(57)【要約】　　　（修正有）【課題】半導体ウエハのような加工部品を研磨または平坦化するために改良された方法および装置を提供する。【解決手段】加工部品上の精密な表面を研磨するために使用される、研磨機に取付けられた圧盤１２８を覆う研磨パッド１２６を調節するための装置を提供し、この装置が以下：研磨パッドと接触することによりこの研磨パッドを調節する手段２００であり、ここでこの調節手段が、調節手段の底表面に固定される切削要素２０５と共に配置され、ここで固定された切削要素が、この切削要素の破損を減少させる組成物でコートされる手段；および調節手段と研磨パッドと係合させ、そして調節手段を回転させ、そして調節手段を、研磨パッドの頂表面にわたって振動させるための手段、を含む。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精密な表面を研磨するために使用される研磨機の研磨パッドを調節するための装置であって、該装置が以下：
該研磨パッドと接触することで該パッドを調節するための調節デバイス；
該調節デバイスの表面に鑞付け結合される複数の切削要素；および
該研磨パッドの表面から物質を除去することにより該パッドの研磨表面を調節するため、該調節装置と該パッドを係合させる手段、
を包含する、装置。
【請求項２】
複数の前記切削要素が、複数のダイアモンド粒子、複数の多結晶性チップ、複数の多結晶性スライバ、複数の立方晶窒化ホウ素粒子、および複数の炭化けい素粒子のうち少なくとも１つを包含する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
複数の前記切削要素が実質的に均一に前記調節装置上に分散される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記切削要素が、鑞付け金属合金を用いて前記調節装置に結合され、該鑞付け金属合金が約２５％〜約４０％の該切削要素のみを覆う、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記切削要素が、永続的に前記調節デバイスに鑞付けされる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記切削要素が、幅対高さの比を、約０．５：１．０〜１．５：１．０の範囲内で有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記切削要素は、幅および高さにおいてほぼ等しい、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記調節デバイスがリング形状を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
研磨機上に取付けられる圧盤を覆い、かつ加工部品の表面を研磨するために使用される、研磨パッドを調節するための装置であって、該装置が以下：
該研磨パッドと接触することで該パッドを調節するための調節デバイス；
該調節装置に鑞付け結合される複数のダイアモンド粒子；および
該調節装置を該研磨パッドと係合させるための手段、
を包含する、装置。
【請求項１０】
前記鑞付けされたダイアモンド粒子は、実質的に均一に前記調節デバイスにわたって分散される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数のダイアモンド粒子は、鑞付け金属合金を用いて前記調節デバイスに結合され、該鑞付けされる金属合金は約２５％〜約４０％の該ダイアモンド粒子のみを覆う、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記複数のダイアモンド粒子は永続的に前記調節デバイスに鑞付けされる、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記複数のダイアモンド粒子が、幅対高さの比を、約０．５：１．０〜１．５：１．０の範囲内で有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記複数のダイアモンド粒子は、幅および高さにおいてほぼ等しい、請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
前記調節デバイスがリング形状を含む、請求項９に記載される装置。
【請求項１６】
研磨機に取付けられる圧盤を覆い、かつ加工部品の表面を研磨するために使用される、研磨パッドを調節するための調節デバイスであって、この調節デバイスが以下：
該研磨パッドとの接触によって該パッドを調節するための調節表面；および
該調節表面に鑞付け結合される複数の研磨粒子、
を包含する、調節デバイス。
【請求項１７】
前記鑞付け結合される研磨粒子が、複数のダイアモンド粒子、複数の多結晶性チップ、複数の多結晶性スライバ、複数の立方晶窒化ホウ素粒子、および複数の炭化けい素粒子のうち少なくとも１つを包含する、請求項１６に記載の調節デバイス。
【請求項１８】
前記複数の研磨粒子が実質的に均一に前記調節表面上にわたって分散される、請求項１６に記載の調節デバイス。
【請求項１９】
前記複数の研磨粒子が、鑞付け金属合金を用いて前記調節表面に結合され、鑞付けされた該金属合金は約２５％〜約４０％の該研磨粒子のみを覆う、請求項１６に記載の調節デバイス。
【請求項２０】
前記複数の研磨粒子が、永続的に前記調節表面に鑞付けされる、請求項１６に記載の調節デバイス。
【請求項２１】
前記研磨粒子が、幅対高さの比を、約０．５：１．０〜１．５：１．０の範囲内で有する、請求項１６に記載の調節デバイス。
【請求項２２】
前記研磨粒子は、幅および高さにおいてほぼ等しい、請求項１６に記載の調節デバイス。
【請求項２３】
前記調節デバイスがリング形状要素を包含する、請求項１６に記載の調節デバイス。
【請求項２４】
前記リング形状要素が、該リング形状要素の周囲のまわりに位置される複数の切り取り部分を包含する、請求項２３に記載の調節デバイス。
【請求項２５】
前記調節デバイスが環状リング形状要素を包含し、該要素は該環状リングの周囲のまわりに延びるフランジを有する、請求項１６に記載の調節デバイス。
【請求項２６】
請求項２５の調節デバイスがさらに、前記フランジの周囲のまわりに位置される複数の切り取り部分を包含する、請求項２５に記載の調節デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願）
本出願は１９９６年７月１５日に出願された米国特許出願第０８／６８３，５７１の一部継続出願であり、米国特許第５，８４２，９１２号として１９９８年１２月１日に発行された。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に半導体ウエハのような加工部品（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）を研磨または平坦化（ｐｌａｎａｒｉｚｉｎｇ）する方法および装置に関する。さらに詳細には、本発明は加工部品の平坦化に使用される研磨パッドを調節するための方法および装置に関する。本発明はまた、加工部品を平坦化するための方法および装置に関し、これは窒化チタンベースのコーティングまたは薄膜ダイアモンド堆積を含有するコーティングを有する、ダイアモンドが鑞付けされた調節リングを利用する。
