CN1864929A - 化学机械抛光垫及化学机械抛光方法 - Google Patents

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Abstract

化学机械抛光垫，其具有抛光面、与此对面的非抛光面以及规定这些面的侧面，其中所述的抛光面有(i)与从抛光面的中心部分行往周边部分的一条假想直线交叉的多个第1沟槽构成的第1沟槽组，此多个第1沟槽彼此互相不交叉，或从抛光面的中心部分行往周边部分螺旋线逐渐扩大的1个第1螺旋状沟槽任意一种，和(ii)由多个沿从抛光面的中心部分行往周边部分的方向延伸且与上述第1沟槽组的第1沟槽或第1螺旋状沟槽任一者交叉的第2沟槽所构成的第2沟槽组，此多个第2沟槽彼此互相不交叉。此化学机械抛光垫充分抑制了被抛光面上划痕的产生，且抛光速度优异，因此利于在化学机械抛光方法中使用。

Description

化学机械抛光垫及化学机械抛光方法
技术领域
本发明涉及可适合于化学机械抛光工序中使用的化学机械抛光垫以及使用了此抛光垫的化学机械抛光方法。
背景技术
在制造半导体装置中，化学机械抛光(CMP)作为一种可以形成优异平坦性表面的抛光方法，引起了人们的关注。化学机械抛光是一种一边使抛光垫与被抛光面滑动一边向化学机械抛光用垫表面流下化学机械抛光用水系分散体(如分散了磨粒的水系分散体)来进行抛光的技术。在此化学机械抛光中，抛光垫的性状与特性等大大左右了抛光结果，这是已知的。
历来，在化学机械抛光中使用含有微细气泡的聚氨酯泡沫来作为抛光垫，由在此树脂表面开口的孔洞(下面称其为“孔隙”)保持浆料来进行抛光。此时，通过在化学机械抛光用垫的表面(抛光面)上设置沟槽来提高抛光速度与改善抛光结果，这是已知的(参见特开平11-70463号公报、特开平8-216029号公报和特开平8-39423号公报)。
然而，随着近年来半导体装置的高性能、小型化，布线越来越微细化、多积层化，这就对化学机械抛光与化学机械抛光用垫的性能提出了更高的要求。在上述列举的专利文献1中已经详细地记载了化学抛光用垫的设计，不过其抛光速度和抛光后的被抛光面的状态还不能满足要求。尤其是，有时发生划伤状表面缺陷(以下称为“划痕”)，希望改进之。
发明内容
本发明是用来解决上述问题的。本发明的目的在于提供充分抑制了被抛光面上划痕的发生而且抛光速度优异的化学机械抛光垫和用此抛光垫的化学机械抛光方法。
由下面的说明可以明白本发明的其它目的与优点。
按照本发明，本发明的上述目的与优点是由第1：具有抛光面、与其对向的非抛光面以及规定这些面的侧面，所述的抛光面有至少2个各自由多个沟槽所构成的沟槽组，且此2个沟槽组由以下构成：(i)与从抛光面的中心部分行往周边部分的一条假想直线交叉的多个第1沟槽构成的第1沟槽组，此多个第1沟槽彼此互相不交叉，和(ii)由沿从抛光面的中心部分行往周边部分的方向延伸且与上述第1沟槽组的第1沟槽交叉的多个第2沟槽所构成的第2沟槽组，此多个第2沟槽彼此互相不交叉，以此为特征的化学机械抛光垫(以下称为本发明的第1抛光垫)所达到的。
按照本发明，本发明的上述目的与优点是由第2：具有抛光面、与此对向的非抛光面以及规定这些面的侧面，所述的抛光面有(i)从抛光面的中心部分行往周边部分螺旋线逐渐扩大的1个第1螺旋状沟槽，和(ii)由沿从抛光面的中心部分行往周边部分的方向延伸且与上述螺旋状沟槽交叉的多个第2沟槽所构成的第2沟槽组，此多个第2沟槽彼此互相不交叉，以此为特征的化学机械抛光垫(以下称为本发明的第2抛光垫)所达到的。
按照本发明，本发明的上述目的与优点是由：第3，使用了本发明上述化学机械抛光垫为特征的化学机械抛光法所达到的。
附图说明
图1为表示沟槽组构成的一个例子的示意图。
图2为表示沟槽组构成的一个例子的示意图。
图3为表示沟槽组构成的一个例子的示意图。
图4为表示沟槽组构成的一个例子的示意图。
图5为表示沟槽组构成的一个例子的示意图。
图6为表示沟槽组构成的一个例子的示意图。
图7为表示沟槽组构成的一个例子的示意图。
图8为表示沟槽组构成的一个例子的示意图。
图9为表示沟槽组构成的一个例子的示意图。
图10为表示沟槽组构成的一个例子的示意图。
具体实施方式
下面来详细叙述本发明。首先说明第1抛光垫。
对于在抛光面上的上述第1沟槽组的第1沟槽的形状并没有特别的限制，例如，可以是从抛光面的中心部分行往周边部分逐渐扩大的2个以上的螺旋状沟槽或互相不交叉且为同心圆状配置的多个环或多角形。环状沟槽可以是例如圆形、椭圆形等，多角形沟槽的例子可以是四角形、五角形以上的多角形。
在第1沟槽组中，多个第1沟槽彼此不交叉。
这些第1沟槽是按与从抛光面的中心部分行往周边部分的一条假想直线多次交叉那样而设置于抛光面上的。例如，在沟槽的形状是由上述多个环所构成的场合，2个环的交叉点为2个，3个环为3个，同样，n个环为n个。还有，在2个螺旋状沟槽的场合，进入第2圈(360°为1圈)之前交叉点数目为2个，进入第2圈时交叉点可以为3个，第n圈可为(n+1)个。
对于由多个多角形构成时，情况与由多个环构成一样。
