JP2001513452A - 連続的に変化し得る平坦化及び研磨パッドシステム - Google Patents
連続的に変化し得る平坦化及び研磨パッドシステムInfo
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- 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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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 二以上の層、これら層を接着する手段、研磨あるいは平坦化工程の中断を最小にしてこれら工程の間にパッドの形態構成を変化させる手段からなる研磨パッドシステムである。好ましい手段は、パッドの形態構成を変えるために、一つの層が、流体によって加圧あるいは減圧され得る圧縮可能な層であることである。
Description
この発明は、1997年 8月 6日に出願した米国仮特許出願第 60/054,907 号によ
る利益を主張する。
る利益を主張する。
【０００１】
ケミカル−メカニカル ポリッシング（ＣＭＰ）は、半導体デバイスの製造に
おいて、主として、デバイスの層を平坦化するのに用いられる。
おいて、主として、デバイスの層を平坦化するのに用いられる。
【０００２】
従来のＣＭＰの工程では、単一層あるいは多重層の研磨パッドが使用されて
いる。典型的には、多重層パッドは、各種パッドの利益を合体する手段として、
最上層をその下に設けられた層よりもより硬質としている。
いる。典型的には、多重層パッドは、各種パッドの利益を合体する手段として、
最上層をその下に設けられた層よりもより硬質としている。
【０００３】 研磨あるいは平坦化の工程中において、単一層を平坦化あるいは研磨するため
には、柔軟性の異なる複数のパッドを使用することが望ましいことが多い。テク
スチャーの異なる複数のパッドも、これら工程中において必要である。形態構造
が異なるパッドに変えるためには、工程の終了、及び、パッドの取替え又は他の
異なる研磨機へ移すためのデバイスの取り外しが必要になる。
には、柔軟性の異なる複数のパッドを使用することが望ましいことが多い。テク
スチャーの異なる複数のパッドも、これら工程中において必要である。形態構造
が異なるパッドに変えるためには、工程の終了、及び、パッドの取替え又は他の
異なる研磨機へ移すためのデバイスの取り外しが必要になる。
【０００４】
パッドあるいは機械を取り替えることによる研磨工程の中断時間をなくするあ
るいは減少させるであろうパッドシステム（組織）が求められている。
るいは減少させるであろうパッドシステム（組織）が求められている。
【０００５】
この発明は、二以上の層及びこれら層の接着手段からなる研磨パッドシステム
に関するものである。この発明は、さらに、研磨及び平坦化工程の中断時間を最
少にしてパッドの形態構造を変える手段からなるものである。好ましい手段は、
パッドの形態構造を変えるために流体によって加圧あるいは減圧され得る圧縮可
能な層を有することである。
に関するものである。この発明は、さらに、研磨及び平坦化工程の中断時間を最
少にしてパッドの形態構造を変える手段からなるものである。好ましい手段は、
パッドの形態構造を変えるために流体によって加圧あるいは減圧され得る圧縮可
能な層を有することである。
【０００６】
この発明は、基板、特に、半導体デバイス等製造用の基板、の研磨及び平坦化
に有用な、改善された研磨パッドシステムに関するものである。この発明の物及
び方法は、他の産業においても有用であろう。また、以下に限定されるものでは
ないが、シリコン、酸化珪素、金属、誘電体、セラミックス、ガラス等の多くの
材料のいずれに対しても使用することができる。
に有用な、改善された研磨パッドシステムに関するものである。この発明の物及
び方法は、他の産業においても有用であろう。また、以下に限定されるものでは
ないが、シリコン、酸化珪素、金属、誘電体、セラミックス、ガラス等の多くの
材料のいずれに対しても使用することができる。
【０００７】 半導体デバイス製造における表面の平坦化には、効果的な平坦化に必要な硬度
、及び、パッドがデバイス表面の異なる高さに順応するのに求められる柔軟性と
を有する研磨パッドが必要である。さらに、多様な研磨及び平坦化の工程には、
異なるパッドのテクスチャーが必要である。
、及び、パッドがデバイス表面の異なる高さに順応するのに求められる柔軟性と
