(57)【要約】      （修正有）【課題】元の表面形態を維持しつつ終始一貫して均質なパッド表面の微小テクスチャを有するところの予調整されたＣＭＰパッドを作るための装置を提供する。【解決手段】多孔性砥粒材２の研削表面を有するローターを有する回転グラインダアセンブリ４、ＣＭＰ研磨層の表面と多孔性砥粒材との境界面を形成するように、回転グラインダの研削表面が、平床プラテン１の表面の上方且つ平行に配置されるようにＣＭＰ研磨層２を所定の位置に保持するための平床プラテン、及び回転グラインダアセンブリが配置され且つＣＭＰ基板７が取り付けられるところの領域と重ならないように平床プラテンの上部表面の上方に且つ平行に配置された基板ホルダー６、を備えており、それにより基板の表面とＣＭＰ研磨層との間の研磨境界面を創出し、基板ホルダーは、回転グラインダアセンブリ及び平床プラテンに対して独立に回転する。【選択図】図３
2018058203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッド表面の微小テクスチャを有する予調整されたポリマーのケミカルメカニカル（ＣＭＰ）研磨パッド又は層を提供し且つ基板を研磨するための装置であって、
多孔性砥粒材の研削表面を有するホイール又はローターを有する回転グラインダアセンブリ、
前記ＣＭＰ研磨層を所定の位置に保持するための平床プラテン、
前記回転グラインダの研削表面は、前記ＣＭＰ研磨層の表面と前記多孔性砥粒材との境界面を形成するように、前記平床プラテンの表面の上方に且つ平行又は実質的に平行に配置されている、
及び、
前記回転グラインダアセンブリが配置され且つＣＭＰ基板が取り付けられるところの領域上と重ならないように、前記平床プラテンの上部表面の上方に且つ平行に配置された基板ホルダー、
を備えており、
それにより前記基板の表面と前記ＣＭＰ研磨層との間に研磨境界面を作り、
前記基板ホルダーは、前記回転グラインダアセンブリ及び前記平床プラテンに対して独立に回転する、
装置。
【請求項２】
前記平床プラテンは、真空によって、前記ＣＭＰ研磨層を所定の位置に保持する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ＣＭＰ研磨層は、その中心点からその外周部へ延在している半径を有し、及び前記回転グラインダアセンブリのホイール又はローターの研削表面は、前記ＣＭＰ研磨層の半径と等しいか又はより長い直径を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記回転グラインダアセンブリの直径は、前記ＣＭＰ研磨層の半径に等しい、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記回転グラインダアセンブリのホイール又はローターは、その研削表面の外周部が、研削中、前記ＣＭＰ研磨層の中心上に直接に支えられるように配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記回転グラインダアセンブリのホイール又はローターと、前記ＣＭＰ研磨層と、前記平床プラテンとの各々は、前記ＣＭＰ研磨層の研削の間中、回転する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記回転グラインダアセンブリは、
モータ又は回転アクチュエータを含む駆動ハウジング、及び
前記モータ又は回転アクチュエータと接続し且つ駆動される垂直に配置された軸であって、駆動ハウジング内に延在し、且つ前記ホイール又はローターが毎分当たり所望の回転数の速さで回転するように、その下端部で機械的結合部を介して前記ホイール又はローターに接続する軸、を備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記駆動ハウジング内において、前記垂直に配置された軸は、
前記軸が前記モータ又は回転アクチュエータに接続されるところに配置されたボールねじ又は第２サーボモータを備え、
前記軸の前記ホイール又はローターへの機械的結合部で、又は両方の位置で、それにより前記回転グラインダアセンブリの前記ホイール又はローターは、設定された増分速度で下方に送られうる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
さらに、圧搾された不活性ガス又は空気を間欠的に又は連続的に吹き付けるために、且つ、研削中、前記多孔性砥粒材に作用するように、前記圧搾された不活性ガス又は空気を、前記ＣＭＰ研磨層材の表面と前記多孔性砥粒材との境界面に吹き付けるように配置されている導管、ホース、ノズル、又はバルブを備え、そして、それと別に、
研削中、前記多孔性砥粒材に作用するように、圧搾された不活性ガス又は空気を、前記回転グラインダアセンブリの周辺部の真下の点から上方へ吹き付けるために、第２導管、ホース、又はバルブを備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記基板ホルダーは、前記平床プラテン上に保持された前記ＣＭＰ研磨層又はパッドの前記半径よりも小さな直径を有し、そして、
