JP5208530B2 - スラリー消費を低減するための溝を有する研磨パッド - Google Patents

Description

本出願は、２００７年１月３１日に提出され、現在係属中である米国特許出願第１１／７００，４９０号の一部継続出願である。

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、スラリー消費を低減する溝を有する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、スラリー利用度および研磨均一性を高め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。旧世代のＣＭＰ研磨装置とは相違して、これらのキャリヤリングは、研磨されるウェーハよりも有意に高い圧力の下で独立して研磨面に対面する。これらの要因は、多くの場合、ウェーハの前縁でスキージ作用を引き起こし、パッドテクスチャー上のスラリーなどの液体の膜の大部分がキャリヤリングによって掃き落とされる。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。現在のところ、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から利用可能なあるウェーハキャリヤは、ウェーハ表面下の区域に追加的なスラリーを導入することによってスキージ作用を低減することができる溝を含むキャリヤリングを有する。

研磨パッドは広範な溝パターンを有するものの、これらの溝パターンの有効性は、パターンおよび研磨工程ごとに異なる。研磨パッドの設計者は、先行の研磨パッド設計に対し、研磨パッドをより効果的かつ有用なものとする溝パターン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、キャリヤリングと併せて使用するための研磨パッドであって、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、研磨パッドおよびキャリヤリングを使用する際に研磨パッドに対する少なくとも一つのキャリヤ溝および前縁をキャリヤリングが有し、少なくとも一つのキャリヤ溝がキャリヤリングに関して方向を有し、研磨パッドが研磨パッドの中心から伸びるある長さの半径を有し、研磨パッドが、：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、研磨中に環状の研磨トラックを有する円形の研磨面を含む研磨層と；研磨トラック内の連続的な溝軌跡であるキャリヤ適合溝形状を有する複数のパッド溝であって、キャリヤ適合溝形状が、少なくともその一部分が放射状または放射曲線状であり、研磨パッドの半径の長さ方向に沿った少なくとも一つの位置で当該半径に接しており、および、キャリヤ適合溝形状が少なくとも一つのキャリヤ溝の方向に基づく関数として決定されることにより、少なくとも一つのキャリや溝がキャリヤリングの前縁上にある場合に、研磨中、キャリヤ適合溝形状に沿った複数の位置において少なくとも一つのキャリヤ溝が少なくとも一つのパッド溝と整列する、複数のパッド溝とを含む研磨パッドである。

本発明のもう一つの態様では、キャリヤリングと併せて使用するための研磨パッドであって、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、研磨パッドおよびキャリヤリングを使用する際に研磨パッドに対する少なくとも一つのキャリヤ溝および前縁をキャリヤリングが有し、少なくとも一つのキャリヤ溝がキャリヤリングに関して方向を有し、研磨パッドが研磨パッドの中心から伸びるある長さの半径を有し、研磨パッドが、：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、研磨中に環状の研磨トラックを有する円形の研磨面を含む研磨層と；二つ以上のパッド溝が研磨層に形成され、二つ以上のパッド溝のそれぞれが、少なくとも一部分が放射状または放射曲線状のキャリヤ適合溝形状であって、半径の長さ方向に沿った少なくとも一つの位置で研磨パッドの半径に接するキャリヤ適合溝形状を有し、および、少なくとも一つのキャリヤ溝がキャリヤリングの前縁に沿って配置される場合に、研磨中、キャリヤ適合溝形状が少なくとも一つのキャリヤ溝の方向に基づく関数として、研磨トラック内で少なくとも一つのキャリヤ溝と整列するキャリヤ適合溝形状を有する、少なくとも一つのパッド溝セットとを含む研磨パッドである。

