JP4820555B2

JP4820555B2 - 溝付き研磨パッド及び方法

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Publication number: JP4820555B2
Application number: JP2005022798A
Authority: JP
Inventors: グレゴリー・ピー・ムルダウニー
Original assignee: DuPont Electronic Materials Holding, Inc.
Current assignee: DuPont Electronic Materials Holding, Inc.
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2025-01-31
Also published as: KR20050078232A; FR2865676B1; TW200536666A; KR101120528B1; CN1647894A; DE102005002167A1; TWI337565B; US20050170757A1; FR2865676A1; DE102005002167B4; JP2005224937A; US6955587B2; CN100508132C

Description

本発明は一般に研磨の分野に関する。より具体的には、本発明は、溝の中のスラリー混合伴流を減らすための溝パターン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同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（たとえば写真平版）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。望ましくない表面凹凸及び表面欠陥、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、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係合する。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。ウェーハの運動が回転だけである場合、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構造が具現化されてきた。これら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。さらに、これらの溝構造としては、すべての溝の幅及び深さが均一である構造及び溝の幅又は深さが溝ごとに異なる構造がある。

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構造を含む溝構造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、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、各領域が他の二つの領域の構造とは異なる溝構造を含むいくつかのパッドを開示している。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構造を含む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構造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、ウェーハの回転のおかげで、ウェーハに隣接するスラリーはパッドの回転方向３４以外の方向に駆動さ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」又は粗さ要素の中に保持され、方向３４以外の方向に駆動さ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に対して小さな角度に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駆動されるからである。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、スラリーは、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駆動さ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、多数の理由、たとえば非均一な研磨及び欠陥率の増大のため、研磨にとって害になり得る。その結果、少なくとも部分的に混合伴流の発生及び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、光学及び半導体の基板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よって画定される第一の境界と、第一の境界から離間した研磨パッド上の第二の点の軌道によって画定される第二の境界とによって画定される研磨領域を有する研磨層、（ｂ）それぞれが少なくとも部分的に、第一の境界に隣接する研磨領域の中に含まれ、第一の境界との交差点で４５°〜１３５°である複数の第一の大きな角度の溝、（ｃ）それぞれが少なくとも部分的に、第二の境界に隣接して研磨領域の中に含まれ、第二の境界との交差点で４５°〜１３５°である複数の第二の大きな角度の溝、ならびに（ｄ）研磨領域の中で、複数の第一の大きな角度の溝と複数の第二の大きな角度の溝との間に含まれ、第一の境界及び第二の境界の軌道に対して−３０°〜３０°である少なくとも１個の小さな角度の溝を含む研磨パッドを提供する。

本発明のもう一つの態様で、磁性、光学又は半導体の基板を研磨する方法であって、研磨パッド及び研磨媒体で基板を研磨する工程を含み、研磨パッドが、（ａ）研磨パッド上の第一の点の軌道によって画定される第一の境界と、第一の境界から離間した研磨パッド上の第二の点の軌道によって画定される第二の境界とによって画定される研磨領域を有する研磨層、（ｂ）それぞれが少なくとも部分的に、第一の境界に隣接する研磨領域の中に含まれ、第一の境界との交差点で４５°〜１３５°である複数の第一の大きな角度の溝、（ｃ）それぞれが少なくとも部分的に、第二の境界に隣接する研磨領域の中に含まれ、第二の境界との交差点で４５°〜１３５°である複数の第二の大きな角度の溝、ならびに（ｄ）研磨領域の中で、複数の第一の大きな角度の溝と複数の第二の大きな角度の溝との間に含まれ、第一の境界及び第二の境界の軌道に対して−３０°〜３０°である少なくとも１個の小さな角度の溝を含むものである方法を提供する。

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で加工物の研磨面１１６の研磨を実施するために、物品、たとえば半導体ウェーハ１１２（加工済み又は未加工）をはじめとする半導体基板、ガラス及びフラットパネル表示装置をはじめとする光学基板ならびにニッケルディスクをはじめとする磁気情報を記憶するための基板と係合するための研磨層１０８を有する研磨パッド１０４を含む。便宜上、以下、総称性を失うことなく「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粒子非含有研磨溶液、たとえば無砥粒及び反応性液体研磨溶液を含む。

