JP2017208530A - Ｃｍｐ研磨パッドのための研磨くず除去溝 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを研磨又は平坦化する際、ウェーハ表面の欠陥を減らし、研磨パッドの耐用寿命を延ばす様な研磨パッド上の適正な溝パターンを提供する。【解決手段】研磨パッド２００は、ポリマーマトリックスと、厚さと、研磨又は平坦化のための研磨層の作用領域を表す研磨トラックとを有する研磨層を含む。研磨トラックの平均供給断面積（δａ）と平均排流断面積（ρａ）が２＊δａ≦ρａ≦８＊δａとなるように設計する。これにより、半径方向排流溝２１６が研磨トラックを通って延び、研磨パッドの回転中、研磨くずを、半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つの下で、研磨トラックに通し、研磨トラックを越えさせて研磨パッドの周縁へと除去することを促進する。【選択図】図２

Description

本発明は、ケミカルメカニカル研磨パッドのための溝に関する。より具体的には、本発明は、ケミカルメカニカルポリッシング中の欠陥を減らすための溝設計に関する。

集積回路及び他の電子装置の作製においては、導体、半導体及び絶縁材料の複数の層を半導体ウェーハの表面に付着させたり、半導体ウェーハの表面から除去したりする。導体、半導体及び絶縁材料の薄層は、いくつかの付着技術を使用して付着させることができる。最新のウェーハ加工において一般的な付着技術としては、とりわけ、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。一般的な除去技術としては、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。

材料層が順次に付着され、除去されるにつれ、ウェーハの最上面は非平坦になる。後続の半導体加工（たとえばメタライゼーション）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。平坦化は、望まれ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のに有用である。

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又は研磨するために使用される一般的な技術である。従来のＣＭＰにおいては、ウェーハキャリヤ、すなわち研磨ヘッドがキャリヤアセンブリに取り付けられる。その研磨ヘッドがウェーハを保持し、ウェーハを、ＣＭＰ装置内でテーブル又はプラテン上に取り付けられている研磨パッドの研磨層と接する状態に配置する。キャリヤアセンブリが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。同時に、研磨媒（たとえばスラリー）が研磨パッド上に小出しされ、ウェーハと研磨層との間の間隙に引き込まれる。研磨パッド及びウェーハは一般に互いに対して回転して基材を研磨する。研磨パッドがウェーハの下で回転するとき、ウェーハは一般に環状の研磨トラック、すなわち研磨領域を掃き出し、その中でウェーハ表面が研磨層と直接対面する。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。

Reinhardtらの米国特許第５，５７８，３６２号は、パッドにマクロテキスチャを設けるための溝の使用を開示している。特に、多様なパターン、等高線、溝、らせん形、放射状、ドット又は他の形状を開示している。Reinhardtに含まれる具体例は、同心円及びＸ−Ｙ溝を重ねられた同心円である。同心円状の溝パターンはパッドの縁への直接的な流路を提供しないため、同心円状の溝はもっとも一般的な溝パターンであることがわかった。

Linらは、米国特許第６，１２０，３６６号において、円形＋半径方向の溝の組み合わせを開示している。この例は、２４本の半径方向溝を同心円状の溝パターンに加えることを示す。この溝パターンの欠点は、スラリー使用量の実質的増加のせいで、研磨において限られた改善しか提供しないことである。

それにもかかわらず、研磨性能とスラリー使用量とのより良い組み合わせを有するケミカルメカニカル研磨パッドの必要性が絶えずある。さらには、欠陥を減らし、研磨パッド耐用寿命を延ばす溝の必要性がある。

本発明の態様は、半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを、研磨流体及び研磨パッドと半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つとの間の相対運動によって研磨又は平坦化するのに適した研磨パッドであって、ポリマーマトリックス及び厚さを有する研磨層であって、中心、周縁、中心から周縁まで延びる半径及び中心を包囲し、半径と交差する研磨トラック（半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを研磨又は平坦化するための研磨層の作用領域を表す）を含む研磨層と；半径と交差する複数の供給溝（δ）であって、半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを研磨パッド及び研磨流体で研磨又は平坦化するためのランドエリアを供給溝（δ）の間に有し、平均供給断面積（δ_a）（各供給溝の合計断面積を供給溝（δ）の総数で割ったもの）を有する複数の供給溝（δ）と；研磨流体が複数の供給溝（δ）から少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）に流れることを許すための、複数の供給溝（δ）と交差する、研磨層中の少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）とを含み、少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）が平均排流断面積（ρ_a）を有し、少なくとも一つの半径方向排流溝の平均排流断面積（ρ_a）が、
２＊δ_a≦ρ_a≦８＊δ_a
（式中、（ｎ_r）は半径方向溝の数を表し、（ｎ_f）は供給溝の数を表す）
及び
（０．１５）ｎ_f＊δ_a≦ｎ_r＊ρ_a≦（０．３５）ｎ_f＊δ_a
にしたがって平均供給断面積（δ_a）よりも大きく、少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）が研磨トラックを通過して延びて、研磨パッドの回転中、研磨くずを、半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つの下で、研磨トラックに通し、研磨トラックを越えさせて研磨パッドの周縁へと除去することを促進する、研磨パッドを提供する。

