JP2007227915A - 表面の研磨 - Google Patents

Abstract

【課題】効果的なＣＭＰ工程は、高速の研磨速度を提供するだけでなく、仕上げ加工された平坦な基板表面をも提供する。この研磨速度、仕上げ加工、平坦性は、パッドとスラリーの組み合わせ、基板とパッドの間の相対速度、基板をパッドに押し当てる力によって決定される。研磨速度によって１つの層を研磨する時間が設定され、これにより、ＣＭＰ装置の最大スループットが設定される。
【解決手段】この研磨装置は、回転可能なプラテン３０を備え、また、研磨シート３４を支持するためのプラテン上のサブパッドを更に備え、サブパッドには溝が形成されており、研磨装置は更に真空源を備え、真空源は、サブパッドの溝に接続しており、また、研磨面に溝を生じさせるべく研磨シートの各部をサブパッドの溝内へ引き入れるのに十分な真空を付加するように構成されている。
【選択図】図１

Description

関連技術

本出願は、２００６年２月１５日に出願された米国仮出願第６０／７７３，９５０号の利益を主張するものであり、その全体が、参照として本明細書に組み込まれる。

本発明は、半導体デバイスの製造に関する。

背景

本発明は、基板を化学機械研磨する装置および方法に関する。

典型的に、集積回路は、シリコンウェーハ上に伝導層、半伝導層、または絶縁層を連続堆積させることによって基板上に形成される。１つの製造ステップは、パターン化した停止層の上に充填剤層を堆積させ、この充填剤層を停止層が露出するまで平坦加工することを伴う。例えば、絶縁層のトレンチまたは穴を伝導層で充填することができる。平坦加工の後、絶縁層の隆起したパターン間に残っている伝導層の各部が、基板上の薄膜回路間に伝導経路を提供するビア、プラグ、ラインを形成する。

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、受け入れられている平坦加工法の１つである。典型的に、この平坦加工法では、基板をキャリアまたは研磨ヘッド上に搭載する必要がある。基板の露出した表面を回転研磨パッドに当てて置く。研磨パッドは標準的なパッドまたは研磨剤が固定されたタイプのパッドであってもよい。標準的なパッドは、耐性に優れた目の粗い表面を有し、一方、研磨剤が固定されたタイプのパッドは、閉じ込め媒体内に保持された研磨剤粒子を有する。キャリアヘッドは制御可能な負荷、即ち圧力を基板上に提供することで、基板を研磨パッドに押し当てる。少なくとも１つの化学反応剤と、更に、標準的なパッドを使用する場合には研磨剤粒子とを含む研磨スラリーとが、研磨パッドの表面に供給される。

効果的なＣＭＰ工程は、高速の研磨速度を提供するだけでなく、仕上げ加工され（小規模の粗さに欠ける）平坦な（大規模なトポログラフィーに欠ける）基板表面をも提供する。この研磨速度、仕上げ加工、平坦性は、パッドとスラリーの組み合わせ、基板とパッドの間の相対速度、基板をパッドに押し当てる力によって決定される。研磨速度によって１つの層を研磨する時間が設定され、これにより、ＣＭＰ装置の最大スループットが設定される。

概要

１つの態様では、研磨用品について説明している。研磨用品は、直線的な透明部分を有する直線的な研磨シートを含み、前記直線的な透明部分は、約２．５インチの直径の周囲を、大きなひび割れを生じることなく通過できるように可撓性を有する材料で形成されている。

本発明の実施は、以下の特徴の１つ以上を含む。研磨シートの最上面は、直線的な透明部分の最上面と実質的に同一平面にあってもよい。直線的な透明部分はポリウレタン材料で形成することができる。上記材料は約６０のショアＤ硬度を有することができる。上記材料の厚さは約５０ミルであってもよい。直線的な研磨シートの最上面は、ダイヤモンド被覆された調整工具による調整に耐えるのに十分な耐性を持った材料で形成できる。直線的な研磨シートの最上面は、研磨剤が固定されていないタイプの研磨材料で形成できる。直線的な研磨シートは最上部層と底部層を含むことができる。直線的な研磨シートは、前記最上部層と前記底部層の間に結合層を含むことができる。研磨シートは研磨層を含むことができ、また、透明部分は研磨層に鋳造されている。

別の態様では、研磨カートリッジについて説明する。研磨カートリッジは、２つのローラ、即ち供給ローラと巻取りローラと、直線的な研磨シートとを含んでおり、直線的な研磨シートの第１端部は前記供給ローラの周囲に巻着し、直線的な研磨シートの第２端部は巻取りローラの周囲に巻着している。

１つの態様では研磨装置について説明している。研磨装置は、回転可能なプラテンと、研磨面を有する研磨シートを、前記プラテンにわたる直線方向に向けて、徐々に増加させて前進させる駆動機構と、研磨シートを支持するためのプラテン上のサブパッドであって、溝が形成されているサブパッドと、前記サブパッドの前記溝に接続されており、また、前記研磨面に溝を生じさせるべく研磨シートの各部を前記サブパッドの前記溝内へ引き入れるのに十分な真空を付加するように構成されている真空源と、を含む。

本発明の実施は、以下の特徴のうち１つ以上を含んでいてもよい。サブパッドは複数の溝を含むことができる。溝は偏心円、偏心楕円、または螺旋を形成することができる。溝は平行ラインまたは垂直ラインを形成することができる。研磨装置は研磨シートを含むことができる。研磨シートは、研磨面に複数の溝を有することができる。研磨シートは幅と長さを有することができ、長さは幅よりも長く、研磨シートに形成された複数の溝は、研磨シートの長さに対して実質的に垂直に延びている溝を含む。研磨シートに形成された複数の溝は、前記研磨シートの長さと実質的に平行に延びた溝を含むことができる。サブパッドは前記研磨シートよりも圧縮しやすくてもよい。サブパッドは圧縮しやすくてもよい。

別の態様では方法について説明している。この方法は、研磨面を有する研磨シートを、溝が形成されたサブパッド上に支持するステップと、研磨面に溝を生じさせるために、研磨シートの各部を溝内に引き入れるのに十分な真空を溝に付加するステップとを含む。

本発明の実施は、以下の特徴のうち１つ以上を含んでいてもよい。この方法は、研磨シートを回転させるために、研磨シートを支持するプラテンを回転させるステップを含むことができる。この方法は、基板を研磨シートと接触させて、基板を研磨するステップを含むことができる。この方法は、プラテンから研磨シートを解放し、研磨シートを、プラテンの最上面にわたって直線方向に徐々に増加させて前進させるステップを含むことができる。サブパッドは複数の溝を含むことができる。溝は同心円、同心楕円、または螺旋を形成することができる。

１つの態様では研磨システムについて説明する。研磨システムは、研磨層と、研磨層を支持するサブパッドとを含んでいてもよく、サブパッドには螺旋溝が形成されている。

本発明の実施は、以下の特徴のうち１つ以上を含んでいてもよい。サブパッドは複数の材料層で形成することができる。サブパッドは、ポリウレタン材料の上部層と発泡体の下部層とを含むことができる。上部層の厚さは約６０〜１００ミルであってもよく、下部層の厚さは約４０〜６０ミルであってもよい。螺旋溝の深さは約３５〜４０ミルであってもよい。溝は、前記サブパッドの上部層全体にかけて延びていてもよい。螺旋溝の深さは約３５〜４０ミルであってもよい。サブパッドの厚さは約１５０ミルであってもよい。螺旋溝の深さは約５０ミルであってもよく、その幅は約５００ミルであってもよい。サブパッドは複数の螺旋溝を含むことができ、各螺旋溝は前記サブパッドの中心から開始することができる。サブパッドは前記研磨層よりも圧縮しやすくてもよい。

別の態様では、研磨システムについて説明している。研磨システムは、回転可能なプラテンと、研磨シートをプラテンにわたって直線方向に徐々に増加させて前進させる駆動機構と、研磨シートを支持するための、プラテン上のサブパッドとを含んでおり、サブパッドには螺旋溝が形成されている。

本発明の実施は、以下の特徴のうち１つ以上を含んでいてもよい。研磨システムは、プラテンを回転させるモータと、モータを制御するコントローラとを更に含むことができ、コントローラは、プラテンを、螺旋溝の半径を増加させる方向に回転させるように構成されていてもよい。コントローラは、前記プラテンを、前記螺旋溝の半径を減少させる方向に回転させるように構成されていてもよい。

１つの態様では、研磨システムについて説明している。研磨システムは、第１溝プラテンを設けた研磨面を有する研磨層と、前記研磨層を支持するサブパッドとを含んでおり、サブパッドは、第１溝パターンとは異なる第２溝パターンを有する。

別の態様では、研磨用品について説明している。研磨用品は、細長い研磨層と、研磨層を支持する透明なキャリア層とを含み、透明なキャリア層は、研磨層に透明な窓を提供するために、研磨層のアパーチャ内に延びた突起部を有する。