本発明のさらにもう一つの態様では、キャリヤリングとともに使用する回転研磨パッドを作製する方法であって、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、研磨パッドおよびキャリヤリングを使用する際に研磨パッドに対する少なくとも一つのキャリヤ溝および前縁をキャリヤリングが有し、少なくとも一つのキャリヤ溝がキャリヤリングに関して方向を有し、研磨パッドが研磨パッドの中心から伸びるある長さの半径を有し、方法が、：少なくとも一つのキャリヤ溝がキャリヤリングの前縁に沿って配置される場合に、研磨中、少なくとも一つのキャリヤ溝の方向に基づく関数として、少なくとも一つのキャリヤ溝と実質的に整列するキャリヤ適合溝形状を決定する工程と；回転研磨パッドにおいて、少なくとも一部分が放射状または放射曲線状のキャリヤ適合溝形状であって、半径の長さ方向に沿った少なくとも一つの位置で研磨パッドの半径に接するキャリヤ適合溝形状を有する、少なくとも一つのパッド溝を形成する工程とを含む方法である。

発明の詳細な説明
ここで図面を参照すると、図１は、本発明に従って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、研磨中に研磨パッドに対面する複数のキャリヤ溝１１２を含有するキャリヤリング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。より詳細には、研磨パッド１００は、研磨パッドがキャリヤ１０４の下方を掃くにつれ、スラリーなどの研磨媒体（図示せず）がより容易に半導体ウェーハ１２０などの被研磨物品に到達することができるようにキャリヤ溝１１２と連携して構成される複数のパッド溝１１６を含む。一般に、パッド溝１１６とキャリヤ溝１１２との間のこの連携は、研磨パッド１００およびキャリヤ１０４がそれぞれ所定の方向Ｄ_Ｐａｄ、Ｄ_{Ｃａｒｒｉｅｒ}に回転するにつれ、前縁１２４の少なくとも一部分に沿ってパッド溝とキャリヤ溝とが相互に整列する形態で発生する。本明細書の趣旨において、パッド溝とキャリヤ溝との整列とは、キャリヤリング溝の全体的な長さがその幅の少なくとも部分において研磨パッド溝と重なることにより、キャリヤリングの外側の研磨パッド表面からキャリヤリングの内側の基材にかけて連続的な経路が形成され、キャリヤリングの外側から内側に進む研磨媒体のための流動路の利用可能な高さがキャリヤ溝そのものの高さより大きくなる、研磨中の瞬間的な状態を指す。パッド溝１１６とキャリヤ溝１１２との整列は、このような整列が発生しない場合に比べ、二つの溝が整列する場合には各溝の溝体積が追加されるため、事実上、キャリヤリング１０８にわたってより大型の流動通路を提供する。キャリヤリング１０８上のキャリヤ溝１１２のさまざまな外形に合致させるための、研磨パッド１００上のパッド溝１１６のさまざまな例示的な外形の詳細を後に記載する。しかし、例示的な代替実施態様におけるパッド溝１１６および他の類似する溝の外形の派生について記載する前に、研磨パッド１００の物理的な特性の一部を次に記載する。

図２および図１を参照すると、図２に見られるように、研磨パッド１００は、さらに研磨面１３２を有する研磨層１２８を含むことができる。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_Ｐａｄで例示されるように、Ｏからの半径方向距離に配置することができる。キャリヤ適合溝１１６の少なくとも一部分は、放射状または放射曲線状の形状を有する。本明細書の趣旨において、放射状または放射−曲線状の形状は、半径Ｒ_Ｐａｄ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_Ｐａｄ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作製することができる。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。

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上に配設することができる。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の周辺において円周方向に反復する少なくとも一つの溝セット１４４で配設することができる。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。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、成形などで研磨層１２８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。一つの例では、複数のパッド溝１１６は、それぞれ溝断面形状１４８ａ（図２）などの矩形の断面形状を有することができる。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１４６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、キャリヤ溝１１２の配置形態の関数として画定される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から測定される局所溝角度φおよび同心円中心Ｏから測定されるパッド半径ｒによって画定することができる。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_Ｐａｄ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に対面する研磨面の領域内に画定することができる。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および／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、これらの境界が波状であることができることを容易に理解する。