を有する研磨パッドが必要である。さらに、多様な研磨及び平坦化の工程には、
異なるパッドのテクスチャーが必要である。
【０００８】 従来技術の研磨パッドの中には、ある程度、硬質で反発弾性のあるパッドとし
て好ましい特性を有する多層からなるものがいくつかある。一般に最上層は、堅
固で、パッドの平坦化能力を提供する。その下の層は、一般に、最上層よりも反
発弾性または弾性があり、パッドが表面の高さの違いに順応することを可能にし
得るものである。反発弾性 (resiliency) と弾性(elasticity)は、また、研磨工
程あるいは平坦化工程において、不均一な表面除去によって半導体ウェーハのエ
ッジに使用不能な部分を作りだすエッジ効果を減少させている。従来技術による
多層パッドは、硬質及び反発弾性特性を持ち合わせているが、全体的な効果とし
ては、一つのパッドにおいてその効果は一定である。同様に、テクスチャー及び
その他のパッド形態構造も一定である。ここで言う形態構造とは、弾性、反発弾
性、テクスチャー、多孔性、研磨あるいは平坦化作業に影響するその他のパッド
特性等の特性を言う。この発明の利益は、研磨あるいは平坦化工程を殆ど中断す
ることなく、これらの特性を変化し得ることである。
て好ましい特性を有する多層からなるものがいくつかある。一般に最上層は、堅
固で、パッドの平坦化能力を提供する。その下の層は、一般に、最上層よりも反
発弾性または弾性があり、パッドが表面の高さの違いに順応することを可能にし
得るものである。反発弾性 (resiliency) と弾性(elasticity)は、また、研磨工
程あるいは平坦化工程において、不均一な表面除去によって半導体ウェーハのエ
ッジに使用不能な部分を作りだすエッジ効果を減少させている。従来技術による
多層パッドは、硬質及び反発弾性特性を持ち合わせているが、全体的な効果とし
ては、一つのパッドにおいてその効果は一定である。同様に、テクスチャー及び
その他のパッド形態構造も一定である。ここで言う形態構造とは、弾性、反発弾
性、テクスチャー、多孔性、研磨あるいは平坦化作業に影響するその他のパッド
特性等の特性を言う。この発明の利益は、研磨あるいは平坦化工程を殆ど中断す
ることなく、これらの特性を変化し得ることである。
【０００９】 典型的な平坦化あるいは研磨工程は、 1) 研磨パッドをプラテンに取付ける工
程、 2) 研磨流体をプラテン上に導入する工程、 3) 加工物をパッドに近接させ
る工程、 4) パッドと加工物を相互間で移動させる工程からなる。研磨パッドは
、種々の手段によってプラテンに取り付けられる。例えば、機械的な締め付け、
接着剤による裏打ち、あるいはプラテンを介した真空吸引等であるが、これらに
限定されるものではない。
程、 2) 研磨流体をプラテン上に導入する工程、 3) 加工物をパッドに近接させ
る工程、 4) パッドと加工物を相互間で移動させる工程からなる。研磨パッドは
、種々の手段によってプラテンに取り付けられる。例えば、機械的な締め付け、
接着剤による裏打ち、あるいはプラテンを介した真空吸引等であるが、これらに
限定されるものではない。
【００１０】 工程が進むにつれて、パッドの反発弾性、弾性、テクスチャー、その他の形態
構造の程度が変化していくことが好ましい場合が多い。このことは、典型的には
、パッドを交換したり、加工物を他の機械に移すことによって行われる。この発
明は、単一のパッドに変化し得る特性をもたらすことによって、このような工程
の中断をなくするあるいは減少させるものである。
構造の程度が変化していくことが好ましい場合が多い。このことは、典型的には
、パッドを交換したり、加工物を他の機械に移すことによって行われる。この発
明は、単一のパッドに変化し得る特性をもたらすことによって、このような工程
の中断をなくするあるいは減少させるものである。
【００１１】 この発明の研磨パッドは、一枚以上の下側の層の上で、最上層の特性が多様な
程度に変化され得るものであるとことが好ましい。下側の層は、テクスチャー、
多孔性、弾性あるいは反発弾性等が異なる特性であってもよい。実際的には、望
ましい形態特性を有すればどんな材質であっても、層として使用することができ
、この発明に適合するものである。
程度に変化され得るものであるとことが好ましい。下側の層は、テクスチャー、
多孔性、弾性あるいは反発弾性等が異なる特性であってもよい。実際的には、望
ましい形態特性を有すればどんな材質であっても、層として使用することができ
、この発明に適合するものである。
