(57)【要約】【課題】被研磨物の被研磨面におけるスクラッチの発生が十分に抑制され、かつ研磨速度および被研磨面内均一性に優れる化学機械研磨パッドを提供すること。【解決手段】上記化学機械研磨パッドは、その研磨面に、中心部から周辺部へと向かう方向に互いに近接して平行に伸びる複数本の溝からなる溝群の複数を有する。上記複数の溝群は、研磨面の中心部において他の溝群と接している溝群と、他の溝群と接していない溝群とからなることが好ましい。【選択図】図１
2008187113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨面に、中心部から周辺部へと向かう方向に互いに近接して平行に伸びる複数本の溝からなる溝群の複数を有することを特徴とする、化学機械研磨パッド。
【請求項２】
各溝群を構成する溝の数が、３〜５本である、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項３】
複数の溝群が、研磨面の中心部において他の溝群と接している溝群と、他の溝群と接していない溝群とからなる、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項４】
各溝群を構成する溝のそれぞれが、破線状の溝である、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項５】
各溝群を構成する溝のそれぞれが、直線状の溝である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項６】
研磨面に、さらに同心状に形成された複数の円状溝を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の化学機械研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学機械研磨パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、優れた平坦性を有する表面を形成することができる研磨方法として、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ＝”ＣＭＰ”）が採用されている。化学機械研磨は研磨パッドの研磨面と被研磨物の被研磨面とを摺動させながら、化学機械研磨用パッド表面に、化学機械研磨用水系分散体、例えば砥粒が分散された水系分散体を流下させて研磨を行う技術である。この化学機械研磨においては、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いる。
従来、化学機械研磨では微細な気泡を含有するポリウレタンフォームを研磨パッドとして用い、この樹脂の表面に開口する穴（以下、「ポア」という）にスラリーを保持させて研磨が行われている。このとき、化学機械研磨用パッドの表面（研磨面）に溝を設けることにより研磨速度および研磨結果が向上することが知られている（特許文献１〜３参照。）。
しかし、近年、半導体装置の高性能・小型化に伴い、配線の微細化・多積層化が進んでおり、化学機械研磨および化学機械研磨用パッドへの要求性能が高くなってきている。特許文献１においては詳細に化学研磨用パッドのデザインが記載されているが、研磨速度および研磨後の被研磨面の状態は未だ満足できるものではない。特に、引っ掻き傷状の表面欠陥（以下、「スクラッチ」という。）が発生する場合があり、改善が望まれている。
【特許文献１】特開平１１−７０４６３号公報
【特許文献２】特開平８−２１６０２９号公報
【特許文献３】特開平８−３９４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記の従来の問題点を解決するものであり、本発明の目的は被研磨物の被研磨面におけるスクラッチの発生が十分に抑制され、かつ研磨速度および被研磨面内均一性に優れる化学機械研磨パッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、本発明の上記目的は、
研磨面に、中心部から周辺部へと向かう方向に互いに近接して平行に伸びる複数本の溝からなる溝群の複数を有する化学機械研磨パッドによって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の化学機械研磨パッドは、研磨面ならびに好ましくは該研磨面の裏面である非研磨面およびこれらの面を規定する側面を有する。
