JP2004510337A - 光学センサ内蔵の研磨パッド - Google Patents

Abstract

光源（３５）および検出器（３６）を含む光学センサ（２５）は、研磨される表面（４）に対向するようにして、研磨パッド（３）の穴内に配置されている。光源（３５）からの光は研磨される表面（４）で反射され、反射光は検出器（３６）で検出される。検出器（３６）で生成された電気信号は、研磨パッド（３）の中心穴（２３）内に配置されたハブ（１０）に伝送される。使い捨てできる研磨パッド（３）は、電気的および機械的の両方でハブ（１０）に取り外し可能に接続される。ハブ（１０）は、光学センサ（２５）への給電および非回転ステーション（９）への電気信号の送信に関係する電子回路を含んでいる。装置は、研磨機が稼動中においても、研磨される表面の光学特性の監視を継続することができ、研磨工程の終了時点を決定することができる。

Description

【０００１】
本出願は、２０００年９月２９日に出願された米国仮出願６０／２３６，５７５に基づく優先権主張を伴う。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、半導体ウェーハ処理の分野に関し、より詳しくは、化学機械研磨に使用する使い捨て可能な研磨パッドに関する。研磨パッドは、研磨作業が行なわれている間に研磨される表面の状態を監視する光学センサを含んでおり、これにより作業の終了時点を決定することができる。
【０００３】
（背景技術）
１９９９年４月１３日に発行された米国特許Ｎｏ．５，８９３，７９６および２０００年４月４日に発行された継続特許Ｎｏ．６，０４５，４３９において、Ｂｉｒａｎｇ等は研磨パッドに組み込まれた窓の幾つかの設計を開示する。研磨されるウェーハは研磨パッド上にあり、研磨パッドは硬いプラテン上に載っている。これにより、研磨はウェーハの下面で起こる。その表面は、研磨プロセスの際に、硬いプラテンの下に配置された干渉計によって監視される。干渉計はレーザビームを上方に向けており、それをウェーハの表面に到達させるためには、レーザビームがプラテンの穴を通過して、さらに研磨パッドを通過して上方に進まなければならない。プラテンの穴の上にスラリが蓄積するのを防止するため、研磨パッドには窓が設けられている。窓がどのように形成されるかにかかわらず、干渉計センサがプラテンの下に常に配置されていて、研磨パッド内には配置されていないことは明らかである。
【０００４】
１９９９年９月７日に発行されたＴａｎｇの米国特許Ｎｏ．５，９４９，９２７では、研磨プロセス中に研磨面を監視する幾つかの技術が開示されている。１つの実施形態において、Ｔａｎｇは、研磨パッド内に埋設されたファイバーオプティックリボンについて言及する。このリボンは、単に、光の導線に過ぎない。光源およびセンシングを行なう検出器は、パッドの外部に配置されている。Ｔａｎｇは、研磨パッドの内部に光源および検出器が含まれることをどこにも提案していない。Ｔａｎｇの実施形態の幾つかでは、回転構成要素から静止構成要素に光ファイバ内の光を伝導するために、ファイバーオプティック分断器（ｄｅｃｏｕｐｌｅｒｓ）が用いられている。他の実施形態では、光信号が回転構成要素上で検出され、その結果としての電気信号が電気スリップリング（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｌｉｐ ｒｉｎｇｓ）を介して静止構成要素に伝達される。Ｔａｎｇの特許には、無線、音波、変調光ビーム、または、電磁誘導によって電気信号を静止構成要素に伝達することの提案は全くない。
【０００５】
他の光学的終了時点検知装置において、１９９２年１月２１日に発行されたＳｃｈｕｌｔｚの米国特許Ｎｏ．５，０８１，７９６では、部分的研磨の後に、ウェーハの一部がプラテンの縁部からはみ出る位置にウェーハを移動させる方法が開示されている。ウェーハはこのはみ出た部分について干渉計によって測定され、研磨プロセスを継続すべきかどうかが決定される。
【０００６】
研磨パッド内にセンサを搭載した先行する試行では、研磨パッドに穴が形成されており、光学センサがその穴内の所定位置に接着剤によって接着されていた。しかしながら、その後のテストでは、接着剤の使用は、反応性の化学薬品を含む研磨スラリが光学センサに入り込んだり研磨パッドを通って支持テーブルまで浸透するのを防止するうえで、信頼できるものではないことが明らかになった。
【０００７】
（発明の開示）
（発明が解決しようとする技術的課題）
結果として、研磨プロセスの際に研磨面を監視するための幾つかの技術がその分野において公知になっているが、完全に満足のいく技術はない。Ｔａｎｇによって開示される光ファイバの束は高価でかつ壊れ易く、Ｂｉｒａｎｇ等によって用いられるようなプラテンの下に配置された干渉計の使用は、研磨パッドを支持するプラテンを貫通する穴を形成する必要がある。したがって、本発明は、特定の構成要素の小型化における最近の進歩を利用して、経済的で丈夫な監視装置を案出することを企図するものである。
【０００８】
