JP2006021320A - 研磨パッド調整装置および製造およびリサイクル方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨パッド調整装置及び製造方法及びそのリサイクル方法を提供する。
【解決手段】基底板２８と元の構成から裏返した反転研磨材ディスク２４を備え、この反転ディスクは、研磨材粒子５２を備える未使用の研磨面５０を有する露出した研磨面を備える。ディスクの接合面は基底板に取り付けられ、この接合面は研磨パッドを調整するために以前使用した使用済み研磨面を備える。またパッド調整装置は研磨材粒子の露出部分を備えた研磨面を有し、これらの研磨粒子の内の少なくとも約６０％は実質的に同一の結晶対称性を有する結晶構造を有する。
【選択図】図１

Description

背景

本発明の実施形態は、研磨パッド調整装置および製造およびリサイクル方法に関する。

集積回路（ＩＣ）および表示装置の組み立てにおいて、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）を使用し、その後に行われるエッチングおよび堆積プロセスのために基板の表面構造を平滑化する。典型的なＣＭＰ装置は研磨ヘッドを備え、この研磨ヘッドは振動し、基板を研磨するための研磨材粒子のスラリーを供給しながら、基板を研磨パッドに押圧する。ＣＭＰは、誘電層、ポリシリコンまたは酸化シリコンを充填した深いまたは浅い溝および金属膜を平坦化するために使用する。ＣＭＰ研磨は、典型的に、化学的効果と機械的効果の双方の結果として発生すると考えられ、例えば、化学的に変化した層が研磨されている材料の表面に反復して形成され、次いで研磨によって除去される。例えば、金属の研磨では、ＣＭＰ研磨中に酸化金属層を金属層の表面に反復して形成して取り除くことができる。

しかし、ＣＭＰプロセス中に、研磨パッドには研削された粒状物質とスラリーの副生物を含有する研磨残渣が集積される。時間が経過すると、研磨残渣によってパッドの研磨材面が目詰まりし、この結果、研磨パッドの表面が光沢を有し、このため効率的に基板を研磨することができず、また基板を傷つける可能性もある。例えば、酸化による平坦化では、パッドの光沢化によって連続する基板の酸化研磨速度が急速に低下するが、これは、研磨パッドの研磨面が平滑化し、その繊維または溝の間に、もはやスラリーを保持することができず、またはパッドの孔がかすによって目詰まりするからである。これは、パッドとスラリーとの間の化学反応によって必ずしも生ずるものではないパッド表面の物理的現象である。

パッドの光沢化を修復するには、このパッドをＣＭＰ研磨中に定期的に調整し、研磨による残渣を取り除き、パッドの表面に再びきめを持たせることによって、その元の特性を取り戻す。ダイヤモンド粒子のような研磨材粒子が付着した調整面を有するパッド調整装置を研磨パッドの使用済みの研磨面に擦りつけ、研磨屑を取り除き、研磨面の目詰りした孔を回復し、スラリーを保有するためにパッドの表面に微細な引っかき傷を形成することによってパッドの表面を調整する。このパッド調整プロセスは、研磨プロセス中または研磨プロセス後に行うことができ、前者は同時調整として知られている。

しかし、従来のパッド調整装置では、このパッド上の研磨材粒子が物理的に異なった構造を有すると、調整能力が変化する。例えば、研磨粒子の高さが異なると、これによって研磨パッド面に不均一な溝が形成される。溝が深いと、ここに必要以上のスラリーが保有され、これによって基板が部分的にこれらの溝に露出され、過度に侵食される。これらの影響を低減するため、研磨材粒子はサイズによって分類されてきたが、これは多くの研磨パッド調整装置において、尚一般的に行われている。したがって、多数の基板を研磨した後でも、均一で反復して研磨可能な特性を研磨面に与えるパッド調整装置を有することが望ましい。

更に、パッド調整装置を研磨パッドの調整のために反復して使用するのにしたがって、研磨材粒子が磨耗して丸くなるため、研磨パッドの研磨面を再調整する効率が徐々に低下する。使用済みの調整装置のパッドの研磨材粒子は、最終的にはばらばらになって落下する。調整面の領域から余りにも多くの研磨材粒子が消失すると、パッド調整装置は研磨パッドを不均一に調整し始める。ばらばらになった研磨材粒子は、また研磨パッド内に埋設され、研磨中に基板を傷つける可能性がある。

一度磨耗すると、従来のパッド調整装置の研磨材面は、再び容易に磨き直すことができない。消失した研磨材粒子は容易に新しい粒子と交換することができないが、これは、粒子と周囲のマトリックスとの間には、比較的強力な接合が必要であり、これは使用済みの調整面で達成することが困難であるからである。したがって、やがて相当数の研磨材粒子が磨耗または消失すると、パッド調整装置の調整能力が低下するため、これを新しいパッド調整装置と取り替えなければならないが、これには通常多額のコストがかかる。またパッド調整装置が磨耗または損傷すると、研磨する基板の収量が低下する。

したがって、それぞれの研磨パッドにより均一で反復可能な研磨特性を与えるパッド調整装置を有することが望ましい。制御可能且つ再現可能な研磨特性を有する研磨面を設けたパッド調整装置を有することも望ましい。使用済みのパッド調整装置の研磨材面を再調整することのできることが更に望ましい。特に研磨材粒子が高価であるかまたはその製造が困難である場合、パッド調整装置を再使用またはリサイクルすることのできることが望ましい。

概要

本発明の一実施形態によれば、リサイクルした研磨パッド調整装置は、基底板と反転研磨材ディスクを備える。この研磨材ディスクは研磨材粒子を備える未使用の研磨面を有する露出した研磨材面と基底板に取り付けた接合面を備え、この接合面は、研磨パッドを調整するために以前使用した使用済み研磨材面を備える。

