(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の平坦性に優れ、且つ数多くの被研磨物を連続研磨しても研磨性能が劣化しない化学機械研磨パッドならびに高い研磨速度で改善された被研磨面を与える高効率の化学機械研磨方法を提供すること。【解決手段】上記化学機械研磨パッドは、研磨面およびその裏面である非研磨面を有し、該研磨面は同心状に形成された複数の円形の溝を有し、該円形の溝は少なくとも研磨面から非研磨面へと向って形成された第一の溝幅を有する第一の溝領域および該第一の溝領域から非研磨面へと向って形成され且つ第一の溝幅よりも狭い第二の溝幅を有する第二の溝領域を有する。化学機械研磨方法は、上記の化学機械研磨パッドを使用して被研磨面を研磨することを特徴とする。【選択図】図１
2009023018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨面およびその裏面である非研磨面を有し、
該研磨面は同心状に形成された複数の円形の溝を有し、
該円形の溝は少なくとも、
研磨面から非研磨面へと向って形成された第一の溝幅を有する第一の溝領域および
該第一の溝領域から非研磨面へと向って形成され且つ第一の溝幅よりも狭い第二の溝幅を有する第二の溝領域
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】
第二の溝幅が第一の溝幅の１０〜９０％である、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項３】
上記円形の溝がさらに、第二の溝領域から非研磨面へと向って形成され且つ第二の溝幅よりも狭い第三の溝幅を有する第三の溝領域を有するものである、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項４】
研磨面がさらに、研磨面の中心部から周辺部へと向かう方向に伸びる複数本の直線状の溝を有する、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項５】
直線状の溝が破線状の溝である、請求項４に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項６】
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５に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項７】
研磨面がさらに、研磨面の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直線状の溝からなる溝群の複数を有する、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項８】
各溝群を構成する直線状の溝のそれぞれが破線状の溝である、請求項７に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項９】
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８に記載の化学機械研磨パッド。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の化学機械研磨パッドを使用して被研磨面を研磨することを特徴とする、化学機械研磨方法。
【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および化学機械研磨方法に関する。
【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、化学機械研磨パッドの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し、研磨パッドの研磨面と被研磨物の被研磨面とを摺動しながら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後の被研磨面の表面状態が向上することが知られている（特許文献１〜３参照。）。
一方、マトリクス樹脂中に水溶性粒子を分散させた研磨パッドが提案されている（特許文献４〜６参照。）。この技術は、マトリクス樹脂中に分散された水溶性粒子が、研磨時に化学機械研磨用水系分散体または水に接触して溶解、脱落することにより、ポアを形成するものである。このタイプの化学機械研磨パッドにおいても、その研磨面に各種の溝が設けられている。
