JPWO2008114805A1 - 化学機械研磨パッドおよび化学機械研磨方法 - Google Patents

Abstract

本発明の化学機械研磨パッドの研磨面は、（１）研磨面の中心から周辺部へと向かう１本の仮想直線と交差する複数本の第一溝からなる第一溝群、この複数本の第一溝同士は互いに交差することがなく、第一の溝幅を有する、および（２）研磨面の中心から周辺部へと向かう１本の仮想直線と交差する複数本の第二溝からなる第二溝群、この複数本の第二溝同士は互いに交差することがなく、各第二溝は前記第一溝と交差することがなく、前記第一の溝幅と異なる第二の溝幅を有し、そしてこの第二溝は、研磨面上で互いに隣接する二本の第一溝の間隙に一本または複数本ずつ存在するからなる２つの溝群を有してなる。

Description

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。

近年の半導体装置の形成等において、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、化学機械研磨方法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、一般に「ＣＭＰ」と略称される。）が多く用いられている。この化学機械研磨方法においては、化学機械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おり、従来から様々な化学機械研磨パッドが提案されている。
例えば特表平８−５００６２２号公報および特開２０００−３４４１６号公報では、化学機械研磨パッドを構成する材料について検討されている。また例えば特開平１１−７０４６３号公報、特開平８−２１６０２９号公報および特表２００４−５０７０７７号公報では、パッドの表面（研磨面）の溝のデザインについての検討がなされている
これらのうち特開平１１−７０４６３号公報では、被研磨面の研磨均一性を向上するために、研磨パッドの研磨面の領域ごとに溝の幅、ピッチ、深さまたは形（円形溝および蛇行溝）を変化させる技術が提案されている。また特表２００４−５０７０７７号公報では、研磨面の溝の密度と研磨性能との関係について詳細な検討がなされている。同公報によると、同心円状の溝は、研磨時にパッドの中心に導入され遠心力でパッド外周部に移動する化学機械研磨用水系分散体をトラップする役割を果たすことが記載されている。
しかしこれらの公報では、前記のコンセプトから考えられる溝デザインのアイデアのいくつかを提示したにすぎず、現実の生産場面において実際にいかなる溝パターンが有用であるかについての具体的な指針は明らかにされていない。
一方、半導体製品のコスト競争が益々激化する中、化学機械研磨の際に供給される化学機械研磨用水系分散体の使用量の減量は、コストダウンに最も効果のある方法の一つと考えられている。しかし、化学機械研磨用水系分散体の供給量を少量とした際にも、パッド研磨面の全面に効率的に水系分散体を供給し、高い研磨速度と被研磨面における高度な均一性を実現するという観点からの溝デザインの検討はほとんどなされていない。

本発明は、前記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、化学機械研磨用水系分散体の供給量を少量としたときでも研磨速度に優れ、かつ被研磨面における研磨量の面内均一性に優れる化学機械研磨パッドおよび化学機械研磨方法を提供することにある。
本発明によれば、本発明の上記目的は、第一に、
研磨面およびそれの裏面である被研磨面を有する化学機械研磨パッドであって、
前記研磨面はそれぞれ複数の溝からなる少なくとも２つの溝群を有してなり、
前記２つの溝群は、
（１）研磨面の中心から周辺部へと向かう１本の仮想直線と交差する複数本の第一溝からなる第一溝群、この複数本の第一溝同士は互いに交差することがなく、第一の溝幅を有する、および
（２）研磨面の中心から周辺部へと向かう１本の仮想直線と交差する複数本の第二溝からなる第二溝群、この複数本の第二溝同士は互いに交差することがなく、各第二溝は前記第一溝と交差することがなく、前記第一の溝幅と異なる第二の溝幅を有し、そしてこの第二溝は、研磨面上で互いに隣接する二本の第一溝の間隙に一本または複数本ずつ存在する
からなる化学機械研磨パッド（以下、「第一研磨パッド」という。）によって達成される。
本発明の上記目的は、第二に、
研磨面およびそれの裏面である被研磨面を有する化学機械研磨パッドであって、
前記研磨面は少なくとも一本の第一溝および一本の第二溝を有してなり、
（１）第一溝は研磨面の中心部から周辺部へ向かって次第に螺旋が拡大する一本の螺旋状の溝であり、そして第一の溝幅を有し、
（２）第二溝は研磨面の中心部から周辺部へ向かって次第に螺旋が拡大する一本の螺旋状の溝であり、この第二溝は前記第一溝と交差することはなく、そして前記第一の溝幅と異なる第二の溝幅を有する、
化学機械研磨パッド（以下、「第二研磨パッド」という。）によって達成される。
本発明の上記目的は、第三に、
上記いずれかの化学機械研磨パッドを使用して被研磨体を化学機械的に研磨する化学機械研磨方法によって達成される。

図１は本発明の化学機械研磨パッドにおける第一溝と第二溝との関係の一例を説明するための該略図である。
図２は本発明の化学機械研磨パッドにおける第一溝と第二溝との関係の一例を説明するための該略図である。
図３は本発明の化学機械研磨パッドの実施の態様の一例を示す該略図である。
図４は本発明の化学機械研磨パッドの実施の態様の一例を示す該略図である。
図５は本発明の化学機械研磨パッドの実施の態様の一例を示す該略図である。
図６は本発明の化学機械研磨パッドの実施の態様の一例を示す該略図である。

本発明の化学機械研磨パッドは、第一研磨パッド、第二研磨パッドとも、研磨面およびそれ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における研磨面および非研磨面の形状は特に限定されないが、例えば円形、多角形（好ましくは凸多角形、より好ましくは正多角形）等とすることができ、本発明の化学機械研磨パッドを装着して使用する研磨装置に応じて適宜選択することができる。研磨面の形状と非研磨面の形状は同じであることが好ましい。研磨面および非研磨面がともに円形であるとき研磨パッドは円盤状の形をとり、研磨面および非研磨面がともに多角形であるとき研磨パッドは多角柱状の形をとる。研磨面および非研磨面の形状としては、特に円形状が好ましく、従って、研磨パッドの形状は円盤状であることが好ましい。
研磨パッドの大きさも特に限定されないが、例えば円盤状の化学機械研磨パッドの場合、直径１５０〜１，２００ｍｍ、特に５００〜８００ｍｍ、厚さ０．５〜５．０ｍｍ、特に厚さ１．０〜３．０ｍｍ、就中厚さ１．５〜３．０ｍｍとすることが好ましい。
以下、本発明の第一研磨パッドおよび第二研磨パッドの有する溝の構成につき、順に説明する。
第一研磨パッドにおける「溝群」とは、幾何学的に相似形状を有する複数の溝の集合を意味する。
第一研磨パッドの第一溝群の第一溝の形状は特に限定されないが、例えば研磨面の中心部から周辺部へ向かって次第に拡大する２本以上の螺旋状溝または互いに交差することがなく且つ同心状または偏心状に配置された複数本の環状溝もしくは多角形状溝であることができる。環状溝は例えば円形、楕円形等の溝であることができ、多角形状溝は例えば四角形、五角形以上の多角形状溝であることができる。
これらの第一溝は、研磨面の中心から周辺部へ向かう１本の仮想直線と複数回交差するように研磨面上に設けられている。例えば溝の形状が複数個の環状溝からなる場合、２つの環状溝では交差点が２個であり、３つの環状溝では３個となり、同様にｎ個の環状溝ではｎ個となる。複数個の多角形状溝からなるときにも、複数個の環状溝からなる場合と同様である。一方、２本の螺旋状溝の場合には、３６０°で一巻きと考えると、二巻きに入る前に交差点の数は２個となり、ふた巻に入ったときに交差点を３個とすることができ、ｎ巻に入る前に（２ｎ−２）個、ｎ巻に入ったときに（２ｎ−１）個とすることができる。
