JP4916657B2 - プロセスに依存した溝構造を有するケミカルメカニカル研磨パッド - Google Patents

Description

本発明は一般に、ケミカルメカニカルポリッシングの分野に関する。より具体的には、本発明は、プロセスに依存した溝構造を有するケミカルメカニカル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。導体、半導体及び絶縁材料の薄い層は、多数の付着技術によっ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は、スパッタリングとして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を含む。一般的なエッチング技術は、とりわけ、湿式及び乾式の等方性及び異方性エッチングを含む。

材料層が逐次に付着され、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（たとえばフォトリソグラフィー）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及び表面欠陥、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、ウェーハを研磨機中で研磨パッドの研磨層と接する状態に配置する。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の同軸心を中心に回転し、同時にウェーハが研磨層とかかわり合う。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。ウェーハトラックの幅は、ウェーハの運動が回転だけである場合、ウェーハの幅に等しい。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、振動による変位に相当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され、ウェーハと研磨層との隙間に流れ込む。ウェーハ表面は、研磨層及び表面上のスラリーの化学的及び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しようとして、ＣＭＰ中の研磨層、研磨スラリー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。研磨面の設計の大部分は、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溝ネットワークを、これらの表面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構造が具現化されてきた。従来技術の溝パターンは、とりわけ、放射状、同心円状、デカルト格子状及びらせん状を含む。従来技術の溝構造は、すべての溝の深さが均一である構造及び溝の深さが溝ごとに異なる構造を含む。

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変化する二以上の構造をもつ溝を有するパッドを開示している。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構造とは異なる溝構造を含むパッドのいくつかを開示している。構造は、異なる実施態様で様々に異なる。構造が異なるやり方は、溝の数、断面積、間隔及びタイプの違いを含む。

これまで、パッド設計者は、パッドの同軸心からの一以上の半径方向距離に基づいて互いに異なる二以上の溝構造を含むＣＭＰパッドを考案してきたが、これらの設計は、研磨されるウェーハ及びパッドの回転速度を直接考慮しているわけではない。したがって、研磨される物品の回転速度及び物品に対してパッドが動く速度に基づいて、少なくとも部分的に最適化されるＣＭＰ研磨パッド設計が要望されている。

本発明の第一の態様は、第一の回転軸を中心に所定の第一の回転速度で回転する物品を、研磨するための研磨パッドであって、（ａ）第一の回転軸に対して所定の速度で動くように動作上、構成されている研磨層を含み、この研磨層が、（ｉ）物品の所定の第一の回転速度及び研磨層の所定の速度の関数として計算される臨界半径の０．５〜２倍のところに位置する境界であって、第一の側と、第一の側とは反対側の第二の側とを有する境界、（ii）境界の第一の側に位置し、第一の構造を有する第一の溝群、並びに（iii）境界の第二の側に位置し、第一の構造とは異なる第二の構造を有する第二の溝群を含むものである、研磨パッドである。

本発明の第二の態様は、研磨層を有し、その研磨層が第一の回転軸に対して所定の速度で動く間に、第一の回転軸を中心に所定の第一の回転速度で回転する物品を研磨するための研磨パッドを製造する方法であって、（ａ）研磨層上、物品の所定の第一の回転速度及び研磨層の所定の速度の関数として計算される臨界半径の０．５〜２倍のところに境界の位置を決定する工程、（ｂ）境界の第一の側で、研磨層に対して第一の構造の第一の溝群を設ける工程、及び（ｃ）境界の第一の側とは反対側の第二の側で、第一の構造とは異なる第二の構造の第二の溝群を設ける工程を含む方法である。

図面を参照すると、図１は、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を示す。研磨機１００は一般に、スラリー１１６又は他の研磨媒体の存在下で、加工物の研磨面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、フラットパネルディスプレイもしくは磁気情報記憶ディスクとかかわ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、普遍性を失うことなく「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、無砥粒及び反応性液研磨溶液を除外しない。

以下で詳細に論じるように、本発明は、パッドを用いて実施されるＣＭＰプロセスのタイプに対応する溝構造を研磨パッド１０４に設けることを含む。一つの実施態様では、ウェーハ１１２と研磨パッド１０４との間の消費済みスラリー（１１６）の存在が研磨にとって有害であるならば、パッドは、もっとも影響を受ける領域に特定の溝構造を含むことができる。もう一つの実施態様では、消費済みスラリーの中に存在する１種以上の研磨副産物が研磨にとって有益であるならば、研磨パッド１０４は、影響を受ける領域に異なる溝構造を含むことができる。各溝構造の設計は、ウェーハの回転方向が研磨パッドの回転方向と一般に反対になる研磨パッド１０４とウェーハ１１２との間の領域のスラリー１１６中での「逆混合（back mixing）」の発生に基づく。

