(57)【要約】  本発明は、少なくとも円状の研磨面を有する化学機械研磨用の研磨パッドであって、研磨面には、非同心円状の複数の溝が形成され、複数の溝は、研磨パッドの回転速度方向に対して、前側に位置する第１溝側面、および後側に位置する第２溝側面を有する第１の溝を少なくとも一部に有し、研磨面および該研磨面と連続する第１溝側面のなす角度が、１０５度以上１５０度以下であって、研磨面および該研磨面と連続する第２溝側面のなす角度が、１０５度未満であり、第１の溝の長さの合計は、複数の溝のうち、第１の溝以外の溝の長さの合計以上である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも円状の研磨面を有する化学機械研磨用の研磨パッドであって、
前記研磨面には、非同心円状の複数の溝が形成され、
前記複数の溝は、当該研磨パッドの回転速度方向に対して、前側に位置する第１溝側面、および後側に位置する第２溝側面を有する第１の溝を少なくとも一部に有し、
前記研磨面および該研磨面と連続する前記第１溝側面のなす角度が、１０５度以上１５０度以下であって、
前記研磨面および該研磨面と連続する前記第２溝側面のなす角度が、１０５度未満であり、
前記第１の溝の長さの合計は、前記複数の溝のうち、前記第１の溝以外の溝の長さの合計以上であることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
前記第１の溝は、複数設けられ、互いに平行な直線状をなして延び、
前記第１の溝が延びる方向と前記回転速度方向とのなす角度が、３０度以上９０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記第１の溝の前記研磨面に形成される範囲が、当該研磨パッドの径方向に対し、当該研磨パッド半径長さの９０％以下の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記第１の溝の長さの合計が、前記複数の溝の長さの合計に対して５％以上９０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記第１の溝は、前記研磨面に格子状に形成された溝の一部であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の研磨パッド。
【請求項６】
前記第１の溝は、当該研磨パッドの中心を通過し、かつ前記研磨面と直交する平面に対して、非対称に形成されることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨パッドに関する。より詳しくは、半導体、誘電／金属複合体および集積回路等において平坦面を形成するために好ましく使用される研磨パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスが高密度化するにつれ、多層配線、および多層配線に伴う層間絶縁膜形成や、プラグ、ダマシンなどの電極形成等の技術が重要度を増している。これに伴い、これら層間絶縁膜や電極の金属膜の平坦化プロセスの重要度は増しており、この平坦化プロセスのための効率的な技術として、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）と呼ばれる研磨技術が普及している。【０００３】
一般にＣＭＰ装置は、被処理物である半導体ウェハーを保持する研磨ヘッド、被処理物の研磨処理を行うための研磨パッド、前記研磨パッドを保持する研磨定盤から構成されている。そして、半導体ウェハーの研磨処理はスラリーを用いて、半導体ウェハーと研磨パッドを相対運動させることにより、半導体ウェハー表面の層の突出した部分を除去し、ウェハー表面の層を平坦化するものである。【０００４】
ＣＭＰは、研磨面と、研磨面に形成された溝とを有する研磨パッドを用いて、スラリーを供給しながら被研磨材を研磨する技術である。ＣＭＰ研磨には、ウェハーの局所平坦性の確保、グローバル平坦性の確保、欠陥の発生防止、ウェハー面内の高い平均研磨レートの確保などの要求特性がある。そのため、これらの達成のために、研磨特性に影響を与える因子のうち、大きなものの一つである研磨パッドの溝の構成（溝のパターンおよび溝の断面形状等）には様々な工夫がなされている。例えば、表面に形成されている溝の断面形状が平行四辺形で、同心的に伸びる円形、花びら形等の複数の傾斜溝、または螺旋状に伸びる傾斜溝を溝のパターンとし、研磨特性の安定化を図っている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
また、溝の断面形状における角部（研磨面と溝との交差部分）がウェハーの表面にスクラッチを発生させたり、断面形状において、研磨前後や研磨中に行われるドレッシング等に起因して、角部にバリ状物が形成されることでスクラッチを発生させたりすることがあり、これを解消するため、研磨面と溝の境界部に傾斜面を設けることが記載されている（例えば、特許文献２〜４参照）。【０００６】
ここで、本発明者らは、研磨面と溝の境界部に傾斜面を設けることで、特定の傾斜角度において、ウェハーと研磨パッドの間で吸引力が働くことやスラリーの流れが改善することで、研磨レートが高くなることを見出した。これは研磨面と溝との境界部に傾斜面を設けることが重要であるため、溝の断面形状がＶ字形、台形および皿ネジの断面形状（Ｙ字形）をなす場合にも当てはまる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１１８９９６号公報
【特許文献２】特開２００１−２１２７５２号公報
【特許文献３】特開２０１０−０４５３０６号公報
【特許文献４】特開２００４−１８６３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、Ｖ字形状をなす溝の場合、研磨パッド寿命終期においては、研磨パッドの磨耗により溝断面積が著しく減少し、スラリーの供給と排出のバランスが崩れ、欠陥が増加してしまうことが知られている。また、スラリーの供給と排出のバランスを補完するため、断面形状を台形や皿ネジ断面形状の溝とする事もできるが、断面積を大きくすることは即ち、研磨パッドの体積が減少し、結果、短寿命になると言う問題が生じる。【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高い研磨レートを保ちながら、パッド寿命の低下を抑制することができる研磨パッドを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、溝断面形状に傾斜を有する形状でも、その効果が研磨面の回転速度方向に対して回転前方側の傾斜のみによって発現することを見出した。【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる研磨パッドは、少なくとも円状の研磨面を有する化学機械研磨用の研磨パッドであって、前記研磨面には、非同心円状の複数の溝が形成され、前記複数の溝は、当該研磨パッドの回転速度方向に対して、前側に位置する第１溝側面、および後側に位置する第２溝側面を有する第１の溝を少なくとも一部に有し、前記研磨面および該研磨面と連続する前記第１溝側面のなす角度が、１０５度以上１５０度以下であって、前記研磨面および該研磨面と連続する前記第２溝側面のなす角度が、１０５度未満であり、前記第１の溝の長さの合計は、前記複数の溝のうち、前記第１の溝以外の溝の長さの合計以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、高い研磨レートを保ちながら、すなわちウェハーと研磨パッドの間の吸引力やスラリーの供給、排出機能を低減させず、溝の断面積を大きくすることでパッドの寿命を低減することの無い研磨パッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドにおける溝形状を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状を説明する図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状の他の例を模式的に示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状の他の例を模式的に示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状の他の例を模式的に示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状の他の例を模式的に示す断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状の他の例を模式的に示す断面図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状の他の例を模式的に示す断面図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状の他の例を模式的に示す断面図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状の他の例を模式的に示す断面図である。
