JP2002001651A - 基板を研磨する物品 - Google Patents

基板を研磨する物品

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JP2002001651A JP2001010529A JP2001010529A JP2002001651A JP 2002001651 A JP2002001651 A JP 2002001651A JP 2001010529 A JP2001010529 A JP 2001010529A JP 2001010529 A JP2001010529 A JP 2001010529A JP 2002001651 A JP2002001651 A JP 2002001651A
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mesh
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ディ． トールズ ロバート
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 化学的／機械的に基板を研磨する物品及び方
法を提供する。 【解決手段】 化学的／機械的研磨に用いる研磨材料は
繊維１０２から成るメッシュと、繊維１０２をメッシュ
に保持する結合材料１０４を備える。結合材料１０４は
繊維間に合着してメッシュの繊維間にある間隙に細孔１
０６を残す。繊維１０２と結合材料１０４は研磨材料に
脆性構造を付与する。繊維１０２はセルロースにするこ
とができ、結合材料１０４はフェノール樹脂にすること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】発明の技術的な背景本発明は基板の化学的
／機械的研磨、特に基板を研磨する製品と方法に関す
る。
【０００２】集積回路は定型的に導電性層、半導電性層
又は絶縁性層を逐次堆積することによって基板上、特に
シリコン・ウエーハ上に形成される。各層の堆積後、エ
ッチングが行われ、回路構成フィーチャが形成される。
一連の層が逐次堆積され、エッチングされるにつれて、
基板の最も外側、あるいは最上部の面、即ち基板の露出
面は徐々に非平面性を増す。この非平面性の面が集積回
路製造工程における写真平版処理の段階で問題となる。
それ故、基板表面を定期的に平坦化して平坦面を供する
必要がある。平坦化は実際上、非平面性外面を、導電性
層、半導電性層、あるいは絶縁性層に拘わらず研磨し去
り比較的平坦な平滑面を形成する。
【０００３】化学的／機械的研磨は平坦化をする一つの
承認された方法である。この平坦化法では定型的に、基
板をキャリヤ・ヘッド、あるいは研磨ヘッド上に装着
し、その基板の露出面を回転研磨パッド、又は移動研磨
ベルト（本明細書では双方とも研磨パッドと呼ぶことに
する）に押し当てる。研磨パッドは“標準”パッド又は
固定研磨剤パッドのいずれでもよい。従来の標準パッド
は耐久性のある材料で形成されるが、これに対し、固定
研磨剤パッドは研磨剤粒子が閉じ込め媒体中に保持され
る。キャリヤ・ヘッドは制御可能な負荷、即ち圧力を基
板に加えて、それを研磨パッドに押し付ける。
【０００４】標準パッドを使用する場合、少なくとも一
種類の化学反応薬剤（例えば、酸化物の研磨に用いる脱
イオン水）と研磨剤粒子（例えば、酸化物の研磨に用い
る二酸化珪素）を含む研磨スラリが研磨パッドの表面に
供給される。スラリには化学的に反応する触媒反応体
（例えば、酸化物の研磨に用いる水酸化カリウム）を含
めることもできる。
【０００５】米国特許第５，５７８，３６２号と第５，
９００，１６４号に記載する一つの従来型研磨パッドは
研磨用粗面を備えた硬質複合材である。この研磨パッド
は研磨パッドに微少多孔質組織を付与する中空のマイク
ロカプセルのような充填剤を混合した耐久性ウレタンか
ら成る固体のキャスト・ブロックで構成される。研磨パ
ッドは圧縮性が低く、塑性変形ができ、引張係数が比較
的低い。この研磨パッドは商品名ＩＣ−１０００として
デラウエア州、Ｎｅｗａｒｋに所在するＲｏｄｅｌ，Ｉ
ｎｃ．から調達できる。
【０００６】米国特許第４，７２８，５５２号と第４，
９２７，４３２号に記載する別の従来型研磨パッドは柔
軟な研磨面を備えた軟質複合材である。この研磨パッド
は、Ｄａｃｒｏｎ(商標名)のようなポリエステル繊維か
ら成る緻密なネット又はメッシュで構成されており、パ
ッドの研磨面に実質上垂直に配向され、浸出されるかま
たはウレタンで含浸される。ウレタンは繊維間にある空
隙空間の有意な細部区画を満たす。結果として得られる
パッドは相対的に圧縮性があり、塑性変形と弾性変形が
でき、引張係数は比較的低い。この研磨パッドはＳｕｂ
ａ−ＩＶの商品名でＲｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．から調達でき
る。
【０００７】米国特許第５，２５７，４７８号に記載す
る二層研磨パッドはＩＣ−１０００で構成する上層と、
ＳＵＢＡ−ＩＶで構成する下層を有する。研磨パッドは
感圧接着層によって回転可能なプラテンに取り付けても
よい。
【０００８】米国特許第４，８４１，６８０号に記載す
る更に別の従来型研磨パッドは柔軟な研磨面を備えた軟
質の微孔質材である。この研磨パッドは研磨面に垂直に
配向した管状空隙構造を有するウレタンで構成され、研
磨パッドにスポンジ状構造を付与する。結果として得ら
れるパッドは比較的柔らかく、弾性率が比較的低い。こ
