JP5124212B2 - 重複する面積一定のらせん溝を有するｃｍｐパッド - Google Patents

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）の分野に関する。特に、本発明は、重複する面積一定のらせん溝を有するＣＭＰパッド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複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、多数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（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配置する。研磨パッドは、平坦化されるウェーハの直径の二倍を超える直径を有する。研磨中、研磨パッドおよびウェーハはそれぞれの同心円中心を中心に回転し、その間に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と等しい。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。

研磨パッド設計を最適化するため、ＣＭＰ中の研磨層、研磨媒体およ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。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、スラリー利用度および研磨均一性を高めると主張されるさまざまなパターンの空隙および溝配置をこれらの層に設けることに集中してきた。長年にわたり、多くの異なる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。従来技術の溝パターンとしては、とりわけ、半径方向、同心円状、デカルト格子状およびらせん状がある。従来技術の溝配置形態としては、すべての溝の幅および深さが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。

特に、回転式の研磨パッドに用いられる多くの従来技術の溝パターンでは、溝は一回以上にわたって相互に交差する。たとえば、Ｔａｌｉｅｈの米国特許第５，６５０，０３９号では、その図３において、直接隣接する部分が反対方向に湾曲して相互に交差するように配置されたらせん状または円形状の弓形溝部を有する円形の研磨パッドを開示している。Ｄｏｉらの日本特許公報第２００１−１３８２１２号では、パッドの同心円中心の隣接位置からパッドの端部まで伸び、それらの長さに沿って複数回にわたって相互に交差する二組のらせん溝を有する円形の研磨パッドを開示している。これらの溝パターンは公知であるが、研磨パッドの設計者は、公知のパッドと比較してより有効かつ有用な研磨パッドを実現する溝パターンを常に追求している。

発明の開示
本発明の一つの特徴では、研磨パッドは、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するために構成され、同心円中心および外周を有する円形の研磨面を含む研磨層と；円形の研磨面に形成される少なくとも一つの第一溝と；円形の研磨面に形成され、少なくとも一つの第一溝と少なくとも二回にわたって交差し、四つの湾曲した辺を有する少なくとも一つの四辺区域を定義する、少なくとも一つの第二溝とを含み、；少なくとも一つの第一溝および少なくとも一つの第二溝のおのおのが、それぞれ円形の研磨面に対し、同心円中心に隣接する第一位置から外周に隣接する第二位置までの各円周溝部割合を伴う円形の研磨面を備え、各円周溝部割合が平均を有するとともに平均から約２５％以内に維持される。

本発明のもう一つの特徴では、研磨パッドは、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するために構成され、同心円中心および外周を有する円形の研磨面を含む研磨層と；第一開始半径を有し、円形の研磨面に形成される複数の第一溝を含み、複数の第一溝がそれぞれ第一開始半径の関数として一定の円周溝部割合に関する一連の式に従って配置され、第一平均を有するとともに第一平均から約５％以内に維持される第一円周溝部割合を備える第一溝セットと；第二開始半径を有し、円形の研磨面に形成される複数の第二溝を含み、複数の第一溝が複数の第二溝と少なくとも一回にわたって交差することで、それぞれが四つの湾曲した辺を有する複数の四辺区域を定義し、複数の第二溝がそれぞれ第二開始半径の関数として一定の円周溝部割合に関する一連の式に従って配置され、第二平均を有するとともに第二平均から約５％以内に維持される第二円周溝部割合を備える第二溝セットとを含む。

発明の詳細な説明
図面を参照すると、図１〜３は、本発明に従って作製され、後に詳述するようにＣＭＰ研磨装置に使用することができる研磨パッド１００を示す。図２に示すように、研磨パッド１００は、研磨面１０８を有する研磨層１０４を含む。研磨層１０４は、研磨層と一体で形成することができる、または研磨層と別個に形成することができるバッキング層１１２で支持することができる。研磨層１０４は、被研磨物品、たとえば、とりわけ半導体ウェーハ（図１の輪郭１１４で指示する）、コンピュータハードドライブのディスクなどの磁気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の研磨に好適なあらゆる材料から作製することができる。研磨層１０４の材料の例としては、説明のためであってこれらに限定されるものではないが、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を含む。