【図３Ｉ】図３Ｉは、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状の他の例を模式的に示す断面図である。
【図３Ｊ】図３Ｊは、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状の他の例を模式的に示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの構成の一例を示す模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａのａ’−ａ”線の断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａのｂ’−ｂ”線の断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図４Ａのｃ’−ｃ”線の断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、図４Ａのｄ’−ｄ”線の断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの構成の他の例を示す模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａのｅ’−ｅ”線の断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ａのｆ’−ｆ”線の断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図５Ａのｇ’−ｇ”線の断面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、図５Ａのｈ’−ｈ”線の断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、溝加工方向が回転する研磨パッドの回転速度方向と平行となる場合の溝形状について説明する図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、溝加工方向が回転する研磨パッドの回転速度方向と平行となる場合の溝形状について説明する図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの構成を示す模式図、および溝形状の一例を示す断面斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状の加工方向について説明する図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドの要部の構成を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施例における実施例１にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例における実施例２にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例における実施例３にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例における実施例４にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例における実施例５にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の実施例における比較例３にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本発明の実施例における比較例３にかかる研磨パッドの溝形状の構成を示す断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施例における比較例４にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施例における比較例５にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。
【００１５】
本発明の円状の化学機械研磨用の研磨パッドは、少なくとも円状の研磨面を有する化学機械研磨用の研磨パッドであって、研磨面には、非同心円状の複数の溝が形成され、複数溝は、研磨パッドの回転速度方向に対して、前側に位置する第１溝側面、および後側に位置する第２溝側面を有する第１の溝を少なくとも一部に有し、研磨面および該研磨面と連続する第１溝側面のなす角度が、１０５度以上１５０度以下であって、研磨面および該研磨面と連続する第２溝側面のなす角度が、１０５度未満であることを特徴とする。また本発明の研磨パッドは、第１の溝の長さの合計が、複数の溝のうち、第１の溝以外の溝の長さの合計以上であることを特徴とする。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態にかかる研磨パッドにおける溝形状を説明するための図である。図１に示すように、研磨パッドには、平面状をなす研磨面１に対し、例えば溝２が形成される。溝２は、研磨面１上で直線状に延び、研磨面１に対して傾斜した傾斜面をなす二つの溝側面２０によって、対称性を有するＶ字形状をなしている。ここで、研磨面１と各溝側面２０とのなす角度は、同一の角度θ１となっている。
【００１７】
図２は、本実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状を説明する図である。本発明にかかる研磨パッドには、図２に示すように、平面状をなす研磨面１に対し、直線状に延び、研磨面１に対して傾斜した傾斜面をなす第１溝側面２１と、研磨面１と略直交する面である第２溝側面２２とからなる溝２ａ（第１の溝）が形成されている。溝２ａは、第１溝側面２１および第２溝側面２２によって、略Ｖ字形状をなしている。ここで、研磨面１と第１溝側面２１とのなす角度は、角度θ２（θ２≧１０５度）となっている。また、研磨面１と第２溝側面２２とのなす角度は、角度θ３（θ３≒９０度）となっている。このとき、第１溝側面２１は、回転する研磨パッドの回転速度方向（図２中の矢印Ｙ１方向、以下、回転速度方向Ｙ１という）に対して前側になるように形成される（以下、前傾斜面と呼ぶこともある）。また、第２溝側面２２は回転する研磨パッドの回転速度方向Ｙ１に対して後側になるように形成される（以下、後傾斜面と呼ぶこともある）。溝２ａにおける第１溝側面２１と第２溝側面２２とは、回転する研磨パッドの回転速度方向Ｙ１によるものであり、これらは適宜選択されるべきものであるが、これをもって不明確とすべきではない。
【００１８】
そして、溝２ａは、第１溝側面２１の傾斜角度θ２が１０５度以上１５０度以下であり、第１溝側面２１の反対側である第２溝側面２２の傾斜角度θ３が１０５度未満である溝である。
【００１９】
本発明の研磨パッドの溝の溝底の形状は特に限定されるものではない。具体的な溝断面形状や溝パターンを図３Ａ〜３Ｉに示す。図３Ａ〜３Ｉは、本実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状の他の例を模式的に示す断面図である。まず、図３Ａに示す溝２ｂは、研磨面１に略直交する面である第２溝側面２２と、第２溝側面２２の研磨面１と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１と略平行な平面であって、溝２ｂの底面をなす溝底面２３と、溝底面２３の第２溝側面２２と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１に対して傾斜した面である第１溝側面２４と、からなる。溝２ｂは、第２溝側面２２、溝底面２３および第１溝側面２４によって略Ｕ字形状をなす。
【００２０】
図３Ｂに示す溝２ｃは、研磨面１に略直交する面である第２溝側面２２と、第２溝側面２２の研磨面１と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１と略平行な平面であって、溝２ｃの底面をなす溝底面２３と、溝底面２３の第２溝側面２２と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１に対して傾斜した面である第１傾斜部２４１、および第１傾斜部２４１に連なり、研磨面１に対して傾斜した面である第２傾斜部２４２を有する第１溝側面２４ａと、からなる。ここで、第１傾斜部２４１の研磨面１に対する傾斜角度は、第２傾斜部２４２の研磨面１に対する傾斜角度より小さい。
【００２１】
