(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、複数の領域からなる研磨面を有し、上記複数の領域はそれぞれが平行して伸びる複数の直線溝を有し、各領域の有する直線溝のうちの少なくとも一本は研磨面の端部に達しており、そして隣接するふたつの領域が有する直線溝の方向が相異なっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の領域からなる研磨面を有し、
上記複数の領域はそれぞれが平行して伸びる複数の直線溝を有し、
各領域の有する直線溝のうちの少なくとも一本は研磨面の端部に達しており、
そして隣接するふたつの領域が有する直線溝の方向が相異なっている、
ことを特徴とする、化学機械研磨パッド。
【請求項２】
隣接するふたつの領域が有する直線溝の方向が直行するものである、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項３】
研磨面の領域数が２〜５である、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項４】
各領域の有する平行して延びる複数の直線溝の幅が０．２５〜４ｍｍであり、ピッチが４〜３０ｍｍである、請求項１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、
複数の領域からなる研磨面を有し、
上記複数の領域はそれぞれが平行して伸びる複数の直線溝を有し、
各領域の有する直線溝のうちの少なくとも一本は研磨面の端部に達しており、
そして隣接するふたつの領域が有する直線溝の方向が相異なってい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、複数の領域を有する。隣接する領域間の境界は直線状もしくは曲線状またはこれらの組み合わせであることができるが、好ましくは直線状、矩形波状または三角波状であり、矩形波状または各直線のなす角が９０゜である三角波状であることより好ましい。
研磨面の有する領域の数は、好ましくは２〜８であり、より好ましくは２〜５であり、更に３または４であることが好ましい。各領域の面積比は問わないが、例えば領域数が３であるときの各領域の面積比は約２：１：１とすることができ、領域数が４であるときの各領域の面積はほぼ等しいものとすることができる。
【０００６】
上記領域はそれぞれが平行して伸びる複数の直線溝を有する。
各直線溝の溝幅は、好ましくは０．２５〜４ｍｍであり、より好ましくは０．５〜３ｍｍである。溝間の間隔と溝幅との和として定義される溝のピッチは、好ましくは２〜３０ｍｍであり、より好ましくは４〜１０ｍｍ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。
溝の内部の表面粗さ（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。
【０００７】
各領域の有する複数の直線溝のうち、各領域あたり少なくとも１本は研磨面の端部に達している。このような構成とすることによって化学機械研磨工程の際に研磨廃液の排出がスムーズに行われることとなり、したがって被研磨面におけるスクラッチの発生を可及的に抑制することができ、被研磨面内均一性の向上にも資することとなる。本発明の化学機械研磨パッドは、この点で従来知られている例えば研磨面に同心円や同心に配置された多角形の溝を有するパッドとは決定的に異なるものである。
研磨面の端部にまで達している溝の数は、各領域あたり２本以上であることが好ましく、４〜４０本であることがより好ましい。更に４〜２０本であることが好ましい。
【０００８】
研磨面上において隣接する二つの領域に存在する直線溝の方向は、相異なっている。このことにより、化学機械研磨工程において高い研磨速度と高度の被研磨面内均一性が両立できるという利点が発現することとなる。隣接する二つの領域に存在する直線溝の方向は、３０〜９０゜の角度をなしていることが好ましく、６０〜９０゜の角度をなしていることがより好ましく、更に互いに直行するものであることが好ましい。
研磨面上において隣接する領域間の境界において、両領域は明確に区分けされていなくてもよい。すなわち、隣接する領域間の境界近傍において、両方の領域にそれぞれ属する直線溝が互いに重複ないし交差して形成されている部分があってもよい。この場合、重複していてもよい範囲は、好ましくは３０ｍｍ以下であり、より好ましくは１０ｍｍ以下である。
更に、隣接する領域間の境界において、両方の領域にそれぞれ属する直線溝は、重複せずに互いに接していてもよいし、離間して形成されていてもよい。
【０００９】
本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する各領域に存在する直線溝のそれぞれは、破線状の直線溝であってもよい。ここで、「破線状の直線溝」とは、複数の線状の凹部が非凹部を介して仮想直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、直線状の凹部および該直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直線状の凹部といった、直線状凹部と非凹部との繰り返しにより一本の破線状の直線溝が構成されることとなる。
【００１０】
図１〜４に、本発明の化学機械研磨パッドの研磨面の有する領域および直線溝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の研磨面は、各直線のなす各がそれぞれ９０゜である三角波状の境界により区画された４つの領域を有する。図１の上側および下側に位置する二つの領域は、それぞれ図の水平方向に平行して伸びる複数の直線溝を有する。一方、図の右側および左側に位置する二つの領域は、それぞれ図の上下方向に平行して伸びる複数の直線溝を有する。図１の研磨面の隣接する二領域にそれぞれ存在する直線溝の方向は、互いに直行している。そして、各領域がそれぞれ有する複数の直線溝のうち、研磨面の外周に近い部分に存在する数本の直線溝は研磨面の端部に達している。なお、図１の研磨面の左下部に溝の形成されていない部分があるが、このことは本発明の効果を減殺するものではない。図２は、図１と同じ図に、隣接する領域間の境界における各領域に属する溝の重なり合いの程度を説明するための指示図を描き加えた図である。楕円で囲まれた「ａ」の部分を見ると、図の上側の領域に属する溝と図の左側に属する溝とは、互いに接しているが交差してはいないことが分かる。一方、「ｂ」の部分では、図の上側の領域に属する溝と図の右側の領域に属する溝とが互いに重複（交差）して形成されている。更に、「ｃ」の部分では、図の左側の領域に属する溝と図の下側の領域に属する溝とは、接していない。
【００１１】
図３の化学機械研磨パッドの研磨面は、矩形波状の境界により区画された３つの領域、図の左右を貫く大きな領域およびその上下に位置する小さな二つの領域を有する。図３の研磨面では、各領域の有する直線溝は破線状の直線溝である。また、図３の研磨面の隣接する二領域に存在する直線溝の方向が互いに直行していることが理解されよう。更に、いずれの領域も、研磨面の端部に達している直線溝を有している。図４は、図３と同じ図に説明のための指示図を描き加えた図である。楕円で囲まれた「ａ’」の部分では、図の上側の領域に属する溝と図の中央に属する溝とが互いに接しているが交差してはいない。「ｂ’」の部分では、図の下側の領域に属する溝と図の中央の領域に属する溝とが互いに重複（交差）して形成されている。「ｃ’」の部分では、図の下側の領域に属する溝と図の中央の領域に属する溝とは、接していない。
【００１２】
本発明の化学機械研磨パッドは、その研磨面が上記の如き構成を有する限り、化学機械研磨パッドとしての機能を発揮することができる限り、どのような材料で構成されていてもよい。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）を使用することができる。
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】図１に説明のための指示図形を書き加えた図。
【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】図３に説明のための指示図形を書き加えた図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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