さらに、前記基板ホルダーは、中心軸の回りに前記グラインダを回転させるために、第１アクチュエータに機械的に連結されるか又は搭載され、そして、前記ＣＭＰ研磨層又はパッドに対して前記基板ホルダーを押圧するために、第２アクチュエータに機械的に連結されるか又は搭載されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記装置全体は、気密の筐体内に囲われている、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板、例えば半導体基板、磁気基板、及び光学基板、のケミカルメカニカル平坦化（ＣＭＰ）のために用いられる研磨パッド、例えばポリマーパッド、におけるパッド表面微小テクスチャを提供する場合に使用するための装置、及びその装置を用いるための方法に関する。特に本発明は、ＣＭＰ研磨層の表面を研削するための装置であって、ＣＭＰ研磨層の表面と多孔性砥粒材との境界面を形成するように、多孔性砥粒材の研削面を有する回転グラインダを備えている上記装置、及びＣＭＰ研磨層を所定の位置に保持するための平床プラテンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ケミカルメカニカル平坦化に用いるための研磨用パッドの製作は、最終の研磨用パッドの所望の直径を有するモールド内で発泡された又は多孔質のポリマー（例えばポリウレタン）の型取り及び硬化させること、次いで、硬化ポリマーを型から取り出し且つ例えば薄く剥がすことによって所望の厚さを有する層を形成するように型の上部面に平行な方向に切断すること、そして次に、それから得られた層を成形すること、例えば研削し、経路をつけ、又は最終表面デザインを研磨用パッドの上部にエンボス加工することを包含することが知られている。従来から、そのような層を研磨用パッドへ成形する公知の方法は、層を射出成形すること、層を押出加工すること、固定された砥粒ベルトによって層をバフィングすること、及び／又は層を所望の厚さと平坦さに表面の仕上げすること、を包含する。これらの方法は、研磨された基板の低欠陥性を要求される終始一貫したパッド表面の微小テクスチャを達成する能力、及び基板からの物質の一様な除去を達成する能力を限定されていた。事実、これらの方法は一般に、可視のデザイン（例えば所与の幅と深さの溝）及び可視であるが一貫性のないテクスチャを生成する。例えば薄く剥がす方法は、パッド表面の成形に関して信頼性が低い。なぜなら、モールドの剛性がモールドの厚さによって変化し、そして薄剥ぎ器の刃が連続的に擦り減るからである。技術が直面している一点は、連続的な道具の摩耗と旋盤の位置決め精度とのために終始一貫したパッド表面の微小テクスチャを得ることができなかったことであった。射出成形プロセスによって作られたパッドは、鋳型全体にわたる一貫性のない材料の流れのせいで一様性を欠く。さらに、成形品は、パッドが固定され硬化するとき、変形しがちである。なぜなら、成形材料の硬化部分と残り部分が、限られた領域内への特に高温での射出の間、異なる速度で流れうるからである。
【０００３】
バフィング方法はまた、より硬い表面を有するケミカルメカニカル研磨用パッドを滑らかにするのに用いられてきた。バフィング方法の１例において、West達による米国特許第７，１１８，４６１号公報は、ケミカルメカニカルプラナリゼーションのための滑らかなパッド及びパッドを作るための方法を開示しており、その方法は、パッド表面から物質を除去するように砥粒ベルトでパッドの表面をバフィングすること又は研磨することを包含する。バフィングは、１例においては、より小さな砥粒を用いる続きのバフィング工程が続くことであった。この方法による製品は、滑らかにされていなかった同じパッド製品に対して、改良された平坦化能力を示す。残念なことにWest達の方法は、パッドを滑らかにできるけれども、それらは、終始一貫したパッド表面の微小テクスチャを提供せず、そしてより柔らかいパッド（パッド又はパッドポリマー母材のASTM D2240-15（2015）によるショア（Shore）Ｄ硬さが４０以下）において処理するのに用いられえない。さらにWest達の方法は、得られた研磨パッドの有効な寿命が悪影響を受けうるほどに多量の材料を除去する。パッドの有効寿命を制限しないで終始一貫した表面の微小テクスチャを有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供することは、望ましいこととして残っている。
【０００４】
ケミカルメカニカル研磨パッドの調整は、バフィングに類似しており、パッドは、上質のサンドペーパに似ている表面を有する回転研磨ホイールでの使用において一般に調整される。そのような調整は、パッドが研磨のためには使用されない間の「慣らし運転」期間の後に、改良された平坦化効果をもたらす。慣らし運転期間を無くすること、及び直ちに研磨のために用いられうる予調整されたパッドを提供することは、望ましいこととして残っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者達は、元の表面形態を維持しつつ終始一貫して均質なパッド表面の微小テクスチャを有するところの予調整されたＣＭＰパッドを作るための装置を見出す努力をしてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１．本発明によると、研磨について効果的なパッド表面の微小テクスチャを有する予調整されたポリマーの、好ましくは多孔性ポリマー、ポリウレタン、又はポリウレタンフォームの、ケミカルメカニカル（ＣＭＰ）研磨パッド又は層を提供するための装置であって、多孔性砥粒材の研削表面を有するホイール又はローターを有する回転グラインダアセンブリ、及び例えば圧力検知接着剤又は好ましくは真空によってＣＭＰ研磨層を所定の位置に保持するための平床プラテンを備えており、回転グラインダの研削表面は、ＣＭＰ研磨層の表面と多孔性砥粒材との境界面を形成するように平床プラテンの表面の上方に且つ平行又は実質的に平行に配置される。
【０００７】