のタイプの研磨パッドはＰｏｌｙｔｅｘの商品名でＲｏ
ｄｅｌ，Ｉｎｃ．から調達できる。
【０００９】従来型固定研磨剤研磨パッドにはマルチ層
シート上に形成した研磨材料から成る分離したアイラン
ド又はブロックが含まれる。研磨材料から成るアイラン
ドは珪素、アルミニウム又はセリウム粒子の様な研磨剤
粒子が内部に分散する樹脂から成る固体ブロックで構成
する。結果として得られるパッドは、柔軟ではあるが、
相対的に非圧縮性であり、非弾性である。基板の研磨が
行われるにつれて、樹脂は磨減し、付加的な研磨剤粒子
を連続して露出させる。固定研磨剤研磨パッドはミネソ
タ州、ミネアポリスに所在する３Ｍ，Ｉｎｃ．から調達
できる。
【００１０】ＣＭＰ工程の有効性はその研磨速度と、基
板表面に結果として達成される仕上り（粗さ）及び平坦
度（大きなスケールのうねりが無い）によって測定する
ことが出来る。平坦度と仕上りが不適切であるとデバイ
スに欠陥をもたらす可能性がある。研磨速度によって層
の研磨に必要な時間と、研磨装置の最大スループットが
決まる。
【００１１】特に、ＩＣ−１０００が研磨材料として用
いらるとき研磨スループットに加わる制約の一つは研磨
パッド面の“グレージング（ガラス化）”である。グレ
ージングは基板が押し付けられる領域で研磨パッドに摩
擦発熱、せん断応力及び圧縮が発生するときに生じる。
研磨パッドの突出部が下方に押し付けられ、研磨パッド
のピット（毛穴部）が閉塞するため、研磨パッドの表面
は一層平滑化され、スラリの移送能力が低下する。その
結果、基板の研磨に要する研磨時間が増大する。それ
故、高いスループットが維持されるためには、研磨パッ
ド面は定期的に研磨作用の状態に復旧されねばならな
い、すなわち“状態調整”されねばならい。状態調整工
程は有害なものであり、研磨パッドの寿命を短縮させ
る。
【００１２】スループットに対するもう一つの制約は研
磨パッドの寿命である。研磨パッドが磨損すると、その
交換が必要になる。これはプラテンに新規の研磨パッド
を固定する間に研磨機を一時的に停止させねばならな
い。ＩＣ−１０００研磨パッドの代表的な寿命は約４０
０〜８００枚のウエーハ研磨に対応する。
【００１３】集積回路生産に関し加えて考慮すべき事柄
は工程と製品の安定性である。低い欠陥発生率を達成す
るには、各基板を同じ様な状態で研磨せねばならない。
しかし、一組の研磨パッドの機械的特性はパッド毎に異
なることがあり得る。その上、研磨時の工程環境、例え
ば温度、pＨ等の変化は研磨パッドの状態を変えるか、
劣化させる可能性があり、それによってパッドの機械的
特性を基板一枚毎に変化することになる。
【００１４】従来型研磨パッドに関するもう一つの考慮
すべき要件は効果的なスラリの移送させることになる。
この変動性が基板面の変動性を招来する可能性がある。
である。若干の研磨パッド、特にＩＣ−１０００のよう
な固体、非多孔質研磨面を備えたパッドでは効果的な、
あるいは均一なスラリの移送は行われない。非効果的ス
ラリ移送の結果は研磨が非均一になる。溝又は鑽孔穴を
研磨パッドに形成し、スラリ移送の改善ができよう。
【００１５】発明の概要 一般に一つのアスペクトにあって、本発明は化学的／機
械的研磨をする方法に関する。その方法では、基板を、
繊維から成るメッシュとその繊維をメッシュに保持する
結合剤（バインダ）を含む材料に接触させ、その基板と
材料との間を研磨スラリがインタフェースし、さらに相
対運動をその基板と材料との間に発生させる。結合剤は
繊維間に合着してメッシュの繊維相互間の隙間に細孔を
残す。繊維と結合材は材料に脆性構造を付与する。
【００１６】本発明の実施には以下の特徴を一つ以上含
めることができる。繊維と結合剤で形成する材料は約１
０5ｐｓｉより大きい、例えば３ｘ１０5ｐｓｉより大き
い引張係数を有することがある。繊維と結合材で形成す
る材料は破断前に示す伸び率が２％未満の如く約５％未
満、例えば、約１％未満であっても良い。その材料は圧
縮時に弾性変形をしても良い。繊維にはセルロース、例
えばリネン、綿又は木材、あるいはポリアミド、例えば
アラミド（Ａｒａｍｉｄ）が含まれよう。結合材には樹
脂、例えばフェノール樹脂を含めてもよい。その材料中
の結合材に対する繊維の比は重量で約１：１から２：１
にすることができる。細孔が材料の体積の約半分を占め
てもよい。繊維は材料中、実質上ランダムに配向しても
差し支えない。材料には以下のもの、即ち黒煙、カルシ
ウム・セライト及びエラストマの内の一つ以上が含まれ
る。
【００１７】別のアスペクトにあって、本発明は半導体
ウエーハを自動車用ブレーキ・パッド又はクラッチ・パ
ッドに接触させて化学的／機械的研磨をする方法に関す
る。研磨スラリがウエーハとパッドとの間のインタフェ
ースに供給され、ウエーハとパッドとの間には相対運動
を発生させる。
【００１８】別のアスペクトにあって、本発明は基板を
化学的／機械的に研磨する製品に関する。その製品には
繊維から成るメッシュと、繊維をメッシュに保持する結
合材料とを備えた研磨材料層と、基板に接触し、研磨を
する研磨面とを有する。結合材料は繊維間に合着してメ
ッシュの繊維間の隙間に細孔を残す。繊維と結合材は材
料に脆性構造を付与する。
【００１９】別のアスペクトにあって、本発明は基板を
研磨する製品に関する。その製品には繊維から成るメッ
シュと、繊維をメッシュに保持する結合材料とを備えた
研磨材料層と、基板に接触し、研磨をする研磨面とを有
する。結合材料は繊維の周囲に合着して繊維メッシュ中
