WO2008114805A1 - 化学機械研磨パッドおよび化学機械研磨方法 - Google Patents

化学機械研磨パッドおよび化学機械研磨方法 Download PDF

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WO2008114805A1
WO2008114805A1 PCT/JP2008/055023 JP2008055023W WO2008114805A1 WO 2008114805 A1 WO2008114805 A1 WO 2008114805A1 JP 2008055023 W JP2008055023 W JP 2008055023W WO 2008114805 A1 WO2008114805 A1 WO 2008114805A1
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WO
WIPO (PCT)
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groove
grooves
chemical mechanical
mechanical polishing
polishing pad
Prior art date
Application number
PCT/JP2008/055023
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Masahiro Yamamoto
Hiroyuki Miyauchi
Iwao Mihara
Masayuki Motonari
Original Assignee
Jsr Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Jsr Corporation filed Critical Jsr Corporation
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Publication of WO2008114805A1 publication Critical patent/WO2008114805A1/ja

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/26—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the shape of the lapping pad surface, e.g. grooved

Definitions

  • the present invention relates to a chemical mechanical polishing pad and a chemical mechanical polishing method.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • JP-A-8-500622 and JP-A-2000-34416 discuss the materials constituting the chemical mechanical polishing pad. Further, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-70463, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-216029 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 20 04-507077, the design of the groove on the pad surface (polishing surface) is studied.
  • JP-A-11-70463 in order to improve the polishing uniformity of the surface to be polished, the groove width, pitch, depth or shape for each region of the polishing surface of the polishing pad (circular groove and meandering) The technical ability to change the groove is proposed.
  • Japanese Patent Publication No. 2004-507077 discloses a detailed study on the relationship between the groove density on the polished surface and the polishing performance. According to the publication, it is described that the concentric grooves serve to trap the chemical mechanical polishing aqueous dispersion introduced into the center of the pad during polishing and moved to the outer periphery of the pad by centrifugal force. .
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to achieve excellent polishing speed even when the supply amount of the aqueous dispersion for chemical mechanical polishing is small, and the amount of polishing on the surface to be polished. Another object is to provide a chemical mechanical polishing pad and a chemical mechanical polishing method that are excellent in in-plane uniformity.
  • the above object of the present invention is, firstly,
  • a chemical mechanical polishing pad having a polishing surface and a surface to be polished which is a back surface thereof, wherein the polishing surface has at least two groove groups each consisting of a plurality of grooves, and the two groove groups are:
  • a first groove group consisting of a plurality of first grooves intersecting with one imaginary straight line from the center of the polishing surface to the peripheral portion, the plurality of first grooves do not intersect each other, Having a first groove width;
  • a second groove group consisting of a plurality of second grooves intersecting with one imaginary straight line from the center of the polishing surface to the peripheral portion, the plurality of second grooves do not intersect each other, Each second groove does not intersect the first groove, has a second groove width different from the first groove width, and the second groove has two adjacent grooves on the polishing surface.
  • first polishing pad a chemical mechanical polishing pad
  • the above object of the present invention is secondly, A chemical mechanical polishing pad having a polishing surface and a surface to be polished which is a back surface thereof, wherein the polishing surface has at least one first groove and one second groove,
  • the first groove is a spiral groove whose spiral gradually expands from the center to the periphery of the polishing surface, and has a first groove width
  • the second groove is a single spiral groove whose spiral gradually expands from the center to the periphery of the polishing surface, and this second groove does not intersect the first groove, and Having a second groove width different from the first groove width,
  • polishing pad This is achieved by a chemical mechanical polishing pad (hereinafter referred to as “second polishing pad”).
  • second polishing pad a chemical mechanical polishing pad
  • FIG. 1 is a schematic view for explaining an example of the relationship between the first groove and the second groove in the chemical mechanical polishing pad of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an example of the relationship between the first groove and the second groove in the chemical mechanical polishing pad of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view showing an example of an embodiment of the chemical mechanical polishing pad of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view showing an example of an embodiment of the chemical mechanical polishing pad of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an example of an embodiment of the chemical mechanical polishing pad of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic view showing an example of an embodiment of the chemical mechanical polishing pad of the present invention.
  • the chemical mechanical polishing pad of the present invention has both a first polishing pad and a second polishing pad having a polishing surface and a non-polishing surface that is the back surface thereof.
  • the polishing surface and the shape of the polishing surface in the chemical mechanical polishing pad of the present invention are not particularly limited, and can be, for example, a circle, a polygon (preferably a convex polygon, more preferably a regular polygon), etc. Polishing with chemical mechanical polishing pad It can select suitably according to an apparatus.
  • the shape of the polished surface and the shape of the non-polished surface are preferably the same. When both the polished and non-polished surfaces are circular, the polishing pad takes the shape of a disk, and when both the polished and non-polished surfaces are polygonal, the polishing pad takes the shape of a polygonal column.
  • a circular force is particularly preferable. Therefore, the shape of the polishing pad is preferably a disc shape.
  • the size of the polishing pad is not particularly limited.
  • the diameter is 150 to 1,200 mm, particularly 500 to 800 mm, and the thickness is 0.5 to A force S of 5.0 mm, particularly a thickness of 1.0 to 3.0 mm, and a thickness of 1.5 to 3. O mm is preferable.
  • the “groove group” in the first polishing pad means a set of a plurality of grooves having geometrically similar shapes.
  • the shape of the first groove of the first groove group of the first polishing pad is not particularly limited.
  • two or more spiral grooves gradually expanding from the center to the periphery of the polishing surface or intersecting each other may be used.
  • the annular groove can be, for example, a circular or elliptical groove
  • the polygonal groove can be, for example, a quadrilateral, pentagonal or higher polygonal groove.
  • first grooves are provided on the polishing surface so as to intersect with one imaginary straight line extending from the center of the polishing surface to the periphery several times.
  • the groove shape is composed of a plurality of annular grooves
  • two annular grooves have two intersections
  • three annular grooves have three
  • n annular grooves have n.
  • the case of a plurality of polygonal grooves is the same as the case of a plurality of annular grooves.
  • the number of intersections is two before entering the second turn, and three intersections are entered when entering the cover turn. (2 n ⁇ 2) pieces before entering volume n, and (2 n ⁇ l) pieces when entering volume n be able to.
  • the plurality of annular grooves and polygonal grooves are arranged so as not to cross each other.
  • the arrangement may be concentric or eccentric, but is preferably concentric.
  • the polishing pad in which the first grooves of the first groove group are arranged concentrically is faster than the polishing pad that is not arranged concentrically even when the supply amount of the aqueous dispersion is small. And more excellent in the in-plane uniformity of the polishing amount on the surface to be polished.
  • the plurality of annular grooves are preferably composed of a plurality of circular grooves, and the circular grooves are more preferably arranged concentrically.
  • the cross-sectional shape in the width direction of the groove is not particularly limited.
  • a rectangular shape, a polyhedral shape of three or more surfaces formed by flat side surfaces and a bottom surface, a U shape, and the like can be used.
  • Examples of the polygon include a quadrangle and a pentagon.
  • the first groove of the first groove group has a first groove width.
  • the “groove width” means the shortest distance between the ridge formed by the wall surface of the groove and the polished surface.
  • the shape of the second groove of the second groove group in the first polishing pad, the relative arrangement and the cross-sectional shape of the second grooves are the same as described above for the first groove of the first groove group.
  • the shape of the second groove is preferably similar to the shape of the first groove of the first groove group. Further, the second groove does not intersect the first groove of the first groove group.
  • the second groove of the second groove group has a second groove width different from the first groove width.
  • One or a plurality of second grooves in the second groove group exist in the gap between two first grooves adjacent to each other on the polishing surface.
  • a case where there is one second groove in the gap between two adjacent first grooves and a second groove in the gap between two adjacent first grooves This will be described separately for the case where there are a plurality of grooves.
