JP3152298U - 研磨スラリーの分布を調整するための化学的機械研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】基板の均一且つ繰り返し可能な平坦化をもたらす研磨表面があり、スラリーが基板表面にわたって均一に分布され、可燒性に富みつつ剛性の研磨表面をもたらす研磨パッドを提供する。【解決手段】本体に中心領域３２および周辺領域２８を有する研磨表面２４を備え、研磨表面２４は放射直線状主通路３０を有し、各主通路３０は周辺領域２８に斜め状外側部分を有する。また研磨表面は、斜め状遷移部分４４によって、１つの主通路３０に接続される複数の一次従通路４２ａ，４２ｂを有する。【選択図】図１

Description

背景

本考案の実施形態は、化学的機械研磨パッドおよびこれに関連した方法ならびに装置に関する。

化学的機械式平坦化（ＣＭＰ）法は、集積回路およびディスプレイの製造において基板の表面を平坦化するために使用されている。典型的なＣＭＰ装置は、往復動するとともに、基板と研磨パッドとを研削性微粒子のスラリーがそれらの間に供給される間に互いに対して押し付ける研磨ヘッドを備える。ＣＭＰは、絶縁層、ポリシリコンまたはシリコンの酸化物で充填された深いかあるいは浅い堀、金属薄膜、および他のそのような層の表面を平坦化するために使用することができる。ＣＭＰ研磨は、典型的には化学的作用および機械的作用の両方の結果として、例えば研磨される材料の表面に化学的に変化した層が繰り返し形成されてその後に研磨される結果として行われると考えられている。一例を挙げると、金属特徴部あるいは金属層の研磨では、金属酸化層が形成されて、その後に、研磨される金属の表面から繰り返し除去される。

スラリー分布を調整するために、研磨パッドの表面は打ち抜き穴あるいは溝のパターンを典型的に有しており、基板にわたる研磨スラリーの分布が調整されるようになっている。ＣＭＰ研磨は、基板に押し付けられる研磨パッドの研磨表面、研磨スラリーの研削性微粒子、および基板の反応材料の化学的かつ機械的な相互作用に左右される結果となる。基板表面にわたる研磨スラリーの不均一な分布によって、基板表面の一様でない研磨が生じることがある。したがって、基板表面にわたるスラリーの均一な分布をもたらすことのできる研磨パッドの研磨表面を有することが望ましい。

基板の表面にわたるより均一な研磨スラリー分布をもたらすために、幾つかのパッドのデザインが開発されてきた。１つのパッドデザインでは、例えば、参照としてその全体を本明細書に組み入れる同一出願人の米国特許第５，９８４，７６９号に開示されたように、同心円状の溝あるいはらせん状の溝が使用されている。円状の溝は、基板表面にわたる研磨スラリーのより均一な分布を維持するために、研磨処理の間に研磨スラリーで充填する。そのようなパッドのデザインによれば全体の研磨均一性は改善されるが、それらによれば、パッドの研磨表面の所定領域にスラリーが捕捉されて対応基板領域の過剰な研磨が生じる傾向もある。また、スラリーが閉鎖された円状の溝に捕捉されるため、研磨スラリーは、研磨副産物と摩耗スラリー微粒子とを除去するために望ましい、パッドの中心からその外縁への連続的な流れが抑制される。別のパッドデザインでは、Ｘ−Ｙ溝切りパターンが研磨表面に相異なる通路長さで設けられている。しかしながら、研磨パッドと基板とが回転運動で往復動されると、そのＸ−Ｙパターンによって、その溝パターンの軸対称に起因する研磨スラリー流の不均衡が発生し、また、スラリーがパッド表面の縁から急速に排出される結果にもなることがある。

パッドは、基板表面を平坦化するために両方に充分に剛性がなければならず、かつ、研磨パッドを均一な圧力で基板表面に押し付けるために充分に可撓性がなければならないため、従来のデザインではさらに別の問題が起きる。基板を適切に平坦化するためには、研磨パッドは基板の表面輪郭の頂点だけを研磨し谷を研磨しないものであるべきである。しかしながら、研磨パッドがその基板輪郭における頂点のすぐ上におけるパッド領域に適用された局所的な応力であまりにも簡単に圧縮されると、その頂点を取り囲む上記基板領域は過剰に研磨されるが、これは望ましくない。パッドは、基板における輪郭頂点によって適用された負荷の下であまりにも多く圧縮されないように、また、わずかに反らせられた基板に合致するためにかつそれを均一に研磨するためになお充分に柔軟性に富むように、充分に剛性のあるものでなければならない。

柔軟性および剛性の同時要件に対処するために、研磨パッドは典型的には、相異なる材料からなる２つの積み重ね層で組み立てられるが、その底部層は可撓性のある弾性材料から作られており、かつ、その頂部層は研磨表面として作用する剛性な材料から作られている。しかしながら、使用に際して、研磨スラリーは、１つの層の外周縁から２つの層の中心へ向かって流れ始めて、２つの層の間における界面の中へ毛管作用で吸い取られる。この毛管作用によって、可撓性のある弾性層の圧縮率に望ましくない変化が引き起こされることがある。過剰な毛管作用によって、研磨スラリーが、これらの層の間にかなり深く侵入して、パッドにおけるパッド窓に到達し、その光学的性質を変化させることもある。研磨表面として作用するために充分に剛性であるとともに可撓性がありかつ弾性がある研磨パッドを有することが望ましい。

したがって、基板の均一かつ繰り返し可能な平坦化をもたらす研磨表面のある研磨パッドを有することが望ましい。スラリーが基板表面にわたって均一に分布される研磨パッドの研磨表面にパターン化された特徴部を有することがさらに望ましい。可撓性に富み、一方で実質的に剛性の研磨表面をそれでももたらす研磨パッドを有することがさらに望ましい。

概要

１つの変形例では、化学的機械研磨装置のための研磨パッドが、ある半径、中心領域および周辺領域を有する研磨表面の備わった本体を有する。研磨表面は、中心領域から周辺領域へ放射状に外側へ延びている複数の放射直線状主通路を有し、それぞれの放射直線状主通路は、周辺領域に、研磨表面の半径に対してある角度で向けられた斜め状外側部分を有する。研磨表面はまた、それぞれが斜め状遷移部分によって１つの放射直線状主通路に接続されている複数の放射直線状一次従通路を有し、これらの放射直線状従通路は放射直線状主通路から間隔を置いて配置されている。この研磨パッドによれば、研磨処理の間に、研磨スラリーの改善された分布および流れがもたらされる。

