JP2019022930A - 台形ｃｍｐ溝パターン - Google Patents

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Abstract

【課題】ケミカルメカニカル研磨中、除去速度を高め、スラリーの使用量を少なくし、全体的な均一性を改善し、かつ欠陥を減少させる研磨パッドを提供する。【解決手段】研磨パッドは、ポリマーマトリックスを有する研磨層及び研磨層内の研磨層を研磨領域に分離する放射状供給溝を含んでいる。放射状供給溝は、少なくとも、研磨パッドの中心近傍の位置から外縁部近傍の位置まで延在している。各研磨領域は、脚セグメントを構成する２つの隣接する放射状供給溝を接続する平行な底辺セグメントを有する一連の間隔を空けられた非等脚台形の溝構造を含んでいる。一連の非等脚台形の溝構造は、一連の台形構造の周辺もまた台形である周辺を有する研磨パッドの外縁部近傍から中心近傍まで延在している。【選択図】なし

Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０1７年６月１６日に出願され現在係属中の米国特許出願第１５／６２４、９０８号（これは、２０１７年６月１４日に出願され現在係属中の米国特許出願第１５／６２３、２２１号の一部継続出願である）の一部継続出願である。
本発明は、ケミカルメカニカル研磨用パッド用の溝に関する。より詳細には、本発明は、除去速度を増加させ、全体的な均一性を改善し、ケミカルメカニカル研磨中の欠陥を減少させるための溝の設計に関する。
集積回路及び他の電子デバイスの製造において、導電性の、半導体性の、及び誘電性の材料の多層が、半導体ウェーハの表面に堆積され、且つ半導体ウェーハの表面から除去される。導電性の、半導体性の、及び誘電性の材料の薄い層は、多くの堆積技術を使用して堆積させうる。現代のウェーハ処理における一般的な堆積技術は、とりわけ、スパッタリングとしても公知である物理的蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）及び電気化学めっきを含んでいる。一般的な除去技術は、湿式及び乾式の、等方性及び異方性のエッチングを含んでいる。
材料の層が順次堆積されかつ除去されるにつれて、ウェーハの最上面は非平面的になる。後続の半導体処理（例えば、金属被膜法）は、ウェーハが平坦な表面を有することを必要とするため、ウェーハは平坦化される必要がある。平坦化は、望ましくない表面形状及び表面欠陥、例えば、粗い表面、凝集した材料、結晶格子の損傷、スクラッチ及び汚染された層又は材料、を除去するのに有用である。
ケミカルメカニカル平坦化、又はケミカルメカニカル研磨（ＣＭＰ）は、加工物（例えば、半導体ウェーハ）を平坦化又は研磨するために使用される一般的な技術である。従来のＣＭＰにおいて、ウェーハ搬送機又は研磨ヘッドは、搬送機アセンブリに取り付けられている。研磨ヘッドはウェーハを保持し、ウェーハをＣＭＰ装置内のテーブル又はプラテン上に載置された研磨パッドの研磨層と接触させて位置決めする。搬送機アセンブリは、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。同時に、研磨媒体（例えば、スラリー）が研磨パッド上に分配され、ウェーハと研磨層との間の隙間に引き込まれる。研磨パッド及びウェーハは、基板を研磨するように、典型的には互いに対して回転する。研磨パッドがウェーハの下で回転すると、ウェーハは、典型的には環状の研磨トラック又は研磨領域を掃き出し、ウェーハの表面は研磨層に直接対面する。ウェーハ表面は、研磨層及び表面上の研磨媒体の化学的及び機械的作用によって研磨されかつ平坦にされる。
ラインハルト（Reinhardt）達の米国特許第5,578,362号は、マクロテクスチャをパッドに提供するための溝の使用を開示している。特に、様々なパターン、輪郭、溝、螺旋、放射状、ドット又は他の形状を開示する。ラインハルト達に含まれる特定の例は、同心円及びＸ-Ｙ溝と重ね合わされた同心円である。同心円状溝パターンはパッドの縁部への直結の流路を提供しないので、同心円状溝は最も一般的な溝パターンであることが証明されている。
リン（Lin）達は、米国特許第6,120,366号の図２で、円形溝と放射状供給溝との組合せを開示している。この例は、同心円状溝パターンに２４個の放射状供給溝を追加することを示す。この溝パターンの欠点は、研磨パッド上の床面積が小さいために、スラリーの使用量が大幅に増加し、パッドの寿命が短くなって研磨が限定的にしか改善されないことである。
それにもかかわらず、研磨性能とスラリー使用のより良好な組み合わせを有するケミカルメカニカル研磨パッドが絶えず必要とされている。さらに、ケミカルメカニカル研磨中、除去速度を高め、スラリーの使用量を少なくし、全体的な均一性を改善し、かつ欠陥を減少させるところの溝に対する必要性が存在している。
本発明の一態様は、半導体基板、光学基板及び磁性基板の少なくとも１つのウェーハを研磨又は平坦化するのに適した研磨パッドを提供する。この研磨パッドは、ポリマーマトリックスと厚さとを有する研磨層であり、上記研磨層が、中心、外縁部、及び上記研磨パッドの上記中心から上記外縁部へ延在する半径を含む、上記研磨層と；上記研磨層を複数の研磨領域に分割する、上記研磨層内の放射状供給溝であり、上記放射状供給溝が、上記研磨パッドの少なくとも上記中心に近接する位置から上記外縁部に近接する位置まで延在する、上記放射状供給溝；及び、一連の間隔を空けられた非等脚台形の溝構造を含む各研磨領域であり、上記台形の溝構造が、脚セグメントを構成する２つの隣接する放射状供給溝を接続する平行な底辺セグメントを有し、上記底辺セグメントが、上記脚セグメントの各々と異なる角度で交差し、上記一連の非等脚台形の溝構造が、上記一連の台形構造の周辺もまた台形である周辺を有して、上記研磨パッドの上記外縁部の近傍から上記中心の方へ延在し、上記研磨パッドの回転が、研磨流体を、上記底辺セグメント、及び、上記脚セグメントの大部分を介して、上記研磨パッドの外縁部の方へ、且つ、内側への偏倚（斜めに偏りがある）、若しくは、外側への偏倚、及び、上記研磨パッドの回転方向に依存して、上記ウェーハの方へ、又は、上記ウェーハから離れるように移動させる、上記各研磨領域と、を備えている。
本発明の別の態様は、半導体基板、光学基板及び磁性基板の少なくとも１つのウェーハを研磨又は平坦化するのに適した研磨パッドを提供する。この研磨パッドは、ポリマーマトリックスと厚さとを有する研磨層であり、上記研磨層が、中心、外縁部、および上記研磨パッドの上記中心から上記外縁部へ延在する半径を含む、上記研磨層と；上記研磨層を複数の研磨領域に分割する、上記研磨層の放射状供給溝であり、上記研磨領域が、２つの隣接する放射状供給溝と上記中心と上記研磨領域を二等分する周囲弧の中点とを接続する二等分線とによって画定された扇形であり、上記放射状供給溝が、上記研磨パッドの少なくとも上記中心に近接する位置から上記外縁部に近接する位置まで延在する、上記放射状供給溝；及び、一連の間隔を空けられた非等脚台形の溝構造を含む各研磨領域であって、上記台形の溝構造が、脚セグメントを構成する２つの隣接する放射状供給溝を接続する平行な底辺セグメントを有し、上記底辺セグメントが、上記脚セグメントの各々と異なる角度で交差し、上記一連の非等脚台形の溝構造が、上記一連の台形構造の周辺もまた台形である周辺を有して、上記研磨パッドの上記外縁部の近傍から上記中心の方へ延在し、上記研磨パッドの回転が、研磨流体を、上記底辺セグメントの大部分、及び、上記脚セグメントを介して、上記研磨パッドの外縁部の方へ移動させ、且つ、上記二等分線から２０度〜８５度の角度での内側への偏倚、若しくは、上記二等分線から９５度〜１６０度の角度での外側への偏倚、及び、上記研磨パッドの回転方向に依存して、上記ウェーハの方へ、又は、上記ウェーハから離れるように移動させる、上記各研磨領域と、を備えている。
