JP2008188768A - 化学的機械研磨装置で使用するためのみぞ付パターンを有する研磨パッド - Google Patents

化学的機械研磨装置で使用するためのみぞ付パターンを有する研磨パッド Download PDF

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Abstract

【課題】基板全体にわたる研磨率の不均一性等の問題を改善するＣＭＰ装置を提供する。
【解決手段】本研磨パッドは化学的機械研磨装置において基板を研磨する研磨パッドであって、第１の研磨領域、前記第１の研磨領域を取り囲む第２の研磨領域及び、研磨表面に形成された螺旋みぞを有する研磨表面であって、前記螺旋みぞが、前記第１の研磨領域の第１のピッチと、前記第２の研磨領域の第２の異なったピッチとを有する研磨表面を備える。
【選択図】図１２

Description

本発明は、一般に基板の化学的機械研磨に関し、より詳細には、化学的機械研磨装置のためのみぞ付きパターンを有する研磨パッドに関する。
集積回路は、通常導電性、半導性または絶縁性の層を順次堆積することによって、特にシリコンウェハである基板上に形成される。各層の堆積後、層がエッチングされて、回路の特徴部（feature）が形成される。一連の層が順次堆積及びエッチングされるために、基板の外面または最上面、すなわち基板の露出面は、次第に平面でなくなる。この平面でない外面は集積回路製造者に問題を提示する。従って、基板表面を周期的に平面化し、平坦な表面を提供する必要が存在する。
化学的機械研磨（ＣＭＰ）は平面化の一般に認められた方法の１つである。この方法では通常、基板をキャリヤまたは研磨ヘッドの上に設置する必要がある。その後基板の露出面が回転する研磨ヘッドに向かい合って配置される。キャリヤヘッドは制御可能な負荷すなわち圧力を基板に提供し、基板を研磨パッドに押しつける。さらに、キャリヤヘッドは回転し、基板と研磨表面との間に付加運動を提供する。
研磨剤と少なくとも１つの化学反応性薬品を含む研磨スラリが研磨パッドに提供されて、パッドと基板との間の境界面に研磨化学溶液を提供する。ＣＭＰはかなり複雑なプロセスであり、単純な水とぎとは異なっている。ＣＭＰプロセスでは、スラリ中の反応性薬品が基板の外面と反応して、反応の場を形成する。研磨パッド及び研磨粒子と基板上の反応の場との相互作用の結果、基板の研磨が行われる。
有効なＣＭＰプロセスは、高い研磨率を提供するだけでなく、仕上げ加工され（小さな粗度がない）平坦な（大きな凹凸がない）基板表面を提供する。研磨率、仕上げと平坦さは、パッドとスラリの組み合わせ、基板とパッドとの間の相対速度及び、基板をパッドに押しつける力によって決定される。研磨率は層の研磨に必要な時間を設定する。平坦さと仕上げが不十分な場合不良な基板が発生することがあるので、研磨パッドとスラリの組み合わせは普通必要な仕上げと平坦さによって指定される。これらの制約を考慮して、必要な仕上げと平坦さを達成するために必要な研磨時間によって、ＣＭＰ装置の最大処理量が設定される。
ＣＭＰにおいて繰り返し発生する問題は、基板全体にわたる研磨率の不均一性である。この不均一性の原因の１つはいわゆる「エッジ効果」、すなわち基板の周縁部が基板の中心と異なった研磨率で研磨される傾向である。不均一性のもう１つの原因は、「中心緩速効果（center slow effect）」と呼ばれる、基板の中心が研磨不足になる傾向である。こうした不均一な研磨効果は、基板全体の平坦さと集積回路製造に適した基板の面積を減少させ、ひいてはプロセスの歩留まりを低下させる。
もう１つの問題はスラリの分布に関する。上記で示したように、ＣＭＰプロセスはかなり複雑なプロセスであり、望ましい研磨結果を得るために、研磨パッド、研磨粒子及び反応性薬品と基板との相互作用を必要とする。従って、研磨パッドの表面全体にわたるスラリの分布が不十分な場合、最適でない研磨結果が提供される。過去において使用された研磨パッドはパッドの周囲の穿孔を含んでいた。こうした穿孔は、スラリで満たされ、研磨パッドが圧迫される際に対応する局所的範囲にスラリを分配した。このスラリ分配方法は、各穿孔が事実上個別に作用するため、有効性が制限されている。すなわち、ある穿孔のスラリは少なすぎ、別の穿孔のスラリは多すぎる。さらに、余分のスラリを、それがもっとも必要とされている場所に直接導く方法がない。
もう１つの問題は研磨パッドの「目つぶれ（glazing）」である。目つぶれは、研磨パッドが加熱され、基板がパッドに押しつけられる領域で圧迫される場合発生する。研磨パッドの突出部が押しつぶされ、くぼみが埋められるので、研磨パッドの表面は平滑になり、研磨性が低下する。その結果、研磨時間が増大する。従って、高い処理量を維持するには、研磨パッドの表面を定期的に研磨条件に戻す、すなわち「調節（condition）」する必要がある。
