JP4786946B2 - 研磨中に混合伴流を促進するように配置された溝を有する研磨パッド - Google Patents

Description

本発明は一般に、研磨の分野に関する。特に、本発明は、研磨中に混合伴流（mixing wakes）を増強又は促進するように配置された溝を有する研磨パッドに関する。

集積回路及び他の電子素子の製造においては、導体、半導体及び絶縁材料の多数の層を半導体ウェーハの表面に付着させたり、表面からエッチングしたりする。これらの材料の薄い層は、多数の付着技術のいずれかを使用して付着させることができる。最新のウェーハ加工で一般的な付着技術としては、スパッタリングとも知られる物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）及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、湿式及び乾式の等方性及び異方性エッチングがある。

材料層が逐次、付着され、エッチングされるにつれ、ウェーハの一番上の表面が非平坦になる。後続の半導体加工（たとえばホトリソグラフィー）はウェーハが平坦面を有することを要するため、ウェーハは平坦化されなければならない。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、スクラッチ及び汚染された層もしくは材料を除去するためにはプラナリゼーションが有用である。

ケミカルメカニカルプラナリゼーション又はケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）は、半導体ウェーハのような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、ウェーハキャリヤ又は研磨ヘッドがキャリヤアセンブリに取り付けられる。研磨ヘッドがウェーハを保持し、研磨機内で研磨パッドの研磨層と接する状態にウェーハを配置する。研磨パッドは、平坦化されるウェーハの直径の２倍を超える直径を有する。研磨中、研磨パッド及びウェーハそれぞれがそれぞれの中心を中心に回転し、その間にウェーハが研磨層と係わり合う。ウェーハの回転軸は、研磨パッドの回転軸に対し、ウェーハの半径よりも大きい距離だけオフセットして、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」をスイープアウトするようになっている。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、振動による変位を勘案した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供給する。研磨中、スラリー又は他の研磨媒体が研磨パッド上に流れ、ウェーハと研磨層との間の隙間に流れ込む。ウェーハ表面は、研磨層及び表面上のスラリー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。

研磨パッド設計を最適化するために、ＣＭＰ中の研磨層、研磨媒体及びウェーハ表面の間の相互作用がますます研究されている。何年にも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。研磨パッドの研磨面又は研磨層の設計の多くは、スラリー利用度及び研磨均一性を高めると主張される種々のパターンの空隙及び／又は溝ネットワークをこれらの層に設けることに集中してきた。何年にもわたり、多くの異なる溝及び空隙のパターン及び配置形態が具現化されてきた。従来技術の溝パターンとしては、とりわけ、放射状、同心円状、デカルト格子状及びらせん状がある。従来技術の溝配置形態としては、すべての溝の幅及び深さが均一である配置形態、ならびに溝の幅又は深さが溝ごとに異なる配置形態がある。

回転ＣＭＰパッドの一部の設計者は、パッドの中心からの一以上の半径方向距離に基づいて互いに変化する二以上の溝配置形態を含む溝配置形態を有するパッドを設計した。これらのパッドは、とりわけ、研磨均一性及びスラリー利用度に関して優れた性能を提供すると主張されている。たとえば、Osterheldらへの米国特許第６，５２０，８４７号で、Osterheldらは、三つの同心環状領域を有し、各領域が他二つの領域の配置形態とは異なる溝配置形態を含むいくつかのパッドを開示している。配置形態は、異なる実施態様で様々に異なる。配置形態の異り方としては、溝の数、断面積、間隔及びタイプの違いがある。

これまで、パッド設計者は、研磨層の異なるゾーンで互いに異なる二以上の溝配置形態を含むＣＭＰパッドを設計してきたが、これらの設計は、溝の中で起こる混合伴流に対する溝配置形態の影響を直接考慮しているわけではない。図１は、研磨中のある瞬間に、ウェーハ（図示せず）と、円形の溝２２を有する従来の回転研磨パッド１８との間の隙間（円形領域１４によって表す）の中の古いスラリーに対する新しいスラリーの比のプロット１０を示す。本明細書に関して、「新しいスラリー」は、研磨パッド１８の回転方向に移動しているスラリーとみなすことができ、「古いスラリー」は、すでに研磨に係わり、ウェーハの回転によって隙間の中に保持されているスラリーとみなすことができる。