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との隙間で発生する混合伴流の形成を抑止する又は混合伴流のサイズを縮小する溝構造（たとえば図３Ａの溝構造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を中心に回転可能であるウェーハキャリヤ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、及び（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１２０がスラリー導入口１４０から回転する研磨パッドの上に計量供給される。スラリー１２０は、ウェーハ１１２及び研磨パッド１０４の下の隙間を含む研磨層１０８上を延展する。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６．９〜１０３kPa（０．１〜１５psi）の所望の圧力をかけ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。

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）の形成を抑止する又は混合伴流のサイズを縮小する溝パターン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大きな角度にある溝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から放射状に外に延び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とが一致する場合に研磨を実施する場合に可能な理想的な溝パターンを近似する二軸研磨機で使用するための研磨パッド、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、研磨パッド１０４上の点の軌道によってそれぞれ画定される内側境界１６８及び外側境界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。回転研磨パッドの場合、内側境界１６８及び外側境界１７２は円を表す。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の研磨面の直径に等しい、内側境界１６８と外側境界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１６８と外側境界１７２との間の幅Ｗは、振動範囲を考慮するため、ウェーハ１１２の研磨面の直径よりも大きくなる。

研磨領域１６４の内側境界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の中心又は中心近くまで及ぶ場合、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発生の回数を減らす又は最小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を通過して延びる線１８８沿いの二つの場所ならびにパッドの回転軸と同心であり、ウェーハの回転軸を通過して延びる円弧１９０沿いの二つの場所で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大きな角度にあり、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。ウェーハトラックの幅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Ｚ３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。好ましくは、研磨パッド１０４は、研磨の少なくとも一部分で同時に半導体ウェーハに隣接する複数の第一の大きな角度の溝ゾーンＺ１、複数の第二の大きな角度の溝ゾーンＺ３及び少なくとも一つの小さな角度の溝ゾーンＺ２で半導体ウェーハを研磨する。

本発明の基礎を成す原理を適用する、すなわち、場所Ｌ２の速度ベクトルに基づいてウェーハ１１２の速度ベクトルに対して大きな角度にある溝１４８、１５２、１５６をゾーンＺ１に設けることは、ゾーンＺ１では放射状の溝１４８が望ましいということを示す。理由は、速度ベクトルＶ１が放射状の溝１４８に対して本質的に垂直であるからである。溝１４８は、外側境界１７２を超えて外周縁１８０の方向又はそれに達するまで延びてもよいことが留意される。理解されるように、放射状の溝１４８は、研磨領域１６４の外側境界１７２に対して垂直である。溝１４８は真に放射状でなくてもよいことが留意される。むしろ、各溝１４８は、内側境界１６８と９０°以外の角度βを形成してもよい。一般に、角度βは、大きな角度、好ましくは４５°〜１３５°、より好ましくは６０°〜１２０°、もっとも好ましくは７５°〜１０５°の範囲の角度を表す。加えて、各溝１４８は直線でなくてもよく、とりわけ、カーブ、ジグザグ、波形又は鋸歯形であってもよいことが留意される。一般に、ジグザグ、波形、鋸歯形などの溝の場合、角度βは、局所的ではなく大域的な意味での溝の横断方向中心線、すなわち、反復形状（ジグザグ又は波形）のいくつかの単位を平均化した場合の溝の中央位置から計測される。