前記第一溝群の第一溝が複数個の環状溝や多角形状溝からなるとき、これらの複数個の環状溝や多角形状溝は互いに交差しないように配置される。その配置は同心状であっても偏心状であってもよいが、同心状であることが好ましい。前記第一溝群の第一溝が同心状に配置されている研磨パッドは、同心状に配置されていない研磨パッドと比較して、水系分散体の供給量を少量としたときでも研磨速度により優れ、かつ被研磨面における研磨量の面内均一性により優れることとなる。複数個の環状溝は複数個の円形状溝からなることが好ましく、それらの円形状溝は同心状に配置されるのがさらに好ましい。複数個の円形状溝が同心円状に配置されることにより、さらにこれらの機能に優れ、また、溝の形成もより容易となる利点を有する。
溝の幅方向（溝の法線方向）における断面形状は特に限定されない。例えば矩形状、平坦な側面と底面により形成された三面以上の多面形状、Ｕ字形状等とすることができる。多角形としては、例えば四角形、五角形等を挙げることができる。
第一溝群の第一溝は、第一の溝幅を有する。ここで「溝幅」とは、溝の壁面と研磨面とがなす稜の間の最短の距離をいう。
第一研磨パッドにおける第二溝群の第二溝の形状、第二溝相互の相対配置および断面形状については第一溝群の第一溝について上記したところと同様である。第二溝の形状は、前記第一溝群の第一溝の形状と相似形状であることが好ましい。さらに、この第二溝は、上記第一溝群の第一溝と交差することはない。
第二溝群の第二溝は、前記第一の溝幅と異なる第二の溝幅を有する。
第二溝群の第二溝は、研磨面上で互いに隣接する二本の第一溝の間隙に一本または複数本ずつ存在する。以下、第一研磨パッドのさらに詳細な溝構成につき、隣接する二本の第一溝の間隙に第二溝が一本ずつ存在する場合と、隣接する二本の第一溝の間隙に第二溝が複数本ずつ存在する場合とに分けて説明する。
研磨面上で互いに隣接する二本の第一溝の間隙に、一本ずつの第二溝が存在する場合には、前記仮想直線上において、該仮想直線および第一溝の交差点と、該仮想直線および第二溝の交差点とが、交互に現れることとなる。
第二溝の有する第二の溝幅は、第一溝の有する第一の溝幅と異なるが、例えば第二の溝幅は第一の溝幅よりも小さいものであることができる。この場合、第一溝の有する第一の溝幅は、０．５〜２．０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．６〜１．８ｍｍであり、さらに好ましくは０．７〜１．６ｍｍであり、特に好ましくは０．８〜１．４ｍｍであり、就中０．８〜１．２ｍｍであることが好ましい。第一の溝幅を上記の範囲とすることにより、本発明の効果がより有効に発揮される。特に第一の溝幅を０．７ｍｍ以上、さらに０．８ｍｍ以上とすることにより、その効果が顕著に発現される。
第一溝のピッチ、すなわち前記仮想直線と前記第一溝との交差点のうち隣接する２つの交差点間の距離は、２．０〜８．０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは３．０〜７．５ｍｍ、さらに好ましくは３．５〜７．０ｍｍであり、特に好ましくは４．５〜６．５ｍｍｍであり、就中４．５〜６．０ｍｍであり、格別に好ましくは５．０〜６．０ｍｍである。前記第一溝のピッチを上記の範囲とすることにより、本発明の効果が最も有効に発揮される。なおここで、仮想直線と第一溝との交差点とは、微視的には前記仮想直線と前記第一溝の幅方向の中心との交点をいう。仮想直線と第二溝との交差点についてもこれと同様に理解されるべきである。
第一溝の深さは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。
一方、第二溝の有する第二の溝幅は、０．２〜０．５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．２５〜０．４５ｍｍであり、さらに好ましくは０．２７〜０．４ｍｍであり、特に好ましくは０．２９ｍｍ〜０．３５ｍｍであることが好ましい。第二の溝幅を上記の範囲とすることにより、本発明の効果がより有効に発揮される。特に第二の溝幅を０．４ｍｍ以下、さらに０．３５ｍｍ以下とすることにより、その効果が顕著に発現される。
第二溝は、隣接する２本の第一溝の中心に位置することが好ましい。すなわち、前記仮想直線上で隣接する交差点間の距離が等しいことが好ましい。
第二溝の深さは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。
ここで図１を参照して、研磨面上で互いに隣接する二本の第一溝の間に一本ずつの第二溝が存在する場合における第一溝と第二溝との好ましい関係を具体的に説明する。図１は、研磨パッドにつき、前記仮想直線に沿って研磨面に垂直な面で切断した断面の部分拡大概略図である。
図１の研磨パッドは、第一の溝幅Ｗ１を有する第一溝とＷ１よりも小さい第二の溝幅Ｗ２を有する第二溝を有し、隣接する２本の第一溝の間にそれぞれ１本ずつの第二溝が存在する。この態様においては、第一溝のピッチはＰ１で表わされる。図１の研磨パッドは、前記仮想直線上において、該仮想直線および前記第一溝の交差点（Ｃ１）と、該仮想直線および前記第二溝の交差点（Ｃ２）とが、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ１、Ｃ２の順に交互に存在することとなる。図１の研磨パッドでは、隣接する２本の第一溝の中心に第二溝が配置されている（図１における長さＤ１およびＤ２が等しいことからこのことが理解される。）。
次に、研磨面上で互いに隣接する二本の第一溝の間隙に、複数本ずつの第二溝が存在する場合、第二溝の有する第二の溝幅は、第一溝の有する第一の溝幅よりも小さいものであることができ、あるいは第一溝の有する第一の溝幅よりも大きいものであることができる。
第二溝の有する第二の溝幅が第一溝の有する第一の溝幅よりも小さいものである場合、第一溝の有する第一の溝幅は０．６〜２．２ｍｍであることが好ましく、第一溝のピッチは４〜１２ｍｍであることが好ましく、第二の溝幅は０．１〜０．５ｍｍであることが好ましい。
第一溝の有する第一の溝幅およびピッチならびに第二溝の有する第二の溝幅のより好ましい値は、互いに隣接する二本の第一溝の間隙に存在する第二溝の数により異なる。
例えば、互いに隣接する二本の第一溝の間隙に２本の第二溝が存在する場合、第一溝の有する第一の溝幅は、０．８〜２．０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．９〜１．８ｍｍであり、さらに好ましくは１．０〜１．６ｍｍである。第一の溝幅を上記の範囲とすることにより、本発明の効果がより有効に発揮される。特に第一の溝幅を０．８ｍｍ以上、さらに０．９ｍｍ以上とすることにより、その効果が顕著に発現される。第一溝のピッチは、４〜８ｍｍであることが好ましく、より好ましくは５〜７．５ｍｍ、さらに好ましくは６〜７ｍｍである。前記第一溝のピッチを上記の範囲とすることにより、本発明の効果が最も有効に発揮される。第二溝の有する第二の溝幅は、０．１〜０．４５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．１５〜０．４０ｍｍであり、さらに好ましくは０．２０〜０．３５ｍｍである。第二の溝幅を上記の範囲とすることにより、本発明の効果がより有効に発揮される。特に第二の溝幅を０．４ｍｍ以下、さらに０．３５ｍｍ以下とすることにより、その効果が顕著に発現される。
また例えば互いに隣接する二本の第一溝の間隙に３本の第二溝が存在する場合、第一溝の有する第一の溝幅は、０．８〜２．２ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１．０〜２．０ｍｍであり、さらに好ましくは１．２〜１．８ｍｍである。第一の溝幅を上記の範囲とすることにより、本発明の効果がより有効に発揮される。特に第一の溝幅を１．０ｍｍ以上、さらに１．２ｍｍ以上とすることにより、その効果が顕著に発現される。第一溝のピッチは、６〜１２ｍｍであることが好ましく、より好ましくは７〜１１ｍｍ、さらに好ましくは８〜９ｍｍである。前記第一溝のピッチを上記の範囲とすることにより、本発明の効果が最も有効に発揮される。第二の溝幅は、０．１〜０．４５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．１５〜０．４０ｍｍであり、さらに好ましくは０．２０〜０．３５ｍｍである。第二の溝幅を上記の範囲とすることにより、本発明の効果がより有効に発揮される。特に第二の溝幅を０．４ｍｍ以下、さらに０．３５ｍｍ以下とすることにより、その効果が顕著に発現される。