本発明の実施は、以下の特徴のうち１つ以上を含むことができる。キャリア層を透明な窓と一体に設けることができる。キャリア層と前記透明な窓はポリマ材料から成っていてもよい。細長い研磨層は長さと幅を有することができ、また、突起部は、前記長さと平行な方向に伸びていてもよい。窓は、研磨層の、ほぼ全長に延びていてもよい。研磨層とキャリア層は接着または溶着することができる。透明な窓の露出した表面は、研磨層の露出した表面と実質的に同一平面ににあってもよい。突起部は、研磨層の隣接する２つの側部と接触することができる。キャリア層は研磨層の幅にわたって延びていてもよい。キャリア層と突起部は、その接合部分において継ぎ目を有していなくてもよい。

１つの態様では、方法について説明している。この方法は、キャリア層の上に、隆起した透明な部分を有する研磨層を形成するステップを含み、透明な部分は研磨層によって被覆されていない。

本発明の実施は、以下の特徴のうち１つ以上を含んでいてもよい。隆起した透明な部分を設けた研磨層の形成は、鋳造、押し出し成形、キャスティング法、ピンチローラでの成形、除去、または機械的切削のうち１つ以上を含むことができる。キャリア層の上に研磨層を形成するステップは、研磨層の上部面に溝を形成するステップを含むことができる。この方法は、研磨層を前記キャリア層の上に形成するステップの前に、キャリア層を乾燥または硬化させるステップを含むことができる。

１つの態様では、方法について説明している。この方法は、研磨層のアパーチャ内へ突起する隆起した透明な部分を設けたキャリア層を形成するステップを含み、透明な部分は研磨層によって被覆されていない。

本発明の実施は以下の特徴のうち１つ以上を含んでいてもよい。キャリア層を形成するステップは、キャリア部分と前記隆起した透明な部分とを備える一体型部品を製造する工程を含むことができ、隆起した透明な部分は研磨層に透明な窓を提供でき、キャリア部分は主要面上に露出でき、主要面の反対面にある研磨層によって被覆されることができ、透明な窓を、研磨層の表面と実質的に同一平面にある表面と、キャリア部分の主要面と実質的に同一平面にある表面の両方の上に露出させることができる。上記部品の製造は、透明な窓を被覆している研磨層材料を排除するステップを含むことができる。キャリア層を形成するステップは、鋳造、押し出し成形、キャスティング法、ピンチローラでの成形、除去、または機械的切削のうち１つ以上を含むことができる。この方法は、キャリア層を研磨層上に製造する前に、研磨層を乾燥または硬化させるステップを含むことができる。

１つの態様では、方法について説明している。この方法は、非固体材料を研磨材料のシートの非直線縁に接触させるステップと、研磨材料の非直線縁と接触する窓を形成するために、非固体材料を固体化させるステップとを含む。

本発明の実施は、以下の特徴のうち１つ以上を含むことができる。この方法は、非固体材料を研磨材料の第２シートの非直線的な第２縁に接触させ、非固体材料の固体化によって、研磨材料の第２シートの非直線的な第２縁と接触する窓を形成するステップを含むことができる。この方法は、間に隙間を設けた第１シートと第２シートを支持し、非固体材料を隙間内に堆積するステップを含むことができる。窓は、前記研磨用品の、ほぼ全長に延びていてもよい。非固体材料を研磨材料のシートの縁と、研磨材料の第２のシートの第２縁とに接触させるステップは、縁と第２縁の間に液体前駆物質材料を注入するステップを含むことができる。固体化した液体前駆物質材料は、研磨材料の突起部と相互に固定する複数の突起部を形成することができる。窓は主要軸に沿って延びていてもよい。非直線縁は、主要軸に対して直角な複数の突起部を含むことができる。非固体材料の固体化により、シート内に鳩尾状接合部によって嵌合する窓を形成することができる。窓の露出面と前記研磨材料の露出面は実質的に同一平面にあってもよい。研磨材料のシートは、研磨材料の塊から研磨材料シートを切断するか、または薄く剥ぐことによって形成できる。窓は、研磨シートの、研磨シートの縁と研磨シートの中心の間にあたる長さにかけて延びていてもよい。

別の態様では、研磨用品について説明している。この研磨用品は、研磨シートと、研磨シートに設けられている固体の光伝播窓であって、主要軸と、この主要軸と平行に延びる非直線縁とを有する固体の光伝播窓を含む。

本発明の実施は、以下の特徴のうち１つ以上を含んでいてもよい。研磨シートは長さと幅を設けた細長い形状をしており、長さは幅よりも長く、主要軸は長さと平行している。窓は、実質的に研磨シートの全長にかけて延びていてもよい。非直線縁は、主要軸に対して直角を成す複数の突起部を含むことができる。複数の突起部は研磨シートの突起部と相互に固定できる。窓は、鳩尾状接合部によってシート内に嵌合できる。窓の露出面と前記研磨材料の露出面は実質的に同一平面にあってもよい。

１つの態様では、研磨装置について説明している。研磨装置は、プラテンと、研磨面を有する研磨シートを支持するための、プラテン上のサブパッドであって、凹部が形成されているサブパッドと、サブパッドの凹部に接続されており、また、研磨面に凹部を生じさせるために、研磨シートをサブパッドの凹部内に引き入れるのに十分な真空を付加するように構成されている真空源と、基板を前記研磨面に対して保持し、基板を研磨面から離れた位置へ上昇させるためのキャリアヘッドと、キャリアヘッドを研磨面にわたって移動させるモータと、キャリアヘッドおよびモータに結合されており、基板を前記凹部の上に位置決めして、キャリアヘッドに基板を研磨面から離れた位置に上昇させるように構成されているコントローラと、を含む。

本発明の実施は、以下の特徴のうち１つ以上を含んでいてもよい。プラテンは回転可能である。この研磨装置は、研磨シートを、プラテンにわたって直線方向へ徐々に増加させて前進させる駆動機構を含むことができる。コントローラは、基板の研磨中に、基板を凹部から離れた位置に位置決めするように構成することができる。凹部は溝を含んでいてもよい。この研磨装置は研磨シートを含んでいてもよい。サブパッドは、研磨シートよりも圧縮しやすくてもよい。

別の態様では、方法について説明している。この方法は、研磨面を有する研磨シートを、凹部が形成されたサブパッド上に支持するステップと、研磨面に凹部を生じさせるために研磨シートを凹部内に引き込むのに十分な真空を溝に付加するステップと、基板を、研磨面の凹部の上に当たるキャリアヘッド内に位置決めするステップと、基板が前記凹部の上に位置決めされている間に、基板を研磨面から離して上昇させるステップとを含む。

本発明の実施は、以下の特徴のうち１つ以上を含むことができる。この方法は、研磨シートを回転させるために、研磨シートを支持するプラテンを回転させるステップを含むことができる。この方法は、研磨シートを、サブパッドに対して直線的な方向へ徐々に増加させて前進させるステップを含むことができる。凹部は溝を含むことができる。

本明細書で説明している幾つかの実施形態は、以下の利点のうち１つ以上を含むことができる。直線的な研磨シートに一体に設けた窓片は、複合研磨シートが小さな曲線半径の周囲を、ひび割れ、細かいひび割れ、剥離、割裂を生じることなく通過できるようにするために、可撓性かつ屈曲可能な材料で形成することができる。直線的な研磨シートを支持するために溝付きのサブパッドを使用することにより、直線的なシートが、少量の増分で前進しながら、研磨シート内の溝パターンを発達させることが可能になる。深い螺旋溝付きのサブパッドを使用することで、上に重ねたパッド材料に螺旋溝パターンを生じさせ、この場合、生じた溝パターンは、局所的なスラリーの運搬の提供に加えて、プラテン上にスラリーを保持する、またはプラテンからスラリーまたは研磨廃棄物を排出して、ウェーハから遠ざける広範囲的な動作を実行することができる。研磨シートを窓細片と一体に製造することで、多数の材料を２つの減らすことが可能である。これに加え、研磨シート、これと一体に形成された窓、キャリアは、化学性質の類似した材料で製造することができる。鳩尾状接合部（a dovetail-like joint）を作成するために光学系窓の材料を研磨シートに組み込むことで、窓材料と研磨シートの間の境界部の機械的強度が増加する。直線的な研磨シートを支持する特徴を設けたサブパッドを使用することで、直線的なシートは、少量の増分で前進しながら、研磨面の特徴を発達させることが可能になる。このサブパッドの特徴は、研磨後の基板のデチャックの補助に使用できる。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細を、添付の図面および以下の説明において述べる。本発明のこれ以外の特徴、目的、利点は、説明および図面、更に請求項より明らかとなる。

詳細な説明

様々な図面において、同様の参照記号は同様の要素を示す。

図１、図２を参照すると、１つ以上の基板１０が、化学機械研磨装置２０によって研磨される。研磨装置２０の一例には、第１研磨ステーション２５ａ、第２研磨ステーション２５ｂ、最終研磨ステーション２５ｃを含む一連の研磨ステーションと、移送ステーション２７とを支持するテーブル最上部２３を設けた機械基部２２が含まれる。移送ステーション２７は、以下の複数の機能を果たす。即ち、搭載装置（図示せず）から個々の基板１０を受容し、基板を洗浄し、基板をキャリアヘッド内に搭載し、キャリアヘッドから送られた基板を受容し、再び基板を洗浄し、最後に基板を搭載装置に送り戻す。類似の研磨装置の説明が米国特許第５，７３８，５７４号に見ることができ、この開示の全体は参照として本明細書に組み込まれる。

