(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ電子デバイス基板アセンブリ（12）の表面を平坦化するための研磨パッドであって、
該研磨パッドは、
該マイクロ電子デバイス基板アセンブリ（12）に面する平坦化表面（144）を有する研磨本体（142）と、
該研磨本体（142）に埋設された視覚的に区別可能な充填剤セクション（150）と
を備え、
該充填剤セクション（150）は、該研磨本体（142）の平坦化表面（144）の一部と同一平面の頂部表面（152）、および、該研磨本体（142）内の少なくとも中間深さまで延びる底部表面（154）を有し、該頂部表面（152）および該底部表面（154）は、該充填剤セクション（150）の露出表面の形状が該平坦化表面（144）の外形を示す態様で、該充填剤セクション（150）内の深さが増大するにつれて変化する外形指示寸法（151）を有する断面形状を規定する、研磨パッド。
【請求項２】
前記充填剤セクション（150）は、前記研磨本体（142）内の深さまで延びる第１の側壁（157）および第２の側壁（159）を有する、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記充填剤セクション（150）の第１の側壁（157）および第２の側壁（159）は、前記研磨本体（142）の平坦化表面（144）で間隔を設けて離され、かつ、該研磨本体（142）内の深さまで収束的に互いに向かって延びる、請求項２に記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記充填剤セクション（150）の断面形状は三角形である、請求項３に記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記充填剤セクション（150）の断面形状は、前記研磨パッドの有効寿命に対応する、前記研磨本体内の深さで頂点を有する二等辺三角形である、請求項３に記載の研磨パッド。
【請求項６】
前記第１の側壁（157）および第２の側壁（159）のうちの一方と前記平坦化表面（144）との間の角度がおよそ60°と15°の間である、請求項５に記載の研磨パッド。
【請求項７】
前記充填剤セクション（150）の断面形状は台形である、請求項３に記載の研磨パッド。
【請求項８】
前記充填剤セクション（150）の断面形状は、前記研磨本体（142）内の最低点で頂点を有する対称曲線であり、前記第１の側壁（157）は、該頂点から前記平坦化表面（144）までの該対称曲線の半分を規定し、前記第２の側壁（159）は、該頂点から該平坦化表面（144）までの該対称曲線の別の半分を規定する、請求項３に記載の研磨パッド。
【請求項９】
前記充填剤セクション（150）の第１の側壁（157）および第２の側壁（159）は、前記平坦化表面から前記研磨本体内の深さまで互いに離れていく、請求項２に記載の研磨パッド。
【請求項１０】
前記充填剤セクション（150）の断面形状は三角形である、請求項９に記載の研磨パッド。
【請求項１１】
前記研磨パッドの断面形状は台形である、請求項９に記載の研磨パッド。
【請求項１２】
前記研磨パッドの断面形状は対称曲線である、請求項９に記載の研磨パッド。
【請求項１３】
前記研磨本体は円形の平坦化表面を有し、前記充填剤セクション（150）は前記研磨本体（142）の直径を横断して延びる、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項１４】
前記研磨本体は円形平坦化表面を有し、前記充填剤セクション（150）は前記研磨本体（142）の複数の直径を横断して延びる、請求項13に記載の研磨パッド。
【請求項１５】
前記研磨本体は円形平坦化表面を有し、前記充填剤セクション（150）は前記研磨本体（142）の半径を横断して延びる、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項１６】