本発明の化学機械研磨パッドの研磨面は、中心部から周辺部へと向かう方向に互いに近接して平行に伸びる複数本の溝からなる溝群の複数を有する。
各溝群を構成する各溝は、それぞれが研磨面の中心部から周辺部へと向かう方向に伸びる線である。
上記の「中心部」とは、化学機械研磨パッド面上の重心を中心とした半径５０ｍｍの円で囲まれた領域をいう。各溝は、この「中心部」のうちの任意の一点から周辺部へ向かう方向に伸びていればよく、その形状は、例えば直線状若しくは円弧状またはこれらを組み合わせた形状であることができる。
各溝群は、互いに近接して平行に伸びる複数本の溝の組からなる。このとき、ある群に属する複数の溝は、研磨面の中心からの距離が等しい位置から発していてもよく、研磨面の中心からの距離が相異なる位置から発していてもよい。
平行して伸びる二つの隣接する溝間の間隔（二つの溝の最短距離）は、好ましくは３〜１００ｍｍであり、より好ましくは１０〜５０ｍｍである。一組の溝群を構成する溝の数は、好ましくは２〜５本である。より好ましい本数は、研磨面上における溝群の構成により異なる。これについては各構成に関する記載箇所において説明する。
【０００６】
本発明の化学機械研磨パッドの研磨面における溝群の数は、好ましくは２〜１０組であり、より好ましくは２〜４組である。
各溝群は、他の溝群と接していなくてもよいし、接していてもよいが、互に交差することはない。複数の溝群のうちの２〜４組は上記中心部の領域において他の溝群と接していることが好ましく、２組が互いに接していることがより好ましい。また、複数の溝群のうちの、２〜７０組は上記中心部の領域において他の溝群と接していないことが好ましく、８〜３０組は他の溝群と接していないことがより好ましい。溝群は、他の溝群と、研磨面の中心部以外の場所で接していてもよい。
溝群の複数がいずれも中心部から発し、周辺部へ伸びる溝からなる溝群である場合には、これら溝群は、中心部の領域において他の溝群と接していない溝群と、中心部の領域において他の溝群と接している溝群とからなることが好ましい。中心部の領域において他の溝群と接していない溝群に属する溝は、パッドの中心から１０〜５０ｍｍの位置から発し、そこから周辺部へ向かう方向に伸びる溝であることが好ましく、パッドの中心から２０〜５０ｍｍの位置から発し、そこから周辺部へ向かう方向に伸びる溝であることがより好ましい。
一方、溝群の複数が、中心部から発し周辺部へ向う溝群の複数と、中心部と周辺部との途中から発し周辺部へ向う溝群の複数とからなる場合には、中心部と周辺部との途中から発する溝群に属する溝は、パッドの中心と外周を結ぶ仮想直線上の点であって、パッドの中心から外周へ向かって２０〜８０％の位置にあたる点から発していることが好ましく、４０〜６０％の位置にあたる点から発していることがより好ましい。この場合においても、中心部から発し周辺部へ向う溝群の複数は、中心部の領域において他の溝群と接していない溝群と、中心部の領域において他の溝群と接している溝群とからなることが好ましい。
【０００７】
複数の溝群は、本発明の化学機械研磨パッドの研磨面上で、できるだけ均等に配置されることが好ましい。
一つの溝群を構成する各溝のそれぞれの発する地点の半径上の位置（すなわち各溝の発する地点の研磨面の中心からの距離）は、同じであってもよいし、相異なっていてもよい。
溝群が、研磨面の中心部の領域において他の溝群と接している溝群と、中心部の領域において他の溝群と接していない溝群とからなる場合、各溝群を構成する溝の数は、２または３本であることが好ましい。一方溝群が、研磨面の中心部の領域において他の溝群と接していない溝群のみからなる場合、各溝群を構成する溝の数は、３〜５本であることが好ましいく、３または４本であることがより好ましい。
【０００８】
各溝群を構成する各溝の幅は０．１ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．１〜５ｍｍであり、更に好ましくは０．２〜３ｍｍである。溝の深さは０．１ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．１〜２．５ｍｍであり、更に好ましくは０．２〜２．０ｍｍである。溝の断面形状すなわち溝をその長さ方向に垂直な方向に切断した場合の切断面の形状は特に限定されないが、例えば多角形状、Ｕ字形状等とすることができる。多角形としては、例えば三角形、四角形、五角形等を挙げることができる。これらのうち、四角形状が好ましい。このような大きさおよび形状の溝の複数からなる溝群を有することにより、被研磨面の研磨速度およびスクラッチ低減効果の双方に優れる化学機械研磨用パッドとすることできる。