の隙間に細孔を残す。少なくとも結合材料は十分に脆い
ため、基板と研磨面との間の相対運動で形成される横方
向の力が研磨面における繊維と結合材料の断片を研磨材
料層から脱落させる傾向がある。
【００２０】別のアスペクトにあって、本発明は基板を
研磨する物品に関する。その物品にはセルロース繊維か
ら成るメッシュと、繊維をメッシュに結合させるフェノ
ール樹脂とを備えた研磨材料層と、基板に接触し、研磨
をする研磨面とを有する。その樹脂は繊維の周囲に合着
して繊維メッシュ中の隙間に細孔を残す。
【００２１】別のアスペクトにあって、本発明は化学的
／機械的研磨装置に関する。その装置は基板を保持する
キャリヤ・ヘッドと、研磨パッドと、研磨パッドに研磨
スラリを分配するスラリ供給ポートを備える。研磨パッ
ドには繊維から成るメッシュと、繊維をメッシュに保持
する結合材料が含まれる。結合材料は繊維間に合着して
メッシュの繊維間にある隙間に細孔を残し、繊維と結合
材料は研磨パッドに脆性構造を付与する。
【００２２】本発明の実施には以下の特徴の一つ以上を
含めることができる。研磨パッドは回転自在プラテンの
表面に固定してもよい。装置には研磨パッド上に清浄溶
液を噴霧し、研磨パッドからスラリを除去する複数のノ
ズルを備えることができる。装置には研磨パッド上に空
気の噴流を注ぎ、研磨パッドから清浄溶液を除去する複
数のノズルを備えることもできる。
【００２３】別のアスペクトにあって、本発明は研磨材
料を形成する方法に関する。その方法では、液体結合材
料が繊維に混合されてパルプが形成される。そのパルプ
を乾燥して結合材料をキュアリングさせ、結合材料で保
持される繊維メッシュを含む複合材料が形成され、結合
材料は繊維間に合着してメッシュの繊維間にある隙間に
細孔を形成して残し、複合材料は比較的脆い。
【００２４】本発明の実施には以下の特徴の一つ以上を
含めることができる。パルプは圧縮して研磨材料から液
体を除去してもよい。パルプは移動スクリーン上に堆積
させても差し支えない。
【００２５】別のアスペクトにあって、本発明は第一片
の研磨材料と、基板を第一片の研磨材料の表面に接触さ
せておくキャリヤと、状態調整装置を有する化学的／機
械的研磨装置に関する。状態調整装置は第一片の研磨材
料の表面に移動して接触できる第二片の研磨材料を有す
る。
【００２６】本発明の実施には以下の特徴の一つ以上を
含めることができる。該装置には第一片の研磨材料の表
面に研磨スラリを供給するスラリ分配ポートと、第一片
の研磨材料と基板との間に相対運動を発生させる手段を
含めてもよい。状態調整装置には第二片の研磨期間を取
り付ける回転自在状態調整ヘッドを含めても差し支えな
い。状態調整装置には状態調整ヘッドを第一片の研磨材
料の全幅に亘り横に移動するアームを含めてもよい。
【００２７】別のアスペクトにあって、研磨材料を含む
第一研磨面に基板を接触させ、基板と、その研磨面との
間に相対運動を発生させ、その研磨面が研磨面と同じ材
料で状態調整される化学的／機械的研磨をする方法に関
する。
【００２８】別のアスペクトにあって、本発明は化学的
／機械的研磨をする方法に関する。その方法では、内部
に複数の細孔を有する研磨パッドにスラリが供給され
る。基板を研磨パッドの研磨面に接触させ、基板と、そ
の研磨面との間に相対運動を発生させる。清浄液体の噴
霧がパッド上に注がれて細孔からスラリが除去され、ガ
スの噴流が研磨パッド上に注がれてパッドから清浄液体
が除去される。
【００２９】本発明の利点には以下の一つ以上を含める
ことができる。研磨パッドは自動車のクラッチおよびブ
レーキ産業には従来からある技法を用いて製作でき、低
い製造コストにすることができる。研磨パッドは本質的
に長い寿命にすることができ、状態調整の必要はないで
あろう。これで研磨装置が状態調整装置なしで製作でき
るようにもなり、それによって研磨装置のコストと複雑
性が軽減される。研磨パッドを状態調整するのであれ
ば、その状態調整はダイヤモンド被覆ディスクよりは寧
ろ別な一片の研磨パッドで行うことができ、それ故、状
態調整装置のコストを低減させる。研磨パッドは磨減の
進行に沿い、均一な材料特性を提示することができ、そ
れ故、パッドの寿命全期間に亘り均一な研磨速度を示
す。研磨パッドは基板にスクラッチを発生させる可能性
はない。研磨パッドは湿潤させることができ、溝や鑽孔
穴なしでスラリを効果的に移送できる。研磨パッドはサ
ブパッドを用いることなくプラテンに装着できる。研磨
パッドは従来のパッドよりも広い温度範囲に亘り熱的に
安定させることができ、それによって、研磨の均一性が
改善される。研磨パッドは申し分のない研磨速度を提供
するに十分な粗さ、あるいは表面摩擦を伴い形成でき
る。
【００３０】本発明の一層の特徴と利点については図面
と請求項を含む以下の説明から明らかになろう。
【００３１】発明の実施の説明 図１を参照するが、研磨装置１０には三つの独立して動
作する研磨ステーション１４と、基板転送ステーション
１６と、四つの独立して回転するキャリヤ・ヘッド２０
の動作を同調機能させる回転可能なカルーセル１８が含
まれる。類似する研磨装置の解説は開示内容の全体を本
出願書に引用して援用する米国特許第５，７３８，５７
４号に見出されよう。
【００３２】各研磨ステーション１４には研磨パッド１
００を支持する回転可能なプラテン２２が含まれる。以
下に詳しく解説することになるが、研磨パッド１００は
樹脂結合剤で維持される繊維マトリックスで形成され
る。
【００３３】運転時、基板３０は転送ステーション１６