図１および３に示すように、通常、研磨パッド１００は円板形状を有し、研磨面１０８は同心円中心または原点Ｏと、原点Ｏから距離Ｒｏ（図３）に位置する円形外周１２０とを有する。使用中、被研磨物品（図中では輪郭１１４で指示されるウェーハ）は、必ずではないが通常は半導体ウェーハであり、研磨パッド１００が原点Ｏを中心に回転するにつれ、研磨面１０８上に円形の研磨（ウェーハ）トラック１２４を描き出す。研磨トラック１２４は、研磨面のうち、研磨中に被研磨物品に面する部分である。一般に、研磨トラック１２４は、内側境界１２４Ａおよび外側境界１２４Ｂによって定義される。当業者が容易に理解するように、ウェーハトラック１２４の内側および外側境界１２４Ａ−Ｂは概ね円形状であるが、被研磨物品または研磨パッド１００をオービタル運動または振動運動させる研磨機の場合には、波状であると考えることができる。

図１〜３を参照すると、研磨パッド１００は二組の溝セット１２８、１３２を含み、それぞれの溝セットが複数の対応する溝１２８Ａ、１３２Ａを包含する。重要な点として、後に詳述するように、各溝１２８Ａは溝１３２Ａと交差するように構成および配置され、各溝１２８Ａ、１３２Ａは実質的に「面積一定」の溝である。実際に面積一定である溝では、溝外部における補完的な円部分の長さに対する、溝の一方側から他方側に向かって溝と交差する円部分の長さの比は、円の半径に関係なく同一の値である。そのため、溝１２８Ａ、１３２Ａの各セット１２８、１３２による研磨面１０８の溝部割合は、原点Ｏと同心でそのセットの溝と交差する任意の円に沿って測定すると、そのセットの全体にわたって実質的に一定である、すなわち平均から２５％以内である。本明細書では、この概念を「円周溝部割合」または単純に「ＣＦ」とする。各溝１２８Ａ、１３２Ａは、特定の組み合わせの設計基準に適合するため、事実上、いかなる所望の断面形状および断面寸法も有することができる。したがって、特に図２に示すように、溝１２８Ａ、１３２Ａの矩形の断面形状および図示した相対的な断面寸法は一例に過ぎない。当業者は、設計者が本発明の研磨パッド、たとえばパッド１００に対し、広範囲にわたる形状および寸法の溝１２８Ａ、１３２Ａを提供することができることを理解する。また、当業者は、溝１２８Ａ、１３２Ａの断面形状および寸法について、各溝の長手方向に沿って異なるか、溝ごとに異なるか、またはその両方とすることができることも容易に理解する。溝セット１３２の溝１３２Ａは、研磨トラック１２４を通過し、内側境界１２４Ａおよび外側境界１２４Ｂと交差するのに対し、溝セット１２８の溝１２８Ａは外側境界１２４Ｂのみと交差する。当業者が容易に理解するように、セット１２８、１３２の溝１２８Ａ、１３２Ａによる境界１２４Ａ−Ｂの一方または両方との交差の有無は、研磨パッド１００の設計において満たすべき研磨要求の関数である。

溝１２８Ａ、１３２Ａのセット１２８、１３２ごとに、らせん形状を定義する以下の式に基づいて対応する各溝を配置することにより、一定のＣＦが得られる：

ここで、Ｒはパッド中心からの距離、φはパッド中心に固定された極座標上の角度であり、

であり、Ｒｓはらせんの開始半径である。本明細書および添付の請求項では、式｛１｝〜｛３｝を「一定の円周溝部割合に関する一連の式」または単純に「ＣＦ式」とする。

上述のＣＦ式から明らかなように、溝１２８Ａ、１３２Ａの曲率を定義する変数は、Ｒｓ、すなわち対応する溝セットの内側または開始半径である。Ｒ１が各溝１３２Ａの開始半径であり、Ｒ２が各溝１２８Ａの開始半径である図３から容易に理解されるように、開始半径が小さくなるにつれ、原点Ｏを中心とした各溝の巻きターン数が多くなる。開始半径Ｒ１が比較的小さいため、各溝１３２Ａは原点Ｏを中心とした巻きターン数が三ターンを超え、開始半径Ｒ２が比較的大きい各溝１２８Ａは、原点を中心とした巻きターン数がおよそ十二分の一ターンとなる。各溝セット１２８、１３２（図１）の開始半径は、溝が原点Ｏから開始するであろうゼロから、研磨パッド１００の外半径Ｒｏ未満までの任意の値であることができるが、事実上、一つの開始半径（図３のＲ１）は、必ずではないが通常は、ウェーハトラック１２４の内側境界１２４Ａ（図１）の半径よりも小さく、もう一つの開始半径（図３のＲ２）は、必ずではないが通常は、ウェーハトラックの外側境界１２４Ｂ（図１）よりも小さい。ウェーハ均一性を調整するため、開始半径Ｒ１は好ましくはウェーハトラックの外側にあり、比較的大きい開始半径Ｒ２はウェーハトラック内にある。これにより、研磨の調整および微調整が可能になり、ウェーハ内の均一性を向上させることができる。