プロット１０では、研磨パッド１８が方向３４に回転し、ウェーハが方向３８に回転する瞬間、新しいスラリーの領域２６は本質的に新しいスラリーしか含有せず、古いスラリーの領域３０は本質的に古いスラリーしか含有しない。新しいスラリーと古いスラリーとが互いに混合して新しいスラリーの領域２６と古いスラリーの領域３０との間に濃度勾配（領域４２によって表す）を生じさせる混合領域４２が形成されている。計算機流体力学シミュレーションが、ウェーハの回転のため、ウェーハに隣接するスラリーはパッドの回転方向３４以外の方向に押しやられることができるが、ウェーハからいくらか離れたスラリーは、研磨パッド１８の表面の「凹凸（asperities）」又は粗さ要素の中に保持され、方向３４以外の方向に押しやられることに対してより強く抵抗するということを示す。ウェーハ回転の効果は、円形溝２２の、溝がウェーハの回転方向３８に対して平行又はほぼ平行である場所でもっとも顕著に表れる。理由は、溝の中のスラリーは、凹凸の中に保持されることはなく、ウェーハ回転によって円形溝２２の長手に沿って容易に押しやられるからである。ウェーハ回転の効果は、円形溝２２の、溝がウェーハの回転方向３８に対して横断方向になる場所ではそれほど顕著ではない。理由は、スラリーを、そうでなければスラリーが閉じ込められる溝の幅に沿ってしか押しやられることができないからである。

円形パターン、たとえば上述した溝パターン以外の溝パターンでは、図示する混合伴流４６に類似した混合伴流が発生する。図１の円形の溝を有するパッド１８と同様に、これらの代替溝パターンそれぞれで、混合伴流は、ウェーハの回転方向がパッドの溝又は場合によっては溝の線分ともっとも整合する領域でもっとも顕著である。混合伴流は多くのＣＭＰ用途で望ましくない。理由は、活性化学種の更新及び熱の除去が、各溝に隣接するパッドの溝なし領域よりも伴流領域でより遅くなるからである。しかし、他の用途では、混合伴流は、まさに使用済み薬品から新鮮な薬品まで、また暖かめの反応ゾーンから冷ための反応ゾーンまで、より緩やか移行を提供するため、有益でありうる。混合伴流なしでは、これらの移行は、好ましくないほど鋭くなり、ウェーハ下のポイント間で研磨条件の有意な変動をもたらすおそれがある。したがって、少なくとも部分的に混合伴流の発生と、そのような伴流が研磨に及ぼす影響の考察に基づいて最適化されているＣＭＰ研磨パッド設計が要望されている。

本発明の一つの態様で、磁性基材、光学基材及び半導体基材の少なくとも一つを研磨するのに適した研磨パッドであって、（ａ）研磨パッド上の第一の点の軌道に対応する第一の境界線と、研磨パッド上の第二の点の軌道によって画定される、第一の境界線から離間した第二の境界線と、によって画定される研磨領域を有する研磨層、（ｂ）第一の境界線に近接する研磨領域の中に少なくとも部分的に含まれ、第一の境界線に近接する地点で第一の境界線に対して−４０°〜４０°の角度を形成する一つ以上の第一の小さな角度の溝、（ｃ）第二の境界線に近接する研磨領域の中に少なくとも部分的に含まれ、第二の境界線に近接する地点で第二の境界線に対して−４０°〜４０°の角度を形成する一つ以上の第二の小さな角度の溝、及び（ｄ）それぞれが、研磨領域の中に含まれ、一つ以上の第一の小さな角度の溝と一つ以上の第二の小さな角度の溝との間に位置し、第一の境界線及び第二の境界線それぞれに対して４５°〜１３５°の角度を形成する、複数の大きな角度の溝、を含む研磨研磨パッドを提供する。

本発明のもう一つの態様で、研磨媒体及び先に記載した研磨パッドで基材を研磨する工程を含む、磁性基材、光学基材又は半導体基材を研磨する方法を提供する。

再び図面を参照すると、図２は一般に、本発明で使用するのに適した二軸ケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）研磨機１００の主な特徴を示す。研磨機１００は一般に、スラリー１２０又は他の研磨媒体の存在下で加工物の表面１１６（以下「被研磨面」と呼ぶ）の研磨を実施するために、物品、たとえばとりわけ半導体ウェーハ１１２（加工済み又は未加工）又は他の加工物、たとえばガラス、フラットパネル表示装置もしくは磁気情報記憶ディスクと係り合うための研磨層１０８を有する研磨パッド１０４を含む。便宜上、以下、一般性を失うことなく「ウェーハ」及び「スラリー」を使用する。加えて、請求の範囲を含めた本明細書に関して、「研磨媒体」及び「スラリー」は、粒子含有研磨溶液及び非粒子含有研磨溶液、たとえば無砥粒及び反応性液研磨溶液を含む。

