JP2001353656A - 積重ね研磨パッド - Google Patents

積重ね研磨パッド

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JP2001353656A
JP2001353656A JP2001127185A JP2001127185A JP2001353656A JP 2001353656 A JP2001353656 A JP 2001353656A JP 2001127185 A JP2001127185 A JP 2001127185A JP 2001127185 A JP2001127185 A JP 2001127185A JP 2001353656 A JP2001353656 A JP 2001353656A
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pad
polishing
platen
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fluid
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JP2001127185A
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Shyng-Tsong Chen
シン＝ツォン・チェン
F Rofaro Michael
マイケル・エフ・ロファロ
Woody Ray Smith
ウッディ・レイ・スミス
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International Business Machines Corp
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    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/22—Lapping pads for working plane surfaces characterised by a multi-layered structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/08—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving liquid or pneumatic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D13/00—Wheels having flexibly-acting working parts, e.g. buffing wheels; Mountings therefor
    • B24D13/20—Mountings for the wheels

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬さを変えられる積重ねウェハ研摩パッドを
提供すること。 【解決手段】 研磨プラテンを有する化学機械研摩装置
で使用する研摩パッド・アセンブリを記載した。この研
摩パッド・アセンブリは、プラテン上に配置された第１
のパッドを含む。第１のパッドは、柔軟な外皮を有し、
多孔質材料が部分的に充てんされた密封可能エンクロー
ジャを備える。エンクロージャ中に流体を注入し、エン
クロージャから流体を抜き取るよう、制御機構が適合さ
れる。第１のパッドの硬さは、エンクロージャ中の流体
の量に従って変化する。第２のパッドが第１のパッドの
上に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハの化
学機械研磨に関し、詳細には、硬さを変えられる積重ね
ウェハ研摩パッド（stacked polish pad）に関する。
【０００２】
【従来の技術】化学機械研磨（ＣＭＰ）は、半導体ウェ
ハおよび／またはチップの処理において、市販の研磨装
置上で実施される。標準的なＣＭＰ研磨装置は、円形の
研摩パッドを担持する研磨定盤およびウェハを保持する
回転キャリアを有する。研摩パッド上ではスラリが使用
される。
【０００３】ＣＭＰ研磨装置によって、全体に均一で、
かつ局所的に平坦化されたウェハが供給されるのが理想
的である。しかし、ウェハ−ウェハ・ベースで全体的な