（その解決方法）
以下に説明する使い捨て可能な研磨パッドは、発泡ウレタンで構成される。研磨パッドは、研磨されるウェーハ表面の光学特性を監視するための光学センサを含んでいる。光学センサから得られる即時のデータは、オフラインテストのためにウェーハを解放することなく、作業の終了時点を決定することを可能にする。このことは、研磨プロセスの効率を大きく向上させる。
【０００９】
研磨されるウェーハは、異なる材料の複数層を含む複合構造物である。一般に、下にある層との界面に到達するまで最外層が研磨される。その時点で、研磨作業の終了時点に到達したと言われる。研磨パッドとそれに付加された光学系および電子回路（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）は、金属から酸化物または他の材料への変化と同様に酸化物層からシリコン層への変化を検出することができる。
【００１０】
説明される研磨パッドは、パッド内に光学センサおよび他の構成要素を埋設することによって従来の研磨パッドを改良することを含む。改良されていない研磨パッドは、商業的に広く利用可能であり、ニュージャージ州のニューアークにあるＲｏｄｅｌ社製のモデルＩＣ１０００が典型的な改良されていないパッドである。Ｔｈｏｍａｓ Ｗｅｓｔ社製のパッドもまた使用されている。
【００１１】
光学センサは、研磨される表面の光学特性を検知する。一般に、その表面の光学特性は反射率である。しかし、偏光、吸収率、フォトルミネセンスなどのその表面の他の光学特性もまた検知可能である。これらの種々の特性を検知する技術は、光学分野において良く知られており、一般に、それらのほとんどが光学装置に偏光プリズムまたは分光フィルタを付加するものである。この理由から、以下の説明においては、一般的な用語である「光学特性」を使用する。
【００１２】
光学系のほかに、使い捨て可能な研磨パッドは、研磨パッド内の光学センサに給電する装置を提供する。
【００１３】
また、使い捨て可能な研磨パッドは、回転する研磨パッドから隣接する非回転の受信器に光学特性を表す電気信号を伝送するために使用される電力を供給する装置も提供する。パッドは、電力および信号処理回路を含む使い捨てではないハブに取り外し可能に接続できる。
【００１４】
光源および検出器を含む光学センサは、研磨される表面に対向するようにパッドの盲穴（ｂｌｉｎｄ ｈｏｌｅ）内に配置されている。光源からの光は研磨される表面で反射され、検出器は反射光を検出する。検出器は、反射されてきた光の強度に関する電子信号を生成する。
【００１５】
検出器によって生成された電子信号は、研磨パッドの層間に隠された薄い導線によって検出器の位置から研磨パッドの中心穴に径方向内側へ伝送される。
【００１６】
使い捨て可能な研磨パッドは、研磨パッドと共に回転するハブに対して、機械的および電気的の両方で、取り外し可能に接続される。ハブは、光学センサに給電すること、および、検出器により生成された電気信号を装置の非回転部に伝送することに関わる電子回路を含む。これらの電子回路の費用のために、ハブは使い捨てにすることは考えられない。使用によって研磨パッドが磨耗しきった後、研磨パッドは光学センサおよび薄い導線と共に廃棄される。
【００１７】
ハブ内の電子回路および光学センサの光源を作動させる電力は、幾つかの技術によって提供されてもよい。１つの実施形態では、トランスの二次コイルが回転ハブ内で誘導し、一次コイルは研磨機の隣接する非回転部に配置されている。他の実施形態では、ソーラセルまたは光起電性アレイが回転ハブ上に搭載されて、機械の非回転部に搭載された光源によって照明される。別の実施形態では、電力はハブ内に配置されたバッテリから供給される。さらに別の実施形態では、回転研磨パッド内または回転ハブ内の電気導線は、研磨機の隣接する非回転部に搭載された永久磁石の磁界を通過し、発電機を構成する。
【００１８】
研磨される表面の光学特性を表す電気信号は、幾つかの技術のいずれかによって回転ハブから研磨機の隣接する静止部に伝送される。１つの実施形態では、伝送される電気信号は、隣接する非回転構造物上に配置された検出器によって受け取られる光ビームを周波数変調するために使用される。他の実施形態では、信号は無線リンクまたは音波リンクによって伝送される。さらに別の実施形態では、信号は、回転ハブのトランスの一次コイルに適用され、研磨機の隣接する非回転部に配置されたトランスの二次コイルによって受信される。このトランスは、ハブに電力を供給するのに使用されるのと同じトランスであってもよいし、別のトランスであってもよい。
【００１９】
センサの上部とウェーハの下面との間には存立できる光学パスがなければならない。しかし、空隙は、研磨スラリによってすぐに満たされてしまって光学媒体として機能することができなくなるので、容認できない。また、空隙は、同質で均一な弾性のある研磨パッドに大きな機械的な切れ目を与えることになる。さらに、光学センサの構成要素は、ウェーハ表面の傷つきを避けるために、研磨されることになるウェーハと機械的に直接接触してはいけない。