別の変形例では、研磨パッドは、複数の凸部および凹部を含む圧力負荷受入特徴部のパターンの備わった、研磨表面とは反対側である底部表面も有する。これらの凹部は、研磨表面に圧力が適用されたときに凸部の横膨出を受け入れるような大きさおよび形状にされている。

この研磨パッドは、研磨パッドを保持するプラテンと基板を研磨パッドに保持する支持体とを備える研磨ステーション、研磨パッドの上にスラリーを計量分配するスラリー計量分配装置、および研磨パッドと基板とを互いに対して往復動させるためにプラテンと支持体とのうちの少なくとも一方を駆動する研磨モータを有する化学的機械装置に使用することができる。

１つの製造方法では、研磨パッドは、上記の放射直線状主通路および放射直線状従通路を形成するために、放射直線状主通路および放射直線状従通路の中における材料をその材料が溶融してそれらの通路の底部が実質的に密封される温度まで加熱するための充分に高い切除速度で研磨表面から材料を切除することによって製造することができる。

さらに別の変形例では、化学的機械研磨パッドが、ある半径、中心領域および周辺領域を有する研磨表面を有する本体を有する。研磨表面は、中心領域から周辺領域へ放射状に外側へ延びている複数の放射直線状主通路を有し、それぞれの放射直線状主通路は、周辺領域に、研磨表面の半径に対してある角度で向けられた斜め状外側部分を有する。放射直線状主通路の長さＬ_１、斜め状外側部分の長さＬ_２、および斜め状外側部分と放射直線状主通路との間に形成された角度αは、基板表面にわたる研磨スラリーの均一な分布をもたらすように選択される。

更なる別の変形例では、放射直線状主通路の長さＬ_１、斜め状外側部分の長さＬ_２、および斜め状外側部分と放射直線状主通路との間に形成された角度αは、斜め状外側部分における研磨スラリーに作用する向心力Ｆ_ｃがその通路を通るスラリーの所望の流速をもたらすべく調整されるように選択されているが、ここでＦ_ｃ＝ｍｖ^２／ｒであり、ｍはその通路におけるスラリーの質量、ｖはスラリーの速度、ｒは研磨パッドにわたる斜め状外側部分の平均半径方向距離である。

もう１つの変形例では、放射直線状主通路の長さＬ_１、斜め状外側部分の長さＬ_２、および斜め状外側部分と放射直線状主通路との間に形成された角度αは、斜め状外側部分における研磨スラリーに作用する向心力Ｆ_ｃがその通路の斜め状外側部分におけるスラリーに作用する対抗力Ｆ_oと釣り合ってその通路を通るスラリーの所望の流速をもたらすように選択されているが、
ここでＦ_ｃ＝ｍｖ^２／ｒであり、ｍはその通路におけるスラリーの質量、ｖはスラリーの速度、ｒは研磨パッドにわたる斜め状外側部分の平均半径方向距離であり、かつ、
Ｆ_ｏ＝ｍｒ（ｄθ／ｄｔ）^２ｃｏｓ（α−（π／２））であり、ここで、ｄθ／ｄｔは研磨パッドの角速度、αは放射直線状主通路と斜め状外側部分との間の角度である。

本考案のこれらの特徴部、態様および利点は、次の説明、添付の実用新案登録請求の範囲、および本考案の実例を図示する付属図面に関して一層理解されるようになる。しかしながら、それぞれの特徴部は単に特定の図面の状況においてだけではなく本考案において一般に使用することができ、また、本考案はこれらの特徴部の任意の組み合わせを含んでいることを理解すべきである。

説明

本考案の実施形態による化学的機械研磨装置（図７ａ〜７ｂ）のための研磨パッド２０は、例えば図１に示されたように、研磨表面２４を有するパッド本体２２を備える。研磨パッド２０は典型的に、円盤状形状と研磨の間に基板表面の充分な被覆をもたらすような大きさにされている半径とがある平坦な円形本体２２を備える。例えば、パッド２０は基板１４０よりも少なくとも数倍大きくてもよい。研磨表面２４は、基板１４０に接触しかつ回転して、基板１４０から例えば不均一な輪郭的特徴部を除去することで基板を研磨するように適合されている。研磨表面２４には、基板１４０から望ましくない材料を実質的に過剰に擦り取ったりさもなければ基板表面を傷付けたりすることなく研磨して除去するために充分に研削性がある材料を備える。例えば、研磨パッド２０の研磨表面２４は、ポリマー、フェルト、紙、布、セラミック、または他のこのような材料から作ることができる。研磨スラリーが研磨表面２４と基板１４０との間に流されるとともに、これらが基板１４０を化学的かつ機械的に研磨するために往復動される。適切な研磨スラリーは、例えば水、アルコール、緩衝剤および懸濁化学物質のうちの１つ以上を備える溶液に懸濁された、例えば酸化アルミニウム、酸化シリコン、炭化シリコン，あるいは他のセラミック粉末のうちの少なくとも１つを備えるスラリー微粒子を備える。

研磨パッド２０の研磨表面２４は、例えば図１〜４に示されたように、研磨表面２４にわたる研磨スラリーの流れを増大するために、その中に形成された１つ以上の溝２６を備える。例えば、溝２６は、表面２４にわたるスラリーの一層均質な分布をもたらすことができ、それによって、基板１４０の一層均質な研磨をもたらす。溝２６を通じた研磨スラリーの調整された分布および流速をもたらすように溝２６を形づくることで改良された研磨表面２４がもたらされるということがわかった。そのような改良された溝２６を備える研磨表面２４の実例は図１〜図４に示されている。溝２６は、基板研磨処理の間に研磨表面２４にわたる研磨スラリーの良好な分布を望ましくもたらすように、形状および大きさが作られているのが望ましい。溝２６はまた、所望量の使用ずみスラリーおよびスラリー副産物が研磨処理の間に研磨表面２４の周辺領域２８でパッドから放出されるものであるのが望ましい。