前記研磨本体は円形平坦化表面を有し、前記充填剤セクション（150）は前記研磨本体（142）の複数の半径を横断して延びる、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項１７】
前記研磨本体は円形平坦化表面を有し、前記充填剤セクション（150）は同一材料であり、前記充填剤セクションは該研磨本体（142）の色とは異なる色に染色される、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項１８】
前記研磨本体および前記充填剤セクション（150）は同一材料であり、該充填剤セクションは前記研磨本体（142）の色とは異なる色に染色される、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項１９】
半導体ウエーハの化学機械的平坦化のための平坦化マシーンであって、
該平坦化マシーンは、
支持構造に搭載されるプラテンと、
請求項１から請求項18のうちのいずれかに記載の研磨パッド（140）と、
ウエーハが搭載され得るウエーハキャリア（30）と
を備え、
該ウエーハキャリア（30）は、該研磨パッド（140）の平坦化表面にわたって位置決め可能であり、かつ、該研磨パッドの平坦化表面と該ウエーハ（12）を係合させるよう適合され、該プラテンおよび該ウエーハキャリアのうちの少なくとも一方は、該ウエーハと該研磨パッドの間で相対的な運動を与えるように他方に対して移動する、平坦化マシーン。
【請求項２０】
マイクロ電子デバイス基板アセンブリの機械的平坦化または化学機械的平坦化において使用される研磨パッド（140）の平坦化表面の外形を検出するための方法であって、
該方法は、
研磨本体（142）、および、該研磨本体（142）に埋設された視覚的に明確に区別できる外形指示器（150）を設ける工程であって、該外形指示器（150）の頂部表面（152）は、該研磨本体（142）の平坦化表面（144）と実質的に同一平面であり、該外形指示器（150）の底部表面（154）は、該研磨本体（142）内の少なくとも中間の深さまで延びるようにし、該外形指示器（150）は、該外形指示器（150）の露出表面の形状が該平坦化表面（144）の外形を示す態様で、該パッド内の深さが増大するにつれて変化する外形指示寸法（151）を有する断面を有する、工程と、
該研磨パッド（140）の平坦化表面（144）の相対的外形を決定するように、該外形指示器（150）の状態調節された表面の形状を検出する工程と
を含む、方法。
【請求項２１】
前記外形指示寸法（151）は、前記平坦化表面（144）の均一に平坦状の部分に沿って、間隔を設けて離された平行な第１の端縁（153）および第２の端縁（155）により規定され、前記検出工程は、該第１の端縁と該第２の端縁との間の配向の非平行変化があるかどうかを検知することを含む、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
前記外形指示器は、前記研磨パッド（142）の有効寿命に対応する該研磨本体（142）内の深さまで延び、前記方法は、前記平坦化表面が該外形指示器（150）の深さの下にある場合、前記研磨パッドを取り替える工程を更に含む、請求項20に記載の方法。
【請求項２３】
前記平坦化表面（144）を基板を平坦化するための所望の状態にするように、前記研磨パッドから前記平坦化表面（144）の一部を除去する工程を更に含む、請求項20に記載の方法。
【請求項２４】
前記外形指示寸法は、前記平坦化表面の均一に平坦状の部分に沿って、間隔を設けて離された平行な第１端縁および第２端縁によって規定され、前記検出工程は、該第１の端縁と該第２の端縁との間に配向の非平行変化があるかどうかを検出することを含む、請求項23に記載の方法。
【請求項２５】
前記平坦化表面は、高い領域と、該高い領域に隣接する低い領域とを有し、前記方法は、該平坦化表面の高い領域にわたって、前記除去する工程を反復する工程を更に含み、該高い領域内の前記第１の端縁と前記第２の端縁との間の配向の非平行変化は、該高い領域内の該平坦化表面が該低い領域に比べて相対的に高いことを示す、請求項24に記載の方法。