以下で詳細に論じるように、本発明は、研磨中にウェーハ１１２と研磨パッド１０４との間の隙間で発生する混合伴流の形成を増強するか、又は混合伴流のサイズを増大する溝配置形態（たとえば図３Ａの溝配置形態１４４を参照）を研磨パッド１０４に設けることを含む。上記の背景技術部分で論じたように、混合伴流は、新しいスラリーが古いスラリーに取って代わる隙間で発生し、ウェーハ１１２の回転方向が研磨パッド１０４の溝又は場合によっては溝の線分ともっとも整合する領域でもっとも顕著である。

研磨機１００は、研磨パッド１０４が取り付けられるプラテン１２４を含むことができる。プラテン１２４は、プラテンドライバ（図示せず）によって、回転軸１２８を中心に回転可能である。ウェーハ１１２は、プラテン１２４の回転軸１２８に対して平行であり、それから離間している回転軸１３６を中心に回転可能なウェーハキャリヤ１３２によって支持することができる。ウェーハキャリヤ１３２は、ウェーハ１１２が研磨層１０８に対してごくわずかに非平行な向きをとることを許すジンバル式リンク（図示せず）を採用したものでもよく、その場合、回転軸１２８、１３６はごくわずかに斜行していてもよい。ウェーハ１１２は、研磨層１０８に面し、研磨中に平坦化される被研磨面１１６を含む。ウェーハキャリヤ１３２は、ウェーハ１１２を回転させ、研磨中に被研磨面と研磨層との間に所望の圧力が存在するよう下向きの力Ｆを加えて、被研磨面１１６を研磨層１０８に押し当てるように適合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１００はまた、スラリー１２０を研磨層１０８に供給するためのスラリー導入口１４０を含むことができる。

当業者が理解するように、研磨機１００は、他の部品（図示せず）、たとえばシステム制御装置、スラリー貯蔵・分配システム、加熱システム、すすぎシステムならびに研磨加工の種々の局面を制御するための各種制御系、たとえば、とりわけ（１）ウェーハ１１２及び研磨パッド１０４の一方又は両方の回転速度のための、速度制御装置及び選択装置、（２）パッドへのスラリー１２０の分配の速度及び場所を変えるための、制御装置及び選択装置、（３）ウェーハとパッドとの間に加えられる力Ｆの大きさを制御するための、制御装置及び選択装置、ならびに（４）パッドの回転軸１２８に対するウェーハの回転軸１３６の場所を制御するための、制御装置、作動装置及び選択装置を含むことができる。当業者は、これらの部品を構成し、具現化する方法を理解し、したがって、当業者が本発明を理解し、実施するためのそれらの詳細な説明は不要である。

研磨中、研磨パッド１０４及びウェーハ１１２がそれぞれの回転軸１２８、１３６を中心に回転し、スラリー１２０がスラリー導入口１４０から回転する研磨パッドの上に分配される。スラリー１２０は、研磨層１０８上に、ウェーハ１１２及び研磨パッド１０４の下の隙間を含めて広がる。研磨パッド１０４及びウェーハ１１２は通常、０．１rpm〜１５０rpmの間で選択される速度で回転するが、必ずしもそうである必要はない。力Ｆは通常、ウェーハ１１２と研磨パッド１０４との間に６．９kPa〜１０３kPa（０．１psi〜１５psi）の所望の圧力を引き起こす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。

図３Ａは、図２の研磨パッド１０４に関連して、上述したようにパッドの研磨層１０８に存在する溝１４８、１５２、１５６の中の混合伴流（図１の符号４６）の形成を増強するか、又は混合伴流のサイズを増大させる溝配置形態１４４を示す。一般に、本発明の基礎を成す概念は、研磨層１０８上のすべての場所又はできるだけ多くの場所で、ウェーハ１１２の接線速度ベクトルに対して平行又はほぼ平行な溝１４８、１５２、１５６を設けることである。ウェーハ１１２の回転軸１３６が研磨パッド１０４の回転軸１２８と一致するならば、本発明の理想的な溝パターンは、溝がパッドの回転軸と同心であるパターンであろう。しかし、二軸研磨機、たとえば図２に示す研磨機１００では、研磨パッド１０４の回転軸１２８とウェーハ１１２の回転軸１３６との間のオフセット１６０によって状況は複雑になる。