近年、半導体装置の高性能化・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においては化学機械研磨パッドのデザインが詳細に記載されているが、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、「スクラッチ」と呼ばれる引っ掻き傷状の表面欠陥が発生する場合や、被研磨面の領域ごとに研磨除去される層の厚さが異なる場合があり、改善が望まれている。また、化学機械研磨に要する工程時間短縮の観点から、研磨速度の更なる向上が望まれている。
【０００３】
化学機械研磨において研磨速度および被研磨面の状態を向上するためには、供給される化学機械研磨用水系分散体を化学機械研磨パッドと被研磨面との界面に効果的に分配し且つ研磨後に生じる研磨廃液を速やかに排出することが必要となる。水系分散体の分配効率および研磨廃液の除去効率を向上するためには、化学機械研磨パッドの研磨面上に形成される溝の容積を増大することが考えられる。しかし、溝容積の増大を溝の幅または数を増やすことにより実現しようとすると、被研磨面と接触する研磨面の有効面積を減ずることとなり、この研磨面の有効面積が一定値未満に下がると研磨速度がかえって減少する結果となる。一方、溝の深さを深くすることにより溝容積の増大を図ろうとすると、溝以外の部分（当業者にしばしば「ランド部」と呼ばれている。）のアスペクト比（縦横比）が過大となって研磨面の平面性を維持することができずに被研磨面の平坦性を損なう結果となるか、あるいは一枚の化学機械研磨パッドで通常８００〜１，０００枚程度の被研磨物を連続研磨するところ、研磨開始当初は平坦な被研磨面を与えることができたとしても被研磨物を交換して連続研磨していくうちに徐々に被研磨面の平坦性が落ちていく現象が見られる。
このように、従来知られている化学機械研磨パッドでは、化学機械研磨の際に供給される水系分散体の分配効率および研磨廃液の除去効率には一定の限界があった。
【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
【特許文献４】特開２０００−３３５５２号公報
【特許文献５】特開２０００−３４４１６号公報
【特許文献６】特開２００１−３３４４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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且つ研磨速度および被研磨面の平坦性に優れ、且つ数多くの被研磨物を連続研磨しても研磨性能が劣化しない化学機械研磨パッドならびに高い研磨速度で改善された被研磨面を与える高効率の化学機械研磨方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、本発明の上記目的は第一に、
研磨面およびその裏面である非研磨面を有し、
該研磨面は同心状に形成された複数の円形の溝を有し、
該円形の溝は少なくとも、
研磨面から非研磨面へと向って形成された第一の溝幅を有する第一の溝領域および
該第一の溝領域から非研磨面へと向って形成され且つ第一の溝幅よりも狭い第二の溝幅を有する第二の溝領域
を有する化学機械研磨パッドによって達成される。
本発明の上記目的は第二に、上記の化学機械研磨パッドを使用して被研磨面を研磨する化学機械研磨方法によって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の化学機械研磨パッドは、研磨面およびその裏面である非研磨面を有する。本発明の化学機械研磨パッドは、更に研磨面と非研磨面を規律する側面を有していてもよいし、明確な側面を有さずに、パッドの最外周部の領域において厚さが漸減するような形状であってもよい。
本発明の化学機械研磨パッドの研磨面は、同心状に形成された複数の円形の溝を有する。同心状に配置された複数本の円形の溝の中心は、研磨面の重心と一致していることが好ましい。
これら円形の溝が研磨面に開口する溝幅は好ましくは０．０５ｍｍ以上であり、より好ましくは０．１〜３．０ｍｍであり、更に好ましくは０．２〜２．０ｍｍである。隣接する二つの円形の溝間の最短距離として定義される溝の間隔（「バンク部」の幅である。）は、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１．０〜１０．０ｍｍであり、更に好ましくは１．３〜５．０ｍｍである。上記の溝幅と溝の間隔との和として定義される溝のピッチは、好ましくは０．５５ｍｍ以上であり、より好ましくは１．１〜１３．０ｍｍであり、更に好ましくは１．５〜７．０ｍｍである。上記のような範囲のサイズの円形の溝の複数を上記の間隔ないしピッチで同心状に配置することにより、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用パッドとすることができることとなる。