【００２０】
この問題を解決するため、光学センサは、以下に詳細に説明される技術を用いた研磨パッド内に埋設されている。これらの技術は、上述したような不都合を解消するのに成功している。
【００２１】
（発明を実施するための最良の形態）
図１は、研磨パッド３に切り込まれた光学穴２を有する化学機械装置１の上面図である。ウェーハ４（あるいは、平面化（ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）または研磨を必要とする他の加工物）は、研磨ヘッド５によって保持され、並進アーム６から研磨パッド３の上に吊り下げられている。他の装置では、幾つかのウェーハを保持した幾つかの研磨ヘッドを用いてもよいし、研磨パッドの両側（すなわち左右）に並進アームを分けてもよい。
【００２２】
研磨プロセスに使用されるスラリは、スラリ注入管７を介して研磨パッドの表面上に注入される。吊り下げアーム８は、エレクトロニクスアセンブリハブ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｈｕｂ）１０の上に吊り下がった非回転ハブ９に接続している。エレクトロニクスアセンブリハブ１０は、ツイストロック（ｔｗｉｓｔ ｌｏｃｋ）、回り止め、スナップリング、ネジ、ネジ切り部材または他の着脱可能な連結機構によって、研磨パッド３に着脱可能に取り付けられている。ハブ１０は、ハブが付随するパッド内に配置される導電アセンブリ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｙ）に取り付けられている。導電アセンブリは、可撓性回路またはリボンケーブルとして知られるように、薄い導電性のリボン１１に取り付けられた１つまたは複数の接点であってもよい。リボン１１は、光学穴２内に配置され、かつ、パッド３内に埋設された光学感知機構をエレクトロニクスハブ１０内の電子回路に電気的に接続する。リボン１１は、個々の配線または薄いケーブルを備えてもよい。
【００２３】
窓（ｗｉｎｄｏｗ）は、矢印１２方向にプロセス駆動テーブルすなわちプラテン１８上でそれ自体が回転する研磨パッドと共に回転する。研磨ヘッドは、矢印１４方向にそれぞれのスピンドル１３を中心に回転する。研磨ヘッド自体は、矢印１６で示すように、移動スピンドル１５によって研磨パッドの表面上で前後に移動する。これにより、光学窓２は研磨ヘッドの下を通過する一方、研磨ヘッドは回転するとともに移動して、研磨ヘッド／プラテンアセンブリの各回転によって複合的なパスを描く（ｓｗｉｐｉｎｇ）。
【００２４】
光学穴２および導電アセンブリ（図１０参照）は、パッドが回転するとき、同じ半径線１７上に常にとどまる。しかし、半径線は、パッド３がハブ９を中心に回転するとき、円形パス上で移動する。なお、導電リボン１１は、半径線１７に沿って存在し、かつ、それと共に移動する。
【００２５】
図２に示すように、研磨パッド３は、円形状を有するとともに、中心円形穴２３を有する。研磨パッドにはブライド穴２４が形成され、その穴は研磨されることになる表面に対向するように上方に開放される。盲穴２４内には光学センサ２５が配置され、光学センサ２５から中心穴２３に延びる導電リボン１１が研磨パッド３内部に埋設されている。
【００２６】
研磨パッド３が使用されようとするとき、エレクトロニクスハブは、中心穴２３内に上から挿入され、研磨パッド３の下にあるベース２６をハブ１０のネジ切り部分にねじ込むことによってそこに固定される。これにより、図５に示すように、研磨パッド３は、ハブの部分とベースの部分との間に挟まれる。研磨プロセスの際、研磨パッド３、ハブ１０およびベース２６は中心垂直軸２８を中心に一緒に回転する。
【００２７】
研磨機の非回転ハブ９は、ハブ１０の上方近傍に位置する。非回転ハブ９は、作業の際には吊り下げアーム８に固定されている。
【００２８】
図３は、光学センサ２５を詳細に示す。光学センサ２５は、光源３５、検出器３６、（プリズム、鏡、または、他の反射光学要素であってもよい）反射面３７、および、導電リボン１１を含む。導電リボン１１は、光源３５に給電するとともに検出器３６の電気出力信号を中心穴２３に伝えるための、ほぼ平行に重ね合わされた幾つかの導線を含む。好ましくは、光源３５および検出器３６は調和した（ｍａｔｃｈｅｄ）対をなしている。一般に、光源３５は発光ダイオードであり、検出器３６はフォトダイオードである。光源３５から発せられる光ビームの中心軸は、最初は水平に向いているが、反射面３７に達することによって光は、研磨される表面に当たって反射されるように上方へ向きを変えられる。反射光もまた反射面３７によって向きを変えられて検出器３６に至り、これにより検出器３６は入射した光の強度に関する電気信号を生成する。図３に示される配置は、センサの高さを最小限にするために選択されたものである。反射面３７は省略されてもよく、代わりに、図４の側面図に示す配置を採用してもよい。
【００２９】