別の実施形態では、使用済みの研磨パッド調整装置をリサイクルする。この使用済みのパッド調整装置は基底板と研磨材ディスクを備え、この研磨材ディスクは、（i）基底板に接合した元の接合面と、（ii）研磨パッドを調整するために以前使用した使用済み研磨材面を有する。研磨材ディスクを基底板から取り外して反転し、このディスクの元の接合面を露出する。使用済みの研磨面を次に基底板に接合し、元の接合面上の未使用の研磨粒子を露出し、リサイクルしたパッド調整装置上に新しい研磨面を形成する。

本発明の別の実施形態では、研磨パッド調整装置は、基底板と研磨材ディスクを備え、この研磨材ディスクは研磨材粒子の露出した部分を備える研磨材面を有し、これらの研磨材粒子の内の少なくとも約６０％は実質的に同一の結晶対称性を有する結晶構造を有する。同一の結晶対称性とは、これらの粒子が粒子を介する鏡面または軸を中心に結晶構造上、実質的に対称であることを意味する。

更に他の実施形態では、パッド調整装置を備える化学機械装置は、研磨パッドを保持するプラテンを備える研磨ステーションを有する。基板ホルダを設け、研磨パッドに基板を保持する。駆動部を設け、プラテンまたは基板ホルダに動力を供給する。スラリー供給部は、研磨パッド上にスラリーを供給する。調整装置ヘッドを設け、パッド調整装置を受け入れる。駆動部は調整装置ヘッドに動力を供給し、その結果、パッド調整装置の研磨面を研磨パッドに擦りつけてパッドを調整することができる。
本発明のこれらの特徴、態様および利点は、下記の説明、添付の請求項および添付図からよりよく理解され、これらは本発明を例示するものである。しかし、各々の特徴は、単に特定の図面と関連して使用するものではなく一般的に本発明で使用することができ、本発明はこれらの特定の全てを含むことを理解しなければならない。

説明

研磨パッド調整装置２０は、図1に示すように、典型的には、基底板２８に取り付けた研磨材ディスク２４を含む。一般的に、基底板２８は炭素鋼板のような支持構造であり、これによって、研磨材ディスク２４に構造上の剛性が与えられる。しかし、アクリル、ポリカーボネート、または酸化アルミのような他の剛性材料も使用することができる。基底板２８は前面３０と裏面３４を有し、この裏面３４には、図４Ｂに示すように、２つの皿ネジ孔３２ａ、ｂが形成され、一対のネジまたはボルトをこれらのネジ孔に挿入し、これによって基底板２８をＣＭＰ研磨装置の調整装置ヘッドに保持する。あるいは、基底板２８は裏面３４の中心に設けた係止ソケット（図示せず）を有してもよく、これによって裏面３４を調整ヘッドに係止することができる。本明細書ではパッド調整装置の図示した実施形態について説明を行うが、他の実施形態もまた可能であり、したがって特許請求の範囲はこれらの図示した実施形態に限定されるべきではないことを理解しなければならない。

研磨材ディスク２４は基底板２８の前面３０に取り付けた単独の構造でもよく、または研磨材ディスク２４と基底板２８によって一体構造を形成することもできる。一般的に、研磨材ディスク２４は、基底板２８の前面３０に接合された接合面４８を有する平坦体４４と、埋設した研磨材粒子５２を有する露出した研磨材面５０を備える。平坦体４４はマトリックス５４を備え、このマトリックス５４は研磨材粒子５２を支持および保持する。例えば、マトリックス５４は研磨材ディスク２４上に塗布したニッケルまたはコバルト合金のような金属合金によって作成することができ、その後、熱によって軟化するこの塗布物内に、研磨材粒子５２を埋設する。研磨材粒子５２をまた基底板２８の前面に位置させ、その後、高温高圧の組み立てプロセスで研磨材粒子５２の間に合金材料を浸透させ、基底板２８に予め接合された研磨材ディスク２４を形成することもできる。

１つの変形例では、マトリックス５４は格子６２を有するメッシュ５８を備え、この格子６２には研磨材粒子５２が上記格子のＸ−Ｙ面に沿ってその位置を相互に固定するように埋設されているが、これは図４Ａと図４Ｂに示されると共に本願と同一の譲受人に譲渡されたＢｉｒａｎｇらの米国特許第６，１５９，０８７号に記述されており、これをその全体を参照として本明細書中に組み入れる。各格子空間６４は研磨材粒子５２の中心点の間に所定の格子間隔を設けるように予め設定されている。格子６２によって研磨材粒子５２の相対位置が固定され、その結果、これらの粒子５２はＸ−Ｙ面に沿ったいかなる方向においても、ほぼ等間隔で分離されている。格子６２は、ニッケルワイヤのようなワイヤメッシュまたはポリマーの糸のメッシュである。

研磨材ディスク２４を単独構造として形成した場合、このディスク２４の片側は基底板２８に接合することのできる接合面４８を有し、これによって、パッド調整装置２０がＣＭＰ研磨装置の研磨パッドに押圧された場合に発生する強力な摩擦力によっても容易に移動したり緩くならない確実な接合性を形成する。接合面４８は、典型的に、比較的平滑であるかまたは溝を有して若干粗化されており、その結果、これを基底板２８に容易に装着することができる。この研磨材ディスク２４が研磨材粒子５２を取り囲むメタルマトリックス５４を備える場合、ディスク４０の平坦体４４を基底板２８上にまた直接形成することもできるが、これは例えば、基底板２８の周囲にモールドを形成し、基底板上に研磨材粒子５２を位置させ、研磨材粒子５２を強固にディスク内に埋設しながらディスクが所望の高さに達するまで、溶融金属をモールド内に注入またはスプレーによって塗布することによって形成することができる。