さらに、調節処理の間に、パッドの調節によって発生した廃棄材料がパッドの穿孔をふさいだり詰まらせたりすることがある。この廃棄材料によって詰まらされた穿孔はスラリを有効に保持しないので、研磨プロセスの効率を低下させる。
ふさがれた或いは詰まったパッドの穿孔に関連するさらなる問題は、研磨の完了後の基板からのパッドの分離に関する。研磨プロセスはパッドと基板との間に高度の表面張力を発生する。穿孔は、パッドと基板との間の接触面積を減らすことによって表面張力を低下させる。しかし、穿孔が廃棄材料でふさがれている、または詰まっていると、表面張力が増大し、パッドと基板の分離が困難になる。そのため、基板は分離処理中、より破損しやすくなる。
ＣＭＰにおけるまた別の問題は「平面化効果（planarizing effect）」と呼ばれる。理想的には、研磨パッドは基板の凹凸の山だけを研磨する。ある期間研磨した後、これらの山の部分は最終的に谷と水平になり、実質上平らな表面に帰結する。しかし、基板が「平面化効果」の対象になると、山と谷が同時に研磨される。「平面化効果」は点負荷に対する研磨パッドの圧縮性の性質から生じる。詳細には、研磨パッドが柔軟すぎると、研磨パッドは変形し、基板表面の山と谷の両方を含む基板の広い表面積に接触する。
従って、これらの問題のすべてではなくとも、いくつかの問題を改善するＣＭＰ装置を提供することが有益である。
１つの態様では、本発明は化学的機械研磨装置において基板を研磨する研磨パッドに向けられる。本研磨パッドは、複数の実質上円形のみぞを有する研磨表面を有する。このみぞは、少なくとも約０．０２インチ（０．０５１ｃｍ）の深さ、少なくとも約０．０１５インチ（０．０３８ｃｍ）の幅及び、少なくとも約０．０９インチ（０．２２９ｃｍ）のピッチを有する。
本発明の実施形態には以下が含まれる。みぞは同心に配置され、研磨表面全体にわたって均一に配置される。みぞは、０．０３インチといった、０．０２〜０．０５インチの深さ、０．２０インチといった、０．０１５〜０．０４インチの幅及び、０．１２インチといった、０．０９〜０．２４インチのピッチを有する。研磨パッドは上部層と下部層を備え、みぞが上部層に形成される。上部層は約０．０６〜０．１２インチの厚さを有し、みぞの底部と下部層との間の距離は約０．０４インチである。みぞは仕切壁によって分離され、みぞの幅と仕切壁の比は約０．１０〜０．２５である。
別の態様では、研磨パッドの研磨表面は、少なくとも約０．０２インチの深さ、少なくとも約０．０１５インチの幅及び、少なくとも約０．０９インチのピッチを有する螺旋みぞを有する。
別の態様では、本発明は化学的機械研磨装置において基板を研磨する研磨パッドに向けられる。本研磨パッドは、第１の幅と第１のピッチの、第１の複数の実質上円形の同心のみぞを有する第１の研磨領域と、第１の研磨領域を取り囲み、第２の幅と第２のピッチの、第２の複数の実質上円形の同心のみぞを有する第２の研磨領域とを備えている。第２の幅及び第２のピッチの少なくとも１つは、第１の幅及び第１のピッチと異なっている。
別の態様では、研磨パッドは、第１の研磨領域と、第１の研磨領域を取り囲む第２の研磨領域を備えており、螺旋みぞが研磨表面に形成され、この螺旋みぞは第１の研磨領域の第１のピッチと、第２の研磨領域の第２の、異なったピッチとを有している。
別の態様では、研磨パッドは、第１の複数の実質上円形で同心のみぞを有する第１の研磨領域と、第１の研磨領域を取り囲み、複数の実質上蛇行するみぞを有する第２の研磨領域とを備えている。
別の態様では、研磨パッドは第１の複数の実質上円形で同心のみぞを有する第１の研磨領域と、第１の研磨領域を取り囲み、第２の複数の実質上円形で同心のみぞを有する第２の研磨領域とを備えている。第２の複数の同心のみぞの中心は、第１の複数の同心のみぞの中心から外れている。
別の態様では、研磨パッドは、第１の複数の実質上円形で同心のみぞを有する第１の研磨領域と、第１の研磨領域を取り囲み、複数のみぞ弓形部分を有する第２の研磨領域とを備えている。みぞ弓形部分は、各みぞ弓形部分が、隣接する進路のみぞ弓形部分と半径上で重ならないように、同心円形進路に沿って配置されている。
別の態様では、研磨パッドは、第１の複数の実質上円形で同心のみぞを有する第１の研磨領域と、第１の研磨領域を取り囲み、螺旋状のみぞを有する第２の研磨領域とを備えている。