光学部品および導電リボン１１の端部は、図２の盲穴２４内にぴったりと納まる大きさの薄いディスク３８の形態にカプセル化されている。なお、図３，４の構成において、検出器３６に到達する非反射光の量を減少させるためにバッフル（ｂａｆｆｌｅｓ）が使用されてもよい。導電リボン１１には、３つの導線、すなわち、電力導線３９、信号導線４０、１つ以上の帰路または接地導線４１が含まれる。
【００３０】
図５は、誘導カプラ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｅｒ）を用いたエレクトロニクスハブを図示する。電力導線３９は、研磨パッド３の中心穴２３の近傍にある電力プラグ４８で終わっており、信号導線４０も同様に信号プラグ４９で終わっている。ハブ１０が中心穴２３に挿入されるとき、電力プラグ４８は電力ジャック５０と電気接触し、信号プラグ４９は信号ジャック５１と電気接触する。Ｏ−リングシール５２は、研磨プロセスで使用される液体がプラグおよびジャックに達するのを防止する。リングシール５３は、ハブ内の電子回路が汚れない状態に維持されるようにベース２６内に設けられている。
【００３１】
検出器によって生成される光学特性（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）に関する電気信号は、導線５４を介して信号ジャック５１から信号処理回路５５に伝送される。信号処理回路５５は、前記電気信号に応じて光学特性を表す処理信号を導線５６上に生成する。そして、導線５６上の処理信号は、トランスミッタ５７に送られる。
【００３２】
回転ハブ１０から非回転ハブ９へ信号が通るプロセスは、誘電結合（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）またはＲＦ結合と呼ばれる。全体のアセンブリを誘電結合またはＲＦ結合と呼ぶこともできる。
【００３３】
トランスミッタ５７は、前記処理信号に対応する変化磁界（ｖａｒｙｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）５９を生成するトランスの一次コイル５８に時間変化電流（ｔｉｍｅ−ｖａｒｙｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ）を流す。磁界５９は、ハブ１０の上部を通って上方に延びるが、研磨機の隣接する非回転部分９または他の非回転物に配置されるトランスの二次コイル６０によって遮断される。変化磁界５９は、光学特性に対応する信号を端子６２上に生成する受信器６１に適用される電流を二次コイル６０に誘導する。そして、この信号は、研磨作業の進捗状況を監視したり、あるいは、研磨工程が終了時点に達したかどうかを決定する目的で、外部回路で使用可能になる。
【００３４】
研磨機の隣接する非回転部分９から回転ハブ１０に電力を伝えるために同様の技術を用いることができる。非回転部分９にある主電源６３は、トランスの一次コイル６４に電流を流す。一次コイル６４は磁界６５を生成する。磁界６５は、ハブ１０の上部を通って下方に延びて、二次コイル６６によって遮断される。二次コイル６６においては、変化磁界が電力受信回路６７に適用される電流を誘導する。電力受信回路６７は、導線６８を介して電力ジャック５０に電力を供給する。そして、電力は電力ジャック５０から電力プラグ４８および電力導線３９を介して光源に送られる。電力受信部６７はまた、導線６９を介して信号処理回路５５に給電するとともに、導線７０を介してトランスミッタ５７に給電する。このようにして、ＬＥＤを作動させる電力を誘電結合によって供給することができる。
【００３５】
コイル５８はコイル６６と同じものであり、コイル６０はコイル６４と同じものであるが、異なるコイルであってもよい。重ね合わされた電力および信号の成分は、異なる周波数帯であって、フィルタにかけること（ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）によって分けられる。
【００３６】
図６ないし８は、研磨機の回転ハブ１０から非回転ハブ９に信号を伝えるために、および、非回転部分９から回転ハブ１０に電力を伝えるために用いられる別の技術を示す。
【００３７】
図６は、トランスミッタ５７が、光学特性を表す処理信号に対応する周波数変調電流（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）を発光ダイオードまたはレーザダイオード７６に流す変調器７５を含むことを示す。発光ダイオード７６が放射する光波７７は、レンズ７８によってフォトダイオード検出器７９上で焦点を合わされる。検出器７９は、光学特性に対応する電気信号を端子６２上に生成するために受信器８０において復調される電気信号に前記光波７７を変換する。
【００３８】
電力の主たる供給源はバッテリ８１である。バッテリ８１は電力分配回路８２に電力を供給し、電力分配回路８２は電力ジャック５０、信号処理回路５５およびトランスミッタ回路５７に電力を分配する。図７において、トランスミッタ５７は、ハブ９の上部を通って無線波８８を伝送するアンテナ８７を有する無線トランスミッタである。無線波８８はアンテナ８９によって傍受され、光学特性に対応する電気信号を端子６２上に生成するために受信器９０によって復調される。