在由多个环或多角形构成时，按照多个环或多角形互相不交叉来配置，其配置是同心或偏心均可，以同心为优选。与其它配置相比，同心配置的抛光垫在上述功能方面优异。多个环以由多个圆环构成为优选，以这些圆环同心配置为更优选。另外，通过使圆环沟槽为同心圆状，这些功能更优异，而且沟槽的制作也更容易。
对于沟槽的宽度方向(即与沟槽方向垂直的方向)的截面形状并没有特别的限制，例如，可以是由平坦的侧面和底面形成的三面以上的多面形状、U字形、V字形等。
同心配置的直径不同的多个沟槽(环)的数目可以为例如20～400个，而多个螺旋状沟槽的数目可以为例如2～10个。
对于沟槽的大小没有特别的形状，例如，第1沟槽的槽宽可以在0.1mm以上，以0.1～5mm为优选，0.2～3mm为更优选。沟槽的深度可以是0.1mm以上，0.1～2.5mm为优选，0.2～2.0mm为更优选。进而，沟槽的间隔可以使得为上述假想直线与多个第1沟槽邻接的交叉点之间的距离中的最小值为0.05mm以上，以0.05～100mm为优选，0.1～10mm为更优选。通过制成在此范围大小的沟槽，使降低被抛光面的划痕的效果优异，可以容易地制造长寿命的化学机械抛光用垫。
上述各优选范围可以各自组合。例如，可以是槽宽取0.1mm以上，槽深取0.1mm以上，而且沟槽间隔取0.05mm以上；优选的是，槽宽取0.1～5mm，槽深取0.1～2.5mm且沟槽间隔取0.15～105mm；更优选的是，槽宽取0.2～3mm，槽深取0.2～2.0mm且沟槽间隔取0.6～13mm。
对于沟槽的截面形状，即沟槽沿其法线方向切断时的断面形状没有特别的限制，可以是例如多角形、U字形等。多角形可以列举有例如三角形、四角形、五角形等。
沟槽的宽度与相邻沟槽之间的距离之和称之为节距，以0.15mm以上为优选，0.15～105mm为更优选，0.5～13mm为进一步优选，0.5～5.0mm为特别优选，最优选0.5～2.2mm。
上述第1沟槽的内表面的表面粗糙度(Ra)以在20μm以下为优选，0.05～15μm以下为更优选，0.05～10μm以下为进一步优选。由于表面粗糙度在20μm以下，在化学机械抛光工序时可以更有效地防止在被抛光面上产生划痕。
上述表面粗糙度(Ra)是由下述式(1)定义的。
Ra＝∑|Z-Zav|/N                   (1)
式中，N为测定点数，Z为粗糙局部区域的高度，Zav为粗糙局部区域的平均高度。
上述第2沟槽组的第2沟槽是由沿从抛光面的中心部分行往周边部分的方向延伸的多条沟槽所构成的。这里，所谓中心部分是指以化学机械抛光垫面上重心为中心的半径50mm圆所包围的区域。第2沟槽组所属的各个第2沟槽只要是沿从此“中心部分”中的任意一点行往周边部分的方向延伸的就行，其形状可以是，例如，直线状或圆弧状或其组合的形状。
第2沟槽到达外周端缘或者不到达都行，不过以其中至少1个沟槽到达外周端缘即垫的侧面为优选。例如，多个第2沟槽可以是由多个从中心部分出发行往周边部分的直线状沟槽所构成，且至少其中的1个沟槽到达垫的侧面；还有，多个第2沟槽可以是由多个从中心部分出发行往周边部分的直线状沟槽和多个从中心部分与周边部分的中途出发行往周边部分的直线状沟槽所构成，且其中至少1个沟槽到达垫的侧面。进而，多个第2沟槽可以是由2个平行的直线状沟槽对所构成的。
第2沟槽组的第2沟槽的数目以4～65个为优选，8～48个为更优选。
存在于化学机械抛光垫面上的属于第2沟槽组的第2沟槽，无论是与属于第2沟槽组的其它沟槽连接或不连接都行，但不互交叉。以多个第2沟槽中的2～32个在上述中心部分区域与其它的第2沟槽相连接为优选，2～16个与其它的第2沟槽相连接为更优选。第2沟槽在垫面的中心部分以外的地点与其它沟槽和第2沟槽连接也行。
第2沟槽的优选槽宽和槽深与上述第1槽的一样。还有，第2沟槽的内表面的表面粗糙度(Ra)的优选范围也与第1沟槽的内表面的一样。
这些第2沟槽组的多个第2沟槽以在化学机械抛光垫面上尽可能均等地配置为优选。
在本发明的化学机械抛光垫的抛光面上形成的第2沟槽组可以例如如图1～7所示的示意图那样来构成。
其次，本发明的第2抛光垫是把上述第1抛光垫的第1沟槽组用从抛光面中心部分行往周边部分使螺线逐渐扩大的1个第1螺旋状沟槽来替代了的。
第1螺旋状沟槽的圈数，以360°取为1圈，可以为例如20～400。
第1螺旋状沟槽可以是，例如槽宽0.1mm以上且槽深0.1mm以上，此第1螺旋状沟槽与从抛光面的中心部分行往周边部分的1根假想直线邻接的交叉点之间的距离中的最小值为0.05mm以上。
这里对于第2抛光垫没有特定记载的事项，应该可以理解为，有关第1抛光垫所述的事项可以直接或者按照本领域技术人员已知的变更形式而适用于该第2抛光垫。
下面用附图来更具体地说明本发明的化学机械抛光垫的沟槽的构成。
图1中，垫1在其抛光面上有由16个从垫中心行往周边部分延伸的直线沟槽2构成的第2沟槽组、直径不同的10个同心圆沟槽3构成的第1沟槽组。第2沟槽组中16个直线沟槽2彼此不交叉，第1沟槽组中的10个同心圆沟槽3彼此也不交叉，但直线沟槽与同心圆沟槽交叉。还有，图1的垫中16个直线沟槽全都到达垫的侧面。
图2的垫有由32个直线沟槽2构成的第2沟槽组和10个直径不同的同心圆沟槽3构成的第1沟槽组。32个直线沟槽中的4个从中心发出，而其它的28个直线沟槽是从离开中心而稍行往周边部分退行的部分(该部分为中心部分，这可以由该直线沟槽与即使是第1沟槽组中的最小圆沟槽也交叉来判断)发出的。图2的垫中，32个直线沟槽全都到达垫的侧面。
