(57)【要約】  スラリー（１１６）のような研磨媒体の存在下で、研磨層（１０８、２０８）を用いて、物品、例えば半導体ウェーハ（１１２、２１２）、の表面（１２０）を研磨する方法。方法は、除去速度の均一性若しくは被研磨面の欠陥の発生、又は両方を制御するために、物品の回転速度若しくは研磨層の速度、又は両方を選択することを含む。
2007535131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨層と研磨媒体とを用いて物品の表面をケミカルメカニカルポリッシングする方法であって、
（ａ）物品の表面と研磨層との間の研磨媒体のバックミキシングのために物品の臨界回転速度を決定し、研磨媒体が物品の表面と研磨層との間に存在するように研磨媒体を提供する工程、
（ｂ）表面が第一の回転軸を中心に第一の回転速度で回転するように、物品を回転させる工程、
（ｃ）第一の回転軸に対する速度で研磨層を動かす工程、及び、
（ｄ）表面を第一の回転速度で回転させ、研磨層がその速度で動くとき、臨界回転速度より小さい速度で回転する物品に研磨が生じるように、第一の回転速度と研磨層の速度の少なくとも一つを選択する工程、
を含む方法。
【請求項２】
工程（ｃ）が、第二の回転軸を中心に研磨層を回転させることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第二の回転軸が、離間距離だけ第一の回転軸から離間し、工程（ｄ）が、離間距離の関数として、第二の回転速度と第一の回転速度の少なくとも一つを決定すること含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
物品の表面が実効半径を有し、工程（ｄ）が、離間距離の関数として、第二の回転速度と第一の回転速度の少なくとも一つを決定することを更に含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
バックミキシングが溝の中で生じないように、研磨媒体の少なくとも一部を研磨層中の溝を通して流す、請求項１記載の方法。
【請求項６】
工程（ｃ）が、研磨層を線形速度で直線的に動かすことを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
物品の表面が実効半径を有し、工程（ｄ）が、実効半径の関数として、第一の回転速度と線形速度の少なくとも一つを決定することを含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
第一の回転軸を中心に第一の回転速度で物品を回転させ、研磨層をある速度で第一の回転軸に対して動かしながら、研磨層を用いて物品の表面をケミカルメカニカルポリッシングする方法であって、
（ａ）自己維持化学のためのバックミキシングモードと、非自己維持化学のための非バックミキシングモードとのうちの一つを選択する工程、及び、
（ｂ）工程（ａ）で選択したバックミキシングモードと非バックミキシングモードのうちの一つに基づいて、物品の第一の回転速度と研磨層の速度との少なくとも一つを選択する工程、
を含む方法。
【請求項９】
研磨層が、離間距離だけ第一の回転軸から離間した第二の回転軸の中心に研磨層が回転し、工程（ｂ）が、離間距離の関数として、第二の回転速度と第一の回転速度の少なくとも一つを決定することを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
欠陥を減少するために非バックミキシングモードを含む、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。より詳しくは、本発明は、スラリーの還流を減少するためのケミカルメカニカルポリッシング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路やその他の電子デバイスの作製において、導電材料、半導体材料及び絶縁体材料の複数層が、半導体ウェーハ表面に堆積され、半導体ウェーハ表面からエッチングされる。導電材料、半導体材料及び絶縁体材料の薄い層は、いくつもの堆積方法によって堆積される。近年のウェーハ加工において一般的な堆積方法は、スパッタリングとして知られる物理気相蒸着（ＰＶＤ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）及び電気化学的めっき法を含む。一般的なエッチング方法は、とりわけ湿式及び乾式の等方性及び異方性エッチングの方法を含む。