改良された溝２６は、図１に示されたように、研磨パッド２０の中心領域３２から研磨パッドの周辺領域２８へ放射状に外側へ延びている複数の放射直線状主通路３０を備える。放射直線状主通路３０はそれぞれ、研磨表面２４の半径ｒを表示する放射直線３９に沿って延びており、かつ、通路３０の間に所望距離を置いて配置されている。図１〜図３では、通路３０は放射直線に実質的に一致している。図４では、通路３０は、放射直線３９に沿った全体流れ方向を有するが、放射直線３９に対して往復動する渦巻き状の研磨スラリー流をもたらす。例えば基板１４０の研磨の間に研磨表面２４が回転すると、放射直線状主通路３０へ適用された研磨スラリーは、向心力により、通路３０に沿いかつ研磨表面２４の周辺領域２８へ向かって押し流される。したがって、研磨表面２４の回転によって引き起こされた向心力によって、放射直線状主通路３０を通る研磨スラリーの流れが生じ、したがって、研磨表面２４に関してパッドの内部からパッドの周縁３８まで研磨スラリーが分布される。研磨パッド２０は、研磨表面における複数の半径に沿って研磨スラリーを分布させるために、充分な数および密度の放射直線状主通路３０を備えるのが望ましい。例えば、研磨パッド２０は、研磨表面２４の１０度の弧のそれぞれにわたる約２本から約１２本までの放射直線状主通路３０を備えていてもよい。

放射直線状主通路３０は、例えば図１に示されたように、周辺領域２８に、それぞれの放射直線状主通路３０の放射直線ｒに対してある角度で向けられた斜め状外側部分３４をさらに備える。斜め状外側部分３４は、例えば図１、図２および図３に示されたように、放射直線状主通路３０から離れた弧において屈曲し離れて研磨表面２４の周縁３８へ到達する例えば接線弧３６を備えていてもよい。このような接線弧３６の長さおよび接線角は、所望のスラリー流特性をもたらすために選択することができる。例えば、接線弧３６は、約５度から約６０度までの平均接線角θだけ半径ｒから広がっていてもよい。斜め状外側部分３４は、例えば図４に示されたように、斜め状外側部分３４が実質的に非垂直角で研磨表面２４の周縁３８へ到達するように放射直線状主通路３０の放射直線３９から屈曲している、実質的にまっすぐな非弧状部分４０を備えていてもよい。例えば、部分３４は、例えば図８ａに示されたように、斜め状外側部分３４と放射直線状主通路３０とによって約２度から約４５度までの角度αが形成されるように、放射直線状主通路３０が沿って延びる放射直線３９から離れて屈曲していてもよい。

斜め状外側部分３４は、スラリー流を所望の速度に遅くする「インペラーブレード」型の力をもたらすために、基板研磨の間における研磨表面２４の回転の方向と一致する方向に湾曲するかあるいは屈曲しているのが望ましい。例えば、図１〜図４では、研磨回転方向は、反時計回り方向に斜めにされた斜め状外側部分３４を通るスラリー流の速度を調整するために反時計回り方向であるのが望ましい。放射直線状主通路３０の長さおよび大きさは、斜め状外側部分の長さ、大きさおよび角度と同様に、研磨処理の間に所望の研磨パッド回転速度に関して所望のスラリー分布および流速をもたらすように選択することもできる。逆に言えば、残量の研磨スラリーを除去するための研磨パッド２０のクリーニングは、残留している研磨スラリーの研磨表面２４からの排除を促進するために、研磨パッドを研磨処理の間に用いられたのとは反対の方向、例えば図１〜４のパッド２０については時計周り方向に回転させることによってなし遂げられる。

斜め状外側部分３４を備え放射直線状主通路３０によれば、研磨表面２４にわたる研磨スラリー流の改善された調整がもたらされる。斜め状外側部分３４は通路３０に沿った半径方向外側へのスラリーの流れを遅くするように作用する。研磨表面２４の回転の間に、研磨スラリーは研磨表面２４の周縁３８へ向かう向心力によって押し流される。しかしながら、斜め状外側部分３４の中へ流れ込むと、向心力は研磨スラリーを反対方向に押す「インペラー状」の力によって反作用を受ける。研磨スラリーの流れにおける斜め状外側部分３４の効果は、図８ａおよび図８ｂに線図式に示されている。図８ａに示されたように、放射直線状主通路３０は長さＬ_１を備えており、斜め状外側部分３４は長さＬ_２を備えており、また、通路３０と部分３４とはそれらの間に駆動角αを形成するように接続され、ここで、長さＬ_１、Ｌ_２および駆動角αは、放射直線状主通路３０を通るスラリーの流れが所望の速度を備えるような所望の大きさの対抗力をもたらすように選択することができる。研磨スラリーが通路３０を通って進むときにその質量によって受けた向心力はＦ_ｃ＝ｍｖ^２／ｒによって定義され、ここで、ｍはスラリーの質量、ｖはパッドにおけるスラリーの速度、ｒは研磨パッドにおけるある点でのスラリー質量の平均半径距離、例えば、研磨表面にわたるスラリー質量を含有する斜め状部分の平均半径距離である。

しかしながら、スラリーが斜め状外側部分３４の中へ入ると、その部分の角度によってスラリーの流れが遅くなる。斜め状外側部分３４を通るスラリーの流れに対抗する力は、Ｆ_ｏ＝ｍｒ（ｄθ／ｄｔ）^２ｃｏｓ（α−（π／２））として書くことができ、ここで、ｒは研磨パッドにおけるスラリー質量の半径、ｄθ／ｄｔは研磨パッドの角速度、αは斜め状外側部分３４と放射直線状主通路との間の駆動角である。したがって、より小さい駆動角αを選択することで研磨スラリーは斜め状外側部分３４の中で遅くされ、一方、より大きい駆動角によれば駆動角の遅延化効果はより少なくなる。同じように、長さＬ_１およびＬ_２ は、斜め状部分が始まる箇所で半径を変化させ、そして、それによってスラリーによる研磨流の流速を変化させるように選択することができる。１つの変形例では、長さＬ_１およびＬ_２および角度αは、向心力に釣り合わせるためにその力に実質的に等しい対抗力をもたらすように選択することができる。例えば対抗摩擦力あるいはある圧力で回転部分３４に入る空気の対抗力のような他の対抗力もまた、斜め部分を通る研磨スラリーの流れを遅くする。