【０００３】
【従来の技術】
集積回路の生産は高品質の半導体ウエハとともに始まった。ウエハの製造工程中、ウエハは複数のマスキング、エッチングならびに誘電体および伝導体メッキ処理を受け得る。これらの集積回路の生産において望まれる高い精密さによって、ウエハ表面上に形成される超小型電子構造の適切な精度および性能を確実にするために、半導体ウエハの少なくとも１つの面が極めて平らな表面であることが一般に必要である。集積回路のサイズが減少し続け、集積回路あたりの超小型構造（ｒｎｉｃｒｏｓｔｕｃｔｕｒｅ）の密度が増加するにつれて、精密なウエハ表面の必要性ががより重要になる。それ故、それぞれの処理工程の間において、可能な限り平らな表面を得るためにウエハ表面の研磨または平坦化が通常必要である。
【０００４】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）処理および装置の議論は、例えば、Ａｒａｉら、米国特許第４，８０５，３４８号（１９８９年２月発行）；Ａｒａｉら、米国特許第５，０９９，６１４号（１９９２年３月発行）；Ｋａｒｌｓｒｕｄら、米国特許第５，３２９，７３２号（１９９４年７月発行）；Ｋａｒｌｓｒｕｄ、米国特許第５，４９８，１９６号（１９９６年３月発行）；およびＫａｒｌｓｒｕｄら米国特許第５，４９８，１９９号（１９９６年３月発行）を参照のこと。
【０００５】
このような研磨は当該分野において周知であり、そして一般に、ウエハの一面をウエハキャリアーまたはウエハチャックの平坦な面に接触させる工程、およびウエハの他の面を平らな研磨表面に押しつける工程を包含する。一般に、研磨表面は、例えば酸化セリウム、酸化アルミニウム、ヒュームド／沈降シリカまたは他の微粒子の研磨剤の露出した研磨表面を有する水平な研磨パッドを備える。研磨パッドは、当業者に公知の、市販されている種々の材料で形成され得る。典型的には研磨パッドは、ブロンポリウレタン（アリゾナのＲｏｄｅｌ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｓｃｏｔｔｓｄａｌｅから入手可能なＩＣおよびＧＳシリーズの研磨パッドなど）であり得る。研磨パッドの硬度および密度は研磨される材料に依存する。
【０００６】
研磨または平坦化処理中、加工部品（例えば、ウエハ）は典型的には、パッドがその垂直軸の周りを回転している間、研磨パッド表面に押しつけられる。さらに、研磨の有効性を改善するために、ウエハはまた、垂直軸の周りを回転し得、そして研磨パッドの表面上を前後に振動し得る。研磨操作中、研磨パッドは不均一に摩耗する傾向があり、そのパッド上に表面ムラが生成する原因になることは周知である。全ての加工部品の均一で正確な平坦化および研磨を確立するために、これらのムラは除去されるかまたは消滅させなければならない。
【０００７】
研磨パッドで生じた表面ムラを除去する１つの方法は、何らかの種類の粗削りまたは切削手段でパッドを調節または仕上げすることである。一般に、研磨パッドの荒直しまたは仕上げは、ウエハが研磨されている間（インサイチュ条件）または研磨工程の間（エクサイチュ条件）のいずれかで起こり得る。エクサイチュ条件の例は、Ｄｅｖｉｃｅ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ　Ｐａｄｓの表題のＣｅｓｎａら、米国特許第５，４８６，１３１号（１９９６年１月２３日発行）に開示される。インサイチュ条件の例は、Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ　Ｐａｄ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇの表題のＫａｒｌｓｒｕｄ、米国特許出願第０８／４８７，５３０号（１９９５年７月３日出願）に開示される。Ｃｅｓｎａらの特許およびＫａｒｌｓｒｕｄの出願はどちらも本明細書中で参考として援用される
一般に、半導体ウエハの研磨および平坦化状況において、小さな粗削りまたは切削要素（例えば、ダイアモンド微粒子）が研磨パッドの調節に使用される。Ｃｅｓｎａらの特許およびＫａｒｌｓｒｕｄの出願に示されたように、インサイチュおよびエクサイチュ条件の両方の調節装置は、リングの底フランジにそれらの切削要素が固定された円形リング調節器を利用する。一般的に、これらの切削要素は、電気メッキ処理または鑞付け処置によってキャリアーリングのフランジの底面に固定される。電気メッキは、金属メッキによってキャリアーリング上の切削要素の単一の機械的エントラップメントを生じる（例えば、層が切削要素の周りに、それらがエントラップされるまで作られる）。しかし、電気メッキ処理に伴う１つの問題は、切削要素をリング表面に接合する電気メッキは比較的弱く、切削要素は時折調節リングから取り除かれ、そして研磨パッドの中に埋め込まれることである。さらに、電気メッキ接合は剪断力の影響を受けやすく、かなりの量の接合材料が、切削要素を適所に保つために必要である。その結果、接合材料は実際、多数の切削要素の全てではないにしてもほとんどを覆い、このため調節リングの調節能を構成する。従って、先に述べられた鑞付け処理が好ましい。鑞付け処理の詳細な議論は、本明細書中ならびに本明細書中に参考文献として援用されたＨｏｌｚａｐｆｅｌら、米国特許出願第０８／６８３，５７１号（１９９６年７月１５日出願）中で議論される。
【０００８】
キャリアーリングのフランジの底面に固定された切削要素の例として、ダイアモンド、多結晶のチップ／スライバー、炭化ケイ素粒子などが挙げられる。しかし、ダイアモンドのような切削要素を保持するために、調節リングが鑞付けでメッキされているかまたは電気メッキされているかに関わらず、これらは非常に短寿命を示し、その結果ダイアモンドの損失、ダイアモンドの破損またはメッキ摩耗が生じる点で、これらの処理は理想的ではない。先に示されたように、これらの損失または破損したダイアモンドは、研磨されるウエハの激しい擦過傷の原因になり得る。擦過されたウエハは屑と見なされ、そしてこれは消費者に対するコストの増加をもたらし得る。さらに、メッキ摩耗が原因で起こる調節リングの短寿命は、調節リングが典型的にＣＭＰ装置において最も高価な消耗品であるということにおいて、重大な問題である。
【０００９】
切削要素をキャリアーリングに固定する鑞付けは電気メッキ処理より好ましいが、依然として鑞付け処理と関連したいくつかの問題がある。種々の応用における鑞付けダイアモンド技術を使用して作られた接合の信頼性の欠如を伴う問題は、先行技術で取り組まれてきた。例えば、Ｋａｐｏｏｒらの米国特許第５，５６７，５２５号において、ダイアモンドフィルムをバナジウムを含む鑞付けで覆うことによって、ダイアモンドフィルムと炭化タングステンの物体との間に形成された鑞付け接合の信頼性が増す。さらに、減少した研磨層応力を有する多結晶の層状圧粉体を形成するために、高温および高圧を利用する方法は、Ｊｏｈｎｓｏｎらの米国特許第５，５６０，７５４号に開示される。Ｓｌｕｔｚらの米国特許第４，８９９，９２２号もまた、炉が鑞付けされた器具を循環させている間ですら約５０ｋｐｓｉをはるかに超える剪断強さを有する熱的に安定な多結晶のダイアモンドを用いる鑞付けされた器具を記載している。これは、約７００℃より上に液相線を有する、有効量のクロムを含む鑞付け合金を使用して、コンパクトを別のコンパクトまたは超硬合金支持体に鑞付けすることによって達成される。しかしこれらのより信頼性のある鑞付け接合を製作する方法は、温度適用を含む実質的な機械的および／または化学的操作を必要とする。さらに、半導体処理容量において、とくに適用工程に使用される調節リングの調節において、これらそれぞれの方法の使用を提案している先行技術特許はない。
