(57)【要約】  ウェーハ（３２）又は他の物品を研磨するための研磨パッド（２０）であって、研磨媒（４６）中の反応体とウェーハ上の構造との相互作用によって形成される反応生成物の、ウェーハトラック上での滞留時間を変化させるように構成された溝ネットワーク（６０）を有するパッド。溝ネットワークは、実質的に半径方向外側に延びることができる第一の部分（７２）及び研磨媒の半径方向外側への流れの速度を変化させるように構成されている第二の部分（７４）を有する。
2008507148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品を研磨するための研磨パッドであって、
ａ．回転軸及び複数の溝を有する研磨部を含み、各溝が、
ｉ．第一の部分、及び
ii．移行位置で第一の部分と連絡している第二の部分
を含み、
ｂ．複数の溝の少なくとも第一の溝の移行位置が回転軸から第一の半径方向距離だけ離間しており、複数の溝の少なくとも第二の溝の移行位置が回転軸から第二の半径方向距離だけ離間しており、第一の半径方向距離が第二の半径方向距離とは異なるものである研磨パッド。
【請求項２】
複数の溝が少なくとも二つの溝群の中に配設されており、少なくとも二つの溝群中の各溝が、少なくとも二つの溝群中の少なくとも一つの他の溝の移行位置とは異なる、回転軸から一定の半径方向距離だけ離間している移行位置を有する、請求項１記載のパッド。
【請求項３】
研磨部がウェーハトラックを有し、複数の溝の移行位置がウェーハトラック内で回転軸から三つ以上の異なる距離に配置されている、請求項１記載のパッド。
【請求項４】
複数の溝の移行位置が回転軸から複数の異なる半径方向距離だけ離間しており、移行位置が研磨部上の複数の溝内で異なる研磨媒滞留時間を有する、請求項１記載のパッド。
【請求項５】
第一の部分が第二の部分とは異なる構造を有し、第一及び第二の部分の少なくとも一方が、回転軸から外に延びる主軸を有する、請求項１記載のパッド。
【請求項６】
回転軸を有する研磨パッド及び研磨媒を使用して物品を研磨する方法であって、
ａ．回転軸から外方に延びる複数の溝を有するパッドを用意するステップ、
ｂ．パッドを物品の表面と係合させるステップ、
ｃ．パッドのトラックが物品と接触するようにパッドと物品との間の相対的回転を生じさせるステップ、及び
ｄ．研磨媒をパッドのトラックと物品の表面との間で複数の溝の中に、複数の溝の少なくとも二つの中の異なる滞留時間で流れさせるステップ
を含む方法。
【請求項７】
複数の溝が少なくとも二つの溝群の中に配設されており、少なくとも二つの溝群中の各溝が、少なくとも二つの溝群中の少なくとも一つの他の溝の移行位置とは異なる、回転軸から一定の半径方向距離だけ離間している移行位置を有する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
研磨媒を使用して物品を研磨するための研磨パッドであって、
ａ．回転軸及び複数の溝を有する研磨部を含み、各溝が、
ｉ．第一の部分、及び
ii．移行位置で第一の部分と連絡している第二の部分を含み、第二の部分が、長さ及び第二の部分中に位置する研磨媒の滞留時間を増すように、長さの少なくとも一部に沿って変化する断面構造を有するものであり、
ｂ．複数の溝それぞれの移行位置が回転軸から複数の異なる半径方向距離の一つだけ離間しているものである研磨パッド。
【請求項９】
第二の部分の断面構造が移行位置からその幅を増大させる、請求項８記載のパッド。
【請求項１０】
断面構造が第一の幅から第二の幅まで増大し、第二の幅が移行位置から移行位置の半径方向外側の位置まで次第に増大する、請求項８記載のパッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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の分野に関する。特に、本発明は、研磨される物品上での研磨媒滞留時間を最適化するように設計された溝ネットワークを有するケミカルメカニカル研磨パッドに関する。
【０００２】
集積回路及び他の電子装置の製造においては、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、半導体ウェーハの表面からエッチングする。導体、半導体及び絶縁材料の薄層は、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）、プラズマ増強化学蒸着法（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。
【０００３】
材料層が次々と付着され、エッチングされるにつれ、ウェーハの一番上の面が非平坦になる。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、ウェーハは平坦化されなければならない。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、スクラッチ及び汚染された層又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。