２．上の項目１に記載されたような本発明の装置によると、ＣＭＰ研磨層は、その中心点からその外周部へ延在している半径を有し、そして回転グラインダアセンブリのホイール又はローターの研削表面は、ＣＭＰ研磨層の半径と等しいか又はより長い直径、好ましくはＣＭＰ研磨層の半径と等しい直径を有する。
【０００８】
３．上の項目２に記載されたような本発明の装置によると、回転グラインダアセンブリのホイール又はローターは、その研削表面の外周部が、研削中、ＣＭＰ研磨層の中心上に直接に支えられるように配置される
【０００９】
４．上の項目１、２、又は３の何れか１つに記載されたような本発明の装置によると、回転グラインダアセンブリのホイール又はローターとＣＭＰ研磨層と平床プラテンとの各々は、ＣＭＰ研磨層の研削の間、回転する。好ましくは、平床プラテンは、回転グラインダアセンブリとは反対方向に回転する。
【００１０】
５．上の項目４に記載されたような本発明の装置によると、回転グラインダアセンブリのホイール又はローターは、毎分５０〜５００回転、好ましくは毎分１５０〜３００回転の速度(回転数)で回転し、そして平床プラテンは、毎分６〜４５回転、好ましくは毎分８〜２０回転の速度で回転する。
【００１１】
６．上の項目１、２、３，４、又は５の何れか１つに記載されたような本発明の装置によると、回転グラインダアセンブリのホイール又はローターは、研削中、ＣＭＰ研磨層及び平床プラテンの上に配置され、そして回転グラインダは、ＣＭＰ研磨層の表面の真上の点から０．１〜１５μm／回転、又は好ましくは０．２〜１０μm／回転の速度で下方に送られ、即ち、ＣＭＰ研磨層の表面と多孔性砥粒材との境界面を縮小する。
【００１２】
７．上の項目１、２、３，４、５、又は６の何れか１つに記載されたような本発明の装置によると、回転グラインダアセンブリは、モータ又は回転アクチュエータ（例えば電気的モータ又はサーボモータ）を含む駆動ハウジング、及びモータ又は回転アクチュエータと（例えばギア又は駆動ベルトを介して）接続し且つ駆動される垂直に配置された軸であって、駆動ハウジング内に延在し且つホイール又はローターが毎分当たりの望まれた回転数（ｒｐｍ）の速さで回転するように、その下端部で機械的結合部（例えばギア又は駆動ベルト）を介してホイール又はローターに接続する軸、を備える。
【００１３】
８．上の項目７に記載されたような本発明の装置によると、駆動ハウジング内に、垂直に配置された軸は、軸がモータ又は回転アクチュエータに接続されるところに配置されたボールねじ又は第２サーボモータを備えており、軸のホイール又はローターへの機械的結合部で、又は両方の位置で、それにより回転グラインダアセンブリのホイール又はローターは、所定の増分速度で下方に送られうる。
【００１４】
９．上の項目８に記載されたような本発明の装置によると、ホイール又はローターは、１以上の偏心空気式アクチュエータ、例えばシリンダ、電子式アクチュエータ、又はモータアクチュエータ（例えばサーボモータ）、好ましくはホイール又はローターの周りに半径方向アレイに配設されたそのようなアクチュエータの３〜８を備えており、それによってホイール又はローターは、その研削表面が平床プラテンの上部表面に実質的に平行であるように傾斜されることができ、中央厚又は中央薄のＣＭＰ研磨層又はパッドを製作するように研削することを可能にする。
【００１５】
１０．本発明の装置によると、回転グラインダアセンブリは、多孔性砥粒材研削媒体（好ましくは単一の搬送リング上に支持された）を有するホイール又はローターを有し、研削媒体は、例えば、多孔性砥粒材のリングの周辺部がその中にぴったりフィットするところの回転グラインダアセンブリの下側に配置されたクリップ、ファスナー、又は横方向ばね仕掛けスナップリングの半径方向アレイを介して、搬送リングの周辺部の下側に付着されている。
【００１６】
１１．上の項目１１に記載されたような本発明の装置によると、多孔性砥粒材研削媒体は、複数のセグメントに配設され、複数のセグメントは、回転グラインダアセンブリの周辺部の下側の周りに延在し、且つ複数のセグメントの間に空隙を有している。
【００１７】
１２．上の項目１〜１１の何れか１つに記載されたような本発明の装置によると、多孔性砥粒材は、微細に分割された非多孔性砥粒粒子、例えば窒化ホウ素、又は好ましくはダイヤモンド粒子、をその中に分散させて有する多孔性連続相の混合物である。
【００１８】
１３．上の項目１２に記載されたような本発明の装置によると、多孔性砥粒材の多孔性連続相は、３〜２４０μm、又は好ましくは１０〜８０μmの平均孔直径を有する。
【００１９】
１４．上の項目８又は９の何れか１つに記載されたような本発明の装置によると、多孔性砥粒材の多孔性連続相は、セラミック、好ましくは焼結されたセラミック（例えばアルミナ又はセリア）を含んでいる。
【００２０】
１５．上の項目１〜１４の何れか１つに記載されたような本発明の装置によると、平床プラテンは、真空装置へ接続されたプラテンの至る所に複数の小さな穴（例えば直径０．５〜５mm）を備えている。複数の穴は、研削中、ＣＭＰ研磨層の基板を所定の位置に、例えば平床プラテンの中心点から外向きに延在する一連のスポークに沿って又は一連の同心リング内に、保持されるように何らかの適切な方法で配設されうる。
【００２１】