によってキャリヤ・ヘッド２０に装填される。次いで、
カルーセル１８は一つ又はそれ以上の連続した研磨ステ
ーション１４に亘り基板を転送し、研磨した基板を最後
に転送ステーション１６に戻す。各キャリヤ・ヘッド２
０は基板を受けて保持し、それをプラテン１１０上の研
磨スラブ１００に押し付けて研磨する。研磨時、キャリ
ヤ・ヘッドは回転し、横方向又は半径方向に振動する。
【００３４】図２を参照するが、研磨パッド１００には
二つの主要な要素、即ちランダムに配向して撚り合わせ
た繊維１０２から成るネットワーク又はメッシュと、繊
維１０２間に合着してそれをメッシュに保持する結合材
料１０４が含まれる。研磨パッド１００には研磨時、基
板に接触させる粗面１０８がある。研磨材料は耐水、両
面接着テープ１２０で回転可能なプラテン２２に取り付
ける円形研磨パッドにして使用することができる。従っ
て、研磨材料は単一層パッドを形成することができ、即
ち圧縮性サブパッドを必要なしとすることができよう。
【００３５】繊維１０２は研磨工程にあって不活性であ
る材料で構成される。繊維は、結合材料で浸出され、研
磨あるいは状態調整の環境でせん断力に暴露されると、
通常脆くなる可能性がある。例えば、繊維はセルロース
のような有機材料、例えばリネン、綿又は木材、あるい
はポリアミドのようなポリマー材料、例えばアラミド
（Ａｒａｍｉｄ(商標名)）で形成することができる。ニ
ュージャジ州、Ｎｅｗａｒｋに所在するＤｕｐｏｎｔ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから調達できるアラミド繊維は
二つの芳香環の間に直接配される少なくとも８５％のア
ミド結合を有する。繊維はランダムに配向してメッシュ
に配列することができ、特定な軸に沿い優先的に配向す
る必要はない。繊維は約５０〜１０００ミクロンの範
囲、例えば約１００〜５００ミクロンの範囲の長さで変
化させることができ、繊維の横断面直径は約５〜５０ミ
クロンの範囲、例えば１０〜３０ミクロンの範囲で変化
させることができる。
【００３６】結合材料１０４は研磨工程にあって不活性
な材料でも構成され、研磨又は状態調整の環境でせん断
力に暴露させると通常、脆い。例えば、結合材料はフェ
ノール樹脂又はエポキシ樹脂のような多孔質ポリマー樹
脂にすることができる。結合材料１０４は繊維１０２間
で合着して繊維を結合させてメッシュにする。しかし、
結合材料１０４は主として繊維に粘着し、固体ブロック
を形成せず、それによって、繊維１０２間の空間にかな
り大きな空隙又は細孔１０６を残す。
【００３７】繊維１０２と結合剤１０４は共にかなり脆
いため、その結果得られる複合研磨パッドには従来の研
磨パッドと比較してかなり脆い表面構造を有する。要す
るに、研磨パッドの面はランダムに配向した繊維から成
る粗く、脆いマットである。パッドは脆性であるため、
パッドは引張係数が比較的大きく、塑性変形は比較的僅
かである（ＩＣ−１０００又はＳｕｂａ−ＩＶのような
従来の非固定研磨剤研磨パッドと比較して）。その上、
複合研磨パッドは脆弱で、即ちパッド面は摩擦力を受け
ると砕ける傾向があり、例えば研磨又は状態調整の環境
でせん断力に曝される場合がそうである。研磨パッドの
脆弱性は研磨時に顕微鏡レベルで発生し得るに過ぎない
ことに注目すべきである、即ち、研磨時と状態調整時、
パッドからの脱落を視覚的に観察される必要はない。し
かし、研磨パッドの脆弱性は、パッドを剃刀の刃で軽く
殺ぎ落とした場合に観察できる筈である。
【００３８】パッドは脆性ではあるが、空隙と結合材料
は化学的／機械的研磨に適した圧縮性をパッドに付与す
ることができる。特に、印加された負荷のもとで空隙は
崩壊することが可能で、結合材料により繊維間に形成さ
れる結合を破断することなしにパッドを圧縮できるよう
にする。これによって研磨材料は圧縮時に弾性変形でき
るようになる。
【００３９】研磨パッド１００の特定の研磨特性は繊維
１０２と結合材料１０４の組成と硬度、繊維１０２の数
量、繊維１０２のサイズと形状、パッド中にある細孔の
サイズと形状及び製造工程によって決まる。フェノール
樹脂とセルロース繊維を伴う研磨パッドでは、結合材料
に対する繊維性材料の比は重量でおよそ１：１から２：
１、例えばおよそ１．５：１にすることができる。研磨
パッドの体積のおよそ半分は空隙１０６で占めることが
可能である。一般に、製造時に結合材料のキュアリング
を強化することは、パッドが一層脆性を増す原因になり
得るが、キュアリングを減少させるとパッドは脆性を軽
減させる可能性がある。一般に、少ない繊維を使用し、
繊維を低い密度でパッキングすると、研磨パッドの表面
摩擦が増し、研磨速度が増強されと考えられる。逆に、
繊維密度を一層高めてパッキングすると、研磨パッドの
表面摩擦が減少し、それ故、研磨速度が低下することに
なる。
【００４０】研磨パッドの表面摩擦を更に強化する必要
があるとき、ゴムのようなエラストマ、例えばラテック
スを小量結合材料に加えることができる。その結果、僅
かに「粘っこく」なり、表面摩擦が大きくなる研磨パッ
ドが得らる一方、研磨時又は状態調整時に基板から横方
向の力を受ける状況下では、パッドを十分脆く維持する
ことができる。他の添加剤には黒鉛を含めてパッドの密
度と研磨性を一層高め、カルシウム・セライト（例えば
珪藻土）を含めて繊維メッシュの多孔性を維持すること
ができる。添加剤は結合材料に溶解できるもの、あるい
は非溶解なものにすることができる。その上、ある添加
剤は結合材料中に分散させるよりは寧ろ繊維本体と一体