８つの研磨領域を有する内側偏倚研磨パッドの概略の上面図であり、その研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を接続する一連の内側へ偏倚された溝を有する。 図１の内側偏倚研磨パッドの概略の部分破断上面図である。 図１Ａの一連の非等脚台形溝の概略の部分破断上面図であり、台形の底辺を図面の下辺と平行に描くために回転させている。 相互に接続された内側への偏倚溝を有する図１の放射状供給溝の概略の部分破断斜視図である。 隣接する放射状供給溝を接続する一連の外側へ偏倚された溝を各々が有する８つの研磨領域を有する外側偏倚研磨パッドの概略上面図である。 図２の外側偏倚研磨パッドの概略の部分破断平面図である。 台形の底辺を図面の下辺と平行に表示するように回転させられた、図２Ａの一連の非等脚台形溝の概略の部分破断平面図である。 相互接続された外側への偏倚溝を有する図２の放射状供給溝の概略の部分破断斜視図である。 反時計回りのプラテン回転に対してウェーハの下での研磨流体の滞留時間を増加させるために、内側への偏倚溝が研磨流体を研磨パッドの外縁部に向けて流す方法の概略図である。 反時計回りのプラテン回転に対してウェーハの下での研磨流体の滞留時間を減少させるために、外側への偏倚溝が研磨流体を研磨パッドの外縁部に向けて流す方法の概略図である。 ３つの研磨領域を有している内側偏倚研磨パッドの概略の上面図であり、隣接する放射状供給溝を接続する一連の内側へ偏倚された溝をそれぞれが有している。 ３つの研磨領域を有する外側偏倚研磨パッドの概略の上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を接続する一連の外側へ偏倚された溝を各々が有している。 ４つの研磨領域を有する内側偏倚研磨パッドの概略の上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を接続する一連の内側へ偏倚された溝をそれぞれが有している。 ４つの研磨領域を有する外側偏倚研磨パッドの概略の上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を接続する一連の外側へ偏倚された溝を各々が有している。 ５つの研磨領域を有する内側偏倚研磨パッドの概略の上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を接続する一連の内側へ偏倚された溝を有している。 ５つの研磨領域を有する外側偏倚研磨パッドの概略の上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を接続する一連の外側へ偏倚された溝を各々が有している。 ６つの研磨領域を有する内側偏倚研磨パッドの概略の上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を接続する一連の内側へ偏倚された溝を各々が有している。 ６つの研磨領域を有する外側偏倚研磨パッドの概略の上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を接続する一連の外側へ偏倚された溝を各々が有している。 ８つの研磨領域を有する外側偏倚研磨パッドの半分が破断された概略上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を接続する一連の外側へ偏倚された湾曲溝を有している。 ８つの研磨領域を有する内側偏倚研磨パッドの半分が破断された概略の上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝に接続する一連の内側へ偏倚された湾曲溝を有している。 ８つの研磨領域を有する外側偏倚研磨パッドの１つの半分が破断された概略上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する湾曲した放射状供給溝を接続する一連の外側へ偏倚された溝を有している。 ８つの研磨領域を有する外側偏倚研磨パッドの半分が破断された概略の上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する湾曲した放射状供給溝を接続する一連の外側へ偏倚された湾曲溝を有している。 ８つの研磨領域を有する外側偏倚研磨パッドの半分が破断された概略上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する段付きの放射状供給溝を接続する一連の外側へ偏倚された湾曲溝を有している。 ８つの研磨領域を有する内側偏倚研磨パッドの半分が破断された概略上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する段付きの放射状供給溝を接続する一連の内側へ偏倚された湾曲溝を有している。 ８つの研磨領域を有する内側偏倚研磨パッドの半分が破断された概略上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する段付き放射状供給溝を接続する一連の内側へ偏倚された湾曲溝を有している。 ８つの研磨領域を有する内側偏倚研磨パッドの半分が破断された概略上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を接続する一連の内側へ偏倚された段付き溝を有している。 ８つの研磨領域を有する外側偏倚研磨パッドの半分が破断された概略上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝に接続する一連の外側へ偏倚された段付き溝を有している。 ８つの研磨領域を有する外側偏倚研磨パッドの半分が破断された概略上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する段付きの放射状供給溝を接続する一連の外側へ偏倚された段付き溝を有している。 ８つの研磨領域を有する内側偏倚研磨パッドの半分が破断された概略上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を全て接続する２つの一連の通常のピッチでの内側偏倚段付き溝の間に一連の増加したピッチでの内側偏倚段付き溝を有している。 ８つの研磨領域を有する外側偏倚研磨パッドの半分を破断した概略上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を全て接続する２つの一連の通常のピッチでの外側偏倚湾曲溝の間の一連の増加したピッチでの外側偏倚湾曲溝を有している。 ８つの研磨領域を有する内側偏倚研磨パッドの半分を破断した概略上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を全て接続する２つの一連の通常ピッチの内側偏倚湾曲溝の間の一連の増加したピッチでの内向き偏倚湾曲溝を有している。 ８つの研磨領域を有する内側偏倚研磨パッドの半分を破断した概略上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を全て接続する２つの一連の正常ピッチでの内側偏倚溝の間に一連の増加したピッチでの内側偏倚溝を有している。 ８つの研磨領域を有する内側偏倚研磨パッドの半分を破断した概略の上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝をすべて接続する２つの一連の増加したピッチでの内側偏倚段付き溝の間に直列の標準ピッチでの内側偏倚段付き溝を有している。 ８つの研磨領域を有する外側偏倚研磨パッドの半分を破断した概略の上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝をすべて接続する２つの一連の増加したピッチでの外側偏倚湾曲溝の間に直列の通常ピッチでの外側偏倚湾曲溝を有している。 ８つの研磨領域を有する内側偏倚研磨パッドの半分を破断した概略の上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝をすべて接続する２つの一連の増加したピッチでの内側偏倚湾曲溝の間に直列の通常のピッチでの内側偏倚湾曲溝を有している。 ８つの研磨領域を有する内側偏倚研磨パッドの半分を破断した概略の上面図であり、これら研磨領域の各々は、隣接する放射状供給溝を全て接続する２つの一連の増加したピッチでの内側偏倚溝の間に直列の通常ピッチでの内側偏倚溝を有している。
本発明の溝パターン及び方法は、研磨流体（例えば、研磨剤含有スラリー及び研磨剤を含有しない研磨溶液）の制御された且つ均一の分配を提供する。効率的な分配により、従来の溝に比べてスラリーの流れを減少させることができる。さらに、相互接続された溝経路は、研磨欠陥を低減するための研磨残屑が効率的な仕方でパッドを離れることを可能にする。最後に、溝パターンは、研磨の均一性、ウェーハプロファイル、ダイスケールの均一性を改善し、エッジ効果を改善しうる。
本明細書及び特許請求の範囲で使用される「台形」という用語は、平行な１対の辺のみを有する四角形又は四辺形を形成する相互接続された複数の溝を意味する。台形は、２つの平行な底辺とこれら底辺を接続する２つの脚とを有する。台形のすべての角度を合計すると３６０度になる。
本明細書及び特許請求の範囲で使用される「非等脚台形」という用語は、２つの非一致脚又は異なる長さの脚を有する台形を形成する相互接続溝を意味する。パッド中心に近い方の脚は、周囲に近い脚の長さよりも短い長さを有する。
本明細書及び特許請求の範囲で使用される「扇形」という用語は、２つの放射状供給溝と研磨パッドの外縁部に沿って延びる周囲円弧によって画定される研磨パッドの一部分を指す。放射状供給溝は、直線放射状、湾曲放射状、段付き放射状、又は他の形状を有しうる。
