【発明の詳細な説明】
ろう付けダイアモンド技術を用いて研磨パッドを調整するための装置技術分野
本発明は、一般に、半導体ウェハなどの素材を研磨または平坦化するための方
法および装置に関し、特に、素材の平坦化に用いられる研磨パッドを調整するた
めのデバイスに関する。背景技術および技術的課題
集積回路の製造は、高品質の半導体ウェハの作成から開始する。ウェハ製造プ
ロセス中、ウェハは、マスキング、エッチング、ならびに誘電および導電堆積の
多数のプロセスにかけられ得る。これらの集積回路の製造には高い精度が必要と
されるため、ウェハ表面上で作成されているマイクロ電子構造の適切な精度およ
び性能を確保するためには、半導体ウェハの少なくとも一面は、一般に、非常に
平坦な表面であることが必要である。集積回路のサイズが減少し続け、集積回路
毎のマイクロ構造の数が増加するにつれて、精度の高いウェハ表面に対する需要
はますます重要になってきている。従って、各処理ステップの間で、通常、ウェ
ハの表面を研磨または平坦化し、できるだけ最も平坦な表面を得る必要がある。
化学機械的平坦化（ＣＭＰ）プロセスおよび装置の説明に関しては、例えば、
１９８９年２月に発行されたＡｒａｉらの米国特許第４，８０５，３４８号、１
９９２年３月に発行されたＡｒａｉらの米国特許第５，０９９，６１４号、１９
９４年７月に発行されたＫａｒｌｓｒｕｄらの米国特許第５，３２９，７３２号
、１９９６年３月に発行されたＫａｒｌｓｒｕｄの米国特許第５，４９８，１９
６号、および１９９６年３月に発行されたＫａｒｌｓｒｕｄらの米国特許第５，
４９８，１９９号を参照のこと。
このような研磨は、当該技術分野で周知であり、一般に、ウェハの一面をウェ
ハのキャリアまたはチャックの平坦な表面に取り付け、ウェハのもう一方の面を
平坦な研磨表面に対して押し付けることを含む。一般に、研磨表面は、例えば、
酸化セリウム、酸化アルミニウム、ヒュームドシリカ／沈降（precipitated）シ
リカまたは他の特定の研磨剤の露出された研磨用表面を有する研磨パッドを含む
。研磨パッドは、当該技術分野で公知の様々な材料で形成され得、商業上入手可
能である。通常、研磨パッドは、アリゾナ州のスコッチデールにあるＲｏｄｅｌ
Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＩＣおよびＧＳシ
リーズの研磨パッドなどのブローンポリウレタンであり得る。研磨パッドの硬度
および密度は、研磨される材料に依存する。
研磨または平坦化プロセス中、素材（例えば、ウェハ）は、通常、研磨パッド
が垂直軸の周りを回転している間に、研磨パッドの表面に押し付けられる。さら
に、研磨効率を高めるために、ウェハもまた垂直軸の周りで回転され、研磨パッ
ドの表面にわたって前後に振動され得る。研磨動作中に、研磨パッドが不均一に
摩耗し、パッド上に表面の不規則性を形成することは周知である。すべての素材
に対して一定して正確な平坦化および研磨を確保するために、これらの不規則性
は、除去または考慮されなければならない。
研磨パッドに形成される表面不規則性を除去する１つの方法として、ある種の
荒削り手段または切断手段を用いてパッドを調整または手入れすることが挙げら
れる。一般に、この研磨パッドの形直しまたは手入れは、ウェハが研磨（原位置
調整（in-situ conditioning））されている間か、または研磨ステップ（非原位
置調整（ex-situ conditioning））間のいずれかに行われ得る。非原位置調整の
例は、１９９６年１月２３日に発行された、Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｃｏｎｄｉ
ｔｉｏｎｉｎｇ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｐａｄｓという名称のＣｅｓｎａらの米
国特許第５，４８６，１３１号に開示されている。原位置調整の例は、１９９５
年７月３日に発行された、Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｐａｄ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉ
ｎｇという名称のＫａｒｌｓｒｕｄの米国特許出願第０８／４８７，５３０号に
開示されている。Ｃｅｓｎａらの特許もＫａｒｌｓｒｕｄの出願も共に、本願で
は参考のために援用する。
一般に、半導体ウェハ研磨および平坦化においては、ダイアモンド粒子などの
小さな荒削りまたは切断部材を用いて、研磨パッドを調整する。Ｃｅｓｎａらの
特許およびＫａｒｌｓｒｕｄの出願に示されるように、原位置および非原位置調
整装置は、これらの切断部材がリングの底フランジに固定された円形リングコン
ディショナを用いる。一般にこれらの切断部材は、電気めっきプロセスなどによ
ってキャリアリングのフランジ底面に固定されている。電気めっきによると、切
断部材が捕捉されるまで、金属を切断部材の周りに層毎に堆積させることによっ
て、切断部材は、キャリアリング上に簡単に機械的に捕捉される。
一般に、このプロセスは２つのステップにおいて行われる。第１に、切断部材
は、最初、ニッケルなどの非常に薄い金属層によってリング基板に取り付けられ
る。第２に、さらなるニッケルが層毎に切断部材層の周りに蓄積され、切断部材
を所定の位置に保持する。このオーバープレーティングまたは蓄積段階において
、リングに部材を保持するためには、充分な量のニッケルが堆積され、切断部材
の高さの約６０％から約８０％を捕捉するように堆積されなければならない（図
１１を参照）。この結果、切断部材の多くは、非常に深く埋め込まれ、金属層は
実際には切断部材を覆い、切断部材が切断されないようにする。さらに、電気め
っきは切断部材と化学結合を形成しないので、部材は、調整中に引っ張り出され
、研磨パッドに留まる傾向がある。これらの取り除かれた切断部材は、研磨プロ
セス中にウェハを引っ掻き、損傷を与え得る。最後に、電気めっきプロセス中に
切断部材のリング上への配置を制御することは非常に困難であるため、キャリア
リング上での切断部材の分布の繰り返し能力および均一性をリング毎に制御する
ことは困難である。従って、各リングは、異なる切断レートを有するので、調整
中に不均一なパッドプロファイルを形成する。
従って、従来技術の制限を克服する、切断部材をデバイスに付着させるための
新規の研磨パッド調整デバイスおよび方法が求められる。発明の要旨
本発明は、従来技術の欠点の多くを克服する研磨パッドデバイスを調整するた
めの方法および装置を提供する。
本発明の１つの局面によると、研磨パッドに接触して、研磨パッドを調整する
ための研磨パッド調整デバイスは、底面にろう付け付着された（braze bonded）
切断部材を用いて構成されている。調整デバイスはまた、調整手段を研磨パッド
に係合させ、研磨パッドの上面で調整手段を回転させ、研磨パッドの上面にわた
って調整手段を振動させる手段を適切に含む。
本発明の他の局面によると、係合回転および振動手段は、調整デバイスを、パ
ッドの上面と操作によって係合させ、上面との係合から解除させるように移動し
、調整デバイスをパッドの上面にわたって半径方向に振動させるように適応され
た動作アームを含む。さらに、調整デバイスは、リング形状に形成されたキャリ
ア部材を含み、円形リング形状のキャリア部材の底面には切断部材が付着してい
る。
本発明のさらに他の局面によると、キャリア部材は、リングの周りに延びるフ
ランジを含み得、切断部材は、フランジに取り付けられている。
本発明のさらに他の局面によると、フランジは、切り抜き部分を有し、材料が
、キャリアリングの内部から逃げられるようにする。本発明の局面によると、切
断部材は、実質的に均一にフランジに沿って分布し、部材は、ろう付けされた金
属合金を有するフランジにろう付け付着されている。好ましくは、ろう付けされ
た金属合金は、切断部材の高さの約２５％から７５％、好ましくは、約４０から
６０％、最も好ましくは約５０％のみを覆う。例えば、５０から２００マイクロ
メータの範囲、および最も好ましくは約１５０マイクロメータの平均高さ（即ち
、直径）を有する切断部材（例えば、ダイアモンド粒子）の場合、ろう付けされ
た金属合金は、好ましくは、各切断部材をその高さの約５０％まで、または約７
５マイクロメータまで覆うべきである。本発明の発明者は、５０から２００Ｕ．
Ｓ．メッシュの範囲の粒径、および最も好ましくは約１００から１２０Ｕ．Ｓ．
メッシュの粒径が、本発明に特に適合すると判断した。
本発明のさらなる局面によれば、切断部材の高さの２５％から４０％未満をろ
う付けで覆うことは、不十分に固定された接合を招き得、切断部材がろう付けか
ら外れ、切断部材が自由になってしまい素材(workpiece)に損傷を与えることが
ある。一方、切断部材を切断部材の高さの６０％から８０％より多くをろう付け
で覆うと、切断部材が正しくパッドを仕上げ(dress)あるいは調整する(conditio
n)能力を阻害し得る。従って本発明者らは、最適な範囲は、切断部材を切断部材
の高さの最大約５０％のろう付けで覆うことを包含することを決定した。
本発明のさらなる局面において、調整装置を、素材が研磨されると同時に研磨
パッドが調整されるように構成し得る。本発明のこの局面によれば、調整装置は
好ましくは、研磨中において素材を保持する移動可能なキャリア部材にマウント
されるように、構成される。
本発明のさらなる局面において、調整装置は、素材キャリア部材の外周の周り
にマウントされるように構成されたリングであり、切断部材はリングの底面に円
形形状で固定的に取り付けられる。
本発明のさらなる局面において、切断部材をリングの周囲の周りに伸びるフラ
ンジに取り付けてもよい。さらに、フランジは好ましくは、リングの内部から材
料が逃れ出ることを可能にするために、切り抜き部を含んでもよい。
本発明のさらなる局面において、使用される切断部材は、例えばダイアモンド
粒子、多結晶体チップ／裂片(sliver)、亜硝酸ホウ素の立方体(cubic boron n
itrite)粒子、炭化シリコン粒子などの異なる材料からなっていてもよい。
図面の簡単な説明
本発明を付属の図面とともに以下に説明する。図面において同じ参照符号は同
じ部材を表す。
図１は、当該分野において公知の半導体ウェハ研磨および平坦化機械の概略斜
視図であり；
図２および３は、図１に示すウェハクリーニング機械の上断面図であり、研磨
プロセスの異なる時点における機械の異なる部分を示しており；
図４は、原位置(in situ)研磨パッド調整リングが接続された、半導体ウェハ
キャリア部材の側断面図であり；
図５は、図４に示す原位置研磨パッド調整リングの上面図であり；
図６は、図４および５に示す原位置調整リングの側面図であり；
図７は、非原位置(ex situ)研磨パッド調整装置が研磨面と動作可能に係合し
ている、図１に示す研磨機械の研磨面の斜視図であり；
図８は、図７に示す非原位置研磨パッド調整リングホルダの側断面図であり；
図９は、非原位置研磨パッド調整リングの上面図である。
図１０は、調整リングにろう付け接合された切断部材の断面図であり；
図１１は、調整リングに電気メッキされた切断部材の断面図である。
好適な実施形態例の詳細な説明
本発明は、素材研磨パッドを調整するための改良された装置、および、切断部
材が装置から外れて(dislodge)研磨中の素材に損傷を与えないように切断部材を
装置に固定するための改良された方法に関する。本発明は、様々な異なるタイプ
の素材を研磨するために用いられ得る非常に様々な研磨パッドを調整するために
用い得るが、本明細書中において説明する好適な実施形態例は、半導体ウェハ研
磨パッドを調整するために用いられる研磨パッド調整装置に関する。しかし、本
発明は特定の素材研磨パッド調整環境に限定されないことが理解されるであろう
。
次に図１〜３を参照し、本発明の実施態様としてのウェハ研磨装置１００を示
している。ウェハ研磨装置１００は、ウェハを前の処理工程から受け取り、ウェ
ハに研磨およびすすぎを行い、ウェハをウェハカセットに再ロードして後の処理
に供する、包括的なウェハ研磨機械を適切に包含する。
次に研磨装置１００をより詳細に説明すると、装置１００はアンロード(unloa
d)ステーション１０２、ウェハ移行ステーション１０４、研磨ステーション１０
６、およびウェハすすぎおよびロードステーション１０８を有する。
本発明の好適な実施形態において、各々が複数のウェハを保持しているカセッ
ト１１０を、アンロードステーション１０２において機械にロードする。次に、
ロボットのウェハキャリアアーム１１２がカセット１１０からウェハを取り外し
、１度に１個ずつ、第１のウェハ移動アーム１１４に置いていく。ウェハ移動ア
ーム１１４は次に、ウェハを持ち上げてウェハ移行(transition)部１０４に移動
する。すなわち移動アーム１１４は、個々のウェハを、ウェハ移行部１０４内の