先に述べたように、キャリヤ適合溝形状１５２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キャリヤ溝１１２の方向の関数として決定することができる。この場合、キャリヤ溝１１２は図示されるように方向付けられ、キャリヤ溝１１２ａの局所角度θ_Ｃは０°であり、キャリヤ溝１１２ｂの局所角度θ_Ｃは４５°であり、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。代替キャリヤ溝方向を有する代替キャリヤリングの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。

さらに、キャリヤ適合溝形状１５２を有するそれぞれのキャリヤ溝１１２の部分または全部に沿ったそれぞれの点は、水平軸１６０上に配置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ができる。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。

通常、キャリヤ溝１１２は、キャリヤリング１０８上に左右対称に配設することができるが、必ずしもそうである必要はない。概して、局所角度θ_Ｃとキャリヤ角度φ_Ｃとの間に固定オフセットが存在し、たとえば、例として局所角度θ_Ｃが水平軸１６０に関して４５°である場合、キャリヤ角度φ_Ｃは一般に後の式１によって表現することができる。

加えて、パッド半径ｒは、以下の式２に例示されるように、半径方向距離Ｒ、キャリヤ半径Ｒ_Ｃおよびキャリヤ角度φ_Ｃの関数として表現することができる。

式１および２を結合することにより、局所角度θ_Ｃをパッド半径ｒ、キャリヤ半径Ｒ_Ｃおよび半径方向距離Ｒの関数として表現し、以下の式３を実現することができる。

先に記載したように、キャリヤ適合溝形状１５２の目的は、研磨中にキャリヤ１０４および研磨パッド１００が回転するにつれ、その長さに沿ったさまざまな点でキャリヤリング１０８の前縁１２４上のキャリヤ溝１１２と整列することである。この方式では、二つの溝が相互に通過するにつれ、対応する各パッド溝１１６の全高さが、事実上、キャリヤ溝１１２の高さの追加によって増加する。この例では、局所溝角度φをキャリヤ角度φ_Ｃと等しくすることにより、キャリヤ適合溝形状１５２と、キャリヤリング１０８の前縁１２４上のキャリヤ溝１１２との整列を実現することができる。包括的には、この等価は、後の式４に例示されるように、局所溝角度φにおいて導出される漸進的な半径方向ステップを取ることによって得ることができる。

これらの漸進的なステップを作製し、半径Ｒ_ＰａｄにわたるＯから外周１４０までの局所溝角度φを積分することにより、連続的な溝軌跡を形成することができる。この積分は、後の式５によって規定されるように、一連の点（ｒ、φ）（図示せず）としてキャリヤ適合溝形状１５２を提供する。図１のパッド溝１１６は、それぞれ式５に従い、その全体的な長さに沿って配列され、すなわち、それぞれのパッド溝の全体的な長さが図３のキャリヤ適合溝形状１５２に従って配列される。

図４〜７は、図１の研磨パッド１００に対し、先に論じた一般原理に従って作製される二つの代替キャリヤ適合研磨パッド２００、３００を例示する。一般に、これらの実施態様は、キャリヤ適合溝形状と、水平軸１６０に関して４５°以外の局所角度θ_Ｃを有するキャリヤ溝を含む例示的なキャリヤリングからもたらされる対応する各溝とを例示する。

図４および５の実施態様では、キャリヤ２０４は、水平軸１６０に関して０°の均一な局所角度θ_Ｃを有するキャリヤ溝２１２を有するキャリヤリング２０８を含む。例示したキャリヤ溝２１２（図５）について、式５を使用して決定される対応するキャリヤ適合溝形状２１６を図５に示す。先に記載した一般原理に従い、キャリヤ適合溝形状２１６を使用することにより、キャリヤ２０４が回転し、研磨パッド２００が図４に示す方向２２８に回転するにつれ、キャリヤリング２０８の前縁２２４上のキャリヤ溝２１６と整列する複数のパッド溝２２０（図４）を配列することができる。図４のパッド溝２２０のセットが、キャリヤ適合溝形状２１６（図５）を一定の角ピッチで研磨パッド２００の周囲にわたって円周方向に反復させた結果であることは容易に理解される。当然のことながら、他の実施態様では、追加的かつより短い溝（図示せず）を所望のように提供し、隣接するパッド溝２２０の間の間隔を低減することができる。これらの追加的な溝は、キャリヤ適合溝形状２１６を含むこともでき、または含まないこともできる。