本明細書及び特許請求の範囲で使用される「研磨流体」という用語は、研磨剤含有研磨スラリー又は研磨剤を含まない研磨溶液を指す。
本明細書で使用される「偏倚角度θ」という用語は、研磨領域を二等分する二等分線と、隣接する放射状供給溝を接続する傾斜された偏倚溝との間の角度を指す。二等分線は、放射状供給溝の方向の変化に伴ってシフトし、各偏倚溝の端から端までの平均を表す。
本明細書及び特許請求の範囲で使用される「内側偏倚角度θ」という用語は、溝の頂部を下方に見て左から右に測定された、研磨パッドの中心の方へ内側に傾斜する偏倚角度を指す。
本明細書及び特許請求の範囲で使用される「外側偏倚角度θ」という用語は、溝の頂部を下向きに見て左から右に測定された、研磨パッドの外周の方へ外側に傾斜する偏倚角度を指す。
「ウェーハ」という用語は、磁気基板、光学基板、及び半導体基板を包含する。本明細書に含まれる表現（例えば、ウェーハ滞留時間）は、上側から見て、反時計回りの回転の場合はウェーハの左側へ、そして時計回りの場合はウェーハの右側へ研磨流体の落下点を仮定する。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される「ポリ（ウレタン）」という用語は、イソシアネートと活性水素基を含有する化合物との間の反応により形成されるポリマーであり、具体的には、（ａ）（i）イソシアネート及び（ii）ポリオール（ジオールを含む）から形成されたポリウレタン、及び（ｂ）（i）イソシアネートの（ii）ポリオール（ジオールを含む）及び（iii）水、アミン又は水とアミンとの組み合わせとの反応から形成されるポリウレタンを含む。本発明の研磨パッドは、有利にはポリマーであるが、最も有利にはポリウレタンポリマーである。
本発明の溝パターンは、多数の利点を提供する。第１の利点は、偏倚された溝の大部分がウェーハを同じ方向に掃引することである。全ての偏倚された溝を同じ方向に掃引することは、利益をさらに増加させる。ウェーハを同じ方向に掃引することは、ウェーハを溝で押し、研磨除去速度に有益な累積的な影響を与える。さらに、偏倚された溝が同じ方向に整列しているので、搬送部ヘッドを振動させることなくウェーハを研磨することが可能であり、又は遥かに小さい振幅で又はより遅い振動速度でそれを振動させうる。このことは、研磨パッドの縁部により近い、パッド中心から十分に離れた固定位置で、ウェーハを研磨することを可能にする。外縁部に近接するこれらの位置で、パッドは中心よりも速く回転し、除去速度をさらに増加させる。さらに、非振動モードにおける研磨は、研磨パッド及び保持リングの摩耗が少ないために、複数のウェーハにわたって一貫したエッジプロファイルを提供し、欠陥を低減し、研磨パッド寿命及び保持リング寿命を延ばす。振動を停止させることは、また、プラテンサイズを小さくした製造工具を使用することを可能にする。これは、デュアルプラテン及び４５０ｍｍサイズのＣＭＰツールにとって特に重要である。さらに、高速と低速との間の中心プロファイルを調整するために且つ一貫した平坦なプロファイルを提供するために、放射状溝の数、プラテン速度及び偏倚角度θの組み合わせを用いることが可能である。
さらに、供給溝及び偏倚溝は、研磨パッドを横切って一様なスラリー配分を容易にし、ウェーハ表面にわたって良好なスラリー配分を提供するように組み合わされる。これは、ウェーハ全体にわたる研磨速度プロファイルを調整し、プラテン速度又は偏倚角度θ又はその両方を変更することによって全体的な均一性を改善することを可能にする。さらに、偏倚角度θ又はキャリア速度、又はその両方を最適化することによって、ウェーハエッジプロファイルが上手く調整されうる。これは、極端に低いエッジ排除を伴う高度なロジック及び３Ｄ ＮＡＮＤでのウェーハエッジ歩留まりにとってより重要である。典型的には、研磨パッドは少なくとも３つの供給溝を有し、３〜３２の溝の間で変化させうる。典型的には、ウェーハは、１つの放射状供給溝及び多数の偏倚された溝の上にある状態と２以上の放射状供給溝及び多数の偏倚された溝の上にある状態との間で交代する。この均一な分布は、搬送部リングでのプールを排除し、研磨パッドがより効率的な方法で、又はスラリーの流れが減少して動作することを可能にする。
本発明の別の予期しない特徴は、ウェーハ表面における良好なスラリー分布とウェーハとパッドとの間の過剰な熱及び研磨温度を低下させることとにより、従来の溝よりも高い下に押す力での研磨を可能にすることである。これは、ＣＭＰ金属研磨（例えば、銅、タンタル及びタングステンの研磨）に特に重要である。これらの金属層、誘電体層、絶縁体層、及び他の材料層は、すべてウェーハ構成要素を表す。本発明の溝パターンは、多孔質及び非多孔質研磨パッドの両方で動作する。本発明の溝パターンは、非多孔質研磨パッド（例えば、一度に単一の単原子層を除去するための原子スケール研磨）による精密研磨に特に有用である。
内側及び外側へ偏倚された両方の溝は、研磨パッドから研磨流体を逃すように導くので、より少ない欠陥のために効率的な研磨デブリの除去を提供する。
図１及び図１Ａを参照すると、本発明の研磨パッド１０は、半導体基板、光学基板、及び磁気基板の少なくとも１つを研磨又は平坦化するのに適している。研磨層１２は、ポリマーマトリクス及び厚さ１４を有する。研磨層１２は、中心１６、外縁部１８及び中心１６から外縁部１８まで延びる半径（ｒ）を含む。有利には、ウェーハは、研磨パッド１０の中心１６から研磨パッドの外縁部１８に近い半径ｒに沿って、研磨パッド１０の中心１６に位置して、ウェーハの少なくとも１構成要素の除去速度を増加させる。放射状供給溝２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、及び３４は、中心１６から、又は任意の円形溝３６から開始する。放射状供給溝２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、及び３４は、研磨層１２を研磨領域４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、及び５４に分割する。特に、２つの隣接する放射状供給溝（例えば、２０及び２２）は、外縁部１８の周囲円弧１９と組み合わせて、研磨領域４０を画定する。研磨領域４２、４４、４６、４８、５０、５２、及び５４と共に研磨領域４０は、中心１６で小さな円形の扇形が切り取られた扇形の形状を有している。放射状供給溝２０、２２、２４ 、２６、２８、３０、３２、及び３４は、少なくとも中心１６に隣接する円形溝３６から外縁部１８まで又はそれに近接するまで有利に延在する。
図１Ａ及び１Ｂを参照すると、研磨領域４０は、一連の積重ねられた台形溝領域６０、６２、６４、６６及び６８を含んでいる。研磨領域４０は、溝のない中心領域を有する、研磨パッド１０の扇形（図１）を表す。平行な直線溝又は平行な底辺溝１６０、１６２、１６４、１６６、１６８、及び１７０は、台形溝領域６０、６２、６４、６６、及び６８の頂部及び底部を規定する。放射状供給溝２０の放射状供給溝セグメント２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、及び２０ｅは、それぞれ台形溝領域６０、６２、６４、６６、及び６８の左側を画定する。放射状供給溝２２の放射状供給溝セグメント２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、及び２２ｅは、それぞれ台形溝領域６０、６２、６４、６６、及び６８の右側を画定する。研磨領域４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、及び５４（図１）はすべて、平行な底辺溝で間隔を置いた一連の台形溝領域を含む。円形研磨パッド１０の形状又は研磨領域４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、及び５４の扇形を収容するために、台形溝領域は、しばしば外縁部１８又は円形溝３６を収容するように切断される。
台形溝領域６０、６２、６４、６６、及び６８はすべて、異なる長さの放射状の脚セグメントを有する非等脚台形の領域を表している。この溝パターンは中心に向かって内側への偏倚を有するので、放射状供給溝セグメント２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、及び２０ｅは、それぞれ放射状セグメント２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、及び２２ｅよりも長い。非等脚台形を表す各台形溝領域に加えて、積み重ねられた台形領域の周囲（例えば、台形領域６０、及び６２の周囲及び台形領域６０、６２、及び６４の周囲）は、非等脚台形を画定する。円形溝３６に隣接する台形領域７０は、円形溝３６を収容するための切り取られた部分を有している。同様に、外縁部１８に隣接する台形溝領域８０、８２、８４、８６、８８、９０、９２、９４、９６、及び９８はすべて、研磨パッド１０の外縁部１８の円形形状に適応するために切り取られた部分を有している。研磨パッドを回転させることは、研磨パッド１０の外縁部１８に亘る台形溝領域８０、８２、８４、８６、８８、９０、９２、９４、９６、及び９８の近傍の一連の偏倚された溝の一部分を通して使用済みの研磨流体を送り、ウェーハの下に新しい研磨流体の流れを可能にする。
