、炭素数８～２２のアルキル基が好ましく、炭素数１０～２０のアルキル基がより好ましく、炭素数１２～１８のアルキル基であることが特に好ましい。アルケニル基としては、直鎖または分岐鎖を有する、炭素数８～２２のアルケニル基が好ましく、炭素数１０～２０のアルケニル基がより好ましく、炭素数１２～１８のアルケニル基であることが特に好ましい。
　上記式（１）および式（２）中、ＡＯは炭素数２～４のアルキレンオキシ基であり、例えばエチレンオキシ基、プロピレンオキシ基等が挙げられる。これらの中でも、研磨層表面に親水性を付与する観点から、親水性に優れたエチレンオキシ基が好ましい。
　上記式（１）および式（２）中、ｍおよびｎはＡＯの平均付加モル数であり、それぞれ独立に１～１００の整数を表すが、５～６０であることが好ましく、１０～４０であることがより好ましく、１５～３０であることがさらに好ましく、２０～２５であることが特に好ましい。
　上記式（１）で示される化合物の具体例としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルケニルエーテル、ポリオキシエチレンフェニルエーテル等が挙げられる。上記式（２）で示される化合物の具体例としては、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルケニルアミン等が挙げられる。
　上記式（１）中のＲ１や上記式（２）中のＲ２が重合性基を有するアルケニル基である場合、後述する架橋剤を組成物中に添加して架橋反応させることにより、架橋構造が構築された研磨層を得ることができる。このような研磨層は、架橋構造を有することにより研磨層に弾性回復力を付与する。これにより、研磨時に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、研磨時およびドレッシング時に研磨層が過度に引き延ばされ塑性変形してポアが埋まること、また研磨パッド表面が過度に毛羽立つこと等を効果的に抑制できる。したがって、ポアが効率良く形成され研磨時のスラリーの保持性の低下が少なく、また毛羽立ちが少なく研磨平坦性を阻害することもない。
　前記組成物における非イオン性界面活性剤の含有割合は、樹脂１００質量部に対して０．１質量部以上５質量部以下、好ましくは０．５質量部以上４．５質量部以下、より好ましくは１質量部以上４質量部以下である。非イオン性界面活性剤の含有割合が上記範囲内であると、研磨層表面に適度な親水性が付与されて研磨時におけるトルク（摩擦）を効果的に低減できるので、ＣＭＰにおける被研磨面の平坦性を損なうことなく研磨欠陥（スクラッチ）の発生を低減することができる。非イオン性界面活性剤の含有割合が上記範囲未満であると、研磨層表面に付与される親水性が不十分となり、研磨時におけるトルクを効果的に低減することができない。一方、非イオン性界面活性剤の含有割合が上記範囲を超えると、得られる研磨層の弾性率が低くなりすぎるため、研磨平坦性が損なわれることがあり好ましくない。
　１．１．３．水溶性粒子
　前記組成物は、水溶性粒子をさらに含んでもよい。かかる水溶性粒子は、組成物中に均一に分散された状態で存在していることが好ましい。このような組成物を用いることで、水溶性粒子が均一に分散された状態の研磨層が得られる。
　前記水溶性粒子は、砥粒および薬液からなるスラリーと接触することにより、研磨層表面から水溶性粒子が遊離して、該スラリーを保持することのできるポアを形成する目的で用いられる。このため、気泡構造を有するポリウレタン発泡体等を用いることなく、水溶性粒子を用いることで研磨層の表面にポアが形成され、スラリーの保持がより良好となる。
　前記水溶性粒子としては、特に限定されないが、有機水溶性粒子および無機水溶性粒子が挙げられる。具体的には、水溶性高分子のように水に溶解する物質の他、吸水性樹脂のように水との接触により膨潤またはゲル化して研磨層表面から遊離することができる物質が挙げられる。