ディスク４０の研磨材粒子５２は、研磨パッドまたは研磨用スラリーの粒子の材料の硬度よりも高い硬度値を有する材料から選択する。アルカリ性溶液または酸性溶液によって構成されるスラリーと共に使用するポリウレタンの研磨パッドの場合、研磨粒子の適切な硬度は少なくとも約５モースである。研磨材粒子５２によく使用されているのは、工業的に成長させることのできるダイヤモンドの結晶であり、これは約１０モースの硬度を有する。例えば、研磨材ディスク２４は少なくとも約６０体積％のダイヤモンドまたは少なくとも約９０体積％のダイヤモンドによって構成することができ、残部は粒子５２の周囲の支持マトリックス５４によって構成される。研磨材粒子５２は、また炭素含有ガス、Ｃ_３Ｎ_４をマイクロ波によって分解することによって形成したダイヤモンド状の材料、または立方体または六方体構造を有するボロンカーバイド結晶の硬度の高い面のようなその他の硬度の高い材料であってもよく、これらは米国特許第３，７４３，４８９号および第３，７６７，３７１号に教示され、その全体を参照として本明細書中に組み入れる。

典型的に、研磨材粒子５２は、所望のレベルの粗さを有する研磨材面５０を提供するため、グリットサイズのようなサイズまたは重さによって選択される。研磨材粒子５２は、また形状、即ち比較的鋭い輪郭または結晶劈開面を有する研磨材粒子５２と比較的平滑な輪郭を有する粒子によって分類することもできる。マトリックス５４から延びる研磨材粒子５２の高さはまた研磨材面５０によって提供される研磨性の品質に影響を与え、例えば、周囲の面から比較的長い距離延びる輪郭の鋭い粒子を有する研磨材面５０は、より粗い面を有する粒子５２またはマトリックス５４の周囲の面からより短い距離だけ延びる露出部分を有する粒子５２を有する研磨材面５０よりもより高い研磨性を有する。サイズまたは重さによって研磨材粒子を選択および分類する従来の方法は、必ずしも調和のとれた調整属性を提供するものではない。研磨材粒子を選択分類する別の方法は、本願発明と同一の譲受人に譲渡した米国特許第６，５５１，１７６号に記述され、これはをその全体を参照として本明細書中に組み入れる。

本発明の１つの態様では、研磨材面５０は実質的に同一の結晶対称性を有する結晶構造を有するように選択された研磨材粒子５２を備え、これらの粒子５２は、粒子を介する軸または断面に対して同一の結晶対称性を有する。研磨材粒子５２は、少なくとも約６０％、より好ましくは、少なくとも約９０％が同一の結晶対称性を有するように選択する。例えば、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、各粒子５２がこの粒子を介する鏡面断面７０または軸７２に対して同一の鏡像対称性を有する場合、これらの研磨材粒子５２は同一の結晶対称性を有する。例えば、図２Ａは、８面体の結晶構造を有する研磨材粒子５２ａを示し、この場合、鏡面７０を横切る各辺は実質的に同一の形状を有し、より好ましくは、鏡面から略同一の寸法を有する。研磨材粒子５２ａは、また軸７４ａと軸７４ｂに対して回転対称性を有し、その結果、別々の各方向から見た場合、この粒子は鏡面７０の上部および下部の両方で同一形状の面を有する。例えば、研磨材粒子５２ａをゼロ度の出発点から特定の角度数、例えば９０度だけ軸７２ａを中心として回転させると、これらの粒子５２ａは鏡面７０の両側で観察者に対して同一の形状とサイズを有する結晶面を示す。図２Ｂは面７０ｂに対して対称である８面体の結晶構造を有する対称粒子を示し、図２Ｃは面７０ｃに対して対称である面心立方結晶構造を有する対称粒子を示す。

対称研磨材粒子５２は特定の対称基準を満たすように選択または製造することができる。材料の固有の硬度は、その原子格子の最も弱いリンクの関数である。例えば、４面体構造では各原子は少なくとも４個の原子によって取り囲まれて最も単純な固体の４面体を形成し、４面体の結合が延びて３次元構造を形成し、この３次元構造は、全て相互に強固に接合され、研磨応力を受けても結晶を破壊することの無い弱い劈開面を実質的に欠いている。この結晶構造は、均等に配列された周囲の原子の数が増加するのにしたがって一層対称性を増す。例えば、工業用ダイヤモンドによって構成される工業用研磨材粒子５２は、間隔を有する核形成サイトを使用し、予め決められたレベルの高温と高圧を設定することによって、適度の核形成と結晶成長のパラメータを維持することによって、対称形状と均一なサイズを有するように製造することができる。

あるいは、対称研磨粒子は、図３に概略的に示すように、異なった形状を有する種類の異った粒子の複数のバッチから選択することもできる。１つの適切な選択方法では、天然ダイヤモンドのような研磨材粒子５２のアソートを振動篩７６を介して供給する。この篩７６は、所定の寸法を有する粒子を通過させることによって、所望のサイズの研磨材粒子５２に合わせたサイズの篩空間７７を有する。まず篩空間７７よりも小さいサイズを有し、これらの篩空間を通過した粒子のみを集め、より大きいサイズの粒子は篩面の上部に残す。篩にかけられた粒子は、所望の粒子サイズよりも小さい格子サイズを有する別の篩に再び通し、この時、この篩上に残っている粒子を集める。このプロセスによって正確なサイズが得られ、集まったロットの中で対称粒子の見つかる機会が向上する。その後、集めた研磨材粒子５２を目視によって調べ、所望のレベルの対称性を有する研磨材粒子５２ｘのみを選択し、その他の非対称粒子５２ｙを棄却する。パターン認識システムにリンクしたＣＣＤアレイのようなマイクロプロセッサをベースにした光学システムをまた使用し、予め決められた形状を有する対称粒子をまた選択することができる。

対称研磨材粒子５２を選択または製造した後、これらの研磨材粒子５２を使用して研磨材ディスク２４を形成し、その結果、粒子の対称性を活用することができる。１つの組み立て方法では、図４Ａに示すように、各対称粒子５２を個々に格子６２の格子空間６４内に位置させる。この格子６２はこれらの粒子５２を分離する機能を果たし、且つ対称軸７２が特定の方向、例えば、矢印６８によって示すように、ディスク２４の平坦体４４の面に対して垂直な方向に向くように、これらの粒子を方向づける機能を果たすことができる。例えば、もし格子空間６４を粒子５２の断面幅と略等しいサイズに設定すると、研磨材粒子５２は格子空間６４内で一層垂直方向に位置決めされ、その結果、粒子の先端部７４は実質的に全て方向６８に上向に配置される。