【０００３】
材料の層が、順次堆積され、エッチングされるにつれ、ウェーハの最も上の表面は非平坦となる。続いて行なう半導体加工（すなわちフォトリソグラフィ）は表面が平坦なウェーハを必要とするので、ウェーハを平坦にする必要がある。平坦化は、粗い表面、凝集物質、結晶格子のダメージ、スクラッチ、及び汚染された層や材料のような、望ましくない表面形状や表面欠陥を除去するのに役立つ。
【０００４】
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ワークピースを平坦化するために用いる一般的な技術である。二軸式回転研磨装置を用いた従来のＣＭＰでは、ウェーハキャリア又は研磨ヘッドがキャリアアッセンブリの上に取り付けられる。研磨ヘッドは、ウェーハを保持し、ＣＭＰ研磨装置の中の研磨パッドの研磨層に接触するウェーハを位置決めする。研磨パッドは平坦化されるウェーハ直径の二倍より大きい直径を有する。研磨の間、ウェーハが研磨層に係合するとき、研磨パッドとウェーハの各々は同心円中心を中心に回転する。パッドの研磨層の上のリング状の“ウェーハトラック”をパッドの回転が掃き払うように、ウェーハの回転軸は研磨パッドの回転軸に対してウェーハの半径より大きい距離だけオフセットされる。ウェーハの動きが回転だけのときには、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、いくつかの二軸式ＣＭＰ研磨装置においては、ウェーハは回転軸に垂直な平面で揺動する。この場合、ウェーハトラックの幅は、揺動による変位の大きさだけウェーハの直径より広い。キャリアアッセンブリは、ウェーハと研磨層との間に制御可能な圧力を与える。研磨中、スラリー又はその他の研磨媒体を、研磨層の上に及びウェーハと研磨層との間の隙間に流す。ウェーハ表面は、表面における研磨層とスラリーの化学的及び機械的な作用によって研磨され、平坦にされる。
【０００５】
ＣＭＰ中の、研磨層、研磨スラリー及びウェーハ表面の相互作用は、研磨パッドの設計を最適化するための努力において、ますます研究されている。数年に渡るほとんどの研磨パッドの開発は、本質的に経験的なものであった。それに加え、研磨層の設計の多くは、スラリーの利用と研磨の均一性を向上するために要求される、空孔や溝の様々なパターンや形状を伴ったそれらの層を提供することに注力されてきた。数年に渡り、いくつかの異なった溝や空孔のパターンと形状が実施されてきた。従来技術の溝パターンは、とりわけ、放射状、同心円状、デカルトのグリッド及びスパイラルを含む。従来技術の溝形状は、全ての溝の中で全ての溝の深さが均一である形状、及び一つ一つの溝が異なる深さの形状を含む。
【０００６】
何人かのＣＭＰパッドの設計者は、均一な研磨についての研磨パッドの回転の効果、つまり、研磨バッドの回転軸からより末端のウェーハの領域が、研磨表面のより大きな領域によって掃き払われることを観察することを考慮してきた。例えば、Ｔｕｔｔｌｅへの米国特許第５，０２０，２８３号では、Ｔｕｔｔｌｅは、ウェーハの研磨領域から研磨パッドの回転軸までの距離に対して均一な除去速度を達成するために、パッドの回転軸からの半径方向距離が増加するにつれて研磨層の中の空孔比を増加させることが好ましいことを開示している。研磨の均一性についてのパッドの回転効果を考慮することに加え、もし研磨スラリーが存在しなければ、最適な研磨均一性はパッドとウェーハの回転速度が互いに等しくなる（すなわち同期する）ときに達成されることは、一般的に上で述べたように、二軸式ＣＭＰ研磨装置の文脈の中で一般的に認められる。しかし、一度、研磨スラリーが同期式二軸式研磨装置に導入されると、研磨の均一性はしばしば低下することが観察されてきた。