１６．上の項目１〜１５の何れか１つに記載されたような本発明の装置によると、圧搾された不活性ガス又は空気を間欠的に、又は好ましくは連続的に吹き付けるために、導管、ホース、ノズル、又はバルブをさらに備え、且つ研削中、好ましくは平床プラテン上のＣＭＰ研磨層の中心点に近接する点からＣＭＰ研磨層と多孔性砥粒材との境界面を通して多孔性砥粒材に作用するように、圧搾された不活性ガス又は空気をＣＭＰ研磨層材の表面と多孔性砥粒材との境界面に吹き付けるように配置されており、又はより好ましくは、導管、ホース、ノズル、又はバルブは、平床プラテン上のＣＭＰ研磨層の中心点に近接する点からＣＭＰ研磨層と多孔性砥粒材との境界面を通して、多孔性砥粒材に作用するように、不活性ガス又は空気を吹き付けるように配置され、そして別に、研削中、多孔性砥粒材に作用するように、圧搾された不活性ガス又は空気を回転グラインダアセンブリの周辺部の真下の点から上方へ吹き付けるために第２導管、ホース、又はバルブを備え、例えばＣＭＰ研磨層の周辺部と回転グラインダの周辺部とは協働する。
【００２２】
１７．上の項目１〜１６の何れか１つに記載されたような本発明の装置によると、装置は、回転グラインダアセンブリが配置され且つＣＭＰ基板（例えば半導体基板又はウェーハ、磁気基板、又は光学基板）が取り付けられる（例えばクランプされる）ところの領域上と重ならないように、平床プラテンの上部表面の上方に且つ平行に配置された基板ホルダーさらに備えており、それによって基板の表面とＣＭＰ研磨層との間の研磨境界面を作り、基板ホルダーは、回転グラインダアセンブリ及び平床プラテンに対して独立して、例えば毎分当たり１〜２００回転、好ましくは毎分当たり１０〜１００回転の独自の速度で回転する。
【００２３】
１８．上の項目１７に記載されたような本発明の装置によると、基板ホルダーは、平床プラテン上に保持されたＣＭＰ研磨層又はパッドの半径よりも小さな直径を有し、そしてさらに、基板ホルダーは、中心軸の回りにグラインダを回転させるために第１アクチュエータ（例えばサーボモータ）に機械的に連結されるか又は搭載され、そしてＣＭＰ研磨層又はパッドに対して基板ホルダーを押圧するために第２アクチュエータ（例えば第２サーボモータ又はＺ軸ボールねじ）に機械的に連結されるか又は搭載されている。
【００２４】
１９．上の項目１〜１８の何れか１つに記載されたような本発明の装置によると、装置全体は、気密の筐体、例えば相対湿度（ＲＨ）が５〜１００％、例えば５〜５０％に及びうるところのもの、の内部に囲われている。
【００２５】
別の指示がなければ、温度及び圧力の条件は、気温及び標準気圧である。記載されたすべての範囲は、包括的であり且つ組み合わせ可能である。
【００２６】
別の指示がなければ、括弧を含むどのような用語も、あたかも括弧がない用語全体、及び括弧内の言葉を除いた用語、及び前二者の組み合せを指す。したがって例えば、用語「（ポリ）イソシアン酸塩」は、イソシアン酸塩、ポリイソシアン酸塩、又はそれらの混合物を指す。
【００２７】
すべての範囲は、包括的であり且つ組み合わせ可能である。例えば、用語「５０〜３０００ｃＰｓ、又は１００ｃＰｓ以上」は、５０〜１００ｃＰｓ、５０〜３０００ｃＰｓ、及び１００〜３０００ｃＰｓのそれぞれを含む。
【００２８】
ここで用いられているように、用語「ASTM」は、ASTM International（West Conshohocken、ペンシルベニア州）の出版物を指す。
【００２９】
ここで用いられたように、用語「厚さ変動分」は、ＣＭＰ研磨パッドの厚さにおける最大変動分によって決定された値を意味する。
【００３０】
ここで用いられているように、用語「実質的に平行」は、回転グラインダの研削表面とＣＭＰ研磨層の上部表面とによって形成された角度、より特別には１７８°〜１８２°、又は好ましくは１７９°〜１８１°の角度を指し、それは、回転グラインダの研削表面に平行に走り且つＣＭＰ研磨層の中心点上方の点で終わる第１線分要素と、第１線分要素の端部から且つ平床プラテンの上部表面に対して平行に走り且つ平床プラテンの外周部で終わる第２線分要素との交差によって規定される。ここで、第１及び第２線分要素は、平床プラテンに垂直であり且つＣＭＰ研磨層の中心点とＣＭＰ研磨層の中心点から最も離れて配置された回転グラインダの研削表面の周辺部上の点とを通して走る平面内に存在する。
【００３１】
ここで用いられているように、用語「Ｓｑ」は、表面粗さを規定するために用いられるとき、ある与えられたＣＭＰ研磨層の表面上の指定された点で測定された指定された数の表面粗さの値の二乗平均平方根を意味する。
【００３２】
ここで用いられているように、用語「表面粗さ」は、所与のＣＭＰ研磨層の上部表面に平行で且つ任意の所与の上部表面に配置された水平面を表すところの最もフィットする平面に対する表面の高さを計測することによって決定された値を意味する。許容できる表面粗さは、０．０１μm〜２５μm（Ｓｑ）又は好ましくは１μm〜１５μm（Ｓｑ）の範囲である。
【００３３】
ここで用いられているように、用語「重量％」は重量パーセントを表す。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による回転グラインダ装置の概略の斜視図であって、平床プラテン及び透明な窓を含んでいるＣＭＰ研磨層を示す。
【図２】本発明の装置で処理されたＣＭＰ研磨層の上面図であって、交差する円弧部によって規定された畝溝の終始一貫した微小テクスチャをその表面上に有しており、それぞれの円弧部は、ＣＭＰ研磨層の半径と等しいか又は僅かに大きな曲率半径を有している。