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Ｌ２の速度ベクトルＶ２が場所Ｌ１の速度ベクトルＶ１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のような放射状であって、内側境界１６８に対して９０°の角度αを形成してもよい。しかし、溝１４８と同様に、溝１５６は真に放射状でなくてもよい。むしろ、各溝１５２は、内側境界１６８と９０°以外の角度αを形成してもよい。一般に、角度βは、大きな角度、好ましくは４５°〜１３５°、より好ましくは６０°〜１２０°、もっとも好ましくは７５°〜１０５°の範囲の角度を表す。加えて、溝１４８と同様に、各溝１５６は直線でなくてもよく、とりわけ、カーブ、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、鋸歯形などの溝１５６の場合、角度βは、反復形状のいくつかの単位を平均化した大域的な意味での溝の横断方向中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Ｚ１及びＺ３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に対して大きな角度にするため、これらの溝は、研磨領域１６４の内側境界１６８及び外側境界１７２に対して平行又は小さな角度にあることができる。これに関して、各溝１５２は、内側境界１６８又は外側境界１７２と好ましくは−３０°〜３０°、より好ましくは−１５°〜１５°の小さな角度γを形成する。溝１５２が内側境界１６８及び外側境界１７２に対して（さらに互いに対して）平行でないならば、これらは、図３Ａに示すように、すべて互いから均一に離間していてもよいが、そうある必要はない。望むならば、溝１５２又はその一部は、図３Ｂに関連して以下に論じるように、互いに反対方向に交差して菱形の格子（図示せず）又は他のパターンを形成してもよい。

図示するように、溝１４８、溝１５２及び溝１５６の対応するものどうしを互いに接続して、回転軸１２８に隣接する場所から研磨領域１６４を通過し、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、スラリー利用に有利であり、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で対応する溝１５２の各々の一つに接続することができ、同様に、各溝１５２は、第二の移行部２０４で対応する溝１５６の各々の一つ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、たとえば図示する湾曲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の一つが互いに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説明したが、当業者は、望むならば、研磨領域をより多くの数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を敷設する方法は同じであってもよい。すなわち、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）での速度ベクトル（Ｖ１〜Ｖ４と同様）に対して大きな角度に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のための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と交差するように位置づけることができ、他方は、ウェーハの回転軸と場所Ｌ２との間の途中で線１８８と交差するように位置づけることができる。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１８０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との対応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。すると、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それぞれは、本発明の基礎を成す概念をとらえた、一般に図３Ａの溝パターン１４４の変形である溝パターン３０２、４０２を有する研磨パッド３００、４００を示す。図３Ｂは、それぞれほぼ放射状であり、研磨領域３２０の対応する内側境界３１２及び外側境界３１６に対して大きな角度にあるが、互いに反対方向に湾曲している溝３０４、３０８をそれぞれ部分的に含むものとしてゾーンＺ１′及びＺ３′を示す。当然、溝３１２、３１６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、１本のらせん溝３２４を含み、その溝がそのらせん沿いのいかなる点でも内側境界３１２及び外側境界３１６に対して小さな角度にある（また、溝３０４、３０８に対して大きな角度にある）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′に対して大きな角度にある溝３０４、速度ベクトルＶ２′に対して大きな角度にある溝３０８ならびに速度ベクトルＶ３′及びＶ４′に対して大きな角度にある溝３２４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抑制するということが容易に見てとれる。幅Ｗ′は、ゾーンＺ１′〜Ｚ３′に対し、適当な方法で、たとえば、とりわけ、それぞれ４分の１Ｗ′／２分の１Ｗ′／４分の１Ｗ′又は３分の１Ｗ′で割り振ることができる。

図３Ａに関して上述したように、ゾーンＺ２は、互いに交差する溝１５２又はその一部を含むことができる。これは、図３Ｂのらせん溝３２４に関連して容易に想定することができる。たとえば、図示する左回りのらせん溝３２４に加えて、ゾーンＺ２′はまた、左回りのらせん溝と多くの場所で必然的に交差しなければならない同様な右回りのらせん溝（図示せず）を含むことができる。