【００１２】 テクスチャーをもたらし得る材料の例としては、折り重ね網状（リプリケーテ
ィッド−レティキュレーテッド）フォーム、スパンボンデッドポリエステルまた
はメッシュ材があるが、その他の種々の材料も同様に使用することができる。表
面のテクスチャーの深さに変化をもたらすことは、テクスチャーを付けられた材
料を組合せることによって、あるいは、単一の材料からでも達成できる。弾性又
は反発弾性をもたらす材料のなかには、圧縮性及び反発弾性の複合物、折り重ね
フォーム、合成多孔皮革（ポロメリックス）、テクスチャーを付けた革（天然及
び合成）、有孔あるいは孔開きフィルム、網状材、織布、フェルト、紙、スポン
ジがある。不浸透性あるいは半浸透性の最上層の材料としては、複合物、独立気
泡（クローズドセル）フォーム、フィルム (全ゆる種類) 、紙、プラスチック、
金属があるが、これらに限定されるものではない。
ィッド−レティキュレーテッド）フォーム、スパンボンデッドポリエステルまた
はメッシュ材があるが、その他の種々の材料も同様に使用することができる。表
面のテクスチャーの深さに変化をもたらすことは、テクスチャーを付けられた材
料を組合せることによって、あるいは、単一の材料からでも達成できる。弾性又
は反発弾性をもたらす材料のなかには、圧縮性及び反発弾性の複合物、折り重ね
フォーム、合成多孔皮革（ポロメリックス）、テクスチャーを付けた革（天然及
び合成）、有孔あるいは孔開きフィルム、網状材、織布、フェルト、紙、スポン
ジがある。不浸透性あるいは半浸透性の最上層の材料としては、複合物、独立気
泡（クローズドセル）フォーム、フィルム (全ゆる種類) 、紙、プラスチック、
金属があるが、これらに限定されるものではない。
【００１３】 この発明は複数層を相互に接着させる手段を含む。パッド層は、接着手段ある
いはこれに類する手段によって相互に重ね合わせることができる。あるいは、最
下層の層からそれよりも上側層を介して真空吸引によって相互に接着させること
もできる。また、機械的な力、静電気の力、あるいは磁力を用いて、層の接着を
行うことも可能である。接着剤によって接着されていない層は、難なく取り外す
ことができ、他の特性を有する層と取り替えることができる。例えば、真空状態
によって接合されている層は、その真空状態を解除することによって容易に取り
外すことができる。このことは、平坦化工程あるいは研磨工程の中断を顕著に短
縮する。
いはこれに類する手段によって相互に重ね合わせることができる。あるいは、最
下層の層からそれよりも上側層を介して真空吸引によって相互に接着させること
もできる。また、機械的な力、静電気の力、あるいは磁力を用いて、層の接着を
行うことも可能である。接着剤によって接着されていない層は、難なく取り外す
ことができ、他の特性を有する層と取り替えることができる。例えば、真空状態
によって接合されている層は、その真空状態を解除することによって容易に取り
外すことができる。このことは、平坦化工程あるいは研磨工程の中断を顕著に短
縮する。
【００１４】 上述のラミネーション技術 (接着剤は別として) は、パッドの形態構成を変え
る手段としても使用できる。この発明の好ましい実施例において、研磨パッドは
、研磨面を有する不浸透性あるいは半浸透性の最上層、多孔性層及び網状層を含
む最上層の下に設けられた一つ以上のガス浸透性の層からなる。このパッドは、
下層を介して真空吸引されプラテンに取り付けられる。この真空状態は、パッド
層を相互に接合する働きもする。真空状態の強さを変えることにより、パッドの
反発弾性、テクスチャー及びその他の形態構成を調整することができ、これによ
って、パッドの研磨能力及び平坦化能力を変化させることができる。真空状態は
、多孔性材における空気を放出させる働きをし、これにより、層を圧縮し、反発
弾性及び弾性を低下させることができる。さらに、真空状態は、不浸透性の最上
層を網状層へと吸引する。不浸透層が変形するにつれて、網状層のテクスチャー
は不浸透層へと付与される。真空状態の強さを変化させることによって、反発弾
性及びテクスチャーの程度を変えることができる。このような変化は、加工物あ
るいはパッドを取り外すことなく研磨または平坦化工程の間に行うことができる
。他の実施例においては、温度の変化で拡張及び収縮を起こさせることによって
、パッドの形態構成に影響を及ぼすことができる。パッドの研磨能力は、工程中
の温度の上昇による影響によっても高められる。
る手段としても使用できる。この発明の好ましい実施例において、研磨パッドは