一般に、逆混合とは、研磨パッド１０４とウェーハ１１２との間のスラリー１１６の中で、パッドとウェーハとの間のスラリーの速度又はその成分が研磨パッドの接線速度に対して反対方向であり、十分な大きさを有するとき発生することがある状態である。ウェーハ１１２の影響の外側にある研磨層１０８上のスラリー１１６は一般に、定常状態で研磨パッド１０４と同じ速度で回転する。しかし、スラリー１１６がウェーハ１１２の研磨面１２０と接触すると、スラリーと研磨面との相互作用による接着、摩擦又は他の力がスラリーをウェーハの回転方向に加速させる。当然、加速は、スラリー１１６とウェーハ１１２の研磨面１２０との界面でもっとも劇的であり、研磨面から計測される、スラリーにおける深さの増大とともに低下してゆく。加速の低下速度は、スラリー１１６の種々の性質、たとえばその粘性係数に依存する。この現象は、「境界層」と呼ばれる、流体力学で確立された見方である。

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、ジンバル式接合（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研磨面１２０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、研磨面１２０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１１６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。

当業者は、研磨機１００が他の部品（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、リンス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１１６の送出し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、並びに（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んでもよいということを理解するであろう。当業者は、これらの部品を構成し、具現化する方法を理解するため、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１１６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１１６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、必ずしもその必要はない。力Ｆは通常、ウェーハ１１２と研磨パッド１０４との間に０．１〜１５psi（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、必ずしもその必要はない。

上述したように、本発明は、研磨パッド又は研磨されるウェーハ、あるいは両方の回転速度を考慮して、パッドが使用されるそれぞれの研磨プロセスを最適化するように設計された溝構造を有する研磨パッドを包含する。一般に、種々の溝構造の設計は、先に論じた条件下で逆混合が発生することができる研磨層１０８の逆混合領域の内外でのスラリー１１６の挙動に基づく。研磨速度、すなわちある地点におけるウェーハ１１２の研磨面１２０からの材料の除去速度が、スラリー１１６中の活性薬剤の濃度に依存し、逆混合領域が非逆混合領域とは異なる定常状態での活性薬剤濃度を有するため、逆混合はＣＭＰに関係がある。

逆混合の概念を説明するため、図２Ａは、逆混合が存在しない条件下での、ウェーハ１１２とパッドとの間のスラリー１１６中の接線速度（研磨パッド１０４に対する）の速度分布１４４を示す。速度分布１４４中に示されたウェーハ１１２の回転方向は研磨パッド１０４の回転方向と一般に同じであるが、ウェーハに隣接するスラリー１１６におけるウェーハ速度Ｖs_wの大きさは、パッドに隣接するスラリーにおける接線速度Ｖs_pよりも小さい。定常状態に達すると、ウェーハ１１２にすぐ隣接するスラリーの速度Ｖs_wとパッド１０４にすぐ隣接するスラリーの速度Ｖs_pとの差は、考慮中のウェーハ及びパッドの各点における、接線パッド速度Ｖ_pad−（マイナス）接線ウェーハ速度Ｖ_waferと実質的に等しくなる。

他方、図２Ｂは、逆混合を発生させる条件下での、ウェーハ１１２とパッドとの間のスラリー１１６中の、同じく研磨パッド１０４に対する接線速度の速度分布１４８を示す。この場合、接線ウェーハ速度Ｖ′_waferは、接線パッド速度Ｖ′_padと反対方向にあり、接線パッド速度Ｖ′_padの大きさよりも大きさが大である。したがって、ウェーハ１１２に隣接するスラリー１１６における速度Ｖ′s_wが研磨パッド１０４に隣接するスラリーにおける速度Ｖ′s_pと反対方向にあることによって示されるとおり、差Ｖ′_pad−Ｖ′_waferは負である。速度Ｖ′s_w、Ｖ′s_pが互いに反対である場合、スラリー１１６の上寄り部分がウェーハ１１２によって「逆」に動かされる、すなわち、少なくとも部分的には研磨パッド１０４及びパッドに隣接するスラリーの移動方向とは反対の方向に動かされるため、逆混合が発生するといわれている。