本発明に従って作製された研磨パッドの例示的な一連の態様では、少なくとも一組の溝セットの溝が原点Ｏを中心に少なくとも二ターンすることを所望することができる。この場合、上述のＣＦ式を用いると、かかる溝の開始半径がパッド半径Ｒ０の約１／１２未満であることを要する。３００mmウェーハ研磨機では、パッド半径はおよそ１５''（３８１mm）であることができるため、開始半径を約１．２５インチ（３１．７mm）とし、結果的に完全に二ターンのらせん溝とする必要がある。もう一つの例示的な一連の態様では、少なくとも一組の溝セットの溝が原点Ｏを中心に一ターン以下することを所望することができる。この場合、ＣＦ式の開始半径がパッド半径Ｒ０の１／３以上である、または上述の３００mmパッドであれば５インチ（１２７mm）であることを要する。さらにもう一つの態様では、一方の溝セットの溝が少なくとも完全に二ターンするのに対し、他方のセットの溝が一ターン以下することを所望することができる。当然のことながら、当業者は、さらに他の態様において、所望に応じて他の巻き要件を満たすことができることを理解する。

実質的にＣＦ式に従って溝を形成すると、一定のＣＦらせん溝１２８Ａ、１３２Ａが得られるが、これを換言すれば、各溝セット１２８、１３２（図１）の半径Ｒの関数として研磨面１０８の面積が実質的に一定となり、さらには、ＣＦが非一定または実質的に非一定である溝セットを有する研磨パッドよりも研磨性能の均一性が高まると換言することができる。ＣＦが一定であることの主な効果として、ウェーハとパッドとの間に二点間の厚さが実質的に均一であるスラリー膜が定着し、それによってウェーハに対するパッド上の力で、ウェーハをパッドの平均平面と正確に平行に均衡させる。一方、ＣＦが非一定であると、パッドとウェーハとの間の流体力学的状態が二点間で異なるため、結果的にウェーハが傾斜し、それに応じて材料除去が不均一になる。各溝セット１２８、１３２に関するＣＦの実際のパーセンテージは、所与の半径における溝１２８Ａ、１３２Ａの本数と、その半径における溝の幅と、その半径における溝の曲率とに依存する。ただし、ＣＦは事実上、任意のパーセンテージであることができるが、これまでの経験が示すところでは、連結ＣＦ、すなわち溝セット１２８のＣＦと溝セット１３２のＣＦとの合計が約１０％〜約４５％の範囲にある場合に、半導体ウェーハ研磨について良好な性能が得られる。さらに、既述のように、本開示では多様な曲率を有する溝が可能である。研磨パッド１００では、各溝１２８Ａの原点Ｏを中心とした巻きターンは約１／１２に過ぎないが、各溝１３２Ａの巻きターンは三ターンを超える。当然のことながら、特定の設計に適合する必要に応じて、より小さい、またはより大きい弧を使用することができる。

対応するそれぞれのセット１２８、１３２に溝１２８Ａ、１３２Ａを構成し、配置するための他の変数は、溝数、溝の曲率方向ならびに各セットにおける溝の始点および終点を含む。溝１２８Ａ、１３２Ａの本数について、設計者は、各セット１２８、１３２に一本の溝から、各セットに所望の本数までの溝を設けることができる。当然のことながら、研磨面１０８上に物理的に適合することができる溝１２８Ａ、１３２Ａの最大本数に関し、実用的な制限は存在する。二組のセット（ここではセット１２８、１３２）の間の溝（この例では１２８Ａ、１３２Ａ）の曲率方向は、設計者次第である。設計によっては、一方のセットの溝が原点Ｏを中心に他方のセットと同一の方向に巻く、または他方のセットと反対の方向に巻くことができる。両方のセットが同一の方向に巻く場合、時計回りまたは反時計回りのいずれかの方向に巻くことができる。