図４Ｂに示すように、パッド調整装置２０の研磨材ディスク２４も、対称ダイヤモンド粒子のような研磨材粒子５２を基底板２８の表面に形成した金属塗布物内に埋設または封入することによって、形成することができる。このような研磨材ディスク２４の組み立てでは、ニッケルのカプセル材料をまず選択した対称ダイヤモンド粒子と混合し、次いでこれを、剛性を有する基底板２８に塗布する。適切な金属は、拡散接合、ホットプレス、抵抗溶接などの接合技術に使用する蝋付け用合金およびその他の金属および合金である。蝋付け用合金には、金属合金の溶融温度を、典型的に、約４００℃未満の溶融温度であって研磨材ディスクを接合する基底板の溶融温度未満に引き下げる低溶融点金属成分が含まれる。適切な蝋付け用合金には、クロム、炭素、および酸化マグネシュウムを含有するニッケル合金のようなニッケルをベースとした合金が含まれる。

この方法にしたがって組み立てた研磨材ディスク２４では、異なった方向に同一の対称形状を有する研磨材粒子５２を提供することにより研磨用パッドのより均一な洗浄と調整が行われる。対称粒子５２をこれらの間に均一で周期的な空間を設けながら、研磨材ディスク２４のマトリックス５４内に位置決めすると、その結果得られるパッド調整装置２０は、位置合わせされた粒子５２と対称的に位置決めされた粒子５２の両方を有し、これによってより均一で調和のとれた表面の研磨が行われる。対称粒子５２はまたより正確に空間的に位置決めされるが、これはこれらの粒子の対称軸７２が位置合わせされ、その結果、これらの粒子５２が類似または同一の結晶彫面を示し、これらの結晶彫面は、特に研磨パッドを横切る移動方向では略同一の角度に維持されている。したがって、研磨材面５０を研磨パッドの表面に押圧し、これを介して振動させると、このパッドは、図４Ｂに概略的に示すように、粒子５２の対称結晶面に面する複数の方向に沿って類似の形状とサイズを有する結晶面を「見る」ことになる。この効果によってより優れてより均一な研磨パッドの調整が行われる。また、対称研磨材粒子５２は形状がより一貫して粒子相互の結晶面が変化する可能性が少なく、これによってパッドの調整が一層向上する。更に、この対称研磨材粒子５２では、以下で説明するように、研磨材ディスク２４が新しい研磨面として露出される逆の面または裏面により容易に裏返すことができる。

本発明の他の態様では、図５に示すステップと図６の概略図に示すように、使用済みのパッド調整装置２０ａをまた再研磨することができる。最初に、使用済みのパッド調整装置２０を再研磨のためＣＭＰ研磨装置から取り外す。図６Ａに示すように、使用済みのパッド調整装置２０ｘは、研磨材粒子５２の丸くなって露出した部分５３ｘを有する使用済みの研磨材面５０ｘを有する。使用済みのパッド調整装置２０ｘを処理し、基底板２８の前面３０ｘと研磨材ディスク２４の接合面４８ｘとの間の接合界面をエッチング剤に対して露出することによって基底板２８ｘから研磨材ディスク２４を取り外すが、このエッチング剤は接合界面をエッチングによって取り除くことのできるものである。例えば、パッド調整装置２０ｘをタンク８２内のエッチング剤溶液８０に浸漬し、研磨材ディスク２４と基底板２８との間の接合材料を溶解することができる。例えば、研磨材ディスク２４を基底板２８ｘにエポキシ系接着剤によって接着している場合、この接着剤は、アセトンのような有機溶剤またはアルゴン、窒素、酸素、一酸化炭素または二酸化炭素によって構成されるガスのプラズマによって除去することができる。他の例では、研磨材ディスク２４が蝋付け合金によって基底板２８ｘに接合されている場合、この合金をエッチングによって除去するのに適切なエッチング剤は、アクアレジア（ａｑｕａ ｒｅｇｉａ）またはＣｌ_２、ＢＣｌ_３、ＣＦ_４によって構成されたガスプラズマのような酸性溶液である。パッド調整装置２０ｘをエッチング剤溶液またはプラズマによって、研磨材ディスク２４ｘが基底板２８ｘから外れるまで処理する。

オプションとして、図６Ｃに示すように、加圧した噴射水８４を使用して研磨材ディスク２４の使用済みの研磨材面５０ｘを洗浄することができ、その結果、十分接着されている粒子５２ｙをその後部に残しながら、露出面上のぐらついた研磨材粒子５２ｘを除去する。ぐらついた粒子５２ｘを除去することによって、使用済みの研磨材ディスク２４を反転または裏返すと、基底板２８に対して接着するのにより優れた面を提供することができる。取り外したディスク２４を、オプションとして超音波の槽内で洗浄溶剤を使用して洗浄し、次にこれを乾燥しディスクの表面から溶剤の痕跡を取り除く。

次に使用済みのディスク２４を反転し、または裏返し、その結果、使用済みの研磨材面５０ｘを基底板上に位置させることができるが、この基底板は、これが前のステップでエッチング剤に露出された後の状態に応じて、リサイクルした古い基底板２８ｘまたは新しい基底板２８ｙである。使用済みの研磨材面５０ｘを図６Ｄに示すように基底板２８ｙの前面に接触するように載置し、両者を結合する。適切な結合方法は、基底板２８ｙに表面にエポキシ系接着剤を噴霧または塗付し、研磨材ディスク２４の使用済みの研磨材面５０ｘを基底板２８に押圧することである。別の適切な接合方法では、蝋付け用の合金を使用し、研磨材ディスク２４を基底板２８ｙに蝋付けすることである。蝋付けとは、研磨材ディスク２４と基底板２８のような２つの物体を相互に接合する溶接プロセスであるが、これは、これらの物体の間の結合部を典型的には少なくとも４００℃以上の適切な温度に加熱し、基底板２８ｙの溶融点未満の溶融点を有する蝋付け用充填金属を使用する事によって行う。この蝋付け金属は、毛管作用によって結合された界面の密着面の間に自分自身で分散する。