図３を参照すると、逆混合が、逆混合領域１５２中のウェーハ１１２と研磨パッド１０４との隙間への新鮮なスラリーの注入を、逆混合が存在しない場合の新鮮なスラリーの注入に対して緩めている。同様に、逆混合が存在する場合、逆混合が消費済みスラリーの一部を研磨パッド１０４が移動する方向とは逆方向に動かすため、消費済みスラリーは、逆混合が存在しない場合よりも長い時間、隙間の中で滞留する。当業者が理解するように、ＣＭＰの場合の除去速度は通常、以下の「プレストン」式
除去速度＝Ｋ_chem（Ｋ_mech）Ｐ［Ｖ_pad-wafer］ ｛１｝
によって表される。この式は、ウェーハ１１２の研磨面からの材料の除去速度を、ウェーハとパッドとの間の相対速度（Ｖ_pad-wafer）、ウェーハとパッドとの間の圧力Ｐ、化学的作用によるウェーハからの材料の除去に関するパラメータＫ_chem及び機械的作用によるウェーハ材料の除去に関するパラメータＫ_mechの関数として表している。逆混合が存在する場合、化学種の濃度がウェーハ１１２の下の異なる場所でそれぞれ異なり、それがウェーハ１１２全体での不均一な研磨速度をもたらす。

コンピュータによる流体力学シミュレーションが、ウェーハ１１２の接触端１５６（研磨パッド１０４の回転に対して）では、逆混合領域１５２に進入しようとするスラリーが、パッドの溝（図示せず）がパッド回転と整合している区域でより強く追い返されるということを明らかにする。研磨層１０８の「凹凸」又は表面テキスチャの間に保持されるため、研磨パッド１０４の回転により、溝と溝との間のランド区域のスラリーは、溝の中のスラリーよりも効果的にウェーハ１１２の逆方向動の力に逆らって運ばれる。ウェーハ１１２の下に導入され、消費済みスラリーに取って代わる新鮮なスラリーの過渡シミュレーションは、他のどこよりも逆混合領域１５２の中で、はるかに長い、溝の中での混合のウェークを示す。

パッド−ウェーハ隙間の流動パターンを求めて、理論流体力学（Navier-Stokes）式を解くと、逆混合領域１５２の範囲を２種のパラメータ、（１）研磨パッド１０４の回転軸１２８とウェーハ１１２の回転軸１３６との間の分離距離（Ｓ）、及び（２）パッドの回転速度Ω_padとウェーハの回転速度Ω_waferとの比に関連付ける式が導かれる。半径Ｒ_waferのウェーハの場合、研磨パッド１０４及びウェーハ１１２の回転速度Ω_pad、Ω_waferが

を成り立たせるならば、円１５８のうち、

によって画定される、ウェーハの外周内に位置する部分でスラリー逆混合が発生する。研磨パッド１０４が回転すると、式｛３｝によって画定される円１５８は、パッドがウェーハ１１２の下の逆混合領域を通過する範囲の円１６０をスイープアウトする。円１６０の外では、パッドはウェーハ１１２の下の逆混合領域を通過しない。円１６０の臨界半径は

で示される。分離距離Ｓは通常（必ずしもではない）ＣＭＰ研磨機でほぼ一定であるが、しばしば、分離距離Ｓの１０％未満の偏差に達するウェーハ１１２の小さな側方振動がある。したがって、一般には、所与の研磨機に関して、それを下回ると逆混合が発生する臨界パッド対ウェーハ回転比がある。対応して、逆混合限界未満である所与のパッド対ウェーハ回転比の場合、逆混合領域１５２と非逆混合領域１６４との境界１６０をほぼ画定する、研磨パッド１０４の回転軸１２８から計測される臨界半径Ｒ_criticalがある。この境界１６０の中では、交換が望まれる場合に、消費済みスラリーを新鮮なスラリーで置き換えることは不相応に困難になることがあり、研磨副産物を除去することは不相応に困難になることがある。ウェーハ１１２が回転することに加えて側方に振動する場合、二つの臨界半径（図示せず）が存在するということが注目される。これらの臨界半径は、研磨パッド１０４に対して半径方向でウェーハ１１２の振動の二つの端部に対応する。式｛４｝を使用して計算される臨界半径の０．５〜２倍に等しいＲ_criticalを設けることにより、研磨性能が改善する。好ましくは、Ｒ_criticalは、式｛４｝を使用して計算される臨界半径の０．７５〜１．５倍に等しい。もっとも好ましくは、Ｒ_criticalは、式｛４｝を使用して計算される臨界半径の０．９〜１．１倍に等しい。