各研磨ステーションは回転可能なプラテンを含む。研磨ステーションの少なくとも１つ、例えば第１ステーション２５ａは、回転可能な矩形のプラテン１００に搭載された研磨キャリッジ１０２を含む。研磨キャリッジ１０２は、直線前進が可能な固定砥粒研磨材料のシートまたはベルトを含む。これ以外の研磨ステーション、例えば第２研磨ステーション２５ｂおよび最終研磨ステーション２５ｃは、対応する円形プラテン３０に取り付けられた研磨パッド３２、３４をそれぞれ含むことができる。各プラテンは、プラテンを３０〜２００回転／分で回転させるプラテン駆動モータ（図示せず）に接続することができる。この場合、回転速度はこれよりも遅くても速くてもよい。基板１０が直径３００ｍｍの円盤である仮定すると、矩形プラテン１００の１辺は約３０インチであってもよく、また、円形プラテン３０と研磨パッド３２、３４は直径３０インチであってもよい。

各々の研磨ステーション２５ａ、２５ｂ、２５ｃはまた、関係する研磨面の上にかけて突出する、組み合わせたスラリー／すすぎアーム５２も含む。各スラリー／すすぎアーム５２は、研磨パッド表面に研磨液、スラリー、あるいは洗浄液を提供するための２つ以上のスラリー供給管を含む。例えば、第１研磨ステーション２５ａにて固定砥粒研磨シート上に分注された研磨液は砥粒子を含んでいないのに対し、第２研磨ステーション２５ｂにて標準的な研磨パッド上に分注されたスラリーは砥粒子を含む。最終研磨ステーション２５ｃをバフ研磨用として使用する場合には、このステーションの研磨パッド上に分注する研磨液に砥粒子は含まれていない。典型的には、研磨パッド全体を被覆および湿潤させるのに十分な液体が提供される。各スラリー／すすぎアームはまた、研磨周期および調整周期のそれぞれの最後に高圧すすぎを提供する数本の噴霧ノズル（図示せず）を含む。

研磨ステーションは、これに関係するパッド調整装置４０を任意で含んでいてもよい。研磨パッドを含む研磨ステーション、即ち、研磨ステーション２５ａは、研磨シートの表面から出る埃や研磨屑を排除するために、図示にはない洗浄装置を含むこともできる。この洗浄装置は、研磨シートの表面を掃除するための回転可能なブラシを、および／または、脱イオン水のような加圧洗浄液を研磨シートの表面上に噴霧するためのノズルを含んでいてもよい。この洗浄装置は、連続的に、あるいは研磨動作と研磨動作の間に動作できる。これに加え、この洗浄装置は固定型であっても、または研磨シートの表面を移動して掃除するものであってもよい。

これに加え、動作洗浄ステーション４５を研磨ステーション２５ａと２５ｂの間、研磨ステーション２５ｂと２５ｃの間、研磨ステーション２５ｃと移送ステーション２７の間、移送ステーション２７と研磨ステーション２５ａの間に位置決めされ、ステーション間を移動する際に基板を洗浄するようにしてもよい。

この例証的な研磨システムでは、研磨ステーションの上に回転可能なマルチヘッド・カルーセル６０が中心柱６２によって支持されており、これがカルーセル軸６４の周囲で、カルーセルモータアセンブリ（図示せず）によって回転される。カルーセル６０は、カルーセル支持板６６上の、カルーセル軸６４周囲に等しい角度間隔で搭載された４つのキャリアヘッド・システムを含む。キャリアヘッド・システムのうち３つは、基板を受容および保持し、基板をステーション２５ａの研磨シートと、ステーション２５ｂ、２５ｃの研磨パッドとに押圧して基板を研磨する。キャリアヘッド・システムのうちの１つは、移送ステーション２７から基板を受容し、更に移送テーション２７へ基板を届ける。

各キャリアヘッド・システムは、キャリアまたはキャリアヘッド８０を含む。キャリア駆動シャフト７８がキャリアヘッド回転モータ７６（図ではカルーセルカバーの１／４を排除して示す）をキャリアヘッド８０に接続することで、各キャリアヘッドが自軸周囲で独立的に回転できる。これに加え、各キャリアヘッド８０は、カルーセル支持面６６に形成された半径スロット７２内で独立的に横方向に振動する。

キャリアヘッド８０は幾つかの機械的機能を実行する。一般に、キャリアヘッドは基板を研磨面に対して保持し、下部への圧力を基板の裏面にかけて一様に分散させ、駆動シャフトからのトルクを基板に移送させ、研磨動作の最中に基板がキャリアヘッドの下から滑落しないようにする。適切なキャリアヘッドの説明は、１９９７年５月２１日に出願された米国特許第６，１８３，３５４号、６，８５７，９４５号に見ることができ、この開示の全体は、参照として本明細書に組み込まれる。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃを参照すると、研磨ステーション２５ａにて、研磨カートリッジ１０２が矩形プラテン１００に取り外し可能に固定されている。研磨カートリッジ１０２は、供給ローラ１３０、巻取りローラ１３２、一般に直線状の研磨材料のシートまたはベルト１１０を含む。研磨シートの未使用部分または新しい部分１２０が供給ローラ１３０の周囲に巻着し、研磨シートの使用済み部分１２２が巻取りローラ１３２の周囲に巻着する。矩形プラテン１００の最上面１４０の上の、使用済み部分１２０と未使用部分１２２の間には、研磨シートの、基板を研磨するために使用される矩形状の露出部分１２４が延びている。

矩形プラテン１００を（図３Ａ中の点線の矢印Ａで示す方向へ）回転させると、研磨シートの露出部分が回転し、研磨中に基板と研磨シートの間に相対動作が提供される。研磨動作と研磨動作の間に、研磨シートを（図３Ａ中の点線矢印Ｂで示す方向へ）前進させて、研磨シートの未使用部分を露出させることができる。研磨材料が前進すると、研磨シート１１０が供給ローラ１３０から巻き戻されて、矩形プラテン１００の最上面にかけて移動し、巻取りローラ１３２によって（図１４に示すように）巻き取られる。

図４を参照すると、幾つかの実施形態では、研磨シート１１０は２つの層を含む。上部研磨層１１９は研磨材料で形成され、裏打ち層またはキャリア層のような下部層１１６は膜で形成されている。上部研磨層１１９は、フェノール樹脂、ポリウレタン、尿素ホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、アクリル化されたウレタン、アクリル化されたエポキシ樹脂、エチレン不飽和化合物、少なくとも１つのペンダントアクリル基を有するアミノ樹脂誘導体、少なくとも１つのペンダントアクリル基を有するイソシアヌレート誘導体、ビニルエーテル、エポキシ樹脂のような樹脂、およびこれらの樹脂の組み合わせによって形成されている。このシートは、中空ミクロスフィアまたは空隙のような充填剤を含んでいてもよい。下部層１１６は、ポリマ膜のような材料、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、紙、布、金属膜、その他から構成される裏打ち層である。幾つかの実施形態では、２つの層が、例えばエポキシや接着剤、例えば感圧接着剤によって結合されるか、あるいは溶着されている。研磨層の厚さは１０〜１５０ミルの間、例えば２０〜８０ミルや、４０ミル周辺であってもよい。研磨シート１１０の幅は、約２０インチ、２５インチ、３０インチであってもよい。

図１１Ａ〜図１１Ｃを参照すると、幾つかの実施において、研磨シート１１０の上部研磨層は最上面に複数の溝を有する。この溝の構成はどのようなものであってもよいが、その回転可能性および遷移性は不変であってもよい。溝は、図１１Ｂに示すｘ溝、即ち、シートの移動方向に対して垂直に配列された溝や、図１１Ａに示すｘｙ溝、即ち、シートの移動方向に対して垂直および平行な溝、対角線溝、その他の適切な溝パターンであってもよい。図１１Ａ〜図１１Ｂでは、矢印は移動方向を示す。溝の深さは、例えば約３５〜１５ミル、および約２５ミルのように、約４５〜５ミルの間であってもよい。幾つかの実施では、溝は、互いに接近した距離で離間していることで、研磨シートを後に詳細に説明するとおりに屈曲するよう補助する。

再び図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃを参照すると、研磨シート１１０の長さに沿って透明な細片１１８を形成できる。透明な細片１１８または窓は、シートの中心に位置決めすることができる。即ち、窓は、研磨パッドの長さに沿って走行し、各パッドの縁までの距離はほぼ等しく、その幅は約０．２〜１インチの間、例えば約０．４〜０．８インチ、または約０．６インチであってもよい。透明な細片は、矩形プラテン１００のアパーチャまたは透明な窓１５４と整列して、エンドポイント検出のための光学監視を基板表面に提供する。これについては、以降でより詳細に説明している。透明な細片１１８の最上面は、研磨シート１１０の研磨部分の最上面と同一平面にある。この配置は、スラリーが透明な細片１１８上に集中して、透明な細片１１８全体にかけて実行される任意の度量衡に悪影響を及ぼすことを回避させる。