【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位置に配する。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同心的な中心を中心に回転し、その間にウェーハが研磨層と係合する。ウェーハの回転軸は一般に、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形の「ウェーハトラック」を描き出すようになっている。ウェーハトラックの内側境界と外側境界との間の半径方向距離がウェーハトラックの幅を画定する。ウェーハの唯一の運動が回転である場合、この幅は一般にウェーハの直径に等しい。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を提供する。研磨中、新鮮な研磨媒、たとえば研磨媒がウェーハトラックの内側境界内でパッドの回転軸の近くに小出しされる。研磨媒は、内側境界からウェーハトラックに入り、ウェーハとパッドとの間の隙間に流れ込み、ウェーハ表面と接触し、パッドのエッジに近いその外側境界でウェーハトラックから出る。研磨媒のこの動きは、パッドの回転の結果として研磨媒に誘発される遠心力のせいで、実質的に半径方向外向きに起こる。ウェーハ表面は、研磨層及び表面上の研磨媒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。
【０００５】
研磨媒中の反応体の使用を含む典型的なＣＭＰ加工では、研磨媒がパッドのウェーハトラック内でウェーハ表面に曝されると、反応体が、研磨されるウェーハ上の形体、たとえば製銅と相互作用し、それによって反応生成物を形成する。小出しされた研磨媒がウェーハトラックの内側境界から外側境界まで流れるとともに、ウェーハ表面下の研磨媒の滞留時間が増す。研磨媒とウェーハ材料との相互作用が、パッドの半径に沿って計測した場合の、研磨媒中の反応体と反応生成物との相対比の変化を生じさせる。ウェーハトラックの内側境界の近くの研磨媒は比較的高い反応体の割合を有し（新鮮な研磨媒に近い）、ウェーハトラックの外側境界の近い研磨媒は比較的低い反応体の割合及び比較的高い反応生成物の割合を有する（使用済み研磨媒に近い）。
【０００６】
研磨反応速度は一般に、研磨媒中の反応体及び生成物の濃度に対して異なるふうに依存することがある。したがって、ウェーハ上の所与の位置における研磨は、研磨媒中の反応体と反応生成物との相対的割合によって影響される。他すべての要因が等しい場合、所与の位置における反応生成物の相対量の増加は一般に、当該位置における研磨速度を増大又は低下させる。平坦な面を得るために必要な研磨速度をウェーハ全体で達成するためには、所与の半径方向位置でウェーハに利用可能な研磨媒の量を制御するだけでは不十分である。それだけでなく、ウェーハ上のすべての位置が、異なる濃度レベルの反応体及び反応生成物を含有する研磨媒に均一に曝されるべきである。残念ながら、公知のＣＭＰシステム及び関連の研磨パッドは一般に、そのようなやり方で研磨媒を分散させることはない。
【０００７】
パッドに塗布されたスラリーの半径方向流速を落とすために、減少する深さを有する外方に延びる溝を研磨パッドに設けることが公知である。このような溝パターンがBurkeらへの米国特許第５，６４５，４６９号に記載されている。この４６９号特許に記載されている溝パターンはスラリーの半径方向流速をある程度は落とすことができるが、半径方向に延びるまっすぐな溝であって、その深さがパッドの中心軸から等しい半径方向距離のところから減少し始める溝を使用してそれを達成している。
【０００８】
発明の提示
本発明の一つの態様で、物品を研磨するための研磨パッドであって、回転軸及び複数の溝を有する研磨部を含み、各溝が、（ｉ）第一の部分、及び（ii）移行位置で第一の部分と連絡している第二の部分を含み、複数の溝の少なくとも第一の溝の移行位置が回転軸から第一の半径方向距離だけ離間しており、複数の溝の少なくとも第二の溝の移行位置が回転軸から第二の半径方向距離だけ離間しており、第一の半径方向距離が第二の半径方向距離とは異なるものである研磨パッド。
【０００９】
本発明のもう一つの態様で、回転軸を有する研磨パッドと、物品中の形体と相互作用して第一の生成物を生成する少なくとも一つの成分を有する研磨媒とを使用して物品を研磨する方法であって、（ａ）回転軸から外方に延びる複数の溝を有するパッドを用意するステップ、（ｂ）パッドを物品の表面と係合させるステップ、（ｃ）パッドのトラックが物品と接触するようにパッドと物品との間の相対的回転を生じさせるステップ、及び（ｄ）研磨媒をパッドのトラックと物品の表面との間で複数の溝の中に複数の溝の少なくとも二つの中の異なる滞留時間で流れさせるステップを含む方法。
【００１０】
本発明のもう一つの態様で、研磨媒を使用して物品を研磨するための研磨パッドであって、（ａ）回転軸及び複数の溝を有する研磨部を含み、各溝が、（ｉ）第一の部分、及び（ii）移行位置で第一の部分と連絡している第二の部分を含み、第二の部分が、長さ及び第二の部分中に位置する研磨媒の滞留時間を増すように長さの少なくとも一部に沿って変化する断面構造を有するものであり、（ｂ）複数の溝それぞれの移行位置が回転軸から複数の異なる半径方向距離の一つだけ離間しているものである研磨パッド。