均一性を達成するのは難しい。現在のパッド設計は、研
磨定盤に関連した研磨プラテン上に配置された軟質のサ
ブ・パッド上に硬い上パッドが積み重ねられた積重ねパ
ッドを含む。硬質パッドは例えばＩＣ１０００パッドで
あり、軟質パッドは例えばＳｕｂａ４パッドである。こ
れらの積重ねパッドは、研磨の均一性を高める働きをす
る。しかし、これらの積重ねパッドでは、ある枚数のウ
ェハを上パッド上で研磨した後に、または圧縮性の異な
るサブ・パッドを使用したい場合に、両方のパッドを廃
棄する必要がある。この軟質パッドの代わりに、Ｓｕｂ
ａ４軟質パッドと同じか、または同程度の圧縮性を有す
る半永久的なシリコン・パッドを使用することが知られ
ている。しかし、剛性および柔軟性をex situで、また
はin situで変更することができる材料から成るサブ・
パッドを使用して、研磨パッドの硬さを可変とすること
が望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、硬さ
を変えられる積重ねウェハ研摩パッドを提供することに
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
要求が、剛性および柔軟性が可変で、研磨パッドの硬さ
を変えられるサブ・パッドによって満たされる。
【０００６】大まかには、本明細書には、研磨プラテン
を有する化学機械研摩装置で使用する研摩パッド・アセ
ンブリが開示される。研摩パッド・アセンブリはプラテ
ン上に配置された第１のパッドを含む。第１のパッド
は、硬さを変化させるように可変的に適合可能である。
第１のパッドの硬さを変化させるための制御手段が、第
１のパッドに有効に関連付けられる。第１のパッドの上
に第２のパッドが配置される。
【０００７】本発明の特徴は、第１のパッドが、柔軟な
外皮を有し、多孔質材料が部分的に充てんされた密封可
能エンクロージャを備えることにある。
【０００８】本発明の他の特徴は、制御手段が、エンク
ロージャ中に流体を注入し、エンクロージャから流体を
抜き取る手段を備えることにある。エンクロージャ中の
流体の量に従って第１のパッドの硬さが変化する。
【０００９】本発明の他の特徴は、注入手段が、貫通穴
があけられ、流体送達源に有効に接続されたプラテンを
含むことにある。
【００１０】本発明の他の特徴は、第１のパッドの硬さ
を半径方向に変化させるため、流体の送達が、第１のパ
ッドを横切って半径方向に変化することにある。
【００１１】本発明の代替実施形態によれば、本発明の
特徴は、第１のパッドが、硬化して硬質パッドを形成し
たツー・パート（two-part）積層ポリマーを含むことに
ある。
【００１２】本発明の他の特徴は、制御手段が、第１の
パッドの外面を柔軟にするためプラテンを加熱する手段
を備えることにある。
【００１３】本発明の他の特徴は、第１のパッドの硬さ
を半径方向に変化させるため、加熱が、第１のパッドを
横切って半径方向に変化することにある。
【００１４】
【発明の実施の形態】まず図１を参照すると、化学機械
研磨（ＣＭＰ）装置１０が示されている。ＣＭＰ装置１
０は概ね従来どおりの全体構造を有し、円形の研磨定盤
１２および回転キャリア１４を含む。ただし、先に述べ
たとおり、この装置は広範な設計および革新的技術を含
むことができる。本発明によれば、研磨定盤１２は、硬
さを変えられる積重ねウェハ研摩パッドを利用する。
【００１５】図２を参照すると、本発明の第１の実施形
態に基づく研磨パッド・アセンブリ１６が示されてい
る。研磨パッド・アセンブリ１６は、図１の装置１０な
どの、研磨定盤１２に関連した研磨プラテン１８を有す
るＣＭＰ装置で使用するためのものである。プラテン１
８上には第１のパッド２０が配置される。サブ・パッド
とも呼ぶ第１のパッド２０は、柔軟な外皮２２を有し、
多孔質材料２４が部分的に充てんされた密封可能エンク
ロージャ２１の形態をとる。第１のパッド２０上には、
第２のパッドないし上パッド２６が配置される。
【００１６】本発明によれば、外皮２２がプラテン１８
とともにエア・ブラダ（air bladder）を画定し、多孔
質材料２４が、エア・ブラダの内部にカプセル化された
発泡材料を含む。第１のパッド２０は、硬質パッドを含
む第２のパッド２６の下、硬い研磨プラテン１８の上に
配置される。プラテン１８は一般に、金属、セラミック
などから成る。制御空気源２８から空気などの流体が、
プラテン１８の内部の空気マニホルドまたはプレナム３
