JP2010155339A - 高速溝パターン - Google Patents

Abstract

【課題】スループット増加のために除去速度を増加させ、ウェーハの歩留り増加のための研磨パッドを提供。
【解決手段】研磨パッドは、中心と、中心を囲む内側領域と、内側領域から内側領域を囲む外側領域まで溝をつなぐ移行領域とを含む。外側領域は、高速経路を持つ多数の溝を有する。移行領域は、外側領域に隣接し、以下のとおり画定される中心からの半径内にあり：

内側領域が外側領域まで途切れなく伸びる連続する溝の起点となる。
【選択図】なし

Description

発明の背景
本発明は、一般に、ケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）のための研磨パッドの分野に関する。特に、本発明は、研磨性能を改善する研磨パッド溝を導出することに関する。

半導体ウェーハ上での集積回路および他の電子機器の製造においては、導体、半導体および絶縁体材料の多数の層をウェーハ上に堆積させ、エッチングする。これらの材料の薄い層は、幾多もの堆積技術によって堆積させることができる。最新のウェーハ加工で一般的な堆積技術としては、物理蒸着法（ＰＶＤ）（スパッタリングとしても知られる）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ増強化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）および電気化学的めっき法がある。一般的なエッチング技術としては、とりわけ、湿式および乾式の等方性および異方性エッチングがある。

材料層が逐次に堆積され、エッチングされるにつれ、ウェーハの表面が非平坦になる。後続の半導体加工（フォトリソグラフィーなど）は、ウェーハが平坦面を有することを要するため、ウェーハを定期的に平坦化する必要がある。望ましくない表面トポグラフィーならびに表面欠陥、たとえば粗面、凝集した材料、結晶格子の損傷、スクラッチおよび汚染された層または材料を除去するためには平坦化が有用である。

ケミカルメカニカルプラナリゼーションまたはケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）は、半導体ウェーハおよび他の加工物を平坦化するために使用される一般的な技術である。二軸回転研磨機を使用する従来のＣＭＰでは、ウェーハキャリヤまたは研磨ヘッドがキャリヤアセンブリに取り付けられる。研磨ヘッドはウェーハを維持し、研磨機内で研磨パッドの研磨層と接する状態に位置させる。研磨パッドは、平坦化されるウェーハの直径の二倍よりも大きい直径を有する。研磨中、研磨パッドおよびウェーハは各同心円中心を中心に回転し、ウェーハが研磨層と係り合う。ウェーハの回転軸は、研磨パッドの回転軸からウェーハの半径よりも大きい距離だけオフセットし、パッドの回転がパッドの研磨層上に環状の「ウェーハトラック」を描き出す。ウェーハの唯一の運動が回転である場合、ウェーハトラックの幅はウェーハの直径に等しい。しかし、一部の二軸研磨機では、ウェーハは、その回転軸に対して垂直な平面で振動する。この場合、ウェーハトラックの幅は、振動による変位を考慮する量だけウェーハの直径よりも広くなる。キャリヤアセンブリは、ウェーハと研磨パッドとの間に制御可能な圧力を提供する。研磨中、スラリーまたは他の研磨媒体が研磨パッド上に流され、ウェーハと研磨層との間の隙間に流し込まれる。ウェーハ表面は、研磨層および表面上の研磨媒体の化学的かつ機械的作用によって研磨され、平坦化される。

ＣＭＰの際の研磨層、研磨媒体およびウェーハ表面の間の相互作用は、研磨パッド設計の最適化に向けた取り組みのなか、ますます研究されている。長年にわたる研磨パッド開発の大部分は、経験的性質のものであった。研磨面または研磨層の設計の多くは、スラリー利用度を高める、または研磨均一性を調整すると主張されるさまざまな空隙のパターンおよび溝配置をこれらの層に提供することに集中してきた。長年にわたり、多様な溝および空隙のパターンおよび配置が具現化されてきた。先行技術による溝パターンとしては、とりわけ、半径方向、同心円形、デカルトグリッド状およびらせん状がある。先行技術による溝配置形態としては、すべての溝の幅および深さがすべての溝にわたって均一である配置形態ならびに溝の幅または深さが溝ごとに異なる配置形態がある。しかし、これらの溝パターンおよび配置形態では、有効なウェーハキャリヤリングを有するＣＭＰ研磨機に関連するスラリー利用度が看過されている。

近年、G.P. Muldowneyは、米国特許第２００８／０１８２４９３号で、スラリー利用度を増加させるために、複数の位置にわたって研磨パッド溝をキャリヤ溝と整列させることによって機能する低スラリー溝を開示した。この特許は、パッドテクスチャー上のスラリーなどの液体の膜の多くがキャリヤリングによって掃き落とされるウェーハの前縁でスキージ作用を低減する研磨パッドとキャリヤリングの組み合わせを教示している。この特許は、さらに「この潜在的に使用可能なスラリーの損失は、研磨工程の有効性および予測可能性を低減させ、結果として有意な追加的工程コストをもたらす」と記述している。

Muldowneyによる低スラリー溝パターンはスラリー利用度を増加させスキージ作用を低減するものの、改善された研磨性能を持つ、効果的な除去速度を提供するＣＭＰ研磨プロセスが依然として要望されている。研磨パッドの設計者は、ツールのスループット増加のために除去速度を増加させ、ウェーハの歩留り増加のために改善された研磨性能を容易にする溝パターンおよび研磨方法を常に追求している。