图3的垫1有由64个直线沟槽2构成的第2沟槽组和10个直径不同的同心圆沟槽3构成的第1沟槽组。64个直线沟槽中的8个从中心发出，而其它的56个直线沟槽是从离开中心而稍行往周边部分退行的部分发出的。图3的垫中，64个直线沟槽全都到达垫的侧面。
图4的垫1有由16个从中心部分行往周边部分延伸的沟槽2构成的第2沟槽组。16个沟槽中的4个从中心发出，余下的12个沟槽是从离开中心而稍行往周边部分退行的部分发出的。还有，这16个沟槽是如图中所示那样在从中心向周边的途中向左弯曲的，如果除去了此弯曲部分的话，大致直线状延伸。
图5的垫是图1的垫的变形，第2沟槽组的16个直线沟槽2全部是从中心部分但离开中心而稍行往周边部分退行的部分发出的。直线沟槽2全部是从与第1沟槽组的同心圆沟槽中的最小圆沟槽交叉的点发出的。
图6的垫有8个从中心发出的直线沟槽构成的第2沟槽组。这8个直线沟槽没有到达垫的侧面，在与第1沟槽组的同心圆沟槽中最大圆沟槽交叉的点处终止。
图7的垫有从中心发出的8个直线沟槽在到达周边部分之前的途中分叉成2个直线沟槽2’、2”的第2沟槽组。
图8的垫相当于图2中的32个直线沟槽的所有沟槽之间进一步有32个从中心部分与周边部分的中途发出的直线沟槽。32个直线沟槽如图是从与由中心数起的第4个同心圆沟槽交叉的点发出的。
图9的垫相当于图2中从离开中心而稍行往周边部分退行的部分发出的28个直线沟槽形成了各自由2个平行的直线沟槽组合而成的沟槽对的垫。
图10的垫有由圈数为10的1个第1螺旋状沟槽4和16个直线状沟槽2所构成的第2沟槽组。螺旋状沟槽是从垫的中心部分发出后逐渐扩大其螺旋而到达周边部分。
在本发明的抛光垫的抛光面上的沟槽配置优选的是，如对由上述图1～10的理解那样，具有中心对称性，例如点对称、线对称或面对称。
本发明的上述第1抛光垫和第2抛光垫可以根据需要而在其非抛光面(垫的背面)上有凹部。在进行化学机械抛光时，此凹部具有分散因抛光头的加压所导致的局部压力上升的功能，有助于进一步降低被抛光面的划痕。凹部的位置没有特别的限制，以位于垫的中央部位为优选。这里，所谓“位于中央部位”并不是严格数学意义上的中心位置，只要是抛光垫的非抛光面的中心在上述凹部范围内即可。
凹部的形状没有特别的限制，但以圆形或多角形状为优选，圆形为特别优选。凹部的形状为圆形的场合，其直径的上限值以在被抛光物晶片直径的100％为优选，75％为更优选，50％为特别优选。在凹部的形状为圆形的场合，其直径的下限不拘于被抛光物晶片的尺寸，以1mm为优选，5mm为更优选。
对于本发明的化学机械抛光垫的形状没有特别的限制，可以是例如圆盘状、多角柱状等，可以根据装备本发明的化学机械抛光垫而使用的抛光装置来做适当选择。
例如，有圆盘状外形时，相对向的圆形顶面和圆形底面分别成为抛光面和非抛光面。
对于化学机械抛光垫的大小并没有特别的限制，例如，在圆盘状化学机械抛光垫的场合，直径为150～1200mm，特别是500～800mm，厚度为0.5～5.0mm，特别是1.0～3.0mm，最好是1.5～3.0mm。
本发明的化学机械抛光垫只要具备如上所述的沟槽，至于由什么样的材料构成都行，例如，可以是含有非水溶性基体材料与分散在此非水溶性基体材料中的水溶性粒子的，以及在非水溶性基体材料中有微细气泡的垫等。
其中，前者的材质为，水溶性粒子在抛光时与含有水系介质和固形分的浆料的水系介质接触，发生溶解或溶胀而脱离，能够在由脱离而形成的孔隙中保持浆料。另一方面，后者的材质要能够在作为孔洞而预先形成的孔隙中保持浆料。
对于构成上述“非水溶性基体材料”的材料没有特别的限制，从容易成形为预定的形状和性能、可以赋予适当的硬度、适度的弹性等考虑，优选使用有机材料。作为有机材料，可以单独或者组合使用例如热塑性树脂、弹性体、以交联橡胶为例的橡胶，和固化树脂，比如热固性树脂、光固化性树脂等通过热、光等而固化的树脂等。
其中，热塑性树脂可以列举有，例如1，2-聚丁二烯树脂、聚乙烯之类的聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、如(甲基)丙烯酸酯类树脂等的聚丙烯酸树脂、乙烯酯树脂(丙烯酸树脂除外)、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚偏二氟乙烯之类的氟树脂、聚碳酸酯树脂、聚缩醛树脂等。
作为弹性体，可以列举的有例如，1，2-聚丁二烯之类二烯弹性体；聚烯烃弹性体(TPO)；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、其加氢嵌段共聚物(SEBS)之类苯乙烯类弹性体；热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、热塑性聚酯弹性体(TPEE)、聚酰胺弹性体(TPAE)之类热塑性弹性体；硅氧烷树脂弹性体；氟树脂弹性体等。作为橡胶，可以列举有例如，丁二烯橡胶(高顺式丁二烯橡胶、低顺式丁二烯橡胶等)、异戊二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯橡胶之类共轭二烯橡胶；丙烯腈-丁二烯橡胶之类的腈橡胶；丙烯酸类橡胶；乙烯-丙烯橡胶、三元乙丙橡胶之类的乙烯-α-烯烃橡胶和丁基橡胶，以及硅橡胶、氟橡胶之类其它的橡胶。