【０００７】
研磨パッドの回転は、ＣＭＰプロセスの従来技術の中で考慮され、研磨スラリーが存在しないときの同期回転の利点は知られていたが、研磨スラリーの存在下での研磨パッドとウェーハの相対回転速度の効果は、二軸式研磨装置を用いるＣＭＰの最適化において、十分に考慮されてこなかったことは明らかである。それに加え、同様の原理は、他の種類の研磨装置、例えばベルト型研磨装置に関して、考慮されてこなかったことは明らかである。したがって、研磨パッドとウェーハの相対的速度に基づいた研磨均一性を最適化するというＣＭＰ法への要求がある。また、欠陥、例えば被研磨面のマクロスクラッチのような欠陥の発生を減少するためのＣＭＰ法への要求がある。
【０００８】
発明の開示
発明の概要
本発明の第一の態様は、研磨層と研磨媒体とを用いて物品の表面を研磨する方法であって、（ａ）物品の表面と研磨層との間の研磨媒体のバックミキシングのために物品の臨界回転速度を決定し、研磨媒体を物品の表面と研磨層との間に存在するように研磨媒体を提供する工程、（ｂ）表面が第一の回転軸を中心に第一の回転速度で回転するように、物品を回転させる工程、（ｃ）第一の回転軸に対する速度で研磨層を動かす工程、及び、（ｄ）表面を第一の回転速度で回転させ、研磨層がその速度で動くとき、臨界回転速度より小さい速度で回転する物品に研磨が生じるように、第一の回転速度と研磨層の速度の少なくとも一つを選択する工程、を含む方法である。
【０００９】
本発明の第二の概念は、第一の回転軸を中心に第一の回転速度で物品を回転させ、研磨層をある速度で第一の回転軸に対して動かしながら、研磨層を用いて物品の表面を研磨する方法であって、（ａ）自己維持化学のためのバックミキシングモードと、非自己維持化学のための非バックミキシングモードとのうちの一つを選択する工程、及び、（ｂ）工程（ａ）で選択したバックミキシングモードと非バックミキシングモードのうちの一つに基づいて、物品の第一の回転速度と研磨層の速度との少なくとも一つを選択する工程、を含む方法である。
【００１０】
発明の詳細な説明
図を参照して、図１は、本発明で使用するのに適した二軸式ケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）の研磨装置１００を示す。研磨装置１００は、スラリー１１６やその他の液体研磨媒体の存在下においてウェーハの被研磨面の研磨に効果があるようにするために、物体、例えば、（加工された、あるいは加工されていない）半導体ウェーハ１１２やその他の加工品、とりわけ、ガラス、フラットパネルディスプレイ及び磁気情報記憶ディスクのような物品を係止するのに適切な形状をした研磨層１０８を有する研磨パッド１０４を含む。便宜的に、「ウェーハ」と「スラリー」という用語は、一般性を欠かずに以下の説明に用いられる。加えて、特許請求の範囲を含む本明細書の目的のため、「ウェーハ」と「スラリー」という用語は、砥粒を含まない反応性液体研磨溶液を除外するものではない。以下で詳細に議論するように、本発明は、一般的にウェーハの回転方向が研磨パッドの回転方向と反対であるパッドとウェーハの間の領域中の、スラリー１１６中に存在するバックミキシングの発生と広がりを制御するために、研磨パッド１０４とウェーハ１１２の回転速度を選択する方法を含む。
【００１１】