回転可能テーブル１２０上に位置する複数のウェハ持ち上げステーション１１６
のうちの１つの上に、適切に置く。回転可能テーブル１２０はまた、持ち上げス
テーション１１６と交互に位置する複数のウェハ降下(wafe rdrop-off)ステーシ
ョン１１８を適切に有している。複数の持ち上げステーション１１６のうちの１
つ
の上にウェハが置かれた後、新しいステーション１１６が移動アーム１１４と並
ぶようにテーブル１２０が回転する。次に移動アーム１１４は、新しい空の持ち
上げステーション１１６上に次のウェハを置く。全ての持ち上げステーション１
１６がウェハで満たされるまでこのプロセスが続く。本発明の好適な実施形態に
おいて、テーブル１２０は５個の持ち上げステーション１１６および５個の降下
ステーション１１８を有する。
次に、個々のウェハキャリア部材１２４を有するウェハキャリア装置１２２が
、各持ち上げステーション１１６中に位置するウェハの真上に各キャリア部材１
２４が位置するように、自身をテーブル１２０に対して適切に並べる。次にキャ
リア装置１２２は、各ステーションからウェハを降下し持ち上げ、ウェハを横方
向に移動してウェハが研磨ステーション１０６上に位置するようにする。研磨ス
テーション１０６上に来ると、キャリア装置１２２は、個々の部材１２４により
保持されているウェハを適切に下げることにより、ラップホイール(lap wheel)
１２８の上に位置する研磨パッド１２６と動作可能な係合状態にする。動作中に
おいて、ラップホイール１２８は研磨パッド１２６をその垂直軸周りに回転させ
る。同時に、個々のキャリア部材１２４は、ウェハをそれぞれの垂直軸周りにス
ピンさせ、ウェハが研磨パッドに対して押さえつけられるようにウェハをパッド
１２６を横切って（矢印１３３に実質的に沿って）振動させる。このようにして
、ウェハの表面は研磨または平坦化される。
適切な期間の後、ウェハを研磨パッド１２６から取り外し、キャリア装置１２
２は、ウェハを輸送して移行ステーション１０４に戻す。その後、キャリア装置
１２２は、個々のキャリア部材１２４を降下させて、ウェハをドロップオフステ
ーション１１８上に置く。その後、第２の移動アーム１３０によってウェハをド
ロップオフステーション１１８から取り外す。移動アーム１３０は、各ウェハを
好適に上昇させて移行ステーション１０４から出し、各ウェハをウェハすすぎお
よびロードステーション１０８内に移送する。ロードステーション１０８におい
て、移動アーム１３０は、ウェハがすすがれている間、ウェハを保持する。完全
にすすぎを行った後、ウェハをカセット１３２内に再ロードする。その後、カセ
ット１３２は、さらなる処理または梱包のために後続のステーションに輸送され
る。
この研磨および平坦化プロセスの間に、研磨パッドは摩耗し、これにより、比
較的効果的でなくなる。従って、研磨中に発生し得るあらゆる表面凹凸を除去す
るためには、研磨パッド１２６をバフ加工または調整することが重要である。一
般に、研磨パッドを調整する方法には、原位置調整および非原位置調整の２つが
ある。原位置調整は、ウェハ研磨プロセス中に行われ、非原位置調整は研磨行程
間で行われる。
次に、図２〜図４を参照して、先ず原位置調整を説明する。本発明の好適な実
施形態によれば、原位置調整は、概ね、原位置調整部材２００を個々のキャリア
部材１２４のそれぞれに接続することによって行われる。従って、キャリア部材
１２４が回転して研磨パッド上でウェハを動かすと、調整部材２００もまた研磨
パッドに接触し、これにより、ウェハが研磨されている間にパッドが調整される
。
次に図４を参照して、調整部材２００およびキャリア部材１２４の構成を以下
に説明する。上記のように、キャリア部材１２４は、研磨処理の間、ウェハを保
持するとともにこれを研磨パッドに押し当てる。当該分野においては周知である
ように、キャリア部材１２４は複数の異なる実施形態を含み得る。しかし、本発
明を説明する目的においては、図４に示す実施形態に従ってキャリア部材１２４
を説明する。
本発明の好適な実施形態において、好ましくは、キャリア部材１２４は、圧力
板１４０と、保護層１４２と、保持リング１４４と、回転駆動シャフト１４６と
を含む。ウェハ１０を研磨パッド１２６に押し当てる際、圧力板１４０は均等に
分配された下向きの圧力をウェハ１０の背面にかける。保護層１４２は、好まし
くは、圧力板１４０とウェハ１０との間に位置し、これにより、研磨プロセスの
間ウェハを保護する。保護層１４２は、圧力がかかってもウェハを傷つけない任
意の種類の半剛性材料、例えばウレタン系材料であり得る。ウェハ１０は、任意
の簡便な機構、例えば、真空または湿表面張力(wet surface tension)等によっ
て保護層１４２に対して保持され得る。好ましくは、円形の保持リング１４４は
、保護層１４２の周辺に接続され、ウェハを研磨する際に保護層の下からウェハ
１０が横方向に滑るのを防ぐ。一般に、保持リング１４４はボルト１４８によっ
て
圧力板１４０に接続される。
圧力板１４０には、調整部材２００も接続される。本発明の好適な実施形態に
よれば、調整部材２００は、金属等の剛性材料で形成されたリングである。図４
および図６に示すように、好ましくは、調整部材２００は、下向きに延びるフラ
ンジ２０２を含む。フランジ２０２は、切断部材２０５が取り付けられた実質的
に平坦な底面２０４で終端する。フランジ２０２は、切断部材２０５が取り付け
られた底面２０４が、処理中に、研磨パッドに接触するのに十分な長さである。
さらに、調整部材２００は、好ましくは、ボルト２０６によって圧力板１４０に
緩く接続される。この圧力板１４０および調整部材２００間の比較的緩い接続に
よって、調整部材２００は、垂直方向には限られた範囲で移動できるが、横方向
の移動は制限される。ナット２０８および２１０（図４）間においては調整部材
２００の垂直方向の移動が可能であり、これにより、キャリア部材１２４によっ
てかけられる圧力ではなく、調整部材２００の重量によって、切断部材２０５が
パッド１２６に接触する。必要に応じて、さらなる荷重リング(weighted rings)
２１２を調整部材２００に付加することにより、リングの重量、ひいてはパッド
にかかる調整圧力を大きくしてもよい。
本発明の上記好適な実施形態の別の局面において、フランジ２０２は、削り屑
および流体を調整部材２００の内部から逃がすことを可能にする切り抜き部２１
４を含んでいてもよい。従って、図５および図６において寸法「Ａ」として示す
ように、切り抜き部２１４は約０．７５〜１．２５インチの範囲内、より好適に
は約０．８７５〜１．１２５インチの範囲内であり得る。切断部材２０５が取り
付けられたフランジ２０２の残りの部分は、図５および図６において部材２１６
として示す。残りのフランジ部分２１６のサイズは、図５において寸法「Ｂ」と
して示し、約０．７５〜１．２５インチの範囲内、より好適には約０．８７５〜
１．１２５インチの範囲内である。
本発明のさらに別の局面においては、切断部材２０５は、例えば、ダイヤモン
ド粒子、多結晶材料のチップ／裂片(polycrystalline chips/slivers)、亜硝酸
ホウ素の立方体粒子、炭化シリコン粒子等のような、調整パッドに有用な任意の
硬い切断材料であり得る。さらに、切断部材２０５は、極めて強固な接着を形成
する、ろう接合処理(brazed bonding process)によってフランジ２０２の底面２
０４に固定され得る。この接着処理を以下により詳細に説明する。
装置１００の動作中、キャリア部材１２４によって保持されるウェハ１０を、
ラップホイール(lap wheel)１２８に固定された研磨パッド１２６に接触させる
。好ましくは、研磨を最大化するために、研磨パッド１２６とウェハ１０との間
に研磨スラリーを導入する。当該分野において公知であるように、様々な種類の
研磨スラリーが使用され得る。ウェハ１０がパッド１２６に接触するため、ラッ
プホイール１２８およびキャリア部材１２４の両方が回転し、これにより、ウェ
ハの研磨および平坦化を助長する。さらに、キャリア部材１２４がウェハ１０を
パッド上まで下降させるので、キャリア部材１２４に接続された調整部材２００
が下降してパッドと接触する。ラップホイール１２８およびキャリア部材１２４
が回転すると、ウェハを研磨しながら、同時に、切断部材２０５が研磨パッド１
２６を粗面化(rough-up)して調整する。
本発明の別の実施形態に従って、装置１００の非原位置調整デバイスを以下に
説明する。先に簡単に触れたように、一般に、非原位置調整は研磨行程間で行わ
れる。つまり、１組のウェハを研磨して研磨パッドから取り外した後に、別の調
整デバイスを研磨パッド１２６に対して導入し、これによりこのパッドを調整す
る。但し、装置１００が原位置調整および非原位置調整の両方を用いる必要はな
いことに留意されたい。装置１００が原位置調整または非原位置調整のいずれか
を含んでもよく、または、その両方を含んでもよいことが当業者には理解される
であろう。
次に図７〜図９を参照して、好ましくは、非原位置調整デバイス３００は金属
等の剛性材料でできた円形の調整リングキャリア部材３０２を含む。本発明の本
局面において、リングキャリア部材３０２は、好ましくは、下向きに延びるフラ
ンジ３０４を有する。動作中、フランジ３０４は、研磨パッドに接触してこれを
調整する。本発明の本実施形態の別の局面においては、フランジ３０４は、複数
の切り抜き３０６によって途切れていてもよい。切り抜き３０６は、動作中に調
整デバイス３００の内部から削り屑および流体が逃げることを可能にする。
原位置調整リングと同様に、図９に示すように、切断部材３０８は、フランジ
３０４の底面に固定され得る。同様に、切断部材３０８は、例えば、ダイヤモン
ド粒子、多結晶材料のチップ／裂片、亜硝酸ホウ素の立方体粒子、炭化ジリコン
粒子等のような様々な材料を含み得る。以下に詳細に説明するように、切断部材
３０８は、独特のろう接合処理によってフランジ３０４の底部に取り付けられ得
る。
本発明の好適な実施形態によれば、調整装置３００は、好ましくは、動作アー
ム３１０に取り付けられる。動作アーム３１０は、調整装置３００を上昇および
下降させて研磨パッド１２６への係合および研磨パッド１２６からの解放を行う
ように構成される。動作アーム３１０の垂直方向の動きは、圧力シリンダ３１２
によって制御される。さらに、動作アーム３１０はまた、調整装置３００を、パ
ッド１２６の頂部を横切るように前後に移動させるために適合され得、これによ
り、パッドの表面全体が等しく調整されることを保証する。調整部材３００を動
作アーム３１０に連結するために、様々な手段が使用され得る。例えば、図８に
示されるように、リング３０２は、段付きボルト（shoulder bolt）３１６によ
って軸受けハウジング３１４に固定され得る。この構成によれば、シャフト３１
８は、動作アーム３１０の頭部のチャックを係合するように構成され得、これに
より、ハウジングおよびリングアセンブリを、アームと作動的に係合する状態に
保持する。
処理中、研磨パッド１２６を調整することが望ましい場合、アーム３１０が作
動され、調整装置３００を、具体的には、切断部材３０８を、研磨パッド１２６
の上面と接触させる。さらに、ラップホイール１２８が（例えば、反時計回りに
）回転し、それと同時に、動作アーム３１０が振動して、調整部材３００を、研
磨パッド１２６の表面を横切るように前後に移動させる。調整装置が、研磨パッ
ド表面に与える下方向の圧力と、調整部材がパッドと接している時間の長さとは
、所望の調整結果を達成するために、必要に応じて変動し得る。
次に、図１０および図１１を参照して、切断部材を調整リングに取り付ける主
な方法について説明する。本発明の好適な実施形態によれば、切断部材４０２は
、切断部材とリング表面との間に非常に強く確実な結合を作り出す直接ろう付け
技術によって、キャリアリング４００に取り付けられ得る。本発明のろう付け方
法
は、容易に入手可能な、非常に硬質で耐久性の高いろう付け合金を使用して、確
実な結合を作り出す。使用されるろう付け合金は、一般に、ニッケル−クロム、
または、コバルト−ニッケル−クロムの組み合わせを含む。このろう付げ合金族
は、優れた化学的／機械的結合を作り出すことが分かっている。なぜなら、これ
らの合金は、処理プロセスの間に、切断部材表面から流れていくのではなく、切
断部材表面に付着しやすいからである。従って、切断部材と合金との間のより優
れた表面接触が達成される。
次に、切断部材４０２を調整リング表面４００に結合するプロセスについて説
明する。本発明の１つの局面によれば、切断部材４０２およびろう付け合金粒子
４０４は、所定の態様で、金属リング表面上に適切に配置される。切断部材およ
びろう付け合金粒子を適切な場所に保持するために、例えば、適切な有機溶媒に