ただし、これに関連して、前述のＣＦの性質のため、たとえば図６および７の溝セット３０４、３０８のように、両方の溝セットが同一の方向に巻く場合、それぞれのセットの溝は異なる開始半径で開始する必要がある。開始半径が等しい場合、同一方向に巻く溝は同一の曲率を有するため、相互に交差することがない。当然のことながら、反対方向に巻く溝が交差することは、それぞれの溝セットの溝部領域の半径方向範囲が十分に重複している限り、本質的な特徴である。

図１〜３における例示的な研磨パッド１００では、ＣＦ式を用いて溝１２８Ａ、１３２Ａを配置することに基づく各溝セット１２８、１３２のＣＦ値は一定であるが、他の態様では、ＣＦはやや非一定であることができる。これらの態様では、各溝セットのＣＦがパッド半径の関数としてのその平均値から約２５％以内に維持され、好ましくはその平均値から約１０％以内に維持されることが好ましい。もっとも好ましくは、ＣＦはパッド半径の関数としてのその平均値から５％以内に維持され、理想的には、ＣＦはパッド半径の関数としてのその平均値に一定に維持される。意図した研磨領域においてＣＦを安定的に維持することがもっとも重要である。たとえば、ウェーハの研磨時、好ましくは、ＣＦはウェーハトラック内に安定的に維持される。このようにＣＦを制限することで、とりわけ、理想的な溝形成からのバリエーション（たとえば、溝設計公差を緩和し、溝形成工程の費用および時間を削減する）および研磨パッドの半径の関数である研磨効果の補償（たとえば、スラリー分散の関数としての材料除去）が可能となる。

図１から容易に理解されるように、交差する溝セット１２８、１３２は、対応する各溝１２８Ａ、１３２Ａの四つの部分によってそれぞれ区切られる複数の四辺区域１３６を定義する。図示した態様では、溝１２８Ａ、１３２Ａはらせん形状であり、各四辺区域１３６の四つの辺はそれぞれ曲線状である。また、四辺区域と研磨パッド１００の中心Ｏとの半径方向距離が増すにつれ、四辺区域１３６の面積が増加することも容易に理解される。

図４〜１１は、本発明に従ったいくつかの例示的な別の研磨パッド２００、３００、４００、４５０を示す。図４および５は、溝が相互に反対方向に巻く溝２０４Ａ、２０８Ａの二組のセット２０４、２０８を有する研磨パッド２００を示す。明確にするため、図５は特に溝２０４Ａ、２０８Ａのそれぞれ一本を示す。溝１２８Ａ、１３２Ａと同様に、各溝２０４Ａ、２０８Ａは、特定の応用に好適な任意の横断面構成を有することができる。また、図１〜３の溝１２８Ａ、１３２Ａと同様に、溝２０４Ａ、２０８Ａは、各溝セット２０４、２０８のＣＦが一定となるように上述のＣＦ式に従って配置されたらせん溝である。図１の研磨パッド１００と同様に、図４の交差する溝２０４Ａ、２０８Ａは、対応する各溝２０４Ａ、２０８Ａの曲線部によって定義される四つの曲線状の辺をそれぞれ有する複数の区域２１２を定義する。また、図１の研磨パッド１００と同様に、研磨パッド２００の中心Ｏからの半径方向距離が増すにつれ、図４の区域３１２の面積が増加する。

図６および７は、図１の対応する各溝１２８Ａ、１３２Ａおよび図４の溝２０４Ａ、２０８Ａと一般に同一である溝３０４Ａ、３０８Ａの二組のセット３０４、３０８を有する研磨パッド３００を示す。ただし、研磨パッド３００の場合、上述の記載のように、溝３０４Ａおよび溝３０８Ａはそれぞれパッドの原点Ｏを中心に同一方向に巻く。明確にするため、図７は、各セット３０４、３０８から一本の溝３０４Ａ、３０８Ａを示す。各セット３０４、３０８を完成するには、単純に、図示したそれぞれの溝３０４Ａ、３０８Ａを研磨パッド全体の周方向において一定の角ピッチで反復する。以上では、溝３０４Ａ、３０８ＡをＣＦ式に従って提供し、各溝セット３０４、３０８のＣＦを一定とした。図６で確認することができるように、交差溝３０４Ａ、３０８Ａは、それぞれ対応する各溝３０４Ａ、３０８Ａの曲線部によって定義される四つの曲線状の辺を有する複数の区域３１２を定義する。再び、研磨パッド３００の中心Ｏからの半径方向距離が増すにつれて、区域３１２の面積は増加する。