斜め状部分３４の遅延化作用は図８ｂに関しても理解することができる。この図面では、放射直線状主通路３０ａ，ｂは約１度から約４５度までの角度による間隔を置いて配置されている。質量ｍ_１の研磨スラリーが、その質量に及ぼされた向心力によって、放射直線状主通路３０の中のある位置からｍ_２で表された斜め状部分３４の中におけるパッドの周辺領域２８の近傍におけるある位置まで進む。しかしながら、研磨パッドの回転によって、放射直線状主通路３０ａが放射直線状主通路３０ｂに隣接することにより、質量の位置を周辺領域２８から一層遠い位置ｍ_２’へ変化させる研磨パッドの半径Ｒに沿う変位ｄＲを受けるスラリー質量ｍ_２で先に占有された位置に回転する通路位置の瞬間的な変化が生じる。この変位は、先に説明したように向心力によって釣り合わされている。したがって、研磨パッドの斜め状外側部分３４によって、通路の中におけるスラリーの所望の流れおよび分布がもたらされる研磨スラリーの遅延化が生じる。例えばスラリーを溜めるかあるいは集めるように適合されたスラリー溜め５２のような他の流れ調整特徴部は、例えば図８ａに示されたように、直線状主通路３０および／または斜め状部分に沿って設けることもできる。

１つの変形例では、放射直線状主通路３０および斜め状外側部分３４の長さＬ_１およびＬ_２とそれらの間の駆動角αとは、研磨スラリーの流速がスラリーを浪費しない斜め状部分３４の正味流出量まで遅くされるように選択することができる。スラリー流速は遅いのが望ましいが、その流速は、使用ずみスラリーおよびスラリー副産物が研磨表面２４から振り外されて新たな表面がもたらされるように、ゼロよりも大きいこともまた望ましい。したがって、斜め状外側部分３４を備える放射直線状主通路３０によって、使用ずみスラリーとスラリー副産物が研磨表面２４から振り落とされるように、研磨表面２４にスラリーが実質的に捕捉されることなく、通路３０の中における研磨スラリーの所望水準が維持される、通路３０を通る研磨スラリーの改善された流れがもたらされる。

研磨表面２４における研磨スラリーの分布および流れは、斜め状遷移部分４４によって放射直線状主通路３０へそれぞれが接続された複数の放射直線状一次従通路４２を設けることで、さらに増大させることができる。遷移部分４４は、例えば図１、２および３に示されたように、例えば主通路３０から離れたある角度で湾曲する湾曲部分４５を備えていてもよく、また、例えば図４に示されたように、放射直線状主通路３０から斜めに離れた実質的に一直線状の部分４７がを備えていてもよい。放射直線状一次従通路４２は、研磨表面２４にわたる研磨スラリーの一層均一に分布された流れをもたらすために、放射直線状主通路３０に対して実質的に平行であってもよい。放射直線状一次従通路４２はまた、従通路４２における研磨流体の流れを調整しやすくする斜め状外側部分３４を備えていてもよい。遷移部分４４は、放射直線状一次従通路４２の中への研磨スラリーの過剰な流れに対抗することで、斜め状外側部分３４と同様に作用することがある。例えば、遷移部分４４は、放射直線状主通路３０および放射直線状一次従通路４２を通るスラリーの調整された流速をもたらすために、研磨スラリー流の約５％から約７５％までだけを放射直線状一次従通路４２へ通過させることができる。

放射直線状一次従通路４２は、研磨表面２４にわたるスラリー流分布を改善するように選択された距離だけ主通路３０から間隔を置いて配置されている。例えば、放射直線状一次従通路４２は、隣接する主通路の間の距離が所望の研磨スラリー分布をもたらすためにあまりにも大きくなりすぎる領域を二等分するものであってよい。放射直線状一次従通路４２の数および密度は、研磨表面２４にわたる研磨スラリーの所望の分布もたらすためにさらに選択される。例えば、研磨表面２４は、研磨表面２４の１０度の弧のそれぞれにわたる１本から１０本までの放射直線状一次従通路４２を備えていてもよい。主通路３０もまた、例えば図１〜４に示されたように、２本の放射直線状一次従通路４２のような１本から１０本までの放射直線状一次従通路４２を備えていてもよい。

１つの変形例では、研磨表面２４は、湾曲状かさもなければ斜め状の遷移部分のような第２遷移部分４８によってそれぞれが放射直線状一次従通路４２へ接続された複数の放射直線状二次従通路４６をさらに備える。放射直線状二次従通路４６は、研磨スラリーの流れを研磨表面２４にわたってさらに分布させることができ、また、中心領域３２から周辺領域２８への研磨スラリーの全体流速のさらなる調整をもたらすような大きさおよび形状にすることができる。１つの変形例では、研磨表面２４は、研磨表面２４の１０度の弧のそれぞれにわたる１本から１０本までの二次従通路４２を備えていてもよい。

それぞれの放射直線状主通路３０は、研磨表面２４の半径に沿った相異なる長さで主通路３０から分岐する複数の放射直線状一次従通路４２をさらに備える。例えば、図１に示されたように、主通路３０は、主通路３０から第１半径での第１分岐点５０で分岐する第１の放射直線状一次従通路４２ａと、主通路３０から第２半径での第２分岐点５５で分岐し、さらに第１分岐点５０よりもむしろ研磨パッド２０の中心領域３２から分岐する第２の放射直線状一次従通路４２ｂとを備える。例えば、第１分岐点５０は、パッドの全半径の約５％から約６０％までの間にある第１半径で現れることができ、また、第２分岐点５５は、パッドの全半径の約３０％から約９５％までの間にある第２半径で現れることができる。図１に示された第１の放射直線状一次従通路４２ａは、第２分岐点５５とほぼ同じ半径である第３分岐点５１で一次従通路４２から分岐する放射直線状二次従通路４６をさらに備えるが、第３分岐点は異なる半径でも現れることができる。したがって、主通路３０および従通路４２ａ、ｂおよび４６によれば、研磨表面２４にわたる研磨スラリー流の良好な分布がもたらされる。分岐点５０、５４、５５の前方および間における通路３０、４２ａ、ｂ、４６の長さ、遷移部分４４の角度および長さは、研磨表面２４にわたる研磨スラリーの実質的に均一な分布をもたらすために、例えば研磨表面２４が研磨の間に回転される速度に関して選択することができる。