一方、研磨面上で互いに隣接する二本の第一溝の間隙に、複数本ずつの第二溝が存在する場合であって、第二溝の有する第二の溝幅が第一溝の有する第一の溝幅よりも大きいものである場合、第一溝の有する第一の溝幅は、０．２〜０．５ｍｍであることが好ましく、より好ましく０．２５〜０．４５ｍｍであり、さらに好ましくは０．２７〜０．４ｍｍである。第二の溝幅を上記の範囲とすることにより、本発明の効果がより有効に発揮される。特に第二の溝幅を０．４５ｍｍ以下、さらに０．４ｍｍ以下とすることにより、その効果が顕著に発現される。
第二溝の有する第二の溝幅が第一溝の有する第一の溝幅よりも大きいものである場合における第一溝のピッチは、２．０〜８．０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは３．０〜７．５ｍｍ、さらに好ましくは３．５〜７．０ｍｍである。前記第一溝のピッチを上記の範囲とすることにより、本発明の効果が最も有効に発揮される。
第二溝の有する第二の溝幅が第一溝の有する第一の溝幅よりも大きいものである場合における第二の溝幅は、０．６〜１．８ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．７〜１．６ｍｍであり、さらに好ましくは０．８〜１．４ｍｍである。第二の溝幅を上記の範囲とすることにより、本発明の効果がより有効に発揮される。特に第二の溝幅を０．７ｍｍ以上、さらに０．８ｍｍ以上とすることにより、その効果が顕著に発現される。
研磨面上で互いに隣接する二本の第一溝の間隙に、複数本ずつの第二溝が存在する場合、隣接する二本の第一溝の間隙に存在する複数の第二溝は、隣接する２本の第一溝の間に均等に配置されることが好ましい。すなわち、前記仮想直線上で隣接する交差点間の距離が等しいことが好ましい。第二溝の有する第二の溝幅は、第一溝の有する第一の溝幅よりも小さいものであることが好ましい。隣接する２本の第一溝の間隙に存在する第二溝の数としては、２〜５本が好ましく、２〜３本であることがより好ましく、特に２本であることが好ましい。
ここで図２を参照して、研磨面上で互いに隣接する二本の第一溝の間隙に、複数本ずつの第二溝が存在する場合における第一溝と第二溝との好ましい関係を具体的に説明する。図２は、研磨パッドにつき、前記仮想直線に沿って研磨面に垂直な面で切断した断面の部分拡大概略図である。図２は、第二溝の有する第二の溝幅が第一溝の有する第一の溝幅よりも小さい研磨パッドを図示しているが、第二の溝幅が第一の溝幅よりも大きい研磨パッドも同様に開示されていると理解されるべきである。
図２の研磨パッドは、第一の溝幅Ｗ１を有する第一溝とＷ１よりも小さい第二の溝幅Ｗ２を有する第二溝を有し、隣接する２本の第一溝の間にそれぞれ２本ずつの第二溝が存在する。この態様においては、第一溝のピッチはＰ１で表わされる。図２の研磨パッドは、前記仮想直線上において、該仮想直線および前記第一溝の交差点（Ｃ１）および該仮想直線および前記第二溝の交差点（Ｃ２）が、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ２、Ｃ１の順で存在することとなる。図２の研磨パッドでは、隣接する２本の第一溝の中心に２本の第二溝が均等に配置されている（図２における長さＤ１、Ｄ２およびＤ３が等しいことからこのことが理解される。）。
なお、上記いずれの場合においても、研磨面の中心付近または外周端付近において、二本の第一溝の間隙ではない位置に一本または複数本の第二溝が存在しても、本発明の効果を減殺するものではない。例えば、第一溝および第二溝がそれぞれ環状溝または多角形状溝である場合、研磨面において最も小さい第一溝のさらに内側または最も大きい第一溝のさらに外側に、一本または複数本の第二溝が存在してもよい。
上記いずれの場合においても、第一溝および第二溝の内面の表面粗さ（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であり、さらに好ましくは０．０５〜１０μｍ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。前記表面粗さ（Ｒａ）は、下記式（ｉ）により定義される。
Ｒａ＝Σ｜Ｚ−Ｚ_ａｖ｜／Ｎ （ｉ）
（ただし、前記式（ｉ）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、Ｚ_ａｖは粗さ曲面の平均高さである。）
仮想直線上と第一溝および第二溝との交差点の総数（第一溝および第二溝が円形溝、楕円形溝または多角形状溝であるときには、この交差点の総数は第一溝と第二溝との合計の数に一致する。）は、上記の第一溝のピッチおよび隣接する２本の第一溝の間隙に存在する第二溝の数ならびに研磨面の大きさから計算される値とすることができる。例えば研磨面の直径が５００ｍｍである研磨パッドの場合、交差点の総数は６０〜２５０個とすることができ、より好ましくは８０〜１７０個とすることができる。また例えば研磨面の直径が８００ｍｍである研磨パッドの場合、交差点の総数は１００〜３５０個とすることができ、より好ましくは１３０〜２７０個とすることができる。
研磨面が上記のような第一溝群と第二溝群を有することにより、化学機械研磨の際に化学機械研磨用水系分散体の供給量を少量としたときでも研磨速度に優れ、かつ被研磨面における研磨量の面内均一性に優れる化学機械研磨用パッドを得ることができることとなる。
次に、第二研磨パッドは、前記第一研磨パッドの第一溝群に代えて、研磨面の中心部から周辺部に向って次第に螺線が拡大する１本の螺旋状溝である第一溝を有し、前記第一研磨パッドの第二溝群に代えて、研磨面の中心部から周辺部に向って次第に螺線が拡大する１本の螺旋状溝である第二溝を有ずる。第二溝は前記第一溝と交差しない。
それぞれが螺旋状溝である第一溝および第二溝の巻回数は、それぞれ例えば２０〜４００であることができ、好ましくは２０〜３００であり、より好ましくは２０〜２００である。ここで、３６０°でのひと巻きが巻回数１に相当する。
第二研磨パッドの第一溝の有する第一の溝幅、ピッチおよび深さならびに第二溝の有する第二の溝幅、ピッチおよび深さについては、それぞれ前記第一研磨パッドのうち、研磨面上で隣接する二本の第一溝の間隙に第二溝が一本ずつ存在する場合における第一溝の有する第一の溝幅、ピッチおよび深さならびに第二溝の有する第二の溝幅、ピッチおよび深さについて上述したことと同様である。また、第二研磨パッドの第一溝および第二溝の内面の表面粗さ（Ｒａ）の好ましい範囲も、前記第一研磨パッドの第一溝および第二溝の内面の表面粗さ（Ｒａ）の好ましい範囲と同様である。
第二研磨パッドについてここに特に記載のない事項は、第一研磨パッドについての記載事項がそのままあるいは当業者に自明の変更の下に、第二研磨パッドについても適用されると理解されるべきである。
本発明の化学機械研磨パッドは、前記第一溝群と第二溝群とは異なる第三溝群を有していてもよい。前記第三溝群は研磨面の中心部から周辺部へ向かう方向に伸びる複数本の溝からなる。ここで、中心部とは、化学機械研磨パッド面上の重心を中心とする半径５０ｍｍの円で囲まれた領域をいう。また、周辺部とは、中心部を除く領域をいう。第三溝群に属する各第三溝は、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、破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できる。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、さら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。
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。
第三溝は、外周端へ達していてもよいし、達していなくてもよいが、少なくとも第三溝のうちの１本の溝は外周端へ達していることが好ましく、すべての第三溝が外周端に達していることがより好ましい。ここで、外周端とは、化学機械研磨パッド面の端部をいう。例えば、複数本の第三溝は、中心部から発し周辺部へ向う直線状溝の複数本からなりそして少なくともその内の１本の溝はパッドの側面に達していることができ、また複数本の第三溝は、中心部から発し周辺部へ向う直線状溝の複数本と、中心部と周辺部との途中から発し周辺部へ向う直線状溝の複数本とからなりそして少なくともそのうちの１本の溝はパッドの外周端に達していることができる。さらに、複数本の第三溝のそれぞれは、二本の並列直線状溝のペアからなることができる。