作为固化树脂可以列举有，例如，聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯-尿素树脂、脲树脂、硅树脂、酚树脂、乙烯酯树脂等。
这些有机材料经过酸酐、羧基、羟基、环氧基、氨基等改性也行。由于改性，可以调节与下面讲的水溶性粒子或浆料的亲和性。
可以仅使用这些有机材料中的1种，也可以2种以上合并使用。
这些有机材料无论是其一部分或全部已经交联的交联聚合物还是非交联聚合物都行。因此，非水溶性基体材料无论是仅由交联聚合物所构成也好，还是用交联聚合物与非交联聚合物的混合物也好，还是仅由非交联聚合物构成都行，然而，以仅由交联聚合物所构成或由交联聚合物与非交联聚合物的混合物所构成为优选。由于含有交联聚合物，赋予了非水溶性基体材料以弹性回复力，可以抑制在抛光时加在所述抛光垫上的剪切应力所引起的位移小。还有，可以有效地抑制在抛光时和修整时非水溶性基体材料因过度延伸而发生塑性变形以致填埋孔隙，而且可以有效抑制抛光垫表面过度起毛刺等。因此，即使在修整时，有效形成孔隙，可以防止抛光时浆料保持性的下降，而且由于毛刺少，不会损害抛光的平坦性。再者，对于进行上述交联的方法并没有特别的限制，可以由例如用有机过氧化物、硫、硫化合物等的化学交联、电子束照射等辐照交联等来进行。
其中，以化学交联法为优选。在由化学交联来交联的场合，从有好的操作性能和对被抛光物没有污染等观点出发，交联剂以使用有机过氧化物为优选。可以列举的有机过氧化物有，例如，过氧化二枯基、过氧化二乙基、过氧化二叔丁基、过氧化二乙酰、过氧化二戊基等。在用化学交联法进行交联时，交联剂的用量，相对于非水溶性基体中的交联性聚合物用量100质量份，以0.01～5.0质量份为优选，0.2～4.0质量份为更优选。当用量在此范围内时，可以得到抑制了化学机械抛光工序中发生划痕的化学机械抛光垫。交联是对构成非水溶性部件的全部材料一并进行，还是把构成非水溶性构件的材料的一部分进行交联之后再与其余部分混合都行。还有，把进行单独交联的数种交联物混合也行。
在用化学交联法进行交联的场合，通过调节使用的交联剂的量和交联条件，由一次交联操作就可以容易地得到非水溶性部件的一部分交联而其它部分没有交联的有机材料的混合物。还有，在用辐照交联法来交联的场合，通过调整射线的照射量就可以容易地得到与上述同样的效果。
此交联聚合物可以使用上述有机材料中的交联橡胶、固化树脂、交联的热塑性树脂和交联的弹性体等。进而，其中，从对于许多的浆料中含有的强酸或强碱稳定而且因吸水而软化小的观点看，以交联热塑性树脂和/或交联弹性体为优选。在交联热塑性树脂和交联弹性体中，以使用有机过氧化物交联的为特别优选，进而，交联1，2-聚丁二烯为更优选。
这些交联聚合物的含量并没有特别的限制，以非水溶性基体总体的30体积％以上为优选，50体积％以上为更优选，70体积％以上进一步优选，100体积％也行。非水溶性基体中交联聚合物的含量不足30体积％时，会有不能充分发挥含有交联聚合物的效果的情况。
对于含交联聚合物的非水溶性基体，按照JIS K 6251，由非水溶性基体构成的试验片在80℃下断裂时，断裂后残留的伸长(下面简称断裂残余伸长)可以在100％以下。即，断裂后的标线之间的合计距离变为断裂前的标线之间距离的2倍以下。此断裂残余伸长优选在30％以下，更优选在10％以下，特别优选在5％以下。断裂残余伸长超过100％，抛光时和抛光面更新时，会有从抛光垫表面划落或拉伸的细碎片易把孔隙堵塞的倾向，因此不优选。此所谓“断裂残余伸长”是按照JISK 6251的“硫化橡胶的拉伸试验方法”，把试验片制成3号哑铃形，在拉伸速度500mm/min、试验温度80℃下的拉伸试验中，试验片断裂时，从断裂而分离的试验片各自的标线至断裂部分的合计距离减去试验前标线间的距离而得出的伸长。还有，在实际的抛光中，由于滑动而发热，因此在80℃温度下来进行试验。
上述“水溶性粒子”是指抛光垫中由于与水系分散体浆料接触而从非水溶性基体上脱落下来的粒子。此脱落无论是由于与浆料中所含有的水等相接触以致溶解而发生的，还是由于含有水等而溶胀成为凝胶状所产生的都行。进而，此溶解或溶胀不仅是因水而致，与含有甲醇等醇系溶剂的水系混合介质接触而致也行。
此水溶性粒子除了有成孔的效果之外，在抛光垫中还有提高抛光垫的压痕硬度的效果。例如，通过含有水溶性粒子，本发明的抛光垫的肖氏硬度D优选在35以上，更优选在50～90，进一步优选50～80，通常可以在100以下。当肖氏硬度D超过35时，可以加大在被抛光物上可以负载的压力，随之，就可以提高抛光速度。进而，得到高抛光平整性。因此，此水溶性粒子以对抛光垫可确保其压痕硬度足够的中实体为特别优选。