バックミキシングは、パッドとウェーハとの間のいずれの場所の、又はいずれかの溝やパッド表面に存在するテクスチャの中の、スラリーの速度又は速度成分が研磨パッドの接線方向速度とは反対であるとき、研磨パッド１０４とウェーハ１１２の間のスラリー１１６内で生じる状態として一般的に定義される。ウェーハ１１２の影響の外側の研磨層１０８上のスラリー１１６は、一般的に、定常状態での研磨パッド１０４と同じか、ほぼ同じ速さで回転する。しかし、スラリー１１６がウェーハ１１２の被研磨面１２０に接触するとき、スラリーと研磨された面の相互作用による粘着、摩擦及びその他の力は、ウェーハの回転の方向にスラリーを加速させる。もちろん、加速は、研磨された面からのスラリー内の深さが増加するにしたがって減少する加速と共に、スラリー１１６とウェーハ１１２の被研磨面１２０の界面において最も劇的である。加速の減少速度は、スラリーの様々な性質、例えば動的粘性率に依存する。この現象は、「境界層」と言われる、流体力学では確立された概念である。
【００１２】
研磨装置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、プラテンドライバー（図示されていない）によって回転軸１２８を中心に回転可能である。ウェーハ１１２を、プラテン１２４の回転軸１２８とは平行で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ア１３２によって支持することができる。ウェーハキャリア１３２は、回転軸１２８と１３６はごくわずか傾いている、すなわち研磨層１０８に対してごくわずかに平行でないという様相を呈するウェーハ１１２を許容するジンバルを備えた連結（図示されていない）という特徴を持つことができる。ウェーハ１１２は、研磨層１０８に面し研磨の際に平坦化される、被研磨面１２０を含む。ウェーハキャリア１３２は、ウェーハ１１２を回転させるのに、及び研磨中に被研磨面と研磨層の間に好ましい圧力が存在するように研磨層１０８に対して被研磨面１２０を押し付けるための下向きの力Ｆを与えるのに適合した、キャリア支持組立部品（図示されていない）によって支持される。研磨装置１００は、研磨層１０８に対してスラリー１１６を供給するためのスラリー注入口１４０を含むことができる。
【００１３】
当業者が理解するように、研磨装置１００は、他のコンポーネント（図示しない）、例えばシステム制御装置、スラリーの貯蔵と供給システム、加熱システム、すすぎシステム、及び研磨加工の様々な局面を制御するための様々な制御装置、例えば、（１）ウェーハ１１２と研磨パッド１０４の一つ又は両方の回転速度の制御装置と選択装置；（２）研磨パッドへのスラリー１１６の搬送の速度と位置を変えるための制御装置と選択装置；（３）ウェーハとパッドの間に加える力Ｆの大きさを制御するための制御装置と選択装置、及び（４）パッドの回転軸１２８に対して相対的なウェーハの回転軸１３６の位置を制御するための、制御装置、アクチュエーター及び選択装置、をとりわけ含むことができる。当業者は、それらの詳細な説明が当業者にとって本発明を理解し実施するのに必要とせず、いかにしてこれらのコンポーネントが構成され、具現化されるかを理解するであろう。
【００１４】
研磨の間、研磨パッド１０４とウェーハ１１２は、それぞれの回転軸１２８、１３６の中心を回転し、スラリー１１６はスラリー注入口１４０から回転する研磨パッドの上に供給される。スラリー１１６は、ウェーハ１１２の下方の溝と研磨パッド１０４とを含む研磨層１０８全体に広がる。研磨パッド１０４とウェーハ１１２は、典型的には、０．１ｒｐｍから１５０ｒｐｍの間の選択された速度で回転するが、必ずしも必要ではない。力Ｆは、典型的には、ウェーハ１１２と研磨パッド１０４の間で０．１ｐｓｉから１５ｐｓｉ（０．６９から１０３ｋＰａ）の好ましい圧力が得られるように選択された大きさであるが、必ずしも必要ではない。
【００１５】
上で言及したように、本発明は、ウェーハと研磨パッドの間、又は研磨パッドの表面に存在するいずれの溝若しくはテクスチャの中の、スラリー１１６中で生じるバックミキシングの発生と広がりを制御するために、研磨パッド１０４若しくはウェーハ１１２、又は両方の回転速度を選択する方法を含む。図２Ａは、バックミキシングが存在しない条件下での、ウェーハ１１２とパッドの間のスラリー１１６中の、研磨パッド１０４に関する接線方向速度の速度分布１４４を示す。速度分布１４４中に表されるウェーハ１１２の回転方向は、一般的に研磨パッド１０４の回転方向と同じであるが、ウェーハに近接したスラリー１１６中のウェーハ速度Ｖｓｗの大きさは、研磨パッドに近接したスラリー中の接線方向速度Ｖｓｐよりも低い。定常状態に達すると、ウェーハ１１２にすぐ近接したスラリーの速度Ｖｓｗと、研磨パッド１０４にすぐ近接したスラリーのＶｓｐの相違は、考慮しているウェーハと研磨パッド１０４の各々の点において、接線方向のパッド速度Ｖｐａｄから接線方向のウェーハ速度Ｖｗａｆｅｒを差し引いたものに実質的に等しい。