化することができる。
【００４１】パッド材料は脆く、砕けやすいため、繊維
１０２と結合剤１０４は容易に“脱落”する。即ち、横
方向の力を受け、研磨パッド１００の表面１０８の近傍
にある繊維と結合材料は研磨パッドの本体１１０から破
断する。しかし、パッドは圧縮性があるため、圧縮力の
もとで繊維はマトリックス中に残り、研磨パッドの本体
から引き裂かれることはない。例えば図３を参照する
が、研磨時に研磨パッド１００の面上を通過する基板１
０は下向きの力ＦＤと横方向の力ＦＬを発生させること
になる。弾性反撥領域が存在することもあるが、下向き
の力ＦＤは基板直下にある研磨パッドの領域を圧縮する
ことになる。他方、パッド材料はかなり脆いため、横方
向の力ＦＬは繊維１０２と結合材料１０４の断片１１２
を研磨パッドの本体から脱落させ、それによってパッド
の非常に薄い最上層をせん断させる傾向を示すことにな
る。この作用は個々の繊維が破断して起こるか、又は結
合材料の破断が起こりしたがって繊維全体がパッドから
無拘束な状態になっておこるか、あるいは繊維間の化学
的結合の破断から起こるかのいずれかである。しかし、
既に注目したように、研磨パッド面の破断は顕微鏡レベ
ルに限って発生し得ることで、したがってパッドからの
脱落を視覚的に観察出来る必要はない。
【００４２】パッド材料はかなり均質であり、等方性で
あり、繊維１０２が均一な密度で、しかもランダムな配
向でパッド内に分散しているため、研磨パッドはその最
上面磨耗の進行に沿い、均一な機械的特性を維持でき
る。従って、研磨パッドはその寿命期間に亘り均一な表
面摩擦を示す筈である。これで一枚のウエーハの研磨時
と、若干数ロットのウエーハに亘り研磨するときに一層
均一な研磨速度を提示できる。更に、研磨パッド材料は
脱落するため、パッドは自己刷新し、それによって状態
調整する必要を排除する可能性がある。その上、セルロ
ース繊維とフェノール樹脂結合材料で構成された研磨パ
ッドは熱的に安定しており、言い換えれば研磨パッドの
機械的特性が従来型パッドよりも広い温度範囲に亘り安
定していて、研磨性能に影響するほど変化しない。
【００４３】研磨パッド１００は自動車用クラッチおよ
びブレーキ・パッド・メーカなら一般的に知っている技
法を用いれば形成することができる。事実、従来の自動
車用クラッチ・パッド又はブレーキ・パッドは化学的／
機械的研磨への使用に適することがあり、それ故、従来
の体系に対し新たな用途を提供する。図４を参照する
が、繊維のマトリックスは長網抄紙機工程（Ｆｏｕｒｄ
ｒｉｎｉｅｒ ｐｒｏｓｅｓｓ）に類似する工程を用い
て形成される。先ず、繊維を用意する（ステップ６
０）。セルロース繊維はリネン、綿、木材等を機械的に
パルプ化することで形成することができる。アラミド繊
維はニュージャージ州、Ｎｅｗａｒｋに所在するＤｕｐ
ｏｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから調達できる。繊維
は結合材料溶液のような液体、例えばフェノールと結合
材料が溶解できる液体、例えばアルコールに混合し、液
体パルプを形成する（ステップ６２）。次いで、液体パ
ルプはスクリーン又は連続ベルト上に堆積させる（ステ
ップ６４）。液体が乾燥して干上がるにつれて、溶液が
蒸発し、結合材がキュアリングされるか、固まって比較
的脆い樹脂状結合材料、例えばフェノール樹脂が形成さ
れる（ステップ６６）。次いで、その材料を加圧して更
に液体を除去し、繊維間に弱い化学的結合を形成する
（ステップ６８）。
【００４４】図５に示すように、研磨パッド１００’の
表面は基板表面に係合する前、および／又は、基板表面
に係合する間に構造形成ができる。特に、研磨パッドの
最上面１０８’に溝又は鑽孔穴１４０を形成できる。一
つの実施にあって、溝１４０は深さが約０．０２イン
チ、幅が約０．１０インチ、ピッチが約０．２５インチ
の同心円である。しかし、スラリが繊維メッシュ中の細
孔１０８中にトラップされ、研磨パッドによって移送で
きるため、溝と鑽孔穴は必要ない場合がある。
【００４５】図６に示すように、ＣＭＰ装置１０の各研
磨テーションには研磨パッド１００の表面上方に突き出
す複合スラリ／リンス・アーム４０を含めることができ
る。スラリ／リンス・アーム４０には研磨パッドの表面
にスラリ３２を供給するためスラリ搬送システムに接続
した一本以上のスラリ供給チューブ４２を含めることが
できる。定型的に、研磨パッド全体を湿潤させるため十
分なスラリが供給される。スラリ／リンス・アーム４０
には洗浄流体、例えば脱イオン水の高圧噴流を形成する
ため数本のスプレー・ノズル４４も含まれる。洗浄流体
の噴流は各研磨サイクルの最終部で研磨パッドを高圧リ
ンスし、使用したスラリと研磨屑を研磨パッドから除去
する。スラリ／リンス・アーム４０には研磨パッドに向
けて空気の高圧噴流を注ぐ数本の空気ノズル４６も含め
ることができる。これらの高圧噴流は研磨パッドから清
浄流体を排除浄化し、後続して行われる研磨サイクルの
期間にスラリの希釈を防止する。代わって、スプレイ・
ノズル４４は清浄流体源と、加圧空気源の双方に接続
し、研磨パッドの噴射リンスと空気による排除浄化を
し、あるいは真空源に接続し、研磨パッドから清浄流体
を吸引することができる。
【００４６】図７Ａ、図７Ｂに示すように、ＣＭＰ装置
１０の各ステーションには状態調整装置５０を含めるこ
とができる。各パッド状態調整装置５０は独立して回転
する状態調整ヘッド５４を保持する振動アーム５２を有