図８および９は、研磨パッド４００を示す。研磨パッド４００の溝パターンは、本質的に、一定の角ピッチで反復されて溝４０４Ａの第一セット４０４を提供し、その後、反対方向に巻く溝４０８Ａを鏡像的に提供し、一定の角ピッチで反復されて溝の第二セット４０８を提供する、単一のらせん溝形状に基づいている。研磨パッド４００は、特に、異なる溝セット、この場合にはセット４０４、４０８が、図１〜７の研磨パッド１００、２００、３００のように異なる内側および外側境界を有する必要がないことを示す。むしろ、両方のセット４０４、４０８は、同一の内側および外側境界４１２、４１６を共有することができる。以上では、各セット４０４、４０８の溝４０４Ａ、４０８Ａは、それぞれＣＦ式に従って配置され、各溝セット４０４、４０８のＣＦは実質的に一定となる。溝４０４Ａ、４０８Ａの他の特徴、たとえば深さ、横断面形状および幅は、上述の図１〜３の溝１２８Ａ、１３２Ａに関連した説明と同様であることができる。図８で確認することができるように、交差溝４０４Ａ、４０８Ａは、それぞれ対応する各溝４０４Ａ、４０８Ａの曲線部によって定義される四つの曲線状の辺を有する複数の区域４１２を定義する。研磨パッド４００の同心円中心からの半径方向距離が増すにつれて、区域４１２の面積は増加する。

研磨パッド４００は、反対に巻く溝の二つのセット４０４、４０８が、実際に、同一の内側開始半径を有することができることを示すが、多くの態様では、研磨媒体流動の目的のため、一方の溝セットの溝が、ウェーハトラックの内側境界よりも小さな内側半径から、ウェーハトラックの外側境界よりも大きな外側半径へ拡大し、もう一方の溝セットの溝が、ウェーハトラック内に位置する内側半径から、ウェーハトラック外に位置する外側半径へ拡大することが望ましい。このように、一方のセットの溝はウェーハトラック全体を通じて拡大し、他方のセットの溝はウェーハトラック内から研磨パッドの外周に向かって拡大する。この状況は、図１〜７、１０および１１の研磨パッド１００、２００、３００、４５０のそれぞれに示される。

図１０および１１は、それぞれ交差するＣＦ一定溝４５４Ａ、４５８Ａの二つのセット４５４、４５８を有する研磨パッド４５０を示す。溝セット４５４、４５８は、図４および５の研磨パッド２００の溝セット２０８、２０４にそれぞれ非常に類似しているが、ただし、研磨パッド２００の各セット２０４、２０８における図４および５の溝２０４Ａ、２０８Ａは、パッド全体にわたって一定の各ピッチで配列されるのに対し、図１０および１１の４５４Ａ、４５８Ａは、研磨パッド４５０全体にわたって異なる角ピッチで配列される。例示的な研磨パッド２００では、溝セット２０８に２０本の溝２０８Ａ（および結果的に、直接隣接する溝２０８Ａ間に２０の区域）があり、一定の角ピッチは３６０°／２０＝１８°となる。同様に、溝セット２０４には１２７本の溝２０４Ａ（および結果的に、直接隣接する溝２０４Ａ間に１２７の区域）があり、一定の角ピッチは３６０°／１２７≒２．８４°となる。当然のことながら、別の態様では、各セット４５４、４５８の溝４５４Ａ、４５８Ａの本数が図示した本数と異なっていることができ、特定の設計の要求に応じて多数または少数になるように選択することができる。

図１０および１１を参照すると、一方、研磨パッド４５０の溝セット４５４では、溝４５４Ａはα＝９°とβ＝２７°とが交互になる異なる角ピッチを有する。αがβよりも比較的大幅に小さいため、人間の視覚では、密接に離間した溝をグループ化する傾向があり、この場合では、溝セット４５４がそれぞれ二本の溝４５４Ａのセットを１０組包含しているように見える。同様に、溝セット４５８の溝４５８Ａは、一連の三つの角度α’、β’、γが反復する異なるピッチを有するが、ここで、α’＝β’＝２°およびγ＝４°である。ここでまた、人間の視覚では、より密接に離間した溝４５８Ａをグループ化する傾向があり、溝セット４５８は、それぞれ三本の溝４５８Ａのセットを４５組包含しているように見える。当然のことながら、当業者は、これらの二つの異なる角ピッチが例示に過ぎず、当業者であれば、各溝セット４５４、４５８に二つ以上の異なるピッチ角度を使用することにより、多くのピッチが異なる溝パターンを考案することができることを容易に理解する。当然のことながら、他の態様では、溝セット４５４、４５８の一方のみに異なる溝ピッチを提供し、他方の溝セットには一定のピッチを提供することができる。