溶解された樹脂化合物などの、仮結合剤が使用され得る。切断部材および合金粒
子が適切に分布されるとリングアセンブリは、還元雰囲気または真空を有する炉
に入れられ、ろう付けが流れて、切断部材および金属リング表面を濡らすまで、
加熱される。最後に、ろう付けは冷却され、リング表面に切断部材を固定的に結
合する。
本発明の別の局面によれば、ろう付けプロセスは、上記のように１工程ではな
く２工程で行われ得る。２工程プロセスでは、ろう付け合金はまず、上記と同様
の態様で、リング表面に付与されるが、切断部材は存在しない。ろう付け合金が
リング表面に溶融すると、切断部材が、仮結合剤を用いることによってリング表
面上のろう付け合金層に取り付けられる。切断部材が適切に配置されると、リン
グアセンブリは、ろう付けが溶解して切断部材を囲むまで、再び炉の中に入れら
れる。この２工程プロセスは、一般に、１工程の方法と同じ結合強度を達成する
が、２工程プロセスは、リング表面上での切断部材の表面均一性のより優れた制
御を可能にする。本発明のコンテクストにおいて有用なろう付けプロセスのより
詳細な説明は、1975年7月15日および1977年4月19日にそれぞれ発行されたLowder
らの米国特許第3,894,673号および第4,018,576号に示される。本明細書において
、上記米国特許をともに、参考として援用する。
本発明のさらに他の局面によれば、切断部材をキャリアリング表面にろう付け
結合するプロセスは、当該分野において現在公知である従来の電気メッキ結合と
比較して、優れた性能を示す。メッキ量を制御する能力、リング上での切断部材
の量および配置を制御する能力、リング表面への切断部材のより優れた核着、予
測可能および反復可能な調整リングを有する能力、ならびに、切断部材、メッキ
、および部材の間隔の制御によるより優れたパッド管理、などの改良点が達成さ
れる。そのような改良点はすべて、本発明が、従来可能であったボンドメタルよ
りも少ないポンドメタルで、調整リング表面への切断部材のより良い結合を与え
ることに関する。この点に関して、ろう付け方法は、リング上のすべての切断部
材に、最適な支持を与える。なぜなら、溶融プロセスの間、ろう付け合金は、各
部材の側面および底面を囲み、それにより、固体の結合を形成するからである。
本発明のこの局面は、図１０に示されている。図１０は、調整リング４００の表
面にろう付けされた切断部材４０２の断面を示す。結合表面４０４は、「凹部」
として特徴付けられる。即ち、合金金属の結合深さは、隣接する部材の中間点で
最小である。従来技術による、調整リングに電気メッキされた切断部材の断面が
、図１１に示される。図１１から分かるように、ボンドメタル４１０の表面輪郭
は、電気メッキされた装置において、本来的に凸状であり、従って、ボンドメタ
ルの所定の深さについて、切断部材４１２に最小の支持を与える。従って、電気
メッキプロセスでは、より多くのボンドメタルを使用しても、結合はより弱い。
実際に、電気メッキプロセスでは、切断部材の５０％から１００％もが、ボンド
メタルにより被覆され得る。しかし、ろう付けプロセスでは、切断部材は、結合
で被覆されている切断部材の２５％から４０％しか結合され得ず、従って、より
大きい金属片（sworf）クリアランス、より速い切断、および低減された熱生成
を可能にする。
本発明のさらに他の局面によれば、０．５：１．０から１．５：１．０の範囲
のアスペクト比、最も好ましくは、約１．０：１．０のアスペクト比を有する切
断部材が適切に使用される。即ち、本発明の特定の好適な実現では、切断部材の
高さは、切断部材の幅とほぼ等しい。このようにして、この結合技術の有効性、
およびパッド仕上げ動作における様々な切断部材の有効性は、切断部材の向きに
実質的に依存しない。
尚、このろう付け結合プロセスは、異なる材料特性を示す切断部材を取り付け
るために使用され得る。例えば、上記のように、切断部材は、ダイアモンド粒子
、多結晶チップ／銀、亜硝酸ホウ素の立方体粒子、炭化ケイ素粒子、などを含み
得る。しかし、半導体ウェハ研磨パッドを調整するためには、ダイアモンドおよ
び亜硝酸ホウ素の立方体粒子が好ましい。
以下の説明は、本発明の好適な例示的実施形態の説明であって、本発明は、本
明細書に示されるまたは記載される特定の形態に限定されない。本明細書におい
て開示される部材の設計、構成および種類と、本発明を作製および使用する工程
とには、添付の請求の範囲に示される本発明の範囲から逸脱することなく、様々
な改変がなされ得る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION An apparatus for conditioning a polishing pad using brazed diamond technology Technical field The present invention relates generally to a method and apparatus for polishing or planarizing a material such as a semiconductor wafer, and more particularly, to a device for conditioning a polishing pad used for planarizing a material. Background technology and technical issues Integrated circuit manufacturing begins with the creation of high quality semiconductor wafers. During the wafer manufacturing process, the wafer may be subjected to a number of processes of masking, etching, and dielectric and conductive deposition. Because high precision is required in the manufacture of these integrated circuits, at least one side of the semiconductor wafer is generally required to ensure the proper accuracy and performance of the microelectronic structures created on the wafer surface. It must have a very flat surface. As the size of integrated circuits continues to decrease and the number of microstructures per integrated circuit increases, the demand for precision wafer surfaces has become increasingly important. Therefore, between each processing step, it is usually necessary to polish or planarize the surface of the wafer to obtain the flattest surface possible. For a description of chemical mechanical planarization (CMP) processes and equipment, see, for example, U.S. Pat. No. 4,805,348 to Arai et al., Issued Feb. 1989, Arai et al. U.S. Pat. No. 5,099,614; Karlsrud et al., U.S. Pat. No. 5,329,732 issued Jul. 1994; Karlsrud U.S. Pat. 196 and Karlsrud et al., U.S. Patent No. 5,498,199, issued March 1996. Such polishing is well known in the art and generally involves attaching one side of the wafer to a flat surface of a wafer carrier or chuck and pressing the other side of the wafer against the flat polishing surface. . Generally, the polishing surface includes a polishing pad having an exposed polishing surface of, for example, cerium oxide, aluminum oxide, fumed silica / precipitated silica, or other specific abrasive. Polishing pads can be formed of various materials known in the art and are commercially available. Typically, the polishing pad can be a blown polyurethane, such as the IC and GS series polishing pads available from Rodel Products Corporation, Scotchdale, AZ. The hardness and density of the polishing pad depend on the material being polished. During the polishing or planarization process, a blank (eg, a wafer) is typically pressed against the surface of the polishing pad while the polishing pad is rotating about a vertical axis. Further, the wafer may also be rotated about a vertical axis and oscillated back and forth across the surface of the polishing pad to increase polishing efficiency. It is well known that during polishing operations, polishing pads wear unevenly, creating surface irregularities on the pad. These irregularities must be removed or accounted for to ensure constant and accurate planarization and polishing for all materials. One way to remove surface irregularities formed on the polishing pad is to condition or groom the pad using some kind of roughing or cutting means. Generally, the reshaping or care of the polishing pad can be performed while the wafer is being polished (in-situ conditioning) or during the polishing step (ex-situ conditioning). Can be performed. An example of non-in-situ adjustment is disclosed in U.S. Pat. No. 5,486,131 to Cesna et al., Issued Jan. 23, 1996, entitled Device for Conditioning Polishing Pads. An example of in-situ adjustment is disclosed in Karlsrud's U.S. patent application Ser. No. 08 / 487,530, issued Jul. 3, 1995, entitled