【００３９】
電力は非回転部分９内に配置された永久磁石９１からなるマグネトと、インダクタ９２とにより発生され、インダクタ９２は永久磁石９１の磁界中で回転するときに電流を誘導する。誘導された電流は、電力回路９３によって整流されて濾過された後、電流分配回路９４によって分配される。
【００４０】
図８において、送信器５７は、音波１０２を生成するスピーカを駆動する電力増幅器１００をさらに含む。音波１０２は、研磨機の非回転部分９内に配置されたマイクロホン１０３によって拾われる。マイクロホン１０３は、受信器１０４に送られる電気信号を生成する。受信器１０４は、光学特性に対応する電気信号を端子６２上に生成する。
【００４１】
電力は、非回転部分９内に配置された光源１０７によってソーラパネル１０５に照射される光１０６に応じてソーラセルまたはソーラパネル１０５によって回転ハブ９内で発生する。ソーラパネル１０５の電気出力は、必要であれば、変換器１０８によって適当な電圧に変換されて、電力分配回路９４に供給される。
【００４２】
図９ないし１６は、ハブ挿入アセンブリおよび光学電気（ｏｐｒｉｃａｌ−ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）挿入アセンブリ２５を示す。これらはまた、（エレクトロニクスハブを着脱可能に取る付けるための）スナップリングと光学電気アセンブリを研磨パッド内に密閉する方法を開示する。これらの図に示される研磨パッド３は、例えばロデル社（Ｒｏｄｅｌ Ｃｏ．）製のＩＣ１０００モデルのように、産業界において利用可能な一般的な研磨パッドである。そのモデルは、０．００７インチ厚の接着剤層によって対向して接着された２つの０．０４５インチ厚の発泡ウレタン層からなる。しかし、各層は、導電リボン１１、スナップリング１１４および光学アセンブリ２５をパッド内に配置可能にするために改良されている。
【００４３】
図９は、研磨パッド３の中心穴内にエレクトロニクスハブ１０を固定するために使用されるスナップリング１１４を備えた成形挿入物の断面を示す。スナップリング１１４は、研磨パッド３の中心穴２３の内部に配置される。内側に向いたフランジ１１５すなわちカラーがスナップリング１１４に形成されており、これによりエレクトロニクスハブ１０が所定位置にしっかりと嵌り込むことになる。ガイドピンホール１１６は、エレクトロニクスハブ１０の正確な位置合わせを補助するために、エレクトロニクスハブガイドピン１１７を受容する。スナップリングは、接着剤によって、または、後に乾燥して固形化する液体ウレタンによって、研磨パッド３の内部に密閉される。エレクトロニクスハブ１０は、その下部周囲に配置されたフランジまたはリッジ（ｒｉｄｇｅ）１１８を有する。このフランジ１１８は、成形挿入スナップリング１１４に対して着脱可能に嵌め込めるような大きさに形成されている。
【００４４】
電気的に導電性のリボン１１は、光学アセンブリ２５とエレクトロニクスハブ１０との間で電気信号および電力を伝送する。リボン１１の末端は、ハブ受容穴１２０の底部にある接触パッド１２６上に配置される。接触パッドには、ハブ１０上に配置された接合接点１２２との電気接触を確立するための接点が設けられる。接点１２２は、（例えばポーゴピン（ｐｏｇｏ ｐｉｎｓ）のような）スプリングで押圧または付勢された接点であることが好ましい。接点は、複数のグループで設けられてもよい。図示されるように、この図に見られるグループには３つの接点が設けられている。
【００４５】
スナップリングアセンブリ１１４は、研磨パッド３と同じ平面であることが好ましく、これにより多数のパッドが互いの上に容易に積み重ねられる。
【００４６】
図１０は、スナップリング１１４の上面図である。スナップリングの円形リップ１１５、ガイドピンホール１１６および電気的導電リボン１１は図９に示すのと同じである。また、この図においては、接触パッド１２６上に配置された３つの電気接点が示されている。具体的には、３つの接点は、電力伝導（接点１２３）、信号伝導（接点１２４）および共通接地（接点１２５）として使用され、これらのすべては接触パッド１２６上にある。接触パッド１２７は、スナップリングの底部内側表面上に配置される。
【００４７】
エレクトロニクスハブは、スナップリング１１４のリップ１１５内側の所定位置に嵌め込まれる。接触パッド１２７の接点に対するハブの接点の適当な整列は、ガイドピン１１６によって確実にされる。これにより、ハブがスナップリング内に固定されるとき、ハブの接点は接触パッド１２６の接点１２３，１２４，１２５との電気的接触を確立する。
【００４８】