一般に、研磨性能に対する逆混合の効果は、研磨される材料及びスラリー化学的性質に依存して、望ましいこともあるし、望ましくないこともある。多くのプロセスの場合、ウェーハ１１２の研磨面１２０（図１）からの材料の除去速度は、消費済みスラリーの存在で低下して不均一性を増し、よりゆっくりと更新される領域に研磨くずが蓄積し、それによって欠陥形成（たとえばマクロスクラッチ）増大の危険が高まる。しかし、他のプロセス、たとえば銅のＣＭＰは、研磨が起こるのに必要な化学反応の一部又はすべてを支持するための最小濃度の研磨副産物が存在する場合に増進しうる挙動を経て進行する。これらのプロセスでは、逆混合の不在は、研磨化学反応を妨げ、逆混合限界未満では、はるかに低い除去速度として現れる。

一般に、本発明は、先に論じた条件下で逆混合が発生することができる逆混合領域１５２の中で、第一の溝構造を研磨層１０８に設けることと、場合によっては、逆混合が通常は発生しない非逆混合領域１６４の中で、第二の溝構造を研磨層に設けることとを含む。以下に論じるように、本発明はまた、研磨パッドの逆混合領域、たとえば回転研磨パッド１０４の逆混合領域１５２の場所を、意図する又は所定のウェーハ１１２の回転速度Ω_waferと意図する又は所定のパッド回転速度Ω_padとの関数として決定する方法を提供する。

プロセスが遅い又は不完全な研磨副産物除去によって損なわれる場合、本発明は、パッドもしくはウェーハ１１２又は両方の動きが、逆混合領域からの消費済みスラリーの除去を促進するように働くよう、研磨パッド１０４の逆混合領域１５２の中の研磨層１０８に、スラリーに比較的低い抵抗を加えて逆混合領域から流出させる複数の溝を含む、第一の溝構造（図示せず）を設けることを包含する。第一の溝構造の溝は、とりわけその数、縦方向形状、配置もしくは断面積又はそれらの組み合わせによって、流れに対するそのような低い抵抗を達成することができる。非逆混合領域１６４は、場合によっては、第一の溝構造とは異なる第二の溝構造（図示せず）を含むことができる。第二の溝構造は、とりわけ数、縦方向形状、配置、断面積及びそれらの組み合わせの一以上において第一の溝構造の溝とは異なる複数の溝を含むことができる。第二の溝構造は、設計者によって選択される一以上の目的を達成するように設計することができる。たとえば、第二の溝構造は、とりわけ、スラリー流に対する比較的高い抵抗、優れたスラリー利用能力及び高められたスラリー分布を非逆混合領域１６４に提供することができる。

図４Ａ〜４Ｃは、各逆混合領域２０２、２３２、２６２中の消費済みスラリーの存在が対応するウェーハ２０４、２３４、２６４の研磨にとって有害なプロセスのための、本発明にしたがって設計された種々の溝構造を含む例示的な回転研磨パッド２００、２３０、２６０を示す。図４Ａは、第一の溝構造２０６及び第二の溝構造２０８が、研磨層２１４のそれぞれの領域における溝２１０、２１２の縦方向形状及び配置に関して互いに異なる本発明の研磨パッド２００を示す。逆混合領域２１６の中の第一の溝構造２０６の溝２１０は直線的であり、研磨パッド２００の中心から放射状に外に延びることができる。この構造は、パッド回転方向に対して直角の溝を設けることにより、容積式ポンプ又はコンベヤのやり方でスラリーを動かし、ウェーハの逆回転の影響を軽減させて、逆混合領域２１６からの消費済みスラリーの除去を高める。