对于此水溶性粒子的构成材料没有特别的限制，可以列举的有例如有机水溶性粒子和无机水溶性粒子。作为有机水溶性粒子的材质，可以列举的有，例如糖类(如淀粉、糊精和环糊精之类多糖类、乳糖、甘露糖醇等)、纤维素类(如羟丙基纤维素、甲基纤维素等)、蛋白质、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚环氧乙烷、水溶性感光树脂、磺化聚异戊二烯、磺化聚异戊二烯共聚物等。作为无机水溶性粒子的材质可以列举的有，乙酸钾、硝酸钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氯化钾、溴化钾、磷酸钾、硝酸镁等。这些水溶性粒子可以单独使用上述各种材质，或者2种以上组合起来使用。进而，无论是由预定的材质构成的1种水溶性粒子也好，还是由不同的材质构成的2种以上的水溶性粒子也好都行。
水溶性粒子的平均粒径以0.1～500μm为优选，0.5～100μm为更优选。孔的大小以0.1～500μm为优选，0.5～100μm为更优选。水溶性粒子的平均粒径不足0.1μm时，所形成的孔的大小比使用的磨粒小，就有难以得到可以充分保持浆料的抛光垫的倾向。另一方面，超过了500μm时，所形成的孔变得过大，所得到的抛光垫的机械强度和抛光速度有下降的倾向。
在非水溶性基体与水溶性粒子合计为100体积％时，此水溶性粒子的含量以2～90体积％为优选，2～60体积％为更优选，2～40体积％为进一步优选。当水溶性粒子的含量不足2体积％时，所得到的抛光垫中不能充分成孔，有降低抛光速度的倾向。另一方面，水溶性粒子的含量超过90体积％时，在所得到的抛光垫中，就有难以充分防止存在于抛光垫内部的水溶性粒子溶胀或溶解的倾向，因而难以确保把抛光垫的硬度和机械强度保持于合适的值。
还有，优选的是，水溶性粒子仅在从抛光垫中露出表层的场合才溶解于水中，而在抛光垫内部吸湿不溶胀。为此，水溶性粒子的最外部至少一部分可以备有抑制吸湿的外壳。此外壳是物理吸附于水溶性粒子也好，还是与水溶性粒子化学结合也好，进而，两者都有也好，都行。形成这样的外壳的材料可以列举的有，例如环氧树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、聚硅酸盐等。再者，即使仅在水溶性粒子的一部分上形成此外壳，也可以充分得到上述效果。
为了控制与水溶性粒子的亲和性并控制非水溶性基体中水溶性粒子的分散行，上述非水溶性基体中可以含有相容剂。此相容剂可以列举的有，用例如酸酐基、羧基、羟基、环氧基、唑啉基和氨基等改性的聚合物、嵌段共聚物、无规共聚物，还有各种非离子型表面活性剂、偶联剂等。
另一方面，对于构成作为后者的具有通过分散孔洞而形成的非水溶性基体材料(泡沫体等)的抛光垫的非水溶性基体材料，可以列举有，例如，聚氨酯、蜜胺树脂、聚酯、聚砜、聚乙酸乙烯酯等。
在这样的非水溶性基体材料中分散的孔洞的大小按平均值计以0.1～500μm为优选，0.5～100μm为更优选。
对于本发明的化学机械抛光垫的制造方法没有特别的限制，对于化学机械抛光垫所具有的沟槽以及任选可有的背面凹部(以下把两者合并称为“沟槽等”)的形成方法也没有特别的限制。例如，预先准备好化学机械抛光垫用的化学机械抛光垫用组合物，把此组合物大概成形为所期望的形状之后，用切削加工就可以形成沟槽等。进而，把化学机械抛光垫用组合物在形成了成为沟槽等的图案的模具中成形，可以在形成化学机械抛光垫的大概形状的同时形成沟槽等。这里，用模具成形可以容易地使得沟槽内表面的表面粗糙度在20μm以下。
对于得到化学机械抛光垫用组合物的方法没有特别的限制。比如，可以使用混合机等混合预定的有机材料等必要材料来得到。混合机可以使用已知的，例如，可以列举的有辊、捏合机、班伯里密混机、(单轴、多轴)挤出机等混合机。
得到含水溶性粒子的抛光垫所采用的含水溶性粒子的抛光垫用组合物可以通过例如把非水溶性基体、水溶性粒子和其它的添加剂等混合来得到。不过，通常为了使混合时加工容易，用的是加热混合，因此以在此温度下水溶性粒子是固体为优选。通过呈固体，无论与非水溶性基体的相容性大还是小，可以把水溶性粒子以前述的优选平均粒径来分散。因此，优选从所使用的非水溶性基体的加工温度来选择水溶性粒子的种类。
本发明的化学机械抛光垫可以是在上述那样的垫的非抛光面上备有支承层的多层垫。
上述支承层是支承在化学机械抛光用垫的抛光面背面的层。对于此支承层的特性没有特别的限制，不过以比垫本体较软为优选。由于备有较软的支承层，在垫本体的厚度薄的场合，例如即使在1.0mm以下，可以防止抛光时垫本体凸起，或抛光层表面弯曲等，而可以进行稳定的抛光。此支承层的硬度以垫本体硬度的90％以下为优选，50～90％为更优选，50～80％为特别优选，其中50～70％为更特别优选。
所述支承层无论是多孔材料(例如泡沫材料)还是非多孔材料都行。对于其平面形状也没有特别的形状，与抛光层相同或不同都行。作为此支承层的平面形状，可以有例如圆形、多角形(如四角形)等。还有，对其的厚度也没有特别的限制，以例如0.1～5mm为优选，0.5～2mm为更优选。
构成支承层的材料也没有特别的限制，从可以容易地成形为预定的形状和性能、可以赋予适度的弹性等考虑，以用有机材料为优选。
上述那样的本发明的化学机械抛光用垫可以在高抛光速度下得到良好的被抛光面，而且具有长的寿命。