０などに加圧供給される。プラテン１８は、マニホルド
３０と第１のパッド２０との間の空気の通路となる、破
線３２で表されたパーフォレーション開口を含む。所与
の研磨プロセスのための固定された形状および剛性を達
成するため、空気圧は、制御空気源２８内に維持される
か、または制御空気源２８によって放出される。具体的
には、図示の研磨パッド装置の実施形態１６において、
カプセル化されたエア・ブラダ２２中に貫通穴のあいた
プラテン１８を通して空気が注入される。代替として、
硬い上研磨パッド２６を通して、またはカプセル化され
たブラダ２２の側面を通して空気を注入することもでき
る。
【００１７】流体の送達は、第１の研磨パッド２０全面
にわたって均一な形状および剛性が達成されるように実
施される。代替として、流体の圧力を不均一にすること
ができる。例えば、導入される膜の不均一性、センター
−エッジ問題などを補償するため、流体の圧力を研磨パ
ッドの半径方向に可変とし、あるウェハ半径のところの
研磨速度を高め、他の部分の研磨速度を低くすることも
できる。具体的に説明する。図３を参照すると、貫通穴
のあいたプラテン１８の外縁３４に近い部分が示されて
いる。図２に示したパーフォレーション３２は、半径方
向に延びる列として配置されたダクト開口３６を含む。
線３８で表された位置合せグリッドは、プラテン１８上
で第１のパッド２０の位置を合わせるために使用され
る。任意の周知の手段によってマニホルド３０を選択的
に制御して、中心軸からの半径方向の距離が異なるダク
ト開口３６に異なる量の流体圧力を供給することができ
る。
【００１８】以上のことに加えて、研磨の均一性を、例
えばプラテン１８を通して監視する周知のin situ方法
を使用して、均一性情報を給気圧制御機構２８に送り、
これによって、流体圧力をin situで調整することがで
きる。
【００１９】図４を参照すると、本発明の他の実施形態
に基づく研磨パッド・アセンブリ４０が示されている。
研摩パッド・アセンブリ４０はプラテン４２を含む。プ
ラテン４２上には、第１のパッドないしサブ・パッド４
４が配置される。第１のパッド４４の上には第２のパッ
ド４６が配置される。第１のパッド４４は、硬化して非
常に硬いサブ・パッドを形成したツー・パート積層ポリ
マーを含む。第１のパッド４４を、プラテン４２中の加
熱部品４８を使用して加熱する。加熱部品４８は温度制
御機構５０によって制御される。加熱部品４８を使用し
て硬質サブ・パッド４４を加熱すると、サブ・パッドは
より柔軟な研磨面を形成する。
【００２０】第１のパッド４４中のツー・パート積層ポ
リマーは、その剛性が温度に依存する表面を生み出すＥ
ＮＶＩＲＯＴＥＸから形成することができる。これは、
乾燥を経て硬化すると、化学的に抵抗性で、ガラスのよ
うになめらかなプラスチック状の生成物を生み出すツー
・パート液状ポリマー・コーティングである。室温で
は、これはガラスのように堅く、曲げるとひび割れるこ
とがある。しかし一旦、例えば１００°Ｆの研磨処理温
度に加熱すると、その構造および滑らかさは維持する
が、非常に柔軟になる。
【００２１】本発明によれば、研磨の均一性を高めるた
め、加熱部品４０からのプラテンの加熱を半径方向に帯
状に変化させて、研磨パッドの硬さが半径方向に変化す
るようにすることができる。
【００２２】図２および図４の積重ね研磨パッド・アセ
ンブリは、それぞれのプラテン１８および４２の上に取
外し可能に取り付けられているが、サブ・パッドを、取
外し可能なプラテン・ヘッドと一体化することもでき
る。これによって、第２のパッド２６または４６を、そ
れぞれのサブ・パッド２０または４４を交換することな
しに交換することができる。両方の実施形態で、それぞ
れの研摩パッド・アセンブリ１６および４０によってサ
ブ・パッドの硬さを調整することができる。
【００２３】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００２４】（１）研磨プラテンを有する化学機械研摩
装置で使用する研摩パッド・アセンブリであって、前記
プラテン上に配置され、硬さを変化させるように可変的
に適合可能な第１のパッドと、前記第１のパッドに有効
に関連付けられた、前記第１のパッドの硬さを変化させ
るための制御手段と、前記第１のパッド上に配置された
第２のパッドとを備える研摩パッド・アセンブリ。 （２）前記第１のパッドが、柔軟な外皮を有し、多孔質