他方、非逆混合領域２１８の第二の溝構造２０８の溝２１２は、第一の溝構造２０６の溝２１０の縦方向形状及び配置以外のいかなる縦方向形状又はいかなる配置又はその両方を有してもよい。本例では、溝２１２は、直線又は放射状以外の縦方向形状及び配置、たとえば、研磨パッド２００の設計された回転方向に、ほぼ湾曲した縦方向形状を有することができる。このような溝形状は、非逆混合領域２１８の中のスラリーの放射状の流れを減速し、研磨パッド２００上でのスラリーの滞留時間を増大させる傾向をもつ。当然、溝２１２は、多数の縦方向形状のいずれか、たとえばいくつか挙げるならば円形、波形又はジグザグ形を有することができ、研磨パッド２００に対する多数の他の配置のいずれか、たとえばとりわけ放射状に延びる配置、パッド回転方向と反対の配置又は格子模様を有することができる。ここでもまた、当業者は、第一及び第二の溝構造２０６、２０８それぞれの溝２１０、２１２に関して、縦方向形状及び配置の多くの変形が存在するということを理解するであろう。

第一の溝構造２０６の一以上の溝２１０が、第二の溝構造２０８の一以上の対応する溝２１２に接続されている場合、研磨層２１４は、そのような接続が起こる移行領域２２０を含むことができる。移行領域２２０は一般に、移行に必要ないかなる幅Ｗを有することもできる。第一及び第二の構造２０６、２０８に依存して、移行領域２２０の幅Ｗは、唐突な移行の場合にはゼロであってもよい。先に論じたように、逆混合領域２１６の外側境界２２０は、上記式｛４｝を使用して決定することができる一つ又は二つの臨界半径Ｒ_critical（ウェーハ２０４が回転することに加えて、振動するかどうかに依存する）ならびに考慮される研磨機のパッド対ウェーハ回転比及び分離距離Ｓ（図３）によって画定することができる。

図４Ｂは、第一の溝構造２３６と第二の溝構造２３８とが、主に各群中の溝２４０、２４２の数、さらに（場合によっては）縦方向形状及び配置に関して異なる本発明の研磨パッド２３０を示す。第一の溝構造２３６の各溝２４０は、第二の溝構造２３８の各溝２４２と実質的に同じ横断面形状及び面積を有することができるが、必ずしもそうである必要はない。図示する実施態様では、第一の溝構造２３６は、第二の溝構造２３８の溝２４２の２倍の数の溝２４０を有している。その結果、溝２４０、２４２それぞれの横断面の面積が互いに同じである場合、第一の溝構造２３６は、第二の溝構造２３８の２倍の流路面積を提供して、逆混合領域２３２からの消費済みスラリーの除去を支援する。また、第一の溝構造２３６の溝２４０のほぼ放射状の配置と、研磨パッド２３０の設計された回転方向とほぼ反対の方向へのそれらの湾曲とが、逆混合領域２３２からの消費済みスラリーの除去をさらに支援することが注目される。移行領域２４６は一般に、逆混合領域２３２の外側境界２４８を含み、第一の溝構造２３６の隣接する溝２４０どうしの対を第二の溝構造２３８の溝２４２の対応する溝に接続する分岐溝セグメント２５０を収容する幅Ｗ′を有する。

図４Ｃは、主に各溝２７０、２７２の断面積に関して、逆混合領域２６２の外の第二の溝構造２６８とは異なる逆混合領域２６２の中の第一の溝構造２６６を有する、本発明の研磨パッド２６０を示す。第一の溝構造２６６の溝２７０は、第二の溝構造２６８の溝２７２と同じく直線的かつ放射状であり、第二の溝構造の溝と同じ深さを有するが、第一の溝構造の各溝は第二の溝構造の各溝よりも幅が広い。その結果、第一の溝構造２６６は、第二の溝構造２６８の流路面積よりも大きい流路面積を提供する。逆混合領域２６２の中のより大きい流路面積は、逆混合領域からの消費済みスラリーの除去を、第一及び第二の溝構造２６６、２６８の溝２７０、２７２が互いに同じ横断面積を有する場合に起こるであろう、逆混合領域からの消費済みスラリーの除去よりも高くする。図示する実施態様では、移行領域２７４は、逆混合領域２６２の外側境界２７６を含み、溝２７０、２７２の対応する溝の間の横断面積の緩やかな移行２７８を収容する幅Ｗ″を有する。