図１のパッド溝１１６と同様に、図４のパッド溝２２０がその全体的な長さに沿ってキャリヤ適合溝形状２１６を有することに留意する。当然のことながら、他の実施態様では、そうである必要はない。例として、研磨トラック（図３の要素１６４を参照されたい）の中間の３分の２のみにキャリヤ適合溝形状２１６を含有させることが望ましくあることができる。もう一つの例としては、研磨トラックの少なくとも５０％にわたってパッド溝−キャリヤ溝整列が発生するキャリヤ適合溝形状２１６を有することがある。例として、キャリヤ適合溝形状２１６は、研磨トラックの少なくとも５０％または８０％を横断することができる。この場合、溝形状２１６を有する溝の部分のうち、半径方向に内向きおよび外向きであるそれぞれのパッド溝２２０の部分があれば、任意の所望の形状であることができる。研磨パッド２００の他の物理的な態様は、研磨パッド１００に対し、先に記載した物理的な態様と同一であることができる。

ここで図６および７を参照すると、この実施態様のキャリヤ３０４は、水平軸１６０に関して−４５°の均一な局所角度θ_Ｃ、換言すれば、図１に示す局所角度θ_Ｃをおおよそ逆転させた局所角度θ_Ｃを有するキャリヤ溝３１２を有するキャリヤリング３０８を含む。例示したキャリヤ溝３１２について、式５を使用して決定される対応するキャリヤ適合溝形状３１６を図７に示す。ここでもまた、先に記載した一般原理に従い、キャリヤ適合溝形状３１６を使用することにより、キャリヤ３０４が回転し、研磨パッド３００が図６に示す方向３２８に回転するにつれ、キャリヤリング３０８の前縁３２４上のキャリヤ溝３１６と整列する複数のパッド溝３２０（図６）を配列することができる。図６のパッド溝３２０のセットが、キャリヤ適合溝形状３１６（図７）を一定の角ピッチで研磨パッド３００の周囲にわたって円周方向に反復させた結果であることは容易に理解される。当然のことながら、他の実施態様では、追加的かつより短い溝（図示せず）を所望のように提供し、隣接するパッド溝３２０の間の間隔を低減することができる。これらの追加的な溝は、キャリヤ適合溝形状３１６を含むこともでき、含まないこともできる。

図１のパッド溝１１６と同様に、図６のパッド溝３２０がその全体的な長さに沿ってキャリヤ適合溝形状３１６を有することに留意する。当然のことながら、他の実施態様では、そうである必要はない。例として、研磨トラック（図３の要素１６４を参照されたい）の中間の３分の２のみにキャリヤ適合溝形状３１６を含有させることが望ましくあることができる。この場合、溝形状３１６を有する溝の部分のうち、半径方向に内向きおよび外向きであるそれぞれのパッド溝３２０の部分があれば、任意の所望の形状であることができる。研磨パッド３００の他の物理的な態様は、研磨パッド１００に対し、先に記載した物理的な態様と同一であることができる。

一般に、先の式５は、キャリヤリングの前縁上のキャリヤ溝の実際の位置に基づき、適切なキャリヤ適合溝形状を決定することに基づいている。その結果、式５は、非常に精密なキャリヤ適合溝形状を提供する。しかし、溝付きキャリヤリングの前縁を介して被研磨物品に到達する研磨媒体の量を増加させるという所望の結果を実現する十分なキャリヤ適合溝形状を決定する代替手段があることに留意する。例として、あらためて図３を参照すると、代替キャリヤ適合溝形状（図示せず）は、投影されたキャリヤ溝１１２ａ’、１１２ｂ’、１１２ｃ’、１１２ｄ’などのように、キャリヤ溝を前縁１２４から水平軸１６０上に投影した際のキャリヤ溝１１２の方向によっておおよそ決定される。この代替では、パッド半径ｒは、以下の式６に例示されるように、一般に半径方向距離Ｒ、キャリヤ半径Ｒ_Ｃおよびキャリヤ角度φ_Ｃの関数として表現される。