【００１１】
発明の詳細な説明
図１を参照すると、本発明は、ウェーハ３２又は他の加工物を平坦化するためのケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）研磨機３０とで使用することができる研磨パッド２０である。ウェーハ３２の参照は、使用状況がそうではないことを明らかに示す場合を除き、他の加工物をも含むことを意図する。以下に記すように、研磨パッド２０は、ウェーハ３２の平坦化の均一さを高めるためにＣＭＰ加工で使用される研磨媒の滞留時間を分布させるように設計されている。
【００１２】
研磨パッド２０を詳細に説明する前に、研磨機３０の簡単な説明を提供する。研磨機３０は、研磨パッド２０が取り付けられるプラテン３４を含むことができる。プラテン３４は、プラテンドライバ（図示せず）によって回転軸３６を中心に回転可能である。ウェーハ３２は、プラテン３４の回転軸３６に対して平行であり、それから離間している回転軸４０を中心に回転可能であるウェーハキャリヤ３８によって支持することができる。ウェーハキャリヤ３８は、ウェーハ３２が研磨パッド２０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３６及び４０はごくわずかに斜行していてもよい。ウェーハ３２は、研磨パッド２０に面し、研磨中に平坦化される被研磨面４２を含む。ウェーハキャリヤ３８は、ウェーハ３２を回転させ、研磨中に被研磨面と研磨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４２を研磨パッド２０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３０はまた、研磨媒４６を研磨パッド２０に供給するための研磨媒導入口４４を含むことができる。研磨媒導入口４４は一般に、研磨パッド２０の有効性を最適化するため、回転軸３６又はその近くに配置されるべきであるが、そのような配置が研磨パッドの作用にとっての要件ではない。
【００１３】
当業者が理解するように、研磨機３０は、他の部品（図示せず）、たとえばシステム制御装置、研磨媒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様々な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３２及び研磨パッド２０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）パッドへの研磨媒４６の送出しの速度及び位置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、ならびに（４）パッドの回転軸３６に対するウェーハの回転軸４０の位置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。研磨パッド２０は、上記研磨機３０のような研磨機とで効果的に作用するが、他の研磨機とでパッドを使用してもよい。
【００１４】
研磨中、研磨パッド２０及びウェーハ３２がそれぞれの回転軸３６及び４０を中心に回転し、研磨媒４６が研磨媒導入口４４から回転する研磨パッドの上に小出しされる。研磨媒４６は、研磨パッド２０上に、ウェーハ３２及び研磨パッドの下の隙間を含めて延展する。研磨パッド２０及びウェーハ３２は一般に、０rpm〜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は一般に、ウェーハ３２と研磨パッド２０との間に０．１psi〜１５psi（０．７〜１０３kPa）の所望の圧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。
【００１５】
研磨パッド２０は、研磨媒４６又は他の研磨媒の存在で加工物の被研磨面の研磨を実施するために、物品、たとえばとりわけ半導体ウェーハ３２（加工済み又は未加工）又は他の加工物、たとえばガラス、フラットパネル表示装置もしくは磁気情報記憶ディスクと係合するための研磨層５０を含む。便宜上、以下、総称性を失うことなく「ウェーハ」及び「研磨媒」を使用する。
【００１６】
次に図１〜３を参照すると、研磨パッド２０は、研磨媒４６中の反応体とウェーハ３２の被研磨部との相互作用によって形成される反応生成物の、溝ネットワーク中の滞留時間を分布させるように設計された溝ネットワーク６０を含む。研磨パッド２０は、仮想的な半径方向外側の円６４及び仮想的な半径方向内側の円６６によって画定されるウェーハトラック６２を含む。ウェーハトラック６２は、研磨パッド２０のうち、実際にウェーハ３２を研磨する部分である。外側の円６４は一般に、研磨パッド２０の外周縁６８の半径方向内側に配置され、内側の円６６は一般に、研磨パッドの回転軸３６の半径方向外側に配置される。
【００１７】