　前記有機水溶性粒子を構成する材料としては、例えば、糖類（澱粉、デキストリンおよびシクロデキストリン等の多糖類、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、ポリエチレンオキサイド、スルホン化ポリイソプレン、スルホン化イソプレン共重合体等が挙げられる。
　前記無機水溶性粒子を構成する材料としては、例えば、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、臭化カリウム、リン酸カリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硝酸カルシウム等が挙げられる。
　前記水溶性粒子を構成する材料は、有機水溶性粒子または無機水溶性粒子を構成する材料を１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。なお、研磨層の硬度その他の機械的強度を適正な値とすることができるという観点から、水溶性粒子は中実体であることが好ましい。
　前記組成物における水溶性粒子の含有割合は、樹脂１００質量部に対して、３～１５０質量部であることが好ましい。水溶性粒子の含有量が前記範囲にあると、化学機械研磨において高い研磨速度を示し、かつ、適正な硬度その他の機械的強度を有する研磨層を製造することができる。
　前記水溶性粒子の平均粒径は、好ましくは０．５～２００μｍである。水溶性粒子が化学機械研磨パッドの研磨層表面から遊離することにより形成されるポアの大きさは、好ましくは０．１～５００μｍ、より好ましくは０．５～２００μｍである。水溶性粒子の平均粒径が前記範囲にあると、高い研磨速度を示し、かつ、機械的強度に優れた研磨層を有する化学機械研磨パッドを製造することができる。
　１．１．４．架橋剤
　前記組成物は、架橋剤をさらに含有してもよい。前記樹脂や前記非イオン性界面活性剤が重合性基を有する場合、前記組成物に架橋剤を添加して反応させることで、その一部または全部に架橋構造を有する研磨層を製造することができる。このような架橋剤としては、例えば、過酸化ジクミル、過酸化ジエチル、過酸化ジ－ｔ－ブチル、過酸化ジアセチル、過酸化ジアシル等の有機過酸化物；硫黄；硫黄化合物等が挙げられる。
　前記組成物における架橋剤の含有割合は、樹脂１００質量部に対して、０．０１質量部～０．６質量部であることが好ましい。この範囲の含有割合とすることにより、架橋反応を促進させることができ、その一部または全部に架橋構造を有する研磨層を製造することができる。
　１．１．５．その他の添加剤
　前記組成物は、必要に応じて、充填剤、軟化剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑剤、可塑剤等の各種添加剤を含有することができる。特に充填剤としては、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、およびシリカ、アルミナ、セリア、ジルコニア、酸化チタン、酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、三酸化マンガン、炭酸バリウム等の研磨効果を有する材料等を用いてもよい。
　１．１．６．製造方法
　本実施の形態で使用される研磨層は、前述した組成物を成形することにより得られる。前記組成物の混練は、公知の混練機等により行うことができる。混練機としては、例えば、ロール、ニーダー、バンバリーミキサー、押出機（単軸、多軸）等が挙げられる。組成物から研磨層を成形する方法としては、１２０℃～２３０℃で可塑化した前記組成物をプレス成形、押出成形または射出成形し、可塑化・シート化する方法により成形すればよい。かかる成型条件を適宜調整することで比重や硬度をコントロールすることもできる。
　このようにして成形した後、切削加工により研磨面に凹部を形成してもよい。また、凹部となるパターンが形成された金型を用いて上述した組成物を金型成形することにより、研磨層の概形と共に凹部を同時に形成することもできる。
　１．１．７．研磨層の形状および凹部