、研磨面を有する不浸透性あるいは半浸透性の最上層、多孔性層及び網状層を含
む最上層の下に設けられた一つ以上のガス浸透性の層からなる。このパッドは、
下層を介して真空吸引されプラテンに取り付けられる。この真空状態は、パッド
層を相互に接合する働きもする。真空状態の強さを変えることにより、パッドの
反発弾性、テクスチャー及びその他の形態構成を調整することができ、これによ
って、パッドの研磨能力及び平坦化能力を変化させることができる。真空状態は
、多孔性材における空気を放出させる働きをし、これにより、層を圧縮し、反発
弾性及び弾性を低下させることができる。さらに、真空状態は、不浸透性の最上
層を網状層へと吸引する。不浸透層が変形するにつれて、網状層のテクスチャー
は不浸透層へと付与される。真空状態の強さを変化させることによって、反発弾
性及びテクスチャーの程度を変えることができる。このような変化は、加工物あ
るいはパッドを取り外すことなく研磨または平坦化工程の間に行うことができる
。他の実施例においては、温度の変化で拡張及び収縮を起こさせることによって
、パッドの形態構成に影響を及ぼすことができる。パッドの研磨能力は、工程中
の温度の上昇による影響によっても高められる。
【００１５】 真空状態、温度、機械的な力、静電気の力、あるいは磁力は、手動によって、
あるいは、パッドの特性を一定の間隔で変えるようにプログラムされているマイ
クロプロセッサーによって調整し、変えることができる。マイクロプロセッサー
を、表面の粗度（ラフネス) 及び平坦化の測定デバイスと共に使用して、いつで
も特定の研磨又は平坦化の必要に応じて、連続的に変化し得るパッド特性を提供
することができる。好ましい実施例においては、研磨進捗状態、研磨の必要性を
検知すると共にパッド形態構成をそれに応じて調整するために、マイクロ−エレ
クトロ−メカニカル システムが用いられる。
あるいは、パッドの特性を一定の間隔で変えるようにプログラムされているマイ
クロプロセッサーによって調整し、変えることができる。マイクロプロセッサー
を、表面の粗度（ラフネス) 及び平坦化の測定デバイスと共に使用して、いつで
も特定の研磨又は平坦化の必要に応じて、連続的に変化し得るパッド特性を提供
することができる。好ましい実施例においては、研磨進捗状態、研磨の必要性を
検知すると共にパッド形態構成をそれに応じて調整するために、マイクロ−エレ
クトロ−メカニカル システムが用いられる。
【００１６】 層の接着に関するその他の手段もまた手動あるいは電子的に調整されて、工程
の中断を最少にしてパッド特性を変化し得るものとすることができる。
の中断を最少にしてパッド特性を変化し得るものとすることができる。
【００１７】 請求の範囲に使用しているが、「研磨」という語あるいはこの語の活用形は、
「平坦化」あるいはこの語の対応する活用形の意味をも含むものである。
「平坦化」あるいはこの語の対応する活用形の意味をも含むものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラインハート ハインツ アメリカ合衆国 ペンシルヴェニア州 19317 チャッズ フォード マッカーシ ー ロード 19 (72)発明者 ローデリック デイヴィット ジェイ．ヴ ィー. アメリカ合衆国 デラウェア州 19702 ニューアーク ゴッホ サークル 16 Ｆターム(参考） 3C058 AA09 CA01 CB03 CB04 DA12 3C063 AA10 AB05 AB07 BA15 BA34 BG01 BG07 BG12 BG14 BG16 BG18 BG22 BG23 EE01 EE10 FF05 FF07 FF08 FF09 FF11 FF30
Claims (22)
- 【請求項１】 複数層からなると共に、これら複数層相互間を接着する一つ
以上の手段、及び、研磨工程においてパッドの形態構成を変化させる手段を備え
た研磨パッドシステム。 - 【請求項２】 前記複数層の一層が、不浸透性あるいは半浸透性であり、複
合物、独立気泡フォーム、フィルム、紙、プラスチック及び金属からなるグルー
プから選択されるものであることを特徴とする請求項１記載のパッドシステム。 - 【請求項３】 前記複数層の一層が、複合物、連続気泡フォーム、合成多孔
皮革、テクスチャーを付された皮革、テクスチャーを付された合成皮革、有孔フ
ィルム、孔開きフィルム、網状材、織布、フェルト、紙、スポンジからなるグル
ープから選択される圧縮可能な層であることを特徴とする請求項１記載のパッド
システム。 - 【請求項４】 前記複数層の一層が、折り重ね網状フォーム、スパンボンデ