  • One second groove exists in the gap between two first grooves adjacent to each other on the polishing surface. In this case, the intersection of the virtual straight line and the first groove and the intersection of the virtual straight line and the second groove appear alternately on the virtual straight line.
  • the second groove width of the second groove is different from the first groove width of the first groove.
  • the second groove width can be smaller than the first groove width.
  • the first groove width of the first groove is preferably 0.5 to 2.0 mm, more preferably 0.6 to 1.8 mm, and still more preferably 0.7. It is preferably -1.6 mm, particularly preferably 0.8-1.4 mm, and particularly preferably 0.8-1.2 mm.
  • the pitch of the first groove that is, the distance between two adjacent intersections between the imaginary straight line and the first groove is preferably 2.0 to 8.0 mm, more preferably 3 0 to 7.5 mm, more preferably 3.5 to 7.0 mm, particularly preferably 4.5 to 6.5 mm, especially 4.5 to 6.0 mm, particularly preferable. Is between 5.0 and 6.0 mm.
  • the intersection of the imaginary straight line and the first groove microscopically means the intersection of the imaginary straight line and the center of the first groove in the width direction.
  • the intersection of the virtual straight line and the second groove should be understood in the same way.
  • the depth of the first groove is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.1 to 2.5 mm, and still more preferably 0.2 to 2.0 mm.
  • the second groove width of the second groove is preferably 0.2 to 0.5 mm, more preferably 0.25 to 0.45 mm, and still more preferably 0.27 to 0.5 mm. 0.4 mm, particularly preferably from 0.29 mm to 0.35 mm.
  • the second groove is preferably located at the center of two adjacent first grooves. Ie It is preferable that distances between adjacent intersections on the virtual straight line are equal.
  • the depth of the second groove is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.1 to 2.5 mm, and still more preferably 0.2 to 2.0 mm.
  • FIG. 1 is a partially enlarged schematic view of a cross section of a polishing pad taken along a plane perpendicular to the polishing surface along the virtual line.
  • the polishing pad of FIG. 1 has a first groove having a first groove width W 1 and a second groove having a second groove width W 2 smaller than W 1, and includes two adjacent first grooves. There is one second groove between each.
  • the pitch of the first groove is represented by P1.
  • the polishing pad of FIG. 1 has an intersection of the virtual straight line and the first groove (C 1) and an intersection of the virtual straight line and the second groove (C 2) on the virtual straight line. 2, C 1 and C 2 are alternately present in this order.
  • the second groove is arranged at the center of two adjacent first grooves (this is understood from the fact that the lengths D 1 and D 2 in FIG. 1 are equal).
  • the second groove width of the second groove is the first groove width of the first groove. It can be smaller than one groove width, or can be larger than the first groove width of the first groove.
  • the first groove width of the first groove is 0.6 to 2.2 mm. It is preferable that the pitch of the first groove is 4 to 12 mm, and the width of the second groove is preferably 0.1 to 0.5 mm.
  • More preferable values of the first groove width and pitch of the first groove and the second groove width of the second groove are determined by the number of second grooves existing in the gap between the two first grooves adjacent to each other. Different.
  • the first groove width of the first groove is preferably 0.8 to 2.0 mm, more preferably 0.9 to 1.8 mm, and still more preferably 1.0 to 1.6 mm. .
  • the pitch of the first groove is preferably 4 to 8 mm, more preferably 5 to 7.5 mm, and still more preferably 6 to 7 mm.
  • the width of the second groove of the second groove is preferably 0.1 to 0.45 mm, more preferably 0.15 to 0.40 mm, and even more preferably 0.20 to 0.35 mm. It is. By setting the second groove width in the above range, the effect of the present invention is more effectively exhibited. In particular, when the width of the second groove is 0.4 mm or less, and further 0.35 mm or less, the effect is remarkably exhibited.
  • the first groove width of the first groove is preferably 0.8 to 2.2 mm, More preferably, it is 1.0 to 2.0 mm, and more preferably 1.2 to: I. 8 mm.
  • the pitch of the first grooves is preferably 6 to 12 mm, more preferably 7 to 1 lmm, and still more preferably 8 to 9 mm.
  • the second groove width is preferably from 0.1 to 0.45 mm, more preferably from 0.15 to 0.40 mm, and even more preferably from 0.20 to 0.35 mm.
  • the effect of the present invention is more effectively exhibited.
  • the width of the second groove is 0.4 mm or less, and further 0.35 mm or less, the effect is remarkably exhibited.
  • the first groove width of the first groove is preferably 0.2 to 0.5 mm, more preferably 0.25 to 0.45 mm, More preferably, the thickness is 0.27 to 0.4 mm.
  • the pitch of the first groove is preferably 2.0 to 8.0 mm. More preferably, the thickness is 3.0 to 7.5 mm, and still more preferably 3.5 to 7.0 mm.
  • the second groove width in the case where the second groove width of the second groove is larger than the first groove width of the first groove is preferably 0.6 to 1.8 mm. More preferably, the thickness is 0.7 to 1.6 mm, and still more preferably 0.8 to 1.4 mm.
  • the effect of the present invention is more effectively exhibited.
  • the width of the second groove is 0.7 mm or more, and further 0.8 mm or more, the effect is remarkably exhibited.
  • the plurality of second grooves existing in the gap between the two adjacent first grooves are adjacent to each other.
  • the force be evenly arranged between the two first grooves. That is, it is preferable that the distance force s between adjacent intersections on the virtual straight line is equal.
  • the second groove width of the second groove is preferably smaller than the first groove width of the first groove.
  • the number of second grooves present in the gap between two adjacent first grooves is preferably 2 to 5, more preferably 2 to 3, and particularly preferably 2.
  • FIG. 2 is a partially enlarged schematic view of a cross section of the polishing pad taken along a plane perpendicular to the polishing surface along the virtual line.
  • Figure 2 shows the second of the second groove.
  • the polishing pad in FIG. 2 has a first groove having a first groove width W1 and a second groove having a second groove width W2 smaller than W1, and between two adjacent first grooves. There are two second grooves in each.
  • the pitch of the first groove is represented by P1.
  • the polishing pad of FIG. 2 has an intersection (C 1) between the virtual straight line and the first groove and an intersection (C2) between the virtual straight line and the second groove on the virtual straight line. It exists in the order of C1, C2, C2, C1.
  • the two second grooves are evenly arranged at the center of the two adjacent first grooves (the lengths Dl, D 2 and D 3 in Fig. 2 are equal to each other).
  • the surface roughness (Ra) of the inner surfaces of the first groove and the second groove is preferably 20 m or less, more preferably 0.05 to 15 im, and still more preferably 0. 05 to 1 0 Atm. By setting the surface roughness to 20 m or less, scratches generated on the surface to be polished during the chemical mechanical polishing process can be more effectively prevented.
  • the surface roughness (Ra) is defined by the following formula (i).
  • N is the number of measurement points
  • Z is the height of the roughness surface
  • Yes is the height of the roughness surface
  • Z av is the average height of the roughness surface.
  • the total number of intersections between the virtual straight line and the first and second grooves (when the first and second grooves are circular, elliptical, or polygonal grooves, the total number of intersections is the first and second grooves. Is calculated from the pitch of the first groove, the number of second grooves existing in the gap between two adjacent first grooves, and the size of the polished surface. Can be a value.
  • the total number of intersections can be 60 to 2500, more preferably 80 to 170.
  • the total number of intersections can be set to 1 0 to 3 5 0, more preferably 1 3 0 to 2 7 0 can do.
  • the polishing surface is excellent in polishing speed even when the supply amount of the aqueous dispersion for chemical mechanical polishing is small in chemical mechanical polishing.
  • a chemical mechanical polishing pad excellent in in-plane uniformity of the polishing amount on the surface to be polished can be obtained.
  • the second polishing pad is a first spiral groove in which a spiral gradually expands from the center to the periphery of the polishing surface.
  • the second groove does not intersect the first groove.