Polishing Pad Conditioning. Both the Cesna et al. Patent and the Karlsrud application are incorporated herein by reference. Generally, in polishing and planarizing semiconductor wafers, small roughing or cutting members, such as diamond particles, are used to condition the polishing pad. As shown in the Cesna et al. Patent and the Karlsrud application, the in-situ and non-in-situ adjusters use a circular ring conditioner in which these cutting members are fixed to the bottom flange of the ring. Generally, these cutting members are fixed to the bottom surface of the flange of the carrier ring by an electroplating process or the like. According to electroplating, the cutting member is easily mechanically captured on the carrier ring by depositing metal layer by layer around the cutting member until the cutting member is captured. Generally, this process is performed in two steps. First, the cutting member is first attached to the ring substrate by a very thin metal layer such as nickel. Second, additional nickel accumulates around the cutting member layer by layer, holding the cutting member in place. In this overplating or accumulation phase, a sufficient amount of nickel must be deposited to hold the member in the ring and to capture about 60% to about 80% of the height of the cutting member. No (see FIG. 11). As a result, many of the cutting members are very deeply buried, and the metal layer actually covers the cutting members, preventing the cutting members from being cut. Furthermore, because electroplating does not form a chemical bond with the cutting member, the member tends to be pulled out during conditioning and remain on the polishing pad. These removed cutting members can scratch and damage the wafer during the polishing process. Finally, it is very difficult to control the placement of the cutting members on the ring during the electroplating process, so it is necessary to control the repeatability and uniformity of the distribution of the cutting members on the carrier ring from ring to ring. It is difficult. Thus, each ring has a different cutting rate, thus creating a non-uniform pad profile during the adjustment. Accordingly, there is a need for new polishing pad conditioning devices and methods for attaching cutting members to devices that overcome the limitations of the prior art. Summary of the Invention The present invention provides a method and apparatus for conditioning a polishing pad device that overcomes many of the disadvantages of the prior art. According to one aspect of the present invention, a polishing pad conditioning device for conditioning a polishing pad in contact with the polishing pad is constructed using a braze bonded cutting member on a bottom surface. The adjustment device also suitably includes means for engaging the adjustment means with the polishing pad, rotating the adjustment means on the top surface of the polishing pad, and vibrating the adjustment means over the top surface of the polishing pad. According to another aspect of the invention, the engagement rotation and vibration means move the adjustment device to operatively engage and disengage from the upper surface of the pad and move the adjustment device to the upper surface of the pad. An operating arm adapted to oscillate radially across the arm. Further, the adjusting device includes a carrier member formed in a ring shape, and a cutting member is attached to a bottom surface of the carrier member having a circular ring shape. According to yet another aspect of the invention, the carrier member may include a flange extending around the ring, and the cutting member is attached to the flange. According to yet another aspect of the invention, the flange has a cut-out portion to allow material to escape from the interior of the carrier ring. According to an aspect of the invention, the cutting members are substantially uniformly distributed along the flange, and the members are brazed to the flange with the brazed metal alloy. Preferably, the brazed metal alloy covers only about 25% to 75%, preferably about 40 to 60%, and most preferably about 50% of the height of the cutting member. For example, for cutting members (eg, diamond particles) having an average height (ie, diameter) in the range of 50 to 200 micrometers, and most preferably about 150 micrometers, the brazed metal alloy is preferably Each cutting member should cover up to about 50% of its height, or up to about 75 micrometers. The inventor of the present invention has proposed that 50 to 200 U.U. S. Particle sizes in the range of mesh, and most preferably about 100 to 120 U.S.M. S. The mesh particle size was determined to be particularly suitable for the present invention. According to a further aspect of the invention, brazing 25% to less than 40% of the height of the cutting member may result in a poorly secured joint, the cutting member disengaging from the brazing, and the cutting member Can become free and damage the workpiece. On the other hand, brazing the cutting member with more than 60% to more than 80% of the cutting member height may impair the ability of the cutting member to dress or condition the pad correctly. Accordingly, the inventors have determined that the optimal range includes covering the cutting member with a braze of up to about 50% of the height of the cutting member. In a further aspect of the invention, the conditioning device may be configured to condition the polishing pad at the same time the material is polished. According to this aspect of the invention, the conditioning device is preferably configured to be mounted on a movable carrier member that holds the material during polishing. In a further aspect of the invention, the adjustment device is a ring configured to be mounted around the outer circumference of the material carrier member, and the cutting member is fixedly attached in a circular shape to the bottom surface of the ring. In a further aspect of the invention, the cutting member may be attached to a flange extending around the circumference of the ring. Further, the flange may preferably include a cutout to allow material to escape from the interior of the ring. In a further aspect of the invention, the cutting member used is made of a different material such as, for example, diamond particles, polycrystalline chips / slivers, cubic boron nitrite particles, silicon carbide particles. May be. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The present invention is described below with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in the drawings denote the same members. 1 is a schematic perspective view of a semiconductor wafer polishing and planarizing machine known in the art; FIGS. 2 and 3 are top cross-sectional views of the wafer cleaning machine shown in FIG. 1 at different points in the polishing process. FIG. 4 is a cross-sectional side view of a semiconductor wafer carrier member with an in situ polishing pad adjustment ring connected thereto; FIG. 5 is an in-situ polishing pad shown in FIG. FIG. 6 is a top view of the adjustment ring; FIG. 6 is a side view of the in-situ adjustment ring shown in FIGS. 4 and 5; FIG. 7 is an ex situ polishing pad adjustment apparatus operable with the polishing surface. FIG. 8 is a perspective view of the polishing surface of the polishing machine shown in FIG. 1 engaged; FIG. 8 is a side cross-sectional view of the non-in-situ polishing pad adjustment ring holder shown in FIG. 7; It is a top view of a position polishing pad adjustment ring. FIG. 10 is a cross-sectional view of the cutting member brazed to the adjustment ring; FIG. 11 is a cross-sectional view of the cutting member electroplated on the adjustment ring. Detailed Description of Preferred Embodiment Examples The present invention relates to an improved apparatus for conditioning a stock polishing pad, and an improved apparatus for securing a cutting member to a device such that the cutting member dislodges and does not damage the material being polished. Related to the way it was done. Although the present invention can be used to condition a wide variety of polishing pads that can be used to polish a variety of different types of materials, the preferred embodiment described herein is directed to semiconductor wafer polishing. The present invention relates to a polishing pad adjustment device used for adjusting a pad. However, it will be appreciated that the invention is not limited to a particular stock polishing pad conditioning environment. Next, referring to FIGS. 1 to 3, a wafer polishing apparatus 100 as an embodiment of the present invention is shown. Wafer polishing apparatus 100 suitably includes a comprehensive wafer polishing machine that receives wafers from previous processing steps, polishes and rinses wafers, and reloads wafers into wafer cassettes for subsequent processing. Turning now to the polishing apparatus 100 in more detail, the apparatus 100 includes an unload station 102, a wafer transfer station 104, a polishing station 106, and a wafer rinse and load station 108. In a preferred embodiment of the present invention, a cassette 110, each holding a plurality of wafers, is loaded into the machine at an unload station 102. Next, the wafer carrier arm 112 of the robot removes the wafers from the cassette 110 and places them one by one on the first wafer moving arm 114 at a time. The wafer transfer arm 114 then picks up the wafer and moves it to the wafer transition section 104. That is, the transfer arm 114 suitably places the individual wafer on one of a plurality of wafer lifting stations 116 located on a rotatable table 120 in the wafer transition 104. The rotatable table 120 also suitably has a plurality of wafer drop-off stations 118 that alternate with the lifting stations 116. After the wafer is placed on one of the plurality of lifting stations 116, the table 120 is rotated so that the new station 116 is aligned with the transfer arm 114. The transfer arm 114 then places the next wafer on a new empty lift station 116. This process continues until all lifting stations 116 are filled with wafers. In a preferred embodiment of the present invention, table 120 has five lifting stations 116 and five lowering stations 118. Next, the wafer carrier device 122 with the individual wafer carrier members 124 properly positions itself with respect to the table 120 such that each carrier member 124 is located directly above the wafer located in each lifting station 116. Line up. The carrier device 122 then lowers and lifts the wafer from each station and moves the wafer laterally so that the wafer is located on the polishing station 106. Once on the polishing station 106, the carrier device 122 is operatively associated with a polishing pad 126 located on a lap wheel 128 by appropriately lowering the wafer held by the individual members 124. State. In operation, the lap wheel 128 rotates the polishing pad 126 about its vertical axis. At the same time, the individual carrier members 124 cause the wafer to spin about its respective vertical axis and vibrate across the pad 126 (substantially along arrow 133) such that the wafer is pressed against the polishing pad. . In this way, the surface of the wafer is polished or planarized. After an appropriate period of time, the wafer is removed from