図１Ａを参照すると、破線ＡＡは、外縁部１８の周囲円弧１９の中点に中心１６を接続することによって研磨領域４０を二等分している。離間された台形溝領域８０、８２、８４、８６、８８、９０、９２、９４及び９６の底辺は、角度θで線ＡＡと交差する。本明細書の目的のために、図１Ａ及び２Ａに図示されているように、中心が上にあり外縁部が下にあるとき、角度θは、右上向きの角度である。有利には角度θは、内側へ偏倚された溝の場合、２０〜８５度である。より有利には、角度θは、内側へ偏倚された溝の場合、３０〜８０度である。放射状供給溝２０は、台形溝領域６０、６２、６４、６６、及び６８と角度α１で交差する。放射状供給溝２２は、台形溝領域６０、６２、６４、６６、及び６８と角度β１で交差する。内側へ偏倚された台形溝領域６０、６２、６４、６６、及び６８に対して、α１の角度はβ１の角度よりも小さい。
図１Ｂを参照すると、研磨領域６０、６２、６４、６６、及び６８は、一連の離間した非等脚台形溝構造である。台形溝構造は、脚セグメント２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、及び２０ｅ並びに２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、及び２２ｅをそれぞれ形成する２つの隣接する放射状供給溝２０及び２２を接続している平行な底辺セグメント１６０、１６２、１６４、１６６、１６８、及び１７０を有している。底辺セグメント１６０、１６２、１６４、１６６、１６８、及び１７０は、脚セグメント（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、及び２０ｅ）及び（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、及び２２ｅ）のそれぞれと異なる角度で交差する。一連の非等脚台形溝構造は、研磨パッドの外縁部の近くから中心に向かって延在している。一連の台形の構造６０、６２、６４、６６、及び６８の周囲もまた台形である。
研磨パッドの回転は、底辺セグメント１６０、１６２、１６４、１６６、１６８、１７０及び脚セグメント（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、及び２０ｅ）及び（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、及び２２ｅ）を通して研磨パッドの外縁部に向かって研磨流体を移動させる。外側への移動に加えて、研磨流体は、研磨パッドの時計回りの回転でウェーハの方へ移動し、そして研磨パッドの反時計回りの回転でウェーハから離れるように移動する。ウェーハの方への研磨流体の動きは、ウェーハの下のスラリーの滞留時間を減少させ、ウェーハから離れる動きは、ウェーハの下のスラリーの滞留時間を増加させる。例えば、内側への偏倚は、反時計回りのプラテン回転についての滞留時間を増加させうる。有利には、全ての研磨領域は同じ偏倚を有する。
図１Ｃを参照すると、回転中に研磨流体は、回転する研磨パッド上に、放射状供給溝２２（２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃ）及び一連の偏倚された溝１６０、１６１、１６２、及び１６３内に分配される。遠心力は、研磨流体を放射状供給溝２２（２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃ）及び一連の偏倚溝１６０、１６１、１６２、及び１６３を通して研磨パッドの外縁部に向け矢印の方向に流す。さらに、研磨流体は、外側壁１６０ａ、１６１ａ、１６２ａ、及び１６３ａをそれぞれウェットランド領域６０ａ、６１ａ、６２ａ、及び６３ａへ溢れ出ることによって外側に移動する。次に、研磨流体は、後続の偏倚溝１６０及び１６２のそれぞれの内側壁１６１ｂ及び１６０ｂ（見えない別の偏倚溝、及びランド領域６０ａ及び６１ａに沿った流れに対しては見えない内側壁）に流れる。内側壁１６０ｂ及び外側壁１６０ａでの流れの矢印は、内向き偏倚溝１６０の内外への研磨流体の流れを示す。典型的には、偏倚溝１６０及び１６２は、偏倚溝１６１及び１６３と一直線にならない。隣接研磨領域の間の偏倚溝のこの非整合は、改善されたスラリー分布のために、放射状の供給溝２２への流れを容易にする。別の実施形態において、隣接する研磨領域の偏倚溝を整列させることが可能である。複数の回転のために回転する研磨パッドに対してウェーハを押圧し且つ回転させることは、溢れ出る研磨流体によって、全て濡らされたランド領域６０ａ、６１ａ、６２ａ、及び６３ａを有するウェーハの少なくとも１構成要素が除去される。
図１から図１Ｃまでを参照すると、研磨パッド１０は、好ましくは、少なくとも２０個の内側へ偏倚された溝（例えば、各研磨領域４０、４２、４４、４６、４８、及び６０内に１６０、１６２、１６４、１６６、１６８、及び１７０）を含んでいる。これら内側への偏倚溝は、隣接する放射状供給溝の間を接続する溝セグメントを表す。それらは、反時計回りのプラテン回転でのウェーハ基板の下でスラリー滞留時間を増加させるように組み合わせられる。より好ましくは、研磨パッド１０は、各研磨領域４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、及び５４内に２０〜１０００個の内側へ偏倚された溝を含む。最も好ましくは、研磨パッド１０は、それぞれ２０〜５００個の内側へ偏倚された溝を含む研磨領域４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、及び５４を含む。
典型的には、研磨パッド１０は、全放射状供給溝２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、及び３４（８）に対して少なくとも１５倍の全内側へ偏倚された溝、例えば、１６０、１６２、１６４、１６６、１６８、及び１７０、を有する。例えば、研磨パッド１０上の全放射状供給溝２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、及び３４（８）に対して２０〜１０００倍の内側へ偏倚された溝が存在してもよい。好ましくは、研磨パッド１０上の全放射状供給溝２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２及び３４（８）に対して２０〜５００倍の内側へ偏倚された溝を有する。
図２及び２Ａを参照すると、本発明の研磨パッド２１０は、半導体基板、光学基板及び磁性基板の少なくとも１つを研磨又は平坦化するのに適している。研磨層２１２は、ポリマーマトリックス及び厚さ２１４を有する。研磨層２１２は、中心２１６と、外縁部２１８と、中心２１６から外縁部２１８に延在する半径（ｒ）とを含んでいる。有利には、ウェーハは、研磨パッド２１０の中心２１６から研磨パッドの外縁部２１８の近くまでの半径ｒに沿った或る位置に、その後ウェーハの少なくとも１構成要素の除去速度を増加させるために研磨パッド２１０の中心２１６に置かれた状態を維持する。放射状供給溝２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２、及び２３４は、中心２１６から又は任意選択の円形溝２３６から始まる。放射状供給溝２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２、及び２３４は、研磨層２１２を研磨領域２４０、２４２、２４４、２４６、２４８、２５０、２５２、及び２５４に分離する。特に、２つの隣接する放射状供給溝、例えば２２０及び２２２は、外縁部２１８の周囲円弧２１９と組み合されて、研磨領域２４０を画定する。研磨領域２４０は、研磨領域２４２、２４４、２４６、２４８、２５０、２５２、及び２５４と共に、中心２１６において小さな扇形を取り除かれた扇形の形状を有する。放射状供給溝２２０、２２２、２２４ ２２６、２２８、２３０、２３２、及び２３４は、有利には、中心２１６に隣接する円形溝２３６から少なくとも外縁部２１８まで又はその近くまで延在する。
