JP5453075B2

JP5453075B2 - 高速研磨方法

Info

Publication number: JP5453075B2
Application number: JP2009288689A
Authority: JP
Inventors: グレゴリー・ピー・ムルダウニー
Original assignee: ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズシーエムピーホウルディングスインコーポレイテッド
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2029-12-21
Also published as: US8057282B2; EP2202031B1; KR101601281B1; KR20100074046A; CN101758446A; TW201029802A; TWI449598B; JP2010155338A; EP2202031A2; US20100159810A1; EP2202031A3

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、研磨性能を改善するＣＭＰプロセス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リングの流路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流路を有するキャリヤリングのスキージ作用を低減するものの、流路を有さないキャリヤリングを使用する場合には、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
本発明の一つの態様では、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の方法であって、基材がキャリヤ固定具に固定され、キャリヤ固定具が流路のない表面を有し、方法が、：ａ）研磨パッドの研磨面に隣接し平行な流路のない表面を持つキャリヤ固定具に基材を固定する工程であって、研磨パッドが多数の溝を有し、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）キャリヤ固定具の仮想溝の局所角度θ_ｃ０に関して以下のとおり画定される、工程と：

ｂ）キャリヤ固定具に隣接する研磨パッドに研磨媒体を適用する工程と；ｃ）研磨パッドおよびキャリヤ固定具を回転させて研磨パッドおよび研磨媒体で基材を研磨する工程であって、キャリヤ固定具の流路のない表面が研磨パッドに押し当てられて基材への研磨媒体の流動を妨げ、高速溝経路がキャリヤ固定具を横断して基材への研磨媒体の流動を促進する、工程とを含む方法を提供する。

本発明のもう一つの態様では、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の方法であって、基材がキャリヤ固定具に固定され、キャリヤ固定具が流路のない表面を有し、方法が、：ａ）研磨パッドの研磨面に隣接し平行な流路のない表面を持つキャリヤ固定具に基材を固定する工程であって、研磨パッドが多数の溝を有し、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）キャリヤ固定具の仮想溝の局所角度θ_ｃ０に関して以下のとおり画定される、工程と：

ｂ）キャリヤ固定具に隣接する研磨パッドに研磨媒体を適用する工程と；ｃ）研磨パッドおよびキャリヤ固定具を同一の方向に回転させて研磨パッドおよび研磨媒体で基材を研磨する工程であって、キャリヤ固定具の流路のない表面が研磨パッドに押し当てられて基材への研磨媒体の流動を妨げ、高速溝経路がキャリヤ固定具を横断して基材への研磨媒体の流動を促進する、工程とを含む方法を提供する。

本発明の方法に従って流路のないキャリヤリングと使用するために作製される研磨パッドの概略上面図である。本発明の方法に従って溝経路を決定するキャリヤ溝を例示する、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。本発明の方法のための溝経路を作り出すために使用される仮想溝を有するキャリヤを持つ研磨パッドの溝の形状を例示する概略上面図である。本発明の方法で使用するために作製される、異なる長さを持つ溝を有する代替研磨パッドの概略上面図である。本発明の方法で使用するために作製される、互い違いにずらされた異なる長さを持つ溝を有する代替研磨パッドの概略上面図である。本発明の方法で使用するために作製される、不均等な離間と組み合わせて、互い違いにずらされた異なる長さを持つ溝を有する代替研磨パッド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
複数の曲線の半径方向の溝を有する研磨パッドによるＣＭＰ研磨は、流路のないキャリヤリングと組み合わせると、改善された研磨性能を提供することが見いだされた。特に、流路のないキャリヤリングは、曲線の半径方向の溝およびキャリヤリングの下方を通してスラリーを基板に誘導するために、スキージ様の方式で研磨パッドに押し当てられる。この基板へのスラリー流動の制限により、他のパッド−キャリヤリングの組み合わせと比較して、除去速度の増加という予期しない利益を提供することができる。