主通路３０および従通路４２、４６の間の幅は、研磨スラリーの改善された分布をもたらすために、さらにまた選択することができる。例えば、表面２４上の同じ半径における放射直線状主通路３０間の幅ｗ_１の、放射直線状主通路３０と放射直線状一次従通路４２との幅ｗ_２に対する比は、約１から約３０までである。さらにまた、通路自体の幅は、所望の研磨スラリー流特性をもたらすために選択されてもよい。１つの変形例では、放射直線状主通路３０は、研磨スラリーのより大きい流れをその中に受け入れるために、従通路よりも大きい幅を備えていてもよい。例えば、放射直線状主通路３０の幅の放射直線状一次従通路４２の幅に対する比は、約３：１から約６：１までのように、少なくとも約２：１である。１つの変形例では、主通路４０および従通路４２、４６を含んでいる溝２６の長さおよび幅は、通路の中における研磨スラリーの、典型的には約１ｍｌから約３００ｍｌまでの容積をもたらすように選択されるが、しかしながら、その用途によっては他の容積もまた望ましい。

主通路３０および従通路４２、４６の幅および深さの少なくとも一方は、所望の研磨スラリー流特性をもたらすために、これらの通路の長さにわたってさらにまた変えることができる。例えば、これらの通路の幅および深さの少なくとも一方は、通路におけるある領域では、その領域での研磨流体の溜め５２を設けるために増大されてもよい。１つの変形例では、ある通路の幅は、通路の１つの領域にスラリー溜め５２を設けるために少なくとも約２倍に増大されている。スラリー溜め５２は、所望のスラリー流特性をもたらすことができ、また、研磨表面２４の臨界領域におけるスラリーの枯渇を抑制することができる。図２に示された変形例では、スラリー溜め５２は、研磨パッド２０の回転運動に起因する表面２４からの研磨スラリーの過剰な喪失を抑制するために、研磨表面２４の周辺領域２８で主通路３０および従通路４２、４６の端部に設けられている。通路３０、４２、４６の始端には研磨表面２４の中心領域３２へ向かうスラリー溜め５２もまた設けられており、スラリー溜め５２は、通路３０、４２、４６に研磨スラリーを供給するためのスラリーマニホールドとして作用するのに充分である容積を備える。図３では、研磨パッド２０の周縁３８へ向かって進むスラリー流を遅くするために、スラリー溜め５２が周辺領域２８と中心領域３２との間におけるある領域に設けられており、また、スラリー溜め５２が研磨表面２４の中心領域３２へも向けて設けられている。

図４は、放射直線状の主通路３０および従通路４２、４６を有する研磨パッド表面２４のさらに別の実施形態を示している。この変形例では、放射直線状の主通路３０および従通路４２、４６は、研磨表面２４の中心領域３２から研磨表面２４の周辺領域２８まで放射直線３９に関して往復動する渦巻き状経路を備える。この渦巻き状経路は、例えば図４に示された「ジグザグ」形状を形成するために、所定の放射直線３９について研磨スラリーを一方の部分５６ａから他方の部分５６ｂまで向け直す曲がり角５４によって接続された一連の斜め状内側部分５６ａ，ｂを備えていてもよい。斜め状内側部分５６ａ，ｂは、例えば約２度から約６０度までの、互いに対する角度を備えていてもよい。斜め状内側部分５６ａ，ｂは、所望の流れをもたらすために、通路３０、４２、４６に沿った流体の流れを遅くするとともに調整するが、斜め状内側部分５６ａ，ｂの長さ、角度および頻度は所望の流速にしたがって選択することができる。図４は、研磨パッド２０の周辺領域２８におけるスラリーの流れを遅くするための、これらの領域におけるそれぞれの通路３０、４２、４６の端部でのスラリー溜め５２をさらに示している。

放射直線状の主通路および従通路を備える溝２６は、例えば研磨表面２４からパッド材料を切り取って溝２６を形成するための切除用具を使用することによるような適切な方法で形成することができる。１つの変形例では、溝を形成する方法によって、溝２６を通る研磨スラリーの流れが改善されている。例えば、切除用具は、溝２６の中における研磨パッド材料をそのパッド材料の中に有利な構造的変化を生じさせるのに充分な温度まで加熱するパラメーターで操作することができる。増大した温度は、例えば溝２６のパッド材料における露出孔隙を実質的に密封してその孔隙の中へ研磨スラリーが侵入するのを抑制することで、溝２６の中における表面５８を実質的に密封するのが望ましい。したがって、加熱処理された溝２６は、パッド材料の中へ研磨スラリーをほとんど吸収することがなく、それによって、溝２６を通るスラリーの流れが改善される。１つの変形例では、切除用具は、溝２６の中におけるパッド材料を所望温度まで加熱し同時に所望の溝形状を切除するに充分である切除用具の切除速度を採用することで、そのパッド材料を加熱するために操作することができる。溝の表面５８を実質的に密封するのに充分な温度は少なくとも約１００℃である。

さらに別の変形例では、例えば図５ａおよび５ｂに示されたように、良好な圧力負荷能をもたらすために、改良された研磨パッド２０が注文生産されている。この変形例では、研磨表面２４とは反対側であるパッド２０の裏側６０は、研磨パッド２０の裏面６４に形成された圧力負荷受入特徴部６９のパターン６８を備える。この特徴部６９は、研磨パッド２０の裏面６４に切除されたかさもなければ形成された複数の凹所６２と、複数の***状メサのような、凹所６２の周りにおける複数の***凸部６６とを備える。複数の凹所６２および凸部６６は、研磨処理の間にパッド２０によって受けた圧力負荷を受け入れるような大きさおよび形状にされている。例えば、図５ａおよび図５ｂに示されたように、特徴部６９は、例えば研磨表面２４に対する基板１４０の圧力に由来する研磨処理の間における***状突起６６の横膨出が凹所６２によってもたらされた空間に受け入れられるような大きさおよび形状にされている。***状突起６６は、研磨圧力負荷によって、図５ａに示された第１長さＬ_１から図５ｂに示された第２長さＬ_２まで垂直に圧縮することができ、凸部６６の側壁７９を隣接する凹所の中へ膨れるようにさせる。研磨処理の間に研磨表面２４へ圧力が適用されたときに上記凸部の横膨出を受け入れるために適している裏面６４に形成された凹所６２の幅は、約１ｍｍから約１００ｍｍまでであり、また、研磨パッド２０の裏側６０における凹所６２の適切な深さは、約１ｍｍから約２５ｍｍまでである。