それにもかかわらず、ウェーハ１１２の回転軸１３６とパッドの回転軸１２８が一致する場合に研磨を実施する際における可能な理想的な溝パターンに近似する、二軸研磨機用の研磨パッド、たとえばパッド１０４を設計することは可能である。回転軸１２８、１３６の間のオフセット１６０（図１）の結果として、研磨の作用は、研磨パッド１０４をして、内側境界線１６８及び外側境界線１７２によって画定される研磨領域１６４（半導体ウェーハプラナリゼーションに関しては一般に、「ウェーハトラック」と呼ばれる）をスイープアウトさせる。一般に、研磨領域１６４は、研磨層１０８のうち、研磨中に研磨パッド１０４がウェーハに対して回転するとき、ウェーハ１１２の被研磨面（図示せず）に対面する部分である。図示する実施態様では、研磨パッド１０４は、ウェーハ１１２がパッドに対して一定の位置で回転する、図２の研磨機１００で使用するために設計されている。その結果、研磨領域１６４は円環状であり、ウェーハ１１２の被研磨面の直径に等しい、内側境界線１６８と外側境界線１７２との間の幅Ｗを有する。ウェーハ１１２が回転するだけでなく、研磨層１０８に対して平行な方向に振動もする実施態様では、研磨領域１６４は通常、同様に円環状であるが、内側境界線１６８と外側境界線１７２との間の幅Ｗは、振動範囲を勘案して、ウェーハ１１２の被研磨面の直径よりも大きくなる。内側境界線１６８及び外側境界線１７２それぞれは、一般に、パッドが回転軸１２８を中心に回転するとき、研磨パッド１０４上の対応する点の軌道によって画定されると考えることができる。すなわち、内側境界線１６８は一般に、研磨パッド１０４の研磨層１０８上の、回転軸１２８に近接する点の円形軌道によって画定されると考えることができ、外側境界線１７２は一般に、研磨層上の、回転軸１２８から遠い点の円形軌道によって画定されると考えることができる。

研磨領域１６４の内側境界線１６８は、研磨中にスラリー（図示せず）又は他の研磨媒体を研磨パッド１０４に供給することができる中央領域１７６を画定する。ウェーハ１１２が回転するだけでなく、研磨層１０８に対して平行な方向に振動もする実施態様では、振動範囲が研磨パッド１０４の中心又はほぼ中心まで及ぶ場合、中央領域１７６は過度に小さくなることもあり、その場合、スラリー又は他の研磨媒体は、中心から外れた位置でパッドに供給してもよい。研磨領域１６４の外側境界線１７２は通常、研磨パッド１０４の外周縁１８０の半径方向内側に位置するが、あるいはまた、この縁と同じ範囲まで延びてもよい。

ウェーハ１１２の回転方向１８４が溝１４８、１５２、１５６又はその線分と整合する場所の数を最大限にするやり方で、溝パターン１４４を設計する際、四つの場所Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、すなわち、研磨パッド１０４の回転軸１２８及びウェーハの回転軸１３６を通って延びる線１８８沿いの二つの場所と、パッドの回転軸と同心であり、ウェーハの回転軸を通って延びる円弧１９０沿いの二つの場所とでのウェーハの速度を考慮することが有用である。理由は、これらの場所が、研磨パッド１０４の回転方向１９２に対するウェーハ１１２の四つの速度ベクトルの極限を表すからである。すなわち、場所Ｌ１は、ウェーハ１１２の速度ベクトルＶ１が本質的に研磨パッド１０４の回転方向１９２と正反対であり、この方向で最大の大きさを有する場所を表し、場所Ｌ２は、ウェーハの速度ベクトルＶ２が本質的にパッドの回転方向と同じ方向であり、この方向で最大の大きさを有する場所を表し、場所Ｌ３及びＬ４は、ウェーハの速度ベクトルＶ３及びＶ４がパッドの回転方向に対して本質的に垂直であり、その方向で最大の大きさを有する場所を表す。場所Ｌ１〜Ｌ４でこそ、本発明の基礎を成す原理を適用して、先に論じた理想的な溝パターンを近似することができる。