本発明の実施形態には以下が含まれる。各みぞは、少なくとも約０．０２インチの深さ、少なくとも約０．０１５インチの幅及び、少なくとも約０．０９インチのピッチを有しているであろう。第３研磨領域が第２の研磨領域を取り囲み、実質上円形で同心のみぞを有しているであろう。第３領域のみぞの幅とピッチは、第１の領域のみぞの幅とピッチに等しいであろう。第１の領域の単数または複数のみぞのピッチは、第２の領域の単数または複数のみぞのピッチと異なっており、例えば大きい。第１の領域の単数または複数のみぞの幅は、第２の領域の単数または複数のみぞのピッチと異なっており、例えば小さいであろう。詳細には、第１のピッチは、第２のピッチより約２倍大きく、第２の幅は第１の幅より約６倍大きいであろう。第１の領域のみぞは第１の領域の表面積の約２５％を覆い、第２の領域のみぞは、第２の領域の表面積の約５０％を覆っているであろう。螺旋状のみぞは均一な幅を有しているであろう。蛇行みぞは、その振幅の約１〜２倍か、またはその幅の約１．５〜２倍のピッチを有しているであろう。第２の領域のみぞは約０．１２５インチの幅と約０．２インチのピッチを有しているであろう。蛇行みぞは約０．２〜０．４インチの振幅を有しているであろう。第１の複数の円形みぞの中心は、第２の複数の円形みぞの中心から、第２の複数のみぞのピッチとほぼ等しい距離だけ外れているであろう。第３領域のみぞは第１の領域のみぞと同心であろう。
本発明の利点には以下が含まれる。本研磨パッドは改善された研磨の均一性を提供する。研磨パッドのみぞはパッド全体にスラリを分配する有効な方法を提供する。みぞは十分に広いので、調節処理によって発生した廃棄材料はみぞから流出する。研磨パッドは十分堅固なので、「平面化効果」が避けられる。研磨パッドの比較的深いみぞはまた、パッドの寿命を改善する。
他の特徴と利点は、図面と請求項を含む、以下の説明から明らかになるであろう。
図１を参照すると、１以上の基板１０が化学的機械研磨装置２０によって研磨される。研磨装置２０の完全な説明は、本明細書に全体として援用されている、米国特許第５，７３８，５７４号明細書に見いだすことができるであろう。研磨装置２０には、上部に設置されたテーブル面２３と取外し可能な外部カバー（図示せず）を有する機械基部２２が含まれる。テーブル面２３は一連の研磨ステーション２５ａ、２５ｂ及び２５ｃと移送ステーション２７を支持している。移送ステーション２７は、３つの研磨ステーション２５ａ、２５ｂ及び２５ｃと共に一般に正方形の配置を形成している。移送ステーション２７は、ローディング装置（図示せず）から個々の基板１０を受け取る、基板を洗浄する、基板をキャリヤヘッドにローディングする（以下説明する）、基板をキャリヤヘッドから受け取る、再び基板を洗浄する、最後に、基板をローディング装置に戻す、といった機能を含む多数の機能を果たす。
各研磨ステーションには回転プラテン３０が含まれ、その上に研磨パッド１００が配置される。基板１０が「８インチ」（２００ミリメートル）または「１２インチ」（３００ミリメートル）の直径の円板である場合、プラテン３０と研磨パッド１０は直径約２０インチである。プラテン３０は、プラテン駆動モータ（図示せず）に接続された回転式のアルミニウムまたはステンレス鋼の板である。大部分の研磨プロセスでは、プラテン駆動モータはプラテン３０を、３０〜２００回転／分で回転させるが、より低いかまたは高い回転速度が使用されることもある。
各研磨ステーション２５ａ〜２５ｃにはさらに、関連するパッド調節装置４０が含まれる。各パッド調節装置４０は、独立して回転する調節ヘッド４４と関連する洗浄水盤４６を保持する回転アーム４２を有する。調節装置が研磨パッドの条件を維持するので、研磨パッドは回転中に研磨パッドに押しつけられるすべての基板を有効に研磨する。
反応性薬品（例えば、酸化物研磨の場合脱イオン水）、研磨粒子（例えば、酸化物研磨の場合二酸化ケイ素）及び化学反応性触媒（例えば、酸化物研磨の場合水酸化カリウム）を含むスラリ５０が、複合スラリ／リンスアーム５２によって研磨パッド１００の表面に供給される。スラリ／リンスアームには２以上のスラリ供給チューブが含まれ、スラリを研磨パッドの表面に提供する。十分なスラリが提供されて、研磨パッド１００の全体を覆い、湿らせる。スラリ／リンスアーム５２にはまた、各研磨及び調節サイクルの終了時に研磨パッド１００の高圧洗浄を提供する多数の噴霧ノズル（図示せず）が含まれる。
２以上の中間洗浄ステーション５５ａ及び５６ｂが、隣り合う研磨ステーション２５ａ、２５ｂ及び２５ｃの間に配置されているであろう。洗浄ステーションは、基板が１つの研磨ステーションから別の研磨ステーションに移動する際に、基板をリンスする。
回転式マルチヘッドカルーセル（cariusel）６０が、下部機械基部２２の上に配置されている。カルーセル６０は、中央ポスト６２によって支持され、その上で、基部２２の中に配置されたカルーセルモータ組立体によってカルーセル軸６４に沿って回転される。中央ポスト６２はカルーセル支持板６６とカバー６８を支持している。カルーセル６０には４つのキャリヤヘッド装置７０ａ、７０ｂ、７０ｃ及び７０ｄが含まれる。キャリヤヘッド装置の中の３つは基板を受け取って保持し、基板を研磨ステーション２５ａ〜２５ｃのプラテン３０の上の研磨パッド１００に押しつけることによって研磨する。キャリヤヘッド装置の中の１つは基板を移送ステーション２７から受け取り、そこに供給する。
４つのキャリヤヘッド装置７０ａ〜７０ｄが、カルーセル軸６４に沿って等しい角度間隔でカルーセル支持板６６に設置されている。中央ポスト６２のために、カルーセルモータはカルーセル支持板６６を回転させ、キャリヤヘッド装置７０ａ〜７０ｄとそれに取り付けられた基板をカルーセル軸６４に沿って旋回させることができる。