本発明の代替態様は、半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを、研磨流体及び研磨パッドと半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つとの間の相対運動によって研磨又は平坦化するのに適した研磨パッドであって、ポリマーマトリックス及び厚さを有する研磨層であって、中心、周縁、中心から周縁まで延びる半径及び中心を包囲し、半径と交差する研磨トラック（半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを研磨又は平坦化するための研磨層の作用領域を表す）を含む研磨層と；半径と交差する複数の供給溝（δ）であって、半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを研磨パッド及び研磨流体で研磨又は平坦化するためのランドエリアを供給溝（δ）の間に有し、平均供給断面積（δ_a）（各供給溝の合計断面積を供給溝（δ）の総数で割ったもの）を有する複数の供給溝（δ）と；研磨流体が複数の供給溝（δ）から少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）に流れることを許すための、複数の供給溝（δ）と交差する、研磨層中の少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）とを含み、少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）が平均排流断面積（ρ_a）を有し、少なくとも一つの半径方向排流溝の平均排流断面積（ρ_a）が、
２＊δ_a≦ρ_a≦８＊δ_a
（式中、（ｎ_r）は半径方向溝の数を表し、（ｎ_f）は供給溝の数を表す）
及び
（０．１５）ｎ_f＊δ_a≦ｎ_r＊ρ_a≦（０．３５）ｎ_f＊δ_a
（式中、ｎ_rは数２〜１２に等しい）
にしたがって平均供給断面積（δ_a）よりも大きく、少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）が研磨トラックを通過して延びて、研磨パッドの回転中、研磨くずを、半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つの下で、研磨トラックに通し、研磨トラックを越えさせて研磨パッドの周縁へと除去することを促進する、研磨パッドを提供する。

従来技術の円形＋半径方向溝パターンの略平面図である。 本発明の研磨くず除去溝の一部切欠き略平面図である。 周縁ランドエリアを含む本発明の研磨くず除去溝の一部切欠き略平面図である。 供給溝及び研磨くず除去溝を通過する流れを示す本発明の研磨くず除去溝の一部切欠き略平面図である。 供給溝及び研磨くず除去溝を通過する流れを示す、周縁ランドエリアを含む本発明の研磨くず除去溝の一部切欠き略平面図である。 一つの研磨くず除去溝及びウェーハ基材を有する本発明の研磨くず溝パターンの略平面図である。 二つの研磨くず除去溝及びウェーハ基材を有する本発明の研磨くず溝パターンの略平面図である。 四つの研磨くず除去溝を有する本発明の研磨くず溝パターンの略平面図である。 四つの研磨くず除去溝を有する、周縁ランドエリアを含む本発明の研磨くず溝パターンの略平面図である。 八つの研磨くず除去溝を有する本発明の研磨くず溝パターンの略平面図である。 １６本の研磨くず除去溝を有する本発明の研磨くず溝パターンの略平面図である。 八つのテーパ状研磨くず除去溝を有する本発明の研磨くず溝パターンの略平面図である。 使用される排流溝の数の関数としての半径方向排流溝比のプロットである。 本発明の研磨パッド溝パターンを含む、時間に対する全欠陥数のプロットである。 対照パッド及び本発明の９０mil（０．２３cm）ラジアルオーバレイサンプルに関する、時間に対する全欠陥数のプロットである。 本発明の研磨パッド溝パターンを含むＨＦエッチング後の欠陥概要のプロットである。

詳細な説明
独立気泡パッド材料における除去プロセスは、パッド側に凹凸を含む薄い潤滑膜の中で起こる。除去が起こるためには、凹凸が基材表面と直接的又は半直接的に接触しなければならない。これは、液体輸送及び静水圧の軽減を促進するように表面テキスチャを設計し、排流を促進するように溝又は他の種類のマクロテキスチャを組み込むことによって影響される。うまく制御された接触の維持は、プロセス条件、溝間のランドエリア中のテキスチャの維持及び多様な他の変数に対して相対的に敏感である。

現在のパッド中の基材接触ゾーン中の局所環境は以下のような特徴を有する。

表面積／体積比（Ｓ／Ｖ）はウェーハ側及びパッド側のいずれでも非常に高く、＞２００：１などである。これが潤滑膜内の液体輸送を非常に困難にする。特に、研磨中の質量除去速度を考慮すると、潤滑膜は、反応体中で有意に消耗し、反応生成物中で有意に富化される。