容易に理解されるように、これら四つの場所Ｌ１〜Ｌ４におけるウェーハ１１２の速度ベクトルＶ１〜Ｖ４の考察は一般に、研磨領域１６４を三つのゾーン、すなわち場所Ｌ２に対応するゾーンＺ１、場所Ｌ３及びＬ４に対応するゾーンＺ２ならびに場所Ｌ１に対応するゾーンＺ３に分割することにつながる。研磨領域１６４の幅Ｗは、一般に、所望のやり方でゾーンＺ１〜Ｚ３の間で割り振ることができる。たとえば、ゾーンＺ１及びＺ３それぞれには幅Ｗの４分の１を割り当て、ゾーンＺ２には幅Ｗの半分を割り当てることができる。他の割り振り、とりわけ、たとえばＷの３分の１をゾーンＺ１、Ｚ２及びＺ３それぞれに割り当てることもできる。

本発明の基礎を成す原理を適用すること、すなわち、場所Ｌ２の速度ベクトルに基づいて、速度ベクトルＶ１〜Ｖ４に対して平行又はほぼ平行である溝１４８、１５２、１５６をゾーンＺ１に設けることは、ゾーンＺ１では溝１４８が望ましくは円周方向又はほぼ円周方向であるということを示す。理由は、溝が円周方向、すなわち円形の配置形態を有する場合、速度ベクトルＶ２が溝１４８に対して平行になるからである。溝１４８は真に円形でなくてもよいことが理解されよう。むしろ、各溝１４８は、外側境界線１７２又はそれと同心の線とで角度βを形成してもよい。一般に、角度βは、好ましくは−４０°〜＋４０°の範囲、より好ましくは−３０°〜＋３０°の範囲、さらに好ましくは−１５°〜＋１５°の範囲である。加えて、各溝１４８は、ゾーンＺ１内で滑らかで連続的なカーブを有する必要はなく、とりわけ、直線、ジグザグ、波形又は鋸歯形であってもよいことが理解されよう。一般に、ジグザグ、波形、鋸歯形などの各溝１４８の場合、角度βは、その溝の横断方向の重心を一般に表す線から計測することができる。

溝１５６に対するゾーンＺ３の要件は、ゾーンＺ１の場合の要件と本質的に同じであり、主な違いは、場所Ｌ１の速度ベクトルＶ１が場所Ｌ２の速度ベクトルＶ２と反対であることである。したがって、溝１５６は、ゾーンＺ１の溝１４８のような円周方向であって、内側境界線１６８に対して平行であってもよい。同じく溝１４８と同様に、溝１５６は真に円周方向でなくてもよく、内側境界線１６８又はそれと同心の線とゼロではない角度αを形成してもよい。一般に、角度αは、好ましくは−４０°〜＋４０°の範囲、より好ましくは−３０°〜＋３０°の範囲、さらに好ましくは−１５°〜＋１５°の範囲である。所望により、各溝１５６は、たとえば、研磨媒体が研磨パッド１０４の中心の近くで研磨パッド１０４に供給される場合に研磨媒体の分散を支援するため、研磨領域１６４から回転軸１２８と一致する点又はそれに隣接する点まで延びてもよい。加えて、溝１４８と同様に、各溝１５６は、滑らかで連続的なカーブを形成する必要はなく、とりわけ、直線、ジグザグ、波形又は鋸歯形であってもよい。同じく溝１４８と同様に、ジグザグ、波形、鋸歯形などの形状を有する各溝１５６の場合、角度αは、その溝の横断方向の重心を一般に表す線から計測することができる。

ゾーンＺ２のウェーハ１１２の速度ベクトルＶ３及びＶ４は、それぞれゾーンＺ３及びＺ１の速度ベクトルＶ１及びＶ２に対して垂直である。ゾーンＺ２の溝１５２を、速度ベクトルＶ３及びＶ４に対して平行又はほぼ平行にするため、これらの溝は、研磨領域１６４の内側境界線１６８及び外側境界線１７２に対して垂直又は実質的に垂直、すなわち、研磨パッド１０４の回転軸に対して半径方向又はほぼ半径方向であることができる。これに関して、各溝１５２は、内側境界線１６８又は外側境界線１７２と、好ましくは４５°〜１３５°、より好ましくは６０°〜１２０°、さらに好ましくは７５°〜１０５°の角度γを形成する。