使用済みの研磨材ディスク２４を基底板２８ｙに結合した後、研磨材ディスク２４の露出面をエッチングバックすることによって、研磨材粒子５２の下に位置するまたはこれから部分的に露出した未使用の面を露出させることができる。このエッチングバックは、図６Ｅに示すように、プラズマエッチングチャンバ内で従来のエッチング方法を使用してプラズマエッチングによって行うことができる。例えば、ニッケル合金によって構成される研磨材面をエッチングするための適切なプラズマは、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３およびＣＦ_４によって構成されるガスプラズマのガス組成を備え、例えば、カリフォルニア州、サンタクララのアプライドマテリアルズ社製のＤＰＳ型エッチング装置のチャンバ内に約１０〜５００ｍＴｏｒｒの圧力で電極またはアンテナと共にこのプラズマを維持し、この電極またはアンテナには５０〜１０００ワットのガスエネルギー化用高周波エネルギーを供給する。エッチングの後、以前の接合面４８ｘは、リサイクルしたパッド調整装置２０ｙ用のリサイクルした研磨材面５０ｙになる。研磨材粒子５２の新しい結晶面５３ｙが露出され、使用して磨耗した研磨材粒子面５３ｘは、図６Ｆに示すようにリサイクルしたパッド調整装置２０ｙの接合面４８内に埋まっている。

このパッド調整装置リサイクル法を使用していかなる種類のパッド調整装置もリサイクルすることができるが、研磨材ディスクに対称研磨材粒子５２を使用することによって更に利点が得られる。対称研磨材粒子を使用すると研磨材ディスク２４の反転または逆転した側はディスク２４から延びるのと同じ種類の結晶形状を有する研磨材粒子５２を有することになるが、これは粒子５２の形状がこの粒子を２等分する鏡面の両側で対称であるからである。したがって、たとえ反転したディスク２４上で粒子５２を裏返したとしても、このディスクの元の研磨面から延びているのと同一の形状がこのディスクから延びる。これによって、同一の物理的属性を有するより調和のとれたリサイクル製品を提供することができ、その結果、元のディスク製品と同じ調整効果を得ることができる。

ここで説明したパッド調整装置２０は、いかなる種類のＣＭＰ研磨装置にも使用することができ、したがって、パッド調整装置２０の用途を示すためにここで説明するＣＭＰ研磨装置は、本発明の範囲を限定するために使用するべきものではない。このパッド調整装置を使用することのできる化学機械研磨（ＣＭＰ）装置１００の一実施形態を、図７、図８Ａおよび図８Ｂに示す。一般的に研磨装置１００は複数の研磨ステーション１０８ａ〜１０８ｃを収容するハウジング１０４、基板搬送ステーション１１２、および回転式カルーゼル１１６を含み、このカルーゼル１１６は回転可能な基板ホルダ１２０から独立して動作する。基板搭載装置１２４はハウジング１０４に取り付けた容器１２６を含み、この容器１２６には液槽１３２が収容され、この液槽１３２には基板１４０を収容するカセット１３６が沈められている。例えば、容器１２６は洗浄溶液を含むことができ、またはこれは超音波を使用し、研磨の前または後で基板１４０を洗浄するメガソニックリンスクリーナでもよく、または空気または液体ドライヤでもよい。直線トラック１４８に沿ってアーム１４４が搭載され、リストアセンブリ１５２を支持し、このリストアセンブリ１５２は、保持ステーションから容器１２６内にカセット１３６を移動させるためのカセット爪１５４と基板を容器１２６から搬送ステーション１１２に搬送するための基板ブレード１５６を有する。

カルーゼル１１６はスロット１６２のついた支持板１６０を有し、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、このスロット１６２を介して基板ホルダ１２０のシャフト１７２が延びている。基板ホルダ１２０はストット１６２内で独立して前後に回転および振動することができ、これによって基板表面を均一に研磨する。基板ホルダ１２０はそれぞれのモータ１７６によって回転されるが、これらは通常カルーゼル１１６の取り外し可能な側壁の後ろに隠れている。動作時、基板１４０を容器１２６から搬送ステーション１１２に搭載し、この搬送ステーション１１２からこの基板を基板ホルダ１２０に搬送し、ここでこの基板をまず真空内に保持する。次に、カルーゼル１１６によって基板１４０を一連の１基以上の研磨ステーション１０８ａ〜１０８ｃを介して搬送し、最終的に研磨した基板を搬送ステーション１１２に戻す。

各研磨ステーション１０８ａ〜１０８ｃは回転可能プラテン１８２ａ〜１８２ｃを有し、これらは、図８Ｂに示すように、研磨パッド１８４ａ〜１８４ｃとパッド調整アセンブリ１８８ａ〜１８８ｃを支持する。これらのプラテン１８２ａ〜１８２ｃとパッド調整アセンブリ１８８ａ〜１８８ｃは、いずれも研磨装置１００の内側のテーブル天板１９２に据え付けられている。研磨中、基板ホルダ１２０は基板１４０を保持し、回転させ、回転研磨プラテン１８２に取り付けられた研磨パッド１８４ａ〜１８４ｃに押圧するが、この回転研磨プラテン１８２はこれを取り囲む保有リングも有し、これによって基板１４０を保有し、これが基板１４０の研磨中に滑り出るのを防止する。基板１４０と研磨パッド１８４ａ〜１８４ｃが相互に対して回転されるのにしたがって、例えば、コロイド状のシリカまたはアルミナを含有するイオン除去水の測定した量の研磨スラリーを選択したスラリーのレシピにしたがって供給する。プラテン１８２と基板ホルダ１２０は、いずれもプロセスのレシピにしたがって異なった回転速度で異なった方向に回転するようにプログラムすることができる。