再者，尽管对于本发明的化学机械抛光垫降低被抛光物抛光面上产生的划痕的机理还没有搞清楚，但是，从针对已知的化学机械抛光垫所发现的在化学机械抛光工序时垫中心部分滞留有化学机械抛光用水系分散体或抛光屑等的现象，推断上述滞留物起到了划痕产生源的作用。另一方面，使用本发明的化学机械抛光垫，在化学机械抛光工序时，没有观察到上述那样的滞留现象，料想在抛光面上由于形成了上述那样的沟槽，有效地把滞留物除去了，因此推断据此而产生降低划痕的效果。
本发明的化学机械抛光方法是以使用上述本发明的化学机械抛光垫为特征的。本发明的化学机械抛光用垫可以装在市售的抛光装置上，用已知的方法在化学机械抛光中使用。
此场合下的被抛光面、所使用的化学机械抛光用水系分散体的种类无所谓。
实施例
实施例1
(1)化学机械抛光垫的制造
把80体积份(相当于72质量份)交联的非水溶性基体1，2-聚丁二烯(JSR公司生产的商品名“JSR RB830”)、20体积份(相当于28质量份)水溶性粒子β-环糊精(横滨国际バイオ研究所(株)生产的商品名“デキシパ-ルβ-100”，平均粒径20μm)用温度调为160℃的ル-ダ-混合。然后，配合1.0体积份(相当于1.1质量份)的过氧化二枯基(日本油脂公司生产的商品名“パ-クミルD”)，在120℃进一步混合，得到粒料。接着，把混合物于模具内在170℃加热18min，使其交联，得到了直径600mm、厚度2.5mm的圆盘状成形物。其后，把此成形物的抛光面一侧用加藤机械公司生产的切削加工机以节距2.0mm而形成宽0.5mm、深度1.0mm的同心圆状沟槽(第1沟槽组的沟槽)。进而，在抛光面一侧，由垫的中心至外周端缘形成16个直线状沟槽(各自的宽为1.0mm、深1.0mm)，其在垫抛光面的中心互相连接，相邻直线沟槽的夹角都为22.5°(第2沟槽组的沟槽)。这里形成的沟槽组的构成相当于如图1所示的概略图。再者，用三维表面结构解析显微镜(型号：ZygoNew View 5032，キヤノン公司制造)测定这里形成的沟槽组的内表面的表面粗糙度为4.2μm。
(2)抛光速度和划痕数的评价
把上述制造的化学机械抛光垫装在抛光装置(荏原制造所(株)生产，型号：EPO112)的定盘上，使用3倍稀释的CMS-1101(JSR公司生产的商品名)作为化学机械抛光用浆料，在如下条件，抛光有SiO2膜(PETEOS膜，以正硅酸四乙基酯(TEOS)为原料，用等离子作为促进条件，由化学气相生长法成膜的SiO2膜)的无图案晶片(直径8英寸)，评价其抛光速度和划痕数。结果是，抛光速度为210nm/min，被抛光面上没有看到划痕。
定盘转速：70rpm
头的转速：63rpm
头的推压力：4psi
浆料供给量：200mL/min
抛光时间：2min
上述抛光速度是在用光学式膜厚计测定抛光前后的膜厚后由其差算出的。划痕用晶片缺陷检查装置(ケ-エルエ-·テンコ-ル公司生产，型号KLA2351)针对抛光后的SiO2膜晶片的被抛光面，测定在被抛光面整个面上生成的划痕的总数。
实施例2
与实施例1不同的是，作为第2沟槽组的沟槽，以在垫抛光面的中心互相连接、相邻直线沟槽所成的夹角均为90°那样形成4个从垫的中心至外周端的直线状沟槽(各自宽1.0mm、深1.0mm)，以及由离开垫中心25mm的点开始至外周端形成28个直线状沟槽，使任意相邻的直线沟槽所成的夹角均为11.25°，除此之外，与实施例1同样制造化学机械抛光垫。这里所形成的沟槽组的构成相当于图2所示的概略图。这里所形成的沟槽组的内表面的表面粗糙度为3.9μm。
除了使用上述制成的抛光垫之外，与实施例1同样进行抛光速度、划痕数的评价。结果是，抛光速度为220nm/min，没有看到划痕。
实施例3
把64体积份(相当于58质量份)1，2-聚丁二烯(JSR公司生产的商品名“JSR RB830”)、16体积份(相当于14质量份)的1，2-聚丁二烯与聚苯乙烯的嵌段共聚物(JSR公司生产的商品名“TR2827”)与20体积份(相当于28质量份)水溶性粒子β-环糊精(横滨国际バイオ研究所(株)生产的商品名“デキシパ-ルβ-100”，平均粒径20μm)用温度调为160℃的ル-ダ-混合。然后，配合0.5体积份(相当于0.56质量份)的过氧化二枯基(日本油脂公司生产的商品名“パ-クミルD”)，在120℃进一步混合，得到粒料。接着，把混合物于模具内在180℃加热10min，使其交联，得到了直径600mm、厚度2.5mm的圆盘状成形物。其后，把此成形物的抛光面一侧用加藤机械公司生产的切削加工机以节距1.5mm而形成宽0.5mm、深度1.0mm的同心圆状沟槽(第1沟槽组的沟槽)。进而，由垫的中心至外周端形成8个直线状沟槽(各自的宽为1.0mm、深1.0mm)，其在垫抛光面的中心互相连接，相邻直线沟槽的夹角都为45°，进而从离开垫中心25mm的点开始至外周端形成56个直线状沟槽，使任意相邻的直线沟槽所成的夹角均为5.625°(第2沟槽组的沟槽)。这里形成的沟槽组的构成相当于如图3所示的概略图。再者，这里形成的沟槽组的内表面的表面粗糙度为4.7μm。
除了使用上述制成的抛光垫之外，与实施例1同样进行抛光速度、划痕数的评价。结果是，抛光速度为185nm/min，没有看到划痕。
实施例4