式１および２を結合することにより、式７に例示されるように、局所角度θ_Ｃをパッド半径ｒ、キャリヤ半径Ｒ_Ｃおよび半径方向距離Ｒの関数として表現することができる。

この代替では、半径Ｒ_ＰａｄにわたるＯから外周１４０までの局所溝角度φを積分することにより、式８によって画定される一連の点（ｒ、φ）（図示せず）としてキャリヤ適合溝形状を規定する。

図８〜１３は、図１の研磨パッド１００に対し、先に論じた一般原理に従って作製され、キャリヤリングの前縁上におけるキャリヤ溝の投影された位置に基づくキャリヤ適合溝形状を有する三つの代替キャリヤ適合研磨パッド４００、５００、６００を例示する。一般に、これらの実施態様は、キャリヤ適合溝形状と、例示的なキャリヤリングからもたらされる対応する各溝とを例示する。

あらためて図面を参照すると、図８および９は、水平軸１６０に関して０°の均一な局所角度θ_Ｃを有するキャリヤ溝４１２を有するキャリヤリング４０８を含むキャリヤ４０４を有する実施態様を例示する。例示したキャリヤ溝４１２について、式８を使用して決定される対応するキャリヤ適合溝形状４１６を図９に示す。ここでもまた、先に記載した一般原理に従い、キャリヤ適合溝形状４１６を使用することにより、キャリヤ４０４が回転し、研磨パッド４００が図８に示す方向４２８に回転するにつれ、キャリヤリング４０８の前縁４２４上のキャリヤ溝４１６と整列する複数のパッド溝４２０（図８）を配列することができる。図８のパッド溝４２０のセットが、キャリヤ適合溝形状４１６（図９）を一定の角ピッチで研磨パッド４００の周囲にわたって円周方向に反復させた結果であることは容易に理解される。当然のことながら、他の実施態様では、追加的かつより短い溝（図示せず）を所望のように提供し、隣接するパッド溝４２０の間の間隔を低減することができる。これらの追加的な溝は、キャリヤ適合溝形状４１６を含むこともでき、含まないこともできる。

図１のパッド溝１１６と同様に、図８のパッド溝４２０がその全体的な長さに沿ってキャリヤ適合溝形状４１６を有することに留意する。当然のことながら、他の実施態様では、そうである必要はない。例として、研磨トラック（図３の要素１６４を参照されたい）の中間の３分の２のみにキャリヤ適合溝形状４１６を含有させることが望ましくあることができる。この場合、溝形状４１６を有する溝の部分のうち、半径方向に内向きおよび外向きであるそれぞれのパッド溝４２０の部分があれば、任意の所望の形状であることができる。研磨パッド４００の他の物理的な態様は、研磨パッド１００に対し、先に記載した物理的な態様と同一であることができる。

図１０および１１の実施態様では、キャリヤ５０４は、水平軸１６０に関して−４５°の均一な局所角度θ_Ｃを有するキャリヤ溝５１２を有するキャリヤリング５０８を含む。例示したキャリヤ溝５１２（図１１）について、式８を使用して決定される対応するキャリヤ適合溝形状５１６を図１１に示す。先に記載した一般原理に従い、キャリヤ適合溝形状５１６を使用することにより、キャリヤ５０４が回転し、研磨パッド５００が図１０に示す方向５２８に回転するにつれ、キャリヤリング５０８の前縁５２４上のキャリヤ溝５１６と整列する複数のパッド溝５２０（図１０）を配列することができる。図１０のパッド溝５２０のセットが、キャリヤ適合溝形状５１６（図１１）を一定の角ピッチで研磨パッド５００の周囲にわたって円周方向に反復させた結果であることは容易に理解される。当然のことながら、他の実施態様では、追加的かつより短い溝（図示せず）を所望のように提供し、隣接するパッド溝５２０の間の間隔を低減することができる。これらの追加的な溝は、キャリヤ適合溝形状５１６を含むこともでき、含まないこともできる。

