(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伸びる複数本の破線状の溝を有する。上記破線状の溝は、直線状であり、研磨面の中心部において他の溝と接している溝と、研磨面の中心部において他の溝と接していない溝とからなることが好ましい。【選択図】図１
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【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伸びる複数本の破線状の溝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】
複数本の破線状の溝が、研磨面の中心部において他の溝と接している溝と、研磨面の中心部において他の溝と接していない溝とからなる、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項３】
破線状の溝が、長さ５〜２００ｍｍの線状凹部と長さ５〜１００ｍｍの非凹部との繰り返しからなるものである、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項４】
破線状の溝のそれぞれが、互いに近接して平行に伸びる複数本の溝からなるものである、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項５】
破線状の溝が、破線状の直線溝である、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伸びる複数本の破線状の溝を有する化学機械研磨パッドにより達成される。
【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伸びる複数本の破線状の溝を有する。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。
上記破線状の溝は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。破線状の溝は、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、例えば直線状も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好ましく、直線状であることがより好ましい。
破線状の溝の個々の線状の凹部の長さは、好ましくは５〜２００ｍｍであり、より好ましくは２０〜１００ｍｍである。また、二つの隣接する線状の凹部に挟まれた非凹部の長さは好ましくは５〜１００ｍｍであり、より好ましくは１５〜６０ｍｍである。
【０００６】
複数本の破線状の溝の数は、好ましくは４〜６４本であり、より好ましくは８〜４８本である。
破線状の溝は他の破線状溝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。複数の破線状の溝のうちの２〜３２本は上記中心部の領域において他の破線状溝と接していることが好ましく、２〜１６本が他の破線状溝と接していることがより好ましい。また、複数の破線状の溝のうち、２〜３２本は上記中心部の領域において他の破線状溝と接していないことが好ましく、６〜３２本は上記中心部の領域において他の破線状溝と接していないことがよりに好ましい。破線状の溝は、他の破線状溝と、研磨面の中心部以外の場所で接していてもよい。
更に、中心部の領域において他の破線状溝と接している破線状の溝のうち隣接する２本の間には、中心部から発し周辺部へと向かう破線状溝であって中心部の領域において他の破線状溝と接していない溝が２本以上存在することが好ましく、２〜７本存在することがより好ましい。
【０００７】
破線状の溝の複数がいずれも中心部から発し、周辺部へ伸びる溝である場合には、破線状の溝は、中心部の領域において他の破線状溝と接していない溝と、中心部の領域において他の破線状溝の溝と接している溝とからなることが好ましい。中心部の領域において他の破線状溝と接していない破線状の溝は、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、破線状の溝の複数が、中心部から発し周辺部へ向う破線状溝の複数本と、中心部と周辺部との途中から発し周辺部へ向う破線状溝の複数本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破線状の溝は、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破線状溝の複数本は、中心部の領域において他の破線状溝と接していない溝と、中心部の領域において他の破線状溝と接している溝とからなることが好ましい。
複数の破線上の溝は、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。破線状の溝を構成する線状凹部および非凹部の半径上の位置（すなわち線状凹部および非凹部の研磨面の中心からの距離）は、複数本の破線状溝で一致していてもよく、異なっていてもよい。
【０００８】
個々の破線状の溝を構成する線状凹部の幅は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。線状凹部の深さは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。線状凹部の断面形状すなわち凹部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線状凹部の繰り返しからなる破線状の溝とすることにより、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。
また、個々の線状凹部内部の表面粗さ（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】
個々の線状凹部とこれに隣接する非凹部との境界近傍において、凹部の深さは徐々にまたは一段で一挙にもしくは階段状に数段で段階的に減じ、非凹部においては深さ０となる。凹部の深さが徐々にまたは段階的に減じる場合に凹部深さが最深部の深さから深さ０になるまでの距離は、好ましくは３〜５０ｍｍであり、より好ましくは１０〜３０ｍｍである。また、凹部深さは徐々に減少し、いわゆる「テーパー状」をなして減少することが好ましい。線状凹部と非凹部との境界近傍においてこのようなテーパー状の深さの減少を示す線状凹部から構成される破線状溝とすることにより、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、被研磨面の面内均一性をより高めることが可能となる。
【００１０】
本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する破線状の溝のそれぞれは、互いに近接して平行に伸びる複数本の破線状の溝の組からなるものであってもよい。このとき、平行して伸びる二つの隣接する破線状溝間の間隔（二つの溝の最短距離）は、好ましくは２．５〜５０ｍｍであり、より好ましくは５〜２０ｍｍである。一組の破線状溝の組を構成する破線状溝の数は、好ましくは２〜５本であり、より好ましくは２または３本である。
本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する破線状の溝のそれぞれが互いに近接して平行に伸びる複数本の破線状の溝の組からなるものである場合、これら組のうちの２組が研磨面の中心部の領域において互いに接しており、残りの組のすべては他の破線状の溝の組に接していないことが好ましい。
【００１１】
図１および２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においては、１６本の破線状の溝がそれぞれ２２．５°の角度をなして配置されている。これら溝のうち、互いに９０°の角度をなす４本の溝は、研磨面の中心において互いに接しており、他の１２本の溝は、いずれも研磨面の中心から幾分後退した位置より発しており、他の破線状溝と接していない。図１の研磨面の有する破線状溝を構成する線状凹部および非凹部の半径上の位置は、すべての破線状溝でほぼ一致していている。
図２の化学機械研磨パッドでは、３２の破線状の溝がそれぞれ１１．２５°の角度をなして配置されている。また、図２の破線状の溝のそれぞれは、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。３２組の破線状の溝の組のうち、２組の破線状溝の組は研磨面の中心部で互いに接しており、その他の組はいずれも他の組と接していない。図２の研磨面の有する破線状の溝のうち、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２の研磨面の有する破線状溝を構成する線状凹部および非凹部の半径上の位置は、同じ組に属する破線状溝間ではほぼ一致しているが、隣接する組に属する破線状溝間では相異なっている。
【００１２】
本発明の化学機械研磨パッドの研磨面は、上記の如き複数の破線状の溝のほか、同心状に配置された複数の円状溝または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。
【００１３】
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。
【００１４】
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】
【００１５】
【図１】本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する破線状溝の構成の一例。
【図２】本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する破線状溝の構成の一例。
【図１】
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【図２】
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