図４Ａ〜４Ｃは、消費済みスラリーの存在が研磨にとって有害になりうるプロセスのために設計された種々の研磨パッド２００、２３０、２６０を示すが、図５は、１種以上の研磨副産物が、研磨にとって、たとえばウェーハ３０４からの材料の除去に必要な化学反応のいくつか又はすべてを支持するのに有益なプロセスのために設計された研磨パッド３００を示す。銅のＣＭＰが、研磨副産物の存在から利を得ることができるプロセスの顕著な例である。１種以上の研磨副産物が研磨にとって有益な場合、消費済みスラリー中の副産物が研磨に利用可能な時間を延ばすために、逆混合領域３０８の中の「消費済み」スラリーの滞留時間を増大させることが望ましいことがある。これを達成する方法の一つは、逆混合領域からの消費済みスラリーの除去を阻止する溝３１６を有する第一の溝構造３１２を、逆混合領域３０８に設ける方法である。研磨パッド３００の回転方向で湾曲する実質的に接線方向の溝３１６が、逆混合領域３０８からの消費済みスラリーの除去を阻止する溝構造を提供する。当然、他の抑止溝構造が可能である。

消費済みスラリーの存在が研磨にとって有害なプロセスに関して、先に論じた第二の溝構造２０８、２３８、２６８と同様に、逆混合領域３０８の外の第二の溝構造３２０は、第一の溝構造３１２たとえば図示するほぼ放射状の湾曲した構造以外の適切な構造であることができる。図示する実施態様では、移行領域３２４は、逆混合領域３０８の外側境界３２８を含み、第一の溝構造３１２の溝３１６と第二の溝構造３２０の溝３３６との間の移行を提供する溝セグメント３３２を収容する幅Ｗ″′を有する。第一及び第二の溝構造３１２、３２０は、主に各溝３１６、３３６の縦方向形状及び配置に関して異なるように示されているが、溝は、さらなる方法又は代替の方法、たとえば、消費済みスラリーが研磨にとって有害になりうるプロセスのために設計された図４Ａ〜４Ｃの研磨パッド２００、２３０、２６０に関連して先に論じた方法と同様な方法で、とりわけ数及び断面積又は両方に関して異なってもよい。

ここまで本発明を回転研磨機に関連して記載したが、当業者は、本発明を他のタイプの研磨機、たとえば線形ベルト研磨機に関連して応用してもよいことを理解するであろう。図６Ａは、研磨層４０４を有し、その研磨層が、ウェーハの回転軸に対して線速度Ｕ_beltで動く間に、スラリー（図示せず）又は他の研磨媒体の存在下で、ほぼ研磨層と接触した状態で回転軸４１２を中心に回転速度Ω′_waferで回転するウェーハ４０８又は他の物品を研磨するように動作上、構成されている本発明の研磨ベルト４００を示す。

スラリーの逆混合は、ウェーハ４０８の、ウェーハの接線速度の成分が研磨ベルトの線速度Ｕ_beltと反対方向にあり、ウェーハの回転速度Ω′_waferがΩ′_{wafer critical}よりも大きい部分の下で発生しうる。

その結果、ウェーハ４０８の回転速度Ω′_waferに対する研磨ベルト４００の線速度Ｕ_beltの比及びウェーハの半径Ｒ′_wafer（通常これらはすべて事前に決まっている）に依存して、研磨層４０４は、逆混合が発生しうる逆混合領域４１６と、逆混合が通常は起こらない非逆混合領域４２０とを有する。

一般に、逆混合領域４１６と非逆混合領域４２０との境界４２４の場所は、ウェーハ４０８の中心からベルトの幅方向に計測して距離Ｒ′_criticalのところに位置し、

によって求められる。したがって、図４Ａ〜４Ｃ及び５の回転研磨パッド２００、２３０、２６０、３００と同じく、図６Ａの研磨ベルト４００は、非逆混合領域４２０の第二の溝構造４３２とは一以上の点で異なる第一の溝構造４２８を、逆混合領域４１６中に有することができる。加えて、先に論じた回転研磨パッドと同じく、研磨ベルト４００の第一の溝構造４２８は、研磨プロセスのタイプに特に適するように設計することができる。これに関連して、図６Ａは、研磨が逆混合領域中の研磨副産物の存在から利を得るプロセスのために設計された第一の溝構造４２８を有する、本発明の研磨ベルト４００を示す。この場合、回転研磨パッドと同じく、逆混合領域からの消費済みスラリーの除去を遅らせる溝４３６を、逆混合領域４１６に設けることが望ましい。この目的に適する溝は、比較的幅が広く、一般に縦方向境界４２４に対して比較的小さな角度で配向した溝４３６を含む。図４Ｃの類似した溝構造とは対照的に、溝４３６の向きは、図６Ａに示すベルト移動方向で使用された場合、研磨ベルト４００の縁へと外に流れるスラリー流に抵抗する。他の溝は、とりわけ、境界４２４に対して平行である溝を含む。第二の溝構造４３２は、第一の溝構造４２８の構造以外のいかなる構造の溝４４０を含んでもよい。たとえば、溝４４０は、図示するように比較的狭く、斜めであってもよい。さらに、溝４４０は、特定の設計に適するための別の形状、たとえばとりわけ波形、ジグザグ形又は湾曲状であってもよい。先に論じた回転研磨パッドと同じく、第二の溝構造４３２の溝４４０は、以下の方法、とりわけ数、断面積、縦方向形状及び縦方向境界４２４に対する配置の一以上において、第一の溝構造４２８の溝４３６とは異なることができる。加えて、研磨ベルト４００は、境界４２４を含み、溝４３６と溝４４０との間の移行４４８を含むのに適した幅Ｗ″″を有する移行区域４４４を含むことができる。