特徴部６９の改良された圧力負荷受入パターンによれば、相異なる材料を備える積み重ね本体とは対照的にパッド材料からなる単一本体２２を利用しているパッド２０の圧力負荷が可能になる。これは、特徴部６９のパターンが所望の可撓性および弾性をもたらすことができるとともに、充分に剛性の研磨表面２４をなお維持しているからである。したがって、研磨パッド２０には、所望の圧力負荷受入をもたらすために、研磨表面２４に使用される相対的に剛性な材料より下の、相対的に一層可撓性および弾性に富む材料からなる余分な層は必要でなく、また、そのような積み重ね研磨パッド層の間におけるスラリー流体の毛管作用のような問題が起きることはない。１つの変形例では、凹所６２は大気圧へ開放されており、また、研磨圧力の抑制は基本的に凸部６６の圧縮を通して達成される。別の変形例では、凹所６２は、圧縮されたときに抑制機構として作用する凹所６２における嵌入空気のポケットをもたらすために密閉することができる。

図６ａおよび図６ｂによれば、パッドの裏側６０の裏面６４に形成された圧力負荷受入特徴部６９のパターン６８を有する裏側６０を備える研磨パッド２０の実例がもたらされている。図６ａでは、特徴部６９のパターンは、凹陥した格子状直線７２ａ，ｂを備える凹所６２によって隔てられた正方形状の***凸部６６の格子７４を備える。凹所６２は、裏面６４にわたって延びるとともに互いに直角に交差して格子パターンを形成する複数の水平および垂直な直線７２ａ，ｂを備える。この代わりに、格子直線７２ａ，ｂは、例えば放射直線に沿うような他のパターンで裏面６４にわたって延びていてもよい。凸部６６は、研磨圧力が適用されると水平および垂直な格子状直線の中へ横膨出する。凸部６６はそれぞれ、約１ｍｍから約１００ｍｍまでの幅を備えていてもよい。格子状直線７２ａ，ｂは、約１ｍｍから約１００ｍｍまでの幅、約１ｍｍから約２５ｍｍまでの深さ、および研磨パッド２０にわたって延びる長さを備えていてもよい。図６ｂでは、凹所６２は、パッド材料が裏面６４から切除された正方形状の穴７６を備える。穴７６は、穴７６どうしの間に交互に並ぶ正方形状の***凸部６６を残して、チェッカー盤風に切除されている。凸部は約１ｍｍから約１００ｍｍまでの幅を備えており、また、穴７６は、約１ｍｍから約１００ｍｍまでの幅と約１ｍｍから約２５ｍｍまでの深さとを備える。上に記載された圧力負荷受入特徴部６９のパターンは、***状突起６６を圧縮させることで研磨パッドの所望の可撓性および弾性をもたらすことができるものである。具体的に記載されたもの以外の凹所６２および凸部６６のパターンもまた、所望の研磨特性をもたらすために形成することができる。例えば、圧力負荷受入パターン６８は、所望の研磨パラメーターによって、裏面６４にわたる凸部６６および凹所６２の均一なあるいは不均一な分布を備えることができる。パターン６８はまた、「ｘ−ｙ」溝、凹陥した穴、同心円状の溝、同心弧あるいはこれらの組み合わせの１つ以上を備えていてもよい。

本明細書に記載された研磨パッド２０は任意の型のＣＭＰ研磨機に使用することができ、したがって、研磨パッド２０の使用を例示するために本明細書に記載されたＣＭＰ研磨機は、本考案の範囲を制限するように使用すべきではない。研磨パッド２０を使用することのできる化学的機械研磨（ＣＭＰ）装置１００の１つの実施形態が、図７Ａ〜７Ｃに例示されている。ＣＭＰ装置１００は例えば、カリフォルニア州、サンタクララのアプライドマテリアルズ社からのＭｉｒｅ（登録商標） ＣＭＰ Ｓｙｓｔｅｍである。一般に、研磨装置１００は、複式の研磨ステーション１０８ａ−ｃを収容しているハウジング１０４、基板移送ステーション１１２、および独立回転可能な基板ホルダー１２０を操作する回転可能な回転式コンベア１１６を含んでいる。基板１４０を収容するカセット１３６が浸漬される液体槽１３２を収容するタブ１２６を含んでいる基板負荷装置１２４が、ハウジング１０４に取り付けられている。例えば、タブ１２６は、クリーニング溶液を含むことができ、あるいは、たとえ、研磨の前かあるいは後に基板１４０を清浄化するために超音波を使用する極超音波洗浄機であっても、空気式あるいは液体式の乾燥機であってもよい。アーム１４４が、線状トラック１４８に乗っており、かつ、カセット１３６を保持用ステーション１５５からタブ１２６の中へ移動させるためのカセット爪１５４と基板をタブ１２６から移送ステーション１１２へ移送するための基板ブレード１５６とが含まれているリストアセンブリー１５２を支持している。

回転式コンベア１１６は、図７ａおよび図７ｂに示されたように、基板ホルダー１２０のシャフト１７２がその中を延びている長穴１６２の備わった支持板１６０を有する。基板ホルダー１２０は、独立して回転するとともに長穴１６２の中で前後に往復動して、均一に研磨された基板表面を達成することができる。基板ホルダー１２０は、回転式コンベア１１６の取り外し可能な側壁１７８の背後に通常は隠されているそれぞれのモータ１７６によって回転される。操作において、基板１４０がタブ１２６から移送ステーション１１２へ載せられ、基板はそこから、初めは真空によって保持される基板ホルダー１２０へ移送される。回転式コンベア１１６は、その後、一連の１つ以上の研磨ステーション１０８ａ−ｃを通して基板１４０を移送し、最後に、研磨された基板を移送ステーション１１２へ戻す。