供給ローラ１３０と巻き取りローラ１３２は、研磨シート１１０の幅よりも若干長めでなければならない。ローラ１３０、１３２は、長さが約２０インチ、直径が約２〜２．５インチのプラスチックまたは金属製のシリンダである。ローラ１３０、１３２の周囲を研磨シート１１０が何度も通過するため、透明な細片１１８は、パッド／細片の接触面においてひび割れ、細かいひび割れ、剥離、割裂を生じ難い材料で形成されている。透明な細片は、ダイヤモンド被覆された調整工具による調整に耐え得る十分な耐性を有する材料で形成されていることが理想的である。幾つかの実施では、透明な細片１１８は裏打ち層と一体形成されている、即ち、透明な細片１１８と裏打ち層は同じ材料から構成される単体部品である。幾つかの実施では、透明な細片は研磨層に鋳造することができる。また幾つかの実施では、透明な細片１１８の最上面は実質的に研磨シート１１０の最上面と同一平面にある。

市販されている材料で、透明な細片の望ましい性質を多く有するものに、Ｃａｌｔｈａｎｅ ＮＤ ３２００ポリウレタン（Ｃａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ、カリフォルニア州ロングビーチ）がある。この材料は、２部品構成の透明な非琥珀ウレタンエラストマであり、３５０ｍｍおよびこれ以上（約７００ｎｍにおける可視光スペクトルの限界に達する）の波長について少なくとも８０％の伝導性（厚さ１５０ミルのシートの場合）を有する。この材料は、約１．４８の屈折率を有する。特定の理論に制限されることなく、このポリウレタン材料の高い伝導性（現在市販されているポリウレタン窓材料とは対照的である）は、実質的に内部欠陥のないポリウレタン材料の使用に起因すると考えられている。窓に使用される最新のポリウレタンは、一般的に無添加であるが、このような材料には、光を拡散または散乱させるよう作用する気泡や空隙、ひび割れ、マイクロドメイン（例えば、結晶の構造および配向性の異なる小さな範囲）のような内部欠陥が含まれている可能性がある。実質的に内部欠陥のないポリウレタンを形成することにより、光学系の高い明瞭性を達成することができる。幾つかの実施では、透明な細片１１８はポリウレタン材料、例えばＣａｌｔｈａｎｅ ＮＤ３２００で形成されている。透明な細片を形成するこの材料は、例えば６０といった約５０〜８０の間のショアＤ硬度を有することができる。幾つかの実施では、透明な細片を形成する材料の厚さは約５０〜５５ミルである。

一般に、矩形プラテン１００は、ほぼ平坦な矩形最上面１４０を含み、これは供給縁１４２、巻取り縁１４４、および２つの平行な横縁１４６と境界を接している。溝１５０（図３Ａ、図３Ｃに点線で示す）が最上面１４０内に形成されている。溝１５０は、最上面１４０の縁１４２〜１４６に沿って延びる、ほぼ矩形のパターンであってもよい。プラテン１００を通る通路１５２は、溝１５０を真空面２００に接続させている（図５を参照）。通路１５２が真空化されると、研磨シート１１０の露出部分１２４がプラテン１００の最上面１４０に真空チャックされる。この真空チャックは、研磨中における基板と研磨シートの間の摩擦によって生じた横方向への力が研磨シートをプラテンから押し出してしまわないようにする補助となる。先に説明したように、矩形プラテン１００の最上面１４０にはアパーチャ１５４が形成されている。図１２、図１４に示すように、圧縮しやすいサブパッド３００をプラテン１００の最上面上に置き、基板による研磨シートへの衝撃を和らげることもできる。これに加え、プラテン１００は、図示にはないシム板を含んでいてもよい。厚さの異なるシム板をプラテンに取り付けて、プラテンの最上面の垂直位置を調整することができる。圧縮しやすいサブパッドはシム板に取り付けることができる。

サブパッドは研磨シートから分離することができる。即ち、サブパッドを研磨シートと一体に設けない、あるいは接着しないことができる。サブパッド３００は、１つの材料で形成するか、または、層状にした複数の材料で形成することができる。複数層状のパッドは積層パッドであってもよい。一実施形態では、積層サブパッドは、発泡体層上に積層されたＩＣ研磨材料の層、例えばデラウエア州ニューアークのＲｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓから市販されているＳＵＢＡ IVのような柔軟性発泡体の層を有する。積層パッドの上部層の厚さは、例えば６０〜１００ミル、約８０ミルというように、約４０〜１２０ミルの間であってもよい。サブパッドの下部層の厚さは、例えば約４０〜６０ミルの間、約５０ミルというように、約３０〜７０ミルの間であってもよい。

図１５を参照すると、サブパッド３００は、研磨層の溝と同一または異なる溝を有することができる。図１３を参照すると、溝は円形、楕円形、偏心円形、螺旋形であってもよい。サブパッド３００の溝は、上を覆っている研磨シートに溝がない場合であっても、サブパッド上に真空が引かれると溝が研磨シート内に導入されるようにするために、十分な深さと幅を持ったものであってもよい。溝の深さは、約３５〜４０ミルの間といったように、約３０〜５０ミルの間であってもよい。幾つかの実施では、サブパッドの溝は、研磨面の溝よりも大きな幅、ピッチ、および／または深さを有することができる。幾つかの実施では、研磨面の溝パターンは、サブパッドの溝パターンとは異なる。サブパッド３００は円形、矩形、あるいはプラテン１００との使用に適した任意の形状であってもよい。

図２０〜図２１を参照すると、溝３０６のパターンは、研磨面３０２を支持する１つ以上のサブパッド材料の層に形成されている。研磨面３０２は、真空によって溝パターン内に引き込まれている（垂直矢印で示すとおり）。その結果として、溝のパターンが研磨面３０２に形成される。この溝パターンによって、ウェーハと研磨面３０２の間におけるスラリーの分注が促進され、その結果、研磨器の処理性能が向上する。これにより、研磨面の溝が不要になる。サブパッド３００に溝を形成することによる利点の１つは、ウェブスタイルのパッドまたは直線シートが、研磨面に円形または螺旋形の溝パターンを表しながら、または提供しながら、溝パターンの場所を変更することなく、少量ずつ増分しながら前進できることである。

サブパッドは研磨層でなくてもよい表面を有する。即ち、サブパッドの表面の粗さまたは摩擦係数は、基板表面を研磨するのに十分なものである必要はない。これに加え、研磨パッドまたは研磨シートだけに多大な構造的硬性を持たせなくてもよい。サブパッドは構造的硬性を提供することができる。研磨シートまたはパッドの研磨性能は、サブパッドの機械的性質の影響を受ける。硬いサブパッドとより柔軟なサブパッドでは、同じ研磨シートまたは研磨パッドを使用しても、得られる研磨は異なる。サブパッドは研磨シートまたは研磨パッドのように急速に疲労してしまわないため、サブパッド研磨層よりも使用寿命が長い。そのため、研磨シートの前進時または交換時にも、同じサブパッドを使用し続けることが可能である。

図５で図示しているように、矩形プラテン１００は回転可能なプラテン基部１７０に固定されている。矩形プラテン１００とプラテン基部１７０を、プラテン基部１７０の底部に左回りに埋没した数本の周辺ネジ１７４によって結合することができる。環状ベアリング１８０のインナーレースを捕獲するために、プラテン基部１７０の底部に第１カラー１７６がネジ１７８により接続されている。環状ベアリング１８０のアウターレースを捕獲するために、第２カラー１８２が一組のネジ１８３によってテーブル最上部２３に接続されている。環状ベアリング１８０は、矩形プラテン１００を、プラテン駆動モータでプラテンを回転できるようにしながら、テーブル最上部２３よりも上の部分に支持する。

プラテンモータアセンブリ１８４が、取り付けブラケット１８６を介してテーブル最上部２３の底部にボルト留めされている。プラテンモータアセンブリ１８４は、出力駆動シャフト１９０を有するモータ１８８を含む。出力シャフト１９０は固体モータシース１９２に嵌合している。駆動ベルト１９４がモータシース１９２とハブシースの周囲に巻着している。ハブシース１９６は、プラテンハブ１９８によってプラテン基部１７０に結合している。したがって、モータ１８８は矩形プラテン１００を回転させることができる。プラテンハブ１９８は、下部プラテンベース１７０とハブシース１９６に対して密封されている。

通路１５２、更には溝１５０を真空または圧力源に接続するために、空気制御ライン１７２が矩形プラテン１００を通って延びている。空気ライン１７２は、研磨シートを真空チャックするため、また、研磨シート前進機構に動力供給する、またはこれを作動させるための両方の目的で使用することができ、これは、１９９９年４月３０日に出願された米国特許第６，１３５，８５９号に更に詳しく説明されており、この出願の全体は、参照として本明細書に組み込まれる。

プラテン真空／チャック機構への動力供給は、ポンプのような固定式の気圧源２００、または加圧ガス源によって行える。気圧源２００は、流体ライン２０２によって、コンピュータ制御された弁２０４に接続している。コンピュータ制御された弁２０４は、第２流体ライン２０６によって、回転式連結装置２０８に接続している。回転式連結装置２０８は、気圧源２００を回転シャフト２１２内の軸通路２１０に接続し、また、連結装置２１４は軸通路２１０を可撓性空気ライン２１６に接続している。