　研磨層の平面形状は、特に限定されないが、例えば円形状であることができる。研磨層の平面形状が円形状である場合、その大きさは、好ましくは直径１５０ｍｍ～１２００ｍｍ、より好ましくは直径５００ｍｍ～１０００ｍｍである。研磨層の厚さは、好ましくは０．５ｍｍ～５．０ｍｍ、より好ましくは１．０ｍｍ～３．０ｍｍ、特に好ましくは１．５ｍｍ～３．５ｍｍである。
　研磨面には、複数の凹部を形成してもよい。前記凹部は、ＣＭＰの際に供給されるスラリーを保持し、これを研磨面に均一に分配すると共に、研磨屑、パッド屑および使用済みのスラリー等の廃棄物を一時的に滞留させ、外部へ排出するための経路となる機能を有する。
　凹部の深さは、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．１ｍｍ～２．５ｍｍ、特に好ましくは０．２ｍｍ～２．０ｍｍとすることができる。凹部の幅は、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．１ｍｍ～５．０ｍｍ、特に好ましくは０．２ｍｍ～３．０ｍｍとすることができる。研磨面において、隣接する凹部の間隔は、好ましくは０．０５ｍｍ以上、より好ましくは０．０５ｍｍ～１００ｍｍ、特に好ましくは０．１ｍｍ～１０ｍｍとすることができる。また、凹部の幅と隣り合う凹部の間の距離との和であるピッチは、好ましくは０．１５ｍｍ以上、より好ましくは０．１５ｍｍ～１０５ｍｍ、特に好ましくは０．６ｍｍ～１３ｍｍとすることができる。凹部は、前記範囲内の一定の間隔を設けて形成されたものであることができる。前記範囲の形状を有する凹部を形成することで、被研磨面のスクラッチ低減効果に優れ、寿命の長い化学機械研磨パッドを製造することができる。
　前記各好ましい範囲は、各々の組合せとすることができる。すなわち、例えば、深さが０．１ｍｍ以上、幅が０．１ｍｍ以上、間隔が０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、深さが０．１ｍｍ～２．５ｍｍ、幅が０．１ｍｍ～５．０ｍｍ、間隔が０．０５ｍｍ～１００ｍｍであることがより好ましく、深さが０．２ｍｍ～２．０ｍｍ、幅が０．２ｍｍ～３．０ｍｍ、間隔が０．１ｍｍ～１０ｍｍであることが特に好ましい。
　前記凹部を加工するための工具は、特開２００６－１６７８１１号公報、特開２００１－１８１６４号公報、特開２００８－１８３６５７号公報等に記載されている形状の多刃工具を用いることができる。使用する工具の切削刃は、ダイヤモンドあるいは、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ等の周期表第４、５、６族金属から選択される少なくとも１種の金属元素と、窒素、炭素および酸素から選択される少なくとも１種の非金属元素と、で構成されるコーティング層を有してもよい。さらにコーティング層は１層設ける場合に限らず、材料を違えて複数層設けてもよい。このようなコーティング層の膜厚は、０．１～５μｍが好ましく、１．５～４μｍがより好ましい。コーティング層の成膜には、アークイオンプレーティング装置等の公知の技術を工具材質、コーティング材質等に応じて適時選択して使用することができる。
　１．２．支持層
　本実施の形態に係る化学機械研磨パッドは、前述した研磨層のみで構成される場合もあるが、前記研磨層の研磨面とは反対側の面に支持層を設けてもよい。
　支持層は、化学機械研磨パッドにおいて、研磨装置用定盤に研磨層を支持するために用いられる。支持層は、接着層であってもよいし、接着層を両面に有するクッション層であってもよい。
　接着層は、例えば粘着シートからなることができる。粘着シートの厚さは、５０μｍ～２５０μｍであることが好ましい。５０μｍ以上の厚さを有することで、研磨層の研磨面側からの圧力を十分に緩和することができ、２５０μｍ以下の厚さを有することで、凹凸の影響を研磨性能に与えない程度に均一な厚みを有する化学機械研磨パッドが得られる。
　粘着シートの材質としては、研磨層を研磨装置用定盤に固定することができれば特に限定されないが、研磨層より弾性率の低いアクリル系またはゴム系の材質であることが好ましい。