それぞれの研磨ステーション１０８ａ−ｃは、図７ｂに示されたように、研磨パッド２０ａ−ｃを支持する回転可能なプラテン１８２ａ−ｃと、パッド調節用アセンブリー１８８ａ−ｃとを含む。プラテン１８２ａ−ｃとパッド調節用アセンブリー１８８ａ−ｃとは両方とも、研磨装置１００の内側におけるテーブルトップ１９２に取り付けられている。研磨中に、基板ホルダー１２０は、基板１４０を保持し、回転させ、かつ、回転している研磨プラテン１８２へ固定された研磨パッド２０ａ−ｃに押し付けるが、これはまた、基板１４０の研磨の間に基板１４０を保有してそれが滑り外れるのを防止するためにプラテン１８２を取り囲む保有リングも有する。基板１４０と研磨パッド２０ａ−ｃとが互いに対して回転すると、例えばコロイド状のシリカあるいはアルミナの備わった脱イオン水からなる測定量の研磨スラリーが、例えば研磨スラリー計量分配装置９０ａ−ｃにより、選択されたスラリー処方にしたがって供給される。プラテン１８２と基板ホルダー１２０とは両方とも、処理処方にしたがって相異なる回転の速度と方向とで回転するようにプログラム作成することができる。

ＣＭＰ装置１００のそれぞれのパッド調節用アセンブリー１８８は、図７ｂおよび図７ｃに示されたように、調節ヘッド１９６、アーム２００、および基部２０４を含む。調節ヘッド１９６にはパッド調節体５０が取り付けられている。アーム２００には、調節ヘッド１９６に結合された遠位端１９８ａと、基部２０４に結合された近位端１９８ｂとがあり、パッド調節体５３ａ−ｃの調整面が、研磨パッド２０の研磨表面２４を、汚染物質を除去しかつその研磨表面に再びある感触を与えるためにその研磨表面を研削することで調整するように、研磨パッド表面２４にわたって調節ヘッド１９６を払う。それぞれの研磨ステーション１０８は、調節ヘッド１９６の上に取り付けられたパッド調節体５０を洗浄し又は清浄化するための清浄化液体を含有するカップ２０８も含む。

本考案はある好ましい変形例を参照して説明されてきたが、しかしながら、他の変形例が可能である。例えば、パッド調節体は、例えば砂磨き表面として当業者に明らかである他の種類の用途に使用することができる。ＣＭＰ研磨機の他の構成体も使用することができる。さらにまた、記載されたものと等価である代わりの通路構成体も、当業者に明らかであるような記載ずみ具体例のパラメーターにしたがって使用することができる。それゆえ、添付された実用新案登録請求の範囲の精神および範囲は、本明細書に含まれた好ましい変形例の記載に制限されるべきではない。

パターン化された研磨スラリー溝を備える研磨パッドの実施形態の部分平面図である。 パターン化された研磨スラリー溝を備える研磨パッドの実施形態の部分平面図である。 パターン化された研磨スラリー溝を備える研磨パッドの実施形態の部分平面図である。 パターン化された研磨スラリー溝を備える研磨パッドの実施形態の部分平面図である。 圧力負荷受入特徴部を有する研磨パッドの実施形態の部分側面断面図である。 負荷圧力の適用時における、図５ａに示された実施形態の部分側面断面図である。 圧力負荷受入特徴部のパターンを有する研磨パッドの実施形態の部分底面図である。 圧力負荷受入特徴部の異なるパターンを有する研磨パッドの実施形態の部分底面図である。 ＣＭＰ研磨機の実施形態の斜視図である。 図７ａのＣＭＰ研磨機の部分分解斜視図である。 図７ｂのＣＭＰ研磨機の線図式平面図である。 改良されたスラリー流れ通路を有する研磨パッド表面の実施形態の部分平面図である。 改良されたスラリー流れ通路を有する研磨パッド表面の実施形態の部分平面図である。

２０…研磨パッド、２２…パッド本体、２４…研磨表面、２６…溝、２８…周辺領域、３０…主通路、３２…中心領域、４…外側部分、３６…接線弧、３８…周縁、４０…非弧状部分、４２…一次従通路、４４…遷移部分、４６…二次従通路、４８…第２遷移部分、５０…第１分岐点、５２…スラリー溜め、５５…第２分岐点、５６ａ，ｂ…内側部分、５８…溝の表面、６０…裏側、６２…凹所、６４…裏面、６６…凸部、６８…パターン、６９…圧力負荷受入特徴部、７２ａ，ｂ…直線、７４…格子、７６…穴、９０ａ−ｃ…研磨スラリー計量分配装置。

Claims (18)