溝ネットワーク６０は、研磨媒４６を研磨パッド２０の外周縁６８に向けて半径方向外側に輸送することを支援する複数の溝７０を含む。溝７０は、回転軸３６から実質的に半径方向外側に延びる第一の部分７２を含む。本明細書に関して、第一の部分７２の主軸７２′が、第一の部分７２が回転軸３６の近くの位置から外周縁６８まで延びるときの第一の部分７２の中心線を表す。本明細書で使用する「実質的に半径方向」とは、完全な半径方向から３０°までの主軸の逸脱を含む。一般に、第一の部分７２の主軸７２′は実質的にまっすぐな形状を有するが、カーブした形状を有することもできる。このカーブした形状としては、たとえば、緩やかなカーブ又は回転軸３６を部分的又は完全に巻くカーブを挙げることができる。第一の部分７２のカーブは内側の円６６の中に完全又は部分的に含まれることができる。研磨パッド２０の例示的な実施態様では、第一の部分７２の溝７０は、５〜５０ミル（０．１２７〜１．２７mm）の範囲の幅及び１０〜５０ミル（０．２５４〜１．２７mm）の範囲の深さを有する。
【００１８】
第一の部分７２の溝７０の幅及び深さは、所望の研磨性能、設けられる溝７０の数、所望の研磨媒滞留時間及び他の要因に応じて異なる。
【００１９】
第一の部分７２は一般に、その半径方向内側端部７３（図３）が内側の円６６の半径方向内側に配置され、回転軸３６に対して比較的近くに配置されるように形成される。内側端部７３の正確な配置は、研磨媒導入口４４の位置によって影響され、内側端部７３は、研磨媒導入口の半径方向外側になるように位置づけることが一般に望ましい。しかし、この相対的な配置は必要ではなく、当業者は、研磨媒導入口４４に対する内側端部７３の最適な相対的配置を経験的に決定するであろう。図３には、研磨媒導入口４４に適した位置が仮想的に示されている。この位置は、例示的なものと見なされるべきであり、限定的なものと見なすべきではない。
【００２０】
溝７０はまた、第一の部分７２の半径方向外側に配置される第二の部分７４を含む。第一の部分７２は移行点７６で第二の部分７４に接続され、第二の部分と流動的に連絡している。図２及び３に示すように、一つの実施態様では、第二の部分７４は正弦波形状を有し、その正弦波の振幅が回転軸３６から外方に移動するにつれて増大している。代替的又は追加的な特徴として、第二の部分７４は、その正弦波形状が、回転軸３６から外方に移動するにつれて周波数を増すように設計することもできる。本明細書に関して、周波数とは、第二の部分７４の主軸７５沿いの単位距離あたりのサイクル数をいう。これは、主軸７５沿いの、第二の部分７４の１サイクルが及ぶ距離である第二の部分７４の波長に反比例する。多くの用途では好まれないが、場合によっては、一つ以上の溝７０の第二の部分７４の区分を、振幅及び周波数の一方又は両方が回転軸３６から半径方向外側に移動しながら減少するように設計することが適切であるかもしれない。第二の部分７４の振幅及び周波数の変化は一般に線形であるが、本発明は、階段関数及び他の非線形変化をも包含する。第二の部分７４の波長は、回転軸３６と外周縁６８との間で計測される研磨パッド２０の半径よりも一般に小さく、多くの場合それによりも実質的に小さい。
【００２１】
パッド２０の例示的な実施態様では、第二の部分７４は、移行点７６に隣接するところの０．１インチ〜２．０インチ（２．５４mm〜５０．００mm）から第二の部分の半径方向最外側部分における１〜５インチ（２５．４〜１２６mm）まで増大する振幅を有する。この実施態様における第二の部分７４の周波数は、第二の部分７４の主軸７５に沿って移行点７６と第二の部分の半径方向最外側部分との間で計測した場合で１cmあたり０．１〜１サイクル増大する。振幅及び周波数は溝７０の寸法（幅及び深さ）に依存する。
【００２２】
第二の部分７４は、回転軸３６から外方に延びる主軸７５を有する。主軸７５は、回転軸３６から実質的に半径方向外側に延びることができる。本明細書で使用する「実質的に半径方向」は、完全な半径方向から３０°までの主軸７５の逸脱を含む。一般に、第二の部分７４の主軸７５は、実質的にまっすぐな形状を有するが、カーブした形状を有することもできる。
【００２３】
多くの用途の場合、溝７０は、図２及び３に示すように、第二の部分７４を画定する正弦波形の山と谷の区分で滑らかにカーブする形状を有する。しかし、用途によっては、山と谷の区分に鋭角的な移行を設けて、第二の部分７４がジグザグ形状を有するようにしてもよい。
【００２４】
第二の部分７４の溝７０は一般に、図２及び３に示すように一定の幅を有する。しかし、本発明はそのように限定はされない。溝７０は、本発明の他の実施態様に関して以下に記載するように、溝の長さ方向に変化する幅を有することもできる。さらには、同じく本発明の別の実施態様に関して以下に記載するように、第二の部分７４の溝７０の深さを変えることによって滞留時間に影響を加えることもできる。本発明の例示的な実施態様では、第二の部分７４の溝は、１０〜１００ミル（０．２５４〜２．５４mm）の範囲の均一な幅を有する。変化する幅を有する溝７０の場合、溝７０の幅は一般に、移行点７６における幅から最大幅の地点まで次第に増大する。溝７０の最大幅の地点は一般に、外側の円６４の地点であり、幅は、望むならば、溝が外周縁６８に向かって半径方向外側に延びるにつれて減少させることもできる。
【００２５】