発明の記述
一つの態様では、本発明は、研磨媒体の存在下で磁性基材、光学基材および半導体基材の少なくとも一つを研磨パッドで研磨するために有用な研磨パッドであって、研磨パッドが、：中心と、中心を囲む内側領域と、内側領域から内側領域を囲む外側領域まで溝をつなぐ移行領域とを含み、外側領域が多数の溝を有し、多数の溝が高速経路を有し、高速経路の少なくとも５０パーセントが研磨パッドの同心円中心を基点とする極座標中の溝軌跡φ（ｒ）の２０パーセント以内にあり、（１）研磨パッドの同心円中心と被研磨基材の回転中心との間の距離Ｒ、（２）キャリヤ固定具の半径Ｒ_ｃおよび（３）キャリヤ固定具の溝の局所角度θ_ｃ０に関して画定され、以下のとおり溝の式で画定され：

移行領域が外側領域に隣接し以下のとおり画定される中心からの半径内にあり：

内側領域が外側領域まで途切れなく伸びる連続する溝の起点となる、研磨パッドを提供する。

もう一つの態様では、本発明は、研磨媒体の存在下で磁性基材、光学基材および半導体基材の少なくとも一つを研磨パッドで研磨するために有用な研磨パッドであって、研磨パッドが、：中心と、中心を囲む内側領域と、内側領域から内側領域を囲む外側領域まで溝をつなぐ移行領域とを含み、外側領域が多数の溝を有し、多数の溝が高速経路を有し、高速経路の少なくとも５０パーセントが研磨パッドの同心円中心を基点する極座標中の溝軌跡φ（ｒ）の１０パーセント以内にあり、（１）研磨パッドの同心円中心と被研磨基材の回転中心との間の距離Ｒ、（２）キャリヤ固定具の半径Ｒ_ｃおよび（３）キャリヤ固定具の溝の局所角度θ_ｃ０に関して画定され、以下のとおり溝の式で画定され：

移行領域が外側領域に隣接し以下のとおり画定される中心からの半径内にあり：

内側領域が外側領域まで途切れなく伸びる連続する溝の起点となり、移行領域が２５〜７５パーセントのＡｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}を有する研磨パッドを提供する。

溝付きキャリヤリングとともに使用するために作製される先行技術による研磨パッドの概略上面図である。 図１の線２−２における図１の研磨パッドの拡大断面図である。 本発明の研磨パッドに溝経路を作り出すために使用される形状を含む、図１の研磨パッドの概略上面図である。 図１の高速溝パターンの概略上面図である。 図４のブロック４−４内からの、高速溝パターンの移行領域の概略上面図である。 図４のブロック４−４に挿入される高速溝パターンである。 広い円形溝および円弧形溝を持つ、図５の移行領域の概略上面図である。 狭い円形溝および円弧形溝を持つ、図５の移行領域の概略上面図である。 二つの円形溝および円弧形溝を有する移行領域の概略上面図である。 五つの円形溝および円弧形溝を有する移行領域の概略上面図である。 相互につながった円弧形溝を有する移行領域の概略上面図である。 キャリヤスロット角度０°を有する高速溝パターンの概略上面図である。 図９の内側領域、移行領域および直近の外側領域の概略上面図である。 キャリヤスロット角度−３８°を有する高速溝パターンの概略上面図である。 図１０の内側領域、移行領域および直近の外側領域の概略上面図である。 本発明に従った研磨システムの概略図である。

発明の詳細な説明
三領域溝構造を有するＣＭＰ研磨パッドが速度および研磨均一性を改善できることが見いだされた。研磨パッドは、外側高速領域、移行領域および内側領域を包含する三領域溝構造を使用する。移行領域は、連続する途切れない溝が内側領域溝と外側領域溝をつなぐ、画定される位置を有する。これらの三領域は、組み合わさって、改善されたウェーハ内研磨均一性を持つ高速研磨パッドを提供する。

ここで図面を参照すると、図１は、本発明に従って作製される研磨パッド１００の一つの実施態様を例示する。後に論じるように、研磨パッド１００は、詳細には、研磨中、研磨パッドと対面する複数のキャリヤ溝１１２を含有するキャリヤリング１０８を有する、ウェーハキャリヤなどの対応する各キャリヤ１０４と協調して設計される。より詳細には、研磨パッド１００は、研磨パッドがキャリヤ１０４の下方を掃くにつれ、スラリーなどの研磨媒体（図示せず）がより容易に半導体ウェーハ１２０などの被研磨物品に到達することができるようにキャリヤ溝１１２と連携して構成される複数のパッド溝１１６を包含する。一般に、パッド溝１１６とキャリヤ溝１１２との間のこの連携は、研磨パッド１００およびキャリヤ１０４が各々所定の方向Ｄ_パッド、Ｄ_キャリアに回転するにつれ、前縁１２４の少なくとも一部分に沿ってパッド溝とキャリヤ溝とが相互に整列する形態で生じる。本明細書の目的において、パッド溝とキャリヤ溝との整列とは、キャリヤリング溝の全体的な長さがその幅の少なくとも部分において研磨パッド溝と重なることにより、キャリヤリングの外側の研磨パッド表面からキャリヤリングの内側の基材にわたって連続する経路が形成され、キャリヤリングの外側から内側に進む研磨媒体のための流動路の利用可能な高さがキャリヤ溝そのものの高さより大きくなる、研磨中の瞬間的な状態を指す。パッド溝１１６とキャリヤ溝１１２との整列は、このような整列が生じない場合に比べ、二つの溝が整列する場合には各溝の溝体積が追加されるため、事実上、キャリヤリング１０８にわたってより大きい流動通路を提供する。キャリヤリング１０８上のキャリヤ溝１１２のさまざまな外形に合致させるための、研磨パッド１００上のパッド溝１１６のさまざまな例示的な外形の詳細を後に記載する。しかし、例示的な代替実施態様におけるパッド溝１１６および他の類似する溝の外形の派生について記載する前に、研磨パッド１００の物理的な特性の一部を次に記載する。