図１のパッド溝１１６と同様に、図１０のパッド溝５２０がその全体的な長さに沿ってキャリヤ適合溝形状５１６を有することに留意する。当然のことながら、他の実施態様では、そうである必要はない。例として、研磨トラック（図３の要素１６４を参照されたい）の中間の３分の２のみにキャリヤ適合溝形状５１６を含有させることが望ましくあることができる。この場合、溝形状５１６を有する溝の部分のうち、半径方向に内向きおよび外向きであるそれぞれのパッド溝５２０の部分があれば、任意の所望の形状であることができる。研磨パッド５００の他の物理的な態様は、研磨パッド１００に対し、先に記載した物理的な態様と同一であることができる。

図１２および１３は、水平軸１６０に関して４５°の均一な局所角度θ_Ｃを有するキャリヤ溝６１２を有するキャリヤリング６０８を含むキャリヤ６０４を有するもう一つの実施態様を例示する。例示したキャリヤ溝６１２について、式８を使用して決定される対応するキャリヤ適合溝形状６１６を図１３に示す。ここでもまた、先に記載した一般原理に従い、キャリヤ適合溝形状６１６を使用することにより、キャリヤ６０４が回転し、研磨パッド６００が図１２に示す方向６２８に回転するにつれ、キャリヤリング６０８の前縁６２４上のキャリヤ溝６１６と整列する複数のパッド溝６２０（図１２）を配列することができる。図１２のパッド溝６２０のセットが、キャリヤ適合溝形状６１６（図１３）を一定の角ピッチで研磨パッド６００の周囲にわたって円周方向に反復させた結果であることは容易に理解される。当然のことながら、他の実施態様では、追加的かつより短い溝（図示せず）を所望のように提供し、隣接するパッド溝６２０の間の間隔を低減することができる。これらの追加的な溝は、キャリヤ適合溝形状６１６を含むこともでき、含まないこともできる。

図１のパッド溝１１６と同様に、図１２のパッド溝６２０がその全体的な長さに沿ってキャリヤ適合溝形状６１６を有することに留意する。当然のことながら、他の実施態様では、そうである必要はない。例として、研磨トラック（図３の要素１６４を参照されたい）の中間の３分の２のみにキャリヤ適合溝形状６１６を含有させることが望ましくあることができる。この場合、溝形状６１６を有する溝の部分のうち、半径方向に内向きおよび外向きであるそれぞれのパッド溝６２０の部分があれば、任意の所望の形状であることができる。研磨パッド６００の他の物理的な態様は、研磨パッド１００に対し、先に記載した物理的な態様と同一であることができる。

図１４および１５は、式５の実施態様に従い、研磨パッド７００とキャリヤリング７０８とが部分的に整列する実施態様を例示する。研磨パッド７００は、研磨パッドを通じて溝密度の均一性を増加させるための種々の長さを有する溝７２０の多数のセットを含有する。特に、パッド溝７２０は、研磨パッド７００の中心Ｏから種々の半径方向距離において終了することにより、均一性を提供するとともに、溝が中心Ｏ付近で重なることを防止する。研磨中、パッド溝７２０とキャリヤ溝７１２との間で以下のような三つの状態が発生する：第一に、一部のパッド溝７２０Ａがキャリヤ溝７１２Ａと全面的に整列し、；第二に、一部のキャリヤ溝７１２Ｂがパッド溝７２０と整列しなくなり、；第三に、一部のパッド溝７２０Ｂがキャリヤ溝７１２と整列しなくなる。パッド７００およびキャリヤリング７０８が方向７２８に回転するにつれ、キャリヤ溝７１２は、それぞれパッド溝７２０との整列とパッド溝７２０との非整列とを定期的に切り替える。この実施態様の効果として、少なくとも一つの溝７２０が少なくとも一つのキャリヤリング溝７１２と整列した際に、スラリー流動を部分的に増加させることができる。溝の長さに沿って全面的に整列するこの実施態様に加え、式８から生じるように、パッド溝の長さに沿って部分的にのみ整列する実施態様にこのパッド溝−キャリヤ溝配置形態を使用することも可能である。