ッドポリエステル、メッシュ材からなるグループから選択されるものであること
を特徴とする請求項１記載のパッドシステム。 - 【請求項５】 前記複数層が、最上層と一以上の下側の層からなり、これら
下側の層の少なくとも一層の上で最上層を変形させる手段を有し、変形の程度が
、研磨工程中に変化し得るものであり、下側の層の少なくとも一層が、変形によ
って最上層に付与されるテクスチャーを有するものであり、付与されるテクスチ
ャーの程度が、研磨工程中に変化し得るものであることを特徴とする請求項１記
載のパッドシステム。 - 【請求項６】 前記複数層が圧縮可能な層を有し、圧縮の程度が、研磨工程
中に変化し得るものであることを特徴とする請求項１記載のパッドシステム。 - 【請求項７】 少なくとも一層が不浸透性あるいは半浸透性のフィルムであ
り、複数層を接着する手段とパッド特性を変化させる手段がパッドを介して吸引
される真空状態であることを特徴とする請求項１記載のパッドシステム。 - 【請求項８】 前記パッドの形態構成を変化させる手段が手動によって調整
されることを特徴とする請求項１記載のパッドシステム。 - 【請求項９】 前記パッドの形態構成を変化させる手段が電子的に調整され
ることを特徴とする請求項１記載のパッドシステム。 - 【請求項１０】 さらに、一つ以上の粗度又は平坦化測定デバイスを具備す
ることを特徴とする請求項９記載のパッドシステム。 - 【請求項１１】 さらに、研磨工程の進捗度および必要性を検知し、パッド
の形態構成を変化させることによってその必要性を満たすマイクロ−エレクトロ
−メカニカル システムを具備することを特徴とする請求項１記載のパッドシス
テム。 - 【請求項１２】 複数層からなると共に、これら複数層相互間を接着する一
つ以上の手段、及び、研磨工程においてパッドの形態構成を変化させる手段から
なる研磨パッドシステムを具備し、このパッドシステムを加工物と近接させる工
程、研磨流体を加工物とパッドシステムの間に導入する工程、加工物とパッドを
相互間で移動させる工程からなる研磨方法。 - 【請求項１３】 前記複数層の一層が、不浸透性あるい半浸透性であり、複
合物、独立気泡フォーム、フィルム、紙、プラスチック及び金属からなるグルー
プから選択されるものであることを特徴とする請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 前記複数層の一層が、複合物、折り重ねフォーム、合成多
孔皮革、テクスチャーを付された皮革、テクスチャーを付された合成皮革、有孔
フィルム、孔開きフィルム、網状材、織布、フェルト、紙、スポンジからなるグ
ループから選択される圧縮可能な層であることを特徴とする請求項１２記載の方
法。 - 【請求項１５】 前記複数層の一層が、折り重ね網状フォーム、スパンボン
デッドポリエステルあるいはメッシュ材からなるグループから選択されるもので
あることを特徴とする請求項１２記載の方法。 - 【請求項１６】 前記複数層が、最上層と一以上の下側の層からなり、これ
ら下側の層の少なくとも一層の上で最上層を変形させる手段を有し、変形の程度
が、研磨工程中に変化し得るものであり、下側の層の少なくとも一層が、変形に
よって最上層に付与されるテクスチャーを有するものであり、付与されるテクス
チャーの程度が、研磨工程中に変化し得るものであることを特徴とする請求項１
２記載の方法。 - 【請求項１７】 前記複数層が圧縮可能な層を有し、圧縮の程度が、研磨工
程中に変化し得るものであることを特徴とする請求項１２記載の方法。 - 【請求項１８】 複数層を接着する手段とパッド特性を変化させる手段がパ
ッドを介して吸引される真空状態であることを特徴とする請求項１２記載の方法
。 - 【請求項１９】 前記パッドの形態構成を変化させる手段が手動によって調
整されることを特徴とする請求項１２記載の方法。 - 【請求項２０】 前記パッドの形態構成を変化させる手段が電子的に調整さ
れることを特徴とする請求項１２記載の方法。 - 【請求項２１】 さらに、一つ以上の粗度又は平坦化測定デバイスを具備す
ることを特徴とする請求項２０記載の方法。 - 【請求項２２】 さらに、研磨工程の進捗度および必要性を検知し、パッド
の形態構成を変化させることによってその必要性を満たすマイクロ−エレクトロ
−メカニカル システムを具備することを特徴とする請求項１２記載の方法。
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