polishing pad 126 and carrier device 122 transports the wafer back to transfer station 104. Thereafter, the carrier device 122 lowers the individual carrier members 124 and places the wafer on the drop-off station 118. Thereafter, the wafer is removed from the drop-off station 118 by the second moving arm 130. The transfer arm 130 suitably raises each wafer out of the transfer station 104 and transfers each wafer into the wafer rinse and load station 108. At the load station 108, the moving arm 130 holds the wafer while the wafer is being rinsed. After a complete rinse, the wafers are reloaded into cassette 132. Thereafter, the cassette 132 is transported to a subsequent station for further processing or packing. During this polishing and planarization process, the polishing pad wears out, thereby making it relatively ineffective. Therefore, it is important to buff or adjust the polishing pad 126 to remove any surface irregularities that may occur during polishing. In general, there are two methods of adjusting the polishing pad: in-situ adjustment and non-in-situ adjustment. In-situ adjustments are made during the wafer polishing process, and non-in-situ adjustments are made between polishing steps. Next, the original position adjustment will be described first with reference to FIGS. According to a preferred embodiment of the present invention, the in-situ adjustment is generally performed by connecting the in-situ adjustment member 200 to each of the individual carrier members 124. Thus, as the carrier member 124 rotates and moves the wafer on the polishing pad, the adjustment member 200 also contacts the polishing pad, thereby adjusting the pad while the wafer is being polished. Next, the configurations of the adjustment member 200 and the carrier member 124 will be described below with reference to FIG. As described above, the carrier member 124 holds and presses the wafer against the polishing pad during the polishing process. As is well known in the art, carrier member 124 may include a number of different embodiments. However, for purposes of describing the present invention, the carrier member 124 will be described in accordance with the embodiment shown in FIG. In the preferred embodiment of the present invention, preferably, the carrier member 124 includes a pressure plate 140, a protective layer 142, a retaining ring 144, and a rotary drive shaft 146. As the wafer 10 is pressed against the polishing pad 126, the pressure plate 140 applies an evenly distributed downward pressure on the back of the wafer 10. A protective layer 142 is preferably located between the pressure plate 140 and the wafer 10, thereby protecting the wafer during the polishing process. The protective layer 142 can be any type of semi-rigid material that does not damage the wafer under pressure, such as a urethane-based material. Wafer 10 may be held against protective layer 142 by any convenient mechanism, such as, for example, vacuum or wet surface tension. Preferably, the circular retaining ring 144 is connected to the periphery of the protective layer 142 and prevents the wafer 10 from sliding laterally from under the protective layer when polishing the wafer. Generally, retaining ring 144 is connected to pressure plate 140 by bolts 148. The adjusting member 200 is also connected to the pressure plate 140. According to a preferred embodiment of the present invention, the adjustment member 200 is a ring formed of a rigid material such as a metal. As shown in FIGS. 4 and 6, preferably, the adjustment member 200 includes a downwardly extending flange 202. Flange 202 terminates at a substantially flat bottom surface 204 to which cutting member 205 is attached. The flange 202 is long enough that the bottom surface 204 on which the cutting member 205 is mounted contacts the polishing pad during processing. Further, adjustment member 200 is preferably loosely connected to pressure plate 140 by bolts 206. This relatively loose connection between the pressure plate 140 and the adjustment member 200 allows the adjustment member 200 to move in a limited range in the vertical direction, but restricts movement in the lateral direction. Vertical movement of the adjustment member 200 is possible between the nuts 208 and 210 (FIG. 4) so that the weight of the adjustment member 200, rather than the pressure exerted by the carrier member 124, causes the cutting member 205 to move the pad 126 Contact If desired, additional weighted rings 212 may be added to the adjustment member 200 to increase the weight of the ring and thus the adjustment pressure on the pad. In another aspect of the preferred embodiment of the present invention, flange 202 may include a cutout 214 that allows swarf and fluid to escape from the interior of adjustment member 200. Thus, as shown as dimension "A" in FIGS. 5 and 6, cutout 214 is in the range of about 0.75 to 1.25 inches, and more preferably in the range of about 0.875 to 1.125 inches. Can be The remaining portion of flange 202 to which cutting member 205 is attached is shown as member 216 in FIGS. The size of the remaining flange portion 216 is shown as dimension "B" in FIG. 5 and is in the range of about 0.75 to 1.25 inches, more preferably in the range of about 0.875 to 1.125 inches. . In yet another aspect of the present invention, the cutting member 205 comprises a conditioning material such as, for example, diamond particles, polycrystalline chips / slivers, cubic particles of boron nitrite, silicon carbide particles, and the like. It can be any hard cutting material useful for pads. Further, the cutting member 205 can be secured to the bottom surface 204 of the