把56体积份(相当于48质量份)1，2-聚丁二烯(JSR公司生产的商品名“JSR RB830”)、14体积份(相当于12质量份)的聚苯乙烯(エ-·アンド·エンスチレン公司生产的商品名“GPPS HF55”)与30体积份(相当于40质量份)水溶性粒子β-环糊精(横滨国际バイオ研究所(株)生产的商品名“デキシパ-ルβ-100”，平均粒径20μm)用温度调为160℃的ル-ダ-混合。然后，配合0.5体积份(相当于0.56质量份)的过氧化二枯基(日本油脂公司生产的商品名“パ-クミルD”)，在120℃进一步混合，得到粒料。接着，把混合物于模具内在180℃加热10min，使其交联，得到了直径600mm、厚度2.8mm的圆盘状成形物。其后，把此成形物的抛光面一侧用加藤机械公司生产的切削加工机形成宽0.5mm、节距2.0mm、深度1.4mm的同心圆状沟槽(第1沟槽组的沟槽)。作为第2沟槽组的沟槽，除了沟槽深度为1.4mm之外，与实施例2中的第2沟槽组的沟槽同样地形成。这里形成的沟槽组的内表面的表面粗糙度为3.5μm。
实施例5
与实施例1不同的是，作为第2沟槽组的沟槽，以在垫抛光面的中心互相连接、相邻直线沟槽所成的夹角均为90°那样形成4个从垫中心至外周部分的直线状沟槽(各自宽1.0mm、深1.0mm)，从离开垫中心25mm的点开始至外周端形成28个直线状沟槽，使任意相邻的直线沟槽所成的夹角均为11.25°，进一步地从离开垫中心75mm的点开始至外周端形成32个直线状沟槽，使任意相邻的直线沟槽所成的夹角均为5.625°，除此之外，与实施例1同样制造化学机械抛光垫。这里形成的沟槽组的构成相当于如图8所示的概略图。再者，这里形成的沟槽组的内表面的表面粗糙度为4.0μm。
除了使用上述制成的抛光垫之外，与实施例1同样进行抛光速度、划痕数的评价。结果是，抛光速度为225nm/min，没有看到划痕。
实施例6
把80体积份(相当于72质量份)1，2-聚丁二烯(JSR公司生产的商品名“JSR RB830”)与20体积份(相当于28质量份)水溶性粒子β-环糊精(横滨国际バイオ研究所(株)生产的商品名“デキシパ-ルβ-100”，平均粒径20μm)用温度调为160℃的ル-ダ-混合。然后，配合0.12体积份(相当于0.13质量份)的过氧化二枯基(日本油脂公司生产的商品名“パ-クミルD”)，在120℃进一步混合，得到粒料。接着，把混合物于模具内在170℃加热18min，使其交联，得到了直径800mm、厚度2.5mm的圆盘状成形物。其后，在此成形物上形成与实施例1同样的沟槽组。这里形成的沟槽组的内表面的表面粗糙度为3.5μm。从此直径800mm的抛光垫的中心部分切取直径600mm部分，与实施例1同样进行抛光速度、划痕数的评价。结果是，抛光速度为254nm/min，没有看到划痕。
实施例7
除了把实施例2中最后形成的28个直线沟槽各自形成为间隔2mm的2条直线沟槽之外，与实施例2同样制造化学机械抛光垫。这里形成的沟槽组相当于图9所示的概略图。除了使用这里制造的抛光垫之外，与实施例1同样进行抛光速度、划痕数的评价。结果是，抛光速度为233nm/min，没有看到划痕。
由于间隔2mm的2个直线沟槽是从垫的中心部分行往周边部分按相同的2mm间隔形成的，所以虽然2个直线沟槽各自是从垫的中心部分发出的，但与垫的直径方向不一致，稍有偏离。
实施例8
把28.2质量份的分子两末端有2个羟基的数均分子量650的聚四亚甲基二醇(三菱化学公司生产的PTMG650)与21.7质量份的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(住化バイエルウレタン公司制造的スミジユ-ル44S)加入到反应器中，搅拌下保持90℃进行3h反应，然后冷却，得到两末端为异氰酸酯基的预聚物。
用21.6质量份的有3个羟基的数均分子量330的聚丙二醇(日本油脂公司生产的ユニオ—ルTG330，是甘油与氧化丙烯的加成反应产物)与6.9质量份的聚四亚甲基二醇(PTMG650)为交联剂，搅拌下于其中分散14.5质量份的水溶性粒子β-环糊精(横滨国际バイオ研究所(株)生产的商品名“デキシパ-ルβ-100”，平均粒径20μm)，进而搅拌下溶解0.1质量份的反应促进剂2-甲基三亚乙基二胺(三共エア-プロダクツ公司生产的商品名Me-DABCO)。把此混合物加入到上述含有两端异氰酸酯预聚物的反应容器中。
进而向上述含有两端异氰酸酯预聚物的反应容器中加入21.6质量份的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(スミジユ-ル44S)，在室温以200转搅拌2min，进一步减压脱泡而得到原料混合物。
把此原料混合物注入直径60cm、厚度3mm的模具中，在保持80℃条件下进行聚氨酯的聚合20min，进而在110℃进行5h的后固化，得到直径600mm、厚度2.5mm的成形物。然后，在此成形物上形成与实施例1同样的沟槽组。这里形成的沟槽组的内表面的表面粗糙度为3.0μm。
除了使用上述制成的抛光垫之外，与实施例1同样进行抛光速度、划痕数的评价。结果是，抛光速度为231nm/min，没有看到划痕。
比较例1
除了制作与实施例1同样大小的圆盘状成形物并用市售的切削加工机在抛光面一侧上只形成宽0.5mm、节距2.0mm、深度1.0mm的同心圆状沟槽(第1沟槽组的沟槽)之外，与实施例1同样制造化学机械抛光垫。这里所形成的沟槽组的内表面的表面粗糙度为4.8μm。