図２および図１を参照すると、研磨パッド１００は、さらに研磨面１３２を有する研磨層１２８を包含することができる。一つの例では、研磨層１２８は、研磨層１２８と一体で形成することができる、または研磨層１２８とは別個に形成することができるバッキング層１３６で支持することができる。研磨パッド１００は、通常、円形のディスク形状を有し、研磨面１３２は同心円中心Ｏおよび円形の外周１４０を有する。後者は、特定の長さの半径Ｒ_パッドで例示されるように、Ｏからの半径方向距離に配設することができる。キャリヤ適合溝１１６の少なくとも一部分は、半径方向または曲線の半径方向の形状を有する。本明細書の目的において、半径方向または曲線の半径方向の形状は、半径Ｒ_パッドの長さに沿った少なくとも一つの位置において研磨パッド１００の半径Ｒ_パッドに接する。研磨層１２８は、被研磨物品、たとえば、とりわけ半導体ウェーハ、コンピュータハードドライブのディスクなどの磁性媒体物品または屈折レンズ、反射レンズ、平面反射板もしくは透明平面物品などの光学部品を研磨するために好適な任意の材料から作製することができる。研磨層１２８のための材料の例としては、例示のためであって限定するものではないが、さまざまなポリマープラスチック、たとえば、とりわけポリウレタン、ポリブタジエン、ポリカーボネートおよびポリメチルアクリレートがある。

パッド溝１１６は、幾多もの好適な方式のうち、任意の方式で研磨面１３２上に配置することができる。一つの例では、パッド溝１１６は、一定の角ピッチを使用するなど、同心円中心Ｏの周囲にわたって円周方向に単一の溝形状を反復させた結果であることができる。図１に示すもう一つの例では、パッド溝１１６は、一定の角ピッチなど、同心円中心Ｏの周囲にわたって円周方向に反復する少なくとも一つの溝セット１４４で配置することができる。一つの例では、溝セット１４４は、類似の形状を共有しながらも種々の量にわたって伸びる複数の個々のパッド溝１１６を含む。有利には、個々のパッド溝１１６は、隣接する溝間の離間で隔てられている。これらの溝は、もう一つの溝、たとえば円形の、らせん状の、またはＸ−Ｙ溝と交差することが可能である。しかし、有利には、これらの隣接する溝は、ウェーハトラックの他の溝と交差しない。理解されるように、研磨パッド１００の円形の性質のため、パッドの同心円中心Ｏの近接点からパッドの外周またはその付近まで伸び、一定の角ピッチを有する多数の溝の間の離間は、パッドの外周に向かって当然に増加する。その結果、より均一な溝切りを提供するため、一部の設計では、離間がある量を超える場合、より多くの、かつより短いパッド溝１１６を研磨パッド１００に提供することが望ましい。同心円中心Ｏの周囲にわたって、いくつかの溝セット１４４を所望のように形成することができることは容易に理解される。

さらに、図１に加えて図２を参照すると、複数の溝１１６は、それぞれ任意の好適な方式、たとえばフライス加工、成形、レーザ切削などで研磨層１３２に形成することができる。複数のパッド溝１１６をそれぞれ所望のとおりに断面形状１４８で形成し、特定のセットの設計基準に合致させることができる。一つの例では、複数のパッド溝１１６は、それぞれ溝断面形状１４８ａ（図２）などの矩形断面形状を有することができる。もう一つの例では、それぞれのパッド溝１１６の断面形状１４８は、溝の長さに沿って異なることができる。さらにもう一つの例では、断面形状１４８は、パッド溝１１６ごとに異なることができる。なおもう一つの例では、多数の溝セット１４４が提供される場合、断面形状１４８は、溝セットごとに異なることができる。当業者は、パッド溝１１６の断面形状１４８を実施するうえで設計者が有する広範囲にわたる断面形状を認識する。

ここで図１〜図３を参照すると、それぞれのパッド溝１１６（図１）に対し、キャリヤ適合溝形状１５２が提供される。高いレベルでは、キャリヤ適合溝形状１５２は、それぞれの対応する溝１１６の方向、位置および輪郭を記載する複数の点１５６によって画定することができる。点１５６は、それぞれ、軸、たとえば、例として水平軸１６０と研磨パッド１００の同心円中心Ｏから投影する半径ｒとの間に形成される角度φによって配設することができる。一つの例では、キャリヤ適合溝形状１５２は、研磨面１３２の全体的なまたは実質的に全体的な半径方向距離、すなわちＲ_パッドにわたって画定することができる。もう一つの例では、キャリヤ適合溝形状１５２は、ウェーハ１２０などの被研磨物品の位置に対して画定することができる。さらにもう一つの例では、キャリヤ適合溝形状１５２は、研磨面１３２（図２）上の研磨トラック１６４の一部分、すなわち研磨中にウェーハ１２０または他の被研磨物品と対面する研磨面の領域内に画定することができる。通常、キャリヤ適合溝は、中心Ｏから半径方向で測定されるウェーハトラックの少なくとも５０パーセントを占める。有利には、キャリヤ適合溝は、中心Ｏから半径方向で測定されるウェーハトラックの少なくとも三分の二を占める。最も有利には、キャリヤ適合溝は、全体的なウェーハトラックを占める。研磨トラック１６４は、内側境界１６４ａおよび外側境界１６４ｂで画定することができる。当業者は、内側および外側境界１６４ａ、１６４ｂがほぼ円形であるとしても、研磨機が被研磨物品または研磨パッド１００に軌道動作または振動動作を与える場合、これらの境界が変調されることができることを容易に理解する。