【図３】本発明による回転グラインダ及び研磨用装置の概略の斜視図であって、基板、例えば半導体、を平坦化又は研磨するための基板ホルダーを有している。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明によると、研削装置は、ＣＭＰ研磨層（ＣＭＰ研磨パッド及び研磨層の上部表面を含む）の表面の微小テクスチャを改良する。装置は、ＣＭＰ研磨層内の一連の交差する円弧部（回転グラインダの研削面の外側縁によって規定された円と同じ曲率半径を有する）によって、及びＣＭＰ研磨層の上側表面の０．０１〜２５μmの表面粗さによって特徴付けられた終始一貫した表面の微小テクスチャを作り出す。本発明者達は、本発明による回転グラインダによって処理されたＣＭＰ研磨層が、ほとんど又は全く調整なしに良好に動作すること、即ち予調整されていることを発見した。さらに、回転グラインダ処理されたＣＭＰ研磨層のパッド表面の微小テクスチャは、基板の改良された研磨をもたらす。本発明の装置は、表面欠陥、例えば削り溝をケミカルメカニカル研磨パッドにもたらすところの薄く剥ぐことに起因するパッド形態における不規則性、及びＣＭＰ研磨層の残りの部分よりもより柔らかである窓材料の発泡を回避することを助ける。さらに、本発明の装置は、２以上のパッド層が、固定された間隔を空けられ且つ線形波が生じるよう設定されたニップを通過させられるところのパッドの積み重ねの間の研磨層の変形によって生じる負の衝突を最小化するのを助ける。これは、柔らか且つ圧縮性のＣＭＰ研磨層で本質的に重要である。付け加えると、本発明の装置及びそれら装置が提供する処理されたパッドは、最適化された表面の微小テクスチャ、より低い欠陥性、及び基板表面（例えば半導体又はウェーハ表面）を横断する改良された一様な材料除去を可能にする。
【００３６】
本発明者達は、多孔性砥粒材を用いたＣＭＰ研磨層の研削は、研削媒質の付着なしに、及びＣＭＰ研磨層基板への損傷を引き起こすことなしに研削を可能にすることを発見した。多孔性砥粒材における孔は、ＣＭＰ研磨層基板から除去される粒子を蓄える程度に大きい。そして多孔性砥粒材の多孔性は、研削中に除去された材料のバルクを蓄えるのに十分である。好ましくは、圧搾空気を多孔性砥粒材とＣＭＰ研磨層基板との境界面を横切って吹き付けることは、研削物の除去においてさらに助け、そして研削用装置の汚染を防止する。
【００３７】
本発明の装置を用いるいかなる方法においても、圧搾ガス又は空気の吹き付けはまた、研削の前又は後でも行われうる。
【００３８】
本発明の装置は、回転グラインダと平床プラテンとを備えうる。回転グラインダは、平床プラテン上に配置されるＣＭＰ研磨層の上に設定速度又は送り速度で下げられる。
【００３９】
図１に示されたように、本発明の装置は、真空ポート（図示されていない）を装着された平床プラテン（１）の表面に配置されたＣＭＰ研磨層の表面を研削する。ＣＭＰ研磨層又はパッド（２）は、平床プラテン（１）の中心点とＣＭＰ研磨層（２）が位置合わせされるように、平床プラテン（１）上に配置される。図１における平床プラテン（１）は、ＣＭＰ研磨層（２）を所定の位置に保持するように真空ベント（図示されていない）を有する。図１において、ＣＭＰ研磨層（２）は、１つの窓（３）を有する。本発明の研削機構は、その周辺部の下側に多孔性砥粒材（５）を含む研削用媒体を取り付けられた回転グラインダ（ホイール）アセンブリ（４）又はローターを備え、多孔性砥粒材（５）は、図示されたように、ローター（４）の周辺部の下側の周りに延在する複数のセグメント内に配設されている。複数のセセグメントは、それらの間に小さな空隙を有する。図１において、回転グラインダアセンブリ（４）は、所望のようにＣＭＰ研磨層（２）の中心点の真上にその周辺部が来るように配置される。さらに、回転グラインダアセンブリ（４）は、その直径がＣＭＰ研磨層（２）の直径に略等しいような所望のサイズを有する。
【００４０】
本発明の装置は、好ましくはグラインダ／調整器及びＣＭＰ研磨用パッドが平床プラテン上に搭載されるところの研磨用装置の両者を備えうる。そして、回転グラインダアセンブリ及び独立に基板ホルダーの両者が、各々に対してそれらの間の境界面を形成するようにＣＭＰ研磨用パッド上に、及びＣＭＰ研磨層の頂部上に下げられる。基板ホルダーは、第１アクチュエータ（例えば基板ホルダーを中心軸の周りに回転させるためのサーボモータ）及び第２アクチュエータ（例えば、基板ホルダーをＣＭＰ研磨用パッドに対して押圧するための第２サーボモータ又はＺ軸ボールねじ）に機械的に連結又は搭載されている。
【００４１】
図３に示されたように、本発明の装置は、平床プラテン（１）の表面上に配置されたＣＭＰ研磨層の表面を研削する一方で、基板を研磨する。ＣＭＰ研磨層又はパッド（２）は、平床プラテン（１）の中心点とＣＭＰ研磨層（２）とが位置合せされるように、平床プラテン（１）上に配置される。図３における平床プラテン（１）は、ＣＭＰ研磨層（２）を所定の位置に保持するように真空排気口（図示されていない）を有する。図３において、ＣＭＰ研磨層（２）は、１つの窓（３）を有する。本発明の研削機構は、その周辺部の下側に多孔性砥粒材（５）を含む研削用媒体を取り付けられた回転グラインダ（ホイール）アセンブリ（４）又はローターを備え、多孔性砥粒材（５）は、図示されたように、ローター（４）の周辺部の下側の周りに延在する複数のセグメント内に配設されている。さらに、回転グラインダアセンブリ（４）からオフセットされた基板ホルダー（６）又はウェーハ搬送機は、３００mmウェーハ（７）をその下側で保持する。
【００４２】
研削用及び研磨用装置は、以下のように動作する。基板（例えば半導体ウェーハ）は、基板ホルダーの下側表面上に保持され、そして平床プラテンの上側表面上のＣＭＰ研磨パッドに対して押圧される。平床プラテン及び基板ホルダーは、相互に相対的に回転させられ、それによって基板の下側表面を研磨パッドと摺動接触させられる。このとき、砥粒液ノズル（図示されていない）は、砥粒液（例えば、水性シリカ、又は砥粒性酸化物、炭化物又は窒化物の粒子スラリー）を研磨パッドへ供給する。基板の下側表面は、砥粒液内の砥粒性粒子の機械的研磨運動とＣＭＰ研磨層の表面の機械的研磨運動との組み合わせによって研磨される。