図２に示すように、溝７０は、溝群７８中に分布させることができる。溝７０の移行点７６と回転軸３６との間の半径方向距離は、一つの溝群７８の中の溝どうしで異なることができる。たとえば、図３を参照すると、第一の部分７２1の移行点７６1は、第一の部分７２2の移行点７６2と回転軸３６との半径方向距離Ｒ2よりも大きい、回転軸３６からの半径方向距離Ｒ1のところに配置されている。一般に、移行点７６は、内側の円６６の半径方向外側に配置されるが、場合によっては、移行点７６を内側の円６６の半径方内側に配置することが望ましいかもしれない。一般に、溝７０のうち、回転軸３６に最も近い位置にある第一の部分７２を有する溝の移行点７６は、回転軸３６から約０．２５インチ〜３インチ（６．３５mm〜７６．２mm）離間している。
【００２６】
所与の溝群７８の中で、移行点７６は一般に、溝群の一方の側から他方の側に計測して、回転軸３６から半径方向に次第に増大するように離間しているが、必ずしもそうである必要はない。たとえば、図３に示すように、左から右に移動しながら、第二の溝７０の移行点７６は第一の溝の移行点よりも回転軸３６に近く、第三の溝の移行点は第二の溝の移行点よりも回転軸３６に近い。この配設の結果として、ウェーハトラック６２の中で見ると、いくつかの溝７０は主に第一の部分７２からなり、他の溝７０は主に第二の部分７４からなり、さらに他の溝は、第一の部分と第二の部分とを合わせてを含む。移行点７６の他の配設もまた本発明によって包含される。いずれにしても、以下さらに述べるように、溝７０の移行点７６は、溝７０中の研磨媒４６の成分の滞留時間を最適化するように選択される。
【００２７】
研磨パッド２０は、多くの場合、多数の溝群７８、たとえば溝群７８1及び隣接する溝群７８2を含む。好ましくは、研磨パッドは少なくとも二つの溝群７８を有する。もっとも好ましくは、溝群７８は同じ溝パターンを含む。溝群７８は一般に、類似した構造を有し、研磨パッド２０上の溝の数は、経験的な試行によって影響される設計上の選択の問題である。一般に、溝群７８は研磨パッド２０全体を覆い、そのため、パッドの大きな区分が溝７０を欠くことはない。さらには、溝群７８の中の溝７０は一般に、できる限り互いに近づけて配置されているが、これは本発明の要件ではない。
【００２８】
本発明は、移行点７６の配置ならびに第二の部分７４の存在及び構造に関して、研磨パッド２０の様々な溝群の間におけるように異なる構造を有する溝群７８を含む。たとえば、一部の溝群７８は、その群中の溝７０に関して、一つの方向、たとえば時計回り方向に計測して次第に増減する半径方向距離だけ回転軸３６から離間している移行点７６を有することができる。他の溝群７８は、たとえば、その群中の溝７０に関して、一つの方向、たとえば時計回り方向に計測して、不規則に互いに異なる半径方向距離だけ回転軸３６から離間している移行点７６を有することができる。さらに他の溝群７８は、たとえば、第一の部分７２だけ又は第二の部分７４だけを有する一つ以上の溝７０を含むことができる。
【００２９】
第二の部分７４は、半径方向外側に外周縁６８、外側の円６４又は外側の円の半径方向内側の地点まで延びることができる。研磨媒４６の所望の滞留時間が、第二の部分７４が終端する場所に対して第一に影響する要素であるが、他の設計及び作動基準がそのような位置決めに影響してもよい。
【００３０】
第二の部分７４が外周縁６８の半径方向内側で終端する場合、周辺部８０を第二の部分７４と流動的に連絡させて設けることが望ましいかもしれない。周辺部８０は第二の部分７４の揺動経路形状を有しない。周辺部８０は、回転軸３６に対する外周縁６８に向かって半径方向外側にまっすぐに延びてもよいし、回転軸３６からまっすぐではあるが半径方向に対して斜めに延びてもよいし、外周縁に向かって外方にカーブしながら延びてもよい。周辺部８０は、多くの場合には望ましいが、溝ネットワーク６０の省略可能な特徴である。
【００３１】
続けて図１〜３を参照して、研磨パッド２０の使用及び動作を述べる。上記のように、研磨パッド２０は、必ずしもとはいえないが特に、砥粒、反応体及び、いくらかの使用ののち、反応生成物を有する研磨媒４６との使用に適合されている。研磨媒４６は、たとえば研磨媒導入口４４を介して回転軸３６の近くに導入されたのち、研磨パッド２０の回転によって研磨媒に加わる遠心力によって半径方向外側に移動する。研磨媒４６は、主に溝７０の第一の部分７２で半径方向外側に移動するが、いくらか少量の研磨媒は溝と溝との間の領域で外方に輸送されるかもしれない。
【００３２】
研磨媒４６がウェーハ３２と接触すると、研磨媒中の反応体がウェーハ上の形体、たとえば製銅と相互作用して、それによって反応生成物を形成する。研磨媒４６の化学的性質、反応体とで反応するウェーハ３２中の形体の組成及び他の要因に依存して、研磨反応の速度は、反応体及び生成物によって異なるふうに影響を受けるかもしれない。研磨媒中の反応体と生成物との相対的割合とともに全体的な研磨速度が低下又は増大するかもしれない。公知の研磨パッドの溝構造は一般に、ウェーハトラックが、異なる濃度レベルの反応体及び反応生成物を含有する研磨媒の均一な分布を有することを保証しない。反応生成物が研磨速度に対して及ぼす前述の影響のせいで、反応生成物の形成を生じさせる研磨媒組成物を使用する場合、研磨されるウェーハの均一な平坦化を達成することは困難でありがちである。パッドのウェーハトラック中の研磨媒の滞留時間分布を制御することにより、異なる濃度レベルの反応体及び反応生成物を含有する研磨媒の分布を制御することができる。