各キャリヤヘッド装置７０ａ〜７０ｄにはキャリヤまたはキャリヤヘッド８０が含まれる。各キャリヤヘッド８０は、その固有の軸に沿って独立して回転する。キャリヤ駆動軸７４は、キャリヤヘッド回転モータ７６（カバー６８の４分の１を除去することによって図示する）をキャリヤヘッド８０に接続している。各ヘッドに対して１つのキャリヤ駆動軸とモータが存在する。さらに、各キャリヤヘッド８０はカルーセル支持板６６に形成された放射状みぞ７２に中で独立して横に振動する。スライダ（図示せず）が放射状みぞの中で各駆動軸７４を支持している。放射状駆動モータ（図示せず）がスライダを動かし、キャリヤヘッドを横に振動させる。
キャリヤヘッド８０は多数の機械的機能を行う。一般に、キャリヤヘッドは、研磨パッドに対して基板を保持し、基板の背面全体に均一な下向きの圧力を分配し、駆動軸から基板にトルクを伝達し、研磨作業中に基板がキャリヤヘッドの下から滑り出ないことを保証する。
図２を参照すると、各キャリヤヘッド８０には、ハウジング組立体８２、基部組立体８４及び保持リング組立体８６が含まれる。ローディング機構が基部組立体８４をハウジング組立体８２に接続している。基部組立体８４には、キャリヤヘッドの基板受け表面を提供する可撓薄膜８８が含まれる。キャリヤヘッド８０の説明は、本明細書に全体として援用されている、本発明の譲受人に譲受された、ＳｔｅｖｅｎＭ．Ｚｕｎｉｇａ他による、１９９６年１１月８日出願の「化学的機械研磨装置のための可撓薄膜を伴うキャリヤヘッド」と題された米国特許出願第０８／７４５，６７９号に見いだすことができる。
研磨パッド１００は、粗研磨面１０２を有する複合材料を含む。研磨パッド１００は上部層３６と下部層３８を有する。下部層３８は、粘着層２９によってプラテン３０に取り付けられる。上部層３６は下部層３８より硬い。上部層３６はポリウレタンまたは充填剤を混合したポリウレタンから構成されている。下部層３８は、ウレタンを浸出した圧縮フェルト繊維から構成されている。上部層はＩＣ−１０００から構成されており、下部層はＳＵＢＡ−４から構成されている。２層の研磨パッドは、デラウェア州ニューアークのＲｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．から入手可能である（ＩＣ−１０００及びＳＵＢＡ−４は、Ｒｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．の製品名である）。
図３及び図４を参照すると、複数の同心円形みぞ１０４が、研磨パッド１００の研磨表面１０２に配置されている。有利にも、これらのみぞはピッチＰの均一な間隔を有する。ピッチＰは、図４にもっとも明瞭に示されているように、隣接するみぞ間の半径距離である。各みぞ間には幅Ｗｐを有する環状仕切壁１０６が存在する。各みぞ１０４には、実質上Ｕ形の底部１１２に至る壁１１０が含まれる。各みぞは深さＤｇと幅Ｗｇを有しているであろう。また、みぞが矩形の断面を有することもある。
壁１１０は一般に垂直で、Ｕ形の底部１１２に至る。各研磨サイクルは、研磨表面１０２が摩耗するに連れて研磨パッドが薄くなるという形で、研磨パッドの摩耗に帰結する。ほぼ垂直の壁１１０を有するみぞの幅Ｗｇは、研磨パッドが摩耗しても変化しない。すなわち、一般に垂直の壁は、研磨パッドがその動作寿命を通じてほぼ均一の表面積を有することを保証する。
研磨パッドのさまざまな実施形態には過去に使用されたものと比較して広くて深いみぞが含まれる。みぞ１０４は約０．０１５インチの最小幅Ｗｇを有する。各みぞ１０４は、約０．０１５〜０．０４インチの幅Ｗｇを有しているであろう。詳細には、みぞは約０．０２０インチの幅Ｗｇを有しているであろう。各仕切壁１０６は約０．０７５〜０．２０インチの幅Ｗｐを有しているであろう。詳細には、仕切壁は約０．１０インチの幅Ｗｐを有しているであろう。従って、みぞ間のピッチＰは約０．０９〜０．２４インチであろう。詳細には、ピッチは約０．１２インチであろう。
みぞ幅Ｗｇと仕切壁幅Ｗｐの比は、約０．１０〜０．２５になるよう選択される。この比は約０．２である。みぞが広すぎると、研磨パッドが柔軟になりすぎ、「平面化効果」が発生する。他方、みぞが狭すぎると、廃棄材料をみぞから除去するのが困難になる。同様に、ピッチが小さすぎると、みぞが互いに接近しすぎ、研磨パッドが柔軟になりすぎる。他方、ピッチが大きすぎると、スラリが基板の表面全体に均一に輸送されない。
みぞ１０４はまた、少なくとも約０．０２インチの深さＤｇを有する。深さＤｇは、約０．０２〜０．０５インチであろう。詳細には、みぞの深さＤｇは約０．０３インチであろう。上部層３６は約０．０６〜０．１２インチの厚さＴを有するであろう。すなわち、厚さＴは約０．０７インチであろう。厚さＴは、基底部分１１２の底部と下部層３８との間の距離Ｄｐが約０．０３５〜０．０８５インチになるように選択さるであろう。詳細には、距離Ｄｐは約０．０４インチであろう。距離Ｄｐが小さすぎると、研磨パッドは柔軟になりすぎる。他方、距離Ｄｐが大きすぎると、研磨パッドは厚くなり、その結果、より高価になる。研磨パッドの他の実施形態も同様の深さのみぞを有する。