【００４３】
本発明の回転グラインダは、その周辺部に多孔性砥粒材を付着された丸い回転グラインダアセンブリ又はローターを備えており、好ましくは、回転グラインダの周辺部の回りに切れ目を入れられ、又は不連続部分又は空隙を備える。多孔性の砥粒材の下側は、回転グラインダの研削表面である。多孔性の砥粒材は、回転グラインダアセンブリの下側へはめ込むか又は取り付けるリング又はリングセグメントの形態でありうる。多孔性の砥粒材は、下向きセグメントの半径方向アレイ（通常は、多孔性砥粒材の１０〜４０個のセグメント）、又は多孔性砥粒材で作られ、周期的な穿孔をその中に有する穿孔リングを包含し得る。空隙又は穿孔は、研削物を除去し且つ研削の前、最中又は後で多孔性砥粒材を清浄にするために、圧搾ガス又は圧搾空気をＣＭＰ研磨層の表面と多孔性砥粒材との境界面へ吹き付けることを可能にする。さらに、多孔性砥粒材内の切れ目又は空隙は、研削中、多孔性砥粒材の表面及びＣＭＰ研磨層基板の冷却を助ける。
【００４４】
本発明の装置は、望ましくないＣＭＰ基板損耗プロファイル、例えばＣＭＰプロセスが一貫しない損耗プロファイル（例えば基板の縁での余りに少ない又は余りに多い除去）をもたらすこと、に対して補償するように配置されうる。これはパッド寿命を延ばし得る。そのような配置において、回転グラインダアセンブリの研削表面は、平床プラテンの上部表面又はＣＭＰ研磨層に正確には平行でないけれども実質的に平行であるように調整されうる。例えば、回転グラインダの研削表面は、中央厚（回転グラインダと、平床プラテンとに垂直であり且つＣＭＰ研磨層の中心点及びＣＭＰ研磨層の中心点から最も離れて配置されているところの回転グラインダの研削表面の周辺部の点を通って走る平面内の平床プラテン半径との間の角度が、１８０°を超える）をもたらすように又は中央薄（角度が１８０°未満である）をもたらすように調整されうる。
【００４５】
本発明の装置は、湿潤な環境において、例えば水又は研磨性の水性スラリー（例えばシリカスラリー又はセリアスラリー）と共に用いられうる。
【００４６】
本発明の装置は、回転グラインダ要素のサイズが変えられうるとき、様々なサイズのＣＭＰ研磨層に適合するように拡大縮小が可能である。本発明の装置によると、平床プラテンは、ＣＭＰ研磨層よりも大きくなければならないか、又は好ましくは、ＣＭＰ研磨層の半径に等しいか又は１０cm以内で長い半径を有するサイズである。装置はこのようにして、１００mmから６１０mmの半径を有するＣＭＰ研磨層を扱うために拡大縮小が可能である。
【００４７】
様々な回転グラインダアセンブリは、本発明による複数の装置（一時に１つ用いる）と共に用いられうる。回転グラインダアセンブリは、その直径が研削されるＣＭＰ研磨層の直径と一致するか又は僅かに大きいように選択される。代替的に、回転グラインダアセンブリは、様々な直径の、多孔性砥粒材の研削媒体のリング又はディスク（好ましくは単一搬送リング）がその周辺部の下側に付着することを可能にするように適合されている。
【００４８】
様々な基板ホルダーは、本発明による複数の装置（一時に１つ用いる）と共に用いられうる。基板ホルダーは、その直径が研磨のために用いられるＣＭＰ研磨層の直径よりも小さいように、且つ研磨される基板の直径よりも大きいように選択される。
【００４９】
本発明の装置は、窓の膨張及び薄く剥ぐことによる欠陥を被らないＣＭＰ研磨層又はパッドの提供を可能にする。こうして本発明の装置を用いる方法に従って、ＣＭＰ研磨層は、所望の直径又は半径（それはそれによって作られたパッドのサイズであろう）を有する多孔性の成形品を形成するようにポリマーを鋳造することによって形成されうる。その後、成形品を望まれた厚さ（それは本発明によって作られたパッドの目標の厚さであろう）に薄剥ぎされ、その後、パッド研磨用表面上に望まれたパッド表面の微小テクスチャを備えるようにパッド又はＣＭＰ研磨層を研削することが続く。
【００５０】
本発明の装置を用いる方法において、研削は、単一層又は１つのパッド上で、及びサブパッド層を有する積層パッド上で実行されうる。好ましくは、積層パッドの場合に、方法は、研削が積層されたパッドにおける変形を除去するように、パッドが積層された後でＣＭＰ研磨層を研削することを含む。
【００５１】
所定のＣＭＰ研磨パッドは、パッドとして使用されるためのＣＭＰ研磨層を形成するようにポリマーを成形すること、及び成形されたポリマーを薄く剥がすことによって形成されうるか、又は好ましくは、ＣＭＰ研磨パッドを形成するようにＣＭＰ研磨層を形成し、その後ＣＭＰ研磨層をＣＭＰ研磨層と同じ直径を有するサブパッド又は下塗り層の上部に積層するように、ポリマーを成形すること、及び成形されたポリマーを薄く剥がすことによって形成されうる。
【００５２】
本発明の装置を用いる方法において、ＣＭＰ研磨パッドを形成すること、パッド内に溝を形成すること（例えばパッドを旋盤加工することによって）、及び研磨層の半径以上、好ましくは等しい曲率半径を有する一連の可視の交差する円弧部を研磨表面上に含むパッド表面微小テクスチャを形成するようにＣＭＰ研磨パッドを回転グラインダで研削すること、一方で同時にＣＭＰ研磨パッドで基板の平坦化を行うこと、を包含し得る。そのような方法において、ＣＭＰ研磨パッドは、使用中に調整され且つ表面の再仕上げを行う。
【００５３】
本発明の装置を用いる方法において、ＣＭＰ研磨パッドを形成すること、研磨層の半径以上、好ましくは等しい曲率半径を有する一連の可視の交差する円弧部を研磨面上に含むパッド表面の微小テクスチャを形成するようにＣＭＰ研磨パッドを回転グラインダで研削すること、一方で同時にＣＭＰ研磨パッドで基板の平坦化を行うこと、及びパッド内に溝を形成すること（例えばパッドを旋盤加工することによって）、を包含し得る。