液体温度は周囲温度よりもずっと高く、深さ及び横方向勾配が大きい。これは、マクロ及びミクロレベルの有意な詳細において内部的に研究されている。研磨プロセスは多大なエネルギーを消費するが、そのすべてが除去を生じさせるわけではない。液体内の接触又は接触に近い摩擦及び粘性摩擦が有意な接触加熱を発生させる。パッドは効率的な断熱材であるため、発生した熱の大部分は液体中に散逸する。したがって、潤滑膜内の、特に凹凸の近くの局所環境は弱熱水性である。温度勾配が、高いＳ／Ｖとともに、特にパッド表面のテキスチャ容積内に反応生成物を沈殿させるための駆動力を提供する。反応生成物はかなり大きくありがちであり、時間とともに成長することが予想されるため、これは、微小スクラッチ欠陥を生じさせる主要な機構の一つとなることができる。モノマー可溶性に対する温度効果が非常に顕著であるため、シリカ沈殿が大きな懸念である。

基材表面上の点の基準系から、熱及び反応履歴は極端な周期的変動を受ける。この周期的変動に対する有意な寄与が、パッド中の溝の必要性である（ウェーハとの均一な接触に影響するために）。溝中の液体環境はランドエリア中の液体環境とは有意に異なる。有意に冷温であり、反応体が有意に富化され、反応生成物が有意に少ない。したがって、ウェーハ上の各点は、これら二つの非常に異なる環境の間で急速な循環を見る。これは、研磨副生成物を特に接触の後縁でウェーハ表面に再付着させるための駆動力を提供することができる。

ウェーハ接触中、ランドエリアへのスラリー輸送は溝を介して起こる。残念ながら、溝は二つの目的：新鮮なスラリーを供給する目的及び使用済みスラリーを除去する目的を果たす。すべての現在のパッド設計において、これが同じ容積中で同時に起こらなければならない。したがって、ランドは、新鮮なスラリーを供給されず、可変性混合物を供給される。可変性混合物が発生する場所は逆混合ゾーンとして知られる。逆混合ゾーンは、溝設計によって減らすことはできるが、なくすことはできない。これが、スクラッチ及び残渣付着の両方をもたらす大きな粒子のもう一つの有意な発生源となる。最大の懸念は、溝中のスラリーが連続的に更新されず、大きな凝集粒子の形成及び成長が連続的に起こることである。新鮮なスラリーの導入と無計画な液体輸送とが同時にあるならば、これらの大きな粒子は、最終的には、ますます大きな数でランド面に打ち寄せて、スクラッチ欠陥の漸増を生じさせる。この効果は、プロセス条件又はコンディショニングのモードにかかわらず、パッドの使用中に一般に認められる。パッド寿命中の欠陥率変化は以下のような三つの領域を有する。（ａ）新品パッドが導入されたとき（ならし時）の高い初期欠陥率；（ｂ）ならし欠陥率がその使用の分だけ低い定常状態へと低下する領域；及び（ｃ）欠陥率及びウェーハ不均一性が望ましくなく高いレベルまで増大する寿命の終わり状態。上記から、領域（ｃ）を防ぐ、又は遅らせることがパッドの耐用研磨寿命を改善することは明らかである。

もっとも一般的に使用される供給溝タイプは円形である。これらの円形溝が半径方向排流溝と交差するとき、それらは円弧を形成する。あるいはまた、供給溝は線分又は正弦波であることもできる。多くの異なる供給溝幅、深さ及びピッチが市販されている。

従来技術の溝は一般に、流体力学的応答を制御することによって率均一性及びパッド寿命を改善するように経験的に開発されたものである。これは一般に、特に円形設計の場合、相対的に細い溝を生じさせる。もっとも広く用いられている円形溝は、以下のような溝規格：幅０．０２０インチ×深さ０．０３０インチ×ピッチ０．１２０インチ（幅０．０５０cm×深さ０．０７６cm×ピッチ０．３０５cm）に合わせて製造された1010溝である。これらの寸法の溝を接続したものでさえ、小さい断面積のせいで、液体を輸送するのに効率的な輸送手段ではない。さらなる問題が、露出したパッド表面の粗さである。IC1000のような独立気泡多孔性ポリマーは一般に、約５０ミクロンの表面粗さを有する。＞５０：１の表面積／液体積比を有する1010溝の場合、側壁テキスチャに含まれる液体量の割合が非常に高い（約１１％）。これは、側壁における流れの停滞を招く。これが廃棄物凝集の原因であり、この廃棄物は、パッド表面に再び導入されるならば、時間とともに、大きな損傷性の点スクラッチ源へと成長する。溝の外への指向性の流れはないため、少なくとも一つの排流溝の付加によって溝からスラリーを効率的に除去する手段の付加が、大きな粒子の凝集又は成長を防ぎ、ひいてはスクラッチを減らす。改善された溝排流は早速に有益な効果を発揮すると予想されるが、最大の利益は、寿命の終わり効果が出現する前の実用寿命の増大である。