図３Ｃに示す溝２ｄは、研磨面１に略直交する面である第２溝側面２２と、第２溝側面２２の研磨面１と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１と略平行な平面であって、溝２ｄの底面をなす溝底面２３と、溝底面２３の第２溝側面２２と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１に対して直交した面である直交部２４３、および直交部２４３に連なり、研磨面１に対して傾斜した面である傾斜部２４４を有する第１溝側面２４ｂと、からなる。
【００２２】
図３Ｄに示す溝２ｅは、研磨面１に略直交する面である第２溝側面２２と、第２溝側面２２の研磨面１と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１に対して傾斜した面である第１傾斜部２４５、および第１傾斜部２４５に連なり、研磨面１に対して傾斜した面である第２傾斜部２４６を有する第１溝側面２４ｃと、からなる。ここで、第１傾斜部２４５の研磨面１に対する傾斜角度は、第２傾斜部２４６の研磨面１に対する傾斜角度より小さい。
【００２３】
図３Ｅに示す溝２ｆは、研磨面１に略直交する面である第２溝側面２２と、第２溝側面２２の研磨面１と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１から離れる側に凸となる弧状をなす曲面であって、溝２ｆの底面をなす溝底面２３ａと、溝底面２３ａの第１溝側面２２と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１に対して傾斜した面である第１溝側面２４ｄと、からなる。
【００２４】
図３Ｆに示す溝２ｇは、研磨面１に略直交する面である第２溝側面２２と、第２溝側面２２の研磨面１と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１と略平行な平面であって、溝２ｇの底面をなし、中央部に凹形状をなす凹部２３１を有する溝底面２３ｂと、溝底面２３ｂの第２溝側面２２と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１に対して直交した面である直交部２４３、および直交部２４３に連なり、研磨面１に対して傾斜した面である傾斜部２４４を有する第１溝側面２４ｂと、からなる。
【００２５】
図３Ｇに示す溝２ｈは、研磨面１に略直交する面である第２溝側面２２と、第２溝側面２２の研磨面１と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１から離れる側に凸となる弧状をなす曲面である曲面部２３２と、曲面部２３２の両端から拡径して延出する傾斜面を有する傾斜部２３３とを有し、研磨面１に対して傾斜した面であって溝２ｈの底面をなす溝底面２３ｃと、溝底面２３ｃの第１溝側面２２と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１に対して直交した面である直交部２４３、および直交部２４３に連なり、研磨面１に対して傾斜した面である傾斜部２４４を有する第１溝側面２４ｂと、からなる。
【００２６】
図３Ｈに示す溝２ｉは、研磨面１に略直交する面である第２溝側面２２と、第２溝側面２２の研磨面１と連なる側と異なる側の端部に連なり、平面が段階的に傾斜して略Ｕ字状をなし、溝２ｉの底面をなす溝底面２３ｄと、溝底面２３ｄの第２溝側面２２と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１に対して直交した面である直交部２４３、および直交部２４３に連なり、研磨面１に対して傾斜した面である傾斜部２４４を有する第１溝側面２４ｂと、からなる。
【００２７】
図３Ｉに示す溝２ｊは、研磨面１に略直交する面である第２溝側面２２と、第２溝側面２２の研磨面１と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１に直交する平面を切断面とする断面において、先端が縮径した略Ｕ字形状をなし、溝２ｊの底面をなす溝底面２３ｅと、溝底面２３ｅの第２溝側面２２と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１に対して傾斜した面である第１溝側面２４と、からなる。
【００２８】
また、図３Ｊは、本実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状のその他の例を模式的に示す断面図である。図３Ｊに示す溝２ｋは、研磨面１に略直交する面である二つの溝側面２５と、溝側面２５の研磨面１と連なる側と異なる側の端部に連なり、研磨面１と略平行な平面であって、溝２ｋの底面をなす溝底面２３と、からなる。溝２ｋは、溝側面２５および溝底面２３によって略Ｕ字形状をなす。
【００２９】
さて、溝２ａは、回転速度方向Ｙ１に対して前側に設けられ、傾斜角度θ２が１０５度以上１５０度以下である第１溝側面２１と、第１溝側面２１の反対側であって、回転速度方向Ｙ１に対して後側に設けられ、傾斜角度θ３が１０５度未満である第２溝側面２２とを有する。ここで、回転する研磨パッドの回転速度方向Ｙ１（溝が移動する方向という場合がある。）との関係における前傾斜面の傾斜角度が１０５度以上１５０度以下である第１溝側面２１の作用について図２を用いて考察する。
【００３０】
傾斜角度θ２が１０５度以上１５０度以下である第１溝側面２１が、回転速度方向Ｙ１（溝が移動する方向）に対して前方向である（傾斜角度θ３が１０５度未満である第２溝側面２２が、溝が移動する方向に対して後方向である）とすると、ウェハーと研磨パッドの間で吸引力が働くことやスラリー流れの改善により、研磨レートが上昇すると考えられる。また、吸引力が働くことやスラリー流れの改善によりウェハー面内に均一に研磨パッドが接触する効果も伴い、ウェハーの研磨レートに高い面内均一性を与えると考えられる。
【００３１】
ここで、溝の断面形状が対称なＶ字形状をなす場合、または台形および皿ネジの断面形状（Ｙ字型溝）をなす場合、回転速度方向Ｙ１（溝が移動する方向）に対して前方向にも後ろ方向にも傾斜面を有している為、前傾斜面はウェハーと研磨パッドの間で吸引力が働き、研磨レートの上昇、面内均一性の向上などの効果を示す。しかし、後傾斜面が傾斜角度を有していたとしても、後傾斜面において、溝が移動する方向に対して前方向である溝側面における傾斜面の作用は発現しないと考えられる。また、溝側面が傾斜面を有していても、溝方向が回転速度方向と平行であれば、前傾斜面にならないので、前傾斜面の作用は発現しないと考えられる。
【００３２】
逆に、研磨面とウェハー間に保持されるスラリーは回転により排出が促進されるが、後傾斜面を有することにより、さらに研磨面とウェハー間のスラリーの排出が促進されすぎ、研磨レートや面内均一性の低下を招くことが考えられる。
【００３３】
従って、溝の断面形状がＶ字形状をなす場合、または台形および皿ネジの断面形状様（Ｙ字型溝）をなす場合、前傾斜面による効果と、後傾斜面による逆効果が拮抗し、十分な性能が発現しないことがあるため、後傾斜面の割合（傾斜角度）を減らすことが必要であり、後傾斜面をなくすことが好ましい。
【００３４】
そこで、本発明の研磨パッドに形成される第１の溝は、第１溝側面（前傾斜面）の傾斜角度が１０５度以上１５０度以下であり、第１溝側面の反対側である第２溝側面（後傾斜面）の傾斜角度が１０５度未満である。前傾斜面の傾斜角度と後傾斜面の傾斜角度とを異なる溝（片羽根溝）とすることで、上記課題を解決しようとするものである。
【００３５】
研磨面と該研磨面に連続する側面（溝側面）とのなす角度は、大きすぎると研磨面の面積が低減し、また、溝の断面積が大きくなりすぎるため、スラリーが排出過多となり、研磨レートの低下を招く。一方、小さすぎると傾斜する溝側面が有する吸引効果や流れの改善が発現しない。このため、溝における前傾斜面の角度は、１０５度以上１５０度以下であることが必要であり、１１０度以上であることが好ましく、１１５度以上であることがより好ましく、１２０度以上であることがさらに好ましい。
【００３６】
また、溝２ａにおける、後傾斜面の角度θ３は１０５度未満であることが必要で、６０度以上であることが好ましく、８０度以上であることがより好ましく、８５度以上であることがさらに好ましい。また、１００度以下であることがより好ましく、９５度以下であることがさらに好ましい。
【００３７】
ここで、研磨パッドを構成する溝の断面形状は１種類である必要はない。例えば、少なくとも一方の溝幅方向の縁端部において、前傾斜面の角度が１０５度以上１５０度以下であり、後傾斜面の角度が１０５度未満の溝である複数の溝断面形状の溝を組み合わせることによって研磨パッドを構成することも可能である。なお、面内均一性の観点からは１種類の断面形状によって研磨パッドを構成する方がより好ましい。
【００３８】
また、前述の通り、前傾斜面による効果と、後傾斜面による逆効果が拮抗し、十分な性能が発現しないことがあるため、後傾斜面の割合（傾斜角度）を減らすことが必要であり、本発明においては、回転速度方向Ｙ１に対して前側に設けられる第１溝側面２１と、第１溝側面２１の反対側であって、回転速度方向Ｙ１に対して後側に設けられる第２溝側面２２とを有する溝２ａからなる第１の溝の長さ（溝が延びる方向の長さ）の合計が、研磨パッドに設けられる複数の溝のうち、第１の溝以外の溝の長さの合計以上であることが必要である。