図３を参照すると、みぞ１０４は、複数の環状の島または突起を形成するパターンを形成している。これらの島によって研磨用に提供される表面積は、研磨パッド１００の全面積の約９０％〜７５％である。その結果、基板と研磨パッドとの間の表面張力が減少し、研磨サイクルの終了時に基板から研磨パッドを分離することが容易になる。
図５を参照すると、別の実施形態では、螺旋みぞ１２４が、研磨パッド１２０の研磨表面１２２に配置されている。有利にも、みぞはピッチＰの均一な間隔を有する。螺旋仕切壁１２６が螺旋の環を分離する。螺旋みぞ１２４及び螺旋仕切壁１２６は、図３の円形みぞ１０４及び円形仕切壁１０６と同じ寸法を有する。すなわち、螺旋みぞ１２４は、少なくとも約０．０２インチの深さ、少なくとも約０．０１５インチの幅及び、少なくとも約０．０９インチのピッチを有するであろう。詳細には、螺旋みぞ１２４は、０．０３インチといった、０．０２〜０．０５インチの深さ、０．２０インチといった、約０．０１５〜０．４０インチの幅及び、０．１２インチといった、約０．０９〜０．２４インチのピッチＰを有するであろう。
図６及び図７を参照すると、別の実施形態では、複数の同心環状みぞ１４４が、研磨パッド１４０の研磨表面１４２に配置されている。しかし、これらのみぞの間隔は均一ではなく、研磨表面１４２は、みぞが異なったピッチの間隔を有する複数の領域に分割されている。さらに、みぞは必ずしも均一の深さを有していない。
１つの実施形態では、研磨表面１４２は、最内周領域１５０、環状最外周領域１５６、２つの中間領域１５２及び１５４を含む４つの同心の領域に分割されている。領域１５０はみぞなしで構成され、領域１５４のみぞは領域１５２及び１５６のみぞより狭い間隔を有しているであろう。すなわち、領域１５４のみぞはピッチＰ２の間隔を有し、領域１５２及び１５６のみぞはピッチＰ１の間隔を有するが、ここでＰ２はＰ１より小さい。各みぞは幅Ｗｇを有しているであろう。幅Ｗｇは、約０．０２インチといった、約０．０１５〜０．０４インチであろう。みぞはまた、厚さ０．０５インチの上部層３６の場合約０．０２インチ、また厚さ０．０８インチの上部層の場合約０．０３インチの均一な深さＤｇを有しているであろう。
ピッチの広い領域１５２及び１５６の各みぞの間には幅Ｗｐ１を有する広い環状仕切壁１４６ａがあり、ピッチの狭い領域１５４の各みぞの間には幅Ｗｐ２を有する狭い環状仕切壁１４６ｂがある。広い仕切壁１４６ａの各々は、約０．１８インチといった、約０．１２〜０．２４インチの幅Ｗｐ１を有しているであろう。従って、広い仕切壁の領域のみぞ間のピッチＰ１は、約０．２インチといった、約０．０９〜０．２４インチであろう。すなわち、ピッチＰ１はピッチＰ２の約２倍であろう。広い仕切壁１４６ａによって提供される表面積は、広い仕切壁の領域の利用可能な表面積の約９０％である。
前に注意したように、領域１５４のみぞは互いに接近している。狭い仕切壁１４６ｂの各々は、約０．０８インチといった、約０．０４〜０．１２インチの幅Ｗｐ２を有する。従って、狭い仕切壁の領域のみぞの間のピッチＰ２は、約０．１０インチといった、約０．０４５〜０．２インチである。狭い仕切壁１４６ｂによって提供される表面積は、狭い仕切壁の領域の利用可能な表面積の約７５％である。
研磨パッド１４０は、詳細には、いわゆる「高速帯（fast band)」効果といった研磨の均一性の問題を低減するのに適している。高速帯効果は、ヒュームドシリカ（fumed silicas)を含むＳＳ１２スラリによって、２層研磨パッドを使用する酸化物研磨で出現する傾向がある。高速帯効果によって、その中心が基板の周縁から約１５ミリメートルの位置にある基板の環状領域がかなり過度に研磨されるようになる。この環状領域は約２０ミリメートル幅である。研磨パッド１４０が高速帯効果に反するように構成される場合、第１の領域１５０は約３．２インチの半径Ｗ１を有し、第２の領域１５２は約４．８インチの幅Ｗ２を有し、第３領域１５４は約１．２インチの幅Ｗ３を有し、第４領域１５６は約０．８インチの幅Ｗ４を有しているであろう。これらの幅の前提は、研磨パッドの直径が約２０インチであり、基板がスイープの最外周地点でパッドの周縁から約０．２インチにあり、スイープの最内周地点でパッドの中心から約１．０インチにあるように、基板が約０．８インチのスイープ範囲で研磨パッド表面の全体にわたって移動することである。
研磨率が、研磨中に基板と接触する研磨パッドの表面積の割合と比較できることが明らかである。表面積の多くをみぞが占める領域を研磨パッドに提供することによって、その領域の研磨率は低下する。詳細には、領域１５４の間隔の狭いみぞは、研磨率を低下させるが、さもなければ基板のその部分は過度に研磨される。その結果、研磨パッドは高速帯効果を補償し、研磨の均一性を改善する。