図１１，１２は、光学センサ２５の断面を示すとともに、研磨パッド３の光学穴２内に光学センサ２５を固定する方法を示す。穴１４３は研磨パッド３に形成される。穴１４３は、光学センサ２５を収容するのに十分な大きさである必要がある。光学アセンブリ２５は、光学アセンブリパック（ｏｐｔｉｃａｌ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｐｕｃｋ）内に配置され、これにより前記穴内に容易に配置されることができる。研磨パッド３の上面１４４および下面１４５に隣接する穴の部分は、穴から径方向外側に短い距離で広がっている。これは、パッドの境界と共にスプール状の空隙をつくる。
【００４９】
上部層１４７の下面には、エレクトロニクスハブ１０から光学センサ２５に電力および信号を伝送するための導電リボン１１を収容するための溝が形成されている。導電リボン１１は、研磨パッドの下部層１４９に研磨パッドの上部層１４７を固定する接着剤層１４８によって占められる空間に押し入れられてもよい。あるいは、導電リボン１１は接着剤層１４８の上または下に配置されてもよい。
【００５０】
研磨パッド３に穴１４３が形成された後、光学センサ２５およびその導電リボン１１はそれぞれの場所に挿入され、そこでそれらはウレタンからなるスペーサ、または、上部層１４７および下部層１４９の各部分によって所定位置に支持されて保持される。
【００５１】
その後、アセンブリは、平らで非粘着性の表面１５５，１５６を有する固定物内に配置される。非粘着性表面１５５，１５６は、上部パッド表面１４４と下部パッド表面１４５に接触して、それらを押し付ける。
【００５２】
続いて、液体ウレタンが下部成形プレート１５９の通路１５８を介して注入器１５７によって光学センサ２５の周囲の空隙に注入される。液体ウレタンの注入は、上部成形プレート１６１の出口通路１６０から出始めるまで行なわれる。この注入の際、液体が空隙の最下点で注入され、出口通路１６０が最上点になるように、アセンブリを時計回り方向に僅かに傾けるのが有効である。このようにアセンブリを傾けることで、空隙内の空気が残ってしまうのを防止できる。
【００５３】
光学センサの上に直接注入されたウレタン１６２は、光学センサ２５がウェーハの下面を見通すことができる窓として機能し、上部層１４７の上に配置される。液体ウレタンは、硬化したときに光学的に透明であるウレタンである。液体ウレタンは、研磨パッド３のウレタンと化学的に同種であるため、耐久性があって、研磨パッド３の材料との耐液性の結合を形成する。
【００５４】
スナップリングアセンブリは、図９に示すように、パッドに挿入可能であるが、射出成形プロセスによってパッドと一体に形成することもできる。図１３，１４に示すように、上部パッド層１４７、下部パッド層１４９および接着剤層１４８を含む研磨パッド３は、光学センサ、リボンケーブルおよび電極パッドのための空隙を設けるために、穿孔および切り取りされている。リボンケーブル１１、接触パッドおよび光学センサ２５はパッドの対応する空隙内に配置され、スナップリングハブ型がハブ穴に挿入される。電極パッドは、スナップリング型１６９に弱感圧性接着剤で接着されてもよい。
【００５５】
図１３に示すように、上部成形ベース１７２および下部成形ベース１７３は、研磨パッドの上部層１４７および下部層１４９に対してそれぞれ押圧される。そして、ウレタンまたは他の注入可能な樹脂が、注入口１７４から注入されて、ウレタンが空隙に充填される。プレート間の空隙が満たされたとき、液体ウレタン１６２が出口穴１７５から出てくることになり、これにより注入プロセスの完了が示される。図１４に示すように、注入されたウレタン１７６は、スナップリングアセンブリを形成するとともに、リボンケーブル溝および光学センサアセンブリ穴を満たす。注入されたウレタンは、スナップリング１１４と光学挿入物２５との間の空隙の全長を密閉および接続し、リボンケーブルとセンサアセンブリをパッド内の所定位置に固定する。
【００５６】
この工程は、パッドのハブ穴をスナップリング挿入物（ｓｎａｐ ｒｉｎｇ ｉｎｓｅｒｔ）よりも僅かに大きく形成した図９，１０に示すようなスナップリング挿入物を用いるとともに、スナップリング挿入物をパッドに固定するための注入ウレタンを用いることによって達成される。
【００５７】
図１５は、図１３，１４に示すパッドデザインを用いた研磨パッド３をＣＭＰ装置に装着した状態を示す。パッドは、先の各図において説明された上部パッド層１４７、下部パッド層１４９、接着剤層１４８、注入ウレタン１７６、電気的導電リボン１１および光学センサ２５を備えている。パッドはプラテン１８上に配置される。エレクトロニクスハブ１０はスナップリングに挿入され、これによりポーゴピン電気接点１３７が電極パッドの電極と接触する。非回転受容ハブ９は、回転エレクトロニクスハブ１０の上に吊り下げアーム８から吊り下げられる。回転エレクトロニクスハブ内の電子回路は、図５ないし８の部材１０として符号付けされたボックスの内部の電子回路であってもよく、非回転受容ハブ９は部材９として符号付けされたボックス内に対応する電子回路を収容することになる。長期使用の後、パッドは磨耗することになり、取り外されて廃棄されることができる。新しいパッドがプラテン上に配置され、新しいパッドのスナップリングに回転ハブが挿入されることができる。
【００５８】