【００１０】
従って、半導体の研磨または平坦化に使用される研磨パッドの調節のための方法および装置の改良が必要である。さらに詳細には、研磨パッドを調節するために使用されるリングを調節するための簡便で効果的な方法および装置が必要である。これにより、ダイアモンドの損失、ダイアモンドの破損および調節リングのメッキ摩耗が減少し得、このため調節リングの寿命が延び、半導体チップを利用する最終消費者のコストは減少し得る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、半導体ウエハのような加工部品を研磨または平坦化するために改良された方法および装置を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、加工部品の平坦化において、研磨パッドを調節するために使用される、ダイアモンドが鑞付けされた、改良された調節リングを製作することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、調節リング上に含まれる切削要素の破損および損失を著しく減少させるために、研磨パッドを調節するのに使用される調節リングのコーティングを含む加工部品を研磨するための方法および装置を提供することである。
【００１４】
本発明のなお別の目的は、加工部品を研磨するために改良された方法および装置を提供することであり、これは屑を少なくし、すなわち傷の付いた半導体ウエハ減少させる。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、加工部品を研磨するための、化学的機械平坦化処理を行う装置に使用される調節リングの寿命を延長した、方法および装置を提供することであり、これにより加工部品の研磨および平坦化にかかるコストが減少する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加工部品上の精密な表面を研磨するために使用される、研磨機に取付けられた圧盤を覆う研磨パッドを調節するための装置を提供し、この装置が以下：
研磨パッドと接触することによりこの研磨パッドを調節する手段であり、ここでこの調節手段が、調節手段の底表面に固定される切削要素と共に配置され、ここで固定された切削要素が、この切削要素の破損を減少させる組成物でコートされる手段；および
調節手段と研磨パッドと係合させ、そして調節手段を回転させ、そして調節手段を、研磨パッドの頂表面にわたって振動させるための手段、
を含む。
【００１７】
１つの実施形態において、上記組成物が窒化チタン含有組成物および薄膜ダイアモンド堆積物のうち少なくとも１つを包含する。
【００１８】
１つの実施形態において、上記組成物が、以下：
窒化チタン成分；および
窒化ジルコニウム成分、
を包含する。
【００１９】
１つの実施形態において、上記切削要素が上記調節手段の底表面に鑞付け結合され、そして上記組成物が、窒化チタン含有組成物および薄膜ダイアモンド堆積物のうち、少なくとも１つを含み、この組成物が、鑞付け結合された切削要素の全表面にわたって堆積される。
【００２０】
１つの実施形態において、係合させ、回転させ、そして振動させる上記手段が、上記パッドの頂表面との操作的な係合へ、そして操作的な係合から上記調節装置を移動させ、かつこの調節手段をパッドの頂表面上で半径方向に振動させるために適合される操作アームを備える。
【００２１】
１つの実施形態において、上記調節手段が調節リングを包含し、ここで上記切削要素がこの調節リングの底表面上に配置される。
【００２２】
１つの実施形態において、上記切削要素が上記調節リングの周囲のまわりに延びるフランジ上に配置され、ここでこのフランジが調節リングの内部から物質が漏出することを可能にする切り取り（ｃｕｔｏｕｔ）部分を含む。
【００２３】
１つの実施形態において、上記切削要素が実質的に均一に上記フランジ上に分散される。
【００２４】
１つの実施形態において、上記切削要素が鑞付け金属合金を用いて上記フランジと結合される。
【００２５】
１つの実施形態において、上記鑞付け金属合金が約２５％〜４０％の上記切削要素を覆う。
【００２６】
１つの実施形態において、上記切削要素がダイアモンド粒子を包含する。
【００２７】
別の局面において、本発明は、加工部品が研磨パッド上で研磨されている間に、この研磨パッドを調節するための装置を提供し、この装置は、研磨パッドと接触させて研磨されるべき加工部品を運搬する可動キャリア要素に取り付け可能であり、この装置がパッドとの接触によって研磨パッドを調節するための手段を包含し、ここでこの調節手段が、この調節手段の底表面に固定される切削要素を包含し、かつこの調節装置が、窒化チタン含有組成物および薄膜ダイアモンド堆積物のうち少なくとも１つを含む組成物であって、切削要素を覆う組成物を包含する。
【００２８】
１つの実施形態において、上記調節手段が、上記加工部品キャリア要素の外周ペリメーターの周囲に取り付けるように構成されたリングであって、ここで上記切削要素がリングの底表面に配置される。
【００２９】
１つの実施形態において、上記切削要素が、上記リングの周囲のまわりに延びるフランジに配置され、ここでこのフランジは、物質がリングの内部から漏出することを可能とする切り取り部分を含む。
【００３０】
１つの実施形態において、上記切削要素が実質的に均一に上記フランジ上に分散される。
【００３１】
１つの実施形態において、上記切削要素が上記フランジに、鑞付け金属合金を用いて結合される。
【００３２】
１つの実施形態において、上記鑞付け金属合金が、約２５％〜４０％の上記切削要素を覆う。
【００３３】
１つの実施形態において、上記切削要素がダイアモンド粒子を包含する。
【００３４】
別の局面において、本発明は、半導体ウェハーの化学的−機械的プラナー化において使用される研磨パッドを調節するための装置を提供し、この装置は、以下：
垂直軸の周りで回転する調節リング；
上記調節リングに取付けられるフランジ；
鑞付け金属合金を使用してフランジに固定される切削要素；および
切削要素をコートする組成物、
を包含する。
【００３５】
１つの実施形態において、上記切削要素が実質的に均一に上記フランジ上に分散される。
【００３６】
１つの実施形態において、上記切削要素が、鑞付け金属合金で上記フランジに結合されている。
【００３７】
１つの実施形態において、上記鑞付け金属合金が約２５％〜４０％の上記切削要素を覆う。
【００３８】
１つの実施形態において、上記切削要素がダイアモンド粒子を含む。
【００３９】
１つの実施形態において、上記組成物が、窒化チタン含有組成物および薄膜ダイアモンド堆積物のうち少なくとも１つを包含する。
【００４０】
１つの実施形態において、上記組成物が、以下：
窒化チタン成分；および
窒化ジルコニウム成分、
を包含する。
【００４１】