真空／チャック通路１５２は、矩形プラテン１００、プラテン基部１７０内の通路２２０、プラテンハブ１９８内の垂直通路２２２、ハブシース１９６内の通路２２４を通る空気ライン１７２を介して、可撓性空気路２１６に接続している。Ｏリング２２６を使用して各通路を密封することもできる。

汎用プログラマブル・デジタルコンピュータ２８０は、弁２０４、プラテン駆動モータ１８８、キャリアヘッド回転モータ７６、キャリアヘッド・ラジアル駆動モータ（図示せず）に適切に接続している。コンピュータ２８０は、弁２０４を開放または閉鎖でき、プラテン１００を回転させることができ、キャリアヘッド８０を回転させることができ、キャリアヘッドをスロット７２に沿って移動させることができる。

図６を参照すると、幾つかの実施形態では、プラテン１００にアパーチャまたは穴１５４が形成され、研磨シート１１０の透明な細片１１８と整列する。アパーチャ１５４と透明な細片１１８は、研磨ヘッドの遷移位置に関係なく、プラテンの回転の一部分の最中に基板１０を見ることができるように設置されている。光学系監視システム９０がプラテン１００の下の、例えば矩形プラテン１００とプラテン基部１７０の間に配列され、これに固定されているため、光学系監視システム９０はプラテンと共に回転する。光学系監視システムは、光源９４と検出器９６を含む。光源は光ビーム９２を生成し、この光ビーム９２が、アパーチャ１５４および透明な細片１１８を通って伝播され、基板の露出した面１０に衝突する。

図９Ｂ、図１０Ｂを参照すると、幾つかの実施では、研磨シート１１０内の透明な細片１１８を形成するために使用されている材料も、研磨シート１１０の下部層１１６を形成している。例えば、この材料はポリマ材料であってもよい。図９Ａを参照すると、幾つかの実施では、透明な細片１１８は下部層１１６で形成されている。次に、研磨層１１９を形成している材料を、下部層１１６の上に、キャスティング法によって形成することができる。研磨層材料のいずれかの部分が透明な細片１１８を被覆している場合には、この材料を透明な細片１１８の上から排除することができる。透明な細片１１８の露出した表面は、研磨層１１９の露出した表面と実質的に同一平面となることができる。

図１０Ａを参照すると、幾つかの実施では、研磨層１１９は下部層１１６よりも以前に製造される。研磨層１１９に凹部を形成するか、または研磨層１１９を２つの別個の部品から形成する。次に、研磨層１１９上に下部層１１６と透明な細片１１８を製造する。したがって、透明な細片１１８は下部層１１６と同時に形成することができ、また、下部層１１６と一体に形成することができる。下部層１１６と透明な細片１１８の接合部分には継ぎ目がなくても構わない。研磨層１１９または下部層１１６のいずれか一方を、鋳造、押し出し成形、キャスティング法、ピンチローラでの成形、除去または機械的切削で形成することができる。幾つかの例では、第１に形成された層は乾燥または硬化が可能である。次に、第１層の最上部上に第２層が製造される。幾つかの実施では、この２つの層は別個に形成された後に接着または溶着される。どの実施においても、透明な細片１１８は研磨シートの最上面から研磨シートの底面へと延びて、窓を作り出している。研磨層の最上面は、実質的に研磨材を設けていない。研磨面の形成後、または形成中に、この研磨面に溝を形成することができる。透明な細片１１８には溝を設けなくてもよい。しかし、幾つかの実施では、透明な細片１１８にも溝が形成されている。幾つかの実施では、窓が研磨層の長さにわたって延びている。また幾つかの実施では、キャリア層が研磨層の長さにわたって延びている。

図２２〜図２４を参照すると、研磨シート１１０に窓４０４を形成する代替の方法を示している。図２２を参照すると、研磨シートは、基板の研磨に適した材料で形成されている。研磨シートは、鋳造、切断、押し出し成形によって形成できる。研磨シートには、複数の鳩尾状開口部４０２、裂け目または溝が形成されている。２つの半欠けが、望ましい幅の窓４０４によって分離されている。図２３を参照すると、乾燥、硬化、高強度化可能な材料が溝内に挿入される（矢印で示す方向に）。次に、窓の材料である液体前駆物質のような材料を乾燥、硬化、高強度化させて、複合研磨シートを形成する。図２４を参照すると、窓材料は研磨材料に密接に結合され、窓材料の突起部が研磨材料の突起部（図示せず）と相互に固定する。窓材料は、窓材料と複合研磨シートの研磨材料の疲労が均等または一様となるように、また、剥離することなく同一半径の周囲で屈曲するように選択される。これ以外にも、パッド材料のキャストブロックからシートを切断したり、シートを薄く剥ぐといった工程ステップが必要である。窓は、図２３に示すように、シートの縁からほぼ等距離で離した状態で中心決めして配置するか、または、研磨シートの縁と中心の間に配置することができる。また、窓を実質的に研磨シートの全長にわたって延ばすことができる。幾つかの実施では、窓の表面は研磨シートの表面と実質的に同一平面を成す。

動作時に、基板の表面から排除する材料の量を決定するため、または、表面が平坦になった時と決定するために、ＣＭＰ装置２０が光学系監視システム９０を使用して、基板上の層の厚さを決定する。コンピュータ２８０は、光源９４と検出器９６に接続することができる。コンピュータと光学系監視システムの間の電気連結装置は、回転式連結装置２０８を介して形成できる。１９９８年１１月２日に出願された米国特許第６，１５９，０７３号、６，２８０，２８９号で説明されているように、コンピュータは、基板が窓の上に重なった時に光源を始動させ、検出器からの測定値を記憶し、この測定値を出力デバイス９８上に表示し、研磨エンドポイントを検出するようにプログラムすることができる。この開示の全体は、参照として本明細書に組み込まれる。

動作時に、通路１５２に真空を付加することで、研磨シート１１０の露出した部分１２４またはサブパッドが矩形プラテン１００に真空／チャックされる。基板がキャリアヘッド８０によって研磨シート１１０内に低下されてこれと接触し、また、プラテン１００とキャリアヘッド８０の両方が回転して基板の露出した表面を研磨する。研磨後に、基板がキャリアヘッドによって研磨パッドから持ち上げられる。通路１５２への真空が排除される。例えば空気ライン１７２に正圧を負荷することで、研磨シートが前進されて、前進機構を始動させる。代替として、正圧を使用することで、プラテンからシートを吹き飛ばしたり、シートの前進を容易化する。これにより、研磨シートの未使用の区間が露出される。次に、研磨シートが矩形プラテンに真空／チャックされ、新規の基板が低下されて研磨シートと接触する。これにより、各研磨動作の間に、研磨シートを徐々に増加させて前進させることができる。研磨ステーションが清浄装置を含む場合には、各研磨動作の間に研磨シートを洗浄することができる。

シートを前進できる量は、望ましい研磨一様性と研磨シートの性質によって異なるが、１回の研磨動作につき、例えば０．４インチのように約０．０５〜１．０インチの間でなければならない。研磨シートの露出した部分１２４の長さが２０インチであり、各研磨動作後に研磨シートが０．４インチ前進すると仮定すると、研磨シートの露出部分全体は約５０回の研磨動作の後に交換されることになる。

基板が研磨されると、キャリアヘッドが基板を研磨層から排除する、即ち、キャリアヘッドが基板を研磨面からデチャックする。基板の裏面に吸引を付加し、上昇させることで、研磨面から基板を排除することができる。平坦なウェーハと組み合わせたスラリーは、強力な表面引張力のために、研磨面からの基板の排除を困難にする。

幾つかの実施では、研磨シート、研磨パッド、サブパッドは、ウェーハのデチャックを補助する、溝またはエンボス加工特徴部のような特徴部を有する。研磨中に、基板は、この特徴部を含まない研磨面の部分またはこの特徴部の上に当たらない研磨面の部分と接触している。研磨後には、基板の縁が、デチャック拡張特徴部として機能する特徴部の上へ移動される。

図１６〜図１９を参照すると、幾つかの実施においては、サブパッド３００は、基板のデチャックの補助に適した特徴部３０４を有する。プラテン真空が付加されていない時には、研磨面３０２は特徴部３０４のサブパッド内の特徴部３０４の輪郭を追随しない（図１９）。真空付加時には、研磨面３０２が特徴部３０４と一致する。研磨中、基板は特徴部の上には位置していない。デチャック中には、基板の一部が特徴部の上に位置する。図１８〜図１９は、それぞれ研磨中およびデチャック中にある基板の平面図を示す。