する。全体が本明細書に引用されて援用される本出願書
の受託者に譲渡され、１９９８年３月３１日に提出され
た係属中の米国特許出願書連番第０９／０５２，７９８
号に類似する状態調整装置が解説されている。必要に応
じ、状態調整装置は研磨パッドが均一な研磨をするよ
う、研磨パッドの状態を維持する。状態調整は研磨パッ
ドの初期の馴らしに必要とされることもある。円形シー
トの研磨パッド材料５６は状態調整ヘッドの下側に固定
してもよい。運転時、状態調整ヘッド５４が回転し、ア
ーム５２は振り子運動をしつつ状態調整材料５６を研磨
パッド１００に押し付けながら研磨パッド１００を横切
って掃引する。従って、高価なダイヤモンド・ディスク
よりは寧ろ、研磨をするものと同じ材料が研磨パッドの
状態調整に使用できる。一般に、脆性研磨パッドの状態
調整は研磨装置における他の装置によって実行可能でで
ある。例えば、スラリ移送のために溝を下側に形成した
保持リングがキャリヤ・ヘッドに含まれているとき、溝
の鋭利な端部が研磨パッドの状態調整の作用をして研磨
速度を改善する作用をすることが可能である。
【００４７】一実験において、樹脂中にある紙又はアラ
ミド繊維で構成される“淡褐色”繊維性材料はインディ
アナ州、クレイフォーズビル（Ｃｒａｙｆｏｒｄｓｖｉ
ｌｌｅ）に所在するＲａｙｂｅｓｔｏｓ Ｃｏｒｐ．か
ら調達した。その材料は厚さが約０．０４インチ、直径
２０インチのパッドに切断加工し、両面に接着剤を使用
してＭｉｒｒａ(R)研磨機のプラテンに固定した。その
パッドに溝は形成されていなかった。パッドは研磨に先
駆けて高圧水でリンスし、良好な湿潤性を示した。パタ
ーン形成した一枚のウエーハの研磨はＴｉｔａｎ Ｈｅ
ａｄ(商標名)ウエーハ・キャリヤ上にＲｏｄｅｌ ＳＳ
−１２スラリを適用し、２ｐｓｉの基板圧で行われた。
プラテン回転速度は９３ｒｍｐ、キャリヤ・ヘッド回転
速度は８７ｒｍｐであった。状態調整は行われなかっ
た。研磨パッドは従来のＩＣ−１０００／Ｓｕｂａ−Ｉ
Ｖパッド・スタックを用いた場合よりも優れた平坦性
（ウエーハ領域内非均一性）をもって基板を上首尾で研
磨した。
【００４８】別な実験においては、一連の基板が上述し
た条件の下で研磨された。その基板には熱酸化物層を有
する“ブランク”・ウエーハとパターン形成したウエー
ハの双方が含まれていた。パターン形成したウエーハの
研磨前、研磨速度が約２００〜３００Å／分であったの
に対し、パターン形成したウエーハの研磨後、研磨速度
は約６００〜６５０Å／分まで上昇し、研磨が行われた
１４０分の期間を通じ比較的一定であった。特定の理論
に制約されずに言えば、パターン形成したウエーハでは
研磨パッド１００の最上面がすり減らされて研磨速度が
改善された可能性がある。研磨パッドの表面温度は約８
５゜Ｆで一定であった。パッドからの水の空気による排
除と、溝加工した保持リング及び類似材料パッドによる
状態調整を、上述したように実行することによって研磨
速度が約１２００Å／分まで上昇した。
【００４９】前文における実験に用いた研磨パッド材料
の写真をそれぞれ４０倍と２００倍の倍率で図８Ａと図
８Ｂに示す。二、三の従来型研磨パッドに対する上記実
験に採用した研磨パッド材料サンプルの物理的特性の比
較を下表に示す。
【００５０】通常、材料は、それが殆ど伸びを提示しな
いとき（従来の研磨パッド材料との比較で）、例えば破
断前の弾性変形又は可塑変形が５％以下であれば脆性で
あると考えてもよい。例えば、研磨パッドには約３％未
満、約２％未満、あるいは約１％未満の破断前伸び率を
もたせることができる。研磨パッド１００は１０5ｐｓ
ｉを超過する、例えば２ｘ１０5ｐｓｉを超過する、あ
るいは３ｘ１０5ｐｓｉを超過する引張係数と、５ｘ１
０4ｐｓｉを超過する、例えば１０5ｐｓｉを超過する曲
げ弾性率をもたせることができる。引張り破壊点、即ち
材料が破断する力又は圧力が、降伏点から、即ち材料が
変形を始める力又は圧力から示差的に異なることがなけ
れば、例えば５％未満であれば、材料は脆性であるとい
う別な指摘がある。それ故、研磨パッドは引張り破壊点
と事実上同一な降伏点を備えるべきである。降伏点と伸
張点との差は５％未満、例えば１％未満にすることがで
きる。伸び率、降伏点、引張り破壊点及び引張係数のテ
ストはＡＳＴＭ Ｄ６３８テストに従い実行してもよ
く、曲げ弾性率のテストはＡＳＴＭ Ｄ７９０テストに
従い行うことができる。
【００５１】脆性研磨パッド１００は銅のような金属、
酸化珪素のような誘電体（酸化物と窒化物を含む）及び
珪素のような半導体の研磨に使用することができる。Ｃ
ＭＰ装置１０のマルチ・プラテン構造は脆性研磨パッド
１００を使用し広範囲に亘る各種の研磨工程を実行でき
るようにする。代表的な実施にあって、基板は最初の二
研磨ステーションでは脆性研磨パッドで研磨し、次い
で、最終の研磨ステーションでは従来の柔軟研磨パッド
でバフ磨きをしてもよい。代わって、第一プラテンでの
脆性研磨パッドに第二プラテンに配した従来の標準型研
磨パッド又は固定研磨剤研磨パッドを後続させてもよ
く、あるいは第一プラテンに設けた従来の標準型研磨パ
ッド又は固定研磨剤研磨パッドに第二プラテンに配した
脆性研磨パッドを後続させることもできる。
【００５２】本発明のいくつかの実施例について解説し
てきた。にもかかわらず、本発明の精神と範囲から逸脱
することなく、様々な変更がをなし得ることが理解され
よう。従って、以下の請求項の範囲には他の実施例が存
在する。
【図面の簡単な説明】
【図１】化学的／機械的研磨装置の部分分解概略斜視図