図１を参照すると、研磨パッド１０は、円形溝１２と半径方向溝１６との組み合わせを含む。平坦な、一般には多孔性のランドエリア１４が円形溝１２及び半径方向溝１６を分けている。研磨中、円形溝１２が半径方向溝１６と組み合わさって、研磨スラリー又は研磨溶液をランドエリア１４に分配して、基材、たとえば半導体基材、光学基材又は磁性基材の少なくとも一つと相互作用させる。円形溝１２及び半径方向溝１６は均一な断面を有する。これらの溝パターンに伴う問題は、時間とともに、研磨くずが溝１２及び１６中に集まり、その後、定期的にランドエリア１４に移動し、そこで欠陥、たとえば基材のスクラッチ欠陥を付与するということである。

図２を参照すると、研磨パッド２００は、すべて半径方向排流溝２１６に流れ込むことができる供給溝２０２Ａ、２０４Ａ、２０６Ａ、２０８Ａ及び２０２Ｂ、２０４Ｂ、２０６Ｂ、２０８Ｂを含む。この実施形態において、半径方向排流溝２１６は、供給溝の深さに等しい深さ「Ｄ」を有する。研磨中、供給溝２０２Ａ、２０４Ａ、２０６Ａ、２０８Ａ及び２０２Ｂ、２０４Ｂ、２０６Ｂ、２０８Ｂならびに半径方向排流溝２１６は、研磨スラリー又は溶液をランドエリア２１４上に分配する。矢印が、研磨パッド２００の周壁２３４に達し、それを通り過ぎる研磨スラリー又は溶液の流れを示す。右回り研磨中、供給溝２０２Ａ、２０４Ａ、２０６Ａ及び２０８Ａからの流れは、供給溝２０２Ｂ、２０４Ｂ、２０６Ｂ及び２０８Ｂからの流れよりも大きい。左回り研磨中、供給溝２０２Ｂ、２０４Ｂ、２０６Ｂ及び２０８Ｂからの流れは供給溝２０２Ａ、２０４Ａ、２０６Ａ及び２０８Ａからの流れよりも大きい。この任意選択の実施形態は、すべての研磨くずが邪魔されずに半径方向排流溝２１６を通って研磨パッド２００から出ることを許す。

図２Ａを参照すると、研磨パッド２００は、すべて半径方向排流溝２１６に流れ込むことができる供給溝２０２Ａ、２０４Ａ、２０６Ａ及び２０２Ｂ、２０４Ｂ、２０６Ｂを含む。この実施形態において、半径方向排流溝２１６は、供給溝の深さ又は側壁２３２の高さに等しい深さ「Ｄ」を有する。研磨中、供給溝２０２Ａ、２０４Ａ、２０６Ａ及び２０２Ｂ、２０４Ｂ、２０６Ｂならびに半径方向排流溝２１６は、研磨スラリー又は溶液をランドエリア２１４上に分配する。排流溝２１６から、研磨スラリー又は溶液は周縁溝２１０Ａ及び２１０Ｂを通って流れる。そして、研磨スラリー又は溶液は、周縁溝２１０Ａ及び２１０Ｂから出て周縁ランドエリア２２０を乗り越え、周壁２２２を通り過ぎる。矢印が、周縁溝２１０Ａ及び２１０Ｂに達し、周縁ランドエリア２２０を乗り越え、研磨パッド２００の周壁２２２を通り過ぎる研磨スラリー又は溶液の流れを示す。右回り研磨中、供給溝２０２Ａ、２０４Ａ及び２０６Ａからの流れは供給溝２０２Ｂ、２０４Ｂ及び２０６Ｂからの流れよりも大きい。左回り研磨中、供給溝２０２Ｂ、２０４Ｂ及び２０６Ｂからの流れは供給溝２０２Ａ、２０４Ａ及び２０６Ａからの流れよりも大きい。この任意選択の実施形態は、研磨スラリー又は溶液の排出を遅らせ、いくつかの研磨組み合わせの場合、研磨効率を高めることができる。

図３を参照すると、研磨パッド３００は、すべて半径方向排流溝３１６に流れ込むことができる供給溝３０２Ａ、３０４Ａ、３０６Ａ、３０８Ａ及び３０２Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｂ、３０８Ｂを含む。この実施形態において、半径方向排流溝３１６は、供給溝３０２Ａ、３０４Ａ、３０６Ａ、３０８Ａ及び３０２Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｂ、３０８Ｂの深さＤ₁よりも大きい深さ「Ｄ」を有する。特に、排流溝３１６は、供給溝３０２Ａ、３０４Ａ、３０６Ａ、３０８Ａ及び３０２Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｂ、３０８Ｂの深さＤ₁の下にさらなる深さＤ₂だけ延びている。側壁３３２の高さは深さＤ₁＋深さＤ₂に等しい。研磨中、供給溝３０２Ａ、３０４Ａ、３０６Ａ、３０８Ａ及び３０２Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｂ、３０８Ｂならびに半径方向排流溝３１６は、研磨スラリー又は溶液をランドエリア３１４上に分配する。矢印が、研磨パッド３００の周壁３３４に達し、それを通り過ぎる研磨スラリー又は溶液の流れを示す。右回り研磨中、供給溝３０２Ａ、３０４Ａ及び３０８Ａからの流れは供給溝３０２Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｂ及び３０８Ｂからの流れよりも大きい。左回り研磨中、供給溝３０２Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｂ及び３０８Ｂからの流れは供給溝３０２Ａ、３０４Ａ及び３０８Ａからの流れよりも大きい。この任意選択の実施形態は、すべての研磨くずが邪魔されずに半径方向排流溝３１６を通って研磨パッド３００から出ることを許す。