  • the number of turns of the first groove and the second groove, each of which is a spiral groove can be, for example, 20 to 400, preferably 20 to 300, more preferably 20 to 2 0 0.
  • the single winding force at 360 ° corresponds to 1 turn.
  • the first groove width, pitch and depth of the first groove of the second polishing pad and the second groove width, pitch and depth of the second groove, respectively, of the first polishing pad The first groove width, pitch and depth of the first groove and the second groove of the second groove when there is one second groove in the gap between two adjacent first grooves on the polishing surface.
  • the groove width, pitch and depth are the same as described above.
  • the preferable range of the surface roughness (R a) of the inner surface of the first groove and the second groove of the second polishing pad is also the surface roughness (R of the inner surface of the first groove and the second groove of the first polishing pad). It is the same as the preferred range of a).
  • the chemical mechanical polishing pad of the present invention may have a third groove group different from the first groove group and the second groove group.
  • the third groove group is composed of a plurality of grooves extending in the direction from the center to the periphery of the polishing surface.
  • the central portion refers to a region surrounded by a circle with a radius of 50 mm centered on the center of the chemical mechanical polishing pad surface.
  • the peripheral part is the area excluding the central part.
  • Each third groove belonging to the third groove group only needs to extend in a direction from one arbitrary point of the “center portion” toward the peripheral portion, and the shape thereof is, for example, a straight line shape, a broken line shape, or an arc shape. Alternatively, the shape can be a combination of these.
  • the “broken-line groove” means a groove in which a plurality of linear concave portions are arranged in a vertical direction on a virtual line through non-recessed portions. Another way to say is by repeating a linear recess and a non-recess on the extension of the linear recess, and a linear recess on the extension. A single dashed groove is formed.
  • each linear concave portion of the broken-line groove is preferably 5 to 200 mm, more preferably 20 to 100 mm. Further, the length of the non-recessed portion sandwiched between two adjacent linear recessed portions is preferably 5 to 100 mm, more preferably 15 to 60 mm.
  • the third groove may or may not reach the outer peripheral edge, but it is preferable that at least one of the third grooves reaches the outer peripheral edge. (3) It is more preferable that the outer peripheral end of the groove force is reached.
  • the outer peripheral edge means the edge of the chemical mechanical polishing pad surface.
  • the plurality of third grooves can be composed of a plurality of linear grooves that start from the center and go to the periphery, and at least one of the grooves can reach the side surface of the pad.
  • the third groove of the book starts from the center and goes to the periphery It consists of a plurality of straight grooves and a plurality of straight grooves that start from the middle of the center and the periphery and go to the periphery, and at least one of them reaches the outer peripheral edge of the pad be able to. Further, each of the plurality of third grooves can be composed of a pair of two parallel linear grooves.
  • the third groove group preferably includes a third groove that is in contact with the other third groove in the central region, and a third groove that is not in contact with the other third group of grooves in the central region.
  • the third groove that is not in contact with the other third grooves in the central region exists between the plurality of third grooves that are in contact with the other grooves in the central region.
  • the third grooves belonging to the third groove group do not cross each other even if they are in contact with other grooves belonging to the third groove group.
  • the total number of the third groove group is 6 to 96, of which 2 to 3 2 are in contact with the other third groove, and are in contact with the other third groove. It is preferable that the number of the third groove is not 4 to 64.
  • a more preferable range is 6 to 48 in total, 2 to 16 third grooves in contact with other third grooves, and third grooves not in contact with other third grooves. 4 to 3 2 pieces.
  • the most preferred range is 6 to 36 in total, 2 to 4 third grooves in contact with other third grooves, and 4 to 3 third grooves not in contact with other third grooves. 3 Two.
  • the number of third grooves that are not in contact with other third grooves in the central region is greater than the number of third grooves that are in contact with other third grooves in the central region.
  • High power S is preferable. Further, it is preferable that an equal number of third grooves not in contact with the other third grooves exist between the third grooves in contact with the other third grooves.
  • the third groove that is not in contact with the other third grooves in the central region is the center of the pad. It is preferable that the groove starts from a position of 10 to 50 mm and extends in the direction from there to the periphery, and starts from a position 20 to 50 mm from the center of the pad and then goes to the periphery. More preferably, the groove extends in the direction.
  • the third groove in contact with the other third groove in the central region is preferably a groove extending from the center of the pad toward the peripheral portion.
  • the third groove group is composed of a plurality of linear grooves that start from the center and go to the periphery, and a plurality of linear grooves that start from the middle of the center and the periphery and go to the periphery
  • the groove emanating from the middle between the center and the periphery is a point directly above the center of the pad and the outer periphery, and from the point corresponding to a position of 20 to 80% from the center of the pad toward the outer periphery. It is preferable that the light is emitted, and it is more preferable that the light is emitted from the point corresponding to the position of 40 to 60%.
  • the plurality of linear grooves extending from the central portion toward the peripheral portion include the third groove that is not in contact with the other third groove in the central region and the other third groove in the central region.
  • a preferred configuration of the third groove that is formed by the third groove that is in contact with the groove and that originates from the central portion is a groove that extends from the central portion to the peripheral portion. Same as the case.
  • the groove width of the third groove is preferably 0.1 to 5.0 mm, more preferably 0.1 to 4.0 mm, and still more preferably 0.2 to 3.0 mm.
  • the depth of the third groove is the same as the depth of the first groove described above.
  • the preferable range of the surface roughness (R a) of the inner surface of the third groove is the same as the preferable range of the surface roughness (R a) of the inner surface of the first groove described above.
  • the plurality of third grooves in the third groove group are preferably arranged as evenly as possible on the chemical mechanical polishing pad surface.
  • the structure of the groove group of the chemical mechanical polishing pad will be described with reference to the accompanying drawings.
  • the total number of the first grooves and the second grooves is about 10 respectively, but these figures are schematic views, and the numbers of the first grooves and the second grooves are as described above. It should be understood that the pitch calculated from the pitch of the first groove and the number of second grooves present in the gap between two adjacent first grooves and the size of the polished surface are preferred.
  • the following figures are examples of the first polishing pad in which the first groove and the second groove are circular grooves, but the illustrated first groove and second groove are elliptical grooves or polygonal grooves. The same applies to the first polishing pad replaced, and the second polishing pad in which the first groove group and the second groove group of the first polishing pad illustrated in FIGS. 3 and 4 are replaced with two spiral grooves, respectively. It should be understood that Further, a first polishing pad in which the first groove width of the first groove and the second groove width of the second groove of the first polishing pad shown in FIGS. 5 and 6 are interchanged is also disclosed. It should be understood that
  • the polishing surface of the pad 1 has a first groove group composed of five concentric grooves 2 having different diameters and a second groove group composed of four concentric grooves 3 having different diameters.
  • a first groove group composed of five concentric grooves 2 having different diameters
  • a second groove group composed of four concentric grooves 3 having different diameters.
  • Each of the second grooves existing between the two adjacent first grooves is located at the center of the two adjacent first grooves.
  • the second groove width of the second groove is smaller than the first groove width of the first groove.
  • the polishing surface of the pad 1 has a first groove group composed of five concentric grooves 2 having different diameters and a second groove group composed of four concentric grooves 3 having different diameters.
  • One second groove exists between two adjacent first grooves, and therefore the pad in FIG. 4 is located on the imaginary straight line at the intersection of the imaginary straight line and the first groove. The straight line and the intersection of the second groove appear alternately.
  • the second groove existing between the two adjacent first grooves is located at the center of the two adjacent first grooves.
  • the second groove width of the second groove is smaller than the first groove width of the first groove.
  • the pad of FIG. Has three groove groups.
  • the polishing surface of the pad 1 has a first groove group composed of three concentric circular grooves 2 having different diameters and a second groove group composed of six concentric circular grooves 3 having different diameters.
  • the two second grooves existing in the gap between the first grooves are equally arranged between the two adjacent first grooves.
  • the second groove width of the second groove is smaller than the first groove width of the first groove.