除了使用此抛光垫之外，与实施例1同样进行抛光速度、有无划痕的评价。结果是，抛光速度为200nm/min，划痕数为15个。
比较例2
除了制作与实施例1同样大小的圆盘状成形物、在抛光面一侧上没有形成第1沟槽组的同心圆状沟槽而只形成第2沟槽组的沟槽之外，与实施例1同样制造化学机械抛光垫。这里所形成的沟槽组的内表面的表面粗糙度为4.5μm。
除了使用此抛光垫之外，与实施例1同样进行抛光速度、有无划痕的评价。结果是，抛光速度为120nm/min，划痕数为25个。
比较例3
除了制作与实施例1同样大小的圆盘状成形物并用市售的切削加工机在抛光面一侧上形成宽1.0mm、节距10.0mm、深度1.0mm的格状沟槽之外，与实施例1同样制造化学机械抛光垫。这里所形成的沟槽组的内表面的表面粗糙度为5.5μm。
使用此抛光垫，与实施例1同样进行抛光速度、有无划痕的评价。结果是，抛光速度为150nm/min，划痕数为50个。
由上表明，本发明的化学机械抛光垫是一种充分抑制了被抛光面上划痕的产生而且抛光速度优异的垫，使用了此抛光垫的本发明的化学机械抛光方法是一种在大的抛光速度下给出优异表面状态的被抛光物的方法。

Claims (22)

1.一种化学机械抛光垫，其特征在于，有抛光面、与抛光面对向的非抛光面和规定这些面的侧面，该抛光面上有至少2个各自由多个沟槽构成的沟槽组，且上述2个沟槽组由以下构成：(i)与从抛光面的中心部分行往周边部分的1个假想直线交叉的多个第1沟槽构成的第1沟槽组，此多个第1沟槽彼此互相不交叉，和(ii)由多条沿从抛光面的中心部分行往周边部分的方向延伸且与上述第1沟槽组的第1沟槽交叉的第2沟槽所构成的第2沟槽组，此多个第2沟槽彼此互相不交叉。
2.权利要求项1所述的垫，其特征在于它有圆盘状外形而且相对向的圆形顶面与圆形底面分别为抛光面和非抛光面。
3.权利要求项1所述的垫，其特征在于所述的多个第1沟槽是由同心配置且直径不同的多个沟槽所构成或多个螺旋状沟槽所构成。
4.权利要求项3所述的垫，其特征在于所述同心配置的直径不同的多个沟槽的数目为20～400个。
5.权利要求项3所述的垫，其特征在于所述多个螺旋状沟槽的数目为2～10个。
6.权利要求项1所述的垫，其特征在于所述第1沟槽的沟槽宽为0.1mm以上且沟槽深度为0.1mm以上，而且多个第1沟槽与假想直线邻接的交叉点之间的距离中的最小距离在0.05mm以上。
7.权利要求项1所述的垫，其特征在于所述多个第2沟槽由多个从中心部分出发行往周边部分的直线状沟槽构成且其中至少1个沟槽到达垫的侧面。
8.权利要求项1所述的垫，其特征在于所述多个第2沟槽由多个从中心部分出发行往周边部分的直线状沟槽与多个从中心部分与周边部分的中途出发行往周边部分的直线状沟槽构成，且其中至少1个沟槽到达垫的侧面。
9.权利要求项7或8所述的垫，其特征在于所述多个第2沟槽是由2个平行的直线状沟槽对所构成。
10.权利要求项7或8所述的垫，其特征在于所述多个第2沟槽由4～65个直线状沟槽所构成。
11.权利要求项7所述的垫，其特征在于所述第2沟槽具有0.1mm以上的沟槽宽度和0.1mm以上的沟槽深度。
12.化学机械抛光方法，其特征在于使用了权利要求项1所述的化学机械抛光垫。
13.一种化学机械抛光垫，其特征在于具有抛光面、与其对面的非抛光面以及规定这些面的侧面，所述抛光面由各自由多个沟槽构成的至少2个沟槽组所构成，且上述2个沟槽组具有：(i)从抛光面的中心部分行往周边部分螺旋线逐渐扩大的1个第1螺旋状沟槽，和(ii)由多个沿从抛光面的中心部分行往周边部分的方向延伸且与上述螺旋状沟槽交叉的第2沟槽所构成的第2沟槽组，此多个第2沟槽彼此互相不交叉。
14.权利要求项13所述的垫，其特征在于它有圆盘状外形而且相对向的圆形顶面与圆形底面各自为抛光面和非抛光面。
15.权利要求项13所述的垫，其特征在于所述螺旋状沟槽的圈数为20～400。
16.权利要求项13所述的垫，其特征在于所述第1螺旋状沟槽有0.1mm以上的沟槽宽度和0.1mm以上的沟槽深度，且此第1螺旋状沟槽与从抛光面的中心部分行往周边部分的1根假想直线邻接的交叉点之间的距离中最小的距离在0.05mm以上。
17.权利要求项13所述的垫，其特征在于所述多个第2沟槽由多个从中心部分发行往周边部分的直线状沟槽构成，且其中至少1个沟槽到达垫的侧面。
18.权利要求项13所述的垫，其特征在于所述多个第2沟槽由多个从中心部分出发行往周边部分的直线状沟槽与多个从中心部分与周边部分的中途出发行往周边部分的直线状沟槽构成，且其中至少1个沟槽到达垫的侧面。
19.权利要求项17或18所述的垫，其特征在于所述多个第2沟槽由2个平行的直线状沟槽对所构成。
20.权利要求项17或18所述的垫，其特征在于所述多个第2沟槽由4～65个直线状沟槽所构成。
21.权利要求项17所述的垫，其特征在于所述第2沟槽具有0.1mm以上的沟槽宽度和0.1mm以上的沟槽深度。
22.化学机械抛光方法，其特征在于使用权利要求项13所述的化学机械抛光垫。
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