他方、図６Ｂは、逆混合領域５０８中の消費済みスラリーの存在が研磨にとって有害になりうるプロセスのために設計された第一の溝構造５０４を逆混合領域５０８中に有する本発明の研磨ベルト５００を示す。したがって、第一の溝構造５０４の溝５１２は、ベルト移動方向に対して直角の溝を設けることにより、容積式ポンプ又はコンベヤのやり方でスラリーを動かし、ウェーハの逆回転の影響を軽減し、逆混合領域５０８からの消費済みスラリーの除去を高めるように構成されている。多くの他の構造が可能である。第二の溝構造５２０は、回転研磨パッド２００、２３０、２６０、３００及び研磨ベルト４００に関連して先に論じたもののような、第一の溝構造５０４以外のいかなる構造であってもよい。

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。 逆混合が存在しないスラリー層の領域の中の速度分布を示す、図１のウェーハ及び研磨パッドの断面図である。 逆混合が存在するスラリー層の領域の中の速度分布を示す、図１のウェーハ及び研磨パッドの断面図である。 研磨パッドの研磨層上のスラリー逆混合領域の存在を示す、図１の研磨機のウェーハ及び研磨パッドの平面図である。 消費済みスラリーの存在が研磨にとって有害なＣＭＰプロセスのための溝構造を有する、本発明の回転研磨パッドの平面図である。 消費済みスラリーの存在が研磨にとって有害なＣＭＰプロセスのための溝構造を有する、本発明の回転研磨パッドの平面図である。 消費済みスラリーの存在が研磨にとって有害なＣＭＰプロセスのための溝構造を有する、本発明の回転研磨パッドの平面図である。 研磨副産物が研磨にとって有益なＣＭＰプロセスのための溝構造を有する本発明の回転研磨パッドの平面図である。 研磨副産物が研磨にとって有益なＣＭＰプロセスのための溝構造を有する本発明の研磨ベルトの平面図である。 消費済みスラリーの存在が研磨にとって有害なＣＭＰプロセスのための溝構造を有する本発明の研磨ベルトの平面図である。

Claims (2)

1. 第一の回転軸を中心に所定の第一の回転速度で回転するウェーハを、研磨するための円形の研磨パッドであって、
   （ａ）第一の回転軸に対して、所定の速度で動くように動作上、構成されているパッド研磨層を含み、前記パッド研磨層が、
   （ｉ）研磨パッドの回転軸と第一の回転軸との間の分離距離Ｓ、ウェーハの所定の第一の回転速度Ω_wafer及びパッド研磨層の所定の回転速度Ω_padの関数として計算される下記式の臨界半径Ｒ_critical
   
   の０．５〜２倍のところに位置する境界であって、境界が、境界の内側の第一の側と、境界の外側の第二の側とを分ける、境界、
   （ii）境界の第一の側に位置し、研磨パッドとウェーハとの間のスラリーの中で、研磨パッドの接線速度に対して反対方向のスラリーの速度により発生する逆混合を作る第一の構造を有する第一の溝群、並びに
   （iii）境界の第二の側に位置し、第一の構造とは異なる第二の構造であって、研磨パッドとウェーハとの間のスラリーの中で、研磨パッドの接線速度に対して反対方向のスラリーの速度により発生する逆混合を作らない第二の構造を有する第二の溝群
   を含むものである、研磨パッド。
2. 境界が、臨界半径Ｒ_criticalの０．９〜１．１倍に位置する、請求項１記載の研磨パッド。