第三溝群は、中心部の領域において他の第三溝と接している第三溝と、中心部の領域において他の第三群の溝と接していない第三溝とからなることが好ましい。この場合、中心部の領域において他の第三溝と接していない第三溝は、中心部の領域において他の溝と接している複数の第三溝の間に存在する。第三溝群に属する第三溝は、第三溝群に属する他の溝と接している場合であっても、互に交差することはない。
第三溝群の本数としては、その総数が６〜９６本であり、そのうち他の第三溝と接している第三溝が２〜３２本であり、他の第三溝と接していない第三溝が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、他の第三溝と接している第三溝が２〜１６本であり、他の第三溝と接していない第三溝が４〜３２本である。もっとも好ましい範囲は、総数が６〜３６本であり、他の第三溝と接している第三溝が２〜４本であり、他の第三溝と接していない第三溝が４〜３２本である。
第三溝群のうち、中心部の領域において他の第三溝と接していない第三溝の本数は、中心部の領域において他の第三溝と接している第三溝の本数よりも多いことが好ましい。また、他の第三溝と接している第三溝の間には、他の第三溝と接していない第三溝がそれぞれ等しい本数ずつ存在することが好ましい。
第三溝群の第三溝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、中心部の領域において他の第三溝と接していない第三溝は、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。また、中心部の領域において他の第三溝と接している第三溝は、パッドの中心から発して周辺部へと向かう方向に伸びる溝であることが好ましい。
一方、第三溝群が、中心部から発し周辺部へ向う直線状溝の複数本と、中心部と周辺部との途中から発し周辺部へ向う直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溝は、パッドの中心と外周と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直線状溝の複数本は、中心部の領域において他の第三溝と接していない第三溝と、中心部の領域において他の第三溝と接している第三溝とからなり、これらの中心部から発する第三溝の好ましい構成は、第三溝群の第三溝がいずれも中心部から発して周辺部へ伸びる溝である場合と同様である。
第三溝の溝幅は、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。第三溝の深さは、上述した第一溝の深さと同様である。また、第三溝の内面の表面粗さ（Ｒａ）の好ましい範囲も、上述した第一溝の内面の表面粗さ（Ｒａ）の好ましい範囲と同様である。
これら第三溝群の複数本の第三溝は、化学機械研磨パッド面上で、できるだけ均等に配置されることが好ましい。
以下、添付図面を用いて、前記の化学機械研磨パッドの溝群の構成を具体例により説明する。
なお、以下の図において、第一溝および第二溝の総数はいずれも１０本程度であるが、これらの図は概略図であり、第一溝、第二溝の数としては、上記の第一溝のピッチおよび隣接する２本の第一溝の間隙に存在する第二溝の数ならびに研磨面の大きさから計算される本数が好ましいと理解されるべきである。また、以下の図はいずれも第一溝および第二溝が円形溝である第一研磨パッドを例としているが、図示された第一溝および第二溝を楕円形状溝または多角形溝にそれぞれ置き換えた第一研磨パッドならびに図３および図４に図示された第一研磨パッドの第一溝群および第二溝群を２本の螺旋状溝に置き換えた第二研磨パッドも同様に開示されていると理解されるべきである。さらに、図５および図６に図示された第一研磨パッドの第一溝の第一の溝幅と第二溝の第二の溝幅とを入れ替えた態様の第一研磨パッドも同様に開示されていると理解されるべきである。
図３において、パッド１の研磨面は、直径の異なる５本の同心円溝２からなる第一溝群と、直径の異なる４本の同心円溝３からなる第二溝群とを有する。隣接する２本第一溝の間にはぞれぞれ１本ずつの第二溝が存在し、従って図３のパッドは、前記仮想直線上において、該仮想直線および第一溝の交差点と、該仮想直線および第二溝の交差点とが交互に現れることとなる。隣接する２本の第一溝の間に存在する第二溝のそれぞれは、隣接する２本の第一溝の中心に位置する。図３のパッドにおいて、第二溝の有する第二の溝幅は、第一溝の有する第一の溝幅よりも小さい。
図４において、パッド１の研磨面は、直径の異なる５本の同心円溝２からなる第一溝群と、直径の異なる４本の同心円溝３からなる第二溝群とを有する。隣接する２本第一溝の間にはそれぞれ１本ずつの第二溝が存在し、従って図４のパッドは、前記仮想直線上において、該仮想直線および第一溝の交差点と、該仮想直線および第二溝の交差点とが交互に現れることとなる。隣接する２本の第一溝の間に存在する第二溝は、隣接する２本の第一溝の中心に位置する。図４のパッドにおいて、第二溝の有する第二の溝幅は、第一溝の有する第一の溝幅よりも小さい。図４のパッドはさらに、１６本の直線溝４からなる第三溝群を有している。１６本の直線溝のうち９０°の角度ごとに存在する４本は研磨面の中心から発し研磨面の中心において互いに接しているのに対し、他の１２本の直線溝は研磨面の中心から幾分周辺部へ後退した部分（この部分が中心部であることは、第一溝群のうち最も小さな円溝にこの直線溝が接していることから判定できる。）から発し他の第三溝とは接してない。図４のパッドの１６本の直線溝はすべてパッドの外周端に達している。
図５において、パッド１の研磨面は、直径の異なる３本の同心円溝２からなる第一溝群と、直径の異なる６本の同心円溝３からなる第二溝群とを有する。隣接する２本の第一溝の間にはそれぞれ２本ずつの第二溝が存在する。隣接する２本の第一溝の間隙に存在する２本の第二溝は、隣接する２本の第一溝の間に均等に配置されている。また、研磨面における最も小さい第一溝のさらに内側に２本の第二溝が存在する。図５のパッドにおいて、第二溝の有する第二の溝幅は、第一溝の有する第一の溝幅よりも小さい。
図６において、パッド１の研磨面は、直径の異なる２本の同心円溝２からなる第一溝群と、直径の異なる７本の同心円溝３からなる第二溝群とを有する。隣接する２本の第一溝の間には３本の第二溝が存在する。隣接する２本の第一溝の間隙に存在する３本の第二溝は、隣接する２本の第一溝の間に均等に配置されている。また、研磨面における最も小さい第一溝のさらに内側に３本の第二溝が存在し、最も大きい第一溝のさらに外側に１本の第二溝が存在する。図６のパッドにおいて、第二溝の有する第二の溝幅は、第一溝の有する第一の溝幅よりも小さい。
本発明の化学機械研磨パッドは、研磨面に前記の如く規定される複数の溝群を有するものであるが、さらに非研磨面に任意の形状の溝もしくは溝群またはその他の凹部を有することができる。このような溝もしくは溝群またはその他の凹部を有することにより、被研磨面の表面状態をより向上することができる。非研磨面の溝群の形状としては、例えば同心である複数の円形溝、同心である複数の楕円形溝、重心を共通にする複数の多角形状溝、２本以上の螺旋状溝もしくはパッドの中心部から外周部へと向かう複数の溝を含んでなるか、または三角格子、正方格子もしくは六角格子を形成する複数の直線溝を含んでなる形状を挙げることができる。非研磨面の溝の形状としては、例えば１本の螺旋状溝を挙げることができる。また、非研磨面のその他の凹部の形状としては、例えば円および当該円に囲繞された内部からなる形状、多角形状溝および当該多角形状溝に囲繞された内部からなる形状等を挙げることができる。
これらの非研磨面の溝もしくは溝群またはその他の凹部は、そのいずれもが外周端に到達しないものであることが好ましい。
また、円および当該円に囲繞された内部からなる形状または多角形状溝および当該多角形状溝に囲繞された内部からなる形状を有する凹部を、非研磨面の中央部に有することが好ましい。ここで「中央部に有する」とは、これらの凹部の重心が数学的に厳密な意味において非研磨面の重心と一致する場合のほか、パッドの非研磨面の重心が前記凹部の範囲内に位置している場合も含む概念である。