図２Ａ及び２Ｂを参照すると、研磨領域２４０は、一連の積重ねられた台形溝領域２６０、２６２、２６４、２６６、及び２６８を含む。研磨領域２４０は、溝がない中心領域を有する研磨パッド２１０の扇形を表す（図２）。平行な直線溝又は平行な底辺溝３６０、３６２、３６４、３６６、３６８、及び３７０は、台形溝領域２６０、２６２、２６４、２６６、及び２６８の上辺及び下辺を画定する。放射状供給溝２２０の放射状供給溝セグメント２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、及び２２０ｅは、それぞれ台形溝領域２６０、２６２、２６４、２６６、及び２６８の左側を画定する。放射状供給溝２２２の放射状供給溝セグメント２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、及び２２２ｅは、それぞれ台形溝領域２６０、２６２、２６４、２６６、及び２６８の右側を画定する。研磨領域２４０、２４２、２４４、２４６、２４８、２５０、２５２、及び２５４（図２）はすべて、平行な底辺溝で離間した一連の台形溝領域を含む。円形研磨パッド２１０の形状又は円形領域の研磨領域２４０、２４２、２４４、２４６、２４８、２５０、２５２、及び２５４に適合するために、台形溝領域は、しばしば、外縁部２１８又は円形溝２３６に適合するように切断される。
台形溝領域２６０、２６２、２６４、２６６、及び２６８はすべて、放射状脚セグメントが異なる長さの非等脚台形領域を表す。この溝パターンは、外縁部２１８に向かう外側への偏倚を有するので、放射状供給溝セグメント２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、及び２２０ｅは、それぞれ放射状セグメント２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、及び２２２ｅよりも長い。非等脚台形を表す各台形溝領域に加えて、積み重なった台形領域の周囲、例えば台形領域２６０及び２６２の周囲、及び台形領域２６０、２６２、及び２６４の周囲もまた、非等脚台形を画定する。円形溝２３６に隣接する台形領域２７０は、円形溝２３６を収容するため切り取られた部分を有する。同様に、外縁部２１８に隣接する台形溝領域２８０、２８２、２８４、２８６、２８８、２９０、２９２、２９４、及び２９６の全ては、円形溝２３６に隣接する台形領域２７０の一部分が、研磨パッド２１０の外縁部２１８の円形形状を収容するために切り取られた部分を有してている。研磨パッドを回転させると、ウェーハの下に新しい研磨流体を流すことができるように、使用済みの研磨流体が研磨パッド２１０の外縁部２１８を超えて、台形溝領域２８０、２８２、２８４、２８６、２８８、２９０、２９２、２９４、及び２９６に隣接する一連の偏倚された溝の一部分を通して送られる。
図２Ａを参照すると、破線ＡＡは、中心２１６を外縁部２１８の周囲円弧２１９の中点に接続することによって研磨領域２４０を二等分している。分離された台形溝領域２８０、２８２、２８４、２８６、２８８、２９０、及び２９２の底辺は、破線ＡＡと角度θで交差する。本明細書の目的のために、角度θは、中心が上にあり外縁部が下にある場合に、図１Ａ及び２Ａに図示されているように、右上側の角度である。有利には、角度θは、外側へ偏倚された溝に対して９５〜１６０度である。より有利なことには、角度θは、外向き偏倚溝に対して１００〜１５０度である。放射状供給溝２２０は、台形溝領域２６０、２６２、２６４、２６６、及び２６８と角度α２で交差する。放射状供給溝２２２は、台形溝領域２６０、２６２、２６４、２６６、及び２６８と角度β２で交差する。外側へ偏倚された台形溝領域２６０、２６２、２６４、２６６、及び２６８の場合に、α２の角度はβ２の角度よりも大きい。
図２Ｂを参照すると、研磨領域２６０、２６２、２６４、２６６、及び２６８は、一連の分離された非等脚台形溝構造である。台形溝構造は、脚セグメント２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、及び２２０ｅ、並びに２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、及び２２２ｅをそれぞれ形成する２つの隣接する放射状供給溝２２０及び２２２を接続する平行な底辺セグメント３６０、３６２、３６４、３６６、３６８、及び３７０を有する。底辺セグメント３６０、３６２、３６４、３６６、３６８、及び３７０は、脚セグメント（２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、２２０ｅ）及び（２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、２２２ｅ）のそれぞれと異なる角度で交差する。一連の非等脚台形溝構造は、外縁部の近傍から研磨パッドの中心に向かって延在している。一連の台形構造２６０、２６２、２６４、２６６、及び２６８の周囲もまた台形である。
研磨パッドの回転は、底辺セグメント３６０、３６２、３６４、３６６、３６８、及び３７０、並びに脚部セグメント（２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、及び２２０ｅ）及び（２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、及び２２２e）を通って研磨パッドの外縁部に向かって研磨流体を移動させる。外側への移動に加えて、研磨流体は、研磨パッドの時計回りの回転に対してはウェーハの方へ移動し、研磨パッドの反時計回りの回転に対してはウェーハから離れるように移動する。ウェーハの方への研磨流体の動きは、ウェーハの下のスラリーの滞留時間を減少させ、ウェーハから離れる動きはウェーハの下のスラリーの滞留時間を増加させる。例えば、外側への偏倚は、反時計回りのプラテン回転に対して滞留時間を減少させうる。有利には、全ての研磨領域は同じ偏倚を有する。
図２Ｃを参照すると、回転中、研磨流体は、回転する研磨パッド上及び放射状供給溝２２２（２２２ａ、２２２ｂ、及び２２２ｃ）並びに一連の偏倚された溝３６０、３６１、３６２、及び１６３に分配される。遠心力は、放射状供給溝２２２（２２２ａ、２２２ｂ、及び２２２ｃ）及び一連の偏倚された溝３６０、３６１、３６２、及び３６３を通して矢印の方向に、研磨パッドの外縁部の方へ研磨流体を移動させる。さらに、研磨流体は、外側壁３６０ａ、３６１ａ、３６２ａ、及び３６３ａを溢れ出ることによって、外側にそれぞれ濡れたランド領域２６０ａ、２６１ａ、２６２ａ、及び２６３ａにまで移動する。次に、研磨流体は、後続の偏倚溝３６０及び３６２のそれぞれの内側壁３６１ｂ及び３６０ｂ（ランド領域６０ａ及び６１ａに沿う流れのための見えない別の偏倚溝及び見えない内側壁）に流れ込む。内側壁３６０ｂ及び外側壁３６０ａでの流れの矢印は、外側への偏倚溝３６０に入り且つそこから出ていく研磨流体の流れを示す。典型的には、偏倚溝３６０及び３６２は、偏倚溝３６１及び３６３と整列しない。改良されたスラリー分配によって、放射状供給溝２２２の流れを容易にする。別の実施形態では、隣接する研磨領域の偏倚溝を整列させることが可能である。複数の回転のために回転する研磨パッドに対してウェーハを押圧して回転させると、溢れ出る研磨流体によって全て濡れたランド領域２６０ａ、２６１ａ、２６２ａ及び２６３ａを有するウェーハの少なくとも１構成要素が除去される。
図２〜図２Ｃを参照すると、研磨パッド２１０は好ましくは、少なくとも２０個の外側へ偏倚された溝、例えば２６０、２６２、２６４、２６６、２６８、及び２７０を、各研磨領域２４０、２４２、２４４、２４６、２４８、２５０，２５２、及び２５４に含んでいる。これらの外側への偏倚溝は、隣接する放射状供給溝間を接続する溝セグメントを表している。それらは、反時計回りのプラテン回転を有するウェーハ基板の下でのスラリー滞留時間を減少させるように組み合わされる。より好ましくは、研磨パッド２１０は、２０〜１０００個の外側へ偏倚された溝を、各研磨領域２４０、２４２、２４４、２４６、２４８、２５０、２５２、及び２５４に含んでいる。最も好ましくは、研磨パッド２１０は、２０〜５００個の外側へ偏倚された溝を、各研磨領域２４０、２４２、２４４、２４６、２４８、２５０、２５２、及び２５４に含んでいる。
典型的には、研磨パッド２１０は、全放射状供給溝２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２、及び２３４（８）に対する外側へ偏倚された溝全体、例えば、３６０、３６２、３６４、１６６、３６８、及び３７０の少なくとも１５倍を有する。例えば、研磨パッド２１０上に全放射状供給溝２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２、及び２３４（８）に対して、合計で２０〜１０００倍の外側へ偏倚された溝が存在しうる。好ましくは、研磨パッド２１０上に全放射状供給溝２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２、及び２３４（８）に対して２０〜５００倍の外側へ偏倚された溝が存在しうる。