【００１６】
一方、図２Ｂは、バックミキシングを発生する条件下での、研磨パッド１０４に関連したウェーハ１１２とパッドの間のスラリー１１６中の接線方向速度の速度分布１４８を示す。ここで、接線方向のウェーハ速度Ｖｗａｆｅｒは、接線方向のパッド速度Ｖｐａｄとは反対方向であり、接線方向のパッド速度Ｖｐａｄより大きい。したがって、研磨パッド１０４に隣接するスラリー中の速度Ｖ′ｓｐとは反対方向であるウェーハ１１２に隣接するスラリー１１６内の速度Ｖ′ｓｗで示されるとき、差Ｖｐａｄ−Ｖｗａｆｅｒは負である。これらの速度Ｖ′ｓｗとＶ′ｓｐは互いに反対であるときに、スラリー１１６の上方の部分はウェーハ１１２によって「バック」へ（つまり、少なくとも部分的に、研磨パッド１０４とパッドの近くのスラリーの動きの方向と反対方向へ）追いやられているため、バックミキシングは発生すると言われている。
【００１７】
図３は、バックミキシングが、ウェーハ１１２と研磨パッド１０４の間のスラリー１１６中でいつ存在したのかを決定するために、また存在するときには生じたバックミキシング領域１５２の広がりを決定するために、用いることができる変数を示す。バックミキシング領域１５２の広がりは、バックミキシング領域が研磨パッド１０４の回転軸１２４とウェーハの回転軸１３６とを含む半径方向の直線１５６に沿ってウェーハ１１２の下に広がるので、ウェーハの外縁１６０から測定された距離Ｄで表わされるであろう。当業者には、バックミキシング領域１５２が存在するときには、ウェーハ１１２の外縁１６０でそれより内側に位置され、直線１５６に対して対称に配置されることは明らかである。これは、ウェーハ１１２と研磨パッド１０４の速度ベクトルは、直線１５６に沿うだけで、互いに平行であるからである。直線１５６にある点以外のウェーハ１１２の全ての点で、ウェーハの速度ベクトルは二つの成分に分かれるだろう。一つは研磨パッド１０４の接線方向速度ベクトルに平行であり、一つはこの接線方向速度ベクトルに垂直で、垂直成分は常にゼロより大きい。また、当業者は、バックミキシング領域１５２が、直線１５６に沿ったウェーハ１１２の回転軸１３６まで広がること、又はそれを越えて広がることは、実際的にはできないことを認識する。これは、直線１５６に沿った回転軸１３６を越えたウェーハ１１２のどの速度ベクトルの接線方向成分の方向も、研磨パッド１０４の接線方向速度ベクトルの方向と反対にはけしてならないからである。したがって、距離Ｄはウェーハ１１２の半径Ｒｗより小さい。
【００１８】
また、図３を参照すると、バックミキシングは、
【数１】
2007535131.tif 000003
のときには生じないことがわかった。ここで、Ωwaferｃｒｉｔｉｃａｌは、それより下ではバックミキシングが発生しないウェーハ１１２の臨界回転速度；Ωｐａｄは、研磨パッド１０４の回転速度；Ｓはウェーハの回転軸１３６とパッドの回転軸１２４の間の離間距離；及びＲｗａｆｅｒは研磨されるウェーハの被研磨面１２０（図１参照）の半径である。離間距離Ｓは、離間距離Ｓの中には典型的には１０％未満の変化量のウェーハ１１２の端から端への小さな揺動がしばしば存在するが、多くの典型的なＣＭＰ研磨装置では実質的に一定にされていることに留意されたい。しかし、言うまでも無く、本発明を利用する研磨装置に可変性を組み込むことはできない。このような揺動が存在すると、揺動の二つの極端な場合の離間距離Ｓの値を交互に用いて、式（１）から得られる値の間でウェーハ１１２の臨界回転速度は揺動する。それに加え、ウェーハ１１２の被研磨面、すなわち、研磨される物品が、円として表され、したがって真の半径を有することに留意されたい。被研磨面は、その他の形、例えば、とりわけ楕円形や多角形であることができる。この場合には、そのような表面は真の半径を有しないが、有効半径を有すると考えられるだろう。一般的に、有効半径は、研磨される物品の表面の回転軸から、その回転軸から最も遠いこの表面の点までの距離として定義される。