【００３３】
各溝７０において、第二の部分７４が、研磨媒を揺動経路に沿って移動させることにより、研磨媒の半径方向外側への動きを第一の部分７２中のそのような研磨媒の動きに対して減速させる。研磨媒４６の経路におけるこの変化は一般に、移行点７６では一般に急速に、すなわち階段関数として起こる。換言するならば、一般に、研磨媒が移行点７６の半径方向外側に移動するとただちに研磨媒４６の滞留時間は増大する。しかし、特定の用途のためにさらに低速の移行が望ましいならば、たとえば、移行点７６の近くの揺動部７４の区分を、回転軸３６から外方に移動するとともに振幅及び周波数が増大する非常に緩やかなカーブを有するように構成することによって容易に対応することができる。溝７０の移行点７６の位置に依存して、ウェーハ３２の特定の位置が、第一の部分７２のみを通過して流れた研磨媒と接触することができ、他の位置は、第一及び第二の両部分を通過して流れた研磨媒と接触することができる。
【００３４】
第二の部分７４と交差する半径沿いの所与の位置における研磨媒４６の滞留時間を増すことにより、研磨媒の反応体及び反応生成物は、従来技術で公知の溝パターンの場合に一般に当てはまるであろうよりも長い期間、ウェーハ３２と隣接する状態に保持される。溝７０の第一の部分と第二の部分との間の研磨媒の単位半径方向距離あたりの滞留時間の差に依存して、単位半径方向距離あたりの研磨媒中の反応体と生成物との相対的割合の変化は、第一の部分と第二の部分との間で異なる。研磨媒中の反応体と生成物との相対的割合に対する研磨反応速度の依存のせいで、溝７０の第一の部分のみを通過して流れた研磨媒と接触するウェーハ表面上の位置と、第一及び第二の両部分を通過して流れた研磨媒と接触する位置との間で研磨速度の差が生じる。溝７０を、各溝が、第一の部分から第二の部分への移行が起こるところの、ウェーハトラック内の異なる半径方向位置を有するように溝群７８中に分布させることにより、ウェーハ上の異なる位置を、ウェーハと接触する状態で異なる滞留時間を有した研磨媒に対してより均一に曝すことができる。
【００３５】
第二の部分７４に最適な構造、移行点７６の最良の配置及び研磨パッド２０の設計の他の局面を決定する際、設計目標は、異なる濃度レベルの反応体及び生成物を有する研磨媒の分布をウェーハトラック６２全体で提供することであるかもしれない。溝群７８の中で回転軸３６からの移行点７６の半径方向間隔を次第に増大させることにより、ウェーハの下の研磨媒にとって複合的な滞留時間が達成される。これが、ウェーハの下の異なる位置を、異なる濃度の反応体及び生成物を含有する研磨媒により均一に曝すであろう。このような複合的な滞留時間はまた、回転軸３６からの移行点７６の間隔における他のパターン又は配設で達成することもできる。当業者は理解しているように、異なる濃度レベルの反応体及び生成物を有する研磨媒をウェーハトラック６２全体で均一に分布させるこの設計目標は、研磨媒４６の化学的性質及びウェーハ３２とのその相互作用の評価、ウェーハに含まれる材料の考察及び分析、パッド２０のコンピュータモデル化ならびに先に述べたような異なる設計属性を有するプロトタイプパッドの使用による実験を通じて得ることができる。
【００３６】
次に図１、４及び５を参照すると、本発明のもう一つの実施態様で、代替溝ネットワーク１６０を有する研磨パッド１２０が提供されている。溝ネットワーク１６０は、それぞれが、上記の第一の部分７２と同一である第一の部分１７２を有する複数の溝１７０を含む。移行点１７６で各溝１７０の幅が増大して第二の部分１７４を形成している。溝１７０の第一の部分１７２は溝の第二の部分１７４と流動的に連絡している。
【００３７】
第二の部分１７４は一般に、移行点１７６から少なくとも第二の部分１７４のうち半径方向外側の円６４と交差する部分までで実質的に均一な幅及び深さを有している。しかし、場合によっては、第二の部分１７４の溝１７０の幅及び深さの一方又は両方が、回転軸３６から半径方向外側に延びる線に沿って決められるように変化してもよい。研磨パッド１２０の例示的な実施態様では、第二の部分１７４の溝１７０は、５〜１００ミル（０．１２７〜２．５４mm）の範囲の幅及び１０〜３０ミル（０．２５４〜０．７６２mm）の範囲の深さを有する。第二の部分１７４は、多くの場合、実質的にまっすぐな構造を有し、回転軸３６から半径方向外側に延びている。しかし、本発明は、カーブした第二の部分１７４をも包含する。場合によっては、第二の部分１７４の幅は、外側の円６４の半径方向外側で第一の部分１７２の幅と同じような幅まで減少させてもよい。
【００３８】
溝１７０は、移行点１７６が一般に回転軸３６から異なる半径方向距離だけ離間するように溝群１７８中に配設されている。この構造は、上記の溝７０の移行点７６の相対的配置と同一である。溝７０と同様に、溝１７０は一般に、研磨パッド１６０上に可能な限り高密度に配置されるが、この溝の配置は必須ではない。
【００３９】