キャリヤ適合溝形状１５２は、三つの幾何学的パラメータの関数として画定される。第一のパラメータは、研磨パッド１００の同心円中心Ｏと被研磨基材１２０の回転中心Ｏ’との間の距離Ｒである。キャリヤ１０４がその回転軸に対して垂直な平面で振動する場合、距離Ｒは時間の周期関数であり、キャリヤ適合溝形状１５２を決定するために使用するＲの値は、最小値、最大値または中間値であることができ、好ましくはＲの時間平均値が使用される。第二のパラメータは、キャリヤ１０４の半径Ｒ_ｃである。通常、キャリヤ半径Ｒ_ｃは、回転中心Ｏ’から測定されるキャリヤリング１０８の外側半径を表す。しかし、当業者は、あるいはキャリヤ半径Ｒ_ｃが、回転中心Ｏ’からキャリヤリング１０８上のもう一つの位置、たとえば、例として図３に例示されるように、キャリヤリング１０８の中間幅またはキャリヤリング１０８の内側半径までの半径方向距離を表すことができることを理解する。第三のパラメータは、キャリヤ溝１１２の角度θ_ｃ０である。キャリヤ溝１１２は、軸、たとえば、例として水平軸１６０とともに局所角度θ_ｃを形成する方式でキャリヤリング１０８上において方向付けられると考えることができる。この場合、キャリヤ溝１１２は図示されるように方向付けられ、キャリヤ溝１１２ａの局所角度θ_ｃは０°であり、キャリヤ溝１１２ｂの局所角度θ_ｃは４５°であり、キャリヤ溝１１２ｃの局所角度θ_ｃは−４５°である。当業者は、図示された残りのキャリヤ溝１１２について、局所角度θ_ｃを決定する手法を容易に認める。代替キャリヤ溝方向を有する代替キャリヤリングのキャリヤ溝の局所角度θ_ｃは、同一の方式で容易に決定することができる。キャリヤ適合溝形状１５２を決定するために使用される基本局所角度θ_ｃ０は、キャリヤ溝１１２がキャリヤ半径Ｒ_ｃに対応する距離で水平軸１６０を横切る交差点１１４に形成される角度である。画定されるとおり、基本局所角度θ_ｃ０は、正、負またはゼロであることができる。

キャリヤ適合溝形状１５２は、研磨トラック１６４の幅内のいずれにおいても、換言すれば、内側境界１６４ａの半径よりも大きくまたは等しく、かつ外側境界１６４ｂの半径よりも小さいまたは等しい任意の半径で良好に画定される。内側境界１６４ａは、キャリヤ１０４が振動する場合にはｒおよびＲが時間平均値であり、そうでない場合には固定値である、同心円中心Ｏから引かれる半径ｒ＝Ｒ−Ｒ_Ｃで画定することができる。外側境界１６４ｂは、キャリヤ１０４が振動する場合にはｒおよびＲが時間平均値であり、そうでない場合には固定値である、同心円中心Ｏから引かれる半径ｒ＝Ｒ＋Ｒ_Ｃで画定することができる。キャリヤ適合溝形状１５２を画定する同心円中心Ｏから引かれるｒの値は、したがって、（Ｒ−Ｒ_Ｃ）で始まり、（Ｒ＋Ｒ_Ｃ）で終わる半径の区間に及ぶ。ｒの値が（Ｒ−Ｒ_Ｃ）よりも小さい、または（Ｒ＋Ｒ_Ｃ）よりも大きい、この半径の区間の外側では、パッド溝１１６は、好ましくは研磨トラック１６４の、対応するより近い境界における勾配に等しい、または類似した勾配でキャリヤ適合溝形状１５２を外挿することによって得られる軌跡に従う。

さらに、キャリヤ適合溝形状１５２の部分または全部に沿ったそれぞれの点１５６は、水平軸１６０上に配設されるウェーハキャリヤ１０４の回転中心Ｏ’に関して測定されるキャリヤ角度φ_ｃによって記載し、キャリヤ半径Ｒ_ｃによって定めることもできる。所与の点１５６は、したがって同心円中心Ｏを基点とするグローバル極座標（ｒ、φ）に関して、または回転中心Ｏ’を基点とする局所極座標（Ｒ_ｃ、φ_ｃ）に関して配設することができる。この幾何学的等価から、以下の式１によって与えられる、研磨性能の改善を提供するキャリヤ適合溝の軌跡のための方程式を立てることが可能になる。

式１

式１によって与えられる軌跡の重要な特徴は、パッド中心からの特定の半径ｒ^＊において、無限微分ｄφ／ｄｒである、特異点にある。特異点の半径ｒ^＊は、積分方程式の分母がゼロを通るｒの値であり、以下の式２によって与えられ、決定することができる。