別の局面において、本発明は、研磨パッドを調節するための装置を提供し、この装置は、以下：
頂表面および底表面を備える調節リング；
調節リングの底表面に鑞付けされる複数の切削要素；および
窒化チタン含有組成物および薄膜ダイアモンドのうち少なくとも１つを包含する組成物であって、鑞付けされる複数の切削要素上に堆積された組成物、
を包含する。
【００４２】
別の局面において、本発明は、研磨パッドを調節するための装置を提供し、この装置は、以下：
調節装置；
この調節装置の表面に固定される複数の切削要素；および
この複数の固定された切削要素をカバーする、窒化チタン含有組成物および薄膜ダイアモンド堆積物のうち少なくとも１つを包含する組成物、
を包含する。
【００４３】
別の局面において、本発明は、加工部品を研磨するために使用される研磨パッドを調節するための方法を提供し、この方法は、以下の工程：
研磨パッドが取付けられた研磨装置を提供する工程；
この研磨パッドを調節するための調節装置を提供する工程であって、この調節装置が調節リングおよび鑞付け合金を用いて調節リングの少なくとも１つの表面に取付けられる切削要素、およびこの切削要素の破損を減少させる、切削要素をコートする組成物を包含する工程；
調節リング上の切削要素を、研磨パッドの表面に対してプレスする工程；および
研磨パッドおよび調節リングの少なくとも一方を互いに相対して移動させ、それによって切削要素がパッドを調節する工程、
を包含する。
【００４４】
１つの実施形態において、上記移動工程がさらに、研磨パッドを垂直軸の周囲で回転させる工程を含む。
【００４５】
１つの実施形態において、上記移動工程がさらに、上記調節装置を垂直軸の周囲で回転させる工程を含む。
【００４６】
１つの実施形態において、上記調節装置がさらに、上記調節リングを保持するための操作アームを包含し、そしてここで上記移動工程がさらに、この操作アームを使用して研磨パッドを横切って調節リングを振動させる工程を包含する。
【００４７】
別の局面において、本発明は、研磨パッド上で加工部品が研磨されている間に、この研磨パッドを調節する方法を提供し、この方法が以下の工程：
研磨装置に取付けられる研磨パッドを備える研磨装置を提供する工程；
研磨中に加工部品を保持するための加工部品キャリアを提供する工程；
研磨パッドを調節するための調節装置を提供する工程であって、この調節装置が調節リング、および鑞付け合金を用いてこの調節リングの少なくとも１つの表面に取付けられる切削要素、およびこの切削要素の破損を減少させる、切削要素をコートする組成物を包含する工程；
切削要素を含む研磨パッドの表面に対して加工部品をプレスすることによってこの加工部品を研磨する工程；および
研磨パッドおよび調節リングの少なくとも一方を互いに相対して移動させ、それによって加工部品が研磨される間に、切削要素がパッドを調節する工程、
を包含する。
【００４８】
１つの実施形態において、上記移動工程がさらに、垂直軸の周囲で上記調節装置を回転させる工程を包含する。
【００４９】
１つの実施形態において、上記移動工程がさらに、垂直軸の周囲で上記研磨パッドを回転させる工程を包含する。
【００５０】
１つの実施形態において、上記移動工程がさらに、上記加工部品キャリアを使用して、上記研磨パッドを横切って上記調節リングを振動させ、ここでこの調節リングが加工部品キャリアに取付けられている、工程を包含する。
【００５１】
別の局面において、本発明は、加工部品の表面を研磨するための研磨パッドを調節するために使用される調節装置を製造する方法を提供し、この方法は、以下の工程：
複数の切削要素を上記調節装置上に配置する工程；
鑞付けされた合金粒子を調節装置上に配置する工程；
上記切削要素、上記鑞付け合金粒子、および上記調節装置と接触させて、一時的な結合剤を配置し、それによって切削要素および合金粒子を切削装置上で適切に保持する工程；
調節装置、切削要素を加熱し、そして鑞付け合金粒子が融解し、流出することにより、切削要素および調節装置を湿潤させる工程；
上記調節装置を冷却し、従って、融解鑞付け硬化により、切削要素が調節装置上で適切にしっかりと保持される工程；および
鑞付け結合された切削要素が組成物でコートされる工程であって、この組成物が窒化チタン含有組成物および薄膜ダイアモンド堆積物のうち少なくとも１つを含有する工程、
を包含する。
【００５２】
１つの実施形態において、上記加熱工程がさらに、減圧雰囲気および真空のうち少なくとも１つで上記調節装置を加熱する工程を包含する。
【００５３】
別の局面において、本発明は、研磨パッドを調節するために使用される調節装置を製造するための方法を提供し、この方法は、以下の工程：
調節装置上で鑞付合金を配置する工程；
この鑞付け合金を調節装置に融着させる工程；
複数の切削要素を調節装置上で鑞付け合金と接触させて配置する工程；
調節装置、鑞付け合金、および複数の切削要素を加熱する工程であって、鑞付け合金が融解して複数の切削要素を包囲するまで加熱し、複数の切削要素を調節装置に結合させる工程；および
窒化チタン含有組成物および薄膜ダイアモンド堆積物のうち少なくとも１つのコーティングを、複数の切削要素上に堆積させる工程、
を包含する。
【００５４】
１つの実施形態において、上記加熱工程がさらに、減圧雰囲気および真空のうち少なくとも１つで上記調節装置を加熱する工程を包含する。
【００５５】
別の局面において、本発明は、研磨パッドを調節するために使用される調節装置を製造する方法であって、以下の工程：
複数の切削要素を調節装置の表面に固定する工程；および
複数の固定された切削要素を組成物で被膜する工程であって、この組成物が窒化チタン含有組成物および薄膜ダイアモンド堆積物のうち少なくとも１つを含有する工程、
を包含する。
【００５６】
簡単には、本発明は、先行技術の多くの欠点を克服する研磨パッドデバイスを調節するための、方法および装置を提供する。本発明の一局面に従って、パッドに接触することによって研磨パッドを調節するための研磨パッド調節デバイスは、その底面に鑞付け接合されたダイアモンドのような切削要素、および鑞付け接合された表面を覆う窒化チタンベースのコーティング、または薄膜ダイアモンド堆積によって構成される。調節デバイスはまた、調節手段を研磨パッドに係合するための手段、および調節手段を研磨パッドの上表面で回転させ、そして調節装置をそこで振動させるための手段を適切に含む。
【００５７】
本発明のさらなる局面に従って、係合、回転および振動の手段は、調節デバイスを動かし、パッドの上表面と操作的に係合させ、および外すように、ならびにパッドの上表面上で半径方向に調節デバイスを振動させるように適合された操作アームを有する。調節デバイスは、リングの形状に構成され、環状リングの配置でキャリアー要素の底面に接合された切削要素を有するキャリアー要素を有する。さらに、窒化チタニウムを含有する組成物または薄膜ダイアモンド堆積のいずれかのコーティングは、切削要素上に塗られる。
【００５８】
本発明の別の局面に従って、キャリアー要素は、そのリングの周囲まで延びたフランジを含み得、切削要素はフランジに接合される。
【００５９】