なお、種々の工夫が種々の組み合わせで用いられ得る。例えば、誘導カプラおよび他の非接触式カプラとの関連で説明された着脱可能なハブの形態は、スリップリング（ｓｌｉｐ ｒｉｎｇｓ）および他の接触式カプラと共に用いられてもよい。注入のために使用され、かつ、注入される密閉剤として使用する材料としてウレタンが説明されてきたが、幾つかの挿入物とパッドとの間のしっかりとした接着および密閉を提供するものであれば他の材料が用いられてもよい。また、パッド構成は光学センサとの関連で説明されてきたが、電気センサ、熱センサ、インピーダンスセンサおよび他のセンサが代わりに用いられてもよく、その場合にも成形および着脱可能なハブの利益はなお達成される。このように、装置および方法の好適な実施形態がそれらが開発されてきた環境に関連して説明されてきたが、それらは単に本発明の原理を示したにすぎない。本発明の精神および前記特許請求の範囲から外れることなく他の実施の形態が考案されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学センサを埋設した研磨パッドでウェーハを研磨する化学的および機械的な平面化機械の上面図。
【図２】研磨パッド内に配置されるハブおよび光学アセンブリの構成要素の一般的配置を斜視的に示す分解図。
【図３】光学センサの正面上部斜視図。
【図４】プリズムを除いて光学センサを示す側面図。
【図５】誘導カプラを用いたエレクトロニクスハブを示す図。
【図６】信号を非回転ハブに伝達するために発光手段を用いたハブの断面図。
【図７】信号を非回転ハブに伝達するために無線送信手段を用いたハブの断面図。
【図８】信号を非回転ハブに伝達するために音波を用いたハブの断面図。
【図９】研磨パッド内に配置されるスナップリングを示す図。
【図１０】スナップリングの底部に配置される接触パッドおよび導電リボンを含む、スナップリングの上面図。
【図１１】研磨パッドに埋設された光学センサの中央断面図。
【図１２】図１３に示す光学センサを埋設するために用いられる射出成形工程を示す中央断面図。
【図１３】単一の射出成形パッド内に埋設された光学センサおよびハブアセンブリの中央断面図。
【図１４】光学センサおよびハブアセンブリを埋設するために用いられる射出成形工程を示す中央断面図。
【図１５】ＣＭＰ装置に装着された研磨パッドを示す図。
【符号の説明】
１…装置、２…光学穴、３…研磨パッド、４…ウェーハ、９…非回転ハブ、１０…エレクトロニクスアセンブリハブ、１１…導線リボン、１３…スピンドル、１８…プラテン。

Claims (23)

1. ＣＭＰプロセスの進捗状況を検出するためのセンサアセンブリを用いたＣＭＰプロセスで使用する研磨パッドアセンブリであって、
   前記研磨パッドアセンブリは、
   中心を有するパッドと、
   前記パッドの中心から径方向に広がって前記パッドに配置されたスプール状の空隙と、
   前記スプール状空隙内に配置されるスプール状プラグ内に配置されるセンサアセンブリとを備えていることを特徴とする研磨パッド。
2. 前記スプール状プラグはウレタンからなることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
3. 前記スプール状プラグは光学的に透明なウレタンからなることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
4. 前記パッド内に配置されるとともに前記センサアセンブリから前記パッドの中心に延びる電気導線をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
5. ＣＭＰプロセスの進捗状況を検出するためのセンサアセンブリを用いたＣＭＰプロセスで使用する研磨パッドアセンブリであって、
   前記研磨パッドアセンブリは、
   中心を有するパッドと、
   前記パッドの中心に配置され、第１の組の電気接点を有する連結解除可能な結合構造と、
   前記パッドの中心から離れて前記パッド内に配置されたセンサアセンブリと、
   前記センサアセンブリを前記連結解除可能な回転結合構造に接続する電気導線と、
   前記連結解除可能な結合構造に着脱可能に取り付けられるようにしたハブとを備え、
   前記ハブは第２の組の電気接点を有し、前記ハブが前記連結解除可能な構造に挿入されると前記第１の組の電気接点と前記第２の組の電気接点とが電気的に接続することを特徴とする研磨パッド。
6. 前記連結解除可能な結合構造は、
   前記研磨パッドの中心に配置され、スナップリングと底部をもつハブ受容穴とを有するスナップリングアセンブリと、
   前記ハブ受容穴の底部に配置され、前記ハブ受容穴に向いている前記第１の組の電気接点が配置されている接触パッドと、
   前記センサアセンブリを前記スナップリングの底部にある前記複数の電気接点に電気的に接続する電気導線と、をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の研磨パッド。