材料が部分的に充てんされた密封可能エンクロージャを
備える、上記（１）に記載の研摩パッド・アセンブリ。 （３）前記制御手段が、前記エンクロージャ中に流体を
注入し、前記エンクロージャから前記流体を抜き取る手
段を備え、前記第１のパッドの硬さが、前記エンクロー
ジャ中の流体の量に従って変化する、上記（２）に記載
の研摩パッド・アセンブリ。 （４）前記注入手段が、貫通穴があけられ、流体送達源
に有効に接続された前記プラテンを含む、上記（３）に
記載の研摩パッド・アセンブリ。 （５）前記第１のパッドの硬さを半径方向に変化させる
ために、流体の送達が、前記第１のパッドを横切って半
径方向に変化する、上記（３）に記載の研摩パッド・ア
センブリ。 （６）前記第１のパッドが、硬化して硬質パッドを形成
したツー・パート積層ポリマーを含む、上記（１）に記
載の研摩パッド・アセンブリ。 （７）前記制御手段が、第１のパッドの外面を柔軟にす
るために前記プラテンを加熱する手段を備える、上記
（６）に記載の研摩パッド・アセンブリ。 （８）前記第１のパッドの硬さを半径方向に変化させる
ために、加熱が、前記第１のパッドを横切って半径方向
に変化する、上記（７）に記載の研摩パッド・アセンブ
リ。 （９）研磨プラテンを有する化学機械研摩装置で使用す
る研摩パッド・アセンブリであって、柔軟な外皮を有
し、多孔質材料が部分的に充てんされた密封可能エンク
ロージャを備えた、前記プラテン上に配置された第１の
パッドと、前記エンクロージャ中に流体を注入し、前記
エンクロージャから前記流体を抜き取る手段と、前記第
１のパッド上に配置された第２のパッドとを備え、前記
第１のパッドの硬さが、前記エンクロージャ中の流体の
量に従って変化する研摩パッド・アセンブリ。 （１０）前記注入手段が、貫通穴があけられ、流体送達
源に有効に接続された前記プラテンを含む、上記（９）
に記載の研摩パッド・アセンブリ。 （１１）前記第１のパッドの硬さを半径方向に変化させ
るために、流体の送達が、前記第１のパッドを横切って
半径方向に変化する、上記（９）に記載の研摩パッド・
アセンブリ。 （１２）研磨プラテンを有する化学機械研摩装置で使用
する研摩パッド・アセンブリであって、硬化して硬質パ
ッドを形成したツー・パート積層ポリマーである、前記
プラテン上に配置された第１のパッドと、前記プラテン
を加熱する手段と、前記第１のパッド上に配置された第
２のパッドとを備え、前記第１のパッドの硬さが、前記
プラテンの温度に従って変化する研摩パッド・アセンブ
リ。 （１３）前記第１のパッドの硬さを半径方向に変化させ
るために、加熱が、前記第１のパッドを横切って半径方
向に変化する、上記（１２）に記載の研摩パッド・アセ
ンブリ。
【図面の簡単な説明】
【図１】硬さを変えられる本発明に基づく積重ねウェハ
研摩パッドを含む化学機械研摩装置の部分断面側面図で
ある。
【図２】本発明の第１の実施形態に基づく積重ねウェハ
研摩パッドの側面図である。
【図３】図２の研磨プラテンの一部分の詳細図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に基づく積重ねウェハ
研摩パッドの側面図である。
【符号の説明】
１０ ＣＭＰ装置 １２ 研磨定盤 １４ 回転キャリア １６ 研磨パッド・アセンブリ １８ 研磨プラテン ２０ 第１のパッド ２１ 密封可能エンクロージャ ２２ 外皮 ２４ 多孔質材料 ２６ 第２のパッド（上パッド） ２８ 空気源 ３０ 空気マニホルド ３２ パーフォレーション開口 ３４ プラテンの外縁 ３６ ダクト開口 ３８ 位置合せグリッド ４０ 研磨パッド・アセンブリ ４２ 研磨プラテン ４４ 第１のパッド（サブ・パッド） ４６ 第２のパッド ４８ 加熱部品 ５０ 温度制御機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シン＝ツォン・チェン アメリカ合衆国12563 ニューヨーク州パ ターソン コーンウォール・メドウズ 111 (72)発明者 マイケル・エフ・ロファロ アメリカ合衆国12547 ニューヨーク州ミ ルトン ミルトン・パイク 266 (72)発明者 ウッディ・レイ・スミス アメリカ合衆国05452 バーモント州エセ ックス・ジャンクション チェロキー・ア ベニュー 23 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 BA08 BB04 CB01 DA12 DA17