図３Ｃは、それぞれほぼ放射状であり、研磨領域４２０の対応する内側境界４１２及び外側境界４１６に対して大きな角度にある溝４０４、４０８をそれぞれ部分的に含むものとしてゾーンＺ１″及びＺ３″を示す。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に対してそれぞれ平行である複数の円形の溝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″に対して大きな角度にある溝４０４、速度ベクトルＶ２″に対して大きな角度にある溝４０８ならびに速度ベクトルＶ３″及びＶ４″に対して大きな角度にある溝４１２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抑制するということが容易に見てとれる。幅Ｗ″は、ゾーンＺ１″〜Ｚ３″に対し、適当な方法で、たとえば、とりわけ、それぞれ４分の１Ｗ″／２分の１Ｗ″／４分の１Ｗ″又は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だけでなく振動するかどうかに依存してウェーハ５１６の研磨面（図示せず）の直径に等しい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５０８及び第二の境界５１２によって画定される研磨領域５０４を含む。ベルト及びウェブタイプパッドの場合、内側境界１６８及び外側境界１７２は直線を表す。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の一つ、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と形状と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の研磨領域の形状とは異なり（円形ではなく線形）、速度ベクトルＶ３″′及びＶ４″′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″′に対して大きな角度にあり、ゾーンＺ２″′の溝５２４は速度ベクトルＶ３″′及びＶ４″′に対して大きな角度にあり、ゾーンＺ３″′の溝５２８は速度ベクトルＶ２″′に対して大きな角度にあることが望ましい。これらの望みは、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５０８に対して大きな角度にし、溝５２４を第一の境界５０８及び第二の境界５１２に対して平行又は小さな角度にし、溝５２８を第二の境界５１２に対して大きな角度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５０８と約６０°〜１２０°、より好ましくは約７５°〜１０５°の角度α′を形成させ、溝５２０をして第一の境界５０８又は第二の境界５１２と約−３０°〜３０°、より好ましくは−１５〜１５°の角度β′を形成させ、溝５２８をして第二の境界５１２と約６０°〜１２０°、より好ましくは約７５°〜１０５°の角度γ′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留意される。むしろ、溝５２０、５２４、５２８は、たとえば図３Ｃの溝４２４のように不連続であってもよい。図３Ｃの円形の溝４２４を図４のベルトタイプ研磨パッド５００に移すならば、ゾーンＺ２″′の溝５２４は線形になり、第一の境界５０８及び第二の境界５１２に対して平行になるであろう。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一部平面図／一部プロットである。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

磁性、光学及び半導体の基板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）前記研磨パッド上の第一の点の軌道によって画定される第一の境界と、前記第一の境界から離間した前記研磨パッド上の第二の点の軌道によって画定される第二の境界とによって画定される研磨領域と、第二の境界に隣接する第一のゾーンと、第二の境界及び第一の境界の間の第二のゾーンと、第一の境界に隣接する第三のゾーンとを有する研磨層、
（ｂ）それぞれが少なくとも部分的に、前記第一の境界に隣接する前記研磨領域の中に含まれ、前記第一の境界との交差点で４５°〜１３５°であり、第三のゾーンの中の複数の第一の大きな角度の溝、
（ｃ）それぞれが少なくとも部分的に、前記第二の境界に隣接する前記研磨領域の中に含まれ、前記第二の境界との交差点で４５°〜１３５°であり、第一のゾーンの中の複数の第二の大きな角度の溝、ならびに
（ｄ）前記研磨領域の中で、前記複数の第一の大きな角度の溝と前記複数の第二の大きな角度の溝との間に含まれ、前記第一の境界及び前記第二の境界の軌道に対して−３０°〜３０°であり、第二のゾーンの中の少なくとも１個の小さな角度の溝
を含む研磨パッド。
前記研磨パッドが回転研磨パッドであり、前記複数の第一の大きな角度の溝のそれぞれ１個及び前記複数の第二の大きな角度の溝のそれぞれ１個が前記研磨パッドの回転軸に対して実質的に放射状である、請求項１記載の研磨パッド。
前記少なくとも１個の小さな角度の溝がらせん溝である、請求項１記載の研磨パッド。
複数の小さな角度の溝をさらに含み、前記複数の小さな角度の溝それぞれ１個が前記複数の第一の大きな角度の溝の対応する１個を前記複数の第二の大きな角度の溝の対応する１個に接続する、請求項１記載の研磨パッド。
複数の小さな角度の溝をさらに含み、前記複数の小さな角度の溝ぞれぞれ１個が円形である、請求項２記載の研磨パッド。
前記複数の第一の大きな角度の溝が前記第一の境界との交差点で６０°〜１２０°であり、前記複数の第二の大きな角度の溝が前記第二の境界との交差点で６０°〜１２０°である、請求項１記載の研磨パッド。