本発明のなおさらなる局面に従って、このフランジは、材料がキャリアーリングの内部から逃れ得るように、切削部分を含む。本発明のこの局面に従って、切削要素はフランジに沿って実質的に均一に分散され、要素は鑞付け合金を用いてフランジに鑞付け接合される。好ましくは、鑞付け合金は、切削要素の高さの約２５％〜７５％のみを覆い、より好ましくは約４０〜６０％を覆い、最も好ましくは約５０％を覆う。例えば、５０〜２００マイクロメーターの範囲、最も好ましくは約１５０マイクロメーターの平均高さ（すなわち、直径）を有する切削要素（例えば、ダイアモンド粒子）については、好ましくは、鑞付け合金は、それぞれの切削要素をその高さの約５０％まで、または約７５マイクロメーターまで覆うべきである。５０〜２００Ｕ．Ｓ．メッシュの範囲の粒子サイズ、最も好ましくは約１００〜１２０Ｕ．Ｓ．メッシュが特に本発明に適合する。
【００６０】
本発明のさらなる局面に従って、鑞付けを用いる、切削要素の高さの２５％〜４０％より少ない切削要素の覆いは、不十分な固定接合を生じ得、そのため切削要素は鑞付けから剥がれ得、このため切削要素が遊離し恐らく加工部品に損害を与える。反対に、鑞付けを用いる、切削要素の高さの６０％〜８０％より多い切削要素の覆いは、切削要素がパッドを適切に覆うまたは調節するのを妨げ得る。従って、本発明は、最適な範囲は切削要素の高さの約５０％までを鑞付けで切削要素を覆うこと、次いで鑞付けされた切削要素を窒化チタンベースを含む組成物または薄膜ダイアモンド堆積でコートすることを伴うことを決定した。
【００６１】
本発明のさらなる局面に従って、調節デバイスは加工部品が研磨されると同時に研磨パッドを調節するように構成される。本発明のこの局面に従って、好ましくは、調節デバイスは、移動可能なキャリアー要素に設置するように構成され、この要素は研磨の間加工部品を保持する。
【００６２】
本発明のさらなる局面に従って、調節デバイスは加工部品キャリアー要素の外周の周りに設置するためにリング型であり、ここでこの切削要素は、環状に配置されて、リングの底面に切削要素の鑞付けを介して確実に接合され、そして窒化チタンコートまたは薄層ダイアモンド堆積が、鑞付けされた切削要素の上に堆積される。
【００６３】
本発明のさらに別の局面に従って、切削要素は、リングの周囲に延びるフランジに接合され得る。さらに、フランジは好ましくは、物質がリングの内部から逃れ得るように切削部分を含み得る。
【００６４】
本発明のさらに別の局面に従って、使用される切削要素は異なる物質（例えば、ダイアモンド粒子、多結晶のチップ／スライバー、立方晶の窒化ホウ素粒子、炭化ケイ素粒子など）を含有し得る。コーティング要素は、ＳＵＰＥＲＮＥＸＵＳ（これは窒化チタン製品の商標である）または薄層ダイアモンド堆積を包含し得る。ＳＵＰＥＲＮＥＸＵＳは、Ｂｅａｖｅｒｔｏｎ、ＯｒｅｇｏｎにあるＧＳＥＭ，Ｉｎｃ．によって生産され、そして窒化チタン部および窒化ジルコニウム部を含有する。あるいは、コーティング要素は人造ダイアモンド成分から成る薄層ダイアモンドコートを包含し得、この容量は最小限の水素を有する炭素を包含する。これらのダイアモンド粒子は、炭素および金属触媒を、電気炉中で、高圧下、約３０００°Ｆで熱することによって合成的に製作される。
【００６５】
【発明の実施の形態】
本発明は、加工部品研磨パッドを調節するために改良された装置、および切削要素を装置に固定するために改良された方法に関し、切削要素が装置から離れ、研磨されている加工部品を傷つけないようにする。本発明は、様々に異なるタイプの加工部品を研磨するのに使用され得る、広範囲の研磨パッドを調節するために使用され得るが、本明細書中で議論される好ましい例示的な実施態様は、半導体ウエハ研磨パッドを調節するのに使用される装置を調節する研磨パッドに関する。しかし、本発明は任意の特定の加工部品研磨パッド調節環境に限定されないことが理解される。
【００６６】
ここで図１〜３を参照すると、ウエハ研磨装置１００は、本発明を具体化して示される。ウエハ研磨装置１００は、前の処理工程からウエハを受け取り、そのウエハを研磨し、リンスし、そしてそのウエハをその後の処理のためにウエハカセットに再ロードする、広範囲のウエハ研磨機械を適切に有する。より詳細に、研磨装置１００について議論すると、装置１００は、アンロードステーション１０２、ウエハ移動ステーション１０４、研磨ステーション１０６、およびウエハのリンスおよびロードステーション１０８を包含する。
【００６７】
本発明の好ましい実施態様に従って、それぞれが複数のウエハを支えているカセット１１０は、アンロードステーション１０２において機械にロードされる。次に、ロボットのウエハキャリアーアーム１１２は、ウエハをカセット１１０から除去し、同時にこれらを第１ウエハ移動アーム１１４に設置する。次いで、ウエハ移動アーム１１４は、ウエハを、ウエハ移動セクション１０４に持ち上げて移動させる。すなわち、移動アーム１１４は、個々のウエハを、ウエハ移動セクション１０４内の回転テーブル１２０に存在する複数のウエハピックアップステーション１１６の１つの上に適切に設置する。回転テーブル１２０はまた、複数の、ピックアップステーション１１６と交互に並んだウエハドロップオフステーション１１８を適切に含む。ウエハが複数のピックアップステーション１１６の１つに置かれた後、テーブル１２０は、新しいステーション１１６が移動アーム１１４と整列するように回転する。次いで、移動アーム１１４は、次のウエハを新しい空のピックアップステーション１１６に設置する。このプロセスは、全てのピックアップステーション１１６がウエハで満たされるまで続く。本発明の好ましい実施態様において、テーブル１２０は５個のピックアップステーション１１６、および５個のドロップオフステーション１１８を含む。
【００６８】
次に、個々のウエハキャリアー要素１２４を有するウエハキャリアー装置１２２は、テーブル１２０の上に適切に整列し、個々のキャリアー要素１２４が個々のピックアップステーション１１６にあるウエハの真上に位置するようにする。次いで、キャリアー装置１２２は下がり、それらの個々のステーションからウエハをつまみ上げ、そしてウエハが研磨ステーション１０６の上に位置するように、ウエハを横に移動させる。一旦、研磨ステーション１０６の上にくると、キャリアー装置１２２はウエハを適切に下げ、これらは、個々の要素１２４によってラップホイール１２８の頂上に位置する研磨パッド１２６と操作的に係合されたままになる。操作中、ラップホイール１２８は、研磨パッド１２６がその垂直軸の周りを回転する原因となる。同時に、個々のキャリアー要素１２４は、ウエハをそれら各々の垂直軸の周りでスピンさせ、そしてウエハが研磨パッドに押しつけられたとき、ウエハをパッド１２６を横切って前後に振動させる（実質的に矢印１３３に沿う）。この様式において、ウエハ表面は研磨または平坦化される。
【００６９】
適切な期間の後、ウエハは研磨パッド１２６から除去され、そしてキャリアー装置１２２はウエハを移動ステーション１０４に戻す。次いで、キャリアー装置１２２は個々のキャリアー要素１２４を下げ、そしてウエハをドロップオフステーション１１８に設置する。次いでウエハは第２移動アーム１３０によってドロップオフステーション１１８から除去される。移動アーム１３０はそれぞれのウエハを移動ステーション１０４から適切に持ち上げ、そしてそれらをウエハリンスおよびウエハロードステーション１０８に移動させる。このロードステーション１０８で、移動アーム１３０はウエハがリンスされている間、ウエハを保持する。完全なリンスの後、ウエハはカセット１３２に再ロードされ、次いでウエハはさらなる処理または包装のための次のステーションに運ばれる。