7. 前記連結解除可能な結合構造の上面と前記パッドの上面とがほぼ同一平面上にあり、前記スナップリングの底面と前記パッドの底面とがほぼ同一平面上にあることを特徴とする請求項５に記載の研磨パッド。
8. 前記スナップリングの上面と前記パッドの上面とがほぼ同一平面上にあり、前記スナップリングの底面と前記パッドの底面とがほぼ同一平面上にあることを特徴とする請求項６に記載の研磨パッド。
9. 前記着脱可能に取り付けられたハブは電子回路を保持するエレクトロニクスハブであることを特徴とする請求項５に記載の研磨パッド。
10. 前記着脱可能に取り付けられたハブは電子回路を保持するエレクトロニクスハブであることを特徴とする請求項６に記載の研磨パッド。
11. 前記第１の組の接点は信号接点、電力接点および接地接点を含み、前記着脱可能に取り付けられたハブは、前記信号接点から受信した信号の処理、前記電力接点への電力の伝送、および、前記接地接点を共通接地に接続するための電子回路を保持したエレクトロニクスハブであることを特徴とする請求項５に記載の研磨パッド。
12. 前記第１の組の接点は信号接点、電力接点および接地接点を含み、前記着脱可能に取り付けられたハブは、前記信号接点から受信した信号の処理、前記電力接点への電力の伝送、および、前記接地接点を共通接地に接続するための電子回路を保持したエレクトロニクスハブであることを特徴とする請求項６に記載の研磨パッド。
13. 前記電気導線は、電力導線、信号導線、および、接地導線を含むことを特徴とする請求項５に記載の研磨パッド。
14. 前記光学穴は前記研磨パッドの上部層および下部層に横に挿入された円形リップを有し、前記穴は乾燥すると透明な固体になる液体密閉剤を受容するのに適していることを特徴とする請求項５に記載の研磨パッド。
15. 前記研磨パッドは前記スナップリングアセンブリから前記光学アセンブリに延びる切り取り部を有し、前記切り取り部は乾燥すると透明な固体になる液体密閉剤を受容するのに適していることを特徴とする請求項５に記載の研磨パッド。
16. 前記光学センサアセンブリ、前記電気導電リボンおよび前記スナップリングが前記液体密閉剤によって前記切り取り部内に密閉されていることを特徴とする請求項１５に記載の研磨パッド。
17. 前記液体密閉剤が液体ウレタンからなることを特徴とする請求項１６に記載の研磨パッド。
18. 上部層および下部層を有する研磨パッドに穿設された光学穴内に光学センサアセンブリを密閉する方法であって、
    乾燥すると透明な固体になる液体密閉剤を受容するのに適した穴をパッドに穿設して形成した研磨パッドを準備するステップと、
    前記穴に対して前記光学センサアセンブリと前記パッドとの間に空隙が残るような大きさになっている前記光学センサアセンブリを前記光学穴内に挿入するステップと、
    前記研磨パッドの上面に上部成形プレートを押圧するとともに前記研磨パッドの下面に下部成形プレートを押圧するステップと、
    前記液体密閉剤で前記空隙が満たされるまで前記穴に前記液体密閉剤を注入するステップと、
    前記液体密閉剤を乾燥させるステップと、
    前記上部成形プレートおよび下部成形プレートを取り外すステップと、からなる方法。
19. 前記液体密閉剤は液体ウレタンからなることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記液体密閉剤は光学的に透明なウレタンからなることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
21. 研磨パッドを形成する方法であって、
    ウレタン上部層、ウレタン下部層、前記パッドの中心に配置された中心穴および前記中心から径方向に離れて前記パッドに配置されたセンサ穴と、前記中心穴に挿入され、スナップリングと底部を有するハブ受容穴とを有するスナップリングアセンブリと、前記ハブ受容穴の底部に配置される接触パッドと、前記接触パッド上に配置されて前記ハブ受容穴に向いている複数の電気接点と、前記センサ受容穴内に配置されたセンサアセンブリと、前記パッド内に配置され、前記光学センサアセンブリと前記スナップリングの底部にある電気接点とに電気的に接続される電気導線と、を含む研磨パッドを準備するステップと、
    前記パッド内に密閉剤を注入するための型をつくるために、前記研磨パッドの上面に上部成形プレートを押圧するとともに前記研磨パッドの下面に下部成形プレートを押圧するステップと、
    前記型内に液体密閉剤を注入するステップと、
    前記液体密閉剤を乾燥させるステップと、
    前記上部成形プレートおよび前記下部成形プレートを取り外すステップと、からなる方法。
22. 前記液体密閉剤は液体ウレタンからなることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 前記液体密閉剤は光学的に透明なウレタンからなることを特徴とする請求項２１に記載の方法。

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