である。
【図２】本発明の研磨パッドの概略断面図である。
【図３】図２の研磨パッドで研磨している基板を示す概
略断面図である。
【図４】図１の研磨パッドを製造する方法を示すフロー
チャートである。
【図５】溝を備えた研磨パッドの概略上面図である。
【図６】研磨パッド上に伸びて研磨をするスラリ／リン
ス・アームの概略側面図である。
【図７Ａ】状態調整装置を含む研磨装置の概略上面図で
ある。
【図７Ｂ】図７Ａに記載の状態調整装置の側面図であ
る。
【図８Ａ】研磨パッドの表面構造を４０倍の倍率で示す
写真である。
【図８Ｂ】研磨パッドの表面構造を２００倍の倍率で示
す写真である。
【符号の説明】
１０：研磨装置 １４：研磨ステーション １６：基板
搬送ステーション ２０：キャリヤ・ヘッド ２２：プ
ラテン ３０：基板 ３２：スラリ ４０：スラリ／リ
ンス・アーム ４２：スラリ供給チューブ ４４：スプ
レー・ノズル ４６：空気ノズル ５０：状態調整装置 ５２：振動アーム ５４：状態調
整ヘッド ５６：研磨パッド材料 １００：研磨パッド １０２：
繊維 １０４：結合材料１０６：細孔 １０８：粗面
１２０：両面接着テープ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 AA19 CA01 CB10 DA12

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 化学的／機械的研磨をする方法であっ
    て、 繊維から成るメッシュと、前記繊維を前記メッシュに保
    持し前記繊維間に合着して前記メッシュの前記繊維間に
    ある隙間に細孔を残す結合剤とを含み、前記繊維と前記
    結合剤によって脆性構造が与えられる材料に、基板を接
    触させるステップと、 前記基板と前記材料との間のインタフェースに研磨スラ
    リを供給するステップと；前記基板と前記材料との間に
    相対運動を発生させるステップとを含む、方法。
  2. 【請求項２】 前記繊維と結合剤で形成する前記材料が
    約１０5ｐｓｉより大きな引張係数を有する請求項１に
    記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記引張係数が約３ｘ１０5ｐｓｉより
    大きい請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記繊維と結合剤で形成する前記材料が
    破断前に約５％未満伸びる請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記研磨材料が破断前に約２％未満伸び
    る請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記材料が破断前に約１％未満伸びる請
    求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記材料が圧縮時に弾性変形する請求項
    １に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記繊維がセルロースを含む請求項１に
    記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記繊維がリネン、綿又は木材から形成
    される請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記繊維がポリアミドを含む請求項１
    に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記繊維がアラミド(Aramid)から形成
    される請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記結合剤が樹脂を含む請求項１に記
    載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記樹脂がフェノール樹脂を含む請求
    項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記材料中の結合剤に対する繊維の比
    が重量で約１：１から２：１である請求項１に記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 前記細孔が前記材料の体積の約半分を
    占有する請求項１に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記繊維が前記材料内部に実質上ラン
    ダムに配向される請求項１に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記材料が以下、即ち黒鉛、カルシウ
    ム・セライト及びエラストマの内の一つ以上を含む請求
    項１に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 化学的／機械的研磨をする方法であっ
    て：半導体ウエーハを自動車用ブレーキ・パッド又はク
    ラッチ・パッドに接触させるステップと；前記ウエーハ
    と前記パッドとの間のインタフェースに研磨スラリを供
    給するステップと；前記ウエーハと前記パッドとの間に
    相対運動を発生させるステップとを含む方法。
  19. 【請求項１９】 基板を化学的／機械的に研磨する製品