【００７０】
この研磨および平坦化処理中、研磨パッドは摩耗し、従って効果が弱くなる。従って、研磨パッド１２６を磨きまたは調節し、研磨中に生じ得るあらゆる表面ムラを除去することが重要である。一般に、研磨パッドを調節する、インサイチュおよびエクサイチュ調節の２つの方法がある。インサイチュ調節はウエハ研磨処理の間に行い、一方エクサイチュ調節は研磨工程の間に行う。
【００７１】
ここで図２〜４を参照して、インサイチュ調節が最初に議論される。本発明の好ましい実施態様に従って、インサイチュ調節は一般に、インサイチュ調節要素２００をそれぞれ個々のキャリアー要素１２４に連結することによって行われる。従って、キャリアー要素１２４が研磨パッド上でウエハを回転、移動させると、調節要素２００はまた、研磨パッドと接触し、従ってウエハが研磨されている間、パッドを調節している。
【００７２】
ここで図４を参照して、調節要素２００およびキャリアー要素１２４の製作が議論される。先に述べられたように、研磨操作の間、キャリアー要素１２４はウエハを保持し、研磨パッドに押しつける。当該分野で周知のように、キャリアー要素１２４は多数の異なる実施態様を包含し得る。しかし、本発明を議論するために、キャリアー要素１２４は図４に示された実施態様に従って議論される。
【００７３】
本発明の好ましい実施態様に従って、好ましくは、キャリアー要素１２４は、プレッシャープレート１４０、保護層１４２、維持リング１４４、および回転ドライブ軸１４６を包含する。プレッシャープレート１４０は、それが研磨パッド１２６に押しつけられたとき、ウエハ１０の裏側に均等に分散された下向きの圧力を加える。好ましくは保護層１４２は、研磨処理中のウエハを保護するために、プレッシャープレート１４０とウエハ１０との間に存在する。保護層１４２は、圧力がかけられたときウエハを傷つけない任意のタイプの半硬性の材料（例えば、ウレタンタイプの材料）であり得る。ウエハ１０は、任意の好適なメカニズム（例えば、真空または表面張力など）によって保護層１４２に押し当てられる。好ましくは環状の維持リング１４４は、保護層１４２の外周に連結され、ウエハが研磨される際、ウエハ１０が保護層の下から横に滑るのを防止する。維持リング１４４は一般に、ボルト１４８によってプレッシャープレート１４０に連結されている。
【００７４】
調節要素２００もまたプレッシャープレート１４０に連結され、本発明の好ましい実施態様に従って、これは、金属のような硬性の物質で形成されるリングである。図４および６に示されたように、好ましくは調節要素２００は下方に延びたフランジ２０２を含む。このフランジは切削要素２０５が取り付けられた実質的に平らな底面２０４で終結する。さらにコーティング４２０（図１０および１１）は、調節リングの寿命を延ばし、切削要素２０５の損失または破損を減少または排除するために、切削要素２０５上に設置される。好ましくは、コーティング４２０は、窒化チタンベースを含有し、あるいは薄層ダイアモンドを含有し得る。フランジ２０２は、処理中に、連結された切削要素２０５を有する底面２０４が研磨パッドに接触するのに十分な長さである。さらに、好ましくは、調節要素２００はボルト２０６によってプレッシャープレート１４０にゆるく接続されている。プレッシャープレート１４０と調節要素２００との間の、この比較的ゆるい接続は、制限された縦の運動を可能にするが、調節要素２００の横の運動は制限する。ナット２０８と２１０（図４）との間で生じる、調節要素２００の縦の運動が可能になり、切削要素２０５は、キャリアー要素１２４によって付与された圧力よりもむしろ調節要素２００の重量によってパッド１２６に接触する。必要ならば、さらに加重したリング２１２が調節要素２００に加えられ得、リングの重さを増加し、パッド上の圧力を調節する。
【００７５】
本発明の好ましい実施態様のさらなる局面に従って、フランジ２０２は、切屑（ｓｗｏｒｆ）および流体が調節要素２００の内側から逃れるのを可能にする切削部分２１４を含み得る。従って、図５および６に寸法「Ａ」として示されたように、切削部分２１４は約０．７５〜１．２５インチの範囲であり得、より好ましくは約０．８７５〜１．１２５インチの範囲であり得る。要素２１６として図５および６に示されたように、フランジ２０２の残りの部分は、そこに接続した切削要素２０５を有する。寸法「Ｂ」として図５に図示された残りのフランジ部分２１６のサイズは、約０．７５〜１．２５インチの範囲であり、より好ましくは約０．８７５〜１．１２５インチの範囲である。
【００７６】
本発明のさらに別の局面に従って、切削要素２０５は調節パッドに有用な任意の硬い切削物質（例えば、ダイアモンド粒子、多結晶のチップ／スライバー、立方晶の窒化ホウ素粒子、炭化ケイ素粒子など）であり得る。さらに切削要素２０５は、しっかりと固定された接合を作る鑞付け接合処理によってフランジ２０２の底面２０４に固定され得る。この接合処理は以下でより詳細に議論される。
【００７７】
先に示されたように、好ましくは、鑞付けされた切削要素２０５をコートするのに使用される組成物（図１０および１１）は、窒化チタンベースまたは薄層ダイアモンドから成る。窒化チタンは以下の性質を有する。
融点　２９２７℃
比熱　８．８６　ｃａｌ／ｍｏｌ（２５℃）
電気抵抗率　２１．７　マイクロ−オーム−ｃｍ
窒化チタンのこれらの性質によって、コーティング組成物は、破損および調節要素２００のフランジ２０２からの剥げ落ちから切削要素２０５（特に、ダイアモンド粒子）を保護し得る。より詳細には、コーティング組成物はダイアモンド中の小さな破損線を満たし、これは調節サイクル中にフランジ２０２のダイアモンドの破損の可能性を減少または排除する。コーティング４２０はまた、電気メッキのようなより柔軟で敏感なメッキを保護し、これはメッキの摩耗を減少する。このコーティングはまた、メッキとダイアモンドまたは切削要素２０５との間のより強い接合を形成する。調節サイクル中の切削要素の破損の減少および排除は、廃棄しなければならない傷の付いた半導体ウエハをより少なくする。切削要素２０５上に塗布された薄層ダイアモンド堆積はまた、調節プロセスにおいて、これらの改善をもたらし得る。
【００７８】
装置１００の操作中に、キャリア要素１２４により保持されるウェーハ１０を、ラップホイール１２８に固定される研磨パッド１２６と接触させる。好ましくは、研磨を最大にするために、研磨スラリーを研磨パッド１２６とウェーハ１０との間に導入する。様々なタイプの研磨スラリーが使用され得、このようなことは当該分野で公知である。ウェーハ１０がパッド１２６と接触するとき、ラップホイール１２８とキャリア要素１２４の両方が回転し、従って、このウェーハの研磨およびメッキを容易にする。さらに、キャリア要素１２４によって、ウェーハ１０がパッド上へ降ろされるとき、調節（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）要素２００（これはキャリア要素１２４に連結される）は下げられて、パッドと接触する。ラップホイール１２８およびキャリア要素１２４が回転するとき、切削要素２０５がウェーハを粗く削り上げ、従って、研磨パッド１２６を調節すると同時に、このウェーハが研磨されている。
【００７９】