式２

半径ｒ^＊は、当然に式１によって与えられる全溝軌跡を内側領域と外側領域とに区分する。どちらの側からも半径ｒ^＊に近づき、式１によって記載される溝がごく小さい区間の半径ｒにわたって大きい範囲の角度φを横断し、したがって、きつく巻かれたらせんを形成する、内側領域と外側領域との間の移行領域を識別することも可能である。半径ｒ^＊にごく近いと、らせんの隣接する巻きは溝幅よりも緊密になり、溝は、円形トラフに統合される。特に、図４および図４Ａは、研磨パッド４００のブロック４−４内の移行領域で生じる溝軌跡の不連続を例示する。移行領域では、外側領域から近づく溝１１６ａと内側領域から近づく溝１１６ｂは合流し、増加した効果的な溝幅を有する円形トラフ１１７を形成する。溝１１６ａおよび１１６ｂの両方は、式１によって与えられ、同一の軌跡の部分であるが、式２によって与えられる半径ｒ^＊では、それらは、この領域にわたって直接に連続する流動経路を維持するのではなく、円形トラフ１１７に統合される。

式１によって与えられる軌跡の移行領域に当然に形成される高い溝面積がＣＭＰ性能に有益であることが見いだされた。図４および図４Ａの実施態様は、５７．６％のＡｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}を有し、一定のウェーハ領域で研磨速度を選択的に変えて、全般的な除去速度を増加させ、ウェーハ内不均一性を削減することができる。しかし、移行領域にわたる流動経路の不連続は望ましくなく、溝間の薄い先細な領域が変形しやすいため、合流する軌跡は、研磨パッド溝の製作を複雑化する。したがって、好ましい実施態様は、内側領域および外側領域の溝には式１によって与えられる軌跡を使用するものの、移行領域の溝が式１に従わずに、内側領域および外側領域の溝の経路を円滑につなぎ、移行領域にわたって高い溝面積も提供するように選ばれる三領域溝構造である。有利には、移行領域は、ｒ_ＴＲ＝０．７ｒ^＊〜１．３ｒ^＊の半径内で生じる。最も有利には、移行領域は、ｒ_ＴＲ＝０．８ｒ^＊〜１．２ｒ^＊の半径内で生じる。移行領域溝は移行領域のすべてまたは一部分を占めることができるが、溝は、少なくとも内側領域の縁から移行領域を通って外側領域まで途切れなく連続する。加えて、移行領域は、好ましくは少なくとも２５％の総表面積対溝表面積［Ａｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}＞２５パーセント］を有する。本明細書の目的において、表面比率は、研磨層の平面で測定される表面積を表す。好ましくは、この面積は、２５〜７５％の総表面積対溝表面積［２５〜７５パーセントのＡｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}］を有する。加えて、最も好ましくは、外側領域および移行領域は、同一の総表面積対溝表面積比率を有する。

好ましい実施態様では、キャリヤリング１０８および研磨パッド１００が回転するにつれ、それぞれのキャリヤ溝１１２は、有利にはウェーハ１２０の前縁に隣接する多数の位置で外側領域のさまざまなパッド溝１１６ｂと整列する。例として、キャリヤ溝１１２は、異なった時点で、ウェーハトラック１６４内のいくつかの隔てられた位置でウェーハ１２０の前縁に隣接する外側領域のパッド溝１１６ｂと整列することができる。研磨パッド１００およびキャリヤリング１０８の両方が反時計方向に回転する場合、外側領域の所与の一つのパッド溝１１６ｂと連続的なキャリヤ溝１１２との間の整列の瞬間点は、有利にはｒ_ＴＲより大きい半径で移行領域の付近で開始し、ウェーハトラック１６４にわたって外向きに移動し、その後、周辺１４０に近づく。同様に、研磨パッド１００およびキャリヤリング１０８の両方が時計方向に回転する場合、外側領域の所与の一つのパッド溝１１６ｂと連続的なキャリヤ溝１１２との間の整列点の瞬間点は、有利にはｒ_ＴＲより大きい半径で移行領域の付近で開始し、ウェーハトラック１６４にわたって外向きに移動し、その後、周辺１４０に近づく。

好ましくは、研磨は、同一の方向に回転するキャリヤ固定具またはリング１０８および研磨パッド１００によって生じる。φ_ｃ（ｒ）が負である場合、研磨パッド１００およびキャリヤリング１０８の両方が研磨面１３２の上方から見て反時計方向に回転する。φ_ｃ（ｒ）が正である場合、研磨パッド１００およびキャリヤリング１０８の両方が研磨面１３２の上方から見て時計方向に回転する。有利には、研磨は、θ_ｃ０が−９０〜９０度である上記の溝の式の２０パーセント以内にある高速溝経路によって生じる。本明細書の目的において、式の２０パーセント以内とは、同心円中心Ｏを基点とする所与の半径ｒでの溝経路のグローバル角度φの値が、同一の半径ｒで上記の式を使用して計算したグローバル角度φの値の０．８〜１．２倍の間にあることを意味し、式の１０パーセント以内とは、同心円中心Ｏを基点とする所与の半径ｒでの溝経路のグローバル角度φの値が、同一の半径ｒで上記の式を使用して計算したグローバル角度φの値の０．９〜１．１倍の間にあることを意味する。

最も有利には、研磨は、θ_ｃ０が−３０〜９０度である上記の溝の式の１０パーセント以内にある高速溝経路によって生じる。さらにまた、有利には、それぞれの高速溝経路の少なくとも５０パーセントは、高速溝の式の２０パーセント以内にとどまる。さらにまた、最も有利には、それぞれの高速溝経路の少なくとも５０パーセントは、高速溝の式の１０パーセント以内にとどまる。本明細書の目的において、式内にとどまる高速溝経路のパーセントは、同心円中心Ｏから外周１４０まで測定される半径方向のパーセンテージを指す。より有利には、研磨は、θ_ｃ０が０〜９０度である溝の式の２０パーセント以内にある高速経路によって生じる。最も有利には、研磨は、θ_ｃ０が３０〜６０度、たとえば４０度、４５度または４７．５度である溝の式の２０パーセント以内にある高速経路によって生じる。特に、θ_ｃ０が４０〜５０度である溝の式の２０パーセント以内にある高速経路による研磨は、優れた結果を実証した。