【００３９】
図４Ａは、本実施の形態にかかる研磨パッドの構成の一例を示す模式図であって、研磨パッドの特定の線分に対して対称な形状をなす溝の配置例である。例えば片羽根溝が形成された研磨パッド３であっても、図４Ａのように、研磨パッド３にＸＹ格子状に一様に溝２ａを配し、溝２ａが、研磨面１の一端から他端まで同一の断面形状をなして延びている場合、研磨パッド３は回転させて用いるので、第１溝側面２１および第２溝側面２２は、形成箇所や回転速度方向によって、前傾斜面にも後傾斜面にもなりうる。そうすると、ある部位では前傾斜面の割合が多くても、ある部位では後傾斜面の割合が多くなってしまう。すなわち、上記のＶ字形溝（溝側面２０）等の場合と同様に、巨視的にみれば、前傾斜面による効果と、後傾斜面による前傾斜面とは逆の効果が拮抗し、十分な性能が発現しないことがある。
【００４０】
図４Ｂは、図４Ａのａ’−ａ”線の断面図である。図４Ｃは、図４Ａのｂ’−ｂ”線の断面図である。図４Ｄは、図４Ａのｃ’−ｃ”線の断面図である。図４Ｅは、図４Ａのｄ’−ｄ”線の断面図である。ここで、任意の点Ｐａ〜Ｐｄにおいて、対向する点である点Ｐａから点Ｐｃを結ぶ線分ＰａＰｃ、および点Ｐｂから点Ｐｄを結ぶ線分ＰｂＰｄが、研磨パッド３の中心Ｏを通過する。
【００４１】
つまり、図４Ａにおいて、線分ＰａＰｃに沿って形成された複数の溝からなる溝群３０は、線分ＰｂＰｄを含み研磨パッド３の研磨面１に直交する垂直な面に対して対称であり、線分ＰｂＰｄに沿って形成された複数の溝からなる溝群３１は、線分ＰａＰｃを含み研磨面１に直交する垂直な面に対して対称である。すなわち、研磨パッド３の中心Ｏと点Ｐａとを結ぶ線分に沿った溝群はａ”側（回転速度方向Ｙ１の先端側）に前傾斜面があり（図４Ｂ参照）、中心Ｏと点Ｐｃとを結ぶ線分に沿った溝群は、ｃ’側に前傾斜面がある（図４Ｄ参照）。中心Ｏと点Ｐｂとを結ぶ線分に沿った溝群はｂ”側に前傾斜面があり（図４Ｃ参照）、中心Ｏと点Ｐｄとを結ぶ線分に沿った溝群はｄ’側に前傾斜面がある（図４Ｅ参照）。よって、巨視的にみれば、前傾斜面による効果と、後傾斜面による効果・逆効果が拮抗し、十分な性能が発現しない。よって、本発明においては、微視的には前傾斜面による効果を発現しても、巨視的にみた時に、前傾斜面による効果と、後傾斜面による逆効果を拮抗させないことが重要である。その意味において、本発明の研磨パッドの溝は、研磨パッドの径を含み研磨パッド面に直交する垂直な面すべてに対して非対称である。
【００４２】
図５Ａは、本実施の形態にかかる研磨パッドの要部の構成の他の例を示す模式図であって、研磨パッドのすべての径に対して非対称な形状をなす溝の配置例である。図５Ｂは、図５Ａのｅ’−ｅ”線の断面図である。図５Ｃは、図５Ａのｆ’−ｆ”線の断面図である。図５Ｄは、図５Ａのｇ’−ｇ”線の断面図である。図５Ｅは、図５Ａのｈ’−ｈ”線の断面図である。ここで、任意の点Ｐｅ〜Ｐｈにおいて、対向する点である点Ｐｅから点Ｐｇを結ぶ線分ＰｅＰｇ、および点Ｐｆから点Ｐｈを結ぶ線分ＰｆＰｈが、研磨パッド３ａの中心Ｏを通過する。
【００４３】
線分ｅｇに沿って形成された複数の溝からなる溝群３２，３３は、研磨パッド３ａの中心Ｏを通過し、かつ研磨面１と直交する平面（例えば、線分ＰｆＰｈを通過する平面）に対して溝２ａが非対称に形成されている。また、線分ＰｆＰｈに沿って形成された複数の溝からなる溝群３４，３５は、研磨パッド３ａの中心Ｏを通過し、かつ研磨面１と直交する平面（例えば、線分ＰｅＰｇを通過する平面）に対して溝２ａが非対称に形成されている。溝群３２，３４の溝２ａに対し、溝群３３，３５の溝２ａは、同一方向から見た際に反転した形状をなしている。すなわち、研磨パッド３ａの中心Ｏと点Ｐｅとを結ぶ線分に沿った溝群の溝２ａは、ｅ”側に前傾斜面があり（図５Ｂ参照）、研磨パッド３ａの中心Ｏと点Ｐｇとを結ぶ線分に沿った溝群の溝２ａは、ｇ”側に前傾斜面がある（図５Ｄ参照）。また、研磨パッド３ａの中心Ｏと点Ｐｆとを結ぶ線分に沿った溝群の溝２ａは、ｆ”側に前傾斜面があり（図５Ｃ参照）、研磨パッド３ａの中心Ｏと点Ｐｈとを結ぶ線分に沿った溝群の溝２ａは、ｈ”側に前傾斜面がある（図５Ｅ参照）。これにより、溝群３２〜３５における溝２ａは、回転速度方向Ｙ１に対して、前側に第１溝側面２１が位置している。
【００４４】
図６Ａは、溝加工方向が回転する研磨パッドの回転速度方向と平行となる場合の溝形状について説明する図である。図６Ｂは、溝加工方向が回転する研磨パッドの回転速度方向と平行となる場合の溝形状について説明する図である。例えば、研磨パッド３００に形成された溝２００の断面形状が前傾斜面および後傾斜面を有する溝であっても、研磨パッド３００に同心円状に一様に配した場合、溝方向がパッド回転速度方向（回転速度方向Ｙ１００）と平行となるため、前傾斜面の作用は発現しないと考えられる。よって、本発明の溝は同心円状でない。
【００４５】
図７Ａは、本実施の形態にかかる研磨パッドの構成を示す模式図、および溝形状の一例を示す断面斜視図である。図７Ｂは、本実施の形態にかかる研磨パッドの溝形状の加工方向について説明する図である。例えば、図７Ａに示すように上述した溝２ｄと溝２ｋとが研磨面１に形成されているものとしたとき、図７Ｂのように、溝２ｄの前傾斜面（第１溝側面２４ｂ）を有する溝の加工方向Ｙ２０と、研磨パッドの回転速度方向Ｙ２１とのなす角度θ４が角度を有する場合、前傾斜面が溝の移動方向に対して角度を有することとなり、ウェハーと研磨パッドの間で吸引力が働く、あるいはスラリー流れが改善する。
【００４６】
図８は、本実施の形態にかかる研磨パッドの要部の構成を示す模式図である。図８に示す研磨パッド３ｂには、研磨面１を有する研磨層に溝２ａが形成されている。また、図８に、研磨パッド３ｂの中心Ｏから等しい距離にある各溝２ａの加工方向（溝２ａが外周に向けて延びる方向）Ｙ２２〜Ｙ２５と、研磨パッド３ｂの回転速度方向Ｙ１とでなす角度θ５〜θ８をそれぞれ示す。研磨パッド３ｂの回転速度方向Ｙ１と溝２ａの加工方向のなす角度θ５〜θ８は、３０度以上９０度以下の角度を採用するものとする。溝２ａの加工方向と、研磨パッド３ｂの回転速度方向のなす角度は４５度以上がより好ましい。ここで、溝２ａの加工方向Ｙ２２〜Ｙ２５とは、溝の幅方向の垂直方向である。また、回転速度方向Ｙ１は、溝２ａの加工方向Ｙ２２〜Ｙ２５上の一点における回転速度の方向をさす。このとき、溝２ａの加工方向Ｙ２２〜Ｙ２５上の一点は、それぞれ中心Ｏからの距離は等しいものとする。
【００４７】
図８では、回転速度方向Ｙ１に対する各加工方向Ｙ２２〜Ｙ２５の角度θ５〜θ８が、θ５＜θ６＜θ７＜θ８の関係を満たす。これは、各加工方向Ｙ２２〜Ｙ２５と中心Ｏとの最短距離の大小関係と反比例したものとなっている。すなわち、研磨面に形成される溝２ａの形成範囲は、研磨パッド３ｂの中心Ｏからの最短距離が大きいと、図８に示す通り、パッドの外周部においては角度が小さくなり、十分な性能が発現しないことがあるため、溝２ａは、溝２ａと直交する方向においてパッド半径長さ（径方向の長さ）の９０％以下の範囲を通過するように形成されることが好ましく、６０％以下の範囲を通過するように形成されることがより好ましく、５０％以下の範囲を通過するように形成されることがさらに好ましく、４０％以下の範囲を通過するように形成されることが特に好ましい。なお、上記の範囲は、中心Ｏを中心とする円であって、この円の半径がパッド半径長さに対して９０％以下である範囲を指す。
【００４８】
研磨パッドの研磨面には、ハイドロプレーン現象を抑える為やウェハーに対するパッドの吸いつきを防止する為に、格子形状、ディンプル形状、スパイラル形状、同心円形状等、通常の研磨パッドがとり得る溝（グルーブ）を設けてもよく、これらの組み合わせでも好ましく用いられ、格子形状がより好ましい。
【００４９】
この場合、上述した形状（図２、図３Ａ〜図３Ｉなど参照）をなす第１の溝は、研磨面に形成されたすべての溝の長さの合計に対して長すぎると、パッドの外周部にも溝が含まれることとなり、十分な性能が発現しないことがあるため、研磨面に形成されたすべての溝の長さの合計に対して９０％以下であることが好ましく、７５％以下であることがより好ましく、６５％以下であることがさらに好ましく、５５％以下であることが特に好ましい。
【００５０】
また、研磨面に形成される第１の溝は、研磨面に形成されたすべての溝の合計に対して短すぎると、十分な性能が発現しないことがあるため、研磨面に形成されたすべての溝の長さの合計に対して５％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましく、１５％以上であることがより好ましく、２０％以上であることがより好ましく、３０％以上であることがさらに好ましく、４０％以上であることが特に好ましい。
【００５１】