図示するように、溝１４８、溝１５２及び溝１５６の対応するもの同士を互いに接続して、回転軸１２８に近い場所から研磨領域１６４を通って、それを超えて延びる連続通路（その一つを図３Ａで強調して示し、符号１９６によって特定する）を形成してもよいが、そうする必要はない。図示するような連続通路１９６を設けることは、スラリーの利用度に有利であり、研磨くずの洗い流し及び熱の除去を支援することができる。各溝１４８は、第一の移行部２００で対応する各溝１５２に接続することができ、同様に、各溝１５２は、第二の移行部２０４で対応する各溝１５６に接続することができる。第一の移行部２００及び第二の移行部２０４それぞれは、望みどおり特定の設計に合わせるため、緩やかな、たとえば図示するカーブした移行部であってもよいし、唐突な、たとえば接続される溝１４８、１５２、１５６が互いと鋭角を形成する移行部であってもよい。

研磨領域１６４は、三つのゾーンＺ１〜Ｚ３に分割されたものとして記載したが、当業者は、望むならば、研磨領域をより多くのゾーンに割り振ってもよいということを容易に理解するであろう。しかし、設けられるゾーンの数にかかわらず、各ゾーンに溝、たとえば溝１４８、１５２、１５６を敷設する方法は、ゾーンＺ１〜Ｚ３に関して上記した方法と本質的に同じであることができる。すなわち、問題の各ゾーン中、その中の溝の向きは、対応する場所（場所Ｌ１〜Ｌ４と同様）でのウェーハ速度ベクトル（速度ベクトルＶ１〜Ｖ４と同様）に平行又はほぼ平行であるように選択することができる。

たとえば、二つのさらなるゾーン（図示せず）を、一つはゾーンＺ１とゾーンＺ２との間に、もう一つはゾーンＺ２とＺ３との間に、次のように加えることができる。まず、研磨パッド１０４の回転軸１２８と、それぞれ同心である二つのさらなる円弧（それぞれ円弧１９０と同様）を使用して、四つのさらなる速度ベクトルに対応する四つのさらなる場所を決定することができる。さらなる円弧の一方は、場所Ｌ１とウェーハ１１２の回転軸１３６との間の途中で線１８８と交差するように配置することができ、他方は、ウェーハの回転軸と場所Ｌ２との間の途中で線１８８と交差するように配置することができる。そして、速度ベクトルのためのさらなる場所を、二つの新たな円弧がウェーハ１１２の外周縁２０８と交差する４個の点になるように選択することができる。すると、二つのさらなるゾーンは、ゾーンＺ２と円弧１９０との関係ならびに対応する場所Ｚ３及びＺ４と同様に、二つのさらなる円弧に対応する。そして、溝１４８、１５２、１５６に関して先に論じたように、四つのさらなる場所に関してウェーハ１１２のさらなる速度ベクトルを決定し、新たな溝をさらなる速度ベクトルに対して向けることができる。

図３Ｂ及び３Ｃは、それぞれ、本発明の基礎を成す概念をとらえた、図３Ａの溝パターン１４４の一般変形である溝パターン３０２、４０２をそれぞれ有する研磨パッド３００、４００を示す。図３Ｂは、ほぼらせん状であり、研磨領域３２０の対応する内側境界線３１２及び外側境界線３１６に対して実質的に平行である１本の溝３０４、３０８をそれぞれ部分的に含むものとして、それぞれゾーンＺ１′及びＺ３′を示す。当然、溝３０４、３０８は、他の形状及び向き、たとえば図３Ａに関連して先に論じた形状及び向きを有することもできる。図３Ｂはまた、ほぼ半径方向のカーブした複数の溝３２４を含み、各溝がそれに沿ういかなる点においても、内側境界線３１２及び外側境界線３１６に対してほぼ垂直である（また、溝３０４、３０８に対してほぼ垂直である）ものとして、ゾーンＺ２′を示す。本発明にしたがって、溝パターン３０２は、速度ベクトルＶ１′に対して実質的に平行である溝３０４、速度ベクトルＶ２′に対して実質的に平行である溝３０８ならびに速度ベクトルＶ３′及びＶ４′に対して実質的に平行である溝３２４を提供して、研磨中にゾーンＺ１′〜Ｚ３′の中で形成する混合伴流の形成及び程度を増強するということが容易に見てとれる。幅Ｗ′は、ゾーンＺ１′〜Ｚ３′の間で、適切な方法で、たとえば、とりわけ４分の１Ｗ′／２分の１Ｗ′／４分の１Ｗ′又は各３分の１Ｗ′で割り振ることができる。