【請求項２６】
前記外形指示器は、前記研磨パッドの有効寿命に対応する前記研磨本体内の深さまで延び、前記方法は、前記平坦化表面が該外形指示器の深さの下にある場合、該研磨パッドを取り替える工程を更に含む、請求項23に記載の方法。
【請求項２７】
前記研磨パッド（140）に対して前記ウエーハを押圧する工程と、
該ウエーハ（12）および該研磨パッド（140）のうちの少なくとも一方を、それらの間で相対的な運動を与えるように、他方に対して移動させる工程とを更に含む、請求項20に記載の方法。
【請求項２８】
前記外形指示寸法（151）は、前記平坦化表面の均一に平坦状の部分に沿って、間隔を設けて離された平行な第１の端縁（153）および第２の端縁（155）により規定され、前記方法は、該第１の端縁（153）と該第２の端縁（155）との間の配向の非平行変化を検出する工程を更に含む、請求項27に記載の方法。
【請求項２９】
前記平坦化表面は、高い領域と、該高い領域に隣接する低い領域とを有し、前記方法は、該平坦化表面の高い領域から材料を除去する工程を更に含み、該高い領域内の前記第１の端縁（153）と前記第２の端縁（155）との間の配向の非平行変化は、該高い領域内の該平坦化表面（144）が該低い領域に比べて相対的に高いことを示す、請求項28に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、半導体ウエーハの化学機械的平坦化において使用されるパッドの研磨加工に関し、より特定すると、研磨パッドの平坦化表面の平坦さについて不均一性を視覚的に示す外形指示器に関連する。
発明の背景
化学機械的平坦化（ＣＭＰ:Chemical-Mechanical Planarization）処理は、集積回路の製造に際して半導体ウエーハの表面から材料を除去する。図１は、プラテン20、ウエーハキャリア30、研磨パッド40、および研磨パッド40上の平坦化液44を有するＣＭＰマシーン10を概略的に例示する。研磨パッド40は、連続的位相マトリクス材料（例えば、ポリウレタン）から作られる従来型研磨パッドであるか、懸濁媒体中に安定して分散される砥粒から作られる、新世代安定砥粒（fixed-abrasive）研磨パッドであり得る。平坦化液44は、ウエーハから材料を除去する砥粒および化学薬品を含む従来型ＣＭＰスラリーであり得るか、または、平坦化液44は砥粒を含まない平坦化溶液であり得る。大半のＣＭＰ応用において、砥粒を含む従来型ＣＭＰスラリーは従来型研磨パッド上で使用され、また、砥粒を含まない平坦化溶液は安定砥粒研磨パッド上で使用される。
ＣＭＰマシーン10はまた、アンダーパッド25がプラテン20の上部表面22および研磨パッド40の下部表面に装着される。ＣＭＰマシーンの１タイプにおいては、駆動アセンブリ26は、矢印Ａにより示されるように、プラテン20を回動させる。別なタイプのＣＭＰマシーンにおいては、駆動アセンブリは、矢印Ｂにより示されるように、プラテンを前後に往復運動させる。研磨パッド40がアンダーパッド25に装着されるので、研磨パッド40はプラテン20と共に移動する。
ウエーハキャリア30は、ウエーハ12が装着され得る下部表面32を有し、または、ウエーハ12は、ウエーハ12と下部表面32の間に位置決めされる弾性パッド34に装着され得る。ウエーハキャリア30は重量のある自由浮遊ウエーハキャリアであり得、または、アクチュエータアセンブリ36は、軸方向運動および／または回転運動（それぞれ、矢印ＣおよびＤにより示される）を与えるように、ウエーハキャリアに装着され得る。
ＣＭＰマシーン10でウエーハ12を平坦化するために、ウエーハキャリア30は研磨パッド40の平坦化表面42に対して下向きにウエーハ12を押圧する。ウエーハ12の面が研磨パッド40を押圧している間、プラテン20またはウエーハキャリア30の少なくとも一方が平坦化表面42を横断してウエーハ12を移動させるように、他方と相対して移動する。ウエーハ12の面が平坦化表面42を横断して移動するにつれて、研磨パッド40および平坦化液44はウエーハ12の面から材料を継続的に除去する。