図３Ａを参照すると、研磨パッド３００は、すべて半径方向排流溝３１６に流れ込むことができる供給溝３０２Ａ、３０４Ａ、３０６Ａ及び３０２Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｂを含む。この実施形態において、半径方向排流溝３１６は、供給溝３０２Ａ、３０４Ａ、３０６Ａ、３０８Ａ及び３０２Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｂ、３０８Ｂの深さＤ₁よりも大きい深さ「Ｄ」を有する。特に、排流溝３１６は、供給溝３０２Ａ、３０４Ａ、３０６Ａ、３０８Ａ及び３０２Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｂ、３０８Ｂの深さＤ₁の下にさらなる深さＤ₂だけ延びている。この設計は、周縁ランドエリア３２０を乗り越えて研磨パッド３００の周壁３２２に達する高密度研磨くずの流れを促進する。研磨中、供給溝３０２Ａ、３０４Ａ、３０６Ａ及び３０２Ｂ、３０４Ｂ、３０６Ｂならびに半径方向排流溝３１６は、研磨スラリー又は溶液をランドエリア３１４上に分配する。排流溝３１６から、研磨スラリー又は溶液は周縁溝３１０Ａ及び３１０Ｂを通って流れる。そして、研磨スラリー又は溶液は、周縁溝３１０Ａ及び３１０Ｂから出て周縁ランドエリア３２０を乗り越え、周壁３２２を通り過ぎる。矢印が、周縁溝３１０Ａ及び３１０Ｂに達し、周縁ランドエリア３２０を乗り越え、研磨パッド３００の周壁３２２を通り過ぎる研磨スラリー又は溶液の流れを示す。右回り研磨中、供給溝３０２Ａ、３０４Ａ及び３０６Ａからの流れは供給溝３０２Ｂ、３０４Ｂ及び３０６Ｂからの流れよりも大きい。左回り研磨中、供給溝３０２Ｂ、３０４Ｂ及び３０６Ｂからの流れは供給溝３０２Ａ、３０４Ａ及び３０６Ａからの流れよりも大きい。この任意選択の実施形態は、研磨スラリー又は溶液の排出を遅らせ、いくつかの研磨組み合わせの場合、研磨効率を高めることができる。

図４を参照すると、研磨パッド４００は中心４０１及び周縁４０５を有し、半径ｒが中心４０１から周縁４０５まで延びている。この実施形態においては、ウェーハ４４０が、平行な線で印されたウェーハトラックの周りかつ一つの半径方向排流溝４１６の上で、研磨パッド４００に対して動く。図４は、複数の供給溝４１２及びランドエリア４１４を覆うウェーハを示す。半径方向排流溝４１６は、ウェーハトラックの中及びウェーハトラックの外のすべての供給溝から流れを抜く。

図５を参照すると、研磨パッド５００は、平行な線で印されたウェーハトラックの周りかつ１８０°離れた二つの半径方向排流溝５１６Ａ及び５１６Ｂの上で、研磨パッド５００に対して動くウェーハ５４０を示す。図５は、複数の供給溝５１２及びランドエリア５１４を覆うウェーハを示す。特に、半径方向排流溝５１６は、研磨トラックを通過して延びて、研磨パッド５００の回転中、研磨くずを、ウェーハの下で、研磨トラックに通し、研磨トラックを越えさせて研磨パッド５００の周縁５０５へと除去することを促進する。半径方向排流溝５１６Ａ及び５１６Ｂは、ウェーハトラックの中及びウェーハトラックの外のすべての供給溝から流れを抜く。

図６を参照すると、研磨パッド６００は、９０°離れた四つの半径方向排流溝６１６Ａ〜６１６Ｂを示す。あるいはまた、半径方向排流溝及び供給溝の間隔は均等でなくてもよい。動作中、研磨スラリー又は溶液は、ランドエリア６１４を乗り越え、半径方向排流溝６１６Ａ〜６１６Ｄを通って周縁６０５に向かって外向きに流れる。半径方向排流溝６１６Ａ〜６１６Ｄは、ウェーハトラック（図示せず）の中及びウェーハトラックの外のすべての供給溝６１２から流れを抜く。