各研磨パッド１８４は、典型的にポリウレタンのようなポリマーでできている形成した複数の層を有し、また寸法安定性を増すための充填剤と外部の弾性層を含んでもよい。研磨パッド１８４は消耗品であり、典型的な研磨条件では約１２時間使用すると交換する。研磨パッド１８４は、酸化研磨に使用する場合には硬くて非圧縮性のパッドであり、その他の研磨プロセスに使用する場合には柔らかいパッドであり、または積層したパッドによって構成されている。研磨パッド１８４はスラリー溶液と補足した粒子の分布を容易にするための溝を表面に有する。研磨パッド１８４は通常基板１４０の直径の少なくとも数倍の大きさを有し、基板はこの研磨パッド１８４の中心外に保たれ、非平坦面が基板１４０上に研磨されるのを防止する。基板１４０と研磨パッド１８４はいずれもその回転軸を同一線上にない平行状態で同時に回転することができ、これによって基板が先細り状に研磨されるのを防止する。典型的な基板１４０には、半導体ウエハーまたは電子平面パネル用の表示装置が含まれる。

ＣＭＰ装置１００の各パッド調整アセンブリ１８８は、図９および図１０に示すように、調整装置ヘッド１９６、アーム２００、およびベース２０４を含む。パッド調整装置２０は調整装置ヘッド１９６に据え付けられている。アーム２００は調整装置ヘッド１９６に結合された先端部１９８ａとベース２０４に結合された基端部１９８ｂとを有し、これによって研磨パッド面２２４を介して調整装置ヘッド１９６を掃引し、その結果、パッド調整装置２０の研磨材面５０は、この研磨面を磨食することによって汚染物質を除去し、且つこの面にきめを再び形成するため、研磨パッド１８４の研磨面２２４の研磨面を調整する。各研磨ステーション１０８はまたカップ２０８を有し、これには洗浄液が含有され、調整装置ヘッド１９６に搭載したパッド調整装置２０をリンスまたは洗浄する。

研磨プロセス中基板ホルダ１２０に搭載した基板を研磨パッド１８４によって研磨しながら、パッド調整アセンブリ１８８によって研磨パッド１８４を調整することができる。パッド調整装置２０は研磨材粒子５２が付着した研磨材面５０を有する研磨材ディスク２４を有し、これらの研磨材粒子５２を使用して研磨パッド１８４を調整する。使用する場合、振動または並進経路に沿ってパッドまたはディスクを回転または移動させながら、研磨材ディスク２４の研磨材面５０を研磨パッド１８４に押圧する。調整装置ヘッド１９６は往復動作によって研磨パッド１８４を横切ってパッド調整装置２０を掃引するが、この往復動作は、研磨パッド１８４を横切る基板ホルダ１２０の動作と同期している。例えば、研磨するべき基板を有する基板ホルダ１２０は研磨パッド１８４の中心に位置してもよく、パッド調整装置２０を有する調整装置ヘッド１９６はカップ２０８に含まれている洗浄液に浸漬させてもよい。研磨中、カップ２０８は、矢印２１２によって示すように、邪魔にならないところを回転してもよく、調整装置ヘッド１９６のパッド調整装置２０と基板を搬送する基板ホルダ１２０は、矢印２１４と２１６によって示すように研磨パッド１８４を横切ってそれぞれ前後に掃引してもよい。３つの噴射水２００は、基板を後方に搬送している間に研磨または上部パッド面２２４からのスラリーをリンスするために低速で回転する研磨パッド１８４に直接向かう水流である。この研磨装置１００の典型的な動作と一般的な特徴は、本発明と同一の譲受人に譲渡された１９８８年３月３１日出願のＧｕｒｕｓａｍｉらの米国特許第６，２００，１９９Ｂ１に更に説明され、これをその全体を参照として本明細書中に組み入れる。

図１０を参照して、調整装置ヘッド１９６は作動／駆動機構２２８を有し、この作動／駆動機構２２８はパッド調整装置２０を保持するエンドエフェクタ２３２をヘッドの中央の垂直方向の縦軸２５４を中心として回転する。この作動／駆動機構は、更に上昇後退位置と下降伸長位置との間でエンドエフェクタ２３２とパッド調整装置２０を移動させ（図示のように）、ここでパッド調整装置２０の下面５０はパッド１８４の研磨面２２４と係合する。作動／駆動機構２２８は垂直方向に延びる駆動シャフト２４０を有し、この駆動シャフト２４０は熱処理した４４０Ｃステンレススチールによって形成され、アルミ製のプーリ２５０で終端している。このプーリ２５０はベルト２５８を確実に搬送し、このベルトはアーム２００の長手方向に沿って延び、離れて位置し、縦軸２５４を中心にしてシャフト２４０を回転させる遠隔モータ（図示せず）に結合されている。上下片２６０と２６２をそれぞれ有するステンレススチールのカラーを駆動シャフト２４０と同軸に設ける。これらのシャフト、プーリおよびカラーが一般的に剛性を有する構造体を形成し、この構造体は１つの装置として縦軸２５４を中心に回転する。ステンレススチール製の一般的に環状の駆動スリーブ２６６によってエンドエフェクタ２３２を駆動シャフト２４０に結合し、これによって水圧または空気圧をパッド研磨装置ホルダ２７４に加えることが可能になる。駆動シャフト２４０によってトルクと回転がプーリからスリーブ２６６に伝達され、ベアリングをこれらの間に設けてもよい（図示せず）。