本発明の代替の実施態様に従い、装置１００の装置外調節（ｅｘ−ｓｉｔｕ）装置を、いまここで記載する。簡単に上述した通り、装置外調節は一般に、研磨工程で起こる。すなわち、ウェーハーのセットが研磨されていて、そして研磨パッドから除去された後、分離調節デバイスが、研磨パッド１２６に対して導入されて、このパッドを調節する。しかし、装置１００が、装置内（ｉｎ−ｓｉｔｕ）および装置外調節の両方を利用する必要はないことに留意するべきである。当業者は、装置１００が装置内調節または装置外調節のいずれかを含み得る、もしくは装置１００が両方を含み得ることを評価する。
【００８０】
今ここで、図７〜９を参照して、装置外調節デバイス３００が好ましくは、剛性材料（例えば、金属）から製作された円形調節リングキャリア要素３０２を含む。本発明のこの局面に従い、リングキャリア要素３０２が好ましくは、下向きに延びるフランジ３０４を備え、このフランジ３０４が操作中に研磨パッドと接触し、かつ研磨パッドを調節する。本発明の更なる局面のこの実施態様に従い、フランジ３０４は複数の切り取り３０６によって中断され得、この切り取り３０６によって、切屑および流体を、作動時の調節デバイス３００の内部から漏出させることが可能である。
【００８１】
装置内調節リングを有し、かつ図９に図示されるような切削要素３０８はフランジ３０４の底表面に固定され得る。同様に、切削要素３０８は、様々な物質を含み得、例えば、ダイアモンド粒子、多結晶性チップ／スライバ（ｓｌｉｖｅｒ）、立方晶窒化ホウ素粒子、炭化けい素粒子などを含み得る。以下の説明に考察されるように、切削要素３０８は、独特の鑞付け結合プロセスによりフランジ３０４の底部分に取り付けられ得る。最終的に、窒化チタンまたは薄膜ダイアモンドのいずれかから構成される組成物が切削要素３０８をコートするために使用される（図１０および１１を参照のこと）。それによって、切削要素３０８と調節要素との間の結合を強化し、切削要素の３０８の破損および欠損ならびにメッキ摩耗が減少するように、切削要素３０８自体をさらに強化する。このコート組成物はまた、切削要素３０８の鑞付けプロセスとともに以下のさらなる説明にて考察される。
【００８２】
本発明のこの好ましい実施態様に従って、調節デバイス３００は、好ましくは、操作アーム３１０に取付けられる。この操作アーム３１０は、研磨パッド１２６と係合したり係合を外したり調節デバイス３００を上昇、下降させるために形成される。操作アーム３１０の垂直移動は、圧力シリンダ３１２によって制御される。さらに、操作アーム３１０はまた、パッド１２６の頂部を横切って調節デバイス３００が前後に移動するために取付けられ得、従って、パッドの頂表面全体が等しく調節されることを確立する。様々な手段が調節要素３００を操作アーム３１０に接続するために使用され得る。例えば、図８に示されるように、リング３０２は、ショルダーボルト３１６でベアリングハウジング３１４に固定され得る。この形状に従って、シャフト３１８は、操作アーム３１０のヘッド中で、チャックと係合するように形成され得、従ってこのアームとの操作的な係合でハウジングおよびリングアセンブリを保持する。
【００８３】
加工中に、研磨パッド１２６を調節することが所望される場合、アーム３１０が作動されて、調節デバイス３００、より好ましくは切削要素３０８を研磨パッド１２６の頂表面との接触をもたらす。さらに、ラップホイール１２８が回転（例えば、反時計周りに）すると同時に、操作アーム３１０が振動し、それによって、調節要素３００が研磨パッド１２６の表面全体を前後に行き来する。研磨パッド表面上でこの調節デバイスが発する下向き圧力、および調節要素がこのパッドと接触している時間の長さは必要に応じてに変化し得、所望の調節結果を達成する。
【００８４】
今ここで、図１０および図１１を参照し、切削要素を調節リングに取り付ける主題の方法をここで考察する。本発明の好ましい実施態様に従って、切削要素４０２は、切削要素とリング表面との間に非常に強力で、信頼性のある結合を形成する、直接鑞付け技術によりキャリアリング４００に取付けられ得る。本発明の鑞付け手段は、容易に入手でき、非常に強力かつ耐久性のある鑞付け合金を利用することで強固な結合を形成する。利用される鑞付け合金は一般に、ニッケル−クロムの組み合わせ、またはコバルト−ニッケルの組み合わせを含む。これらの合金が、処理プロセス中で切削要素の表面から流出するよりはむしろ、これらの要素の表面と粘着する傾向があるために、これらの合金の類が強力な化学的／機械的結合を形成することが発見されている。従って、より強力な表面接触が切削要素と合金の間で達成される。
【００８５】
切削要素４０２を調節リング表面４００と結合させるプロセスを今ここで考察する。本発明の１つの局面に従って、切削要素４０２および鑞付け合金粒子４０４は好適に、所定の様子で金属リング表面上に配置される。切削要素および鑞付け合金粒子を適切に保持するために、一時的な結合剤、例えば、適切な有機溶媒に中に溶解する樹脂性コンパウンドのようなものなどが使用され得る。切削要素および合金粒子の適切な分散をすると、次いでリングアセンブリを、減圧または真空である炉内に配置し、そしてこの鑞付けが流出するまで加熱しそして切削要素およびリング表面を湿潤させる。最終的に、鑞付けは冷却され、この切削要素とリング表面をしっかりと結合させる。
【００８６】
次いで、鑞付け結合された切削要素は組成物でコートされる。それによって切削要素の破損および欠損を減少させ、それによって切削要素の部分が、ウェーハのスクラッチを引き起こす研磨パッド中に埋込まれる可能性を減少させる。コーティングに続いて、鑞付け結合された切削要素は、コーティングをしっかりと固定するために加熱プロセスを受け得る。加熱プロセスは、円錐形リングアセンブリを、減圧または真空である炉内に配置することを含み得、次いでこのアセンブリを加熱する。次いで、コートされたアセンブリは冷却されてコーティングをしっかりと結合させる。スクラッチがより少ないウェハーは、スクラップの発生が少なく、そして増大された効率を生じる。さらに、切削要素のコーティングはそれによってメッキ摩耗を減少し、この調節プロセスで使用される調節要素または調節リングの寿命を増加させる。このコーティングに好ましい組成物は以下：
１）窒化チタンベースコーティング、これは窒化チタンおよび窒化ジルコニウムの両方を含む（このような製品の例は、ＧＳＥＭ，Ｉｎｃ．ｉｎ　Ｂｅａｖｅｒｔｏｎ，Ｏｒｅｇｏｎにより製造された、ＳＵＰＥＲＮＥＸＵＳ）；または
２）薄膜ダイアモンド堆積、これは電気炉中、高圧下、約３０００度（Ｆ）で炭素および金属触媒を加熱することによって生成される人工ダイアモンド粒子を含む、
である。
【００８７】
本発明の別の局面に従って、鑞付けプロセスは上記で考察されたような１工程よりはむしろ、２工程で実施され得る。この２工程のプロセスにおいて、鑞付け合金がまず、上記のと類似の様式でリング表面に適用されるが、しかし切削要素は存在しない。この鑞付け合金がリング表面に融着された後、次いでこれらの切削要素は、一時的な結合剤を使用することで、リング表面上の鑞付け合金の層に取付けられる。これらの切削要素が適切に位置された後、このリングアセンブリを、鑞付けが再融解し、切削要素を包囲するまで再び炉内に配置した。２工程のプロセスが一般に、１工程の方法と同一の結合強度を達成するが、しかし２工程プロセスによって、切削要素の表面均一性のより良い制御がリング表面上で可能となる。本発明に関連する有用な鑞付け工程のより詳細な考察が、Ｌｏｗｄｅｒら、米国特許第３，８９４，６７３号および同第４，０１８，５７６号（それぞれ１９７５年７月１５日および１９７７年４月１９日に発行）にて議論され、これら両方は本明細書中に参考として援用される。次いでこの鑞付け結合された切削要素は、上記で前述されるようなコーティング組成物を用いてコートされる。