本発明において研磨パッドの研磨面を構成する研磨層としては、マイクロゴムＡ硬度で７０度以上であり、独立気泡を有する構造のものが、半導体、誘電／金属複合体および集積回路等において平坦面を形成するので好ましい。特に限定されないが、かかる構造体を形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリウレア、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフルオロエチレン、エポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、“ネオプレン（登録商標）”ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムおよびこれらを主成分とした樹脂等が挙げられる。これらを２種以上用いてもよい。このような樹脂においても、独立気泡径が比較的容易にコントロールできる点でポリウレタンを主成分とする素材がより好ましい。
【００５２】
ポリウレタンとは、ポリイソシアネートの重付加反応または重合反応により合成される高分子である。ポリイソシアネートの対称として用いられる化合物は、含活性水素化合物、すなわち、二つ以上のポリヒドロキシ基、あるいはアミノ基含有化合物である。ポリイソシアネートとして、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなど挙げることができるがこれに限定されるものではない。これらを２種以上用いてもよい。ポリヒドロキシ基含有化合物としてはポリオールが代表的であり、ポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、エポキシ樹脂変性ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール、シリコーンポリオール等が挙げられる。これらを２種以上用いてもよい。硬度、気泡径および発泡倍率によって、ポリイソシアネートとポリオール、および触媒、発泡剤、整泡剤の組み合わせや最適量を決めることが好ましい。
【００５３】
これらのポリウレタン中への独立気泡の形成方法としては、ポリウレタン製造時における樹脂中への各種発泡剤の配合による化学発泡法が一般的であるが、機械的な撹拌により樹脂を発泡させたのち硬化させる方法も好ましく使用することができる。
【００５４】
独立気泡の平均気泡径は、パッド表面にスラリーを保持する観点から２０μｍ以上が好ましく、３０μｍ以上がより好ましい。一方、半導体基板の局所的凹凸の平坦性を確保する観点から１５０μｍ以下が好ましく、１４０μｍ以下がより好ましく、１３０μｍ以下が更に好ましい。なお、平均気泡径は、サンプル断面をキーエンス製ＶＫ−８５００の超深度顕微鏡にて倍率４００倍で観察したときに一視野内に観察される気泡のうち、視野端部に欠損した円状に観察される気泡を除く円状気泡を画像処理装置にて断面面積から円相当径を測定し、数平均値を算出することにより求められる。
【００５５】
本発明における研磨パッドの一実施態様として好ましいものは、ビニル化合物の重合体およびポリウレタンを含有し、独立気泡を有するパッドである。ビニル化合物からの重合体だけでは靭性と硬度を高めることはできるが、独立気泡を有する均質な研磨パッドを得ることが困難であり、またポリウレタンは、硬度を高くすると脆くなる。ポリウレタン中にビニル化合物を含浸させることにより、独立気泡を含み、靭性と硬度の高い研磨パッドとすることができる。
【００５６】
ビニル化合物は、重合性の炭素−炭素二重結合を有する化合物である。具体的にはメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ｎ−ラウリルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシブチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジプロピル、マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジプロピル、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド、イソプロピルマレイミド、アクリロニトリル、アクリルアミド、塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらを２種以上用いてもよい。
【００５７】
上述したビニル化合物の中で、ＣＨ２＝ＣＲ１ＣＯＯＲ２（Ｒ１：メチル基またはエチル基、Ｒ２：メチル基、エチル基、プロピル基またはブチル基）が好ましい。中でもメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレートは、ポリウレタンへの独立気泡の形成が容易な点、モノマーの含浸性が良好な点、重合硬化が容易な点、重合硬化されたビニル化合物の重合体とポリウレタンを含有している発泡構造体の硬度が高く平坦化特性が良好な点で好ましい。
【００５８】
これらのビニル化合物の重合体を得るために好ましく用いられる重合開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、イソプロピルパーオキシジカーボネート等のラジカル開始剤を挙げることができる。これらを２種以上用いてもよい。また、酸化還元系の重合開始剤、例えばパーオキサイドとアミン類の組合せを使用することもできる。
【００５９】
ビニル化合物のポリウレタン中への含浸方法としては、ビニル化合物が入った容器中にポリウレタンを浸漬する方法が挙げられる。なお、その際、含浸速度を速める目的で、加熱、加圧、減圧、撹拌、振盪、超音波振動等の処理を施すことも好ましい。
【００６０】
ビニル化合物のポリウレタン中への含浸量は、使用するビニル化合物およびポリウレタンの種類や、製造される研磨パッドの特性により定められるべきものであり、一概にはいえないが、例えば、重合硬化した発泡構造体中のビニル化合物から得られる重合体とポリウレタンの含有比率が重量比で３０／７０〜８０／２０であることが好ましい。ビニル化合物から得られる重合体の含有比率が重量比で３０／７０以上であれば、研磨パッドの硬度を十分高くすることができる。また、含有比率が８０／２０以下であれば、研磨層の弾力性を十分高くすることができる。
【００６１】
なお、ポリウレタン中の重合硬化したビニル化合物から得られる重合体およびポリウレタンの含有率は、熱分解ガスクロマトグラフィ／質量分析手法により測定することができる。本手法で使用できる装置としては、熱分解装置としてダブルショットパイロライザー“ＰＹ−２０１０Ｄ”（フロンティア・ラボ社製）を、ガスクロマトグラフ・質量分析装置として、“ＴＲＩＯ−１”（ＶＧ社製）を挙げることができる。
【００６２】
本発明において、半導体基板の局所的凹凸の平坦性の観点から、ビニル化合物から得られる重合体の相とポリウレタンの相とが分離されずに含有されていることが好ましい。定量的に表現すると、研磨パッドをスポットの大きさが５０μｍの顕微赤外分光装置で観察した赤外スペクトルがビニル化合物から重合される重合体の赤外吸収ピークとポリウレタンの赤外吸収ピークを有しており、色々な箇所の赤外スペクトルがほぼ同一であることである。ここで使用される顕微赤外分光装置として、ＳＰＥＣＴＲＡ−ＴＥＣ社製のＩＲμｓを挙げることができる。
【００６３】
研磨パッドは、特性改良を目的として、研磨剤、帯電防止剤、潤滑剤、安定剤、染料等の各種添加剤を含有してもよい。
【００６４】
本発明において、研磨層のマイクロゴムＡ硬度は、高分子計器株式会社製マイクロゴム硬度計ＭＤ−１で評価した値をさす。マイクロゴムＡ硬度計ＭＤ−１は、従来の硬度計では測定が困難であった薄物・小物の硬さ測定を可能にするもので、スプリング式ゴム硬度計（デュロメータ）Ａ型の約１／５の縮小モデルとして、設計・製作されているため、スプリング式硬度計Ａ型の硬度と一致した測定値が得られる。通常の研磨パッドは、研磨層または硬質層の厚みが５ｍｍを切るので、スプリング式ゴム硬度計Ａ型では評価できないので、前記マイクロゴム硬度計ＭＤ−１で評価する。
【００６５】
本発明において、研磨層の硬度は、半導体基板の局所的凹凸の平坦性の観点から、マイクロゴムＡ硬度で７０度以上が好ましく、８０度以上がより好ましい。
【００６６】
本発明において、研磨層の密度は、局所的な平坦性不良やグローバル段差を低減する観点から、０．３ｇ／ｃｍ３以上が好ましく、０．６ｇ／ｃｍ３以上がより好ましく、０．６５ｇ／ｃｍ３以上がさらに好ましい。一方、スクラッチを低減する観点から、１．１ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、０．９ｇ／ｃｍ３以下がより好ましく、０．８５ｇ／ｃｍ３以下がさらに好ましい。なお、本発明における研磨層の密度は、ハーバード型ピクノメーターを用い、ＪＩＳ  Ｒ−３５０３に準拠し、水を媒体に測定した値である。
【００６７】