図６Ａを参照すると、研磨パッド６００は、９０°離れた四つの半径方向排流溝６１６Ａ〜６１６Ｂを示す。あるいはまた、半径方向排流溝及び供給溝の間隔は均等でなくてもよい。動作中、研磨スラリー又は溶液は、ランドエリア６１４を乗り越え、半径方向排流溝６１６Ａ〜６１６Ｄを通って周縁６０５に向かって外向きに流れる。研磨スラリー又は溶液は、周縁６０５に達する前に、周縁溝６１０に流れ込み、周縁溝６１０から周縁ランドエリア６２０を乗り越えて流れる。半径方向排流溝６１６Ａ〜６１６Ｄは、ウェーハトラック（図示せず）の中及びウェーハトラックの外のすべての供給溝６１２から流れを抜く。

図７を参照すると、研磨パッド７００は、４５°離れた八つの半径方向排流溝７１６Ａ〜７１６Ｈを示す。あるいはまた、半径方向排流溝及び供給溝の間隔は均等でなくてもよい。動作中、研磨スラリー又は溶液は、ランドエリア７１４を乗り越え、半径方向排流溝７１６Ａ〜７１６Ｈを通って周縁７０５に向かって外向きに流れる。半径方向排流溝７１６Ａ〜７１６Ｈは、ウェーハトラック（図示せず）の中及びウェーハトラックの外のすべての供給溝７１２から流れを抜く。

図８を参照すると、研磨パッド８００は、２２．５°離れた１６本の半径方向排流溝９１６Ａ〜９１６Ｐを示す。あるいはまた、半径方向排流溝及び供給溝の間隔は均等でなくてもよい。動作中、研磨スラリー又は溶液は、ランドエリア８１４を乗り越え、半径方向排流溝８１６Ａ〜８１６Ｐを通って周縁８０５に向かって外向きに流れる。半径方向排流溝８１６Ａ〜８１６Ｐは、ウェーハトラック（図示せず）の中及びウェーハトラックの外のすべての供給溝８１２から流れを抜く。

図９を参照すると、研磨パッド９００は、４５°離れた八つのテーパ状の半径方向排流溝９１６Ａ〜９１６Ｈを示す。あるいはまた、半径方向排流溝及び供給溝の間隔は均等でなくてもよい。動作中、研磨スラリー又は溶液は、ランドエリア９１４を乗り越え、テーパ状の半径方向排流溝９１６Ａ〜９１６Ｈを通って周縁９０５に向かって外向きに流れる。テーパ状の半径方向排流溝９１６Ａ〜９１６Ｈはすべて、中心９０１よりも周縁９０５に向かって大きい幅を有する。このテーパが、半径方向排流溝が増量した流体及び研磨くずの負担を受け入れることを可能にする。幅の代わりに、周縁に向かって深さを増大させて流量を増すこともできる。しかし、大部分の状況の場合、研磨スラリー又は溶液がパッドの周縁に向かって流れるとき、排流溝を通過する流量の増大を受け入れるには、遠心力の増大で十分である。

本発明に関し、供給溝（δ）は平均供給断面積（δ_a）を有し、平均供給断面積（δ_a）は、各供給溝の合計断面積を供給溝（δ）の総数で割ったものである。半径方向排流溝（ρ）は平均排流断面積（ρ_a）を有し、半径方向排流溝の平均排流断面積（ρ_a）は、次式にしたがって、平均供給断面積（δ_a）の少なくとも２倍かつ供給断面積（δ_a）の８倍未満の大きさである。
２＊δ_a≦ρ_a≦８＊δ_a
式中、（ｎ_r）は半径方向溝の数を表し、（ｎ_f）は供給溝の数を表し、次式にしたがって、半径方向排流溝の各側からの合計を表す。
（０．１５）ｎ_f＊δ_a≦ｎ_r＊ρ_a≦（０．３５）ｎ_f＊δ_a
一般に、ｎ_r＊は１〜１６である。もっとも好都合には、ｎ_rは２〜１２である。

半径方向排流溝の数が増える（１、２、４、８及び１６本）一連の研磨パッドが、一定の供給溝面積での排流能力増大を生じさせた。研磨パッドは次のような溝寸法を有するものであった。

一つの円形供給溝の断面積：０．０３９cm²

排流溝によって二分される供給溝の数：８０

一つの排流溝に供給する供給溝の合計断面積：＝０．００３９＊８０＊２＝０．６２４cm²
注：本明細書において使用される供給溝計算は、スラリーが供給溝と排流溝との間の各一つの交点の両側から流れるものと仮定する。たとえば、８０本の円形供給溝は一つの排流溝とで１６０の溝交点を形成する。
一つの排流溝の断面積：０．０１７４１９３２cm²

一つの排流溝が適用された場合の供給溝断面積に対する半径方向排流溝断面積の比：０．０３

この実施例においては、一連の供給溝から効果的に流れを抜くのに一つの排流溝では不十分であった。しかし、複数の供給溝の付加により、排流効率を許容可能なレベルまで容易に高めることができる。図１０は、溝の数とともに改善された排流能力が高まることをグラフで示す。