ここで図面を参照すると、図１は、本発明の方法に従って使用するために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、流路のないキャリヤリングまたは固定具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。本明細書の目的において、流路のないキャリヤリングは、基材１２０を支持する構造を表すが、リングが平坦な表面に載っている場合、キャリヤリングの外側からキャリヤリング内に研磨媒体、たとえば研磨スラリー（図示せず）を輸送することのできる通路を含有しない。通常、キャリヤリング１０８は、１００μmよりも小さい表面粗さＲ_ａを有する。有利には、キャリヤリングは、５０μmよりも小さい表面粗さを有する。研磨パッド１００は、研磨パッド１００がキャリヤ１０４の下方を掃くにつれ、被研磨基材１２０、たとえば半導体ウェーハへの研磨媒体の流動を制御するように流路のないキャリヤリング１０８と連携して構成される複数のパッド溝１１６を包含する。特に、流路のないキャリヤリング１０８は、流路のないキャリヤリング１０８と研磨パッド１００との間の流動を妨げ、流動をパッド溝１１６へ誘導するために、スキージ様の方式で研磨パッド１００に押し当てられる。パッド溝１１６は、流路のないキャリヤリング１０８を横断するため、前縁１２４で基材１２０へのスラリー流動を促進する。特に、この流路のないキャリヤリング１０８とパッド溝１１６の相互作用は、研磨パッド１００およびキャリヤ１０４が所定の方向Ｄ_パッド、Ｄ_キャリヤに各々回転するにつれ、生じる。

図１および図２を参照すると、研磨パッド１００は、研磨面１３２を有する研磨層１２８を包含する。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と別個に形成することができるバッキング層またはサブパッド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製造することができる。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。加えて、これらの材料は孔隙を包含することもでき、または包含しないこともできる。

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１４０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必然的に増加する。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。例として、複数のパッド溝１１６は、それぞれ三角形、四角形、矩形１４８ａ（図２）またはＵ字形断面形状を有することができる。通常、四角形、矩形およびＵ字形断面は、最良の研磨性能を提供する。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、仮想キャリヤ溝１１２の角度θ_ｃ０である。仮想キャリヤ溝１１２は、研磨パッド１００のキャリヤ適合溝形状１５２を画定するためにのみ使用される幾何学的構成概念であり、本発明に従って使用される場合のキャリヤリング１０８には実際には存在していない。仮想キャリヤ溝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、仮想キャリヤ溝１１２は図示されるように方向付けられ、仮想キャリヤ溝１１２ａの局所角度θ_ｃは０°であり、仮想キャリヤ溝１１２ｂの局所角度θ_ｃは４５°であり、仮想キャリヤ溝１１２ｃの局所角度θ_ｃは−４５°である。当業者は、図示された残りの仮想キャリヤ溝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。代替仮想キャリヤ溝方向を有する代替キャリヤリングの仮想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、仮想キャリヤ溝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、それぞれの仮想キャリヤ溝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さまざまなパッド溝１１６と整列する。例として、仮想キャリヤ溝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の前縁に隣接するパッド溝１１６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、所与の一つのパッド溝１１６と連続的な仮想キャリヤ溝１１２との間の整列の瞬間点は、有利には同心円中心Ｏ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、所与の一つのパッド溝１１６と連続的な仮想キャリヤ溝１１２との間の整列の瞬間点は、有利には同心円中心Ｏ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。

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、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以下の式を立てることが可能になる。

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、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、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。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。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。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４〜図６は、流路のないキャリヤリング４０８とともに機能してウェーハ４２０に研磨媒体を誘導する、さまざまな例示的なパッド溝１１６の詳細を例示する。図４を参照すると、研磨パッド４００は、反復する溝セット４４４内に編成される曲線の半径方向の溝４２６、４２８、４３０および４３２を包含する。それぞれの溝セット４４４は、研磨パッドの中心Ｏ（図３）から測定される不均等な出発位置を有する４２６（１本）、４２８（１本）、４３０（２本）および４３２（４本）の曲線の半径方向の溝を含有する。集合的に、これらの溝は、ウェーハトラックにわたり研磨パッドの表面積対溝比率のバランスを取るように機能する。溝４２６は、研磨パッド４００の外周からウェーハトラック（図示せず）の内側境界内の位置まで伸びる。溝４２８は、研磨パッド４００の外周からウェーハトラックの内側境界の隣接内の位置まで伸びる。溝４３０は、研磨パッド４００の外周からウェーハトラックの中心領域内の位置まで伸びる。溝４３２は、研磨パッド４００の外周からウェーハトラックの外側境界内の位置まで伸びる。