本発明の化学機械研磨パッドは、非研磨面から研磨面に光学的に通じる透光性領域を有するものであってもよい。このような透光性領域を有するパッドとすることにより、光学式研磨終点検出器を有する化学機械研磨装置に装着して使用する際に、光学的に研磨終点を検出することが可能になる。透光性領域の平面形状は特に限定されないが、領域の外周の形状として例えば円形、楕円形、扇形、多角形状溝状（正方形、長方形等）等とすることができる。透光性領域の位置は、本発明の化学機械研磨パッドが装着され、使用される化学機械研磨装置の有する光学的研磨終点検出器の位置に適合する位置とすべきである。透光性領域の数は１個または複数個とすることができる。透光性領域を複数個設ける場合には、その配置は、前記した位置関係を充足する限り、特に限定されない。
透光性領域の形成方法は問わないが、例えば透光性を有することとすべきパッドの領域を透光性部材で構成する方法によることができ、またはパッドがある程度の透光性を有する材料からなる場合には、パッド非研磨面のうち、透光性を有することとすべきパッドの領域に相当する部分に凹部を形成し、当該領域を薄くすることにより研磨終点検出に要する透光性を確保する方法によってもよい。後者の方法による場合には、該透光性領域は、前記した被研磨面の表面状態をより向上するための凹部の役割をも兼ねることができる。
本発明の化学機械研磨パッドは、前記の如き要件を備えている限り、化学機械研磨パッドとしての機能を発揮できるものであればどのような素材から構成されていてもよい。化学機械研磨パッドとしての機能の中でも、特に、化学機械研磨時に供給される化学機械研磨用水系分散体（スラリー）を保持し、研磨屑を一時的に滞留させる等の機能を有するポアが研磨時までに形成されていることが好ましい。このため、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含有する素材（例えば発泡体等）を備えることが好ましい。
このうち、前者の素材は、水溶性粒子が研磨時に化学機械研磨用水系分散体に含有される水系媒体と接触することにより溶解または膨潤して脱離し、脱離により形成されたポアにスラリーを保持することができる。一方、後者の素材は、空孔として予め形成されているポアにスラリーを保持することができる。
前者の素材において、非水溶性部分を構成する材料は特に限定されないが、所定の形状への成形が容易であり、適度な硬度や適度な弾性等の所望の性状を容易に付与できることなどから、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。
このうち、熱可塑性樹脂としては、例えば１，２−ポリブタジエン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアクリル樹脂、ビニルエステル樹脂（ただしポリアクリル樹脂に該当するものを除く）、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂等を挙げることができる。前記ポリオレフィン樹脂としては例えばポリエチレン等を、前記ポリアクリル樹脂としては例えば（メタ）アクリレート系樹脂等を、前記フッ素樹脂としては例えばポリフッ化ビニリデン等を、それぞれ挙げることができる。
エラストマーとしては、例えばジエンエラストマー、ポリオレフィンエラストマー（ＴＰＯ）、スチレン系エラストマー、熱可塑性エラストマー、シリコーン樹脂エラストマー、フッ素樹脂エラストマー等を挙げることができる。前記ジエンエラストマーとしては、例えば１，２−ポリブタジエン等を挙げることができる。前記スチレン系エラストマーとしては、例えばスチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）、その水素添加ブロック共重合体（ＳＥＢＳ）等を挙げることができる。前記熱可塑性エラストマーとしては、例えば熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＵ）、熱可塑性ポリエステルエラストマー（ＴＰＥＥ）、ポリアミドエラストマー（ＴＰＡＥ）等を挙げることができる。
ゴムとしては、例えば共役ジエンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、エチレン−α−オレフィンゴムおよびその他のゴムを挙げることができる。前記共役ジエンゴムとしては、例えばブタジエンゴム（高シスブタジエンゴム、低シスブタジエンゴム等）、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−イソプレンゴム等を挙げることができる。前記ニトリルゴムとしては、例えばアクリロニトリル−ブタジエンゴム等を挙げることができる。前記エチレン−α−オレフィンゴムとしては、例えばエチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−非共役ジエンゴム等を挙げることができる。前記その他のゴムとしては、例えばブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を挙げることができる。
硬化樹脂としては、例えばウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン−ウレア樹脂、ウレア樹脂、ケイ素樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂等を挙げることができる。 これらの有機材料は、酸無水物基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、アミノ基等により変性されたものであってもよい。変性により、後述する水溶性粒子や、スラリーとの親和性を調節することができる。
これらの有機材料は１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
さらに、これらの有機材料は、その一部または全部が架橋された架橋重合体でもよく、非架橋重合体でもよい。すなわち、非水溶性部分は、架橋重合体のみからなってもよく、架橋重合体と非架橋重合体との混合物であってもよく、非架橋重合体のみからなってもよい。これらのうち、非水溶性部分は、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。研磨パッドを構成する非水溶性部分が架橋重合体を含有することにより、非水溶性部分に弾性回復力が付与され、研磨時に化学機械研磨パッドにかかるずり応力による変位を小さく抑えることができる。また、研磨時およびドレッシング時に非水溶性部分が過度に引き延ばされ塑性変形してポアが埋まることや、化学機械研磨パッド表面が過度に毛羽立つこと等を効果的に抑制できる。したがって、ドレッシング時にもポアが効率よく形成され、研磨時のスラリーの保持性の低下が防止でき、毛羽立ちが少なく優れた研磨平坦性を実現することができることとなる。
前記架橋を行う方法は特に限定されず、例えば有機過酸化物、硫黄、硫黄化合物等を用いた化学架橋、電子線照射等による放射線架橋などにより行うことができる。
この架橋重合体としては、前記有機材料のうち、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。さらに、これらの中でも、多くの化学機械研磨用水系分散体が含有する強酸または強アルカリに対して安定であり、かつ吸水による軟化が少ないことから架橋熱可塑性樹脂および／または架橋エラストマーが好ましい。また、架橋熱可塑性樹脂および架橋エラストマーのうちでも、有機過酸化物を用いて架橋されたものが特に好ましく、さらには、架橋１，２−ポリブタジエンがより好ましい。
これら架橋重合体の含有量は特に限定されないが、非水溶性部分全体の、好ましくは３０体積％以上、より好ましくは５０体積％以上、さらに好ましくは７０体積％以上であり１００体積％であってもよい。非水溶性部分中の架橋重合体の含有量を３０体積％以上とすることにより、非水溶性部分に架橋重合体を含有する効果を十分に発揮することができる。
前記非水溶性部材は、水溶性粒子との親和性並びに非水溶性部材中における水溶性粒子の分散性を制御するため、前記非水溶性部材とは異なる相溶化剤を含有することができる。相溶化剤としては、例えば酸無水物基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、オキサゾリン基、アミノ基等により変性された重合体、ブロック共重合体またはランダム共重合体等のほか、種々のノニオン系界面活性剤、カップリング剤等を挙げることができる。