　粘着シートの接着強度は、化学機械研磨パッドを研磨装置用定盤に固定することができれば特に限定されないが、「ＪＩＳ　Ｚ０２３７」の規格で粘着シートの接着強度を測定した場合、その接着強度が好ましくは３Ｎ／２５ｍｍ以上、より好ましくは４Ｎ／２５ｍｍ以上、特に好ましくは１０Ｎ／２５ｍｍ以上である。
　クッション層は、研磨層よりも硬度が低い材質からなれば、その材質は特に限定されず、多孔質体（発泡体）または非多孔質体であってもよい。クッション層としては、例えば、発泡ポリウレタン等を成形した層が挙げられる。クッション層の厚さは、好ましくは０．１ｍｍ～５．０ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍ～２．０ｍｍである。
　２．化学機械研磨方法
　本実施の形態に係る化学機械研磨方法は、前述の化学機械研磨パッドを用いて化学機械研磨することを特徴とする。前述の化学機械研磨パッドは、樹脂および特定量の疎水基が炭化水素基の非イオン性界面活性剤を含有する組成物から形成された研磨層を備えている。そのため、本実施の形態に係る化学機械研磨方法によれば、研磨層表面に適度な親水性が付与されて研磨時におけるトルク（摩擦）を効果的に低減できるので、ＣＭＰにおける被研磨面の平坦性を損なうことなく研磨欠陥（スクラッチ）の発生を低減することができる。また、研磨層に含まれる疎水基が炭化水素基の非イオン性界面活性剤により、スクラッチの発生源となるパッド屑やウエハ研磨屑等の研磨屑同士の凝集を抑制できるので、効果的に研磨欠陥（スクラッチ）の発生を低減することができる。
　本実施の形態に係る化学機械研磨方法においては、市販の化学機械研磨装置を用いることができる。市販の化学機械研磨装置としては、例えば、型式「ＥＰＯ－１１２」、型式「ＥＰＯ－２２２」（以上、株式会社荏原製作所製）；型式「ＬＧＰ－５１０」、型式「ＬＧＰ－５５２」（以上、ラップマスターＳＦＴ社製）；型式「Ｍｉｒｒａ」、型式「Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ　ＬＫ」（アプライドマテリアル社製）等が挙げられる。
　また、スラリーとしては、研磨対象（銅膜、絶縁膜、低誘電率絶縁膜等）に応じて適宜最適なものを選択することができる。
　３．実施例
　以下、本発明を実施例に基いて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「部」および「％」は、特に断らない限り質量基準である。
　３．１．化学機械研磨パッドの製造
　３．１．１．実施例１
　樹脂として１，２－ポリブタジエン（ＪＳＲ株式会社製、商品名「ＪＳＲ　ＲＢ８３０」）１００質量部、非イオン性界面活性剤としてアミート３０２（花王株式会社製、ポリオキシエチレンステアリルアミン、ＨＬＢ値：５．１）３質量部、水溶性粒子としてβ－サイクロデキストリン（塩水港精糖株式会社製、商品名「デキシパールβ－１００」、平均粒径２０μｍ）３０質量部を、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（日油株式会社製、商品名「パークミルＤ」）０．３質量部を添加してさらに混練して組成物を作成し、ロールによりシート状に成形した。このシートを、プレス金型内にて１７０℃で２０分間圧縮成形し、直径８４５ｍｍ、厚さ３．２ｍｍの円板状の成形体を作製した。次に、作製した成形体の表面をサンドペーパーで研磨して厚みを調整し、さらに切削加工機（加藤機械株式会社製）により、幅０．５ｍｍ、深さ１．４ｍｍ、ピッチ１．５ｍｍの同心円状の凹部を成形した。その後、外周部分を切り離し、直径７６２ｍｍ、厚さ２．８ｍｍの研磨層を得た。得られた研磨層を化学機械研磨パッドとしてそのまま使用した。
　３．１．２．実施例２～５、比較例１～５
　組成物の各成分の種類および含有量を表１に記載のものに変更したこと以外は、実施例１と同様にして実施例２～５、比較例１～５の化学機械研磨パッドを作製した。
　３．１．３．実施例６