【００１９】
以下で議論するように、臨界回転速度Ωwaferｃｒｉｔｉｃａｌを知ることは、除去速度の均一性と欠陥を制御することにおいて重要であることができる。加えて、バックミキシングが存在するとき、バックミキシング領域１５２が直線１５６に沿って広がる距離Ｄを、次の式で定義することができる。
【数２】
2007535131.tif 000004
ここで、Ωｗａｆｅｒは、ウェーハ１１２の回転速度であり、その他の変数は式｛１｝に関して上記と同様である。バックミキシング領域のサイズを調整するため、例えば、バックミキシングが好ましいＣＭＰプロセスを最適化するため、又はＣＭＰ技術の当業者にはありふれた「エッジ効果」を制御するために、距離Ｄで表されるようなバックミキシング領域１５２の広がりを知ることは有用であることができる。更に、バックミキシング領域１５２は、一般的に、破線の円１６４とウェーハ１１２の外縁１６０とで囲まれる領域によって近似される。破線の円１６４の式は、
【数３】
2007535131.tif 000005
ここで、変数は、式{１}と{２}に関連して上記で定義されたとおりである。
【００２０】
バックミキシングは、スラリー１１６の存在下において研磨と関係がある。なぜなら、ウェーハ１１２の被研磨面１２０（図１）からの材料の除去速度は、とりわけ、活性化学物質とスラリー内の研磨副生成物の濃度に依存し、バックミキシング領域１５２が存在するときは、非バックミキシング領域と異なり、これらの物質は異なった濃度を有するからである。バックミキシング領域１５２中のスラリーの一部のスラリー１１６の速度方向の逆転によって、バックミキシングは、一般的に、バックミキシング領域への新鮮なスラリーの注入を減らし、この領域での使用済みスラリーの滞留時間を増加する。バックミキシング領域１５２とバックミキシング領域の外側のウェーハ１１２の下の領域との間の活性化学物質と副生成物の濃度の相違は、研磨速度又は除去速度の、これらの領域間での相違を引き起こす。
【００２１】
当業者は、スラリー存在下において、被研磨面からの物質の除去速度を計算するための、下記の「プレストン式」を良く知っている。
【数４】
2007535131.tif 000006
ここで、Ｋｃｈｅｍは、化学的作用による材料の除去に関する定数であり；Ｋｍｅｃｈは機械的作用による材料の除去に関する定数であり；Ｐはウェーハとパッドとの間に印加する圧力であり；及びＶｐａｄ−ｗａｆｅｒはパッドとウェーハとの速度の差である。バックミキシングが存在するとき、化学作用定数Ｋｃｈｅｍの値は、バックミキシングが存在するパッドとウェーハの間の場所とバックミキシングが存在しない場所とでは異なる。プレストン式からわかるように、この差は除去速度の不均一性を導く。もし研磨くず自体が研磨媒体として作用するならば、又はもし使用済み砥粒の粒子が、存在するときに新鮮な粒子より実質的に低い機械的作用を有するならば、機械的作用定数Ｋｍｅｃｈの値もまた、バックミキシングと非バックミキシング領域の間で異なるかもしれない。
【００２２】
ＣＭＰのように、スラリー１１６を用いる多くの研磨加工では、研磨速度又は除去速度は、使用済みスラリーと、バックミキシング領域１５２中に蓄積するかもしれない研磨くずのような研磨副生成物との存在下において減少し、研磨の不均一性と被研磨面１２０（図１）のスクラッチのような欠陥レベルとを増加する。
【００２３】