研磨シート内に、デチャック特徴をシートの中心線に沿って、研磨シートの縁に沿って、あるいは研磨シートの縁と中心線の間に沿って形成することができる。

図７を参照すると、第２研磨ステーション２５ｂにて、円形プラテンが、目の粗い表面２６２、上部層２６４、下部層２６６を有する円形研磨パッド３２を支持することができる。感圧接着層２６８を用いて、下部層２６６をプラテン３０に取り付けることができる。上部層２６４を下部層２６６よりも硬くすることができる。例えば、上部層２６４は、微小孔構造のポリウレタン複合体、または充填剤と混合したポリウレタンから成っていてもよく、一方、下部層２６６はウレタンで漉し出した圧縮フェルト繊維から成っていてもよい。デラウエア州ニューアークのＲｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓから、ＩＣ １０００またはＩＣ−１４００から構成される上部層と、ＳＵＢＡ IVから構成される下部層とを設けた２層型の研磨パッドが市販されている（ＩＣ １０００、ＩＣ−１４００、ＳＵＢＡ IVは、Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓの製品名である）。研磨パッド３２の、プラテン３０のアパーチャ３６の上に当たる部分に、透明な窓２６９を形成することができる。

図８を参照すると、最終研磨ステーション２５ｃにて、プラテンは、一般に滑らかな面２７２と１つの柔軟層２７４とを有する研磨パッド３４を支持することができる。感圧接着層２７８によって、層２７４をプラテン３０に取り付けることができる。層２７４は、毛を立てた多孔性合成材料から成っていてもよい。適切な柔軟な研磨パッドは、Ｒｏｈｍ ａｎｄ ＨａａｓからＰｏｌｉｔｅｘ（商標）の商品名で市販されている。研磨パッド３２、３４には、基板の表面にわたってスラリーの分注を向上させるパターンをエンボス加工およびスタンプ加工することができる。あるいは、研磨ステーション２５ｃは研磨ステーション２５ｂと同一であってもよい。アパーチャ３６の上にあたる位置の、研磨パッド３４内に透明な窓２７９を形成することができる。

幾つかの実施では、円形の研磨パッド３２、３４は１つの螺旋溝や複数の螺旋溝を有することができ、複数の螺旋溝には、例えば、１８０°離れた状態から始まり、半径方向への溝対溝のピッチを呈する２つの螺旋溝や、３つ、４つ、更にこれ以上の螺旋溝がある。

ＣＭＰ装置は、研磨シートのプラテンへの真空チャックに関するが、他の技術を使用して、研磨中に研磨シートをプラテンに固定させることも可能である。例えば、１組のクランプにより、研磨シートの縁をプラテンの側部にクランプ留めすることができる。

また、ローラが、アパーチャに挿入したピンによってリテーナに接続されていると説明されているが、これ以外の、ローラをプラテンに回転可能に接続するための様々な実施が可能である。例えば、リテーナの内面に凹部を形成して、ローラの端面から突出するピンに係合させることができる。リテーナ１６０は若干屈曲可能であってもよく、ローラはリテーナ内にスナップ嵌合することができる。代替として、リテーナの内面の凹部は、引張力によってローラを捕らえる迷路状の通路を形成することができる。またあるいは、リテーナをプラテンに旋回可能に取り付け、リテーナがロック位置になるとローラをリテーナと係合するようにすることもできる。

これに加え、ＣＭＰ装置は、溝付きの表面を設けた１つの矩形のプラテンと、丸い研磨パッドを設けた２つの円形プラテンとを有すると説明されているが、これ以外の構成も可能である。例えば、この装置は１つ、２つ、または３つの矩形プラテンを含んでいてもよい。本明細書で説明しているパッド、シート、サブパッドの実施形態は、連続したベルト、非回転プラテンシステム、および、研磨ステーションを１つだけ設けた研磨システムと共に使用することができる。事実、ＣＭＰ装置２０の１つの利点は、各プラテン基部１７０を、矩形プラテンまたは円形プラテンのいずれをも受容するように適合できることである。各矩形プラテン上の研磨シートは、研磨剤が固定されたタイプ、または研磨剤が固定されていないタイプの研磨材料であってもよい。研磨シートは、結合された複数の層を含むことができる。同様に、円形プラテン上の各研磨パッドも、研磨剤が固定されたタイプ、または研磨剤が固定されていない研磨材料であってもよい。標準的な研磨パッドは、１つの硬い層（例えばＩＣ−１０００）、１つの柔軟な層（例えば、Ｐｏｌｉｔｅｄ（商標）パッドのようなもの）、または２つの積層（例えば、組み合わされたＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ IV研磨パッドのようなもの）を有することができる。異なるスラリーと異なる研磨パラメータ、例えばキャリアヘッド回転速度、プラテン回転速度、キャリアヘッド圧力を、異なる研磨ステーションにおいて使用することができる。

ＣＭＰ装置の１つの実施は、主要研磨用の、研磨剤が固定されたタイプの研磨シートを設けた２つの矩形プラテンと、バフ研磨用の柔軟な研磨パッドを設けた円形プラテンとを含むことができる。研磨パラメータ、パッド構成、およびスラリー構成を、第１研磨シートが第２研磨シートよりも高速の研磨速度を有するように選択することができる。

サブパッドと研磨シート１１０を一緒に使用する場合には、研磨と研磨の間、および研磨の最中に、研磨シート１１０がサブパッドにわたって滑動する。

本明細書で説明した研磨シートの幾つかを用いれば、多数のウェーハおよび各ウェーハは、別のパッドの研磨に使用されていない研磨シートの部分によって研磨される。代替として、研磨シートを、各基板研磨の間に全長を移動するのではなく、徐々に増加させて移動することも可能である。各ウェーハは実質的に同じ研磨パッド条件に晒されるため、パッドの疲労は後続のウェーハの研磨における要因にはならない。パッド表面の安定状態は、シートが研磨範囲の直径と等しい距離だけ増分されることで得られる。

研磨シートの最上面に設けられた、研磨シートの移動方向に対して垂直な溝は、研磨シートが、ウェーハに到達する前に、供給ローラ１３０に巻着した時、または供給ローラ１３０の小径にわたって伸張した時に、研磨シートの屈曲を補助することができる。溝付きのサブパッドを有するシステムでは、サブパッドは研磨面に、パッド表面上でのスラリーの移送と流れを補助するための一時的な溝を形成することができる。この一時的な溝は、サブパッドに真空が付加されると更に強調される。代替として、またはこれに加えて、研磨パッドの研磨面が溝を有することもできる。

パッドまたはサブパッドの溝は螺旋形であってもよい。螺旋形の溝はスラリーを研磨面へ汲み上げることができる。螺旋形の溝は、パッドまたはサブパッドの中心から始まり、外縁へと外方に移動する。プラテンが回転すると、螺旋が研磨範囲の中心へ集中するか、または中心から離れてゆく。溝は、スラリーをプラテン上に保持するか、または排出されたスラリーおよび／または研磨廃棄物をプラテンの外へ移動させるかの広範囲的な動作を実行する。螺旋が集中して見えるよう、即ち中心に向かって移動するように、プラテンを、螺旋溝半径が増加して、螺旋が集中して見える、即ち中心に向かって移動するように見える方向に回転させると、スラリーが中心に向かって運搬される。プラテンを、螺旋溝半径が減少して螺旋が拡大するように見える方向に回転させると、使用済みのスラリーと廃棄物が、遠心力のみの場合よりも迅速にプラテンの外へ移動される。複数の螺旋、例えば２つの螺旋を設けたパッドまたはサブパッドは、１つの溝を設けたパッドまたはサブパッドよりも高速にスラリーを移動することができる。

スラリーの運搬または汲み上げ動作に加えて、研磨層またはサブパッドの螺旋溝は、研磨の起伏、またはウェーハ表面からの材料排除の等質性を制御することができる。幾つかの実施では、サブパッドの厚さは約１５０ミルであってもよい。幾つかの実施では、螺旋溝の深さは約５０ミルのように約４０〜６０ミルの間であってもよく、また、幅は５００ミルのように約４００〜６００ミルの間であってもよい。溝のピッチは約１インチであってもよい。

プラテンの代替の実施形態は、研磨シートの溝内への潜在的な逸脱によって研磨の一様性が妨害されることを防止するために、溝のない最上面の中心領域を有することができる。

本発明の多数の実施形態について説明した。しかし、本発明の精神および範囲を逸脱しない限り、様々な変更が可能であることが理解される。したがって、これ以外の実施形態は付属の請求項の範囲に包括されるものとする。

化学機械研磨装置の略展開斜視図である。 図１のＣＭＰ装置の平面図である。 図１のＣＭＰ装置の第１研磨ステーションの平面図である。 矩形プラテンと研磨カートリッジの略展開斜視図である。 矩形プラテンに取り付けた研磨カートリッジの略斜視図である。 研磨剤が固定されたタイプの研磨シートの略断面図である。 図３Ａの研磨ステーションの略断面図である。 光学系エンドポイント検出システムを有する研磨ステーションの略断面図である。 第２研磨ステーションのプラテンおよび研磨パッドの略断面図である。 最終研磨ステーションのプラテンおよび研磨パッドの略断面図である。 窓を一体に設けた研磨シートを示す。 窓を一体に設けた研磨シートを示す。 窓を一体に設けた研磨シートを示す。 窓を一体に設けた研磨シートを示す。 溝付きの研磨パッドを示す。 溝付きの研磨パッドを示す。 溝付きの研磨パッドを示す。 矩形プラテン上に溝を設けたサブパッドを示す。 溝付きのサブパッドの応用形を示す。 矩形プラテン上の研磨シートの側面図を示す。 溝付きサブパッドの側面図を示す。 デチャック特徴を設けた表面を示す。 デチャック特徴を設けた表面を示す。 デチャック特徴を設けた表面を示す。 デチャック特徴を設けた表面を示す。 溝付きサブパッドと溝なし研磨面を示す。 溝付きサブパッドと溝なし研磨面を示す。 窓を設けた研磨シートを形成する方法を示す。 窓を設けた研磨シートを形成する方法を示す。 窓を設けた研磨シートを形成する方法を示す。