flange 202 by a brazed bonding process that forms a very strong bond. This bonding process will be described in more detail below. During operation of the apparatus 100, the wafer 10 held by the carrier member 124 is brought into contact with a polishing pad 126 fixed to a lap wheel 128. Preferably, a polishing slurry is introduced between polishing pad 126 and wafer 10 to maximize polishing. As is known in the art, various types of polishing slurries can be used. As the wafer 10 contacts the pad 126, both the wrap wheel 128 and the carrier member 124 rotate, thereby promoting polishing and planarization of the wafer. Further, since the carrier member 124 lowers the wafer 10 above the pad, the adjustment member 200 connected to the carrier member 124 lowers and comes into contact with the pad. As the lap wheel 128 and carrier member 124 rotate, the cutting member 205 roughens and adjusts the polishing pad 126 while polishing the wafer. In accordance with another embodiment of the present invention, a non-in-situ adjusting device of apparatus 100 is described below. As mentioned briefly above, non-in-situ adjustments are generally made between polishing steps. That is, after a set of wafers has been polished and removed from the polishing pad, another conditioning device is introduced to the polishing pad 126, thereby conditioning the pad. Note, however, that device 100 need not use both in-situ and non-in-situ adjustments. It will be appreciated by those skilled in the art that the apparatus 100 may include either in-situ adjustment or non-in-situ adjustment, or both. Referring now to FIGS. 7-9, preferably, the non-in-situ adjustment device 300 includes a circular adjustment ring carrier member 302 made of a rigid material such as metal. In this aspect of the invention, ring carrier member 302 preferably has a downwardly extending flange 304. In operation, the flange 304 contacts and condition the polishing pad. In another aspect of this embodiment of the invention, flange 304 may be interrupted by a plurality of cutouts 306. Cutout 306 allows swarf and fluid to escape from the interior of conditioning device 300 during operation. As with the in-situ adjustment ring, the cutting member 308 may be secured to the bottom surface of the flange 304, as shown in FIG. Similarly, cutting member 308 may include a variety of materials, such as, for example, diamond particles, chips / splices of polycrystalline material, cubic particles of boron nitrite, gyricon carbide particles, and the like. As described in detail below, the cutting member 308 may be attached to the bottom of the flange 304 by a unique brazing process. According to a preferred embodiment of the invention, the adjustment device 300 is preferably mounted on the working arm 310. The operating arm 310 is configured to raise and lower the adjustment device 300 to engage and release from the polishing pad 126. The vertical movement of the working arm 310 is controlled by a pressure cylinder 312. Further, the working arm 310 can also be adapted to move the adjustment device 300 back and forth across the top of the pad 126, thereby ensuring that the entire surface of the pad is adjusted equally. Various means may be used to couple the adjustment member 300 to the working arm 310. For example, as shown in FIG. 8, the ring 302 may be secured to the bearing housing 314 by a shoulder bolt 316. With this configuration, the shaft 318 can be configured to engage a chuck on the head of the working arm 310, thereby holding the housing and ring assembly in operative engagement with the arm. . During processing, if it is desired to condition the polishing pad 126, the arm 310 is actuated to bring the conditioner 300, specifically the cutting member 308, into contact with the top surface of the polishing pad 126. In addition, the lap wheel 128 rotates (eg, counterclockwise), while the operating arm 310 vibrates, causing the adjustment member 300 to move back and forth across the surface of the polishing pad 126. The downward pressure exerted by the conditioner on the polishing pad surface and the length of time the conditioner is in contact with the pad may vary as necessary to achieve the desired result of the condition. Next, a main method of attaching the cutting member to the adjustment ring will be described with reference to FIGS. According to a preferred embodiment of the present invention, the cutting member 402 can be attached to the carrier ring 400 by a direct brazing technique that creates a very strong and secure bond between the cutting member and the ring surface. The brazing method of the present invention creates a secure bond using a readily available, very hard and durable brazing alloy. The brazing alloys used generally include nickel-chromium or cobalt-nickel-chromium combinations. This brazing alloy family has been found to create excellent chemical / mechanical bonding. This is because these alloys tend to adhere to the cutting member surface during the treatment process rather than flowing off the cutting member surface. Thus, better surface contact between the cutting member and the alloy is achieved. Next, the process of joining the cutting member 402 to the adjustment ring surface 400 will be described. According to one aspect of the present invention, cutting member 402 and brazing alloy particles 404 are appropriately disposed on the metal ring surface in a predetermined manner. Temporary binders, such as, for example, resin compounds dissolved in a suitable organic solvent, can be used to hold the cutting members and brazing alloy particles in place. Once the cutting members and alloy particles are