【０００７】
これら円形の溝は、少なくとも、
研磨面から非研磨面へと向って形成された第一の溝幅を有する第一の溝領域および
該第一の溝領域から非研磨面へと向って形成され且つ第一の溝幅よりも狭い第二の溝幅を有する第二の溝領域
を有する。すなわち、上記円形の溝をその接線に垂直且つ研磨面に垂直な平面で切断したときの断面（以下、単に「円形溝の断面」という。）が、幅（横方向の長さ）の異なる矩形を少なくとも２つ重ねた形状であって、研磨面に２番目に近い矩形の幅が研磨面に最も近い矩形の幅よりも狭いものである。この場合、研磨面に最も近い矩形は上記第一の溝領域の範囲を区画するものであり、その幅が上記第一の溝幅であり、この第一の溝幅は上記円形溝の研磨面に開口する溝幅と一致する。また、研磨面に２番目に近い矩形は上記第二の溝領域の範囲を区画するものであり、その幅が上記第二の溝幅であり、上記第一の溝幅よりも狭い。
第二の溝幅は、第一の溝幅の１０〜９０％であることが好ましく、３０〜７０％であることがより好ましい。
円形の溝は、上記第二の領域から更に非研磨面へと向って形成され且つ第二の溝幅よりも狭い第三の溝幅を有する第三の溝領域を有していてもよい。また同様にして、第三の領域から更に非研磨面へと向って形成され且つ第三の溝幅よりも狭い第四の溝幅を有する第四の溝領域を有していてもよく、更に狭い溝幅の溝領域を有する多段階の構成とすることができる。
この場合、ある溝領域の溝幅（第ｎの溝幅）はそのひとつ上の溝領域の溝幅（第ｎ−１の溝幅）の１０〜９０％であることが好ましく、３０〜７０％であることがより好ましい。円形の溝の有する溝領域のうち、もっとも非研磨面側にある溝領域、すなわち最深の溝領域の溝幅は、第一の溝幅の５％以上の溝幅を有することが好ましい。
【０００８】
円形溝の溝領域は、二つの側面の双方において溝幅を変じて直上または直下にある他の溝領域と接していてもよく、あるいは側面のうちの片方においてのみ溝幅を変じて直上または直下にある他の溝領域と接し、もう片方の側面は直上または直下の他の溝領域と共有していてもよい。
研磨面から最深の溝領域の底面までの距離として定義される円形溝の深さは、好ましくは０．２ｍｍ以上であり、より好ましくは０．５〜２．５ｍｍであり、更に好ましくは０．７〜２．０ｍｍである。この溝深さは、各溝領域がそれぞれ有限の値の深さを有するように各溝領域に割り当てられる。
例えば円形溝が二つの溝領域からなる場合には、研磨面に近い第一の溝領域の第一の溝深さ（研磨面から第一の溝領域の下面までの距離である。）は円形溝の深さの１〜９８％であることが好ましく、１０〜９０％であることがより好ましい。
円形溝が三つの溝領域からなる場合には、研磨面に最も近い第一の溝領域の第一の溝深さは円形溝の深さの１〜９８％であることが好ましく、１０〜４０％であることがより好ましく、研磨面に２番目に近い第二の溝領域の第二の溝深さ（第二の溝領域の上面から第二の溝領域の下面までの距離である。）が円形溝の深さの１〜９８％であることが好ましく、１０〜５０％であることがより好ましく、非研磨面に最も近い第三の溝領域の第三の溝深さ（第三の溝領域の上面から第三の溝領域の下面までの距離である。）が円形溝の深さの１〜９８％であることが好ましく、５〜４０％であることがより好ましい。
本発明の最も好ましい態様では、円形溝が二つの溝領域からなり、第一の溝領域はその第一の溝幅（すなわち円形溝の幅）が０．１〜５．０ｍｍ、好ましくは０．２〜２．０ｍｍ、第一の溝深さが０．１〜１．８ｍｍ、好ましくは１．０〜１．６ｍｍであり、第二の溝領域はその第二の溝幅が０．０５〜４．５ｍｍ、好ましくは０．０２〜１．８ｍｍ、第二の溝深さが０．０５〜１．０ｍｍ、好ましくは０．１〜０．５ｍｍであり、円形溝の深さが０．２〜２．０ｍｍであり、第一の溝領域はその下面において二つの側面の双方が溝幅を減じて第二の溝領域と接している。
【０００９】
以下、添付した図を参照しながら本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する円形溝の好ましい形状について更に具体的に説明する。
図１〜３に本発明の化学機械研磨パッドの研磨面の有する好ましい円形溝の断面を示した。いずれも図の上側の「１」と示した面が研磨面であり、図の下側が非研磨面の方向である。
図１は、二つの溝領域を有する円形溝の断面の例である。研磨面に近い第一の溝領域は第一の溝幅Ｗ１と第一の溝深さＤ１とを有し、非研磨面に近い第二の溝領域は第二の溝幅Ｗ２と第二の溝深さＤ２とを有する。第二の溝幅Ｗ２は第一の溝幅Ｗ１の約６０％であり、第一の溝深さＤ１は、この円形溝の深さ（Ｄ１＋Ｄ２）の約７０％である。また、第一の溝領域はその下面において両方の側面で溝幅を減じて第二の溝領域と接しており、第一の溝領域と第二の溝領域の幅方向の中心はほぼ一致している。