符号の説明

１０…基板、２０…化学機械研磨装置、２２…機械基部、２３…テーブル最上部、２５ａ…第１研磨ステーション、２５ｂ…第２研磨ステーション、２５ｃ…最終研磨ステーション、２７…移送ステーション、３０…円形プラテン、３２、３４…研磨パッド、４０…パッド調整装置、４５…任意の清浄ステーション、５２…スラリー／すすぎアーム、６０…回転可能なマルチヘッド・カルーセル、６２…中心柱、６４…カルーセル軸、６６…カルーセル支持板、７２…半径スロット、７６…キャリアヘッド回転モータ、７８…キャリア駆動シャフト、８０…キャリアヘッド、１００…回転可能な矩形プラテン、１０２…研磨カートリッジ、１１０…直線的なシート、１１６…下部研磨層、１１８…透明な細片、１１９…上部研磨層、１２０…未使用部分、１２２…使用済み部分、１２４…矩形の露出した部分、１３０…供給ローラ、１３２…巻取りローラ、１４０…最上面、１４２…供給縁、１４４…巻取り縁、１４６…２つの平行な横縁、１５０…溝、１５２…通路、１５４…アパーチャまたは透明な窓、１６０…リテーナ、１７０…プラテン基部、１７４…周辺ネジ、１７６…第１カラー、１７８…ネジ、１８０…環状ベアリング、１８２…第２カラー、１８４…プラテンモータアセンブリ、１８６…搭載ブラケット、１８８…モータ、１９０…出力シャフト、１９２…モータシース、１９４…駆動ベルト、１９６…ハブシース、１９８…プラテンハブ、２００…真空源、２０２…供給ライン、２０４…コンピュータ制御された弁、２０６…第２流体ライン、２０８…回転式連結装置、２１０…軸通路、２１２…回転シャフト、２１４…結合装置、２１６…可撓性の空気ライン、２２０、２２４…通路、２２２…垂直通路、２２６…Ｏリング、２６２…目の粗い表面、２６４…上部層、２６６…下部層、２６９…透明な窓、２７４…１つの柔軟層、２７８…感圧接着層、２８０…汎用プログラマブル・デジタルコンピュータ、３００…圧縮しやすいサブパッド、３０２…研磨面。

Claims (91)