個々の溝内部の表面粗さ（Ｒａ）は２０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．０５〜１５μｍ以下であり、更に好ましくは０．０５〜１０μｍ以下である。この表面粗さを２０μｍ以下とすることにより、化学機械研磨工程の際に被研磨面に発生するスクラッチをより効果的に防止できることとなる。
なお、上記表面粗さ（Ｒａ）は、下記式（１）により定義される。
Ｒａ＝Σ｜Ｚ−Ｚａｖ｜／Ｎ      （１）
ただし、上記式において、Ｎは測定点数であり、Ｚは粗さ曲面の高さであり、Ｚａｖは粗さ曲面の平均高さである。
【０００９】
本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する溝群を構成する溝のそれぞれは、中心部から周辺部へと向かう方向に伸びる破線状の溝であってもよい。ここで、「破線状の溝」とは、複数の線状の凹部が非凹部を介して仮想線上に縦方向に配列した溝を意味する。別のいい方をすれば、線状の凹部および該線状の凹部の延長線上にある非凹部、更にその延長線上にある線状の凹部といった、線状凹部と非凹部との繰り返しにより一本の破線状の溝が構成される。
溝群を構成する溝が破線状の溝である場合、各溝群を構成する溝の数は、２または３本であることが好ましい。
【００１０】
図１、２および３に、本発明の化学機械研磨パッドの研磨面の有する破線状の溝の複数本の配置の好ましい例を示した。
図１の化学機械研磨パッドでは、研磨面に３２組の溝群がそれぞれ１１．２５°の角度をなして配置されている。図１の溝群は、それぞれ互いに近接して平行に伸びる２本の直線状の溝の組からなっている。それぞれが直線状の溝からなる３２組の溝群のうち、２組の溝群は研磨面の中心部で互いに接している。その他の溝群はいずれも他の組と接していない。図１の研磨面の有する溝群のうち、互いに接している２組の溝群と９０゜の角度をなして伸びる２組の溝群は中心から幾分後退した位置から発し、これら溝と４５°の角度をなして伸びる４組は中心から更に幾分後退した位置から発し、これら溝と２２．５゜または６７．５゜の角度をなして伸びる８組は中心から更に幾分後退した位置から発し、残余の１６組は中心から最も遠い位置から発している。
図２の化学機械研磨パッドでは、研磨面に３２組の溝群がそれぞれ１１．２５°の角度をなして配置されている。図２の溝群は、それぞれ互いに近接して平行に伸びる２本の破線状の溝の組からなっている。それぞれが破線状の溝からなる３２組の溝群のうち、２組の溝群は研磨面の中心部で互いに接しており、その他の溝群はいずれも他の組と接していない。図２の研磨面の有する溝群のうち、互いに接している二組は研磨面の中心から発し、これら溝と４５°の角度をなして伸びる４組は中心から幾分後退した位置から発し、互いに接している二組と９０゜の角度をなして伸びる２組は中心から更に幾分後退した位置から発し、互いに接している二組と２２．５゜または６７．５゜の角度をなして伸びる８組は中心から更に幾分後退した位置から発し、残余の１６組は中心から最も遠い位置から発している。
図３の化学機械研磨パッドでは、研磨面に３２組の溝群がそれぞれ１１．２５°の角度をなして配置されている。図３の溝群は、それぞれ互いに近接して平行に伸びる３本の直線状の溝の組からなっている。それぞれが直線状の溝からなる３２組の溝群のうち、２組の溝群は研磨面の中心部で互いに接している。その他の溝群はいずれも他の組と接していない。図１の研磨面の有する溝群のうち、研磨面の中心部で互いに接している２組の溝群と９０゜の角度をなして伸びる２組の溝群は中心から幾分後退した位置から発し、これら溝と４５°の角度をなして伸びる４組は中心から更に幾分後退した位置から発し、これら溝と２２．５゜または６７．５゜の角度をなして伸びる８組は中心から更に幾分後退した位置から発し、残余の１６組は中心から最も遠い位置から発している。
【００１１】
本発明の化学機械研磨パッドの研磨面は、上記の如き複数の溝群のほか、同心状に配置された複数の円状溝、螺旋状溝を有していてもよい。
同心に配置された、円状溝の数および螺旋状溝の巻回数は例えば２０〜４００本であることがでる。これら円状溝および螺旋状溝の好ましい幅、深さ、断面形状および溝内部の表面粗さは、破線状溝について上記したところと同様である。
【００１２】