図５を参照すると、研磨パッド５００は、同心円中心Ｏから移行半径Ｒ_ＴＲ１までの研磨パッド５００の中心を取り囲む内側領域５０２を有する。内側領域５０２は、場合により、溝を含有するが、溝を含有しないこともできる。移行領域５０４は、Ｒ_ＴＲ１からＲ_ＴＲ２まで伸びる。内側領域５０２が溝を含有しない場合、溝のない中心ランディングが構成され、中心ランディングの外径が移行領域５０４の溝の起点となる。特に、それぞれの溝５０８は、Ｒ_ＴＲ１で開始され、Ｒ_ＴＲ２を通って、外側領域５０６に向かう。溝５０８は、移行領域５０４で円弧またはＵ字形状を有し、その後、外側領域５０６で溝５１０として式１に従い、図１の溝と類似する。加えて、移行領域５０４は、十分な溝表面積を確保し、移行領域５０４と外側領域５０６との間の溝表面積の割合のバランスを取るために広い円形溝５１２を含有する。この場合、円形溝５１２は、その幅が溝５０８および５１０の幅よりも大きいので、広いと特徴付けられる。

図５Ａでは、幅４．０mmの広い円形溝５１２Ａを持つ任意の移行領域の実施態様が、３２mmのＲ_ＴＲ１かつ４２mmのＲ_ＴＲ２で、５６．８パーセントのＡｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}を達成することができることを例示する。移行領域では、溝５０８Ａおよび５０８Ｂは、広い円形溝５１２Ａについての対応する円弧を表す。加えて、溝５０８Ａおよび５０８Ｂの円弧は、ともに広い円形溝５１２Ａにわたって連続する流動経路を形成する。移行領域を通って伸びた後、溝５０８Ｂは、式１によって画定される溝経路に従って外側領域を通ってパッドの外周（例示せず）へ連続する。有利には、外側領域は、ウェーハトラックにわたってＡｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}のバランスを取るために外側領域内が起点となる追加的な短尺溝を含有する。場合により、これらの溝は、互い違いにずらされた出発位置、不均等な角溝離間、反復するグループパターンまたはこれらの特徴の任意の組み合わせを有することができる。

図５Ｂでは、幅２．４mmの広い円形溝５１２Ｂを持つ任意の移行領域の実施態様が、３２mmのＲ_ＴＲ１かつ４２mmのＲ_ＴＲ２で、３９．３パーセントのＡｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}を達成することができることを例示する。移行領域では、溝５０８Ｃおよび５０８Ｄは、広い円形溝５１２Ｂについての対応する円弧を表す。加えて、溝５０８Ｃおよび５０８Ｄの円弧は、ともに広い円形溝５１２Ｂにわたって連続する流動経路を形成する。移行領域を通って伸びた後、溝５０８Ｄは、式１によって画定される溝経路に従って外側領域を通ってパッドの外周（例示せず）へ連続する。有利には、外側領域は、ウェーハトラックにわたってＡｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}のバランスを取るために外側領域内が起点となる追加的な短尺溝を含有する。場合により、これらの溝は、互い違いにずらされた出発位置、不均等な角溝離間、反復するグループパターンまたはこれらの特徴の任意の組み合わせを有することができる。

図６では、幅０．７６mmかつピッチ３．６mmの二つの狭い円形溝６１０および６１２を持つ任意の移行領域の実施態様が、３２mmのＲ_ＴＲ１かつ４２mmのＲ_ＴＲ２で、２８．９％パーセントのＡｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}を達成することができることを例示する。移行領域では、溝６０８は、円形溝６１０および６１２と交差する、連続する円弧を表す。移行領域を通って伸びた後、溝６０８は、式１によって画定される溝経路に従って外側領域を通ってパッドの外周（例示せず）へ連続する。有利には、外側領域は、ウェーハトラックにわたってＡｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}のバランスを取るために外側領域内が起点となる追加的な短尺溝を含有する。場合により、これらの溝は、互い違いにずらされた出発位置、不均等な角溝離間、反復するグループパターンまたはこれらの特徴の任意の組み合わせを有することができる。

図７では、幅０．７６mmかつピッチ１．２mmの五つの狭い円形溝７１０、７１２、７１４、７１６および７１８を持つ任意の移行領域の実施態様が、３２mmのＲ_ＴＲ１かつ４２mmのＲ_ＴＲ２で、５０．５％パーセントのＡｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}を達成することができることを例示する。移行領域では、溝７０８は、円形溝７１０、７１２、７１４、７１６および７１８と交差する、連続する円弧を表す。移行領域を通って伸びた後、溝７０８は、式１によって画定される溝経路に従って外側領域を通ってパッドの外周（例示せず）へ連続する。有利には、外側領域は、ウェーハトラックにわたってＡｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}のバランスを取るために外側領域内が起点となる追加的な短尺溝を含有する。場合により、これらの溝は、互い違いにずらされた出発位置、不均等な角溝離間、反復するグループパターンまたはこれらの特徴の任意の組み合わせを有することができる。