図３及び３Ａを参照すると、どのように研磨パッドの遠心運動が偏倚溝３-３及び３ａ-３ａを通る研磨流体の外側への運動をもたらすかを、スラリー流動ベクトルは示している。矢印は、典型的なスラリー滴点を表しているＤＰと共に反時計回りのプラテン回転方向を示している。このスラリーベクトルは、ウェーハの下のスラリー流動点を表す点Ｗで交差する。内側への偏倚溝（図３）の場合、Ｖｉｂは内側への偏倚溝３-３を通る研磨流体の外方向への速度を表し、ＶＮは内側への偏倚溝３-３に垂直なスラリーの流れを表している。得られたスラリーの流れＶＴ又は速度の合計は、ウェーハに対して遅くなり、ウェーハの下の研磨流体の滞留時間を増加させる。外側への偏倚溝（図３Ａ）の場合、Ｖｏｂは外側への偏倚溝３ａ-３ａを通る研磨流体の外側への速度を表し、ＶＮは内側への偏倚溝３ａ-３ａに垂直なスラリーの流れを表している。得られたスラリーの流れＶＴ又は速度の合計は、ウェーハに対してより速くなり、ウェーハの下の研磨流体の滞留時間を減少させる。この溝の構造により、プラテン速度と偏倚角度とが、研磨流体の滞留時間を制御するように組み合わされる。
図４を参照すると、内側偏倚研磨パッド４００は、３つの研磨領域４０２、４０４、及び４０６を有している。放射状供給溝４０８、４１０、及び４１２は、研磨パッド４００を、角度１２０度で分離された等サイズの研磨領域４０２、４０４、及び４０６に分離する。図示されていない別の実施形態において、研磨領域を２つのサイズ、例えば１００度、１００度、及び１６０度に分離することが可能である。さらに別の実施形態において、研磨領域を３つの異なるサイズ、例えば１００度、１２０度、及び１４０度に分離することが可能である。研磨パッド４００が回転すると、長い偏倚された溝がウェーハを掃引して除去速度を改善する。この実施形態においては、放射状供給溝４０８、４１０、及び４１２が、研磨流体の分配を改善するように、偏倚された溝よりも大きな断面を有することは有利である。
図４Ａを参照すると、外側偏倚研磨パッド４５０は、３つの研磨領域４５２、４５４、及び４５６を有している。放射状供給溝４５８、４６０、及び４６２は、研磨パッド４５０を、１２０度で分離された等しいサイズの研磨領域４５２、４５４、及び４５６に分離する。図示されていない別の実施形態において、研磨領域を２つのサイズ、例えば、１００度、１００度、及び１６０度に分離することが可能である。さらに別の実施形態において、研磨領域を３つの異なるサイズ、例えば１００度、１２０度、及び１４０度に分離することが可能である。研磨パッド４５０が回転すると、長い偏倚された溝がウェーハを掃引して除去速度を改善する。この実施形態において、放射状供給溝４５８、４６０、及び４６２が、研磨流体の分布を改善するように、偏倚された溝よりも大きな断面を有することは有利である。
図５を参照すると、内側偏倚研磨パッド５００は、４つの研磨領域５０２、５０４、５０６、及び５０８を有する。放射状供給溝５１０、５１２、５１４、及び５１６は、研磨パッド５００を、９０度で分離された等サイズの研磨領域５０２、５０４、５０６、及び５０８に分離している。図示されていない別の実施形態において、研磨領域を２つのサイズ、例えば、８０度、１００度、８０度、及び１００度に分離することが可能である。別の代替実施形態において、研磨領域を４つの異なるサイズ、例えば、７０度、１１０度、８０度、及び１００度に分離することが可能である。さらに、研磨領域の順序を変えることも可能である。研磨パッド５００を回転すると、偏倚された溝がウェーハを掃引して除去速度を改善する。この実施形態において、放射状供給溝５１０、５１２、５１４、及び５１６は、研磨流体の分配を改善するように、偏倚された溝よりも大きな断面を有することが有利である。
図５Ａを参照すると、外側偏倚研磨パッド５５０は、４つの研磨領域５５２、５５４、５５６、及び５５８を有する。放射状供給溝５６０、５６２、５６４、及び５６６は、研磨パッド５５０を、９０度で分離された等サイズの研磨領域５５２、５５４、５５６、及び５５８に分離している。図示されていない別の実施形態において、研磨領域を２つのサイズ、例えば８０度、１００度、８０度、及び１００度に分離することが可能である。さらに別の実施形態において、研磨領域を４つの異なるサイズ、例えば７０度、８０度、１００度、及び１１０度に分離することが可能である。さらに、研磨領域の順序を変えることも可能である。研磨パッド５５０が回転すると、偏倚された溝がウェーハを掃引して除去速度を改善する。この実施形態において、放射状供給溝５６０、５６２、５６４、及び５６６が、研磨流体の分配を改善するように、偏倚された溝よりも大きな断面を有することが有利である。
図６を参照すると、内側偏倚研磨パッド６００は、５つの研磨領域６０２、６０４、６０６、６０８、及び６１０を有している。放射状供給溝６１２、６１４、６１６、６１８、及び６２０は、研磨パッド６００を７２度によって等サイズに分離された研磨領域６０２、６０４、６０６、６０８、及び６１０に分離する。図示されていない別の実施形態において、研磨領域を２つのサイズ、例えば、６０度、９０度、６０度、９０度、及び６０度に分離することが可能である。別の代替実施形態において、研磨領域を５つの異なるサイズ、例えば、５２度、６２度、７２度、８２度、及び９２度に分離することが可能である。さらに、研磨領域の順序を変えることも可能である。研磨パッド６００が回転するにつれて、偏倚された溝がウェーハを掃引して除去速度を向上させ、追加の放射状供給溝が研磨流体の分配を容易にする。この実施形態では、放射状供給溝６１２、６１４、６１６、６１８、及び６２０が、研磨流体の分配を改善するように、偏倚された溝よりも大きな断面を有することは有利である。
図６Ａを参照すると、外側偏倚研磨パッド６５０は、５つの研磨領域６５２、６５４、６５６、６５８、及び６６０を有する。放射状供給溝６６２、６６４、６６６、６６８、及び６７０は、研磨パッド６５０を７２度に分離された等サイズの研磨領域６５２、６５４、６５６、６５８、及び６６０に分離する。図示されていない別の実施形態において、研磨領域を２つのサイズ、例えば、６０度、９０度、６０度、９０度、及び６０度に分離することが可能である。別の代替実施形態において、研磨領域を５つの異なるサイズ、例えば、５２度、６２度、７２度、８２度、及び９２度に分離することが可能である。さらに、研磨領域の順序を変えることも可能である。研磨パッド６５０が回転するにつれて、偏倚された溝はウェーハを掃引して除去速度を改善し、追加の放射状の供給溝は研磨流体の分配を容易にする。この実施形態では、放射状供給溝６６２、６６４、６６６、６６８、及び６７０は、研磨流体の分配を改善するように、偏倚溝よりも大きな断面を有することが有利である。
図７を参照すると、内側偏倚研磨パッド７００は、６つの研磨領域７０２、７０４、７０６、７０８、７１０、及び７１２を有している。放射状供給溝７１４、７１６、７１８、７２０、７２２、及び７２４は、研磨パッド７００を６０度によって分離された等サイズの研磨領域７０２、７０４、７０６、７０８、７１０、及び７１２に分離している。図示されていない別の実施形態において、研磨領域を２つのサイズ、例えば、５０度、７０度、５０度、７０度、５０度、及び７０度に分離することが可能である。さらに別の実施形態において、研磨領域を６つの異なるサイズ、例えば、３０度、４０度、５０度、７０度、８０度、及び９０度に分離することが可能である。さらに、研磨領域の順序を変えることも可能である。研磨パッド７００が回転するにつれて、偏倚された溝はウェーハを掃引して除去速度を改善し、追加の放射状供給溝は研磨流体の分配を容易にする。この実施形態では、放射状供給溝７１４、７１６、７１８、７２０、７２２、及び７２４は、研磨流体の分配を改善するように、偏倚された溝よりも大きな断面を有することが有利である。
図７Ａを参照すると、外側偏倚研磨パッド７５０は、６つの研磨領域７５２、７５４、７５６、７５８、７６０、及び７６２を有している。放射状供給溝７６４、７６６、７６８、７７０、７７２、及び７７４は、研磨パッド７５０を６０度によって分離された等サイズの研磨領域７５２、７５４、７５６、７５８、７６０、及び７６２に分離する。図示されていない別の実施形態において、研磨領域を２つのサイズ、例えば、５０度、７０度、５０度、７０度、５０度、及び７０度に分離することが可能である。さらに別の実施形態において、研磨領域を６つの異なるサイズ、例えば、３０度、４０度、５０度、７０度、８０度、及び９０度に分離することが可能である。さらに、研磨領域の順序を変えることも可能である。研磨パッド７５０が回転するにつれて、偏倚された溝はウェーハを掃引して除去速度を改善し、追加の放射状供給溝は研磨流体の分配を容易にする。この実施形態では、放射状供給溝７６４、７６６、７６８、７７０、７７２、及び７７４が、研磨流体の分配を改善するように、偏倚された溝よりも大きな断面を有することが有利である。