　樹脂としてウレタンプレポリマー（三洋化成工業株式会社製、商品名「サンプレンＰ－６６７」）１００質量部を撹拌容器に入れて６０℃に保温し、２００ｒｐｍで撹拌しながら、非イオン性界面活性剤としてエマルゲン３２０Ｐ（花王株式会社製、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ＨＬＢ値：１３．９）３質量部、水溶性粒子３０質量部を加え混合分散させた後、硬化剤としてグリセリン（阪本薬品工業株式会社製、商品名「精製グリセリン」）６．２質量部を加え原料混合物を得た。プレス金型内に上記原料混合物を注入し、１００℃で１時間圧縮成型し硬化体を得た後、さらにギヤーオーブン中にて１３０℃で８時間熱処理をして、直径８４５ｍｍ、厚さ３．２ｍｍの円柱状の成形体を作製した。次に、作製した成形体の表面をサンドペーパーで研磨し、厚みを調整し、さらに切削加工機（加藤機械株式会社製）により幅０．５ｍｍ、深さ１．４ｍｍ、ピッチ１．５ｍｍの同心円状の凹部を形成し外周部を切り離すことで、直径７６２ｍｍ、厚さ２．８ｍｍの研磨層を得た。
　３．１．４．比較例６
　非イオン性界面活性剤を含まないこと以外は、実施例６と同様にして研磨層を作製した。
　なお、表１における各成分の略称は、以下の通りである。
・「１，２－ポリブタジエン」：ＪＳＲ株式会社製、商品名「ＪＳＲ　ＲＢ８３０」
・「スチレン系熱可塑性エラストマー」：ＪＳＲ株式会社製、商品名「ＪＳＲ　ＴＲ２２５０）
・「サンプレンＰ－６６７」：三洋化成工業株式会社製、商品名「サンプレンＰ－６６７」
・「グリセリン」：阪本薬品工業株式会社製、商品名「精製グリセリン」
・「アミート３０２」：商品名、花王株式会社製、ポリオキシエチレンステアリルアミン、ＨＬＢ値：５．１
・「エマルゲン３２０Ｐ」：商品名、花王株式会社製、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ＨＬＢ値：１３．９
・「ラテムルＰＤ－４５０」：商品名、花王株式会社製、ポリオキシエチレンアルケニルエーテル、ＨＬＢ値：１６．２
・「ＳＨ　１９２」：商品名、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製、シリコン系界面活性剤
・「ＤＣＰ」：日油株式会社製、商品名「パークミルＤ」
・「β－ＣＤ」：β－サイクロデキストリン（平均粒径２０μｍ、塩水港精糖株式会社製、商品名「デキシパールβ－１００」）
　３．２．化学機械研磨特性の評価
　前記「３．１．化学機械研磨パッドの製造」で製造した化学機械研磨パッドを化学機械研磨装置（アプライドマテリアル社製、形式「Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ　ＬＫ」）に装着し、ドレッサー（３Ｍ社製、商品名「Ａ１６５」）を用いてテーブル回転数４２ｒｐｍ、ドレッシング回転数４０ｒｐｍ、ドレッシング荷重３．０ｌｂｆ（１．３６ｋｇｆ）の条件でドレッシングを３０分行った。その後、ドレッシングした化学機械研磨パッドを用いて以下の条件にて化学機械研磨を行い、その研磨特性を評価した。その結果を表１に併せて示す。
・ヘッド回転数：３８ｒｐｍ
・ヘッド荷重：２ｐｓｉ（１３．８ｋＰａ）
・テーブル回転数：４２ｒｐｍ
・スラリー供給速度：２００ｃｍ３／分
・スラリー：ＣＭＳ７４０１／ＣＭＳ７４５２（ＪＳＲ株式会社製）
　３．２．１．平坦性の評価
　被研磨物として、シリコン基板上にＰＥＴＥＯＳ膜を５００ｎｍ積層させた後、「ＳＥＭＡＴＥＣＨ　７５４」マスクパターン加工し、その上に２５ｎｍのタンタルナイトライド膜、７００ｎｍの銅膜を順次積層させたテスト用の基板を用いた。
　前記の条件で前記被研磨物を化学機械研磨装置付帯のエンドポイントシステムを使用して銅の残膜厚が約３００ｎｍになるまで研磨した後に、幅１００μｍの銅配線部と幅１００μｍの絶縁部とが交互に連続したパターンが長さ方向に対して垂直方向に３．０ｍｍ連続した部分について、精密段差計（ケーエルエー・テンコール社製、型式「ＨＲＰ－３４０」）を使用して、配線幅１００μｍ部分の銅配線の窪み量（以下、「ディッシング量」ともいう。）を測定することによりディッシングを評価し、平坦性の指標とした。その結果を表１に示す。なお、ディッシング量は、好ましくは２０ｎｍ未満、より好ましくは１５ｎｍ未満である。