本発明における研磨パッドは、体積弾性率が４０ＭＰａ以上でかつ引っ張り弾性率が１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下のクッション層を有することが、面内均一性が良好であるので好ましい。体積弾性率とは、あらかじめ体積を測定した被測定物に等方的な印加圧力を加えてその体積変化を測定し、体積弾性率＝印加圧力／（体積変化／元の体積）により算出される。本発明においては、２３℃においてサンプルに０．０４〜０．１４ＭＰａの圧力がかかった時の体積弾性率を言う。
【００６８】
本発明における体積弾性率は、以下の方法により測定する。内容積が約４０ｍＬのステンレス製の測定セルに、試料片と２３℃の水を入れ、容量０．５ｍＬの硼珪酸ガラス製メスピペット（最小目盛り０．００５ｍＬ）を装着する。別に、圧力容器としてポリ塩化ビニル樹脂製の管（内径９０ｍｍφ×２０００ｍｍ、肉厚５ｍｍ）を使用して、その中に上記試料片を入れた測定セルを入れ、圧力Ｐで窒素加圧し、体積変化Ｖ１を測定する。続いて、試料を測定セルに入れないで、圧力Ｐで窒素加圧し、体積変化Ｖ０を測定する。圧力ＰをΔＶ／Ｖｉ＝（Ｖ１−Ｖ０）／Ｖｉで除した値を前記試料の体積弾性率として算出する。
【００６９】
本発明において、クッション層の体積弾性率は４０ＭＰａ以上が好ましい。体積弾性率を４０ＭＰａ以上とすることにより、半導体基板全面の面内均一性を向上させることができる。また、研磨パッドの表面と裏面を貫通する孔に流れ込むスラリーや水がクッション層に含浸しにくく、クッション特性を維持できる。
【００７０】
本発明における引張り弾性率は、ダンベル形状にして引っ張り応力を加え、引っ張り歪み（＝引っ張り長さ変化／元の長さ）が０．０１から０．０３までの範囲で引っ張り応力を測定し、引っ張り弾性率＝（（引っ張り歪みが０．０３時の引っ張り応力）−（引っ張り歪みが０．０１時の引っ張り応力））／０．０２で定義されるものである。測定装置として、オリエンテック社製テンシロン万能試験機ＲＴＭ−１００などが挙げられる。測定条件としては、試験速度は５ｃｍ／分で試験片形状は幅５ｍｍで試料長５０ｍｍのダンベル形状である。
【００７１】
本発明において、クッション層の引張り弾性率は、半導体基板全面の面内均一性の観点から、１ＭＰａ以上が好ましく、１．２ＭＰａ以上がより好ましい。また、２０ＭＰａ以下が好ましく、１０ＭＰａ以下がより好ましい。
【００７２】
この様なクッション層としては、天然ゴム、ニトリルゴム、“ネオプレン（登録商標）”ゴム、ポリブタジエンゴム、熱硬化ポリウレタンゴム、熱可塑性ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの無発泡のエラストマを挙げることができるが、これらに限定されるわけではない。クッション層の厚みは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲が好ましい。半導体基板全面の面内均一性の観点からは、０．２ｍｍ以上が好ましく、０．３ｍｍ以上がより好ましい。また、局所平坦性の観点からは２ｍｍ以下が好ましく、１．７５ｍｍ以下がより好ましい。
【００７３】
研磨層とクッション層を貼り合わせる手段としては、例えば研磨層とクッション層を両面テープあるいは接着剤が挙げられる。
【００７４】
本発明の研磨パッドは、クッションシートのプラテンと接着する面に両面テープが設けられていてもよい。該両面テープとしては、上述と同様に基材の両面に接着層を設けた一般的な構成を有するものを用いることができる。基材としては、例えば不織布やフィルム等が挙げられる。研磨パッドの使用後のプラテンからの剥離を考慮すれば、基材にフィルムを用いることが好ましい。
【００７５】
また、接着層の組成としては、例えば、ゴム系接着剤やアクリル系接着剤等が挙げられる。金属イオンの含有量を考慮すると、アクリル系接着剤は、金属イオン含有量が少ないため好ましい。また、クッションシートとプラテンは組成が異なることが多く、両面テープの各接着層の組成を異なるものとし、クッションシート、及びプラテンへの接着力を適正化することも可能である。
【００７６】
本発明において研磨される被研磨材としては、例えば半導体ウェハーの上に形成された絶縁層または金属配線の表面が挙げられる。絶縁層としては、金属配線の層間絶縁膜や金属配線の下層絶縁膜や素子分離に使用されるシャロートレンチアイソレーションを挙げることができる。金属配線としては、アルミ、タングステン、銅等を挙げることができ、構造的にダマシン、デュアルダマシン、プラグなどがある。銅を金属配線とした場合には、窒化珪素等のバリアメタルも研磨対象となる。絶縁膜は、現在酸化シリコンが主流であるが、低誘電率絶縁膜も用いられる。半導体ウェハー以外に磁気ヘッド、ハードディスク、サファイヤ等の研磨に用いることもできる。
【００７７】
本発明にかかる研磨パッドを用いた研磨方法は、ガラス、半導体、誘電／金属複合体および集積回路等に平坦面を形成するために好適に使用される。
【実施例】
【００７８】
以下、実施例によって本発明の詳細を説明する。しかし、本実施例により本発明が限定して解釈されるわけではない。なお、測定は以下のとおりに行った。【００７９】
（傾斜角度測定）
研磨層表面に溝を形成したパッドを溝深さ方向にスライスする。スライスは、溝の加工方向に対して垂直にスライスして、溝断面形状を観察しやすい面を作成し、溝の断面をキーエンス製ＶＫ−８５００の超深度顕微鏡にて観察して研磨面と研磨面と連続する側面（溝側面）の成す角度を測定した。パッドの中心から５０ｍｍ、２５０ｍｍ、４５０ｍｍの位置から最も近い溝を測定し、この３点の平均を傾斜角度とした。【００８０】
（研磨レート測定および面内均一性の評価）
アプライドマテリアルズ株式会社製のＭｉｒｒａ  ３４００を用いて、所定の研磨条件で研磨を行った。研磨特性は、８インチウェハーの最外周１０ｍｍを除外した３７ポイントを測定して平均化し、平均研磨レート（ｎｍ／分）を算出した。また、３７ポイントの研磨レートの最大値と最小値の差を、平均研磨レートで除した値を面内均一性として算出した。【００８１】
（欠陥評価）
エンハンス処理として、研磨したウェハーを０．５重量％のふっ酸に１０分間浸漬して水洗後、１．０重量％のアンモニア溶液と１．０重量％の過酸化水素水の混合溶液にて洗浄し、水洗乾燥した。洗浄したウェハーについて、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ株式会社製のＳＰ−１を用いて、０．１５５μｍ以上のディフェクト数を計数した。【００８２】
（パッド研削速度）
研磨前後の溝深さを株式会社ミツトヨ製デプスゲージ（デジマチックタイプ）を用いて測定し、溝の減少した値を評価した時間で除した値を、パッド研削速度とした。【００８３】
＜実施例１＞
ポリプロピレングリコール３０重量部とジフェニルメタンジイソシアネート４０重量部と水０．５重量部とトリエチルアミン０．３重量部とシリコーン整泡剤１．７重量部とオクチル酸スズ０．０９重量部とをＲＩＭ（Reaction  Injection  Molding）成型機で混合して、金型に吐出して加圧成型を行い、厚み２．６ｍｍの独立気泡の発泡ポリウレタンシート（マイクロゴムＡ硬度：４２度、密度：０．７６ｇ／ｃｍ３、独立気泡の平均気泡径：３４μｍ）を作製した。【００８４】
前記発泡ポリウレタンシートを、アゾビスイソブチロニトリル０．２重量部を添加したメチルメタクリレートに６０分間浸漬した。次に前記発泡ポリウレタンシートを、ポリビニルアルコール“ＣＰ”（重合度：約５００、ナカライテスク株式会社製）１５重量部、エチルアルコール（試薬特級、片山化学工業株式会社製）３５重量部、水５０重量部からなる溶液中に浸漬後乾燥することにより、前記発泡ポリウレタンシート表層をポリビニルアルコールで被覆した。【００８５】
次にポリビニルアルコールで被覆した発泡ポリウレタンシートを、塩化ビニル製ガスケットを介して２枚のガラス板間に挟み込んで、６５℃で６時間、１２０℃で３時間加熱することにより重合硬化させた。ガラス板間から離型し水洗した後、５０℃で真空乾燥を行った。このようにして得られた硬質発泡シートを厚み２．００ｍｍにスライス加工することにより研磨層を作製した。研磨層中のメチルメタクリレート含有率は６６重量％であった。また研磨層のＤ硬度は５４度、密度は０．８１ｇ／ｃｍ３、独立気泡の平均気泡径は４５μｍであった。得られた硬質発泡シートを両面研削して、厚みが２ｍｍの研磨層を作製した。【００８６】
上記方法により得られた研磨層に、クッション層として日本マタイ株式会社製の熱可塑性ポリウレタンのマイクロゴムＡ硬度９０度の０．３ｍｍ品（体積弾性率＝６５ＭＰａ、引っ張り弾性率＝４ＭＰａ）を、ロールコーターを用いて三井化学ポリウレタン株式会社製ＭＡ−６２０３接着層を介して積層し、さらに裏面に裏面テープとして積水化学工業株式会社製両面テープ５６０４ＴＤＭを貼り合わせた。【００８７】