図５の研磨パッド５００は、反復する溝セット５４４内に編成される曲線の半径方向の溝５２６〜５３２を包含する。それぞれの溝セット５４４は、５２６（１本）、５２７（１本）、５２８（１本）、５２９（２本）、５３０（１本）、５３１（１本）および５３２（１本）の曲線の半径方向の溝を含有する。これらの溝は、集合的にキャリヤリング５０８と相互作用し、ウェーハ５２０の研磨除去速度を増加させる。研磨パッド５００は中心Ｏを有し、研磨は中心Ｏから互い違いにずらされた半径で開始する高速経路を有する多数の溝で生じる。集合的に、これらの溝は、ウェーハトラックにわたり、研磨パッドの表面積対溝比率のバランスを取るように機能する。加えて、溝セット内のそれぞれの溝は、溝を開始するための互い違いにずらされた移行点を有する。例として、これらの溝は、ウェーハトラック（図示せず）の内側の出発点からウェーハトラックの外側境界内の位置まで伸びる。

図６の研磨パッド６００は、反復する溝セット６４４に編成される曲線の半径方向の溝６１６を包含する。これらの溝セットは、集合的にキャリヤリング６０８と相互作用し、ウェーハ６２０の研磨除去速度を増加させる。それぞれの溝セット６４４は不均等な角離間を持つ曲線の半径方向の溝を含有し、研磨は高速経路を有する多数の溝６１６間の不均等な角離間によって生じる。例として、溝セット６４４は、狭い角離間６５０から広い角離間６５２までの範囲にわたる角溝離間を包含する。特に、それぞれの溝セットは、不均等な角離間した溝のみ、または均等な角離間した溝と不均等な角離間した溝の組み合わせを含有することができる。加えて、それぞれの溝セット６４４は、異なる移行点または出発点を有する、不均等な半径方向離間を持つ溝を含有する。例として、これらの溝は、ウェーハトラック（図示せず）の内側の出発点からウェーハトラックの外側境界内の位置まで伸びる。集合的に、これらの溝は、ウェーハトラックにわたって研磨パッドの表面積対溝比率のバランスを取るように機能し、ウェーハ内不均一性（ＷＩＷＮＵ）を低減し、ＣＭＰ工程の除去速度を改善することができる。

図７は、物品、たとえばウェーハ７０８を研磨するため、図１〜図６の研磨パッド１００、４００、５００および６００または本開示の他の研磨パッドの一つであることができる研磨パッド７０４と使用するのに好適な研磨機７００を例示する。研磨機７００は、研磨パッド７０４が取り付けられるプラテン７１２を包含することができる。プラテン７１２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７００は、さらに、プラテン７１２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７０８を支持するウェーハキャリヤ７２０を包含することができる。ウェーハキャリヤ７２０は、ウェーハ７０８が研磨パッド７０４の研磨面７２４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７０８は、研磨面７２４に面し、研磨中に平坦化される被研磨面７２８を包含する。ウェーハキャリヤ７２０は、ウェーハ７０８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７２８を研磨パッド７０４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７００は、研磨面７２４に研磨媒体７３６を供給するための研磨媒体導入口７３２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７００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７０８および研磨パッド７０４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７３６の送り出し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７０４およびウェーハ７０８が各回転軸Ａ１、Ａ２を中心に回転し、研磨媒体７３６が研磨媒体導入口７３２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７３６は、研磨面７２４上に、ウェーハ７０８と研磨パッド７０４との間の隙間を包含して広がる。研磨パッド７０４およびウェーハ７０８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７０８と研磨パッド７０４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。パッド溝とキャリヤリングの相互作用は、結果として基材除去速度の実質的な増加およびウェーハ間不均一性の改善をもたらすことができる。