図２は、二つの溝領域を有する円形溝の他の例の断面である。研磨面に近い第一の溝領域は第一の溝幅Ｗ１と第一の溝深さＤ１とを有し、非研磨面に近い第二の溝領域は第二の溝幅Ｗ２と第二の溝深さＤ２とを有する。第二の溝幅Ｗ２は第一の溝幅Ｗ１の約８０％であり、第一の溝深さＤ１は、この円形溝の深さ（Ｄ１＋Ｄ２）の約７０％である。また、第一の溝領域はその下面において片方の側面（図の右側）でのみ溝幅を減じて第二の溝領域と接しており、図の左側においては第一の溝領域と第二の溝領域とでその側面を共有している。この円形溝の断面においては第一の溝領域と第二の溝領域の幅方向の中心は一致していない。
図３の円形溝は、三つの溝領域を有する。研磨面に最も近い第一の溝領域は第一の溝幅Ｗ１と第一の溝深さＤ１とを有し、研磨面に二番面に近い第二の溝領域は第二の溝幅Ｗ２と第二の溝深さＤ２とを有し、非研磨面に最も近い第三の溝領域は第三の溝幅Ｗ３と第三の溝深さＤ３とを有する。第二の溝幅Ｗ２は第一の溝幅Ｗ１の約７５％であり、第三の溝幅Ｗ３は第二の溝幅Ｗ２の約７０％である。また、第一の溝深さＤ１、第二の溝深さＤ２および第三の溝深さＤ３は、この円形溝の深さ（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）に対してそれぞれ約５０、約３０および約２０％である。第一の溝領域はその下面において両方の側面で溝幅を減じて第二の溝領域と接しており、第二の溝領域はその下面において両方の側面で溝幅を減じて第三の溝領域と接しており、第一の溝領域、第二の溝領域および第三の溝領域の幅方向の中心はほぼ一致している。
【００１０】
本発明の化学機械研磨パッドは、その研磨面に上記の如き同心状に形成された複数の円形の溝を有するものであるが、これら以外に研磨面の中心部から周辺部へと向かう方向に伸びる複数本の直線状の溝または研磨面の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直線状の溝からなる溝群の複数を有していてもよい。この直線状の溝のそれぞれは、連続した直線溝であってもよいし、破線状の直線溝であってもよい。
上記「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。直線状の溝は、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い。
以下、先ず本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が同心状に形成された円形溝のほかに研磨面の中心部から周辺部へと向かう方向に伸びる複数本の直線状の溝を有する場合について説明し、次に本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が同心状に形成された円形溝のほかに研磨面の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直線状の溝からなる溝群の複数を有する場合について説明する。
【００１１】
本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が同心状に形成された円形溝のほかに研磨面の中心部から周辺部へと向かう方向に伸びる複数本の直線状の溝を有する場合、これら直線状の溝は、研磨面の外周端へ達していてもよいし、達していなくてもよいが、少なくとも一本の直線溝は外周端へ達していることが好ましい。直線状の溝は、上記中心部の領域において他の直線溝と接していてもよいし、他の直線溝と接していなくてもよい。研磨面に存在する複数の直線状の溝は、上記中心部の領域において他の直線溝と接している直線溝と、他の直線溝と接していない直線溝とからなることが好ましい。なお、直線溝同士は互いに交差することはない。
直線溝の本数としては、その総数が６〜９６本であり、そのうち他の直線溝と接している直線溝が２〜３２本であり、他の直線溝と接していない直線溝が４〜６４本であることが好ましい。さらに好ましい範囲は、総数が６〜４８本であり、他の直線溝と接している直線溝が２〜１６本であり、他の直線溝と接していない直線溝が４〜３２本である。
直線溝の好ましい溝幅は、好ましくは０．１〜５．０ｍｍであり、より好ましくは０．１〜４．０ｍｍであり、さらに好ましくは０．２〜３．０ｍｍである。直線溝の深さとしては、０．１ｍｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．１〜２．５ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜２．０ｍｍである。