別の実施形態では、図８及び図９を参照すると、複数の同心円形みぞ１６４ａ及び１６４ｂが、研磨パッド１６０の研磨表面１６２に配置されている。これらのみぞ１６４ａ及び１６４ｂは、ピッチＰの均一な間隔を有する。しかし、みぞは均一な幅を有さない。
１つの実施形態では、研磨表面１６２は、最内周領域１７０、最外周領域１７６、２つの中間領域１７２及び１７４を含む４つの同心領域に分割される。領域１７０はみぞなしで構成され、領域１７４のみぞ１６４ｂは、領域１７２及び１７６のみぞ１６４ａより広いであろう。狭いみぞ１６４ｂは幅Ｗｇ１を有し、広いみぞ１６４ｂは幅Ｗｇ２を有しているであろう。狭いみぞ１６４ａの各々の間には幅Ｗｐ１を有する広い環状仕切壁１６６ａがあり、広いみぞ１６４ｂの各々の間には幅Ｗｐ２を有する狭い環状仕切壁１６６ｂがあるであろう。
広いみぞは、狭いみぞの約２〜２０倍、例えば６倍広いであろう。狭いみぞ１６４ａは、０．０２インチといった、約０．０１５〜０．０４インチの幅Ｗｇ１を有し、広いみぞ１６４ｂは、０．１２５インチといった、約０．０４〜０．３インチの幅Ｗｇ２を有しているであろう。広い仕切壁１６６ａは、０．１８インチといった、約０．１０〜０．３８５インチの幅Ｗｐ１を有し、狭い仕切壁１６６ｂは、０．０７５インチといった、約０．０５〜０．１０インチの幅Ｗｐ２を有しているであろう。みぞは、０．２インチといった、約０．０９〜０．４０インチのピッチＰの均一な間隔を有しているであろう。狭いみぞの領域１７２及び１７６では、仕切壁が利用可能な表面積の約７５％を占め、広いみぞの領域１７４では、仕切壁が利用可能な表面積の約５０％を占めているであろう。
望ましい接触表面積を達成するために、多様なみぞの幅及び／または間隔が使用されることに注意すべきである。主要な要素は、過度に研磨されそうな基板の部分に接触する表面積を小さくすることである。不均一なみぞの間隔と幅を有する研磨パッドは、基板の不均一な研磨が望ましいプロセスでも有益である。
別の実施形態では、図１０及び図１１を参照すると、複数の同心円形みぞ１８４ａ及び１８４ｂが、研磨パッド１８０の研磨表面１８４に配置されている。これらのみぞ１８４ａ及び１８４ｂは共に不均一なピッチと不均一な幅を有している。
１つの実施形態では、研磨表面１８２は、最内周領域１９０、最外周領域１９６、２つの中間領域１９２及び１９４を含む４つの同心領域に分割されている。領域１９０はみぞなしで構成され、領域１９４のみぞ１８４ｂは、領域１９２及び１９６のみぞ１８４ａより広く、より広い間隔を有しているであろう。狭いみぞ１８４ａは約０．０２インチの幅Ｗｇ１を有し、広いみぞ１８４ｂは、約０．１２５インチの幅Ｗｇ２を有しているであろう。狭いみぞ１８４ａは、約０．１２インチのピッチＰ１で配置され、領域１９４の広いみぞ１８４ｂは約０．２インチのピッチＰ２で配置されているであろう。各狭いみぞ１８４ａの間には約０．１インチの幅Ｗｐ１を有する環状仕切壁１８６ａがあり、各広いみぞ１８４ｂの間には、約０．０７５インチの幅Ｗｐ２を有する環状仕切壁１８６ｂがあるであろう。
図１２を参照すると、別の実施形態では、螺旋みぞが、研磨パッド２００の研磨表面２０２に配置されている。螺旋仕切壁２０６が螺旋の環を分離している。みぞ２０４は不均一なピッチを有する。みぞの幅２０４は均一なことも不均一なこともあるであろう。
研磨表面２０２は、最内周領域２１０、最外周領域２１６、２つの中間領域２１２及び２１４を含む、４つの同心領域に分割される。領域２１４では、螺旋みぞは領域２１２及び２１６より狭いピッチを有する。詳細には、螺旋みぞ２０４は領域２１２及び２１６で約０．２０インチのピッチＰ１を有し、領域２１４で約０．１２インチのピッチＰ２を有する。螺旋みぞ２０４は領域２１０には達していない。
図１３を参照すると、別の実施形態では、複数の同心円形みぞ２２４ａと複数の蛇行みぞ２２４ｂが、研磨パッド２２０の研磨表面２２４に配置されている。蛇行みぞ２２４ｂは円形みぞ２２４ａより広い。各円形みぞ２２４ａの間には環状仕切壁２２６ａがあり、各蛇行みぞ２２４ｂの間には蛇行仕切壁２２６ｂがあるであろう。例示されていないが、蛇行みぞ２２４ｂの一部が円形みぞ２２４ａの一部と交差することがある。
研磨表面２２２は、最内周領域２３０、最外周領域２３６、２つの中間領域２３２及び２３４を含む、４つの同心領域に分割されている。領域２３０はみぞなしで構成され、蛇行みぞが領域２３４に配置され、円形みぞが領域２３２及び２３６に配置されているであろう。円形みぞ２２４ａは約０．０２インチの幅と約０．１２インチのピッチを有する構成であろう。各蛇行みぞ２２４ｂは、０．２または０．４インチといった、約０．１〜０．５インチの振幅Ａで最内周半径と最外周半径の間で波形を描いているであろう。蛇行みぞの各波形は、１５度といった、約５〜１８０度の角度αにわたって延びているであろう。すなわち、各蛇行みぞ２２４ｂは、例えば２４といった、約２〜７２の波形を有しているであろう。蛇行みぞ２２４ｂは約０．１２５インチの幅と、約０．２０インチのピッチを有しているであろう。蛇行みぞ２２４の第２のピッチは、その振幅の約１〜２倍、またはその第２の幅の約１．５〜２倍であろう。