  • the polishing surface of the pad 1 has a first groove group composed of two concentric grooves 2 having different diameters and a second groove group composed of seven concentric grooves 3 having different diameters.
  • the three second grooves existing in the gap between the two adjacent first grooves are evenly arranged between the two adjacent first grooves.
  • the second groove width of the second groove is smaller than the first groove width of the first groove.
  • the chemical mechanical polishing pad of the present invention has a plurality of groove groups defined as described above on the polishing surface, and further has a groove or groove group of an arbitrary shape or other recesses on the non-polishing surface. Can do. By having such grooves or groove groups or other recesses, the surface condition of the surface to be polished can be further improved.
  • the shape of the groove group on the non-polished surface for example, a plurality of concentric circular grooves, a plurality of concentric elliptical grooves, a plurality of polygonal grooves having a common center of gravity, two or more spiral grooves or pads
  • a shape including a plurality of grooves extending from the central portion to the outer peripheral portion, or a plurality of linear grooves forming a triangular lattice, a tetragonal lattice, or a hexagonal lattice can be given.
  • An example of the shape of the groove on the non-polished surface is a single spiral groove.
  • Examples of the shape of the other concave portion of the non-polished surface include a circle and a shape formed from the inside surrounded by the circle, a polygonal groove and a shape formed from the inside surrounded by the polygonal groove, and the like. .
  • “having at the center” means a force when the weight of these recesses coincides with the center of gravity of the non-polishing surface in a mathematically strict sense, and the center of gravity of the non-polishing surface of the pad is that of the recess. It is a concept including the case where it is located within the range.
  • the chemical mechanical polishing pad of the present invention may have a translucent region that optically communicates from the non-polishing surface to the polishing surface.
  • the planar shape of the light-transmitting region is not particularly limited, but the outer peripheral shape of the region may be, for example, a circle, an ellipse, a fan, or a polygonal groove (square, rectangle, etc.).
  • the position of the translucent region should be a position that matches the position of the optical polishing end point detector of the chemical mechanical polishing apparatus to which the chemical mechanical polishing pad of the present invention is attached and used.
  • the number of translucent regions can be one or more. In the case where a plurality of light-transmitting regions are provided, the arrangement is not particularly limited as long as the above positional relationship is satisfied.
  • the pad region that should be light-transmitting can be formed of a light-transmitting member, or the light-transmitting property can be obtained to some extent.
  • a recess is formed in a portion of the pad non-polishing surface that corresponds to the area of the pad that should be transparent, and the area is thinned to detect the polishing end point.
  • a method of ensuring the necessary translucency may be used. In the latter method, the translucent region can also serve as a recess for further improving the surface state of the surface to be polished.
  • the chemical mechanical polishing pad of the present invention may be composed of any material as long as it has a function as a chemical mechanical polishing pad as long as it has the above requirements.
  • a chemical mechanical polishing pad in particular, a pore having a function of holding an aqueous dispersion (slurry) for chemical mechanical polishing supplied during chemical mechanical polishing and temporarily retaining polishing waste is used for polishing. It is preferred that it is formed by That's right. Therefore, a material containing a water-insoluble part and water-soluble particles dispersed in the water-insoluble part, or a material containing pores dispersed in the water-insoluble part and the water-insoluble part (for example, a foam or the like) It is preferable to have power.
  • the former material dissolves or swells when water-soluble particles come into contact with the aqueous medium contained in the chemical mechanical polishing aqueous dispersion during polishing, and the pores formed by the detachment are removed.
  • the slurry can be retained.
  • the latter material can hold the slurry in a pore that is formed in advance as a hole.
  • the material constituting the water-insoluble part is not particularly limited, but it can be easily molded into a predetermined shape, and desired properties such as moderate hardness and moderate elasticity can be easily imparted.
  • Organic material strength S is preferably used.
  • the organic material for example, thermoplastic resins, elastomers, rubber, cured resins (thermosetting resins, photocuring resins, etc. cured by heat, light, etc.) can be used alone or in combination. .
  • 1,2-polybutadiene resin for example, 1,2-polybutadiene resin, polyolefin resin, polystyrene resin, polyacrylic resin, vinyl ester resin (except those corresponding to polyacrylic resin), polyester resin, polyamide resin, etc.
  • Fluorine resin for example, 1,2-polybutadiene resin, polyolefin resin, polystyrene resin, polyacrylic resin, vinyl ester resin (except those corresponding to polyacrylic resin), polyester resin, polyamide resin, etc.
  • Fluorine resin for example, 1,2-polybutadiene resin, polyolefin resin, polystyrene resin, polyacrylic resin, vinyl ester resin (except those corresponding to polyacrylic resin), polyester resin, polyamide resin, etc.
  • Fluorine resin for example, 1,2-polybutadiene resin, polyolefin resin, polystyrene resin, polyacrylic resin, vinyl ester resin (except those corresponding to polyacrylic resin), polyester resin, polyamide resin, etc
  • elastomers examples include gen elastomers, polyolefin elastomers (TP 0), styrene elastomers, thermoplastic elastomers, silicone resin elastomers, fluororesin elastomers, and the like.
  • examples of the gene elastomer include 1,2-polybutadiene.
  • examples of the styrene-based elastomer include styrene-butadiene-styrene block copolymer (SBS), hydrogenated block copolymer (SEBS), and the like.
  • the thermoplastic elastomer examples include thermoplastic polyurethane elastomer (TPU) and thermoplastic polyester elastomer (T PEE) and polyamide elastomer (TPAE).
  • Examples of the rubber include conjugated gen rubber, nitrile rubber, acrylic rubber, ethylene- ⁇ -olefin rubber and other rubbers.
  • Examples of the conjugated gen rubber include butadiene rubber (high cis butadiene rubber, low cis butadiene rubber, etc.), isoprene rubber, styrene-butadiene rubber, styrene-isoprene rubber, and the like.
  • Examples of the nitrile rubber include acrylonitrile rubber rubber.
  • Examples of the ethylene- ⁇ -olefin rubber include ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-non-conjugated gen rubber, and the like.
  • Examples of the other rubber include butyl rubber, silicone rubber, and fluorine rubber.
  • the cured resin examples include urethane resin, epoxy resin, acrylic resin, unsaturated polyester resin, polyurethane-urea resin, urea resin, key resin, phenol resin, vinyl ester resin, and the like. These organic materials may be modified with an acid anhydride group, a carboxyl group, a hydroxyl group, an epoxy group, an amino group, or the like. By modification, the affinity with water-soluble particles and slurries described later can be adjusted.
  • these organic materials may be used alone or in combination of two or more. Further, these organic materials may be a crosslinked polymer partially or entirely crosslinked, or may be a non-crosslinked polymer. That is, the water-insoluble portion may be composed only of a crosslinked polymer, may be a mixture of a crosslinked polymer and a non-crosslinked polymer, or may be composed of only a non-crosslinked polymer. Of these, the water-insoluble part is preferably composed of only a crosslinked polymer or a mixture of a crosslinked polymer and a non-crosslinked polymer.
  • the method for performing the crosslinking is not particularly limited.
  • the crosslinking can be performed by chemical crosslinking using an organic peroxide, sulfur, a sulfur compound, or the like, or radiation crosslinking by electron beam irradiation.
  • crosslinked polymer among the organic materials, a crosslinked rubber, a cured resin, a crosslinked thermoplastic resin, a crosslinked elastomer, and the like can be used. Furthermore, among these, cross-linked thermoplastic resins and Z or cross-linked are stable because they are stable against strong acids or strong strength contained in many chemical mechanical polishing aqueous dispersions and softening due to strong water absorption. An elastomer is preferred. Of the crosslinked thermoplastic resin and crosslinked elastomer, those crosslinked with an organic peroxide are particularly preferred, and crosslinked 1,2-polybutadiene is more preferred.
  • the content of these crosslinked polymers is not particularly limited, but is preferably 30% by volume or more, more preferably 50% by volume or more, and still more preferably 70% by volume or more of the entire water-insoluble portion. It may be 0% by volume.