図１６および１７は、式５の実施態様に従い、研磨パッド８００とキャリヤリング８０８とが定期的に完全に整列する実施態様を例示する。研磨パッド８００は、研磨パッドを通じて溝密度の均一性を増加させるための種々の長さを有する溝８２０の多数のセットを含有する。特に、パッド溝８２０は、研磨パッド８００の中心Ｏから種々の半径方向距離において終了することにより、均一性を提供するとともに、溝が中心Ｏ付近で重なることを防止する。研磨中、パッド溝８２０とキャリヤ溝８１２との間で以下のような二つの状態が発生する：第一に、すべてのキャリヤ溝８１２が同時にパッド溝８２０Ａと全面的に整列し、その後、すべてのキャリヤ溝８１２がいずれのパッド溝８２０とも整列しなくなる。パッド８００およびキャリヤリング８０８が方向８２８に回転するにつれ、すべてのキャリヤ溝８１２は、パッド溝８２０との同時整列とパッド溝８２０との同時非整列とを定期的に切り替える。この実施態様の効果として、すべてのキャリヤ溝８１２がパッド溝８２０と整列した際に、スラリー流動を定期的またはパルス的に増加させることができる。この実施態様では、すべての前縁キャリヤ溝８１２を通し、個別のインターバルでスラリー流動を増大させることができる。このスラリー進入の様態は、一部の化学的な副生成物の存在下でより好ましく稼働する、または温度の定期的な上昇が化学的な活性もしくは反応速度論の増加に寄与する、スラリーの化学的性質によるＣＭＰシステムにおいて有利であることができる。溝の長さに沿って全面的に整列するこの実施態様に加え、式８から生じるように、パッド溝の長さに沿って部分的にのみ整列する実施態様にこのパッド溝−キャリヤ溝配置形態を使用することも可能である。

図１８は、物品、たとえばウェーハ９０８を研磨するため、図１〜１３の研磨パッド１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００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９０４と使用するのに好適な研磨機９００を例示する。研磨機９００は、研磨パッド９０４が取り付けられるプラテン９１２を含むことができる。プラテン９１２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９００は、さらに、プラテン９１２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９０８を支持するウェーハキャリヤ９２０を含むことができる。ウェーハキャリヤ９２０は、ウェーハ９０８が研磨パッド９０４の研磨面９２４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９０８は、研磨面９２４に面し、研磨中に平坦化される被研磨面９２８を含む。ウェーハキャリヤ９２０は、ウェーハ９０８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９２４を研磨パッド９０４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９００は、研磨面９２４に研磨媒体９３６を供給するための研磨媒体導入口９３２を含むこともできる。

当業者が理解するように、研磨機９００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９０８および研磨パッド９０４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９３６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含むことができる。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９０４およびウェーハ９０８が各回転軸Ａ１、Ａ２を中心に回転し、研磨媒体９３６が研磨媒体導入口９３２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９３６は、研磨面９２４上に、ウェーハ９０８と研磨パッド９０４との間の隙間を含んで広がる。研磨パッド９０４およびウェーハ９０８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９０８と研磨パッド９０４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。キャリヤ溝−パッド溝整列は、結果として基材除去速度の実質的な増加をもたらすことができる。この除去速度の増加により、操作者は、より少ないスラリーを使用し、定期的にキャリヤ溝と整列しない円形の溝によって実現される除去速度と同等の除去速度を実現することができる。