例
本例では、従来の同心円溝または本発明による高速溝のいずれかを持つ、Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies、Newark、Delaware、USAによって製作された直径７７．５cmの硬質ポリウレタン研磨パッドIC1000で、流路を有さないキャリヤリングと併せて使用する場合の除去速度を上げるための高速溝の効果を実証する。同心円溝を３．１mmの一定のピッチ上で深さ０．７６mmかつ幅０．５１mmに機械加工し、全ウェーハトラックにわたって適用される高速経路のための式によって決められたパターンおよび湾曲を持つように高速溝を深さ０．７６mmかつ幅０．７６mmに機械加工した。流路を有さないキャリヤリングと併せてそれぞれの溝タイプを使用して、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ならびにスラリー流動速度２００および１２０ml／分（min）でタングステン３００mm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、それぞれのセットの四つの個々のウェーハにわたって得られた結果の算術平均を指す。

従来の同心円溝に対して、高速溝は、両方の溝タイプが流路を有さないキャリヤリングとともに使用された場合、タングステンブランケットウェーハ上の除去速度をスラリー流動速度２００ml／minで平均６０％、スラリー流動速度１２０ml／minで平均８４％増加させた。加えて、除去速度のウェーハ間不均一性（ＷＴＷＮＵ）は、スラリー流動速度２００ml／minで２．９％から１．７％へ、スラリー流動速度１２０ml／minで１．１％から０．７％へ低減された。

Claims

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の方法であって、基材がキャリヤ固定具に固定され、キャリヤ固定具が流路のない表面を有し、方法が、
ａ）研磨パッドの研磨面に隣接し平行な流路のない表面を持つキャリヤ固定具に基材を固定する工程であって、研磨パッドが多数の溝を有し、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）キャリヤ固定具の仮想溝の局所角度θ_ｃ０に関して以下のとおり画定される、工程と、

ｂ）キャリヤ固定具に隣接する研磨パッドに研磨媒体を適用する工程と、
ｃ）研磨パッドおよびキャリヤ固定具を回転させて研磨パッドおよび研磨媒体で基材を研磨する工程であって、キャリヤ固定具の流路のない表面が研磨パッドに押し当てられて基材への研磨媒体の流動を妨げ、高速溝経路がキャリヤ固定具を横断して基材への研磨媒体の流動を促進する、工程とを含む方法。
研磨パッドが中心を有し、中心から互い違いにずらされた半径で開始する多数の溝によって研磨が生じる、請求項１記載の方法。
φｃ（ｒ）が負である場合に反時計方向に、またはφｃ（ｒ）が正である場合に時計方向に回転する研磨パッドとともに回転が生じる、請求項１記載の方法。
θ_ｃ０が０〜９０度である溝軌跡の２０パーセント以内にある高速経路によって研磨が生じる、請求項１記載の方法。
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の方法であって、基材がキャリヤ固定具に固定され、キャリヤ固定具が流路のない表面を有し、方法が、
ａ）研磨パッドの研磨面に隣接し平行な流路のない表面を持つキャリヤ固定具に基材を固定する工程であって、研磨パッドが多数の溝を有し、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）キャリヤ固定具の仮想溝の局所角度θ_ｃ０に関して以下のとおり画定される、工程と、

ｂ）キャリヤ固定具に隣接する研磨パッドに研磨媒体を適用する工程と、
ｃ）研磨パッドおよびキャリヤ固定具を同一の方向に回転させて研磨パッドおよび研磨媒体で基材を研磨する工程であって、キャリヤ固定具の流路のない表面が研磨パッドに押し当てられて基材への研磨媒体の流動を妨げ、高速溝経路がキャリヤ固定具を横断して基材への研磨媒体の流動を促進する、工程とを含む方法。
研磨パッドが中心を有し、中心から互い違いにずらされた半径で開始する多数の溝によって研磨が生じる、請求項５記載の方法。
φｃ（ｒ）が負である場合に反時計方向に、またはφｃ（ｒ）が正である場合に時計方向に回転する研磨パッドとともに回転が生じる、請求項５記載の方法。
高速経路を有する多数の溝間の不均等な角離間によって研磨が生じる、請求項５記載の方法。
θ_ｃ０が３０〜６０度である溝軌跡の２０パーセント以内にある高速経路によって研磨が生じる、請求項５記載の方法。
θ_ｃ０が４０〜５０度である溝軌跡の１０パーセント以内にある高速経路によって研磨が生じる、請求項５記載の方法。