　３．２．２．スクラッチの評価
　被研磨物として、熱酸化膜付きシリコン基板上に膜厚１５００ｎｍの銅膜が設けられた基板を用いて、上述の条件で１分間化学機械研磨を行い、ウエハの被研磨面において、ウエハ欠陥検査装置（ケーエルエー・テンコール社製、型式「ＫＬＡ２３５１」）を使用して、ウエハ全面におけるスクラッチの個数を測定した。なお、スクラッチは、好ましくは３０個未満、より好ましくは２０個未満、特に好ましくは１５個未満である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　３．３．化学機械研磨パッドの評価結果
　表１によれば、実施例１～６の化学機械研磨パッドは、平坦性およびスクラッチの２項目の研磨特性においていずれも好ましい結果が得られた。これに対して、比較例１～２および比較例５～６の化学機械研磨パッドは、疎水基が炭化水素基の非イオン性界面活性剤を含有しない組成物から得られたものであるため、研磨時におけるトルク（摩擦）を低減できず、スクラッチ性能が不良となった。また、比較例３では、樹脂１００質量部に対して疎水基が炭化水素基の非イオン性界面活性剤の含有割合が０．０５質量部である組成物から作製された化学機械研磨パッドを使用したため、該パッド表面に付与される親水性が不十分となり、研磨時におけるトルクを効果的に低減できず、スクラッチ性能が不良となった。一方、比較例４では、樹脂１００質量部に対して疎水基が炭化水素基の非イオン性界面活性剤の含有割合が５．５質量部である組成物から作製された化学機械研磨パッドを使用したため、該パッドの弾性率が低くなりすぎ、研磨平坦性が損なわれた。
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

Claims (6)

  1. 　樹脂と、疎水基が炭化水素基である非イオン性界面活性剤と、を含有し、前記非イオン性界面活性剤の含有割合が、前記樹脂１００質量部に対して０．１質量部以上５質量部以下である組成物から形成された研磨層を有することを特徴とする、化学機械研磨パッド。
  2. 　前記非イオン性界面活性剤のＨＬＢ値が５以上１８以下である、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
  3. 　前記非イオン性界面活性剤が下記一般式（１）で示される化合物または下記一般式（２）で示される化合物である、請求項１または請求項２に記載の化学機械研磨パッド。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     （上記式（１）中、Ｒ１は、置換もしくは非置換の、アルキル基、アルケニル基またはフェニル基を表す。ＡＯは炭素数２～４のアルキレンオキシ基を表す。ｎはＡＯの平均付加モル数であり、１～１００の整数を表す。）
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     （上記式（２）中、Ｒ２は、置換もしくは非置換の、アルキル基、アルケニル基またはフェニル基を表す。ＡＯは炭素数２～４のアルキレンオキシ基を表す。ｍおよびｎはＡＯの平均付加モル数であり、それぞれ独立に１～１００の整数を表す。）
  4. 　前記組成物が架橋剤をさらに含有する、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の化学機械研磨パッド。
  5. 　前記組成物が水溶性粒子をさらに含有する、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の化学機械研磨パッド。
  6. 　請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の化学機械研磨パッドを用いて化学機械研磨する、化学機械研磨方法。
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