図８では、幅０．７６mmの溝による反復する入れ子になった円弧セグメントを持つ任意の移行領域の実施態様が、３２mmのＲ_ＴＲ１かつ４２mmのＲ_ＴＲ２で、３７．２％パーセントのＡｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}を達成することができることを例示する。移行領域では、溝８０８は、多数の溝円弧８１０、８１２、８１４、８１６および８１８に分かれる。加えて、溝円弧８１０、８１２、８１４、８１６および８１８は、最も有利にはｒ^＊についての鏡像を表す。移行領域を通って伸びた後、溝８０８は、式１によって画定される溝経路に従って外側領域を通ってパッドの外周（例示せず）へ連続する。有利には、外側領域は、ウェーハトラックにわたってＡｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}のバランスを取るために外側領域内が起点となる追加的な短尺溝を含有する。場合により、これらの溝は、互い違いにずらされた出発位置、不均等な角溝離間、反復するグループパターンまたはこれらの特徴の任意の組み合わせを有することができる。

図９および図９Ａを参照すると、研磨パッド９００は、０°のキャリヤ溝９０４（一つ例示する）を有するキャリヤリング９０２のために設計された溝９０８を包含する。０°のキャリヤ溝の場合、研磨パッド９００は、比較的大きい内側領域を包含する。したがって、溝９０８Ａは、式１に従って内側領域を通り、円弧形溝９０８Ｂとして移行領域を通り、式１に従って溝９０８Ｃとして外側領域を通って伸びる。移行領域では、溝９０８Ｂは、円形溝９１０および９１２を通って伸びる。あるいは、内側領域は、らせん状溝、たとえば等面積のらせん状溝を含有することができる。ただし、内側領域は、最も有利には式１に従った溝を含有する。

図１０および図１０Ａを参照すると、研磨パッド１０００は、−３８°のキャリヤ溝１００４（一つ例示する）を有するキャリヤリング１００２のために設計された溝１００８を包含する。−３８°のキャリヤ溝の場合、研磨パッド１０００は、ウェーハトラックの幅の半分を上回って伸びる大きい内側領域を包含する。したがって、溝１００８Ａは、式１に従って内側領域を通り、円弧形溝１００８Ｂとして移行領域を通り、式１に従って溝１００８Ｃとして外側領域を通って伸びる。移行領域では、溝１００８Ｂは、円形溝１０１０および１０１２を通って伸びる。あるいは、内側領域は、らせん状溝、たとえば等面積のらせん状溝を含有することができる。ただし、内側領域は、最も有利には式１に従った溝を含有する。

図１１は、物品、たとえばウェーハ１１０８を研磨するため、図５〜図１０の研磨パッドまたは本開示の他の研磨パッドであることができる研磨パッド１１０４と使用するのに好適な研磨機１１００を例示する。研磨機１１００は、研磨パッド１１０４が取り付けられるプラテン１１１２を包含することができる。プラテン１１１２は、プラテンドライバ（図示せず）によって回転軸Ａ１を中心に回転可能である。研磨機１１００は、さらに、プラテン１１１２の回転軸Ａ１に平行かつ離間した回転軸Ａ２を中心に回転可能であり、研磨中にウェーハ１１０８を支持するウェーハキャリヤ１１２０を包含することができる。ウェーハキャリヤ１１２０は、ウェーハ１１０８が研磨パッド１１０４の研磨面１１２４に対してごくわずかに非平行な態様をとることができるようにするジンバル式リンク（図示せず）を備えることができ、その場合、回転軸Ａ１、Ａ２は、相互に対してごくわずかに斜行していることができる。ウェーハ１１０８は、研磨面１１２４に面し、研磨中に平坦化される被研磨面１１２８を包含する。ウェーハキャリヤ１１２０は、ウェーハ１１０８を回転させ、研磨中に被研磨面とパッドとの間に所望の圧力が存在するよう下向きの力Ｆを提供して被研磨面１１２８を研磨パッド１１０４に押し当てるように適応されたキャリヤ支持アセンブリ（図示せず）によって支持することができる。研磨機１１００は、研磨面１１２４に研磨媒体１１３６を供給するための研磨媒体導入口１１３２を包含することもできる。

当業者が理解するように、研磨機１１００は、他の部品（図示せず）、たとえばシステム制御装置、研磨媒体貯蔵および計量供給システム、加熱システム、すすぎシステムならびに研磨工程のさまざまな態様を制御するためのさまざまな制御、たとえば、とりわけ：（１）ウェーハ１１０８および研磨パッド１１０４の一方または両方の回転速度のためのスピード制御装置および選択装置、（２）パッドへの研磨媒体１１３６の送出の速度および位置を異ならせるための制御装置および選択装置、（３）ウェーハと研磨パッドとの間に適用される力Ｆの大きさを制御するための制御装置および選択装置、ならびに（４）パッドの回転軸Ａ１に対するウェーハの回転軸Ａ２の位置を制御するための制御装置、作動装置および選択装置を包含することができる。当業者は、これらの部品を構築し、具現化する手法を認識し、したがって、当業者が本発明を認識し、実施するためのそれらの詳細な解説は不要である。

研磨中、研磨パッド１１０４およびウェーハ１１０８が各回転軸Ａ１、Ａ２を中心に回転し、研磨媒体１１３６が研磨媒体導入口１１３２から回転する研磨パッドの上に計量供給される。研磨媒体１１３６は、研磨面１１２４上に、ウェーハ１１０８と研磨パッド１１０４との間の隙間を包含して広がる。研磨パッド１１０４およびウェーハ１１０８は、通常、０．１rpm〜７５０rpmの間で選択されるスピードで回転するが、必ずしもそうである必要はない。力Ｆは、通常、ウェーハ１１０８と研磨パッド１１０４との間に０．１psi〜１５psi（６．９〜１０３kPa）の所望の圧力を誘発するように選択される大きさであるが、必ずしもそうである必要はない。移行領域におけるキャリヤ溝−パッド溝の整列および高い溝面積は、結果として基材除去速度の実質的な増加をもたらすことができる。