【００５４】
付け加えると、本発明の装置は、ＣＭＰ研磨用又は平坦化用ツール、即ち研削又は研磨装置として用いられうる。
【００５５】
別の態様において、本発明は、本発明の研削又は研磨装置を用いる方法を提供する。本発明の研削又は研磨装置を用いる方法に従って、ＣＭＰ研磨パッドは、平床プラテンの上側表面に取り付けられ、そして基板（例えば研磨されるべき半導体ウェーハ）は、その下側が平床プラテン上に存在するところのＣＭＰ研磨パッド上に下げられるように基板ホルダーにクランプされ、平床プラテン、回転グラインダアセンブリ、及び基板ホルダーのすべてを回転させることが続く。
【００５６】
本発明の研削又は研磨装置を用いる方法において、砥粒粒子（例えば、シリカ、セリア、又はアルミナ、又はそれらの混合物）を含む研磨用液体が、研磨用パッド上に供給され、そしてその上に留められる。運転中、基板ホルダーは、２〜６９ｋＰａ、好ましくは３〜４８ｋＰａの望ましい下向き圧力を平床プラテンに与える。そして、ＣＭＰ研磨パッドに対して保持された基板の表面は、基板ホルダー及び平床プラテンが回転している間に平坦化される。
【００５７】
好ましくは、本発明による基板を研磨する方法において、基板ホルダー及び平床プラテンは、同じ方向に回転される。
【００５８】
本発明の装置を用いる方法に従って用いるための所定のＣＭＰ研磨層は、ポリマーを含むか、又は好ましくは多孔性ポリマー、ＡＳＴＭ  Ｄ２２４０−１５（２０１５）に従うショア（Shore）Ｄ硬さが２０〜８０、又は例えば４０以下、を有するところの多孔性ポリマー材を含むポリマー発泡材又はフィラーを含む。
【００５９】
好ましくは、本発明の方法は、相対的に柔らかいポリマーから作られた任意のパッドを含むＣＭＰ研磨パッド上で実行されることができ、そして４０以下のショアＤ硬さを有するソフトパッドの取り扱いにおいて特別の使用を見出す。
【００６０】
本発明の装置を用いる方法に従って用いるための所定のＣＭＰ研磨層は、１以上の非多孔性の透明な窓セクション、例えば７５〜１０５℃のガラス転移温度（ＤＳＣ）を有する非多孔性ポリウレタンを含む窓セクション、例えばＣＭＰ研磨層の中心点上には延在していない窓セクション、をさらに含む。そのようなＣＭＰ研磨層において、１以上の窓セクションは、窓の最大の寸法、例えば丸い窓の直径、又は矩形窓の長さ又は幅のより大きい方、の至るところで５０μm以下の窓厚の変動分によって規定された頂部表面を有する。
【００６１】
さらに、本発明の装置を用いる方法で使用するための所定のＣＭＰ研磨層は、複数の孔又は微小要素、好ましくは１０〜６０μmの平均粒子サイズを有するポリマーの微小球を含みうる。好ましくは、そのようなＣＭＰ研磨層は、ＣＭＰ研磨層の中心点から外周部へと外側に延在する高密度と低密度とが交代する環状帯を有する。例えば、より高い密度の環状帯は、より低い密度の環状帯よりも高い０．０１〜０．２ｇ／cm３の密度を有する。
【００６２】
したがって、本発明の装置を用いる方法に従って製作されたケミカルメカニカル研磨（ＣＭＰ）パッドは、半径を有し、少なくとも０．０１μm〜２５μm（Ｓｑ）又は好ましくは１μm〜１５μm（Ｓｑ）の表面粗さを有し、且つ研磨層の表面上に一連の可視の交差する円弧部を有し、そして研磨層の曲率半径の半分に等しいか又は半分以上の、好ましくは研磨層の曲率半径の半分に等しい、曲率半径を有する多孔性ポリマーＣＭＰ研磨層を含む。好ましくは、一連の可視の交差する円弧部は、研磨層の中心点の周りで半径方向の対称性において研磨層の表面の周りにあらゆる方法で延在する。
【００６３】
本発明の装置を用いる方法によって製作されたＣＭＰ研磨パッドは、中心点と半径とを有する。そのような研磨パッドは、厚さを有し得る。それによってパッドは、厚さが中心点により近づくとより厚くなるように傾けられるか、又は中心点からより離れるとより厚くなるように傾けられる。
【００６４】
実施例：以下の実施例において、別の記載がない限り、圧力のすべての単位は、標準気圧（約１０１ｋＰａ）であり、そして温度のすべての単位は、室温（２１〜２３℃）である。
【００６５】
実施例１：試験は、３３０mm（１３インチ）の半径を有するＶＰ５０００（商標）ＣＭＰ研磨層又はパッド（Dow Chemical, Midland、ミシガン州(Dow社)）の２つの型で実施された。パッドは窓を有さない。実施例１−１において、ＣＭＰ研磨層は、２．０３mm（８０mil）の厚さであった単一多孔性ポリウレタンパッドを備えていた。ここで、ポリウレタンは、６４．９のショアＤ硬さを有していた。実施例１−２において、ＣＭＰ研磨層は、圧力感知粘着剤を用いて、ポリエステルフェルト（Dow社）から作られたSUBA IV（商標）サブパッド上に積層された、実施例１−１と同じポリウレタンパッドを有する積層パッドを備えていた。
【００６６】
実施例１−Ａ及び１−Ｂにおける比較対象は、実施例１−１及び１−２におけるのとそれぞれ同じパッドであったが、本発明の方法によって処理されたものではない。
【００６７】
すべてのパッドは、１０１０の溝（０．０７６８cm（０．０３０インチ）深さ×０．０５１１cm（０．０２０インチ）幅×０．３０７cm（０．１２０インチ）ピッチ）を有する同心円の溝パターン）を有していたが、窓は有していなかった。
【００６８】