例示される研磨パッドでは、領域２３２は半径約３．２インチから半径約８．０インチにわたり、領域２３４は半径約８．０インチから半径約９．２インチにわたり、領域２３６は半径約９．２インチから半径約９．９２インチにわたるであろう。
図１４を参照すると、また別の実施形態では、円形のみぞ２４４ａ及び２４４ｂが研磨パッド２４０の研磨表面２４２に配置されている。これらのみぞは不均一な幅を有する。さらに、みぞ２４４ａは点２４８ａについて同心円をなし、みぞ２２４ｂは別の点２４８ｂについて同心円をなす。みぞ２４４ａは環状仕切壁２４６ａによって分離され、みぞ２４４ｂは環状仕切壁２４６ｂによって分離される。中心点２４８ａ及び２４８ｂは、みぞ２４４ｂの間のピッチとほぼ等しい距離だけ離れている。例示されていないが、円形みぞ２４４ａの一部が円形みぞ２４４ｂの一部と交差することがある。
研磨表面２４２は、最内周領域２５０、最外周領域２５６、２つの中間領域２５２及び２５４を含む４つの同心領域に分割されている。領域２５２及び２５６のみぞは点２４８ａについて同心円をなし、領域２５４のみぞは点２４８ｂについて同心円をなしているであろう。みぞ２４４ａ及び２４４ｂは、それぞれ０．０２及び０．１２５の幅と、それぞれ０．２０及び０．２４のピッチを有しているであろう。
図１５を参照すると、また別の実施形態では、複数の同心円形みぞ２６４ａと、複数の区分された弓形みぞ２６４ｂが、研磨パッド２６０の研磨表面２６２に形成される。区分された弓形みぞ２６４ｂは、隣接する同心円形進路２６８ａ及び２６８ｂに沿って配置される。弓形は、進路２６８ａ上の弓形が、進路２６８ｂ上の弓形と隣接しないようにずらされているであろう。環状仕切壁２６６ａが各円形みぞ２６４ａを分離し、１つの仕切壁２６６ｂが弓形みぞ２６４ｂを取り囲む。
研磨表面２６２は、最内周領域２７０、最外周領域２７６、２つの中間領域２７２及び２７４を含む、４つの同心領域に分割されているであろう。領域２７０はみぞなしで構成され、弓形みぞ２６４ｂは領域２７４に配置され、円形みぞ２６４ａは領域２７２及び２７６に配置されているであろう。円形みぞ２６４ａは約０．０２インチの幅と、約０．２０インチのピッチを有しているであろう。弓形みぞ２６４ｂは約０．１２５インチの幅を有し、円形通路２６８ａ及び２６８ｂは約０．２インチの間隔を有しているであろう。この実施形態では、隣接する円形通路の間の距離をピッチとすることができる。
図１６を参照すると、また別の実施形態では、複数の同心円形みぞ２８４ａと、螺旋みぞ２８４ｂが研磨パッド２８０の研磨表面２８２に形成される。環状仕切壁２８６ａが各円形みぞ２８４ａを分離し、螺旋みぞ２８４ｂが螺旋仕切壁２８６ｂを形成する。
研磨表面２８２は、最内周領域２９０、最外周領域２９６、２つの中間領域２９２及び２９４を含む４つの同心領域に分割されているであろう。領域２９０はみぞなしで構成され、螺旋みぞ２８４ｂは領域２９４に配置され、円形みぞ２８４ａは領域２９２及び２９６に配置される。円形みぞ２８４ａはみぞ２６４ａと同様、すなわち約０．０２インチの幅と約０．１２インチのピッチを有する構成であろう。螺旋みぞ２８４ｂは、約０．１２５インチの幅と、約０．２インチのピッチを有しているであろう。例示した研磨パッドでは、領域２８２は半径約３．２インチから半径約７．８８インチにわたり、領域２８４は半径約８．０インチから半径約９．２インチにわたり、領域２８６は半径約９．３２インチから半径約９．９２インチにわたるであろう。
さらに、すべての実施形態で、隣接した領域間のみぞ幅及び／または仕切壁幅に勾配があることがある。こうした勾配は、隣接する領域の研磨率の中間の研磨率での研磨を提供する。基板は研磨パッド表面全体にわたって振動するので、中間研磨率は基板の隣接する範囲の間でより均一な研磨を提供する。
上記で説明した実施形態のみぞは、研磨パッドと基板との間の真空の形成を低減する空気チャネルを提供する。しかし、研磨のために利用可能な表面積が減少するため、同じ研磨結果を達成するには付随して研磨時間を増大する必要がある。
みぞは、切削またはフライス加工によって研磨表面に形成される。詳細には、ミル上ののこ歯を使用して研磨表面にみぞを切削する。また、液圧または空気圧プレスによって研磨表面を型押またはプレス加工することによってみぞが形成されることもある。みぞパターンを比較的簡単にすることによって高価な機械加工が避けられる。また、研磨パッドを鋳型中で製作することによってみぞが形成されることがある。例えば、研磨パッドがみぞの反転形状を含む鋳型から成形される重合反応中にみぞが形成される。