ゾーンＺ１′及びゾーンＺ３′ぞれぞれの溝３０４、３０８の配置形態に依存して、一以上のさらなる溝をこれらのゾーンに加えて、対応する溝３０４、３０８と交差させてもよいということが理解されよう。これは、図３Ｂのらせん溝３０４、３０８に関連して容易に想定することができる。たとえば、ゾーンＺ１′及びＺ３′は、図示する左回りのらせん溝３０４、３０８に加えて、左回りのらせん溝と多くの場所で必然的に交差することになる同様な右回りのらせん溝（図示せず）を、それぞれ含むこともできる。

図３Ｃは、研磨パッド４００に対して実質的にらせん形である複数の溝４０４を含むものとしてゾーンＺ１″を示す。溝４０４のこの配置形態は、図３Ａの溝１４８の場合と同様な方法で、ゾーンＺ１″内での混合伴流の成立及び程度を増強する。また、図３Ｃは、環状であり、研磨パッド４００に対して同心である溝４０８を含むものとして、ゾーンＺ３″を示す。らせん構造形態の溝４０４がゾーンＺ１″内で混合伴流が形成する能力を高めるのと同じく、円形配置形態の溝４０８は、ゾーンＺ３″内で混合伴流が形成する能力を高める。当然、溝４０４、４０８は、他の形状及び向き、たとえば図３Ａに関連して先に論じた形状及び向きを有することもできる。

図３Ｃはさらに、内側境界４１２及び外側境界４１６に対して、それぞれほぼ垂直である複数の半径方向の溝４２４を含むものとして、ゾーンＺ２″を示す。図３Ａ及び３Ｂと同様に、本発明にしたがって、溝パターン４０２は、速度ベクトルＶ１″に対して実質的に平行である溝４０８、速度ベクトルＶ２″に対して実質的に平行である溝４０４ならびに速度ベクトルＶ３″及びＶ４″に対して実質的に平行である溝４２４を提供して、研磨中にこれらの溝の中で形成する混合伴流の形成及び程度を増強するということが容易に見てとれる。幅Ｗ″は、ゾーンＺ１″〜Ｚ３″の間で、適当な方法で、たとえば、とりわけ４分の１Ｗ″／２分の１Ｗ″／４分の１Ｗ″又は各３分の１Ｗ″で割り振ることができる。

図４は、連続ベルトタイプ研磨パッド５００に関連して、本発明を示す。図３Ａ〜３Ｃに関連して先に論じた回転研磨パッド１０４、３００、４００と同様に、図４の研磨パッド５００は、ウェーハが研磨中に回転することに加えて振動するかどうかに依存して、ウェーハ５１６の被研磨面（図示せず）の直径に等しいか、又はそれを超える距離Ｗ″′だけ互いに離間した、第一の境界線５０８及び第二の境界線５１２によって画定される研磨領域５０４を含む。また、回転研磨パッド１０４、３００、４００と同様に、研磨領域５０４は、ウェーハ５１６の特定の速度ベクトル、たとえばそれぞれ場所Ｌ１″′、Ｌ２″′、Ｌ３″′及びＬ４″′に位置する速度ベクトルＶ１″′、Ｖ２″′、Ｖ３″′及びＶ４″′の方向に基づいて選択される向き又は向き及び形状を有する対応する溝５２０、５２４、５２８を含む、三つのゾーンＺ１″′、Ｚ２″′及びＺ３″′に分割することができる。研磨領域５０４の幅Ｗ″′は、ゾーンＺ１″′、Ｚ″′及びＺ３″に対し、図３Ａに関して先に論じた方法で割り振ることができる。

同様にして、研磨領域５０４の形状が図３Ａの研磨領域１６４の形状とは異なり（円形ではなく線形）、図４の場所Ｌ３″′及びＬ４″′が図３Ａの場所Ｌ３及びＬ４とは異なること以外、溝５２０、５２４、５２８の向きの選択の基礎を成す原理は、図３Ａに関して先に論じたものと本質的に同じである。すなわち、ゾーンＺ１″′の溝５２０は、速度ベクトルＶ１″′に対して平行又はほぼ平行であり、ゾーンＺ２″′の溝５２４は、速度ベクトルＶ３″′及びＶ４″′に対して平行又はほぼ平行であり、ゾーンＺ３″′の溝５２８は、速度ベクトルＶ２″′に対して平行又はほぼ平行であることが望ましい。これらの希望は、回転研磨パッド１０４、３００、４００に関して先に論じた同じ方法で、すなわち、溝５２０を、研磨領域５０４の第一の境界線５０８に対して平行又は実質的に平行にし、溝５２４を、第一の境界線５０８及び第二の境界線５１２に対して垂直又は実質的に垂直にし、溝５２８を、第二の境界線５１２に対して平行又は実質的に平行にすることによって満たすことができる。