動作中、研磨パッド１２０の溝１７０は、上記の溝７０の場合と実質的に同じように、溝の中を運ばれる研磨媒４６中の反応生成物の滞留時間を制御する。特に、第二の部分１７４の幅は第一の部分１７２の幅よりも大きいため、溝の深さを一定と仮定すると、研磨媒が溝を通過して流れる速度は、研磨媒が移行点１７６を通過し、第二の部分に進入したのち低下する。溝７０に関して上記したように、溝１７０の正確な構造は一般に、研磨媒４６の化学的性質、ウェーハ３２の組成及び当業者に公知の他の要因によって影響される。
【００４０】
次に図１、６及び７を参照すると、本発明のさらに別の実施態様で、代替溝ネットワーク２６０を有する研磨パッド２２０が提供されている。溝ネットワーク２６０は、それぞれが、上記の第一の部分７２と同一である第一の部分２７２を有する複数の溝２７０を含む。移行点２７６で各溝２７０の幅が増大して第二の部分２７４を形成している。溝２７０の第一の部分２７２は溝の第二の部分２７４と流動的に連絡している。第二の部分２７４は一般に、回転軸３６から半径方向外側に計測して、移行点２７６から少なくとも第二の部分２７４のうち半径方向外側の円６４と交差する部分まで次第に増大する幅を有している。用途によっては、第二の部分２７４の幅を、回転軸３６から半径方向外側に計測して、はじめに比較的ゆっくりと増大させ、次いでより急激に増大させる、又はその逆の順で増大させることが有利であるかもしれない。また、第二の部分２７４は一般に均一な深さを有するが、本発明はそのように限定されない。第二の部分２７４は、多くの場合、実質的にまっすぐな構造を有し、回転軸３６から半径方向外側に延びている。しかし、本発明は、カーブした第二の部分２７４をも包含する。
【００４１】
溝２７０は、移行点２７６が、必ずしもとはいえないが一般に、回転軸３６から異なる半径方向距離だけ離間するように溝群２７８中に配設されている。この構造は、上記の溝７０の移行点７６の相対的配置と同一である。溝７０と同様に、溝２７０は一般に、研磨パッド２６０上に可能な限り高密度に配置されるが、本発明は、最大密度未満の溝の配置をも包含する。
【００４２】
動作中、研磨パッド２２０の溝２７０は、上記の溝７０の場合と実質的に同じように、溝の中を運ばれる研磨媒４６中の反応生成物の滞留時間を制御する。特に、第二の部分２７４の幅は第一の部分２７２の幅よりも大きいため、溝の深さを一定と仮定すると、研磨媒が溝を通過して流れる速度は、研磨媒が移行点２７６を通過し、第二の部分に進入したのち低下する。第二の部分２７４中の溝２７０の幅が次第に増大することが、研磨媒４６の半径方向外側の流れを徐々に減速させ、それが他方で、溝の中を輸送される研磨媒４６の滞留時間を次第に増大させる。溝７０に関して上記したように、溝２７０の正確な構造は一般に、研磨媒４６の化学的性質、ウェーハ３２の組成及び当業者に公知の他の要因によって影響される。
【００４３】
次に図１、８及び９を参照すると、本発明のさらに別の実施態様で、代替溝ネットワーク３６０を有する研磨パッド３２０が提供されている。溝ネットワーク３６０は、それぞれが、上記の第一の部分７２と同一である第一の部分３７２を有する複数の溝３７０を含む。移行点３７６で各溝３７０の幅が増大して第二の部分３７４を形成している。この深さの変化は通常、徐々に達成されるが、場合によっては、階段的移行を許容することもできる。溝３７０の第一の部分３７２は溝の第二の部分３７４と流動的に連絡している。
【００４４】
第二の部分３７４は、回転軸３６から半径方向外側に計測して、移行点３７６、より具体的には、移行点に隣接する、第二の部分が最大深さを達成したところの位置と、少なくとも外側の円６４との間で均一である深さを有することができる。本発明の一つの実施態様では、第一の部分３７２は５〜１０ミル（０．１２７〜０．２５４mm）の範囲の深さを有し、第二の部分３７４は１０〜４０ミル（０．２５４〜１．０１６mm）の範囲の深さを有する。しかし、用途によっては、第二の部分３７４を、その深さが、回転軸３６から半径方向外側に計測して、移行点３７６から外側の円６４まで次第に増大するように形成することが望ましいかもしれない。第二の部分３７４がそのように構成される場合、その深さは、移行点３７６と外側の円６６との間で計測して５〜４０ミル（０．１２７〜１．０１６mm）の範囲の量だけ増大する。また、第二の部分３７４は一般に均一な幅を有するが、本発明はそのように限定されない。第二の部分３７４は、多くの場合、実質的にまっすぐな構造を有し、回転軸３６から半径方向外側に延びている。しかし、本発明は、カーブした第二の部分３７４をも包含する。
【００４５】
溝３７０は、移行点３７６が、必ずしもとはいえないが一般に、溝群の一方の側から他方の側に計測して、回転軸３６から半径方向に次第に増大するように離間するよう溝群３７８中に配設されている。この構造は、上記の溝７０の移行点７６の相対的配置と同一である。溝７０と同様に、溝３７０は一般に、研磨パッド３６０上に可能な限り高密度に配置されるが、本発明は、最大密度未満の溝の配置をも包含する。
【００４６】
動作中、研磨パッド３２０の溝３７０は、上記の溝７０の場合と実質的に同じように、溝の中を運ばれる研磨媒４６の滞留時間を制御する。特に、第二の部分３７４の深さは第一の部分３７２の深さよりも大きいため、溝３７０の幅を一定と仮定すると、研磨媒が溝を通過して流れる速度は、研磨媒が移行点３７６を通過し、第二の部分に進入したのち低下する。溝７０に関して上記したように、溝３７０の正確な構造は一般に、研磨媒４６の化学的性質、ウェーハ３２の組成及び当業者に公知の他の要因によって影響される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】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。