上記で説明したように、スラリ／リンスアームがスラリを研磨表面に提供する。研磨パッドに形成された連続チャネルは、研磨パッドの周囲のスラリの移動を促進する。すなわち、パッドのある領域の余分のスラリがみぞ構造によって別の領域に移送され、研磨表面全体がより均一にスラリで覆われる。従って、スラリの分布が改善され、スラリ分布の不良に起因する研磨率の変動が減少される。
さらに、研磨及び調節サイクル中に発生する廃棄材料がスラリの分布を妨害する可能性がみぞによって低減される。みぞは研磨パッド表面からの廃棄材料の移動を促進し、目詰まりする可能性を低減する。みぞの幅はスラリ／リンスアーム５２からの噴霧リンスを可能にし、みぞから廃棄材料を有効に洗い流す。
みぞを深くすることによって研磨パッドの寿命が改善される。上記で論じたように、調節処理は研磨パッドの表面を摩滅させ、そこから材料を除去するので、みぞの深さが減少する。その結果、みぞの深さを増大することによってパッドの寿命が増大する。
本発明は例示され説明された実施形態によって制限されることはなく、本発明の範囲は添付の請求項によって制限される。
化学的機械研磨装置の概略分解透視図である。 キャリヤヘッドと研磨パッドの概略断面図である。 同心円形みぞを有する研磨パッドの概略上面図である。 ４−４線から見た、図３の研磨パッドの概略断面図である。 螺旋状みぞを使用した研磨パッドの概略上面図である。 異なったみぞ間隔の領域を有する研磨パッドの概略上面図である。 ７−７線から見た、図６の研磨パッドの断面図である。 異なったみぞ幅の領域を有する研磨パッドの概略上面図である。 ９−９線から見た、図８の研磨パッドの断面図である。 異なったみぞ幅と異なったみぞ間隔の領域を有する研磨パッドの概略上面図である。 １１−１１線から見た、図１０の研磨パッドの断面図である。 螺旋みぞと異なったみぞピッチの領域を有する研磨パッドの概略上面図である。 同心円形みぞと蛇行みぞを有する研磨パッドの概略上面図である。 半径中心の異なる円形みぞを有する研磨パッドの概略上面図である。 同心円形みぞとみぞ弓形部分を有する研磨パッドの概略上面図である。 同心円形みぞと螺旋みぞの両方を有する研磨パッドの概略上面図である。

Claims (11)

  1. 化学的機械研磨装置において基板を研磨する研磨パッドであって、第１の研磨領域、前記第１の研磨領域を取り囲む第２の研磨領域及び、研磨表面に形成された螺旋みぞを有する研磨表面であって、前記螺旋みぞが、前記第１の研磨領域の第１のピッチと、前記第２の研磨領域の第２の異なったピッチとを有する研磨表面を備える研磨パッド。
  2. 化学的機械研磨装置において基板を研磨する研磨パッドであって、第１の複数の実質上円形の同心みぞを有する第１の研磨領域と、前記第１の研磨領域を取り囲み、複数の実質上蛇行するみぞを有する第２の研磨領域とを備える研磨パッド。
  3. 前記円形みぞのピッチ及び幅の少なくとも１つが前記蛇行みぞのピッチまたは幅と異なっている請求項２に記載の研磨パッド。
  4. 前記蛇行みぞが、該蛇行みぞの振幅の約１〜２倍であって該蛇行みその幅の約１．５〜２倍であるピッチを有する請求項２に記載の研磨パッド。
  5. 化学的機械研磨装置において基板を研磨する研磨パッドであって、第１の複数の実質上円形の同心みぞを有する第１の研磨領域と、前記第１の研磨領域を取り囲み、第２の複数の実質上円形の同心みぞを有する第２の研磨領域であって、前記第２の複数の同心みぞの中心が、前記第１の複数の同心みぞの中心から外れている第２の研磨領域とを備える研磨パッド。
  6. 前記第１の複数のみぞの前記中心が、前記第２の複数のみぞの前記中心から、前記第２の複数のみぞのピッチにほぼ等しい距離だけ外れている請求項５に記載の研磨パッド。
  7. 前記第１の複数の円形みぞのピッチ及び幅の少なくとも１つが、前記第２の複数の円形みぞのピッチまたは幅と異なる請求項５に記載の研磨パッド。
  8. 化学的機械研磨装置において基板を研磨する研磨パッドであって、第１の複数の実質上円形の同心みぞを有する第１の研磨領域と、前記第１の研磨領域を取り囲み、複数のみぞ弓形部分を有する第２の研磨領域であって、各みぞ弓形部分が隣接する通路上のみぞ弓形部分と半径上で重なり合わないように、前記みぞ弓形部分が同心の円形通路に沿って配置されている第２の研磨領域とを備える研磨パッド。
  9. 前記円形みぞのピッチ及び幅の少なくとも１つが、前記みぞ弓形部分のピッチまたは幅と異なる請求項８に記載の研磨パッド。
  10. 化学的機械研磨装置において基板を研磨する研磨パッドであって、第１の複数の実質上円形の同心みぞを有する第１の研磨領域と、前記第１の研磨領域を取り囲み、螺旋みぞを有する第２の研磨領域とを備える研磨パッド。
  11. 前記円形みぞの少なくとも１つのピッチ及び幅が前記螺旋みぞの前記ピッチまたは幅と異なる請求項１０に記載の研磨パッド。
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