前者の素材における水溶性粒子は、化学機械研磨の際に化学機械研磨用水系分散体に含有される水系媒体と接触することにより非水溶性部分から脱離する粒子である。この脱離は、水系媒体との接触により溶解することで生じてもよく、水系媒体中の水等を吸収して膨潤しコロイド状となることで生じるものであってもよい。この溶解または膨潤は水によるものばかりでなく、メタノール等のアルコール系溶剤を含有する水系混合媒体との接触によるものであってもよい。
水溶性粒子を構成する材料は特に限定されないが、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（でんぷん、デキストリンおよびシクロデキストリンの如き多糖類；乳糖；マンニット等）、セルロース類（ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース等）、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。さらに、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。これらの水溶性粒子は、前記各素材を単独または２種以上を組み合わせて用いることができる。さらに、所定の素材からなる１種の水溶性粒子であってもよく、異なる素材からなる２種以上の水溶性粒子であってもよい。
パッドの硬度を適正な値とすることができるという観点から、前者の素材に含有される水溶性粒子は中実体であることが特に好ましい。
水溶性粒子の平均粒径は、好ましくは０．１〜５００μｍ、より好ましくは０．５〜１００μｍである。水溶性粒子が脱離することにより形成されるポアの大きさは、好ましくは０．１〜５００μｍ、より好ましくは０．５〜１００μｍである。水溶性粒子の平均粒径を前記の範囲とすることにより、高い研磨速度を示し、かつ機械的強度に優れた化学機械研磨パッドとすることができる。
非水溶性部分と水溶性粒子との合計を１００体積％とした場合の水溶性粒子の含有量は、好ましくは１〜９０体積％、より好ましくは１〜６０体積％、さらに好ましくは１〜４０体積％である。水溶性粒子の含有量をこの範囲とすることにより、高い研磨速度を示し、かつ適正な硬度および機械的強度を持つ化学機械研磨パッドとすることができる。
また、水溶性粒子は、研磨パッド内において表層に露出した場合にのみ水等に溶解または膨潤し、研磨パッド内部では吸湿してさらには膨潤しないことが好ましい。このため水溶性粒子は最外部の少なくとも一部に吸湿を抑制する外殻を備えることができる。この外殻は水溶性粒子に物理的に吸着していても、水溶性粒子と化学結合していても、あるいはこの両方により水溶性粒子に接していてもよい。このような外殻を形成する材料としては、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリシリケート、シランカップリング剤等を挙げることができる。この場合、水溶性粒子は、外殻を有する水溶性粒子と外殻を有さない水溶性粒子とからなっていてもよく、外殻を有する水溶性粒子はその表面のすべてが外殻に被覆されていなくても十分に前記効果を得ることができる。
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含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。
このような非水溶性部分中に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。
本発明の化学機械研磨パッドは、前記した材料の他、砥粒、酸化剤、アルカリ金属の水酸化物、酸、ｐＨ調節剤、界面活性剤等を任意的に含有することができる。ただし、これらのうち、砥粒および酸化剤は含有しないことが好ましい。
本発明の化学機械研磨パッドのショアＤ硬度は、好ましくは３０以上であり、より好ましくは３０〜１００であり、さらに好ましくは４０〜９０であり、特に好ましくは４０〜７５である。このようなショアＤ硬度とすることにより、被研磨体に負荷できる圧力を大きくでき、これに伴い研磨速度をより向上することができ、さらにこれに加えて、より高い研磨平坦性が得られることとなる。
本発明の化学機械研磨パッドの製造方法は特に限定されず、化学機械研磨パッドが研磨面に有する溝群の形成方法も特に限定されない。例えば、後に化学機械研磨パッドとなる化学機械研磨パッド用組成物を予め準備し、この組成物を所望形の概形に成形した後、切削加工により溝群を形成することができる。あるいは、形成されるべき溝群の形状と契合する凸部を有する金型を用いて化学機械研磨パッド用組成物を金型成形することにより、化学機械研磨パッドの概形と共に溝群を同時に形成することができる。形成されるべき溝群の一部と契合する凸部を有する金型を用いて所望の溝群の一部を有するパッド概形を形成した後、溝群のうちの残余の部分を切削加工によって形成してもよい。
本発明の化学機械研磨パッドがその非研磨面に溝もしくは溝群またはその他の凹部を有するものである場合、これらの溝もしくは溝群またはその他の凹部は、前記と同様にして形成することができる。
化学機械研磨パッド用組成物を得る方法は特に限定されない。例えば、所定の有機材料等の必要な材料を混練機等により混練して得ることができる。混練機としては従来より公知のものを用いることができる。例えばロール、ニーダー、バンバリーミキサー、押出機（単軸、多軸）等の混練機を挙げることができる。
さらに、水溶性粒子を含有する化学機械研磨パッドを得るための水溶性粒子を含有する化学機械研磨パッド用組成物は、例えば、非水溶性部分および水溶性粒子ならびにその他の任意添加剤を混練して得ることができる。好ましくは混練時には加工し易いように加熱して混練される。混練時の温度において水溶性粒子は固体であることが好ましい。予め前述の好ましい平均粒径範囲に分級した水溶性粒子を用い、水溶性粒子が固体である条件下で混練することにより、水溶性粒子と非水溶性部分との相溶性の程度にかかわらず、水溶性粒子を前記の好ましい平均粒径で分散することができる。
したがって、使用する非水溶性部分の加工温度により、水溶性粒子の種類を選択することが好ましい。
本発明の化学機械研磨パッドは、前記のようなパッドの非研磨面上に支持層を備える多層型パッドであることもできる。
前記支持層は、化学機械研磨パッドを研磨面の裏面側で支える層である。この支持層の特性は特に限定されないが、パッド本体に比べてより軟質であることが好ましい。より軟質な支持層を備えることにより、パッド本体の厚さが薄い場合であっても、研磨時にパッド本体が浮き上がることや、研磨層の表面が湾曲すること等を防止でき、安定して研磨を行うことができる。この支持層の硬度は、ショアＤ硬度としてパッド本体のショアＤ硬度の９０％以下が好ましく、さらに好ましくは５０〜９０％であり、特に好ましくは５０〜８０％であり、就中５０〜７０％が特に好ましい。
支持層は、多孔質体（発泡体）であっても、非多孔質体であってもよい。さらに、その平面形状は、例えば円形、多角形状溝等とすることができるが、研磨パッドの平面形状と同じ平面形状であり、かつ同じ大きさであることが好ましい。その厚さも特に限定されないが、０．１〜５ｍｍであることが好ましく、さらに０．５〜２ｍｍとすることが好ましい。
支持層を構成する材料も特に限定されないが、所定の形状および性状への成形が容易であり、適度な弾性等を付与できることなどから有機材料を用いることが好ましい。有機材料としては、本発明の化学機械研磨パッドの非水溶性部分を構成する材料として例示した有機材料を使用することができる。
本発明の化学機械研磨方法は、前記したような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を特徴とする。本発明の化学機械研磨方法は、市販の化学研磨装置に本発明の化学機械研磨パッドを装着すること以外は公知の方法により実施することができる。