1. 化学的機械研磨パッドであって、
   （ａ）ある半径、中心領域および周辺領域を有する研磨表面を備える本体を備え、この研磨表面が、
   （i）中心領域から周辺領域へ放射状に外側へ延びている複数の放射直線状主通路（main radial-line channel）であって、それぞれの放射直線状主通路が周辺領域に斜め状外側部分を有する複数の放射直線状主通路と、
   （ii）それぞれが斜め状遷移部分によって１つの放射直線状主通路に接続されている複数の放射直線状一次従通路（primary tributary radial-line channels）であって、放射直線状主通路から間隔を置いて配置されている複数の放射直線状一次従通路と、
   を備える化学的機械研磨パッド。
2. 放射直線状一次従通路が、放射直線状主通路に実質的に平行である、請求項１に記載の研磨パッド。
3. それぞれが第２の斜め状遷移部分（second angled transition）によって１つの放射直線状一次従通路に接続されている複数の放射直線状二次従通路（secondary tributary radial-line channels）をさらに備える、請求項１に記載の研磨パッド。
4. 一次および二次の放射直線状従通路の長さおよび分岐点が、研磨パッド表面にわたって研磨スラリーの均一な分布がもたらされるように、研磨パッドの使用の速度に関して選択されている、請求項１に記載の研磨パッド。
5. 斜め状外側部分が、約５度から約６０度までの平均接線角を備える接線弧を形成している、請求項１に記載の研磨パッド。
6. 放射直線状主通路が、互いに対して約２度から約４５度までの角度を備える複数の斜め状内側部分を備える、請求項１に記載の研磨パッド。
7. 研磨表面の１０度の弧のそれぞれにわたる１本から１０本までの放射直線状主通路を備える、請求項１に記載の研磨パッド。
8. 研磨表面の１０度の弧のそれぞれにわたる１本から１０本までの放射直線状一次従通路を備える、請求項７に記載の研磨パッド。
9. 研磨表面の１０度の弧のそれぞれにわたる１本から１０本までの放射直線状二次従通路を備える、請求項８に記載の研磨パッド。
10. 請求項１の研磨パッドを備える化学的機械装置であって、さらに
    （i）研磨パッドを保持するプラテンと基板を研磨パッドに保持する支持体とを備える研磨ステーションと、
    （ii）研磨パッドの上にスラリーを計量分配するスラリー計量分配装置と、
    （iii）研磨パッドと基板とを互いに対して往復動させるためにプラテンと支持体とのうちの少なくとも一方を駆動する研磨モータと、
    を備える化学的機械装置。
11. 請求項１の研磨パッドを製造する方法であって、
    （ａ）前記の放射直線状の主通路および従通路を形成するために研磨表面から材料を切除するステップであって、その材料が、放射直線状の主通路および従通路の中における材料をその材料が溶融してそれらの通路の底部が実質的に密封される温度まで加熱するために、充分に高い切除速度で切除されるステップを備える方法。
12. 化学的機械研磨パッドであって、
    （ａ）本体を備え、この本体が、
    （i）ある半径、中心領域および周辺領域を有する研磨表面であって、中心領域から周辺領域へ放射状に外側へ延びている複数の放射直線状主通路であり、周辺領域に研磨表面の半径に対してある角度で向けられた斜め状外側部分を有する複数の放射直線状主通路、および、それぞれが斜め状遷移部分によって１つの放射直線状主通路に接続されている複数の放射直線状一次従通路を備える研磨表面と、
    （ii）研磨表面とは反対側である底部表面であって、圧力負荷受入特徴部のパターンを備え、この特徴部が複数の凸部および凹部を備え、これらの凹部が、研磨表面に圧力が適用されたときに凸部の横膨出を受け入れるような大きさおよび形状にされている底部表面と、
    を備える化学的機械研磨パッド。
13. 特徴部のパターンが、複数の垂直および水平な線状凹部によって隔てられた凸部の格子を備える、請求項１２に記載の研磨パッド。
14. 特徴部のパターンが、穴と交互に並ぶ複数の***凸部を備える、請求項１２に記載の研磨パッド。
15. 請求項１２の研磨パッドを備える化学的機械装置であって、さらに
    （i）研磨パッドを保持するプラテンと基板を研磨パッドに保持する支持体とを備える研磨ステーションと、
    （ii）研磨パッドの上にスラリーを計量分配するスラリー計量分配装置と、
    （iii）研磨パッドと基板とを互いに対して往復動させるためにプラテンと支持体とのうちの少なくとも一方を駆動する研磨モータと、
    を備える化学的機械装置。
16. 化学的機械研磨パッドであって、
    （ａ）ある半径、中心領域および周辺領域を有する研磨表面を備える本体を備え、この研磨表面が、
    （i）研磨表面の中心領域から周辺領域へ放射状に外側へ延びている複数の放射直線状主通路であり、それぞれが周辺領域に研磨表面の半径に対してある角度で向けられた斜め状外側部分を有する複数の放射直線状主通路を備え、
    放射直線状主通路と斜め状外側部分とはそれらを通して研磨スラリーを流すように適合され、放射直線状主通路の長さＬ_１、斜め状外側部分の長さＬ_２、および斜め状外側部分と放射直線状主通路との間に形成された角度αが、基板表面にわたる研磨スラリーの均一な分布をもたらすように選択されている、
    化学的機械研磨パッド。
17. 化学的機械研磨パッドであって、
    （ａ）ある半径、中心領域および周辺領域を有する研磨表面を備える本体を備え、この研磨表面が、
    （i）研磨表面の中心領域から周辺領域へ放射状に外側へ延びている複数の放射直線状主通路であって、それぞれが周辺領域に研磨表面の半径に対してある角度で向けられた斜め状外側部分を有する複数の放射直線状主通路を備え、
    放射直線状主通路の長さＬ_１、斜め状外側部分の長さＬ_２、および斜め状外側部分と放射直線状主通路との間に形成された角度αが、斜め状外側部分における研磨スラリーに作用する向心力Ｆ_ｃがその通路を通るスラリーの所望の流速をもたらすべく調整されるように選択されており、
    ここでＦ_ｃ＝ｍｖ^２／ｒであり、ｍがその通路におけるスラリーの質量、ｖがスラリーの速度、ｒが研磨パッドにわたる斜め状外側部分の平均半径方向距離である、化学的機械研磨パッド。
18. 化学的機械研磨パッドであって、
    （ａ）ある半径、中心領域および周辺領域を有する研磨表面を備える本体を備え、この研磨表面が、
    （i）研磨表面の中心領域から周辺領域へ放射状に外側へ延びている複数の放射直線状主通路であって、それぞれが周辺領域に研磨表面の半径に対してある角度で向けられた斜め状外側部分を有する複数の放射直線状主通路を備え、
    放射直線状主通路の長さＬ_１、斜め状外側部分の長さＬ_２、および斜め状外側部分と放射直線状主通路との間に形成された角度αが、斜め状外側部分における研磨スラリーに作用する向心力Ｆ_ｃがその通路の斜め状外側部分におけるスラリーに作用する対抗力Ｆ_oと釣り合ってその通路を通るスラリーの所望の流速をもたらすように選択されており、
    ここでＦ_ｃ＝ｍｖ^２／ｒであり、ｍがその通路におけるスラリーの質量、ｖがスラリーの速度、ｒが研磨パッドにわたる斜め状外側部分の平均半径方向距離であり、かつ、
    Ｆ_ｏ＝ｍｒ（ｄθ／ｄｔ）^２ｃｏｓ（α−（π／２））であり、ここで、ｄθ／ｄｔが研磨パッドの角速度、αが放射直線状主通路と斜め状外側部分との間の角度である、
    化学的機械研磨パッド。

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