    であって：繊維から成るメッシュと、前記繊維を前記メ
    ッシュに保持し、前記繊維間に合着して前記メッシュの
    前記繊維間の隙間に細孔を残す結合材料とを有する研磨
    材料層と、 基板に接触し研磨する研磨面とを含み、前記繊維と結合
    材料が前記研磨材料に脆性構造を与える、製品。
  20. 【請求項２０】 基板を研磨する物品であって：繊維か
    ら成るメッシュと、前記繊維を前記メッシュに保持し、
    前記繊維の周囲に合着して前記繊維メッシュにある隙間
    に細孔を残す結合材料とを有する研磨材料層と、 基板に接触し研磨する研磨面とを含み、 少なくとも前記結合材料が十分に脆性であり、基板と前
    記研磨面との間の相対運動によって発生する横方向の力
    が前記面において前記繊維と前記結合材料の断片を前記
    研磨材料層から脱落させる傾向を持つ、物品。
  21. 【請求項２１】 基板を研磨する物品であって：セルロ
    ース繊維から成るメッシュと、前記繊維を前記メッシュ
    に保持し、前記繊維の周囲に合着して前記繊維メッシュ
    にある隙間に細孔を残すフェノール樹脂とを有する研磨
    材料層と、 基板に接触し研磨する研磨面とを含む、物品。
  22. 【請求項２２】 化学的／機械的研磨装置であって：基
    板を保持するキャリヤ・ヘッドと、 繊維から成るメッシュと、前記繊維を前記メッシュに保
    持し、前記繊維間に合着して前記メッシュの前記繊維間
    の隙間に細孔を残す結合材料とを含み、前記繊維と結合
    材料によって脆性構造が与えられる研磨パッドと、 前記研磨パッドに研磨スラリを分配するスラリ供給ポー
    トとを含む装置。
  23. 【請求項２３】 更に、回転可能なプラテンを含み、前
    記研磨パッドが前記プラテンの表面に固定されている、
    請求項２２に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 更に、前記研磨パッド上に清浄溶液を
    噴霧し、前記研磨パッドからスラリを除去するための複
    数のノズルを含む請求項２２に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 更に、前記研磨パッド上に空気の噴流
    を注ぎ、前記研磨パッドから前記清浄溶液を除去するた
    めの複数のノズルを含む請求項２４に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 研磨材料を形成する方法であって：液
    体結合材料を繊維に混合してパルプを形成するステップ
    と；前記パルスを乾燥して前記結合材料をキュアリング
    させ、前記結合材料によって保持される繊維メッシュを
    含む複合材料を作製するステップとを含み、前記結合材
    料が前記繊維間に合着して前記メッシュの前記繊維間の
    隙間に細孔を残し、前記複合材料が相対的に脆性であ
    る、方法。
  27. 【請求項２７】 更に、前記パルプを圧縮して前記研磨
    材料から液体を除去するステップを含む請求項２６に記
    載の方法。
  28. 【請求項２８】 更に、前記パルプを移動スクリーン上
    に堆積するステップを含む請求項２６に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 化学的／機械的研磨装置であって：第
    一片の研磨材料と、 前記第一片の前記研磨材料の表面に接触している基板を
    保持するキャリヤと、 前記第一片の研磨材料の前記表面に移動して接触できる
    第二片の前記研磨材料を有する状態調整装置とを含む装
    置。
  30. 【請求項３０】 更に、前記第一片の研磨材料の表面に
    研磨スラリを供給するスラリ分配ポートを含む請求項２
    ９に記載の装置。
  31. 【請求項３１】 更に、前記第一片の研磨材料と前記基
    板との間に相対運動を発生させる手段を含む請求項２９
    に記載の装置。
  32. 【請求項３２】 前記状態調整装置が前記第二片の研磨
    期間を取り付ける回転自在状態調整ヘッドを備える構成
    である請求項２９に記載の装置。
  33. 【請求項３３】 前記状態調整装置が前記第一片の研磨
    材料を横切って前記状態調整ヘッドを横に移動させるア
    ームを含む構成である請求項３２に記載の装置。
  34. 【請求項３４】 化学的／機械的な研磨をする方法であ
    って：研磨材料を含む第一研磨面に基板を接触させるス
    テップと；前記基板と前記研磨面との間に相対運動を発
    生させるステップと；前記研磨面と同じ材料で前記研磨
    面を状態調整するステップとを含む方法。
  35. 【請求項３５】 化学的／機械的な研磨をする方法であ
    って：内部に複数の細孔を有する研磨パッドにスラリを
    供給するステップと；前記研磨パッドの研磨面に基板を
    接触させるステップと；前記基板と前記研磨面との間に
    相対運動を発生させるステップと；清浄液体の噴霧を前
    記パッド上に注いで前記細孔からスラリを除去するステ
    ップと；ガスの噴流を前記研磨パッド上に注いで前記清
    浄液体を前記パッドから除去するステップとを含む方
    法。
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