  • the water-insoluble member may contain a compatibilizer different from the water-insoluble member in order to control the affinity with the water-soluble particles and the dispersibility of the water-soluble particles in the water-insoluble member.
  • a compatibilizer include a polymer modified with an anhydride group, a carboxyl group, a hydroxyl group, an epoxy group, an oxazoline group, an amino group, a block copolymer, a random copolymer, and the like.
  • Nonionic surfactants, force pulling agents and the like can be mentioned.
  • the water-soluble particles in the former material are particles that are detached from the water-insoluble portion by contact with the aqueous medium contained in the chemical mechanical polishing aqueous dispersion during chemical mechanical polishing.
  • This desorption may be caused by dissolution by contact with an aqueous medium, or may be caused by swelling and colloidal absorption by absorbing water or the like in the aqueous medium.
  • This dissolution or swelling is not only caused by water, but also alcohol such as methanol. It may be by contact with an aqueous mixed medium containing a solvent based solvent.
  • the material constituting the water-soluble particles is not particularly limited, and examples thereof include organic water-soluble particles and inorganic water-soluble particles.
  • organic water-soluble particles include saccharides (polysaccharides such as starch, dextrin and cyclodextrin; lactose; mannitol, etc.), celluloses (hydroxypropylcellulose, methylcellulose, etc.), proteins, polyvinyl alcohol, Examples include polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid, polyethylene oxide, water-soluble photosensitive resin, sulfonated polyisoprene, and sulfonated isoprene copolymer.
  • examples of the inorganic water-soluble particles include potassium oxalate, potassium nitrate, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, potassium chloride, potassium bromide, potassium phosphate, and magnesium nitrate. These water-soluble particles can be used alone or in combination of two or more. Further, it may be one type of water-soluble particles made of a predetermined material, or two or more types of water-soluble particles made of different materials.
  • the water-soluble particles contained in the former material are particularly preferably solid.
  • the average particle diameter of the water-soluble particles is preferably 0.1 to 500 / zm, more preferably 0.5 to 100 ⁇ .
  • the size of the pore formed by the desorption of the water-soluble particles is preferably 0.1 to 500, more preferably 0.5 to lOOm.
  • the content of the water-soluble particles is preferably 1 to 90% by volume, more preferably 1 to 60% by volume, even more preferably when the total of the water-insoluble part and the water-soluble particles is 100% by volume. Is 1 to 40% by volume.
  • water-soluble particles dissolve or swell in water only when exposed to the surface layer in the polishing pad, absorb moisture inside the polishing pad, and do not swell further. That's right.
  • the water-soluble particles can be provided with an outer shell that suppresses moisture absorption in at least a part of the outermost part.
  • the outer shell may be physically adsorbed on the water-soluble particles, chemically bonded to the water-soluble particles, or both may be in contact with the water-soluble particles.
  • the material to be formed include epoxy resin, polyimide, polyamide, polysilicate, silane coupling agent, and the like.
  • the water-soluble particles may be composed of water-soluble particles having an outer shell and water-soluble particles not having an outer shell. Even if it is not coated, the above-mentioned effect can be obtained sufficiently.
  • the water-insoluble member constituting the chemical mechanical polishing pad comprising the latter water-insoluble part and a material containing pores dispersed in the water-insoluble part, for example, polyurethane, melamine resin, polyester, polysulfone And polyvinyl acetate.
  • the size of the pores dispersed in such a water-insoluble portion is an average value, preferably 0.5 :! to 500 tm, more preferably 0.5 to 100 m.
  • the chemical mechanical polishing pad of the present invention can optionally contain abrasive grains, an oxidizing agent, an alkali metal hydroxide, an acid, a pH adjusting agent, a surfactant and the like in addition to the materials described above. However, among these, it is preferable not to contain abrasive grains and a finishing agent.
  • the Shore D hardness of the chemical mechanical polishing pad of the present invention is preferably 30 or more, more preferably 30 to 100, still more preferably 40 to 90, and particularly preferably 40 to 7 is 5. By adopting such Shore D hardness, the pressure that can be applied to the object to be polished can be increased, and the polishing rate can be further improved. In addition to this, higher polishing flatness can be obtained. It will be.
  • the method for producing the chemical mechanical polishing pad of the present invention is not particularly limited, and the method for forming the groove group of the chemical mechanical polishing pad on the polishing surface is not particularly limited.
  • a chemical mechanical polishing pad composition that will later become a chemical mechanical polishing pad is prepared in advance, and after forming this composition into a desired shape, a groove group can be formed by cutting.
  • chemical mechanical polishing using a mold having a convex portion that engages with the shape of the groove group to be formed By molding the pad composition, a groove group can be formed simultaneously with the rough shape of the chemical mechanical polishing pad. After forming a rough pad shape having a part of a desired groove group using a mold having a convex portion that engages with a part of the groove group to be formed, the remaining part of the groove group is cut by machining. It may be formed.
  • these grooves or groove groups or other recesses can be formed in the same manner as described above.
  • the method for obtaining the chemical mechanical polishing pad composition is not particularly limited.
  • necessary materials such as predetermined organic materials can be obtained by kneading with a kneader or the like.
  • a conventionally known kneader can be used. Examples thereof include kneaders such as rolls, kneaders, banbury mixers, and extruders (single screw and multi screw).
  • the chemical mechanical polishing pad composition containing water-soluble particles for obtaining a chemical mechanical polishing pad containing water-soluble particles for example, kneaded a water-insoluble part and water-soluble particles and other optional additives. Can be obtained.
  • kneading is carried out by heating so as to facilitate processing during kneading.
  • the water-soluble particles are preferably solid at the temperature at the time of kneading. Regardless of the degree of compatibility between the water-soluble particles and the water-insoluble part, the water-soluble particles previously classified into the above-mentioned preferable average particle size range are kneaded under the condition that the water-soluble particles are solid. Water-soluble particles can be dispersed with the preferred average particle size described above. Therefore, it is preferable to select the type of water-soluble particles according to the processing temperature of the water-insoluble part to be used.
  • the chemical mechanical polishing pad of the present invention may be a multilayer pad provided with a support layer on the non-polishing surface of the pad as described above.
  • the support layer is a layer that supports the chemical mechanical polishing pad on the back side of the polishing surface.
  • the characteristics of the support layer are not particularly limited, but are preferably softer than the pad body. By providing a softer support layer, even when the pad body is thin, the pad body can be lifted during polishing and the surface of the polishing layer can be curved. Can be prevented and stable polishing can be performed.
  • the hardness of the support layer is preferably 90% or less of the Shore D hardness of the pad main body as the Shore D hardness, more preferably 50 to 90%, and particularly preferably 50 to 80%. 50-70% force is particularly preferred.
  • the support layer may be a porous body (foam) or a non-porous body.
  • the planar shape can be, for example, a circular shape or a polygonal groove, but it is preferably the same planar shape as the planar shape of the polishing pad, and preferably the same size.
  • the thickness is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 5 mm, and more preferably 0.5 to 2 mm.
  • the material constituting the support layer is not particularly limited, but it is preferable to use an organic material because it is easy to form into a predetermined shape and properties, S, and can provide appropriate elasticity.
  • the organic material the organic materials exemplified as the material constituting the water-insoluble portion of the chemical mechanical polishing pad of the present invention can be used.
  • the chemical mechanical polishing method of the present invention is characterized in that the surface to be polished is chemically mechanically polished using the chemical mechanical polishing pad of the present invention as described above.
  • the chemical mechanical polishing method of the present invention can be carried out by a known method except that the chemical mechanical polishing pad of the present invention is attached to a commercially available chemical polishing apparatus.
  • Examples of the material that constitutes the surface to be polished include a metal that is a wiring material, a barrier metal, an insulator, and a material that is a combination thereof.
  • Examples of the metal as the wiring material include evening kutten, aluminum, copper, and an alloy containing at least one of them.