図１を参照すると、内側偏倚研磨パッド１０は、８つの研磨領域４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、及び５４を有している。放射状供給溝２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、及び３４は、研磨パッド１０を、４５度で分離された等サイズの研磨領域４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、及び５４に分離している。図示されていない別の実施形態おいて、研磨領域を２つのサイズ、例えば、３５度、５５度、３５度、５５度、３５度、５５度、３５度、及び５５度に分離することが可能である。さらに別の実施形態において、研磨領域を８つの異なるサイズ、例えば、２５度、３０度、３５度、４０度、５０度、５５度、６０度、及び６５度に分離することが可能である。さらに、研磨領域の順序を変えることも可能である。研磨パッド１０が回転するにつれて、偏倚された溝はウェーハを掃引して除去速度を改善し、追加の放射状供給溝は研磨流体の分配を容易にする。この実施形態では、放射状供給溝２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、及び３４が、研磨流体の分配を改善するように、偏倚された溝よりも大きな断面を有することは有利である。研磨パッドの回転は、ウェーハを１つの放射状供給溝の上にある状態と２つの放射状供給溝の上にある状態との間で交代させる。
図２を参照すると、外側偏倚研磨パッド２１０は、８つの研磨領域２４０、２４２、２４４、２４６、２４８、２５０、２５２、及び２５４を有している。放射状供給溝２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２、及び２３４は、研磨パッド２１０を、４５度によって分離された等サイズの研磨領域２４０、２４２、２４４、２４６、２４８、２５０、２５２、及び２５４に分離している。図示されていない別の実施形態において、研磨領域を２つのサイズ、例えば、３５度、５５度、３５度、５５度、３５度、５５度、３５度、及び５５度に分離することが可能である。さらに別の実施形態において、研磨領域を８つの異なるサイズ、例えば、２５度、３０度、３５度、４０度、５０度、５５度、６０度、及び６５度に分離することが可能である。さらに、研磨領域の順序を変えることも可能である。研磨パッド２１０が回転するにつれて、偏倚された溝はウェーハを掃引して除去速度を改善し、追加の放射状供給溝は研磨流体の分配を容易にする。この実施形態では、放射状供給溝２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２、及び２３４が、研磨流体の分配を改善するように、偏倚された溝よりも大きな断面を有することは有利である。
図８及び８Ａを参照すると、研磨パッド８００及び８５０の偏倚された溝８１０及び８６０をそれぞれ湾曲させることは、溝のランド領域上の研磨流体の均一な流れを促進しうる。研磨パッド８００及び８５０は外側への偏倚溝８１０及び８６０を有している。研磨パッド８００及び８５０が回転すると、研磨流体が溝８１０及び８６０から外縁部８１２及び８６２に向かって流出する。溝８１０及び８６０において、溝が外側に向かうにつれて、溝の外側への傾斜は減少し、そして、これは外側への速度を遅くし、時計回り及び反時計回りの両方の回転中に、研磨流体が、ランド領域を溝８１０及び８６０の端部の方へ濡らすのを容易にする。
これらの構成及び本明細書の目的に対して、偏倚角度θは、破線で表された二等分線に対する湾曲され偏倚された溝の平均角度に等しい。図８に示された偏倚角度を測定する１つの方法は、隣接する放射状供給溝８２０及び８３０を単一の湾曲偏倚溝に沿って接続する仮想線８ａ−８ａを描き、そして破線の二等分線Ｂ８との交差角（θ）即ち偏倚角を測定する。同様に、図８Ａに関して、仮想線８ａ−８ａは、隣接する放射状供給溝８７０及び８７２を単一の湾曲偏倚溝に沿って接続し、そして破線の二等分線Ｂ８ａとの交差角（偏倚角度θに等しい）を測定する。各湾曲偏倚セグメントの少なくとも大部分が内側又は外側へ角度のいずれかを有することが重要である。好都合なことに、偏倚溝の大部分で同じ偏倚を有する。これは、外側への偏倚溝部分を伴う内側への偏倚溝部分を有することが、除去速度に関して互いに打ち消し合う傾向があるためである。有利なことに、全ての偏倚セグメントは、内側への偏倚又は外側への偏倚のいずれかを有する。
図９を参照すると、研磨パッド９００は、湾曲した放射状供給溝９１０、９１２、９１４、及び９１６を有する。供給溝９１０、９１２、９１４、及び９１６は、研磨パッド９００の時計回りの回転に対して流体流を強めるように、反時計回りに湾曲している。この形状は、時計回りの回転の間、研磨流体の外側への流れを加速して外側への偏倚溝９２０への研磨流体の分配を改善し、そして反時計回りの回転の間、外側への流れを減速して外側への偏倚溝９２０への研磨流体の分配を減少させる。あるいは、放射状供給溝は、逆の影響に対して時計回り方向（図示せず）に湾曲しうる。この形状は、反時計回りの回転の間、研磨流体の外向きの流れを減速して外側への偏倚溝９２０への研磨流体の分配を改善し、そして時計回りの回転の間、外側への流れを加速して外側への偏倚溝９２０への研磨流体の分配を減少させる。
湾曲した放射状供給溝９１４及び９１６を有する図９の偏倚角度の測定には、破線の放射状線Ｒａ及びＲｂを、破線の放射状線Ｒａ及びＲｂを二等分する仮想の二等分線Ｂ９を伴って描くことが必要である。これは、二等分線Ｂ９と交差する外側への偏倚溝９３０に対する偏倚角度θを示している。弦Ｒａ１とＲｂ１は等しい長さを有し、それぞれ放射状の線Ｒａ及びＲｂと平行である。破線Ｒａ１−Ｒｂ１は、弦Ｒａ１及びＲｂ１の端部を接続し、そして偏倚溝９３０で二等分線Ｂ９と交差している。溝９３０の偏倚角は、二等分線Ｂ９と溝９３０との間の角、即ちθである。本実施形態は、各偏倚溝に沿い且つ研磨領域全体にわたって一定のθを有している。
図１０を参照すると、研磨パッド１０００は、外側へ偏倚された湾曲溝１０２０と組み合わされた湾曲した放射状供給溝１０１０、１０１２、１０１４、及び１０１６を含んでいる。特に、この溝パターンは、研磨パッド１０００の外縁部１０２２の近傍で研磨流体を微調整又は調整するために、湾曲した放射状供給溝１０１０、１０１２、１０１４及び１０１６を含んでいる。さらに、外側へ偏倚した湾曲溝１０２０は、研磨領域１０３０、１０３２、及び１０３４内のランド領域上の研磨流体流を平衡させるように働く。
湾曲した放射状供給溝１０１４及び１０１６を有する図１０の偏倚角度の測定には、破線の放射状線Ｒａ及びＲｂを、破線の放射状線Ｒａ及びＲｂを二等分する仮想の二等分線Ｂ１０を伴って描く必要がある。これは、二等分線Ｂ１０と交差する外側への偏倚溝１０４０の偏倚角度θを示す。弦Ｒａ１とＲｂ１は等しい長さを有し、それぞれ放射状線ＲａとＲｂに平行である。破線Ｒａ１−Ｒｂ１は、弦Ｒａ１とＲｂ１との端部を接続し、偏倚溝１０４０で二等分線Ｂ９と交差している。溝１０４０の偏倚角度は、二等分線Ｂ１０と溝１０４０の端部を結ぶ線との間の角度、即ちθである。本実施形態は、研磨パッド１０００から一層間隔を空けられた各偏倚溝で増加するθを有している。
図１１、１１Ａ、及び１１Ｂを参照すると、研磨パッド１１００は、段付き放射状供給溝１１１０、１１１２、１１１４、及び１１１６を含んでいる。この形状は、時計回りの回転の間、研磨流体の外側への流れを減速して、外側への偏倚溝１１２０、１１２２、及び１１２４への研磨流体の分配を改善し、反時計回りの回転の間、外側への流れを加速して、外側への偏倚溝１１２０、１１２２、及び１１２４への研磨流体の分配を減少させる。あるいは、放射状供給溝は、反対の影響を与えるために時計回りの方向（図示せず）に湾曲させることができる。この形状は、反時計回りの回転中に、研磨流体の外向きの流れを減速して外側への偏倚溝１１２０、１１２２、及び１１２４への研磨流体の分配を改善し、時計回りの回転中に、外側への流れを加速して外側への偏倚溝１１２０、１１２２、及び１１２４への研磨流体の分配を減少させる。外側への湾曲放射状偏倚溝１１２０、内側への放射状偏倚溝１１２２、及び内側への平行な放射状偏倚溝１１２４は全て、ウェーハの下の研磨流体の滞留時間及び微調整研磨プロファイルを調整するように働く。さらに、プラテン又はウェーハの回転速度を調整することによって、エッジプロファイルを調整することが可能である。例えば、プラテン又はウェーハ速度を増加させることによって、中央高速研磨を平坦プロファイルに変えることができる。この効果は、ウェーハが研磨パッドの中心と縁との間で振動しない場合に、一層顕著になる。