これら直線溝は、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。
【００１２】
上記の直線溝が破線状の直線溝である場合における「破線状」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ていることを意味する。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直線溝が構成される。
破線状の直線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。
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。
【００１３】
一方、本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が同心状に形成された円形溝のほかに研磨面の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直線状の溝からなる溝群の複数を有する場合、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。
研磨面における溝群の数は、好ましくは２〜６４組であり、より好ましくは４〜３２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、２〜６２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、６〜３０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。
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。
溝群を構成する各直線溝の幅および深さならびに直線溝のそれぞれが破線状の直線溝である場合の好ましい態様は、研磨面がその中心部から周辺部へと向かう方向に伸びる複数本の直線状の溝を有する場合について上記したところと同様である。
【００１４】
本発明の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。本発明の化学機械研磨パッドが円柱状である場合、円柱の底面のうちの片方が研磨面となるからその形状は円形であり、研磨面の重心は研磨面の中心である。
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。
【００１５】
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。
【００１６】
上記の同心状に配置された複数の円形の溝は、例えば化学機械研磨パッドの概形を成型した後に切削加工を切削幅および切削深さを変えて多段階で行う方法、化学機械研磨パッドの概形を成型する際に円形溝の断面形状に契合する凸部を有する金型を用いることにより複数の溝領域を形成する方法等により形成することができる。また、上記直線状の溝は、化学機械研磨パッドの概形を成型した後に適当なフライス工具を用いて切削加工を行う方法、化学機械研磨パッドの概形を成型する際に所望の直線溝と契合する凸部を有する金型を用いる方法等により形成することができる。
【００１７】
本発明の化学機械研磨パッドを使用して被研磨面を化学機械的に研磨することにより、高い研磨速度においてスクラッチ等の表面欠陥が実質的になく高度に平坦化された被研磨面を得ることができる。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適当な化学機械研磨用水系分散体を用いて公知の方法により化学機械研磨を行うことにより、上記のような有利な効果を発現することができる。
本発明の化学機械研磨パッドを使用して化学機械研磨することのできる被研磨面を構成する材料としては、配線材料たる金属、バリアメタルおよび絶縁体ならびにこれらの組み合わせからなる材料を挙げることができる。上記配線材料たる金属としては、例えばタングクテン、アルミニウム、銅およびこれらを含有する合金等を挙げることができる。上記バリアメタルとしては、タンタル、窒化タンタル、ニオブ、窒化ニオブ等を挙げることができる。上記絶縁体としては、ＳｉＯ２や少量のホウ素およびリンを含有したホウ素リンシリケートなどを挙げることができる。