本発明の化学機械研磨パッドを構成する材料としては、例えば非水溶性部分および該非水溶性部分に分散した水溶性粒子を含有する素材か、または非水溶性部分および該非水溶性部分に分散した空孔を有する素材（例えば発泡体等）とすることができる。
前者の素材において、非水溶性部分を構成する材料としては、有機材料が好ましく用いられる。有機材料としては、例えば熱可塑性樹脂、エラストマー、ゴム、硬化樹脂（熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等を熱、光等によって硬化した樹脂）等を単独でまたは組み合わせて用いることができる。このような有機材料は、架橋重合体のみからなるか、または架橋重合体と非架橋重合体との混合物からなることが好ましい。架橋重合体としては、上記有機材料のうち、架橋ゴム、硬化樹脂、架橋された熱可塑性樹脂および架橋されたエラストマー等を用いることができる。これらの中でも、架橋熱可塑性樹脂または架橋エラストマーが好ましく、架橋１，２−ポリブタジエンがより好ましい。
前者の素材における水溶性粒子としては、例えば有機水溶性粒子および無機水溶性粒子を挙げることができる。有機水溶性粒子の素材としては、例えば糖類、セルロース類、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、水溶性の感光性樹脂、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を挙げることができる。無機水溶性粒子の素材としては、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、塩化カリウム、臭化カリウム、リン酸カリウム、硝酸マグネシウム等を挙げることができる。
これらのうち、糖類が好ましく、特にシクロデキストリンが好ましい。
一方、後者の非水溶性部分および該非水溶性部分に分散した空孔を有する素材を備える化学機械研磨パッドを構成する非水溶性部材としては、例えば、ポリウレタン、メラミン樹脂、ポリエステル、ポリスルホン、ポリビニルアセテート等を挙げることができる。
非水溶性部分中に含有される水溶性粒子または分散する空孔の大きさは、平均値で、好ましくは０．１〜５００μｍ、より好ましくは０．５〜１００μｍである。
【００１３】
本発明の方法を適用して研磨面に溝を形成することのできる化学機械研磨パッドの形状としては、例えば円柱状、多角柱状等であることができ、円柱状であることが好ましい。
研磨パッドの大きさとしては、例えば円柱状の研磨パッドである場合、その底面（研磨面）の直径が例えば１５０〜１，２００ｍｍであることができ、特に５００〜８２０ｍｍであることができる。研磨パッドの厚さとしては、例えば０．５〜５．０ｍｍであることができ、特に１．０〜３．０ｍｍ、就中１．５〜３．０ｍｍであることができる。
本発明の化学機械研磨パッドは、被研磨面のスクラッチ発生を抑制し、且つ高い研磨速度を発現しつつ、極めて高度な被研磨面内均一性を実現することができる。このような優れた効果が発現する理由は詳らかではないが、本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する特殊な溝構成により、供給される化学機械研磨用水系分散体の流れがスムーズになり、その結果水系分散体の供給、滞留および排出が最適の状態に制御されることに起因するものと推察される。
本発明の化学機械研磨パッドは、市販の化学研磨装置に装着して、公知の方法により化学機械研磨に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する溝群の構成の一例。
【図２】本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する溝群の構成の一例。
【図３】本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する溝群の構成の一例。
【図４】本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する溝群の構成の一例。
【図５】本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する溝群の構成の一例。
【図１】
2008187113.tif 000003
【図２】
2008187113.tif 000004
【図３】
2008187113.tif 000005
【図４】
2008187113.tif 000006
【図５】
2008187113.tif 000007