一方、銅のＣＭＰのようないくつかの研磨加工は、研磨を行うために必要な化学反応のいくつか又は全てを維持するために研磨副生成物の最小濃度が存在するときに、高めることができる反応速度論によって進む。便宜のため、そのような加工のために用いられる研磨溶液、つまりスラリーのタイプは、「自己維持」研磨媒体として、本明細書及び本明細書に添付する特許請求の範囲にて参照される。自己維持研磨媒体を用いた加工では、バックミキシングの不存在は、典型的には、より低い除去速度に帰着する。それでもやはり、全てのＣＭＰプロセスにおいて、バックミキシング領域１５２で生じるようにウェーハ１１２の回転によって研磨くずが再捕獲され得るときには、欠陥の危険性が典型的に高くなる。したがって、ウェーハ１１２と研磨パッド１０４との間から研磨くずをフラッシングすることの利点は、このフラッシングがパッド上のこのような破片の蓄積を抑制し、所与の研磨時間の間にウェーハの被研磨面１２０（図１）全体の、より安定な除去速度を可能にすることである。研磨くずの効果的な除去無くしては、研磨速度は、被研磨面上では場所ごとに変わるだろうし、それに加え、時間の経過によって変わるだろう。更に、どのＣＭＰプロセスにおいても、ウェーハとパッドの間のスラリーの流れによって大部分が運び出される、摩擦及び程度は少ないが化学的放熱のためにウェーハ表面で熱の発生がある。スラリーの流れによる熱の除去は、バックミキシング領域１５２の中では、この外側の範囲に比べて遅くなり、一般的にバックミキシング領域１５２の中は、この領域の外側の範囲に比べてより高い温度を導き、対応して、被研磨面の場所ごとの速度の違いの更なる原因である、バックミキシング領域１５２でのより早い化学反応を導く。
【００２４】
したがって、どのタイプの研磨加工が用いられるかにかかわらず、実質的な利益は、バックミキシングを防止することから生じるであろう。他の実施態様では、バックミキシング領域１５２が存在する「バックミキシングモード」、又はウェーハとパッドの間でバックミキシングが生じない「非バックミキシングモード」のいずれかをシステムに運転させるそれぞれの回転速度で、ウェーハ１１２と研磨パッド１０４をおのおの回転することが好ましいだろう。具体的には、欠陥は研磨くずの存在下において増加するだろうが、それにもかかわらず、バックミキシングモードで自己維持タイプの研磨加工を行うことによって除去速度を増加することは好ましいかもしれない。この場合は、加工はバックミキシングモードで行うように、ウェーハ１１２若しくは研磨パッド１０４又は両方の回転速度を選ぶことができる。反対に、上で議論したように、ウェーハ１１２及び研磨パッド１０４の、一つ若しくは他方又は又は両方を適切に選択することで、非バックミキシングモードでの非自己維持研磨加工を行うことは好ましいだろう。研磨媒体の少なくとも一部は、好ましくは非バックミキシングモードのためにバックミキシングが溝の中で生じないように、研磨層中の溝を通って流れる。
【００２５】
また図３を主に参照して、例えば、図１の研磨装置１００のような、使用される研磨装置のタイプに依存して、研磨装置は、とりわけウェーハとパッド各々の回転軸１３６、１２４の間の離間距離Ｓの調整を使用者に許容することができることと同様に、ウェーハ１１２若しくは研磨パッド１０４の回転速度又は両方を調整することを使用者に許容することができる。このように、使用者はこれらの変数のいずれか一つ又はそれ以上を変えることができるので、研磨装置はバックミキシングモードと非バックミキシングモードの好ましい一つで運転する。例えば、もし、研磨パッド１０４の回転速度Ωｐａｄが一定で、ウェーハ１１２の回転速度Ωｗａｆｅｒが変数ならば、所望によりバックミキシングモード又は非バックミキシングモードのどちらかでの研磨加工を運転するために、使用者は、臨界ウェーハ回転速度Ωwaferｃｒｉｔｉｃａｌの決定のために上記の式{１}を用いることができ、次いで、臨界ウェーハ回転速度Ωwaferｃｒｉｔｉｃａｌを上回るか又は下回るウェーハ回転速度Ωｗａｆｅｒを選択しても良い。加えて、もし使用者が、例えばウェーハの「エッジ効果」を最小にするために、バックミキシングモードで研磨加工を運転し、バックミキシングの広がりを制御することを好むならば、使用者は、満足する距離Ｄに達するまで様々なウェーハ回転速度Ωｗａｆｅｒを用いて繰り返して式{２}を解いても良く、又はその代わりに、ウェーハ回転速度Ωｗａｆｅｒについて所望の距離Ｄを用いて式{２}を解くことができる。どの場合でも、使用者は、次いで得られた回転速度Ωｗａｆｅｒでウェーハ１１２を回転するために研磨装置をセットすることができる。