図１は、本発明に従って作製される、溝付きキャリヤが存在する研磨パッドの概略上面図である。 図２は、図１の線２−２における図１の研磨パッドの誇張断面図である。 図３は、図１の研磨パッドの溝および溝付きキャリヤの外形を例示する概略上面図である。 図４は、本発明に従って作製される代替研磨パッドの概略上面図であり、一つの溝を示す。 図５は、図４の研磨パッドの平面図であり、研磨パッドの完全な形成を示す。 図６は、本発明に従って作製される代替研磨パッドの概略上面図であり、一つの溝を示す。 図７は、図６の研磨パッドの平面図であり、研磨パッドの完全な形成を示す。 図８は、本発明に従って作製されるもう一つの代替研磨パッドの概略上面図であり、一つの溝を示す。 図９は、図８の研磨パッドの平面図であり、研磨パッドの完全な形成を示す。 図１０は、本発明に従って作製される、さらにもう一つの代替研磨パッドの概略上面図であり、一つの溝を示す。 図１１は、図１０の研磨パッドの平面図であり、研磨パッドの完全な形成を示す。 図１２は、本発明に従って作製される、なおもう一つの代替研磨パッドの概略上面図であり、一つの溝を示す。 図１３は、図１２の研磨パッドの平面図であり、研磨パッドの完全な形成を示す。 図１４は、本発明に従って作製される、なおもう一つの代替研磨パッドの概略上面図であり、部分的なパッド−キャリヤ溝整列を示す。 図１５は、図１４の研磨パッドの拡大部分図であり、部分的なパッド−キャリヤ溝整列を例示する。 図１６は、本発明に従って作製される、さらにもう一つの代替研磨パッドの概略上面図であり、完全なパッド−キャリヤ溝整列を示す。 図１７は、図１６の研磨パッドの拡大部分図であり、完全なパッド−キャリヤ溝整列を例示する。 図１８は、本発明に従った研磨システムの概略図である。

Claims (2)

1. キャリヤリングと併せて使用するための研磨パッドであって、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当該研磨パッドおよび前記キャリヤリングが使用される際に前記研磨パッドに相対する少なくとも一つのキャリヤ溝および前縁を前記キャリヤリングが有し、前記少なくとも一つのキャリヤ溝が前記キャリヤリングに関して方向が変化する一定の規則性を有し、当該研磨パッドが当該研磨パッドの中心から伸びるある長さの半径を有し、当該研磨パッドが、：
   ａ）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、研磨中に環状の研磨トラックを有する円形の研磨面を含む研磨層と；
   ｂ）前記研磨層上における前記研磨トラック内の連続的な溝軌跡であるキャリヤ適合溝形状を有する複数のパッド溝であって、
   前記キャリヤ適合溝形状が、少なくともその一部分が放射曲線状であり、当該研磨パッドの半径の前記長さ方向に沿った一つの位置で当該半径に接しており、
   前記キャリヤ適合溝形状が少なくとも一つのキャリヤ溝の方向の前記規則性に基づく関数として決定されることにより、少なくとも一つの前記キャリヤ溝が前記キャリヤリングの前縁上にある場合に、研磨中、前記キャリヤ適合溝形状に沿った複数の位置において前記少なくとも一つのキャリヤ溝が前記少なくとも一つのパッド溝と整列する、複数のパッド溝とを含み、
   更に前記キャリヤ適合溝形状が、
   

   

   
   によって画定される曲線に対応するか、または
   

   

   
   によって画定される曲線に対応し、
   ここで、Ｒが研磨パッドの同心円中心からキャリヤリングの中心までの半径方向距離であり、Ｒ _Ｃ がキャリヤリングの半径であり、Ｒ _Ｐａｄ が研磨パッドの半径であり、ｒが研磨パッドの同心円中心からキャリヤ適合溝形状上の点までの半径方向距離である、研磨パッド。
2. 前記キャリヤ適合溝形状が、前記研磨トラックの少なくとも２／３を横断する、請求項１記載の研磨パッド。

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