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。前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、銅およびこれらのうちの少なくとも一種を含有する合金等を挙げることができる。前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。前記絶縁体としては、例えばＳｉＯ_２、ＳｉＯ_２に少量のホウ素およびリンを添加したホウ素リンシリケート（ＢＰＳＧ）、ＳｉＯ_２にフッ素をドープしたＦＳＧ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−Ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）と呼ばれる絶縁体、および低誘電率の酸化シリコン系絶縁体等を挙げることができる。ＳｉＯ_２としては、例えば熱酸化膜、ＰＥＴＥＯＳ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＴＥＯＳ）、ＨＤＰ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＴＥＯＳ）、熱ＣＶＤ法により得られるＳｉＯ_２等を挙げることができる。
本発明の化学機械研磨方法が適用される被研磨面としては、絶縁体からなる被研磨面、絶縁体と銅または銅を含む合金とからなる被研磨面、絶縁体と銅または銅を含む合金とバリアメタルとからなる被研磨面が好ましい。
本発明の化学機械研磨パッドおよび化学機械研磨方法は、以下に示す実施例から明らかなように、化学機械研磨用水系分散体の流量を少量としたときでも研磨速度に優れ、かつ被研磨面における研磨量の面内均一性に優れるものである。このような優れた性能が発現する機構についてはいまだ明らかではないが、前記したような特定の溝デザインを採用することにより、化学機械研磨に際して、研磨面と被研磨面の界面への水系分散体の効率的な供給と、研磨面と被研磨面の接触面積の確保が両立したことによるものと推察される。

実施例１
（１）化学機械研磨パッドの製造
（１−１）パッド概形の製造
１，２−ポリブタジエン（ＪＳＲ（株）製、商品名「ＪＳＲ ＲＢ８１０」）７０体積部およびβ−シクロデキストリン（塩水港精糖（株）製、商品名「デキシパールβ−１００」、平均粒径２０μｍ）３０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質量％含有する。）を１，２−ポリブタジエン１００質量部に対して０．３２質量部（純ジクミルパーオキシドに換算して０．１２８質量部に相当する。）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１８０℃で１０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。
（１−２）溝の形成
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、成形体の片面（研磨面）に、第一溝群として溝幅１．５ｍｍ、溝ピッチ３．０ｍｍ、溝深さ１．４ｍｍ、断面形状が矩形の同心円溝を形成した。次いで、第二溝群として溝幅０．５ｍｍ、溝深さ１．４ｍｍ、断面形状が矩形の同心円溝を、前記第一溝群の第一溝のうち隣接する２本の第一溝の中心にそれぞれ１本ずつの第二溝が位置するように形成し、化学機械研磨パッドを製造した。ここで形成した第一溝群の溝のうち、最小の円形状溝の半径は１０ｍｍ、最大の円形状溝の半径は５０５ｍｍであり、第二溝群の溝のうち、最小の円形状溝の半径は１２ｍｍ、最大の円形状溝の半径は５０７ｍｍであった。
前記第一溝群と第二溝群の溝の内面の表面粗さをレーザーテック（株）製の「１ＬＭ２１Ｐ」により測定したところ、双方とも約７．０μｍであった。
（２）化学機械研磨パッドの評価
（２−１）パターンなしＰＥＴＥＯＳ膜の化学機械研磨試験
上記で製造した化学機械研磨パッドを研磨装置「Ｍｉｒｒａ／Ｍｅｓａ」（商品名、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製）の定盤上に装着し、以下の条件でパターンなしＰＥＴＥＯＳ膜（８インチシリコンウェハ上に膜厚１０，０００ÅのＰＥＴＥＯＳ膜（テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を原料として、促進条件としてプラズマを利用して化学気相成長で成膜したＳｉＯ_２膜）が設けられたもの。）を有するウェハを研磨した。
定盤回転数：９０ｒｐｍ
研磨ヘッド回転数：８５ｒｐｍ
研磨圧力：２ｐｓｉ
研磨機械研磨用水系分散体：ＪＳＲ（株）製「ＣＭＳ８４０１」、「ＣＭＳ８４５２」およびイオン交換水を質量比１：２：３で混合したもの
研磨機械研磨用水系分散体供給速度：１００ｍＬ／分
研磨時間：１分
なお、本実施例で採用した化学機械研磨用水系分散体の流量は、使用した研磨装置における標準的な流量の約半量である。
（２−２）パターンなしＰＥＴＥＯＳ膜の研磨速度の評価
前記研磨の被研磨材である８インチＰＥＴＥＯＳ膜付きウェハにつき、外周３ｍｍを除いて直径方向に均等に４９点を特定点として決定し、これら特定点について、研磨前後のＰＥＴＥＯＳ膜の厚さ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ところ、４７．３ｎｍ／分であった。
なお、各点におけるＰＥＴＥＯＳ膜の厚さは、光学式膜厚計によって測定した。
（２−３）パターンなしＰＥＴＥＯＳ膜の研磨量の面内均一性の評価
前記４９点における研磨前後のＰＥＴＥＯＳ膜の厚さの差（この値を「研磨量」とする。）を用いて下記の計算式により研磨量の面内均一性を算出した。
研磨量の面内均一性（％）＝（研磨量の標準偏差÷研磨量の平均値）×１００
研磨量の面内均一性は９．８％であった。
（２−４）パターンなしＰＥＴＥＯＳ膜のスクラッチの評価
化学機械研磨後のＰＥＴＥＯＳ膜につき、欠陥検査装置（ＫＬＡ−ＴＥＮＣＯＲ社製、「ＫＬＡ２３５１」）を用いて欠陥検査を行った。まず、研磨後のウェハ表面の全範囲について、ピクセルサイズ０．６２μｍ、しきい値（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）３０の条件で欠陥検査装置が欠陥としてカウントした数を計測した。次いで、これらの欠陥をランダムに１００個抽出して装置のディスプレイ上に順次に表示して観察し、欠陥がスクラッチであるか、あるいは付着した異物（化学機械研磨用水系分散体中に含まれる砥粒等）であるかを見極め、欠陥１００個中に占める長径０．２０μｍ以上のスクラッチの割合を算出し、これを欠陥検査装置が欠陥としてカウントした総数に乗じることにより、ウェハ全面あたりのスクラッチ数を算出した。その結果、スクラッチ数は２４５個／面であった。
実施例２〜８
上記実施例１におけるのと同様にして、パッド概形をそれぞれ製造した。
これらパッド概形を市販の切削加工機のテーブルに装着し、成形体の片面（研磨面）に、それぞれ表１に示した構成の第一溝群および第二溝群（いずれもその断面形状は矩形である。）を形成することにより、各化学機械研磨パッドを製造した。なお、各実施例において、第二溝群の第二溝は、それぞれ第一溝群の第一溝のうち隣接する２本の第一溝の中心にそれぞれ１本ずつの第二溝が位置するように形成した。また、実施例７においては、第一溝群および第二溝群のほかに、表１に記載した溝深さおよび溝幅を有する放射状の８本の直線溝（その断面形状は矩形である。）からなる第三の溝群を、市販の切削加工機によりさらに形成した。この放射状の溝群のうち隣接する２本の溝のなす角度は４５°であり、９０°の角度ごとに存在する４本の溝は研磨面の中心で互いに接しており、残りの４本の溝は研磨面の中心から１５ｍｍ外周よりに後退した位置から発するようにした。
これらの化学機械研磨パッドを用いて、実施例１と同様にしてそれぞれパターンなしＰＥＴＥＯＳ膜の化学機械研磨を行い、評価した。結果は表１に示した。
実施例９
（１）化学機械研磨パッドの製造
（１−１）パッド概形の製造
４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（住化バイエルウレタン（株）製、商品名「スミジュール４４Ｓ」）５８質量部を反応容器中に仕込み、６０℃で攪拌しながら分子の両末端に２個の水酸基を有する数平均分子量６５０のポリテトラメチレングリコール（三菱化学（株）製、品名「ＰＴＭＧ６５０」）５．１質量部と数平均分子量２５０のポリテトラメチレングリコール（三菱化学（株）製、品名「ＰＴＭＧ２５０」）１７．３質量部を加え、攪拌しながら９０℃で２時間保温して反応させ、その後冷却して末端イソシアネートプレポリマーを得た。この末端イソシアネートプレポリマーには２１質量％の未反応の４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートを含んでおり、残りの７９質量％が両末端イソシアネートプレポリマーである混合物であった。