【００２６】
当業者は、ウェーハ回転速度Ωｗａｆｅｒと離間距離Ｓが一定であるとき、式{１}と{２}をパッド回転速度Ωｐａｄについて同様に解くことができることを容易に理解することができるであろう。更に、当業者は、パッドとウェーハ回転速度Ωｐａｄ、Ωｗａｆｅｒが一定のとき、これらの式を離間距離Ｓについて同様に解くことができることを容易に理解することができるであろう。もちろん、所望の結果を得るように、パッドとウェーハ回転速度Ωｐａｄ、Ωｗａｆｅｒ及び離間距離Ｓの二つあるいはそれ以上を同時に変えることもできる。
【００２７】
本発明は、回転式研磨パッド１０４を用いた二軸式研磨装置１００の文脈の中で上で述べられてきたが、当業者は、本発明が他のタイプの研磨装置、例えば直線ベルト研磨装置に応用できることを理解するであろう。図４は、ウェーハ２１２又はそれ自身が回転軸２１６の中心を回転速度Ω′ｗａｆｅｒで回転する他の物品に対して、線形速度Ｕｂｅｌｔで動く研磨層２０８を有する研磨ベルト２０４を含む直線ベルト研磨装置２００を示す。研磨の間、スラリー（図示されていない）又は他の研磨媒体は、典型的にはウェーハをベルトに対して押し付けるウェーハに対する圧力の存在下において、ウェーハ２１２と研磨ベルト２０４の間に供給される。容易に想像できるように、ウェーハ２１２の一つの半分２２０の上の回転速度ベクトルを、ベルト速度Ｕｂｅｌｔの方向とは反対の成分に分解することができる。そのため、反対向きの速度の大きさに依存して、ウェーハ２１２のこの半分２２０と研磨ベルト２０４との間の少なくともスラリーの一部は、バックミキシングの影響下に置かれることができる。
【００２８】
この関係で、スラリーのバックミキシングは、ウェーハ２１２の回転速度Ω′ｗａｆｅｒがウェーハの臨界回転速度Ω′waferｃｒｉｔｉｃａｌより小さいか等しいときには生じない。ここで、
【数５】
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二軸式研磨装置１００（図１−３）に関連して、ウェーハの半径Ｒｗａｆｅｒについて上で議論したように、もしウェーハ２１２の被研磨面又は他の物品が円ではないならば、Ｒ′ｗａｆｅｒのために用いられた値は実効半径であっても良い。また、上述の二軸式研磨装置１００と同様に、バックミキシングモード又は非バックミキシングモードのいずれかでベルト研磨装置２２０を運転するように、研磨ベルト速度Ｕｂｅｌｔ若しくはウェーハ回転速度Ω′ｗａｆｅｒ、又は両方を変えることができる。特定の用途のためにどちらの運転モードがより好ましいかを選択する理由は、二軸式研磨装置１００に関連して上で議論したことと同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明で使用するのに好適な二軸式研磨装置の一部の透視図である。
【図２Ａ】バックミキシングが存在しないときのスラリー領域での接線方向の速度プロファイルを示す図１のウェーハと研磨パッドの断面図である。
【図２Ｂ】バックミキシングが存在するときのスラリー領域での接線方向の速度プロファイルを示す図１のウェーハと研磨パッドの断面図である。
【図３】ウェーハと研磨パッドの間の、スラリーのバックミキシング領域の存在を示す図１のウェーハと研磨パッドの平面図である。
【図４】本発明で使用するために好適なベルト型研磨装置のウェーハと研磨ベルトの平面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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