オプションとしての取り外し可能なパッド調整装置ホルダ２７４を、図１０に示すように、パッド調整装置２０とバッキングプレート２７０との間に設けてもよい。４個の一般的に平坦なシート状のスポーク２８２がハブ２７８から半径方向外側に延び、これらのスポーク２８２は環状のリム２８４に固定された先端部を有する。これらのスポーク２８２は軸２５４に対する直角方向には実質的に非可撓性であるが、上下方向には弾力可撓性を有し、さもなければ中立水平方向にあるリムを軸２５４に対して傾斜させ、その結果、これらのスポーク２８２は、軸２５４を中心とするトルクと回転をハブ２７８からリム２８４に効率的に伝達する。スポークの下部において、バッキングプレート２７０は剛性を有し、一般的に円板で半径方向外側に延びるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）板２７０を有する。パッド調整装置２０は、ねじまたはホルダ２７４の結合用円筒孔に配置される円筒マグネットによってパッド調整装置ホルダ２７４上に据え付けることができる。

動作する場合、調整装置ヘッド１９６を上述のようにパッド調整装置２０上部に位置させ、駆動シャフト２４０を回転させることによって、パッド調整装置２０を回転させる。次に、エンドエフェクタ２３２を後退位置から前進位置に移動させ、パッド調整装置２０の研磨材面５０を研磨パッド１８４の研磨面２２４と係合させる。パッド調整装置２０を研磨パッド１８４に押圧する下向きの力は、駆動スリーブ２６６内に加える水圧または空気圧を調節することによって制御することができる。この下向きの力は駆動スリーブ２６６、ハブ２７８、バッキングプレート２７０を介してパッド調整装置ホルダ２７４に伝達され、次にパッド調整装置２０に伝達される。研磨パッド１８４に対してパッド調整装置２０を回転させるトルクは、駆動シャフト２４０からハブ２７８、スポーク２８２、バッキングプレート２７０のリム２８４、パッド調整装置ホルダ２７４に伝達され、次にパッド調整装置２０に伝達される。回転している研磨パッド１８４の研磨面と係合して回転しているパッド調整装置２０の下面は、上述したように、回転する研磨パッドに沿った経路内を往復動する。このプロセス中、パッド調整装置２０の研磨材面５０はケンマパッド１８４の上部の研磨スラリーの薄い層の中に浸漬される。

パッド調整装置２０を洗浄するには、エンドエフェクタを上昇させ、パッド調整装置を研磨パッドから外す。次にカップ２０８をヘッドの下部位置に回転させ、エンドエフェクタを延ばしてパッド調整装置２０をカップ内の洗浄液に浸漬する（図示せず）。パッド調整装置２０は洗浄液内で軸２５４を中心に回転される（パッド調整装置はパッドと係合していたため、この回転を変更する必要はなかった）。この回転によって洗浄液の流れが研磨パッド２０を通過し、パッド調整装置からパッドの磨耗によって生じた物質、研磨による副生物等を含む汚染物質を洗浄する。

パッド調整装置２０の上述したバージョンでは、反復して行った研磨によって研磨パッド１８４の研磨面２２４が除々に平滑化するのにしたがって、この面２２４を均一に粗化する。掃引のパターンとヘッドの圧力によって研磨パッド１８４が不均一に磨耗する場合、パッド調整装置２０は、パッド１８４の面２２４をより同一レベルに保つ。パッド１８４の不均一性の高い領域を研削することによって、面２２４を平滑に維持する。パッド調整装置２０の対称研磨材粒子５２は、これらが一層均一な形状と対称性を有することに起因して、より調和のとれた研磨速度を提供することによって、パッドの研磨面２２４の調整の均一性を向上させる。パッド調整装置２０は、またそれぞれがより調和が取れ再現性のある結果をもたらすが、これは同一形状の研磨粒子５２を有するパッド調整装置が、より優れてより均一な調整速度を生み出すからである。

本発明をその一定の好ましいバージョンを参照して説明したが、他のバージョンも可能である。例えば、当業者にとって明らかなように、パッド調整装置は他の種類の用途にも使用することができ、これは例えば砂付きのディスクである。他の形態のＣＭＰ研磨装置をまた使用することができる。更に当業者にとって明らかなように、リサイクル方法のために説明したステップに相当する別のステップをここで説明した実施形態のパラメータにしたがって使用することもできる。例えば、エッチングバッグを行わなくてもリサイクルしたパッド調整装置が均一な高さを有する結晶面を示すなら、エッチングバッグのステップを取り除いてもよいか、またはこのステップを余分なマトリックス材料をパッドの研磨面から除去する他のステップと代替してもよい。したがって、添付の請求項の精神と範囲はここに含まれる公的なバージョンの説明に限定されるべきではない。

パッド調整装置の斜視図である。 異なった種類の対称研磨粒子の斜視図である。 異なった種類の対称研磨粒子の斜視図である。 異なった種類の対称研磨粒子の斜視図である。 メッシュ篩によって非対称粒子から対称研磨粒子を分離する概略図である。 格子空間内に滞留した対称研磨粒子を有するこれらの格子空間を有するメッシュの断面の上面図である。 メッシュの格子空間に配列された対称粒子を示す図４Ａのメッシュの部分断面図である。 研磨材ディスクをリサイクルするプロセスを示すフローチャートである。 使用済みパッド調整装置の研磨面上の磨耗した研磨粒子を示す使用済みパッド調整装置の概略断面図である。 エッチング剤の溶液のタンクに浸漬した図６Ａの使用済みパッド調整装置を示す。 図６Ａのパッド調整装置から取り外し、加圧噴射水によって洗浄した研磨材ディスクの使用済み研磨面を示す。 リサイクルしたパッド調整装置のアッセンブリを形成するため、使用済み研磨面が別の基底板に接合された接合面を形成するように、図６Ａの研磨材ディスクを反転させた後のこの研磨材ディスクを示す。 プラズマ中でエッチングバックされているリサイクルしたパッド調整装置を示す。 研磨材ディスクの接合面を形成する使用済み研磨面とリサイクルによって新しい研磨面を形成するため、エッチングバックした元の接合面とを有するリサイクルによって完成したパッド調整装置を示す。 ＣＭＰ研磨装置の斜視図である。 図７のＣＭＰ研磨装置の部分分解斜視図である。 図８ＢのＣＭＰ研磨装置の概略上面図である。 研磨中の基板と図７のＣＭＰ研磨装置によって調整中の研磨パッドの概略上面図である。 図７のＣＭＰ研磨装置の調整ヘッドアッセンブリが研磨パッドを調整している場合のこのアッセンブリの部分切り欠き斜視図である。