図１１を参照すると、仮想線１１−１１は単一の偏倚溝を接続する。二等分線Ｂ１１−１における仮想線１１−１１と放射状供給溝１１１４、１１１６との間の角度は、θ１又は研磨領域の第１の部分に対する偏倚角度を表している。研磨領域のこの部分は、研磨パッドの中心から間隔を空けられた各偏倚された溝に対して減少する偏倚角を有している。
第２の領域は、放射状線Ｒａ及びＲｂを二等分する放射状線Ｒａ及びＲｂ及びＢ１１-２の描画を必要とする。半径方向の弦Ｒａ１及びＲｂ１は等しい長さを有し、且つそれぞれ放射状線Ｒａ及びＲｂに平行である。破線Ｂ１１-２は、これらの半径方向の弦の二等分線を表す。仮想線Ｒａ１−Ｒｂ１は、Ｒａ１とＲｂ１とを結んでおり、偏倚溝１１３０と二等分線Ｂ１１−２の交点を通る。偏倚溝１１３０の端部と二等分線Ｂ１１−２とを結ぶ線の交点は、偏倚角度又はθ２を表す。研磨領域のこの部分はまた、研磨パッドの中心から間隔を空けられた各偏倚溝に対して減少する偏倚角を有している。
図１２及び１２Ａを参照すると、研磨パッド１２００は、放射状供給溝１２１０、１２２０、１２３０、及び１２４０を接続する一連の段付き偏倚溝１２０２及び１２０４をそれぞれ含みうる。段付き偏倚溝１２０２及び１２０４は、セグメント１２０２ａ及び１２０２ｂ、そして１２０４は、セグメント１２０４ａ及び１２０４ｂを有し、それぞれは説明のための破線で分離されている。図１２は、溝セグメント１２０２ａ及び１２０２ｂの等しい部分に分割された内側へ偏倚された段付き溝１２０２を有する。この構成において、スラリーは先ず、溝セグメント１２０２ａを通り浅い偏倚で移動し、その後より急峻な傾斜を有する溝セグメント１２０２ｂを通り増加した速度で移動する。図１２Ａは、溝セグメント１２０４ａ及び１２０４ｂの不均等な部分に分割された偏倚された段付き溝１２０４を有している。この構成において、スラリーは先ず、溝セグメント１２０４ａを通る急峻な偏倚で移動し、その後より浅い傾斜の溝セグメント１２０４ｂを通り減少した速度で移動する。ウェーハプロファイルとエッジプロファイルを調整するために、セグメントの間隔と傾斜を用いることが可能である。
図１３を参照すると、研磨パッド１３００は、隣接する段付き放射状供給溝１３１０、１３２０、１３３０、及び１３４０を相互接続する外側へ偏倚した段付き溝１３０２を含んでいる。段付き偏倚溝１３０２は、セグメント１３０２ａ及び１２０２ｂを有し、それぞれは説明のための破線で分離されている。段付き放射状供給溝及び段付き偏倚溝の両方に関しての段差の位置及び段差での勾配は、研磨除去速度、ウェーハプロファイル、及びエッジプロファイルに影響を与える。
図１４、１４Ａ、１４Ｂ、及び１４Ｃを参照すると、研磨パッドは、異なるピッチ又は異なる断面積を有する２つ以上の溝領域を含みうる。図１４、１４Ａ、１４Ｃはすべて、次の３つの領域;（ａ）第１の通常ピッチでの溝、（ｂ）増加したピッチでの溝、及び（ｃ）領域（ａ）に等しいピッチを有する溝、を有する内側への間隔領域を含む。この溝の間隔は、中心の高速ウェーハプロファイルを除去するのに有効である。ウェーハプロファイルの微調整は、各溝領域の幅及び各溝領域内の溝の密度を調整することによって可能である。溝の間隔を調整することは、ウェーハのエッジプロファイルを改善することに特に影響を与える。図１４において分かるように、偏倚された溝は、平行な直線溝、平行な湾曲溝又は段付き溝であってもよい。これらの溝は、等間隔又は不等間隔を有してもよい。
図１５、１５Ａ、１５Ｂ、及び１５Ｃを参照すると、研磨パッドは、異なるピッチ又は異なる断面積を有する２つ以上の溝領域を含むことができる。図１５、１５Ａ、１５Ｂ、及び１５Ｃは、全て、次の３つの領域；（ａ）第１の増加したピッチでの溝、（ｂ）通常のピッチでの溝、及び（ｃ）領域（ａ）と等しいピッチを有する溝、を有する内側への間隔領域を含んでいる。この溝の間隔は、中央低速ウェーハプロファイルを除去するのに有効である。ウェーハプロファイルの微調整は、各溝領域の幅及び各溝領域内の溝の密度を調整することによって可能である。溝の間隔を調整することは、ウェーハのエッジプロファイルを改善することに特に影響を与える。図１５において分かるように、偏倚溝は、平行な直線溝、平行な湾曲溝、又は段付き溝であってもよい。これらの溝は、等間隔又は不等間隔を有してもよい。

Claims (10)

  1. 半導体基板、光学基板、及び磁性基板の少なくとも１つのウェーハを研磨又は平坦化するのに適した研磨パッドであって、前記研磨パッドは、
    ポリマーマトリックスと厚さとを有する研磨層であり、
    前記研磨層が、中心、外縁部、及び前記研磨パッドの前記中心から前記外縁部へ延在する半径を含む、研磨層と；
    前記研磨層を複数の研磨領域に分割する、前記研磨層内の放射状供給溝であり、
    前記放射状供給溝が、前記研磨パッドの少なくとも前記中心に近接する位置から前記外縁部に近接する位置まで延在する、前記放射状供給溝；及び、
    一連の間隔を空けられた非等脚台形の溝構造を含む各研磨領域であり、
    前記台形の溝構造が、脚セグメントを構成する２つの隣接する放射状供給溝を接続する平行な底辺セグメントを有し、
    前記底辺セグメントが、前記脚セグメントの各々と異なる角度で交差し、
    前記一連の非等脚台形の溝構造が、前記一連の台形構造の周辺もまた台形である周辺を有して、前記研磨パッドの前記外縁部の近傍から前記中心の方へ延在し、
    前記研磨パッドの回転が、研磨流体を、前記底辺セグメント、及び、前記脚セグメントの大部分を介して、前記研磨パッドの外縁部の方へ、且つ、内側への偏倚、若しくは、外側への偏倚、及び、前記研磨パッドの回転方向に依存して、前記ウェーハの方へ、又は、前記ウェーハから離れるように移動させる、前記各研磨領域と、
    を備えている、
    上記研磨パッド。
  2. 全ての研磨領域は、同じ偏倚を有している、請求項１に記載の研磨パッド。
  3. 前記研磨パッド、及び、前記ウェーハの反時計回りの回転中に、前記ウェーハの下でのスラリー滞留時間を増加させるための内側への偏倚を含んでいる、請求項１に記載の研磨パッド。
  4. 前記研磨パッドは、少なくとも３つの放射状供給溝を含んでいる、請求項１に記載の研磨パッド。
  5. 一対の隣接する放射状供給溝を接続している前記一連の偏倚された溝は、平行直線溝である、請求項１に記載の研磨パッド。
  6. 半導体基板、光学基板、及び磁性基板の少なくとも１つのウェーハを研磨又は平坦化するのに適した研磨パッドであって、前記研磨パッドは、
    ポリマーマトリックスと厚さとを有する研磨層であり、
    前記研磨層が、中心、外縁部、および前記研磨パッドの前記中心から前記外縁部へ延在する半径を含む、前記研磨層と；
    前記研磨層を複数の研磨領域に分割する、前記研磨層の放射状供給溝であり、
    前記研磨領域が、２つの隣接する放射状供給溝と前記中心と前記研磨領域を二等分する周囲弧の中点とを接続する二等分線とによって画定された扇形であり、
    前記放射状供給溝が、前記研磨パッドの少なくとも前記中心に近接する位置から前記外縁部に近接する位置まで延在する、前記放射状供給溝；及び、
    一連の間隔を空けられた非等脚台形の溝構造を含む各研磨領域であって、
    前記台形の溝構造が、脚セグメントを構成する２つの隣接する放射状供給溝を接続する平行な底辺セグメントを有し、
    前記底辺セグメントが、前記脚セグメントの各々と異なる角度で交差し、
    前記一連の非等脚台形の溝構造が、前記一連の台形構造の周辺もまた台形である周辺を有して、前記研磨パッドの前記外縁部の近傍から前記中心の方へ延在し、
    前記研磨パッドの回転が、研磨流体を、前記底辺セグメントの大部分、及び、前記脚セグメントを介して、前記研磨パッドの外縁部の方へ移動させ、且つ、前記二等分線から２０度〜８５度の角度での内側への偏倚、若しくは、前記二等分線から９５度〜１６０度の角度での外側への偏倚、及び、前記研磨パッドの回転方向に依存して、前記ウェーハの方へ、又は、前記ウェーハから離れるように移動させる、前記各研磨領域と、
    を備えている、
    上記研磨パッド。
  7. 全ての研磨領域は、同じ偏倚を有している、請求項６に記載の研磨パッド。
  8. 前記研磨パッド、及び、前記ウェーハの反時計回りの回転中に、前記ウェーハの下でのスラリー滞留時間を増加させるための内側への偏倚を含んでいる、請求項６に記載の研磨パッド。
  9. 前記研磨パッドは、少なくとも３つの放射状供給溝を含んでいる、請求項６に記載の研磨パッド。
  10. 一対の隣接する放射状供給溝を接続している前記一連の偏倚された溝は、平行直線溝である、請求項６に記載の研磨パッド。
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