例
本例では、異なる移行領域を有する溝パターンを持つ、Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies、Newark、Delaware、USAによって製作されたポリウレタン研磨パッドIC1000で、移行領域を通して連続する溝および移行領域における大きい溝面積の効力を実証する。本例では、深さ０．７６mmかつ幅０．７６mmの溝を付けた、直径７７．５cmの硬質ポリウレタンパッドによる比較例を提供した。それぞれの溝パターンの二つのパッドを試験した。特に、ダウンフォース２６．６kPa、パッド回転速度１２０rpm、キャリヤ回転速度１１３rpmおよびスラリー流動速度１２０ml／分（min）でタングステンブランケットウェーハを研磨したところ、表１の結果が出た。平均値は、それぞれのタイプの二つのパッドで得られた結果の算術平均を指す。

式１に固有の合流する溝経路を含有する図４および図４Ａの当初の移行領域溝パターンに対して、図５および図５Ａの移行領域溝では、平均終点研磨温度が３℃下がり、平均ウェーハ間速度変動が４．９から１．５％に低減し、平均ウェーハ内不均一性が４．４から３．８％に低減した。同様に、図６の移行領域溝では、平均終点研磨温度が３℃下がり、平均ウェーハ間速度変動が４．９から４．１％に低減し、平均ウェーハ内不均一性が４．４から４．１％に低減した。これらのケースの間の平均除去速度および平均チャターマーク数の変化は有意とは考えない。最後に、図８の多数の円弧移行領域溝では、平均除去速度が１５％増加し、平均終点研磨温度が６℃下がり、平均ウェーハ間速度変動が４．９から０．７％に低減し、平均ウェーハ内不均一性が４．４から３．６％に低減したが、チャターマークの数字が一つ増加したことは、有意とは考えない。

本発明の三領域研磨パッドは、改善された研磨特性を持つ高除去速度を提供する。例として、研磨パッドは、除去速度を増加またはウェーハ内不均一性を改善することができる。加えて、研磨パッドの溝面積比率を調整することにより除去速度を調整し、移行領域の溝面積比率を調整することにより除去速度を微調節することが可能である。

Claims (10)

1. 研磨媒体の存在下で磁性基材、光学基材および半導体基材の少なくとも一つを研磨パッドで研磨するために有用な研磨パッドであって、研磨パッドが：
   中心と、
   中心を囲む内側領域と、
   内側領域から内側領域を囲む外側領域まで溝をつなぐ移行領域とを含み、外側領域が多数の溝を有し、多数の溝が高速経路を有し、高速経路の少なくとも５０パーセントが研磨パッドの同心円中心を基点とする極座標中の溝軌跡φ（ｒ）の２０パーセント以内にあり、（１）研磨パッドの同心円中心と被研磨基材の回転中心との間の距離Ｒ、（２）キャリヤ固定具の半径Ｒ_ｃおよび（３）キャリヤ固定具の溝の局所角度θ_ｃ０に関して画定され、以下のとおり溝の式で画定され：
   
   移行領域が外側領域に隣接し以下のとおり画定される中心からの半径内にあり：
   
   内側領域が外側領域まで途切れなく伸びる連続する溝の起点となる、研磨パッド。
2. 移行領域が円弧形溝を包含する、請求項１記載の研磨パッド。
3. 内側領域が溝の式の２０パーセント以内にある溝経路を有する、請求項１記載の研磨パッド。
4. 式によって画定される溝軌跡が０〜９０度であるθ_ｃ０の値に基づく、請求項１記載の研磨パッド。
5. 研磨媒体の存在下で磁性基材、光学基材および半導体基材の少なくとも一つを研磨パッドで研磨するために有用な研磨パッドであって、研磨パッドが：
   中心と、
   中心を囲む内側領域と、
   内側領域から内側領域を囲む外側領域まで溝をつなぐ移行領域とを含み、外側領域が多数の溝を有し、多数の溝が高速経路を有し、高速経路の少なくとも５０パーセントが研磨パッドの同心円中心を基点とする極座標中の溝軌跡φ（ｒ）の１０パーセント以内にあり、（１）研磨パッドの同心円中心と被研磨基材の回転中心との間の距離Ｒ、（２）キャリヤ固定具の半径Ｒ_ｃおよび（３）キャリヤ固定具の溝の局所角度θ_ｃ０に関して画定され、以下のとおり溝の式で画定され：
   
   移行領域が外側領域に隣接し以下のとおり画定される中心からの半径内にあり：
   
   内側領域が外側領域まで途切れなく伸びる連続する溝の起点となり、移行領域が２５〜７５パーセントのＡｒｅａ_{Ｇｒｏｏｖｅ}／Ａｒｅａ_{Ｔｏｔａｌ}を有する研磨パッド。
6. 移行領域が円弧形溝を包含する、請求項５記載の研磨パッド。
7. 内側領域が溝の式の２０パーセント以内にある溝経路を有する、請求項５記載の研磨パッド。
8. 移行領域が円形溝を包含する、請求項５記載の研磨パッド。
9. 式によって画定される溝軌跡が３０〜６０度であるθ_ｃ０の値に基づく、請求項５記載の研磨パッド。
10. 式によって画定される溝軌跡が４０〜５０度であるθ_ｃ０の値に基づく、請求項５記載の研磨パッド。