図１〜３の研磨パッド１００の溝１２８Ａ、１３２Ａと同様に、各溝セット４５４、４５８の各溝４５４Ａ、４５８Ａは、先に記載したＣＦ式、すなわち式｛１｝〜｛３｝に従って配置され、各溝セット４５４、４５８のＣＦは実質的に一定となる。特に図１１を参照すると、点４６２は、研磨パッド４５０の同心円中心を表し、円４６６は溝セット４５４の溝４５４Ａの開始点を示し、円４７０は溝セット４５８の溝４５８Ａの開始点を示す。円４６６、４７０は、中心点４６２と同心であり、円４６６は半径Ｒ１を有し、円４７０は半径Ｒ２を有する。ただし、半径Ｒ１は半径Ｒ２よりも小さいように示されるが、当業者は、他の態様においてＲ１がＲ２よりも大きいことができ、また、溝４５４Ａが溝４５８Ａと反対方向に巻くため、さらに他の態様において半径Ｒ１がＲ２と等しいことができることを理解する。後者に関し、溝４５４Ａ、４５８Ａは同一の式によって定義されるため、溝４５４Ａ、４５８Ａが同一の方向に巻き、同一の開始半径を有する場合には、溝４５４Ａ、４５８Ａは等しいらせん形状を有し、相互に交差しないことになる。溝４５４Ａ、４５８Ａの他の特徴、たとえば深さ、横断面形状および幅は、上述の、図１〜３の溝１２８Ａ、１３２Ａに関連した説明と同様であることができる。さらに、図１０で確認することができるように、交差溝４５４Ａ、４５８Ａは、それぞれ対応する各溝４５４Ａ、４５８Ａの曲線部によって定義される四つの曲線状の辺を有する複数の区域４７４を定義する。図１、４、６および８にはそれぞれ研磨パッド１００、２００、３００、４００が描写されているが、研磨パッド４５０の同心円中心４６２からの半径方向距離が増すにつれて、区域４７４の面積は増加する。

ただし、上記の例は、個々の溝が角方向に等しく離間した特長的な溝セットを有するが、この必要はない。一般的に、一定面積のらせん溝の第一および第二セットの個々の溝の間隔において、ある周期性が存在することが望ましいが、これは、パッド全体にわたる単一の溝ピッチではなく、各セットの二本、三本またはそれ以上の溝のグループで実現することができる。

図１２は、物品、たとえばウェーハ５０８を研磨するため、図１〜１１の研磨パッド１００、２００、３００、４００、４５０または本発明に従って作製される他の研磨パッドのいずれかであることができる研磨パッド５０４を使用するのに好適な研磨機５００を示す。研磨機５００は、研磨パッド５０４が取り付けられるプラテン５１２を含むことができる。プラテン５１２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５００はさらに、プラテン５１２の回転軸Ａ１に対して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５０８を支持するウェーハキャリヤ５２０を含むことができる。ウェーハキャリヤ５２０は、ウェーハ５０８が研磨パッド５０４の研磨面５２４に対してごくわずかに非平行な向きを取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５０８は、研磨層５２４に面し、研磨中に平坦化される被研磨面５２８を含む。ウェーハキャリヤ５２０は、ウェーハ５０８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を加えて被研磨面５２４を研磨パッド５０４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）により、支持することができる。研磨機５００は、研磨面５２４に研磨媒体５３６を供給するための研磨媒体導入口５３２を含むこともできる。

当業者が理解するように、研磨機５００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、リンスシステムならびに研磨工程のさまざまな特徴を制御するための各種制御、たとえば、とりわけ（１）ウェーハ５０８および研磨パッド５０４の一方または両方の回転速度のための速度制御装置および選択装置、（２）パッドへの研磨媒体５３６の送り出しの速度および位置を変え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加えられる力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５０４およびウェーハ５０８がそれぞれの回転軸Ａ１、Ａ２を中心に回転し、研磨媒体５３６が研磨媒体導入口５３２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５３６は、研磨面５２４上に、ウェーハ５０８と研磨パッド５０４との隙間を含めて広がる。研磨パッド５０４およびウェーハ５０８は、通常、０．１rpm〜１５０rpmの範囲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５０８と研磨パッド５０４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。