1. 研磨用品であって、
   直線的な透明部分を有する直線的な研磨シートを備え、前記直線的な透明部分が、約２．５インチの直径の周囲を、大きなひび割れを生じることなく通過できるように可撓性を有する材料で形成されている、研磨用品。
2. 研磨シートの最上面が、前記直線的な透明部分の最上面と実質的に同一平面にある、請求項１に記載の研磨用品。
3. 前記直線的な透明部分がポリウレタン材料で形成される、請求項１に記載の研磨用品。
4. 前記材料が約６０のショアＤ硬度を有する、請求項１に記載の研磨用品。
5. 前記材料の厚さが約５０ミルである、請求項１に記載の研磨用品。
6. 前記直線的な研磨シートの最上面が、ダイヤモンド被覆された調整工具による調整に耐えるのに十分な耐性を持った材料で形成されている、請求項１に記載の研磨用品。
7. 前記直線的な研磨シートの最上面が、研磨剤が固定されていないタイプの研磨材料で形成されている、請求項１に記載の研磨用品。
8. 前記直線的な研磨シートが最上部層と底部層を備える、請求項１に記載の研磨用品。
9. 前記直線的な研磨シートが更に、前記最上部層と前記底部層の間に結合層を備える、請求項８に記載の直線的な研磨シート。
10. 前記研磨シートが研磨層を備え、前記透明部分が前記研磨層に鋳造されている、請求項１に記載の研磨用品。
11. 研磨カートリッジであって、
    ２つのローラ、即ち供給ローラと巻取りローラと、
    請求項１に記載の前記直線的な研磨シートと、
    を備え、
    前記直線的な研磨シートの第１端部が前記供給ローラの周囲に巻着され（wrapped）、前記直線的な研磨シートの第２端部が、前記巻取りローラの周囲に巻着している研磨カートリッジ。
12. 研磨装置であって、
    回転可能なプラテンと、
    研磨面を有する研磨シートを、前記プラテンにわたる直線方向に向けて、徐々に増加させて前進させる駆動機構と、
    前記研磨シートを支持するためのプラテン上のサブパッドであって、溝が形成されているサブパッドと、
    前記サブパッドの前記溝に接続しており、また、前記研磨面に溝を生じさせるべく研磨シートの各部を前記サブパッドの前記溝内へ引き入れるのに十分な真空を付加するように構成されている真空源と、
    を備える、研磨装置。
13. 前記サブパッドが複数の溝を備える、請求項１２に記載の研磨装置。
14. 前記溝が偏心円、偏心楕円、または螺旋を形成する、請求項１３に記載の研磨装置。
15. 前記溝が平行ラインまたは垂直ラインを形成する、請求項１３に記載の研磨装置。
16. 前記研磨シートを更に備える、請求項１２に記載の研磨装置。
17. 前記研磨シートが、研磨面に複数の溝を有する、請求項１２に記載の研磨装置。
18. 前記研磨シートが幅と長さを有し、前記長さが前記幅よりも長く、前記研磨シートに形成された前記複数の溝が、前記研磨シートの長さに対して実質的に垂直に延びている溝を含む、請求項１７に記載の研磨装置。
19. 前記研磨シートに形成された前記複数の溝が、前記研磨シートの長さと実質的に平行に延びている溝を含む、請求項１８に記載の研磨装置。
20. 前記サブパッドが前記研磨シートよりも圧縮しやすい、請求項１６に記載の研磨装置。
21. 前記サブパッドが圧縮しやすい、請求項１２に記載の研磨装置。
22. 研磨装置を動作する方法があって、
    研磨面を有する研磨シートを、溝が形成されたサブパッド上に支持するステップと、
    前記研磨面に溝を生じさせるために、前記研磨シートの各部を溝内に引き入れるのに十分な真空を前記溝に付加するステップと、
    を備える方法。
23. 前記研磨シートを回転させるために、前記研磨シートを支持するプラテンを回転させるステップを更に備える、請求項２２に記載の方法。
24. 基板を前記研磨シートと接触させて、前記基板を研磨するステップを更に備える、請求項２３に記載の方法。
25. 前記プラテンから前記研磨シートを解放し、前記研磨シートを、前記プラテンの前記最上面にわたって直線方向に徐々に増加させて前進させるステップを更に備える、請求項２２に記載の方法。
26. 前記サブパッドが複数の溝を備える、請求項２２に記載の方法。
27. 前記溝が同心円、同心楕円、または螺旋を形成する、請求項２６に記載の方法。
28. 研磨システムであって、
    研磨層と、
    前記研磨層を支持するサブパッドであって、螺旋溝が形成されているサブパッドと、
    を備える、研磨システム。
29. 前記サブパッドが複数の材料層で形成されている、請求項２８に記載の研磨システム。
30. 前記サブパッドが、ポリウレタン材料の上部層と発泡体の下部層とを備える、請求項２８に記載の研磨システム。
31. 前記上部層の厚さが約６０〜１００ミルであり、前記下部層の厚さが約４０〜６０ミルである、請求項２８に記載の研磨システム。
32. 前記螺旋溝の深さが約３５〜４０ミルである、請求項３１に記載の研磨システム。
33. 前記溝が、前記サブパッドの上部層全体にかけて延びている、請求項２８に記載の研磨システム。
34. 前記螺旋溝の深さが約３５〜４０ミルである、請求項２８に記載の研磨システム。
35. 前記サブパッドの厚さが約１５０ミルである、請求項２８に記載の研磨システム。
36. 前記螺旋溝の深さが約５０ミルであり、その幅が約５００ミルである、請求項３５に記載の研磨システム。
37. 前記サブパッドが複数の螺旋溝を備えており、各螺旋溝が前記サブパッドの中心から開始している、請求項２８に記載の研磨システム。
38. 前記サブパッドが前記研磨層よりも圧縮しやすい、請求項２８に記載の研磨システム。
39. 研磨システムであって、
    回転可能なプラテンと、
    研磨シートを、前記プラテンにわたって直線方向に徐々に増加させて前進させる駆動機構と、
    前記研磨シートを支持するための、前記プラテン上のサブパッドであって、螺旋溝が形成されているサブパッドと、
    を備える、研磨システム。
40. 前記プラテンを回転させるモータと、前記モータを制御するコントローラとを更に備えており、前記コントローラが、前記プラテンを、前記螺旋溝の半径を増加させる方向に回転させるように構成されている、請求項３９に記載の研磨システム。
41. 前記プラテンを回転させるモータと、前記モータを制御するコントローラとを更に備えており、前記コントローラが、前記プラテンを、前記螺旋溝の半径を減少させる方向に回転させるように構成されている、請求項３９に記載の研磨システム。
42. 研磨システムであって、
    第１溝プラテンを設けた研磨面を有する研磨層と、
    前記研磨層を支持するサブパッドであって、前記第１溝パターンとは異なる第２溝パターンを有するサブパッドと、
    を備える、研磨システム。
43. 研磨用品であって、
    細長い研磨層と、
    前記研磨層を支持する透明なキャリア層であって、前記研磨層に透明な窓を提供するために、前記研磨層のアパーチャ内に延びている突起部を有する透明なキャリア層と、
    を備える、研磨用品。
44. 前記キャリア層が前記透明な窓と一体的に設けられている、請求項４３に記載の研磨用品。
45. 前記キャリア層と前記透明な窓がポリマ材料から構成される、請求項４３に記載の研磨用品。
46. 前記細長い研磨層が長さと幅を有し、前記突起部が、前記長さと平行な方向に伸びている、請求項４３に記載の研磨用品。
47. 前記窓が、前記研磨層の、ほぼ全長に延びている、請求項４５に記載の研磨用品。
48. 前記研磨層と前記キャリア層が接着または溶着されている、請求項４３に記載の研磨用品。
49. 前記透明な窓の露出した表面が、前記研磨層の露出した表面と実質的に同一平面にある、請求項４３に記載の研磨用品。
50. 前記突起部が前記研磨層の隣接する２つの側部と接触している、請求項４３に記載の研磨用品。
51. 前記キャリア層が、前記研磨層の幅にわたって延びている、請求項４３に記載の研磨用品。
52. 前記キャリア層と前記突起部が、その接合部分において継ぎ目を有していない、請求項４３に記載の研磨用品。
53. 研磨パッドを形成する方法であって、
    キャリア層の上に、隆起した透明な部分を有する研磨層を形成するステップを備え、前記透明な部分が前記研磨層によって被覆されていない方法。
54. 前記隆起した透明な部分を設けた前記研磨層を形成するステップが、鋳造、押し出し成形、キャスティング法、ピンチローラでの成形、除去、または機械的切削のうち１つ以上を備える、請求項５３に記載の方法。
55. 前記キャリア層の上に研磨層を形成するステップが、前記研磨層の上部面に溝を形成する工程を備える、請求項５３に記載の方法。
56. 前記研磨層を前記キャリア層の上に形成するステップの前に、前記キャリア層を乾燥または硬化させるステップを更に備える、請求項５３に記載の方法。
57. 研磨パッドを形成する方法であって、
    研磨層のアパーチャ内へ突起する隆起した透明な部分を設けたキャリア層を形成するステップを備え、前記透明な部分が前記研磨層によって被覆されていない方法。
58. 前記キャリア層を形成するステップが、キャリア部分と前記隆起した透明な部分とを備える一体型部品を製造する工程を備えており、前記隆起した透明な部分が前記研磨層に透明な窓を提供し、前記キャリア部分が主要面上に露出し、前記主要面の反対面にある前記研磨層によって被覆されており、前記透明な窓が、前記研磨層の表面と実質的に同一平面にある表面と、前記キャリア部分の主要面と実質的に同一平面にある表面の両方の上に露出している、請求項５７に記載の方法。
59. 前記部品を製造するステップが、前記透明な窓を被覆している研磨層材料を排除する工程を備える、請求項５８に記載の方法。
60. 前記キャリア層を形成するステップが、鋳造、押し出し成形、キャスティング法、ピンチローラでの成形、除去、または機械的切削のうち１つ以上を備える、請求項５７に記載の方法。
61. 前記キャリア層を前記研磨層上に製造する前に、前記研磨層を乾燥または硬化させるステップを備える、請求項５７に記載の方法。
62. 研磨用品を形成する方法であって、
    非固体材料を研磨材料のシートの非直線縁に接触させるステップと、
    前記研磨材料の前記非直線縁と接触する窓を形成するために、前記非固体材料を固体化させるステップと、
    を備える方法。
63. 前記非固体材料を研磨材料の第２シートの非直線的な第２縁に接触させ、前記非固体材料の固体化によって、前記研磨材料の前記第２シートの前記非直線的な第２縁と接触する窓を形成するステップを更に備える、請求項６２に記載の方法。
64. 間に隙間を設けた前記第１シートと第２シートを支持し、前記非固体材料を前記隙間内に堆積するステップを更に備える、請求項６３に記載の方法。
65. 前記窓が前記研磨用品の、ほぼ全長に延びている、請求項６４に記載の方法。
66. 非固体材料を前記研磨材料のシートの縁と、前記研磨材料の第２のシートの第２縁とに接触させるステップが、前記縁と前記第２縁の間に液体前駆物質材料を注入する工程を含む、請求項６４に記載の方法。
67. 前記固体化した液体前駆物質材料が、前記研磨材料の突起部と相互に固定する（interlock）複数の突起部を形成する、請求項６６に記載の方法。
68. 前記窓が主要軸に沿って延びている、請求項６２に記載の方法。
69. 前記非直線縁が、前記主要軸に対して直角な複数の突起部を含む、請求項６８に記載の方法。
70. 前記非固体材料の固体化により、シート内に鳩尾状接合部（a dovetail-like joint）によって嵌合する（fits into）窓が形成される、請求項６２に記載の方法。
71. 前記窓の露出面と前記研磨材料の露出面が実質的に同一平面にある、請求項６２に記載の方法。
72. 前記研磨材料のシートが、研磨材料の塊から前記研磨材料シートを切断するか、または薄く剥ぐことによって形成される、請求項６２に記載の方法。
73. 前記窓が、前記研磨シートの、前記研磨シートの縁と前記研磨シートの中心の間にあたる長さにかけて延びている、請求項６２に記載の方法。
74. 研磨用品であって、
    研磨シートと、
    前記研磨シートに設けられている固体の光伝播窓であって、主要軸と、この主要軸と平行に延びる非直線縁とを有する固体の光伝播窓と、
    を備える、研磨用品。
75. 前記研磨シートが長さと幅を設けた細長い形状をしており、前記長さが前記幅よりも長く、前記主要軸が前記長さと平行している、請求項７４に記載の研磨用品。
76. 前記窓が、前記研磨シートの、ほぼ全長に延びている、請求項７５に記載の研磨用品。
77. 前記非直線縁が、前記主要軸に対して直角を成す複数の突起部を含む、請求項７４に記載の研磨用品。
78. 前記複数の突起部が前記研磨シートの突起部と相互に固定する、請求項７７に記載の研磨用品。
79. 前記窓が、鳩尾状接合部によって前記シート内に嵌合する、請求項７４に記載の研磨用品。
80. 前記窓の露出面と前記研磨材料の露出面が実質的に同一平面にある、請求項７４に記載の研磨用品。
81. 研磨装置であって、
    プラテンと、
    研磨面を有する研磨シートを支持するための、前記プラテン上のサブパッドであって、凹部が形成されているサブパッドと、
    前記サブパッドの凹部に接続されており、また、前記研磨面に凹部を生じさせるために、前記研磨シートを前記サブパッドの凹部内に引き入れるのに十分な真空を付加するように構成されている真空源と、
    基板を前記研磨面に対して保持し、前記基板を前記研磨面から離れた位置へ上昇させるためのキャリアヘッドと、
    前記キャリアヘッドを前記研磨面にわたって移動させるモータと、
    前記キャリアヘッドおよび前記モータに結合されており、前記基板を前記凹部の上に位置決めして、前記キャリアヘッドに前記基板を前記研磨面から離れた位置に上昇させるように構成されているコントローラと、
    を備える、研磨装置。
82. 前記プラテンが回転可能である、請求項８１に記載の研磨装置。
83. 前記研磨シートを、前記プラテンにわたって直線方向へ徐々に増加させて前進させる駆動機構を更に備える、請求項８１に記載の研磨装置。
84. 前記コントローラが、前記基板の研磨中に、前記基板を前記凹部から離れた位置に位置決めするように構成されている、請求項８１に記載の研磨装置。
85. 前記凹部が溝を備える、請求項８１に記載の研磨装置。
86. 前記研磨シートを更に備える、請求項８１に記載の研磨装置。
87. 前記サブパッドが前記研磨シートよりも圧縮しやすい、請求項８６に記載の研磨装置。
88. 研磨装置の動作方法であって、
    研磨面を有する研磨シートを、凹部が形成されたサブパッド上に支持するステップと、
    前記研磨面に凹部を生じさせるために前記研磨シートを前記凹部内に引き込むのに十分な真空を溝に付加するステップと、
    基板を、前記研磨面の凹部の上に当たるキャリアヘッド内に位置決めするステップと、
    前記基板が前記凹部の上に位置決めされている間に、前記基板を前記研磨面から離して上昇させるステップと、
    を備える方法。
89. 前記研磨シートを回転させるために、前記研磨シートを支持するプラテンを回転させる、請求項８８に記載の方法。
90. 前記研磨シートを、前記サブパッドに対して直線的な方向へ徐々に増加させて前進させるステップを更に備える、請求項８８に記載の方法。
91. 前記凹部が溝を備える、請求項８８に記載の方法。

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