  • Examples of the barrier metal include tantalum, tantalum nitride, niobium, and niobium nitride.
  • S I_ ⁇ 2 As the insulator, for example, S I_ ⁇ 2, S I_ ⁇ 2 in a small amount of boron and Li down the added boron Rinshirike one preparative (BPSG), S I_ ⁇ 2 doped with fluorine F SG (F 1 uorine Insulators called “Do ped Silicate Glass” and low dielectric constant silicon oxide insulators.
  • S I_ ⁇ The 2, for example, a thermal oxide film, PETEOS (P la sma En h an ce d-TEOS), HDP (H i gh De nsity P l sma Enhan ced- TE_ ⁇ _S), mention may be made of S i 0 2 and the like obtained by the thermal C VD method.
  • the surface to be polished to which the chemical mechanical polishing method of the present invention is applied includes a surface to be polished made of an insulator, a surface to be polished made of an insulator and an alloy containing copper or copper, and an insulator and an alloy containing copper or copper.
  • a surface power to be polished comprising a barrier metal is preferred.
  • the chemical mechanical polishing pad and the chemical mechanical polishing method of the present invention are excellent in the polishing rate even when the flow rate of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion is small, as is clear from the examples shown below, and the surface to be polished It is excellent in in-plane uniformity of the polishing amount.
  • the mechanism by which such excellent performance is manifested is not yet clear, but by adopting the specific groove design as described above, the water system at the interface between the polished surface and the polished surface can be used for chemical mechanical polishing. This is presumably because the efficient supply of the dispersion and the securing of the contact area between the polished surface and the surface to be polished were compatible.
  • 1,2—Polybutadiene (manufactured by JSR Corporation, trade name “JSR RB810J” 70 parts by volume) 6-cyclodextrin (manufactured by Shimizu Minato Sugar Co., Ltd., trade name “Dexipal ⁇ 6—100”, average grain Diameter 20 // m) 30 volume parts were kneaded with a rudder whose temperature was adjusted to 160. Thereafter, Park Mill D40 (trade name, manufactured by Nippon Oil & Fats Co., Ltd., containing 40% by mass of dicumyl peroxide) was added to 0.32 parts by mass (pure dicumyl bar) with respect to 100 parts by mass of 1,2-polybutadiene.
  • Park Mill D40 trade name, manufactured by Nippon Oil & Fats Co., Ltd., containing 40% by mass of dicumyl peroxide
  • This pad outline is mounted on a table of a commercially available cutting machine, and on one side (polished surface) of the molded body, the groove width is 1.5 mm as the first groove group, groove pitch is 3.0 mm, and groove depth is 1.4 mm. Concentric grooves having a rectangular cross-sectional shape were formed.
  • the second groove group a concentric circular groove having a groove width of 0.5 mm, a groove depth of 1.4 mm, and a rectangular cross-section is formed, and two adjacent first grooves in the first groove group.
  • a chemical mechanical polishing pad was manufactured by forming one second groove at the center.
  • the radius of the smallest circular groove is 10 mm
  • the radius of the largest circular groove is 505 mm
  • the smallest circular groove of the grooves of the second groove group The radius was 12 mm
  • the largest circular groove had a radius of 507 mm.
  • the chemical mechanical polishing pad manufactured above is mounted on the surface plate of the polishing equipment “Mirr aZMe sa” (trade name, manufactured by Applied Materials), and there is no pattern P ETEOS film (8 inch silicon) under the following conditions thickness 1 0, 0 0 OA of PETEOS film on a wafer (tetra E chill orthosilicate (TEOS) as a raw material, using plasma as a promoting condition was deposited by chemical vapor deposition S i 0 2 film) The wafer having (1) was polished.
  • TEOS tetra E chill orthosilicate
  • Polishing head rotation speed 85 r pm
  • Aqueous dispersion for polishing machine polishing JSR Co., Ltd. “CMS 8401”, “CMS 8 452” and ion-exchanged water mixed at a mass ratio of 1: 2: 3
  • Polishing time 1 minute
  • the flow rate of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion used in this example is about half of the standard flow rate in the polishing apparatus used.
  • the PETEOS film thickness at each point was measured with an optical film thickness meter.
  • polishing amount The in-plane uniformity of the polishing amount was calculated by the following formula using the difference in thickness of the PETE OS film before and after polishing at the 49 points (this value is referred to as “polishing amount”).
  • the in-plane uniformity of the polishing amount was 9.8%.
  • the PETE OS film after chemical mechanical polishing was inspected for defects using a defect inspection device (KLA—TENCO R, “KLA2351”).
  • KLA—TENCO R Karl Fischer TEM 2000
  • the number of defects counted by the defect inspection device under the conditions of pixel size 0.62 / zm and threshold 30 was measured.
  • 100 of these defects were extracted at random and displayed sequentially on the display of the device for observation, and the defects were scratches or adhered foreign substances (contained in the chemical mechanical polishing aqueous dispersion).
  • the number of scratches per unit was calculated. As a result, the number of scratches was 245 convex surfaces. Examples 2-8
  • pad outlines were produced. These pad outlines are attached to a cutting edge of a commercially available cutting punch, and the first groove group and the second groove group (both of which have the structure shown in Table 1) are formed on one side (polished surface) of the molded body.
  • Each chemical mechanical polishing pad was manufactured by forming a cross-sectional shape of a rectangle.
  • each of the second grooves in the second groove group has one second groove at the center of each of the two adjacent first grooves in the first groove group. So formed.
  • eight radial straight grooves having the groove depths and groove widths shown in Table 1 (the cross-sectional shape is rectangular).
  • the angle between two adjacent grooves in this radial groove group is 45 °, and the four grooves existing at every 90 ° angle are in contact with each other at the center of the polishing surface, and the remaining 4
  • the groove of the book was designed to emanate from a position retreated from the outer periphery of 15 mm from the center of the polished surface.
  • This terminal isocyanate prepolymer contains 21% by weight of unreacted 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, and the remaining 79% by weight is a double terminal isocyanate prepolymer. It was a mixture.
  • 6-hydroxyethoxy) benzene having two hydroxyl groups at the end (Mitsui Chemical Fine Co., Ltd., trade name “BHEB”) 12. 6 parts by mass in a stirring vessel After heating for 2 hours at medium 120 and melting, add 7 parts by weight of trimethylolpropane with 3 hydroxyl groups (BASF Japan, trade name “TMP”) and mix for 10 minutes A chain extender mixture was obtained by dissolution.
  • the pad outline produced above is mounted on a table of a commercially available cutting machine.
  • Table 1 shows the entire polished surface excluding 30 mm at the center of the polished surface on one side (polished surface) of the molded body.
  • a chemical mechanical polishing pad was manufactured by forming a first groove group and a second groove group (both of which had a rectangular cross section).
  • the second groove of the second groove group has one second groove at the center of two adjacent first grooves in the first groove group. It was formed to be positioned.
  • Example 1 0-1 7
  • pad outlines were produced. These pad outlines are mounted on a table of a commercially available cutting machine, and the first groove group and second groove group (both cross-sectional shapes) of the structure shown in Table 1 are provided on one side (polished surface) of the molded body.
  • Each of the chemical mechanical polishing pads was manufactured by forming a rectangular shape.
  • the second groove of the second groove group is equally divided into two second grooves between two adjacent first grooves of the first groove group. It was formed to be arranged.
  • Example 14 in addition to the first groove group and the second groove group, eight radial straight grooves having the groove depth and groove width shown in Table 1 (the cross-sectional shape is rectangular) )) was further formed by a commercially available cutting machine.
  • the angle between two adjacent grooves in this radial groove group is 45 °, and the four grooves that exist at every 90 ° angle are in contact with each other at the center of the polishing surface, and the remaining The four grooves originated from a position receding from the outer periphery of 15 mm from the center of the polished surface.
  • each chemical mechanical polishing pad was manufactured by forming a first groove group and a second groove group (both of which had a rectangular cross-section) having the configurations shown in Table 1 on the polished surface.