一般に、これらの目的は、溝５２０をして、第一の境界線５０８と約−４０°〜＋４０°、より好ましくは−３０°〜＋３０°の範囲、さらに好ましくは−１５°〜＋１５°の範囲の角度α′を形成させ、溝５２４をして、第一の境界線５０８又は第二の境界線５１２と約４５°〜１３５°、より好ましくは６０〜１２０°、さらに好ましくは７５°〜１０５°の角度γ′を形成させ、溝５２８をして、第二の境界線５１２と約−４０°〜＋４０°、より好ましくは−３０°〜＋３０°の範囲、さらに好ましくは−１５°〜＋１５°の範囲の角度β′を形成させることによって満たすことができる。溝５２０、５２４、５２８を互いに接続して連続通路を形成することもできるが、そうする必要はないということが理解されよう。むしろ、溝５２０、５２４、５２８は、たとえば図３Ｃの溝４２４のように互いに対して不連続であってもよい。図３Ｃの半径方向の溝４２４を、図４のベルトタイプ研磨パッド５００に変換するならば、ゾーンＺ２″′中の溝５２４は線形になり、第一の境界線５０８及び第二の境界線５１２に対して垂直になるであろう。しかし、溝５２０、５２４、５２８が互いに接続されるならば、移行部は、唐突であってもよいし（図示のとおり）、たとえば図３Ａの第一の移行部２００及び第二の移行部２０４と同様に、より緩やかであってもよい。

ウェーハと、円形の溝パターンを有する従来技術の研磨パッドとの隙間における混合伴流の形成を示す部分平面図／部分プロットである。 本発明で使用するのに適した二軸研磨機の一部の斜視図である。 本発明の回転研磨パッドの平面図である。 本発明の代替回転研磨パッドの平面図である。 本発明のもう一つの代替回転研磨パッドの平面図である。 本発明のベルトタイプ研磨パッドの部分平面図である。

Claims (4)

1. 磁性基材、光学基材及び半導体基材の少なくとも一つを研磨するのに適した、回転軸を中心に回転可能な回転研磨パッドであって、
   （ａ）研磨パッド上の回転軸を中心とする第一の円形に対応する第一の境界線と、研磨パッド上の回転軸を中心とする第二の円形によって画定され、前記第一の境界線から離間した第二の境界線と、第二の境界線に接する第一のゾーンと、第三のゾーン及び第一のゾーンの間の第二のゾーンと、第一の境界線に接する第三のゾーンとによって画定される研磨領域を有する研磨層、
   （ｂ）前記第一の境界線に接する前記研磨領域の中に少なくとも部分的に含まれ、前記第一の境界線に接する地点で前記第一の境界線に対して−４０°〜４０°の角度を形成する、第三のゾーンの中の複数の第一の小さな角度の溝であって、第三のゾーンの中の溝が複数の第一の小さな角度の溝からなる、複数の第一の小さな角度の溝、
   （ｃ）前記第二の境界線に接する前記研磨領域の中に少なくとも部分的に含まれ、前記第二の境界線に接する地点で前記第二の境界線に対して−４０°〜４０°の角度を形成する、第一のゾーンの中の複数の第二の小さな角度の溝であって、第一のゾーンの溝が複数の第二の小さな角度の溝からなる、複数の第二の小さな角度の溝、及び
   （ｄ）それぞれが、前記研磨領域の中に含まれ、前記複数の第一の小さな角度の溝と前記複数の第二の小さな角度の溝との間に位置し、前記第一の境界線及び前記第二の境界線それぞれに対して６０°〜１２０°の角度を形成する、第二のゾーンの中の複数の大きな角度の溝であって、第二のゾーンの溝が複数の大きな角度の溝からなる、複数の大きな角度の溝
   を含む研磨パッド。
2. 前記複数の第一の小さな角度の溝それぞれ及び前記複数の第二の小さな角度の溝それぞれが、らせん溝である、請求項１記載の研磨パッド。
3. 前記複数の大きな角度の溝それぞれが、前記回転研磨パッドの前記回転軸に対して半径方向にある、請求項１記載の研磨パッド。
4. 前記複数の大きな角度の溝それぞれ一つが、第一端で前記複数の第一の小さな角度の溝の対応する一つに接続し、第二端で前記複数の第二の小さな角度の溝の対応する一つに接続する、請求項１記載の研磨パッド。

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