０．１５未満の相対排流面積比は効果がない。パッドの上面への新鮮なスラリーの過剰な送り出しのせいで、半径方向溝の数は、スラリー送り出し速度を含むいくつかの変数に依存する。排流能力が高すぎるならば、これは、溝の中で利用可能なスラリーを不十分にしてしまい、結果的にパッドの乾燥を生じさせるおそれがある。これが、スクラッチ欠陥のような欠陥の有害な発生源である。本発明の排流溝は欠陥を減らす。同様に、低すぎる排流比は、十分な研磨副生成物を除去せず、欠陥を減らさない。高すぎる排流比は、流体力学に影響を及ぼし（ウェーハ不均一性の増大によって示される）、排流溝が用いられない場合よりも欠陥を増加させた。

最適範囲を評価するために、以下の実験を実施した。五つの異なる半径方向溝を一連の独立気泡ポリウレタン研磨パッドに適用した。これらのパッドは、幅２０mil、深さ３０mil及びピッチ１２０mil（０．０５１cm×０．０７６cm×ピッチ０．３０５cm）の円形溝を有するものであった。呼称ならびに半径方向溝の寸法及び数を表１に示す。

研磨条件は以下のように要約される。
ＭＤＣ Mirra、K1505-50μmコロイダルスラリー
Saesol AK45（8031cl）ダイアモンドディスク、パッドならし３０分７psi（４８kPa）、全インサイチュー条件７psi（４８kPa）
プロセス：パッドダウンフォース３psi（２０．７kPa）
プラテン速度９３rpm
キャリヤ速度８７rpm
スラリー流量２００ml/m
１１、３７、６３、８９、１１５、１４１、１６７及び１９３のウェーハカウントで研磨されたウェーハをモニタ。
KLA-TencorからのSurfscan SP1アナライザを用いて欠陥カウントを実施。

各パッドをならし運用して始動効果を排除し、２００個のウェーハを研磨して速度及び欠陥率安定性を評価した。パッド間の速度に大きな差はなかった。しかし、図１１及び１２に示すように、欠陥率に有意な差があった。幅９０mil（０．２２９cm）／８半径方向溝及び幅１２０mil（０．３０５cm）／８半径方向溝のパッドサンプルが、低く安定した欠陥レベルを示した。対照を含む他すべては、試験の期間とともに変化し、研磨時間の増大とともに増大する、より高い欠陥レベルを示した。これは、対照パッドの挙動を９０mil（０．２２９cm）溝パッドと比較した図１１で特に明らかである。

排流溝の数の倍増（供給溝に対する排流溝の面積比が０．２２５から０．４５に増大）は、対照と比べてさえ、全体欠陥率を有意に増大させた。これは、排流効率比にとって決定的な範囲があるという暗示と考えられる。この決定的な範囲は、供給溝のサイズ及び数ならびに半径方向排流溝のサイズとともに変化することができる。

また、ＨＦエッチング後の欠陥データを調べて、全欠陥率をスクラッチ密度と比較した。ＨＦエッチングは、粒子を除去するのに効果的であり、スクラッチに対する感度を高めた。理由は、ＨＦが、クラックそのもの（デコレーション）の周囲のひずみ領域の除去によってスクラッチ深さを拡大するからである。図１３に示すように、９０mil（０．２２９cm）／８及び１２０mil（０．３０５cm）／８パッドの場合でも同じ低く安定な欠陥応答が認められたが、６０mil（０．１５２cm）／８パッド応答がさらに近似し、そのパッドサンプル中の全欠陥の大きな割合が、大きな損傷性の凝集塊ではなく、小さな粒状物であることを示した。これは、排流効率比には下限もあるという指示である。これらの結果に基づくと、供給溝に対する半径方向排流溝の面積比の決定的範囲０．２〜０．３がもっとも好都合である。

上記から、排流効率式を使用して、広く多様な供給溝寸法及びピッチの場合に欠陥率の低下を達成するために必要な排流溝の寸法及び数を決定することができることが明らかになる。いくつかの現実的な制限が課されることがある。たとえば、一つの排流溝しか用いないことは、回転の偏心のせいで、おそらく望ましくない。また、排流溝は半径方向溝又はその変形に限定されるべきであると結論づけられる。この理由は、ａ）一つの回転対称を有し、ｂ）テキスチャ由来のナノトポグラフィー（望ましくない）に最小限しか寄与しないからである。また、溝寸法に関して、半径とともに幅が広がるように半径方向排流溝を設計し、パッドの周縁で計算される上記排流効率比の範囲に制限を加えることによって輸送をさらに規制することが望ましいかもしれない。