【００８８】
本発明のさらなる局面に従う、本題プロセスである、切削要素をキャリアリング表面へ鑞付け結合させる工程は、現在当該分野で公知である従来の電気メッキ結合と比較して、より優れた性能を示す。以下のような改善、例えば、メッキの量を制御する性能、リング上の切削要素の量および配置を制御する性能、切削要素のリング表面に対するより良好な接着剤、予測可能かつ繰り返し可能な調節リングを有する性能、および切削要素の制御による、より良好なパッド管理、メッキ、および要素の間隔が達成される。全てのこのような改善は、本発明が、以前より可能であった結合金属よりも少ない結合金属を用いる、切削要素の調節リング表面へのより良好な結合を提供するという事実に関連する。この点において、この鑞付け方法は、リング上の各切削要素および切削要素毎に最適な支持を提供する。なぜなら、融着プロセス中に、鑞付け合金が各要素の側表面および底表面を包囲するからであり、従って固体結合を形成する。本発明のこの局面は図１０に示され、これは調節リング４００の表面に鑞付けされた切削要素４０２の断面図を示す。結合表面４０４は「凹面」として特徴づけられ、すなわち、合金金属結合の深さは、隣接する要素の中間点で最小である。先行技術に従って、調節リングに電気メッキされた切削要素の断面図を図１１に示す。図１０と区別して、結合金属４１０の表面の輪郭は、電気メッキされたデバイス中において、本質的に凸面であり、従って、結合金属の所定の深さに関して切削要素４１２に対する最小の支持を提供する。それゆえ、電気メッキプロセスに関して、より多くの結合金属を使用しても、この結合はさらに弱くなる。事実、５０％〜１００％もの切削要素が、電気的メッキプロセスを用いる結合金属によって覆われ得る。しかし、鑞付けプロセスに関して、この切削要素は、結合金属で覆われている切削要素のわずか２５％〜４０％で結合され得、それ故さらに大きな切屑クリアランス、迅速な切削、および減少した熱蓄積が可能となる。図１０および１１はまた、組成物の薄いコーティング４２０を示し、これは先の詳細に説明されており、切削要素上に堆積される。切削要素が鑞付け結合されるか、電気メッキされるかに関わらず、この組成物のコーティング４２０は、同一タイプの利点および先行技術の調節プロセスの改善、すなわち切削要素の破壊および損失の減少または阻止、ならびにメッキ摩耗の減少を有することに注目すべきである。
【００８９】
本発明のさらなる局面に従い、０．５：１．０〜１．５：１．０の範囲内、最も好ましくは約１．０：１．０のアスペクト比を有する切削要素を適切に採用する；従って、本発明の特に好ましい実施態様において、切削要素の高さは、ほぼこの切削要素の幅と等しい。このようにして、本題の結合技術の有効性、ならびにパッド仕上げ操作における種々の切削要素の有効性は実質的に、切削要素の配向に依存しない。
【００９０】
この鑞付けプロセスが使用されて、異なる物質特性を示す切削要素を取り付けることに注目すべきである。例えば、上記で議論されたように、切削要素はダイアモンド粒子、多結晶性チップ／スライバ、立方晶窒化ホウ素粒子、炭化けい素粒子などを含み得る。しかし、半導体ウェーハ研磨パッドを調節することに関しては、ダイアモンドおよび立方晶窒化ホウ素粒子が好ましい。さらに鑞付け結合された切削要素をコートするために使用される組成物に関して、好ましい組成物は窒化チタンベースコーティングまたは薄膜ダイアモンド堆積物を含み、ここで堆積物中のダイアモンド粒子は人工である。
【００９１】
前記記載が本発明の好ましい例示的な実施態様であること、かつ本発明が本明細書中で示されまたは記載される、特定の形態に限定されないことが理解される。様々な改変は、本明細書中で開示される設計、配置、および要素のタイプ、ならびに本発明を製造し、および使用する工程において、添付された特許請求の範囲で示されるような本発明の範囲から逸脱することなく、実施され得る。
【００９２】
本発明のさらに完全な理解は、図面と関連して考察する場合、詳細な説明および特許請求の範囲を参照することによってなされ得、ここで類似の参照番号はこれらの図面を通して類似の要素を表す。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体ウエハのような加工部品を研磨または平坦化するために改良された方法および装置が提供される。
【００９４】
本発明によればさらに、加工部品の平坦化において、研磨パッドを調節するために使用される、ダイアモンドが鑞付けされた、改良された調節リングが製作される。
【００９５】
本発明によればさらに、調節リング上に含まれる切削要素の破損および損失を著しく減少させるために、研磨パッドを調節するのに使用される調節リングのコーティングを含む加工部品を研磨するための方法および装置が提供される。
【００９６】
本発明によればさらに、加工部品を研磨するために改良された方法および装置が提供され、これは屑を少なくし、すなわち傷の付いた半導体ウエハ減少させる。
【００９７】
本発明によればさらに、加工部品を研磨するための、化学的機械平坦化処理を行う装置に使用される調節リングの寿命を延長した、方法および装置が提供され、これにより加工部品の研磨および平坦化にかかるコストが減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、現在のところ当該分野で一般に公知の、半導体ウエハの研磨および平坦化機械の概略斜視図である。
【図２】図２は、図１で示したウエハクリーニング機械の上部断面図であり、研磨処理中の機械の図３とは異なる時間の図３とは異なる部分を図示する。
【図３】図３は、図１で示したウエハクリーニング機械の上部断面図であり、研磨処理中の機械の図２とは異なる時間の図２とは異なる部分を図示する。
【図４】図４は、インサイチュの研磨パッド調節リングが接続された半導体ウエハキャリアー要素の側断面図である。
【図５】図５は、図４に示されたインサイチュの研磨パッド調節リングの上面図である。
【図６】図６は、図４および５で示されたインサイチュの調節リングの側面図である。
【図７】図７は、エクサイチュの研磨パッド調節装置が研磨表面と操作的に係合している、図１で示された研磨機械の研磨表面の斜視図である。
【図８】図８は、図７で示されたエクサイチュの研磨パッド調節リングホルダーの側断面図である。
【図９】図９は、エクサイチュの研磨パッド調節リングの上面図である。
【図１０】図１０は、本発明に従って、調節リングに鑞付け接合され、組成物でコートされた切削要素の断面図である。
【図１１】図１１は、本発明に従って、調節リングに電気メッキされ、組成物でコートされた切削要素の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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