  • each of the second grooves of the second groove group includes three second grooves each between two adjacent first grooves of the first grooves of the first groove group. Were formed to be evenly arranged.
  • Example 19 in addition to the first groove group and the second groove group, eight radial straight grooves having the groove depth and groove width shown in Table 1 (the cross-sectional shape is rectangular) )) was further formed by a commercially available cutting machine.
  • the angle between two adjacent grooves in this radial groove group is 45 °, and the four grooves that exist at each 90 ° angle are in contact with each other at the center of the polishing surface, and the remaining 4
  • the groove of the groove was designed to emanate from a position receding from the outer periphery of 15 mm from the center of the polished surface.
  • pad outlines were produced. These pad outlines are mounted on a table of a commercially available cutting machine, and the first groove group (the cross-sectional shape is rectangular) having the structure shown in Table 1 is provided on one side (polished surface) of the molded body. Each chemical mechanical polishing pad was manufactured by forming. In these comparative examples, the second groove group was not formed.

Landscapes

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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

化学機械研磨パッドおよび化学機械研磨方法
技術分野
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
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 （Chemi c a l Me c h a n i c a 1 Po l i s h i ng、 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 20 04-507077号公報では、 パッドの表面 （研磨面） の溝のデザィンについ 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） を変化させる技術力提案されている。 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、 前記のコンセブトから考えられる溝デザィンのアイ デァ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、 コス卜ダウンに最も効果のあ る方法の一つと考えられている。 し力 ^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。 発明の開示
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、 力、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
カ^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つ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。 図面の簡単な説明
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。 発明を実施するための最良の形態
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 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 であること力好ましい。 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 研磨面の形状としては、 特に円形状 力好ましく、 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 1 5 0〜1， 2 0 0 mm、 特に 5 0 0〜8 0 0 mm、 厚さ 0. 5 〜5. 0 mm、 特に厚さ 1 . 0〜3. 0 mm、 就中厚さ 1 . 5〜3. O mmとす ること力 S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、 3 6 0 ° 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 （2 n— 2 ) 個、 n巻に入ったときに （2 n— l ) 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、 同心状であること力好ましい。 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. 8 mmであり、 さらに好ましくは 0. 7〜1. 6 mmであり 、 特に好ましくは 0. 8〜1. 4mmであり、 就中 0. 8〜1. 2 mm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. 7 mm以上、 さらに 0. 8 mm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. 0 mm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. 5 mm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. 35 mm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. 35 mm以下とす ることにより、 その効果力顕著に発現される。
第二溝は、 隣接する 2本の第一溝の中心に位置すること力好ましい。 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. 1 mm以上とすることが好ましく、 より好ましくは 0. 1 〜2. 5 mm, さらに好ましくは 0. 2〜2. 0 mm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 W 1を有する第一溝と W 1よりも小さい第二 の溝幅 W 2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 P 1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 （C 1 ) と、 該仮想直線および前記第二溝の交差点 （C 2 ) とが、 C 1、 C 2、 C l、 C 2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 D 1および D 2力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. 2 mmであることが好ましく 、 第一溝のピッチは 4〜1 2 mmであること力 子ましく、 第二の溝幅は 0 . 1〜 0. 5 mmであること力好ましい。
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. 8 mm以上、 さらに 0. 9 mm以上とすること により、 その効果力顕著に発現される。 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〜 7 mm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〜： I. 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. 2 mm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 7〜1 lmm、 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. 35 mm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. 5 mmであることが好ましく、 より好ましく 0. 2 5〜0. 4 5 mmであり、 さら に好ましくは 0. 2 7〜0 . 4 mm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 . 4 5 mm 以下、 さらに 0 . 4 mm以下とすることにより、 その効果力顕著に発現される。 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. 0 mmであること力好ましく、 より好ましくは 3. 0〜7. 5 mm、 さらに好ましくは 3 . 5〜7. 0 mm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 . 8 mmであること力好ましく、 より 好ましくは 0. 7〜1 . 6 mmであり、 さらに好ましくは 0 . 8〜1 . 4 mm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. 7 mm以上、 さらに 0 . 8 mm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力好ましい。 すなわち、 前記仮想直線上 で隣接する交差点間の距離力 s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本であること力好ましい。
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；溝力 S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レ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 W 1を有する第一溝と W 1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 P 1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 （C 1) および該仮想直線および前記第二溝の交差点 （C2) が、 C 1、 C2、 C2、 C l、 C2、 C2、 C 1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 Dl、 D 2および D 3力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 20 m以下であることが好ましく、 より好ましくは 0. 05〜1 5 imであ り、 さらに好ましくは 0. 05〜1 0 Atmである。 この表面粗さを 20 m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 =∑ I Z-Zav I /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 a v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 5 0 0 mmである研磨パッドの場 合、 交差点の総数は 6 0〜2 5 0個とすることができ、 より好ましくは 8 0〜1 7 0個とすることができる。 また例えば研磨面の直径が 8 0 0 mmである研磨パ ッドの場合、 交差点の総数は 1 0 0 ~ 3 5 0個とすることができ、 より好ましく は 1 3 0〜2 7 0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 、 力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 つ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 2 0〜4 0 0であることができ、 好ましくは 2 0〜3 0 0であり、 より好ましくは 2 0〜2 0 0である。 ここで、 3 6 0 ° でのひと巻き力 ^卷回数 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 （R a ) 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 （R a ) 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 5 0 mm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つ 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〜 2 0 0 mmであり、 より好ましくは 2 0〜1 0 0 mm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 5〜1 0 0 mmであり、 より好ましくは 1 5〜 6 0 mm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力好ましく、 すべての第三 溝力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 6〜9 6本であり、 そのうち他の第三溝 と接している第三溝が 2〜3 2本であり、 他の第三溝と接していない第三溝が 4 〜 6 4本であること力好ましい。 さらに好ましい範囲は、 総数が 6〜4 8本であ り、 他の第三溝と接している第三溝が 2〜1 6本であり、 他の第三溝と接してい ない第三溝が 4〜 3 2本である。 もっとも好ましい範囲は、 総数が 6〜3 6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〜 3 2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 と力 S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 1 0〜5 0 mm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 2 0〜5 0 mm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 上の点であって、 パッドの中心から外周へ向かって 2 0〜8 0 %の位置にあたる 点から発していることが好ましく、 4 0〜6 0 %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. 0 mmであり、 より好ましくは 0. 1〜4. 0 mmであり、 さらに好ましくは 0. 2〜3. 0 mm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 （ R a ) の好ましい範囲も、 上述した第一溝の内面の表面粗さ （R a) 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 1 0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 レ^ 図 4のパッドはさらに、 1 6本の直線溝 4からなる第三溝群を有している。 1 6本の直線溝のうち 9 0 ° 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 1 2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 1 6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本の第二溝力存在 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力好ましい。
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 部に有すること力 S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力、、 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カ坷能になる。 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） を備えること力好ましい。