本発明は、低い欠陥レベルを維持する長期的ケミカルメカニカルプラナリゼーション用途のための多孔性研磨パッドを形成するのに効果的である。加えて、これらのパッドは、研磨速度、大域的均一性を改善し、研磨振動を減らすことができる。

Claims (10)

1. 半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを、研磨流体及び研磨パッドと前記半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つとの間の相対運動によって研磨又は平坦化するのに適した研磨パッドであって、
   ポリマーマトリックス及び厚さを有する研磨層であって、中心、周縁、前記中心から前記周縁まで延びる半径及び前記中心を包囲し、前記半径と交差する研磨トラック（前記半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを研磨又は平坦化するための前記研磨層の作用領域を表す）を含む研磨層と；
   前記半径と交差する複数の供給溝（δ）であって、前記半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを前記研磨パッド及び前記研磨流体で研磨又は平坦化するためのランドエリアを供給溝（δ）の間に有し、平均供給断面積（δ_a）（各供給溝の合計断面積を供給溝（δ）の総数で割ったもの）を有する複数の供給溝（δ）と；
   前記研磨流体が前記複数の供給溝（δ）から少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）に流れることを許すための、前記複数の供給溝（δ）と交差する、前記研磨層中の少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）と、を含み、
   前記少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）が平均排流断面積（ρ_a）を有し、
   前記少なくとも一つの半径方向排流溝の前記平均排流断面積（ρ_a）が、
   ２＊δ_a≦ρ_a≦８＊δ_a
   （式中、（ｎ_r）は半径方向溝の数を表し、（ｎ_f）は供給溝の数を表す）
   及び
   （０．１５）ｎ_f＊δ_a≦ｎ_r＊ρ_a≦（０．３５）ｎ_f＊δ_a
   にしたがって前記平均供給断面積（δ_a）よりも大きく、
   前記少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）が前記研磨トラックを通過して延びて、前記研磨パッドの回転中、研磨くずを、前記半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つの下で、前記研磨トラックに通し、前記研磨トラックを越えさせて前記研磨パッドの前記周縁へと除去することを促進する、研磨パッド。
2. ２＊δ_a≦ρ_a≦６＊δ_aである、請求項１記載の研磨パッド。
3. 前記少なくとも一つの半径方向溝が周縁溝の中に終端し、周縁ランドエリアが前記周縁溝を包囲する、請求項１記載の研磨パッド。
4. 前記供給溝が同心円弧である、請求項１記載の研磨パッド。
5. 前記半径方向排流溝が前記供給溝よりも大きい深さを有する、請求項１記載の研磨パッド。
6. 半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを、研磨流体及び研磨パッドと前記半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つとの間の相対運動によって研磨又は平坦化するのに適した研磨パッドであって、
   ポリマーマトリックス及び厚さを有する研磨層であって、中心、周縁、前記中心から前記周縁まで延びる半径及び前記中心を包囲し、前記半径と交差する研磨トラック（前記半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを研磨又は平坦化するための前記研磨層の作用領域を表す）を含む研磨層と；
   前記半径と交差する複数の供給溝（δ）であって、前記半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つを前記研磨パッド及び前記研磨流体で研磨又は平坦化するためのランドエリアを供給溝（δ）の間に有し、平均供給断面積（δ_a）（各供給溝の合計断面積を供給溝（δ）の総数で割ったもの）を有する複数の供給溝（δ）と；
   前記研磨流体が前記複数の供給溝（δ）から少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）に流れることを許すための、前記複数の供給溝（δ）と交差する、前記研磨層中の少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）と、を含み、
   前記少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）が平均排流断面積（ρ_a）を有し、前記少なくとも一つの半径方向排流溝の平均排流断面積（ρ_a）が、
   ２＊δ_a≦ρ_a≦８＊δ_a
   （式中、（ｎ_r）は半径方向溝の数を表し、（ｎ_f）は供給溝の数を表す）
   及び
   （０．１５）ｎ_f＊δ_a≦ｎ_r＊ρ_a≦（０．３５）ｎ_f＊δ_a
   （式中、ｎ_rは数２〜１２に等しい）
   にしたがって前記平均供給断面積（δ_a）よりも大きく、
   前記少なくとも一つの半径方向排流溝（ρ）が前記研磨トラックを通過して延びて、前記研磨パッドの回転中、研磨くずを、前記半導体基材、光学基材及び磁性基材の少なくとも一つの下で、前記研磨トラックに通し、前記研磨トラックを越えさせて前記研磨パッドの前記周縁へと除去することを促進する、研磨パッド。
7. ２＊δ_a≦ρ_a≦６＊δ_aである、請求項６記載の研磨パッド。
8. 前記少なくとも一つの半径方向溝が周縁溝の中に終端し、周縁ランドエリアが前記周縁溝を包囲する、請求項６記載の研磨パッド。
9. 前記供給溝が同心円弧である、請求項６記載の研磨パッド。
10. 前記半径方向排流溝が前記供給溝よりも大きい深さを有する、請求項６記載の研磨パッド。

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