本発明の補完的な外周部らせん溝設計は、ウェーハ均一性を促進する。特に、ウェーハトラック外の第一外周部溝およびウェーハトラック内の第二外周部溝により、ウェーハ均一性をさらに改善することができる。さらに、溝密度を高めることにより、研磨パッドのスラリー分散を改善することができる。最後に、スラリーの研磨挙動に応じ、溝の第二セットは除去速度を増加または減少させることができる。たとえば、スラリー挙動は研磨条件によって大幅に変化し、流量の増加に応じて除去速度を上昇させるスラリーもあれば、流量の増加に応じて除去速度を低下させるスラリーもある。

図１は、本発明に従って作製され、二組の交差溝を有する研磨パッドの平面図である。 図２は、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。 図３は、図１の研磨パッドに関し、二組の交差溝のそれぞれ一本の溝を示す概略図である。 図４は、本発明に従って作製され、二組の交差溝を有する別の研磨パッドの平面図である。 図５は、図４の研磨パッドに関し、二組の交差溝のそれぞれ一本の溝を示す概略図である。 図６は、本発明に従って作製され、二組の交差溝を有するもう一つの別の研磨パッドの平面図である。 図７は、図６の研磨パッドに関し、二組の交差溝のそれぞれ一本の溝を示す概略図である。 図８は、本発明に従って作製され、二組の交差溝を有するさらにもう一つの別の研磨パッドの平面図である。 図９は、図８の研磨パッドに関し、二組の交差溝のそれぞれ一本の溝を示す概略図である。 図１０は、本発明に従って作製され、二組の交差溝を有し、各セットの溝が異なる角ピッチを有する、さらにもう一つの別の研磨パッドの平面図である。 図１１は、図１０の研磨パッドに関し、二組の交差溝のそれぞれいくつかの溝を示す部分的な拡大概略図である。 図１２は、本発明に従った研磨システムの概略図である。

Claims (6)

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するために構成され、同心円中心および外周を有する円形の研磨面を含む研磨層と；
   円形の研磨面に形成される第一溝セットであって、第一開始半径の関数として一定の円周溝部割合に関する一連の式によって定義される第一溝セットと；
   円形の研磨面に形成され、少なくとも一つの第一溝と少なくとも二回にわたって交差し、四つの湾曲した辺を有する少なくとも一つの四辺区域を定義する第二溝セットであって、第二開始半径の関数として一定の円周溝部割合に関する一連の式によって定義されるらせん形状を有する第二溝セットとを含み、；
   第一溝セットおよび第二溝セットのおのおのが、同心円中心に隣接する第一位置から外周に隣接する第二位置までの各円周溝部割合を伴う円形の研磨面を備え、各円周溝部割合が平均を有するとともに平均から約２５％以内に維持されており、
   少なくとも一つの第一溝が円形の研磨面の同心円中心を中心に第一方向に巻き、少なくとも一つの第二溝が同心円中心を中心に第一方向と反対の第二方向に巻く、
   研磨パッド。
2. 研磨のために研磨パッドを使用する際に、研磨面が環状のウェーハトラックを有し、第一開始半径が研磨面の同心円中心とウェーハトラックとの間に位置し、第二開始半径がウェーハトラック内にある、請求項１記載の研磨パッド。
3. 少なくとも一つの第一溝および少なくとも一つの第二溝のそれぞれの円周溝部割合が、平均を有し、平均の約１０％以内に維持される、請求項１記載の研磨パッド。
4. 少なくとも完全に二ターンする第一溝セットの各らせん溝を備えるために、第一溝セットが、パッド外側半径の約１／１２未満である第一開始半径を有する、請求項１記載の研磨パッド。
5. 完全な一ターン以下である第二溝セットの各らせん溝を備えるために、第二溝セットが、パッド外側半径の約１／３より大きい第二開始半径を有する、請求項４記載の研磨パッド。
6. 少なくとも完全に二ターンする第二溝セットの各らせん溝を備えるために、第二溝セットが、パッド外側半径の約１／１２未満である第二開始半径を有する、請求項４記載の研磨パッド。

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