多孔性砥粒材は、１５１μmの平均砥粒サイズ有する、ビトリファイド（ガラス固化した）多孔性ダイヤモンド砥粒であった。基板を研削するために、回転グラインダアセンブリは、平床プラテンの頂部に平行に配置され、そして反時計回りに２８４ｒｐｍで回転され、そしてアルミニウム平床プラテンは時計方向に８ｒｐｍで回転された。多孔性砥粒材がＣＭＰ研磨層基板に丁度接触し始める点から始めて、回転グラインダアセンブリは、平床プラテンの方へ３回のパッド回転毎に５．８μm（０．０００２インチ）の増加率で下方に送られた。この間、圧搾乾燥空気（ＣＤＡ）は、多孔性砥粒材の表面とＣＭＰ研磨層との境界面に、２つのノズル（１つはＣＭＰ研磨層の中心点の真上に配置され、他方は多孔性砥粒材を引きずる側上にパッド中心から約２１０mm（８．２５インチ）に配置された）から吹き付けられた。研削は、約５分間続けられた。
【００６９】
実施例１から得られたパッドは、除去速度、非一様性、及びチヤッタマーク（欠陥）についての研磨試験において以下のように評価された。
【００７０】
除去速度：除去速度は、２００mmサイズのテトラエトキシケイ酸塩（ＴＥＯＳ）の基板上で、指示されたパッドと２００ml／分の流速でのＩＬＤ３２５５（商標）ヒュームド・シリカ水性スラリー（Dow社）とを用いて基板を平坦化することによって決定された。研磨圧力は、Mirra（商標）研磨装置（Applied Materials, Santa Clara、カリフォルニア州）を用いて毎分当たりの回転数が９３／８７のプラテン／基板担体に対して下向きに０．１１、０．２１、及び０．３２kg／cm２（１．５、３．０、４．５ｐｓｉ）と変えられた。試験に先立って、すべての研磨パッドは、調整器としてSAESOL（商標）8031C1ディスク（ブレイズドダイヤモンド粉末表面、直径１０，１６cm、Seasol Diamond Ind. Co., Ltd.、韓国）を用いて、４０分間３．２kg（７ポンド）で調整された。試験中、パッドの同じ状態が続いた。１８ウェーハのすべてがパッド毎に試験されて、平均値が得られた。
【００７１】
非一様性：非一様性は、ウェーハ内の厚さの変動分を観測することによってデータが得られたことを除いて、除去速度試験において平坦化された同じＴＥＯＳ基板上で且つ除去速度試験において開示された方法において決定された。１８ウェーハのすべてがパッド毎に試験されて、平均値が得られた。
【００７２】
チヤッタマーク又は欠陥の計数；チヤッタマーク又は欠陥の計数は、ＣＭＰ欠陥の総数を観測することによってデータが得られたことを除いて、除去速度試験において平坦化された同じＴＥＯＳ基板上で且つ除去速度試験において開示された方法において決定された。１８ウェーハのすべてがパッド毎に試験されて、平均値が得られた。
【００７３】
得られたパッドは、回転グラインダアセンブリの周辺部の半径と等しい曲率半径を有する交差する円弧部を含むパッド表面の微小テクスチャを有していた。また下の表１に示されたように、実施例１−１及び１−２の本発明に係るパッドは、実施例１−Ａ（単独）及び１−Ｂ（積層された）の比較パッドと基板に関して同じ平坦化速度を与えた。一方、実施例１−１及び１−２の本発明に係るパッドは、本発明の研削方法が使用されることはなかった比較のための実施例１−Ａ及び１−Ｂのパッドよりも、基板内において著しく低い欠陥性及び劇的に少ないチヤッタマークをもって制作された。
【００７４】
【表１】
2018058203.tif 000003
【００７５】
実施例２：試験は、６１．０のショアＤ硬さを有する、大きな半径４１９mm（１６．５インチ）のＩＣ１０００（商標）単一層ポリウレタンパッド（Dow社）で実施された。すなわち、回転グラインダアセンブリが、８パッド回転毎に２０．３μm（０．０００７インチ）増分の速度で平床プラテンの方へ下向きに送られたこと及び研削が５．５分間続けられたことを除いては、上の実施例１におけるような方法で取り扱われた実施例２のパッドで実施された。比較のための実施例２−Ａパッドは、本発明の方法に従い取り扱われなかった実施例２におけるのと同じパッドであった。
【００７６】
試験は１４個のパッドについて実行され、そして平均的結果が、以下のように試験された厚さの変動に関して報告された。
【００７７】
厚さの変動分；厚さの変動分は、研磨パッドの表面のいたる所で座標測定装置を用いて決定された。パッド中心から縁までの９つの個別の測定位置の総計が、パッド毎に集められた。厚さの変動分は、最も厚い測定値から最も薄い測定値を引くことによって計算された。結果は下の表２に示される。
【００７８】
得られた本発明に係るパッドは、特性パッド表面の微小テクスチャを有していた。実施例２の本発明に係るパッドは、比較のための実施例２−Ａパッドよりも少ない平均厚さ変動分を有し、したがって形状においてより一貫している。
【００７９】
【表２】
2018058203.tif 000004
【００８０】
実施例３：表面粗さは、商業的に入手可能なＩＣ１０００（商標）パッド（Dow社）に比較して上の実施例２のパッド上で測定された。比較のための実施例２のパッドは、実施例２−Ａにおけと同じパッドであったが、本発明の方法に従って取り扱われたものではない。
【００８１】
表面粗さは、２つのパッドのそれぞれでパッド中心から縁までの５つの等間隔の点上で測定され、そして表面粗さについての平均の結果が、下の表３に報告される。
【００８２】
【表３】
2018058203.tif 000005
【００８３】
上の表３に示されたように、実施例３における本発明のＣＭＰ研磨層は、規定されたパッド表面の微小テクスチャ、及び低減された谷の深さによって特徴付けられた確定された表面粗さを有している。
【図１】
2018058203.tif 000006
【図２】
2018058203.tif 000007
【図３】
2018058203.tif 000008
【外国語明細書】
2018058203000001.pdf