上記で得られた末端イソシアネートプレポリマー８０．４質量部を攪拌容器に入れて９０℃に保温し、２００ｒｐｍで攪拌しながら、β−シクロデキストリン（塩水港精糖（株）製、商品名「デキシーパールβ−１００」）１４．５質量部を加え、１時間混合分散させた後に減圧脱泡することにより、水溶性粒子が分散された末端イソシアネートプレポリマーを得た。
上記とは別に、末端に２個の水酸基を有する１，４−ビス（β−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン（三井化学ファイン（株）製、商品名「ＢＨＥＢ」）１２．６質量部を攪拌容器中１２０℃で２時間加温し融解したのち、３個の水酸基を有するトリメチロールプロパン（ＢＡＳＦジャパン（株）製、商品名「ＴＭＰ」）７質量部を攪拌しながら加え、１０分間混合溶解することにより鎖延長剤の混合物を得た。
上記で得られた水溶性粒子が分散した末端イソシアネートプレポリマー９４．９質量部をアジター（ＡＪＩＴＥＲ、登録商標、（株）島津製作所）混合機中で９０℃に加温および攪拌しながら、１２０℃に加温した上記で得られた鎖延長剤混合物１９．６質量部を加え、１分間混合し、原料混合物を得た。
直径５０８ｍｍ、厚さ２．８ｍｍの円盤型空洞を有する金型を用いて、この空洞を満たす量の上記原料混合物を注入し、１１０℃で３０分間保持してポリウレタン化反応を行い、脱型した。さらにギヤーオーブン中１１０℃で１６時間ポストキュアを行い、直径５０８ｍｍ、厚さ２．８ｍｍの水溶性粒子の分散したポリウレタンシートを得た。シート全体に対する水溶性粒子の体積分率すなわちポリウレタンマトリックスと水溶性粒子との合計体積に対する水溶性粒子の体積分率は１０％であった。
（１−２）溝の形成
上記で製造したパッド概形を市販の切削加工機のテーブルに装着し、成形体の片面（研磨面）に、研磨面中心部の３０ｍｍを除いた研磨面の全体に表１に示した構成の第一溝群および第二溝群（いずれもその断面形状は矩形である。）を形成することにより、化学機械研磨パッドを製造した。なお、本実施例において、第二溝群の第二溝は、第一溝群の第一溝のうち隣接する２本の第一溝の中心にそれぞれ１本ずつの第二溝が位置するように形成した。
（２）化学機械研磨パッドの評価
上記で製造した化学機械研磨パッドを用いて、実施例１と同様にしてパターンなしＰＥＴＥＯＳ膜の化学機械研磨を行い、評価した。結果は表１に示した。
実施例１０〜１７
上記実施例１におけるのと同様にして、パッド概形をそれぞれ製造した。
これらパッド概形を市販の切削加工機のテーブルに装着し、成形体の片面（研磨面）に、それぞれ表１に示した構成の第一溝群および第二溝群（いずれもその断面形状は矩形である。）を形成することにより、各化学機械研磨パッドを製造した。なお、各実施例において、第二溝群の第二溝は、それぞれ第一溝群の第一溝のうち隣接する２本の第一溝の間にそれぞれ２本ずつの第二溝が均等に配置されるように形成した。また、実施例１４においては、第一溝群および第二溝群のほかに、表１に記載した溝深さおよび溝幅を有する放射状の８本の直線溝（その断面形状は矩形である。）からなる第三の溝群を、市販の切削加工機によりさらに形成した。この放射状の溝群のうち隣接する２本の溝のなす角度は４５°であり、９０°の角度ごとに存在する４本の溝は研磨面の中心で互いに接しており、残りの４本の溝は研磨面の中心から１５ｍｍ外周よりに後退した位置から発するようにした。
これらの化学機械研磨パッドを用いて、実施例１と同様にしてそれぞれパターンなしＰＥＴＥＯＳ膜の化学機械研磨を行い、評価した。結果は表１に示した。
実施例１８および１９
上記実施例１におけるのと同様にして、パッド概形をそれぞれ製造した。
これらパッド概形を市販の切削加工機のテーブルに装着し、成形体の片面（研磨面）に、それぞれ表１に示した構成の第一溝群および第二溝群（いずれもその断面形状は矩形である。）を形成することにより、各化学機械研磨パッドを製造した。なお、各実施例において、第二溝群の第二溝は、それぞれ第一溝群の第一溝のうち隣接する２本の第一溝の間にぞれぞれ３本ずつの第二溝が均等に配置されるように形成した。また、実施例１９においては、第一溝群および第二溝群のほかに、表１に記載した溝深さおよび溝幅を有する放射状の８本の直線溝（その断面形状は矩形である。）からなる第三の溝群を、市販の切削加工機によりさらに形成した。この放射状の溝群のうち隣接する２つの溝のなす角度は４５°であり、９０°の角度ごとに存在する４本の溝は研磨面の中心で互いに接しており、残りの４本の溝は研磨面の中心から１５ｍｍ外周よりに後退した位置から発するようにした。
これらの化学機械研磨パッドを用いて、実施例１と同様にしてそれぞれパターンなしＰＥＴＥＯＳ膜の化学機械研磨を行い、評価した。結果は表１に示した。
比較例１および２
上記実施例１におけるのと同様にして、パッド概形をそれぞれ製造した。
これらパッド概形を市販の切削加工機のテーブルに装着し、成形体の片面（研磨面）に、それぞれ表１に示した構成の第一溝群（その断面形状は矩形である。）を形成することにより、各化学機械研磨パッドを製造した。なお、これら比較例においては、第二溝群は形成しなかった。
これらの化学機械研磨パッドを用いて、実施例１と同様にしてそれぞれパターンなしＰＥＴＥＯＳ膜の化学機械研磨を行い、評価した。結果は表１に示した。

Claims (11)

1. 研磨面およびそれの裏面である非研磨面を有する化学機械研磨パッドであって、
   前記研磨面はそれぞれ複数の溝からなる少なくとも２つの溝群を有してなり、
   前記２つの溝群は、
   （１）研磨面の中心から周辺部へと向かう１本の仮想直線と交差する複数本の第一溝からなる第一溝群、この複数本の第一溝同士は互いに交差することがなく、第一の溝幅を有する、および
   （２）研磨面の中心から周辺部へと向かう１本の仮想直線と交差する複数本の第二溝からなる第二溝群、この複数本の第二溝同士は互いに交差することがなく、各第二溝は前記第一溝と交差することがなく、前記第一の溝幅と異なる第二の溝幅を有し、そしてこの第二溝は、研磨面上で互いに隣接する二本の第一溝の間隙に一本または複数本ずつ存在する
   からなることを特徴とする、化学機械研磨パッド。
2. 上記第二溝群の第二溝が、研磨面上で互いに隣接する二本の第一溝の間隙に一本存在する、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
3. 上記第一の溝幅が０．５〜２．０ｍｍであり、上記第二の溝幅が０．２〜０．５ｍｍである、請求項２に記載の化学機械研磨パッド。
4. 上記第二溝群の第二溝が、研磨面上で互いに隣接する二本の第一溝の間隙に複数本存在する、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
5. 上記第二溝の第二の溝幅が、上記第一溝の第一の溝幅よりも小さいものである、請求項４に記載の化学機械研磨パッド。
6. 上記第一の溝幅が０．６〜２．０ｍｍであり、上記第二の溝幅が０．２〜０．５ｍｍである、請求項５に記載の化学機械研磨パッド。
7. 上記第二溝の第二の溝幅が、上記第一溝の第一の溝幅よりも大きいものである、請求項４に記載の化学機械研磨パッド。
8. 上記第一の溝幅が０．２〜０．５ｍｍであり、上記第二の溝幅が０．６〜２．０ｍｍである、請求項７に記載の化学機械研磨パッド。
9. 研磨面およびそれの裏面である非研磨面を有する化学機械研磨パッドであって、
   前記研磨面は少なくとも一本の第一溝および一本の第二溝を有してなり、
   （１）第一溝は研磨面の中心部から周辺部へ向かって次第に螺旋が拡大する一本の螺旋状の溝であり、そして第一の溝幅を有し、
   （２）第二溝は研磨面の中心部から周辺部へ向かって次第に螺旋が拡大する一本の螺旋状の溝であり、この第二溝は前記第一溝と交差することはなく、そして前記第一の溝幅と異なる第二の溝幅を有する、
   ことを特徴とする、化学機械研磨パッド。
10. 上記第一の溝幅が０．５〜２．０ｍｍであり、上記第二の溝幅が０．２〜０．５ｍｍである、請求項９に記載の化学機械研磨パッド。
11. 請求項１〜１０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体を化学機械的に研磨することを特徴とする、化学機械研磨方法。

Images