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。また、多数の被研磨物を連続研磨する場合であっても、研磨性能の劣化が極めて抑制されている。本発明の化学機械研磨パッドがこのような優れた効果を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の構造により、化学機械研磨パッドの機械的な特性を損なわずに、供給される化学機械研磨用水系分散体を研磨面上に保持する効率の向上および研磨廃液の除去効率の向上が実現されたことに起因するものと推察される。
【実施例】
【００１８】
実施例１
＜化学機械研磨パッドの製造＞
１，２−ポリブタジエン（ＪＳＲ（株）製、商品名「ＪＳＲ  ＲＢ８３０」）９８体積部およびβ−シクロデキストリン（（株）横浜国際バイオ研究所製、商品名「デキシパールβ−１００」、平均粒径２０μｍ）２体積部を１６０℃に調温されたルーダーにより混練した。その後パークミルＤ４０（商品名、日本油脂（株）製、ジクミルパーオキシドを４０重量％含有する。）を１，２−ポリブタジエン１００重量部に対して０．９重量部（純ジクミルパーオキシドに換算して０．３６重量部に相当する。）配合して、さらに１２０℃にて混練した後ペレットとした。このペレットを金型内において１７０℃で１８分加熱し、架橋して直径８４０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍの成形体を得た。その後成形体の両面をサンドペーパーにより０．１ｍｍずつ研削して厚さを２．８ｍｍに調整し、パッド概形を得た。
このパッド概形を市販の切削加工機のテーブルに装着し、刃幅１．０ｍｍの切削刃を１３本有する多刃ユニットを用いて、成形体の片面（研磨面）に、先ず幅１．０ｍｍ、深さ１．４ｍｍ、断面形状が矩形の同心円溝を、研磨面の中心を中心として半径１０ｍｍ以上の領域にピッチ４．０ｍｍで形成した（第一の溝領域）。次いで、多刃ユニットを、刃幅０．３ｍｍの切削刃を複数本有する多刃ユニットに交換し、上記で形成した第一の溝領域の内部から下方（パッドの裏面側）に向かって更に幅０．３ｍｍ、深さ０．３ｍｍの第二の溝領域を形成することにより、化学機械研磨パッドを製造した。ここで研磨面に同心円状に形成された各溝は、その第一の溝領域の幅方向の中心と第二の溝領域の幅方向の中心とがほぼ一致していた。
【００１９】
＜化学機械研磨用水系分散体の調製＞
ポリエチレン製の容器にイオン交換水３８ｋｇおよびコロイダルシリカ（扶桑化学工業(株)製、品名「コロイダルシリカＰＬ−３Ｈ」）１０．３ｋｇを入れ、これに非イオン性界面活性剤（２，４，７，９−テトラメチル−５−デシン−４，７−ジオール−ジポリオキシエチレンエーテル、商品名「サーフィノール４６５」、エアープロダクツジャパン(株)製）１３５ｇ、２，３−ピリジンジカルボン酸１５ｇおよびマレイン酸４５０ｇを攪拌しながら加えた後、水酸化カリウムでｐＨを９．０に調整した。更にこの水系分散体を孔径５μｍのフィルターで濾過し、過酸化水素に換算して０．３重量％に相当する量の３０質量％過酸化水素水を加えることにより、研磨用の化学機械研磨用水系分体を調製した。
【００２０】
＜化学機械研磨性能の評価＞
上記で製造した化学機械研磨パッドを化学機械研磨装置「Ｍｉｒｒａ−Ｍｅｓａ」（アプライドマテリアルズ社製）に装着し、上記で調製した化学機械研磨用水系分散体を用いて表面に厚さ１５，０００Åの銅膜が堆積された８インチ熱酸化膜付きシリコン基板を被研磨物とし、以下の条件で７５０枚の被研磨物を連続研磨した。
ヘッド回転数：１００ｒｐｍ
定盤回転数：１００ｒｐｍ
ヘッド荷重：１．５ｐｓｉ
化学機械研磨用水系分散体の供給速度：２００ｍＬ／分
研磨時間：１分
このとき、被研磨物の被研磨面につき、外周５ｍｍを除いて直径方向に均等に４９点の特定点を設定し、これら特定点について研磨前後の銅膜の厚さを電気伝導式膜厚測定器「オムニマップＲＳ７５」（ケーエルウエー・テンコール（株）製）により測定し、その差と研磨時間から各点における研磨速度を算出した。
これら４９点における研磨速度の平均値を研磨速度として評価した。
また、上記４９点の特定点における研磨速度の最大値と最小値との差を研磨量の面内均一性として評価した。
研磨開始２５枚目、５００枚目および７００枚目の被研磨物における研磨速度および研磨量の面内均一性の値を表１に示した。
【００２１】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する円形溝の断面の一例。
【図２】本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する円形溝の断面の一例。
【図３】本発明の化学機械研磨パッドの研磨面が有する円形溝の断面の一例。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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