【図２】本発明の研磨パッドの一つの実施態様の平面図であり、研磨されるウェーハの輪郭を仮想的に示した図である。
【図３】図２に示すパッドの一区分の拡大平面図である。
【図４】本発明の研磨パッドの第二の実施態様の平面図である。
【図５】図４に示すパッドの溝のいくつかの一区分の拡大平面図である。
【図６】本発明の研磨パッドの第三の実施態様の平面図である。
【図７】図６に示すパッドの溝のいくつかの一区分の拡大平面図である。
【図８】本発明の研磨パッドの第四の実施態様の平面図である。
【図９】図８に示すパッドの溝のいくつかの一区分の拡大平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008507148.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年1月23日(2006.1.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品を研磨するための研磨パッドであって、
ａ．回転軸及び複数の溝を有する研磨部を含み、各溝が、
ｉ．第一の部分、及び
ii．第一の部分の半径方向外側に配置され、研磨媒滞留時間を増大させるために移行位置で第一の部分と連絡している第二の部分
を含み、
ｂ．複数の溝の少なくとも第一の溝の移行位置が回転軸から第一の半径方向距離だけ離間しており、複数の溝の少なくとも第二の溝の移行位置が回転軸から第二の半径方向距離だけ離間しており、第一の半径方向距離が第二の半径方向距離とは異なり、研磨部上の複数の溝の第一の溝中に異なる研磨媒の滞留時間を有するものである研磨パッド。
【請求項２】
複数の溝が少なくとも二つの溝群の中に配設されており、少なくとも二つの溝群中の各溝が、少なくとも二つの溝群中の少なくとも一つの他の溝の移行位置とは異なる、回転軸から一定の半径方向距離だけ離間している移行位置を有する、請求項１記載のパッド。
【請求項３】
研磨部がウェーハトラックを有し、複数の溝の移行位置がウェーハトラック内で回転軸から三つ以上の異なる距離に配置されている、請求項１記載のパッド。
【請求項４】
複数の溝の移行位置が回転軸から複数の異なる半径方向距離だけ離間しており、移行位置が研磨部上の複数の溝内で異なる研磨媒滞留時間を有する、請求項１記載のパッド。
【請求項５】
第一の部分が第二の部分とは異なる構造を有し、第一及び第二の部分の少なくとも一方が、回転軸から外に延びる主軸を有する、請求項１記載のパッド。
【請求項６】
回転軸を有する研磨パッド及び研磨媒を使用して物品を研磨する方法であって、
ａ．研磨部と複数の溝とを有するパッドであって、各溝が、
ｉ．第一の部分、及び
ii．第一の部分の半径方向外側に配置され、研磨媒滞留時間を増大させるために移行位置で第一の部分と連絡している第二の部分を含み、
複数の溝の少なくとも第一の溝の移行位置が回転軸から第一の半径方向距離だけ離間しており、複数の溝の少なくとも第二の溝の移行位置が回転軸から第二の半径方向距離だけ離間しており、第一の半径方向距離が第二の半径方向距離とは異なり、研磨部上の複数の溝の第一の溝中に異なる研磨媒の滞留時間を有するものであるパッドを用意するステップ、
ｂ．パッドを物品の表面と係合させるステップ、
ｃ．パッドのトラックが物品と接触するようにパッドと物品との間の相対的回転を生じさせるステップ、及び
ｄ．研磨媒をパッドのトラックと物品の表面との間で複数の溝の中に、複数の溝の少なくとも二つの中の異なる滞留時間で流れさせるステップ
を含む方法。
【請求項７】
複数の溝が少なくとも二つの溝群の中に配設されており、少なくとも二つの溝群中の各溝が、少なくとも二つの溝群中の少なくとも一つの他の溝の移行位置とは異なる、回転軸から一定の半径方向距離だけ離間している移行位置を有する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
研磨媒を使用して物品を研磨するための研磨パッドであって、
ａ．回転軸及び複数の溝を有する研磨部を含み、各溝が、
ｉ．第一の部分、及び
ii．第一の部分の半径方向外側に配置され、移行位置で第一の部分と連絡している第二の部分を含み、第二の部分が、長さ及び第二の部分中に位置する研磨媒の滞留時間を増すように、長さの少なくとも一部に沿って変化する断面構造を有するものであり、
ｂ．複数の溝それぞれの移行位置が回転軸から複数の異なる半径方向距離の一つだけ離間しているものである研磨パッド。
【請求項９】
第二の部分の断面構造が移行位置からその幅を増大させる、請求項８記載のパッド。
【請求項１０】
断面構造が第一の幅から第二の幅まで増大し、第二の幅が移行位置から移行位置の半径方向外側の位置まで次第に増大する、請求項８記載のパッド。
【国際調査報告】
2008507148.tif 000012
2008507148.tif 000013