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一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、 有機材料力 S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、 エラストマ一、 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 ォレフィン樹脂、 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。 前記ポリオレフイ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） ァ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二リデン等を、 それぞれ挙げることができる。 エラス卜マ一としては、 例えばジェンエラス卜マー、 ポリオレフインエラス卜 マ一 （T P〇）、 スチレン系エラストマ一、 熱可塑性エラストマ一、 シリコーン 樹脂エラストマ一、 フッ素樹脂エラストマ一等を挙げることができる。 前記ジェ ンエラストマ一としては、 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卜マ一としては、 例えばスチレン一ブタジエン一スチ レンブロック共重合体 （S B S )、 その水素添加ブロック共重合体 （S E B S ) 等を挙げることができる。 前記熱可塑性エラストマ一としては、 例えば熱可塑性 ポリウレタンエラストマ一 （T P U)、 熱可塑性ポリエステルエラストマ一 （T P E E) , ポリアミドエラストマ一 （T P A E) 等を挙げることができる。
ゴムとしては、 例えば共役ジェンゴム、 二トリルゴム、 アクリルゴム、 ェチレ ンー α—ォ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 ェンゴムとしては、 例えばブタジエンゴム （高シスブタジエンゴム、 低シスブ夕 ジェンゴム等）、 イソプレンゴム、 スチレン一ブタジエンゴム、 スチレン一イソ プレンゴム等を挙げることができる。 前記二トリルゴムとしては、 例えばァクリ ロニトリル一ブ夕ジェンゴム等を挙げることができる。 前記ェチレン一 α—ォレ フィンゴムとしては、 例えばエチレン一プロピレンゴム、 エチレン一プロピレン 一非共役ジェ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、 ポリウレタン一ウレァ樹脂、 ゥレア樹脂、 ケィ素樹脂、 フ エノ一ル樹脂、 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 レ^ 研磨パッドを構成する非水溶性部分力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力効率よく形成され、 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一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 アル力リに対して安定であり、 力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 Zまたは架橋エラストマ一が好ましい。 また、 架橋熱可塑性樹脂お よび架橋エラストマ一のうちでも、 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 3 0体積％以上、 より好ましくは 5 0体積％以上、 さらに好ましくは 7 0 体積％以上であり 1 0 0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 3 0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 ¾無水物基、 カルボキシル基、 ヒ ドロキシル基、 エポキシ基、 ォキサゾリン基、 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、 力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、 ポリビエルアルコール、 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、 例えば齚酸カリウム、 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 ネシゥ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 . l〜5 0 0 /zm、 より好ましくは 0 . 5〜1 0 0 ΓΠ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. 1〜5 0 0 、 より好ましくは 0. 5〜： l O O m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 1 0 0体積％とした場合の水溶性粒子の 含有量は、 好ましくは 1〜9 0体積％、 より好ましくは 1〜6 0体積％、 さらに 好ましくは 1〜4 0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 レ^ 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、 ポリシリゲート、 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 子とからなつていてもよく、 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. ：!〜 5 0 0 tm、 より好ましくは 0. 5〜： 1 0 0 m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、 p H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 ¾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ァ D硬度は、 好ましくは 3 0以上であり、 より好ましくは 3 0〜1 0 0であり、 さらに好ましくは 4 0〜9 0であり、 特に 好ましくは 4 0〜7 5である。 このようなショァ 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カ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 択すること力好ましい。 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力浮き上がることや、 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 ョァ D硬度としてパッド本体のショァ 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%力特に好ましい。
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、 力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であること力 S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 力 S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、 例えば夕ングクテン、 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 S i〇2、 S i〇2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一ト （BPSG)、 S i〇2にフッ素をドープし た F SG (F 1 u o r i n e—Do p e d S i l i c a t e G l a s s) 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。 S i〇2としては、 例えば熱酸化膜、 PETEOS (P l a sma En h an c e d-TEOS), HDP (H i gh De n s i t y P l sma Enhan c e d— TE〇S)、 熱 C VD法により得られる S i 02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力好ましい。
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
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 （J SR (株） 製、 商品名 「J SR RB810J) 70体積部および) 6—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 ι6— 100」、 平均粒径 20 //m) 30体積部を 160でに調温された 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 、 ジクミルパーォキシドを 40質量％含有する。） を 1， 2—ポリブタジエン 1 00質量部に対して 0. 32質量部 （純ジクミルバーオキシドに換算して 0. 1 28質量部に相当する。） 配合して、 さらに 120で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 8 40 mm、 厚さ 3. 0 mmの成形体を得た。 その後成形体の両面をサンドぺーパ 一により 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. 4m m、 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. 5 mm、 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 505 mmであり 、 第二溝群の溝のうち、 最小の円形状溝の半径は 12 mm、 最大の円形状溝の半 径は 507 mm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 「 1 LM2 1 P」 により測定したところ、 双方とも約 7· Ο ΠΙ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 「M i r r aZMe s a」 （商 品名、 App l i e d Ma t e r i a l s社製） の定盤上に装着し、 以下の条 件でパターンなし P ETEOS膜 （8インチシリコンウェハ上に膜厚 1 0， 0 0 OAの PETEOS膜 （テトラェ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 S i 02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： 90 r pm
研磨へッド回転数： 85 r pm
研磨圧力： 2 p s i
研磨機械研磨用水系分散体： J SR (株） 製 「CMS 8401」、 「CMS 8 452」 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： 10 OmLZ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 PETE OS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 3 mm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 P E T E〇 S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、 4 7. 3nmZ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 P E T E〇 S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 PETE OS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） X 1 00
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膜のスクラッチの權
化学機械研磨後の PETE OS膜につき、 欠陥検査装置 （KLA— TENCO R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. 62/zm、 しきい値 （t h r e s h o l d) 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. 20 m以上のスクラッチの割合を算出し、 これを欠陥検査装置 が欠陥として力ゥントした総数に乗じることにより、 ゥェハ全面あたりのスクラ ツチ数を算出した。 その結果、 スクラッチ数は 245個凸面であった。 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櫟のテ一カレに装着し、 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 4 5 ° であり、 9 0 ° 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 1 5 mm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 P E T E O S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 ' —ジフエニルメタンジイソシァネート （住化バイエルウレタン （株） 製、 商品名 「スミジュール 4 4 S」） 5 8質量部を反応容器中に仕込み、 6 0 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 6 5 0のポリ テトラメチレングリコール （三菱化学 （株） 製、 品名 「P TMG 6 5 0」） 5. 1質量部と数平均分子量 2 5 0のポリテトラメチレングリコール （三菱化学 （株 ) 製、 品名 「P TMG 2 5 0」） 1 7 . 3質量部を加え、 攪拌しながら 9 0 で 2時間保温して反応させ、 その後冷却して末端イソシァネートプレボリマ一を得 た。 この末端イソシァネートプレボリマーには 21質量％の未反応の 4， 4' 一 ジフエ二ルメタンジイソシァネートを含んでおり、 残りの 79質量％が両末端ィ ソシァネートプレボ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ァネートプレボリマー 80. 4質量部を攪拌容器に 入れて 90でに保温し、 200 r pmで攪拌しながら、 ー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 00」） 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 された末端イソシァネートプレボリマ一を得た。
上記とは別に、 末端に 2個の水酸基を有する 1， 4_ビス （|6—ヒドロキシェ 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ィソシァネートプレボリマー 94. 9質量部をアジ夕一 （AJ I TER、 登録商標、 （株） 島津製作所） 混合機中で 90でに加温および攪拌しながら、 120で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. 8 mm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。 さらにギヤ一オーブン中 110 で 16時間ボス トキユアを行い、 直径 508mm、 厚さ 2. 8 mmの水溶性粒子の分散したポリ ウレタンシートを得た。 シ一卜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 P E T E O S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 1 0〜1 7
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 1 4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 4 5 ° で あり、 9 0 ° 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 1 5 mm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夕一 ンなし P E T E O S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 1 8および 1 9
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 1 9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 4 5 ° で あり、 9 0 ° 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 1 5 mm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 P E T E O S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 P E T E O S膜の化学機械研磨を行い、 評価した。 結果は表 1に示した。 表 1
Figure imgf000034_0001
表 1 (つづき)
Figure imgf000035_0001
表 1 (つづき)
Figure imgf000036_0001

Claims

請 求 の 範 囲
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 つて、
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. 0 mmであり、 上記第二の溝幅が 0. 2〜 0. 5 mm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. 0 mmであり、 上記第二の溝幅が 0. 2〜 0. 5 mm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 . 5 mmであり、 上記第二の溝幅が 0 . 6〜 2 . 0 mm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 つて、
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。
1 0. 上記第一の溝幅が 0. 5〜2. 0 mmであり、 上記第二の溝幅が 0. 2 〜0. 5 mmである、 請求項 9に記載の化学機械研磨パッド。
1 1 . 請求項 1〜 Γ0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。
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