properly distributed, the ring assembly is placed in a furnace with a reducing atmosphere or vacuum and heated until brazing flows and wets the cutting members and metal ring surfaces. Finally, the braze is cooled and fixedly attaches the cutting member to the ring surface. According to another aspect of the invention, the brazing process may be performed in two steps instead of one as described above. In a two-step process, the brazing alloy is first applied to the ring surface in a manner similar to that described above, but without the cutting member. When the brazing alloy melts on the ring surface, the cutting member is attached to the brazing alloy layer on the ring surface by using a temporary binder. Once the cutting member is properly positioned, the ring assembly is re-entered into the furnace until the braze melts and surrounds the cutting member. This two-step process generally achieves the same bond strength as the one-step method, but the two-step process allows for better control of the surface uniformity of the cutting member on the ring surface. A more detailed description of the brazing process useful in the context of the present invention is provided in Lowder et al., U.S. Pat.Nos. 3,894,673 and 4,018,576 issued Jul. 15, 1975 and Apr. 19, 1977, respectively. . In this specification, both of the above US patents are incorporated by reference. According to yet another aspect of the invention, the process of brazing the cutting member to the carrier ring surface exhibits superior performance as compared to conventional electroplated bonding currently known in the art. Ability to control plating amount, ability to control the amount and placement of cutting members on the ring, better nucleation of cutting members on the ring surface, ability to have predictable and repeatable adjustment rings, and cutting Improvements such as better pad management by controlling the components, plating, and component spacing are achieved. All such improvements relate to the present invention providing better bonding of the cutting member to the conditioning ring surface with less pound metal than previously possible. In this regard, the brazing method provides optimal support for all cutting members on the ring. Because, during the melting process, the brazing alloy surrounds the side and bottom surfaces of each member, thereby forming a solid bond. This aspect of the invention is illustrated in FIG. FIG. 10 shows a cross section of the cutting member 402 brazed to the surface of the adjustment ring 400. The coupling surface 404 is characterized as a “recess”. That is, the bonding depth of the alloy metal is minimum at the midpoint between adjacent members. A cross section of a cutting member electroplated on an adjustment ring according to the prior art is shown in FIG. As can be seen from FIG. 11, the surface profile of the bond metal 410 is inherently convex in the electroplated device, thus providing minimal support to the cutting member 412 for a given depth of the bond metal. . Thus, in an electroplating process, the bond is weaker, even though more bond metal is used. In fact, in an electroplating process, as much as 50% to 100% of the cutting members can be coated with bond metal. However, in the brazing process, the cutting members can only bond 25% to 40% of the cutting members that are coated with the bond, and thus have greater sworf clearance, faster cutting, and reduced cutting. Enables heat generation. According to yet another aspect of the invention, cutting having an aspect ratio in the range of 0.5: 1.0 to 1.5: 1.0, most preferably about 1.0: 1.0. The components are used appropriately. That is, in certain preferred implementations of the invention, the height of the cutting member is approximately equal to the width of the cutting member. In this way, the effectiveness of this bonding technique, and the effectiveness of the various cutting members in the pad finishing operation, is substantially independent of the orientation of the cutting members. It should be noted that this brazing process can be used to attach cutting members that exhibit different material properties. For example, as described above, the cutting member may include diamond particles, polycrystalline chips / silver, cubic particles of boron nitrite, silicon carbide particles, and the like. However, cubic particles of diamond and boron nitrite are preferred for conditioning semiconductor wafer polishing pads. The following is a description of preferred exemplary embodiments of the invention, and the invention is not limited to the specific forms shown or described herein. Various modifications may be made to the design, configuration, and type of members disclosed herein and the steps of making and using the present invention without departing from the scope of the invention as set forth in the appended claims. Can be done.
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 クロスビー，トーマス ケイ.
アメリカ合衆国 アリゾナ 85233，ギル
バート，ダブリュー．ジャニパー アベニ
ュー 300
(72)発明者 クルーズ，リチャード ジェイ.
アメリカ合衆国 アリゾナ 85233，ギル
バート，ダブリュー．ジャニパー アベニ
ュー 300
(72)発明者 ビドリングメイヤー，ラリー
アメリカ合衆国 アリゾナ 85004，フェ
ニックス，エス．ナンブ ストリート
12618
(72)発明者 シュルーター，ジェイムズ
アメリカ合衆国 アリゾナ 85048，フェ
ニックス，エス．25ティーエイチ プレイ
ス 15037────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(72) Inventor Crosby, Thomas Kay.
United States Arizona 85233, Gil
Bart, W. Janiper Aveni
View 300
(72) Inventor Cruise, Richard Jay.
United States Arizona 85233, Gil
Bart, W. Janiper Aveni
View 300
(72) Inventor Bidling Mayer, Rally
United States Arizona 85004, Fe
Nicks, S. Nambu Street
12618
(72) Inventor Schrouter, James
United States Arizona 85048, Fe
Nicks, S. 25 Tea H Play
15037