図９は、本発明の実施例における実施例１にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。クッション層を積層した積層体を５０８ｍｍの直径の円に打ち抜いて、研磨層表面に溝ピッチｄ１０，ｄ１１を１５ｍｍ、溝幅１．５ｍｍ、溝深さ１．０ｍｍの溝をＸＹ格子状に、研磨パッドのすべての径に対して非対称に形成して研磨パッドとした。研磨面に形成した溝の断面形状は、図３Ｃに示す溝２ｄであり、溝幅は図３Ｃ中の距離ｄ３０に対応する。また、溝深さは、第２溝側面２２の長さに対応し、溝底面２３に応じた長さを１．０ｍｍ、直交部２４３に応じた長さを０．５ｍｍとした。【００８８】
実施例１にかかる研磨パッド３ｃでは、図９に示すように、複数の溝２ｄ（破線）が縁端から中心Ｏの近傍まで延びて形成されてなる溝群４１〜４４が設けられている。溝群４１，４３は、溝２ｄが延びる方向が互いに平行になっており、かつ溝２ｄの断面形状が、中心Ｏを通過し、研磨面に直交する平面に対して非対称となっている。溝群４２，４４は、溝２ｄが延びる方向が互いに平行になっており、かつ溝２ｄの断面形状が、中心Ｏを通過し、研磨面に直交する平面に対して非対称となっている。さらに、溝群４１，４３の溝２ｄが延びる方向と、溝群４２，４４の溝２ｄが延びる方向とは、直交している。また、溝群４１，４３の形成領域は、溝２ｄが延びる方向に直交する方向の距離が、ｄ２０となるように溝２ｄが形成されている。溝群４２，４４の形成領域は、溝２ｄが延びる方向に直交する方向の距離が、ｄ２１となるように溝２ｄが形成されている。実施例１において、距離ｄ２０，ｄ２１は、研磨パッド３ｃの直径の１／３である。【００８９】
ここで、回転速度方向Ｙ１に沿って研磨パッド３ｃが回転する場合において、図９に示す溝群４１〜４４の溝２ｄにおける矢視Ａ〜Ｄ方向からみたときの断面形状は、図３Ｃに示す溝２ｄにそれぞれ対応する。【００９０】
なお、実施例１では、図９に示すように、溝２ｄの配設領域以外の領域において、図３Ｊに示すような、断面形状が矩形をなす複数の溝２ｋ（実線）が格子状に形成されている。実施例１では、このときの溝底面２３および溝側面２５の長さを１．０ｍｍとした。【００９１】
上記方法により得られた研磨パッドを、研磨機（アプライドマテリアルズ株式会社製“ＭＩＲＲＡ３４００”）の定盤に貼り付けた。酸化膜の８インチウェハーをリテナーリング圧力＝５５ｋＰａ（６psi）、インナーチューブ圧力＝２８ｋＰａ(４psi)、メンブレン圧力＝２８ｋＰａ（４psi）、プラテン回転数＝７６ｒｐｍ、研磨ヘッド回転数＝７５ｒｐｍ、スラリー（キャボット社製、ＳＳ−２５）を１５０ｍＬ／分の流量で流し、Saesol製ドレッサーで荷重１７．６Ｎ（４lbf）、研磨時間１分、研磨開始から３０秒間インサイチュードレッシングをして１００枚を研磨した。１００枚目の酸化膜の平均研磨レートは２１４ｎｍ／分、面内均一性は４．０％と良好であった。【００９２】
研磨したウェハーについて、前記方法により０．１５５μｍ以上のディフェクトを計数したところ、ディフェクトは３３２個と良好であった。また、研磨中のパッド研削速度は１．２５μｍ／分と良好であった。【００９３】
＜実施例２＞
研磨層表面の溝形状を変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。図１０は、本実施例における実施例２にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。図１０に示す研磨パッド３ｄは、実施例１にかかる研磨パッド３ｃの溝形状を、図２に示す断面形状をなす溝２ａ（破線）に変更した。なお、溝幅は図２中の距離ｄ３１に対応し、１．０ｍｍとした。また、溝深さは、第２溝側面２２の長さに対応し、１．０ｍｍとした。この研磨パッド３ｄでは、平均研磨レートは２０１ｎｍ／分、面内均一性は６．５％と良好であった。【００９４】
研磨したウェハーについて、前記方法により０．１５５μｍ以上のディフェクトを計数したところ、ディフェクトは４２１個と良好であった。また、研磨中のパッド研削速度は１．２６μｍ／分と良好であった。【００９５】
＜実施例３＞
研磨層表面の溝形状を変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。図１１は、本実施例における実施例３にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。図１１に示す研磨パッド３ｅは、実施例１にかかる研磨パッド３ｃの溝形状を、図２に示す断面形状をなす溝２ａに変更するとともに、断面形状が矩形をなす複数の溝２ｋに代えて図２に示す溝２ａを形成するものとした。ここで、溝群４１〜４４に応じた溝２ａ（破線）以外の溝２ａ（一点鎖線）は、研磨パッド３ｅの一方の縁端から他方の縁端まで延びるものとする。なお、溝幅は図２中の距離ｄ３１に対応し、１．０ｍｍとした。また、溝深さは、第２溝側面２２の長さに対応し、１．０ｍｍとした。この研磨パッド３ｅでは、平均研磨レートは２１３ｎｍ／分、面内均一性は４．４％と良好であった。【００９６】
研磨したウェハーについて、前記方法により０．１５５μｍ以上のディフェクトを計数したところ、ディフェクトは２７８個と良好であった。また、研磨中のパッド研削速度は１．３５μｍ／分と良好であった。【００９７】
＜実施例４＞
研磨層表面の溝形状を変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。図１２は、本実施例における実施例４にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。図１２に示す研磨パッド３ｆでは、実施例３にかかる研磨パッド３ｅに対し、図２に示す断面形状をなす溝２ａ（破線、一点鎖線）と、断面形状が矩形をなす複数の溝２ｋ（実線）とを交互に配設した。ここで、溝群４１〜４４に応じた溝以外の溝は、研磨パッド３ｆの一方の縁端から他方の縁端まで延びるものとする。なお、溝幅は図２中の距離ｄ３１および溝底面２３の長さに対応し、それぞれ１．０ｍｍとした。また、溝深さは、第２溝側面２２および溝側面２５の長さに対応し、１．０ｍｍとした。この研磨パッド３ｆでは、平均研磨レートは２０９ｎｍ／分、面内均一性は６．４％と良好であった。【００９８】
研磨したウェハーについて、前記方法により０．１５５μｍ以上のディフェクトを計数したところ、ディフェクトは２９０個と良好であった。また、研磨中のパッド研削速度は１．３３μｍ／分と良好であった。【００９９】
＜実施例５＞
研磨層表面の溝形状を変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。図１３は、本実施例における実施例５にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。図１３に示す研磨パッド３ｇでは、実施例１にかかる研磨パッド３ｃに対し、溝２ｄの一部を図２に示す断面形状をなす溝２ａ（破線）に代えて上述した溝群４１〜４４の領域より狭い溝群４１ａ〜４４ａに変更するとともに、残りの溝２ｄを溝２ｋに変更した。溝群４１ａ，４３ａは、溝２ａが延びる方向が互いに平行になっており、かつ溝２ａの断面形状が、中心Ｏを通過し、研磨面に直交する平面に対して非対称となっている。溝群４２ａ，４４ａは、溝２ａが延びる方向が互いに平行になっており、かつ溝２ａの断面形状が、中心Ｏを通過し、研磨面に直交する平面に対して非対称となっている。さらに、溝群４１ａ，４３ａの溝２ａが延びる方向と、溝群４２ａ，４４ａの溝２ａが延びる方向とは、直交している。ここで、溝群４１ａ，４３ａの形成領域は、溝２ａが延びる方向に直交する方向の距離が、ｄ２２となるように溝２ａが形成されている。溝群４２ａ，４４ａの形成領域は、溝２ａが延びる方向に直交する方向の距離が、ｄ２３となるように溝２ａが形成されている。実施例５において、距離ｄ２２，ｄ２３は、溝研磨面に形成されたすべての溝の長さの合計に対して１１．５％となるように設定した。また、溝ピッチｄ１２，ｄ１３は１０ｍｍに設定した。なお、溝幅は図２中の距離ｄ３１および溝底面２３の長さに対応し、それぞれ１．０ｍｍとした。また、溝深さは、第２溝側面２２および溝側面２５の長さに対応し、１．０ｍｍとした。この研磨パッド３ｇでは、平均研磨レートは２１５ｎｍ／分、面内均一性は６．１％と良好であった。【０１００】
研磨したウェハーについて、前記方法により０．１５５μｍ以上のディフェクトを計数したところ、ディフェクトは３０７個と良好であった。また、研磨中のパッド研削速度は１．１１μｍ／分と良好であった。【０１０１】
＜比較例１＞
比較例１では、実施例１にかかる研磨パッド３ｃに対し、溝２ｄを、断面が矩形をなす溝２ｋに変更した。溝２ｋは、溝幅（溝底面２３）１．５ｍｍ、溝ピッチ（溝２ｋ間の距離）１５ｍｍ、溝深さ（溝側面２５）１．５ｍｍの矩形のみとした以外は実施例１と同様にして研磨した。比較例１にかかる研磨パッドでは、平均研磨レートは１８０ｎｍ／分、面内均一性は１２．２％といずれも不良であった。【０１０２】
研磨したウェハーについて、前記方法により０．１５５μｍ以上のディフェクトを計数したところ、ディフェクトは５８３個と良好であった。また、研磨中のパッド研削速度は１．１３μｍ／分と良好であった。【０１０３】