符号の説明

２０…パッド調整装置、２４…研磨材ディスク、２８…基底板、３０…前面、３２ａ、ｂ…ねじ孔、３４…裏面、４４…平坦体、４８…接合面、５０…研磨面、５２…研磨材粒子、５４…マトリックス。

Claims (20)

1. リサイクルした研磨パッド調整装置であって、
   （ａ）基底板と、
   （ｂ）反転した研磨材ディスクと、
   を備え、
   前記研磨材ディスクが、
   （i）研磨材粒子が付着した未使用の研磨材面を有する露出した研磨材面と、
   （ii）前記基底板に取り付けた接合面であって、研磨パッドを調整するために以前使用した使用済み研磨材面を備える接合面と、
   を備える、パッド調整装置。
2. 前記露出した研磨材面が、少なくとも部分的にエッチングバックされている、請求項１記載のパッド調整装置。
3. 前記研磨材粒子が、格子を備えるマトリックス内に埋設されている、請求項２記載のパッド調整装置。
4. 前記研磨材粒子が、蝋付け用合金を備えるマトリックス内に埋設されている、請求項２記載のパッド調整装置。
5. 前記研磨粒子の少なくとも約６０％が、実質的に同一の結晶対称性を有する結晶構造を有する、請求項１記載のパッド調整装置。
6. 前記結晶粒子が、ダイヤモンド粒子またはダイヤモンド状構造を備える、請求項５記載のパッド調整装置。
7. 前記露出した研磨材面が、前記接合面を形成する隠れた部分を有するダイヤモンド粒子の露出部分を備える、請求項６記載のパッド調整装置。
8. 請求項１のパッド調整装置を備える化学機械装置であって、
   （i）研磨パッドを保持するプラテン、前記研磨パッドに基板を保持する基板ホルダ、前記プラテンまたは前記基板ホルダに動力を供給する駆動部、および前記研磨パッド上にスラリーを供給するスラリー供給部を備える研磨ステーションと、
   （ii）請求項１記載のパッド調整装置を受け入れる調整装置ヘッドと、
   （iii）前記パッド調整装置の前記研磨材面を前記研磨パッドに擦りつけて前記パッドを調整することができるように、前記調整装置ヘッドに動力を供給する駆動部と、
   を備える、化学機械装置。
9. 基底部と、（i）前記基底部に接合された接合面と（ii）研磨パッドを調整するために以前に使用した使用済み研磨材面を有する研磨材ディスクを備える使用済み研磨パッド調整装置をリサイクルする方法であって、
   （ａ）前記基底板から前記研磨材ディスクを取り外すステップと、
   （ｂ）前記研磨材ディスクを反転して前記ディスクの前記元の接合面を露出するステップと、
   （ｃ）前記使用済み研磨材面を前記基底板に接合するステップと、
   （ｄ）前記元の接合面上に前記未使用の研磨粒子を露出させ、リサイクルしたパッド調整装置上に新しい研磨材面を形成するステップと、
   を含む、方法。
10. 前記ステップ（ａ）が、前記研磨材ディスクと前記基底板との間の接合剤をエッチングによって除去するプロセスを含む、請求項９記載の方法。
11. 前記ステップ（ｄ）が、前記接合面の一部をエッチングによって除去し、未使用の研磨粒子を露出するプロセスを含む、請求項９記載の方法。
12. 研磨パッド調整装置であって、
    （ａ）基底板と、
    （ｂ）研磨材ディスクと、
    を備え、
    前記研磨材ディスクが、
    （i）研磨粒子の露出した部分を備える研磨材面であって、前記研磨粒子の少なくとも約６０％が実質的に同一の結晶対称性を有する結晶構造を有する前記研磨材面と、
    （ii）前記基底板に取り付けた接合面と、
    を備える、パッド調整装置。
13. 前記研磨粒子の少なくとも約９０％が、実質的に同一の結晶対称性を有する結晶構造を有する、請求項１２記載のパッド調整装置。
14. 前記研磨粒子が、前記粒子を介する軸または断面を中心として実質的に同一の結晶対称性を有する結晶構造を有する、請求項１２記載のパッド調整装置。
15. 前記結晶粒子が、鏡面断面を中心として鏡像対称性を有する、請求項１４記載のパッド調整装置。
16. 前記研磨粒子が、ダイヤモンド状構造である、請求項１２記載のパッド調整装置。
17. 前記研磨材粒子が、ダイヤモンド粒子を備える、請求項１２記載のパッド調整装置。
18. 前記研磨材粒子が、格子を備えるマトリックス内に埋設されている、請求項１２記載のパッド調整装置。
19. 前記研磨材粒子が、蝋付け用合金を備えるマトリックス内に埋設されている、請求項１２記載のパッド調整装置。
20. 請求項１２のパッド調整装置を備える化学機械装置であって、
    （i）研磨パッドを保持するプラテン、前記研磨パッドに基板を保持する基板ホルダ、前記プラテンまたは基板ホルダに動力を供給する駆動部、および前記研磨パッド上にスラリーを供給するスラリー供給部を備える研磨ステーションと、
    （ii）請求項１２記載のパッド調整装置を受け入れる調整装置ヘッドと、
    （iii）前記パッド調整装置の前記研磨材面を前記研磨パッドに擦りつけて前記パッドを調整することができるように、前記調整装置ヘッドに対して動力を供給する駆動部と、
    を備える、装置。
    

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