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】研磨プラテンを有する化学機械研摩装置で
    使用する研摩パッド・アセンブリであって、 前記プラテン上に配置され、硬さを変化させるように可
    変的に適合可能な第１のパッドと、 前記第１のパッドに有効に関連付けられた、前記第１の
    パッドの硬さを変化させるための制御手段と、 前記第１のパッド上に配置された第２のパッドとを備え
    る研摩パッド・アセンブリ。
  2. 【請求項２】前記第１のパッドが、柔軟な外皮を有し、
    多孔質材料が部分的に充てんされた密封可能エンクロー
    ジャを備える、請求項１に記載の研摩パッド・アセンブ
    リ。
  3. 【請求項３】前記制御手段が、前記エンクロージャ中に
    流体を注入し、前記エンクロージャから前記流体を抜き
    取る手段を備え、前記第１のパッドの硬さが、前記エン
    クロージャ中の流体の量に従って変化する、請求項２に
    記載の研摩パッド・アセンブリ。
  4. 【請求項４】前記注入手段が、貫通穴があけられ、流体
    送達源に有効に接続された前記プラテンを含む、請求項
    ３に記載の研摩パッド・アセンブリ。
  5. 【請求項５】前記第１のパッドの硬さを半径方向に変化
    させるために、流体の送達が、前記第１のパッドを横切
    って半径方向に変化する、請求項３に記載の研摩パッド
    ・アセンブリ。
  6. 【請求項６】前記第１のパッドが、硬化して硬質パッド
    を形成したツー・パート積層ポリマーを含む、請求項１
    に記載の研摩パッド・アセンブリ。
  7. 【請求項７】前記制御手段が、第１のパッドの外面を柔
    軟にするために前記プラテンを加熱する手段を備える、
    請求項６に記載の研摩パッド・アセンブリ。
  8. 【請求項８】前記第１のパッドの硬さを半径方向に変化
    させるために、加熱が、前記第１のパッドを横切って半
    径方向に変化する、請求項７に記載の研摩パッド・アセ
    ンブリ。
  9. 【請求項９】研磨プラテンを有する化学機械研摩装置で
    使用する研摩パッド・アセンブリであって、 柔軟な外皮を有し、多孔質材料が部分的に充てんされた
    密封可能エンクロージャを備えた、前記プラテン上に配
    置された第１のパッドと、 前記エンクロージャ中に流体を注入し、前記エンクロー
    ジャから前記流体を抜き取る手段と、 前記第１のパッド上に配置された第２のパッドとを備
    え、 前記第１のパッドの硬さが、前記エンクロージャ中の流
    体の量に従って変化する研摩パッド・アセンブリ。
  10. 【請求項１０】前記注入手段が、貫通穴があけられ、流
    体送達源に有効に接続された前記プラテンを含む、請求
    項９に記載の研摩パッド・アセンブリ。
  11. 【請求項１１】前記第１のパッドの硬さを半径方向に変
    化させるために、流体の送達が、前記第１のパッドを横
    切って半径方向に変化する、請求項９に記載の研摩パッ
    ド・アセンブリ。
  12. 【請求項１２】研磨プラテンを有する化学機械研摩装置
    で使用する研摩パッド・アセンブリであって、 硬化して硬質パッドを形成したツー・パート積層ポリマ
    ーである、前記プラテン上に配置された第１のパッド
    と、 前記プラテンを加熱する手段と、 前記第１のパッド上に配置された第２のパッドとを備
    え、 前記第１のパッドの硬さが、前記プラテンの温度に従っ
    て変化する研摩パッド・アセンブリ。
  13. 【請求項１３】前記第１のパッドの硬さを半径方向に変
    化させるために、加熱が、前記第１のパッドを横切って
    半径方向に変化する、請求項１２に記載の研摩パッド・
    アセンブリ。
JP2001127185A 2000-05-04 2001-04-25 積重ね研磨パッド Pending JP2001353656A (ja)

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US09/564,785 US6267659B1 (en) 2000-05-04 2000-05-04 Stacked polish pad
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