＜比較例２＞
比較例２では、実施例１にかかる研磨パッド３ｃに対し、溝２ｄを、断面がＶ字形状をなす溝２（図１参照）に変更した。溝２は、溝幅（図１のｄ３２）３．０ｍｍ、溝ピッチ１５ｍｍ、傾斜角度（θ１）１３５度の断面形状Ｖ字、溝深さ（図１のｄ３３）１．５ｍｍのみとした以外は実施例１と同様にして研磨した。比較例２にかかる研磨パッドでは、平均研磨レートは２１７ｎｍ／分は良好だったが、面内均一性は２１．１％と不良であった。【０１０４】
研磨したウェハーについて、前記方法により０．１５５μｍ以上のディフェクトを計数したところ、ディフェクトは２９７個と非常に良好であった。また、研磨中のパッド研削速度は１．７３μｍ／分と不良であった。【０１０５】
＜比較例３＞
研磨層表面の溝形状を変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。図１４Ａは、本実施例における比較例３にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。図１４Ｂは、本実施例における比較例３にかかる研磨パッドの溝形状の構成を示す断面図である。図１４Ａに示す研磨パッド３００ａでは、研磨面１００の中央部で交差するように溝２ｋを形成するとともに、研磨面１００の縁端側に設けられ、図１４Ｂに示す断面形状をなす溝２０１を形成した。溝２ｋおよび溝２０１は、研磨パッド３００ａの一方の縁端から他方の縁端まで延びるものとする。【０１０６】
溝２０１は、研磨面１００に対して傾斜した面である溝側面２１０と、両端で各溝側面２１０に連なり、研磨面１００と略平行な底面を有する凹形状をなす溝底面２２０と、からなる。すなわち、溝２０１は、上述した第１溝側面を前後に設け、対称性を有する形状となっている。ここで、溝２０１の溝ピッチｄ１００および溝ピッチｄ１１０は１５ｍｍとし、複数の溝２０１からなり、一端側に設けられる溝群４００の配設領域は、距離ｄ２００となるように設けられている。複数の溝２０１からなり、他端側に設けられる溝群４１０の配設領域は、距離ｄ２１０となるように設けられている。また、複数の溝２０１からなり、溝群４００および溝群４１０の溝２０１と直交する方向に延びる溝２０１からなる溝群４２０の配設領域は、距離ｄ２２０となるように設けられている。このとき、距離ｄ２００，ｄ２１０，ｄ２２０は、研磨パッド３００ａの直径の１／３である。【０１０７】
この研磨パッド３００ａでは、平均研磨レートは１７９ｎｍ／分、面内均一性は１８．２％といずれも不良であった。【０１０８】
研磨したウェハーについて、前記方法により０．１５５μｍ以上のディフェクトを計数したところ、ディフェクトは４１４個と良好であった。また、研磨中のパッド研削速度は１．５１μｍ／分と不良であった。【０１０９】
＜比較例４＞
研磨層表面の溝形状を変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。図１５は、本実施例における比較例４にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。図１５に示す研磨パッド３００ｂでは、実施例１にかかる研磨パッド３ｃに対し、矢視Ｅ〜Ｈ方向からみた溝２ｄ（点線）の断面形状を、図３Ｃに示す形状を反転させた形状をなす。すなわち、回転速度方向Ｙ１００に対し、前側に第２溝側面２２が位置し、後側に第１溝側面２４ｂが位置する。なお、溝２ｄの断面形状における寸法は、実施例１と同様である。また、複数の溝２ｄからなる溝群の配設領域の距離ｄ２３０，ｄ２４０は、上述した距離ｄ２０と同様である。この研磨パッド３００ｂでは、平均研磨レートは１８５ｎｍ／分、面内均一性は１５．７％といずれもと不良であった。【０１１０】
研磨したウェハーについて、前記方法により０．１５５μｍ以上のディフェクトを計数したところ、ディフェクトは４７２個と良好であった。また、研磨中のパッド研削速度は１．２８μｍ／分と良好であった。【０１１１】
＜比較例５＞
研磨層表面の溝形状を変更した以外は実施例１と同様にして研磨した。図１６は、本実施例における比較例５にかかる研磨パッドの構成を示す模式図である。図１６に示す研磨パッド３００ｃでは、実施例２にかかる研磨パッド３ｄに対し、矢視Ｅ〜Ｈ方向からみた溝２ａ（破線）の断面形状を、図２に示す形状を反転させた形状をなす。すなわち、回転速度方向Ｙ１００に対し、前側に第２溝側面２２が位置し、後側に第１溝側面２１が位置する。なお、溝２ａの断面形状における寸法は、実施例２と同様である。この研磨パッド３００ｃでは、平均研磨レートは１９０ｎｍ／分、面内均一性は１０．１％といずれも不良であった。【０１１２】
研磨したウェハーについて、前記方法により０．１５５μｍ以上のディフェクトを計数したところ、ディフェクトは４０４個と良好であった。また、研磨中のパッド研削速度は１．２５μｍ／分と良好であった。【０１１３】
＜比較例６＞
研磨層表面の溝形状を溝ピッチ５ｍｍ、研磨面に形成されたすべての溝の長さの合計に対して４．１％に変更した以外は、実施例５と同様にして研磨した。平均研磨レートは１８０ｎｍ／分、面内均一性は１１．１％といずれも不良であった。【０１１４】
研磨したウェハーについて、前記方法により０．１５５μｍ以上のディフェクトを計数したところ、ディフェクトは３８７個と良好であった。また、研磨中のパッド研削速度は１．１３μｍ／分と良好であった。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
以上のように、本発明にかかる研磨パッドは、高い研磨レートを保ちながら、パッド寿命の低下を抑制するのに有用である。
【符号の説明】
【０１１６】
１  研磨面
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉ，２ｊ，２ｋ，２００，２０１  溝
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ  研磨パッド
２０，２５  溝側面
２１，２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  第１溝側面
２２  第２溝側面
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ  溝底面
３０〜３５，４１〜４４，４１ａ〜４４ａ，４００，４１０，４２０  溝群
２３１  凹部
２３２  曲面部
２３３，２４４  傾斜部
２４１，２４５  第１傾斜部
２４２，２４６  第２傾斜部
２４３  直交部
【図１】
2013103142.tif 000003
【図２】
2013103142.tif 000004
【図３Ａ】
2013103142.tif 000005
【図３Ｂ】
2013103142.tif 000006
【図３Ｃ】
2013103142.tif 000007
【図３Ｄ】
2013103142.tif 000008
【図３Ｅ】
2013103142.tif 000009
【図３Ｆ】
2013103142.tif 000010
【図３Ｇ】
2013103142.tif 000011
【図３Ｈ】
2013103142.tif 000012
【図３Ｉ】
2013103142.tif 000013
【図３Ｊ】
2013103142.tif 000014
【図４Ａ】
2013103142.tif 000015
【図４Ｂ】
2013103142.tif 000016
【図４Ｃ】
2013103142.tif 000017
【図４Ｄ】
2013103142.tif 000018
【図４Ｅ】
2013103142.tif 000019
【図５Ａ】
2013103142.tif 000020
【図５Ｂ】
2013103142.tif 000021
【図５Ｃ】
2013103142.tif 000022
【図５Ｄ】
2013103142.tif 000023
【図５Ｅ】
2013103142.tif 000024
【図６Ａ】
2013103142.tif 000025
【図６Ｂ】
2013103142.tif 000026
【図７Ａ】
2013103142.tif 000027
【図７Ｂ】
2013103142.tif 000028
【図８】
2013103142.tif 000029
【図９】
2013103142.tif 000030
【図１０】
2013103142.tif 000031
【図１１】
2013103142.tif 000032
【図１２】
2013103142.tif 000033
【図１３】
2013103142.tif 000034
【図１４Ａ】
2013103142.tif 000035
【図１４Ｂ】
2013103142.tif 000036
【図１５】
2013103142.tif 000037
【図１６】
2013103142.tif 000038
【国際調査報告】
2013103142.tif 000039
2013103142.tif 000040
2013103142.tif 000041
2013103142.tif 000042