ＣＭＰ処理はウエーハ上に均一で平坦状表面を連続的にかつ正確に製造して、写真製版技術を利用して正確な回路パターンおよびデバイスパターンが形成され得るようにしなければならない。集積回路の密度が増大するにつれて、フォトパターンの臨界寸法をおよそ0.1μmの公差の範囲内に正確に集中させることが、しばしば必要である。しかし、かかる小さな公差のフォトパターンを集中させることは、ウエーハの平坦化された表面が均一に平坦状ではない場合は、困難である。したがって、ＣＭＰ処理は高度に均一な平坦状表面を作り出さなければならない。
ＣＭＰ処理に関する１つの問題としては、ウエーハの厚さが減少する割合（「研磨率」）がウエーハ上の領域ごとに異なることが多いので、ウエーハの表面は均一に平坦状ではないことである。研磨率は幾つかの因子の関数であり、その１つは、ウエーハの表面にわたる、パッドとウエーハの間の局地圧である。パッドの平坦化表面が均一に平坦状ではあり得ないので、パッドとウエーハの間の局地圧は変化するのが典型的である。さらに、パッドの平坦化表面が早晩、或る点で平坦状になっても、パッドの１部が他の部分とは異なる割合で磨耗し得るので、平坦化表面の外形は経時的に変わる。例えば、平坦化表面から材料を除去するパッド状態調節処理は、平坦化表面の１部から他の部分より多くの材料を意図せずに除去してしまうことがある。それゆえ、ＣＭＰ処理の全体を通してパッドの外形を測定し、次に、パッドの平坦さを向上させるためにパッドを再状態調節し、ウエーハとパッドの間の圧力を調節してパッドの微細構成を補償するか、または、パッドの外形が過度に不均一である場合は、パッドを廃棄することが望ましい。
研磨パッドの平坦化表面の外形を測定するために、幾つかのタイプの装置が開発されてきた。研磨パッドの平坦化表面の外形を測定するための１つの既存の装置は、旋回自在アームに装着されるニードル状先端を有するアーム型触針である。動作に際して、触針がパッドの表面を横断して移動するにつれて、先端はパッドの外形を辿る。アームの角偏向がパッドの外形の変化と比例するように、先端はアームが旋回点を中心に旋回するのを引き起こす。研磨表面の外形を測定するための別な既存の装置は、干渉計である。干渉計は、平坦化表面にレーザービームを当て、元のビームと平坦化表面から反射されたビームとの間の位相変化を測定するのが典型的である。レーザービームの波長を知ることにより、位相変化はパッド上の１点から別な点への線形変位を示す。
現在の外形測定装置は、ＣＭＰ処理のために幾つかの製造上の関心事項を提示する。既存の測定装置に関する１つの問題は、研磨パッドが状態調節されている間、或いは、ウエーハが平坦化されている間、かかる装置は研磨表面の外形をリアルタイムで容易に示すのに旨く適していないことである。リアルタイム外形測定は、パッドの表面の外形を測定するために、ＣＭＰ処理の状態調節を停止することに関連するダウン時間を除去するのに望ましい。また、リアルタイム外形測定が望ましいのは、ウエーハが状態調節されている間はパッドの外形が変化し得るからである。しかし、従来型測定装置を用いて、リアルタイムでパッドの外形を正確に測定することは困難である。例えば、光ビームは、パッドの平坦化表面の代わりに、スラリーまたは状態調節溶液から反射することがあるので、干渉計は不正確なリアルタイム測定を生成し得る。アーム型触針はまた、アームが先端と比較して比較的大きな質量を有するので、不正確なリアルタイム測定を生成し得る。したがって、先端が研磨表面において急峻な勾配を通過した後は、アームの上向きの運動量により、先端が瞬間的にパッドを離れ、謝った読みとりを生じる。
従来、型外形測定装置に関する別な問題は、それらが比較的高感度で高価な機器を必要とすることである。干渉計および触針測定装置は、研磨パッドの外形を正確に測定するのに、高感度で正確な構成要素を必要とする。それに加えて、位置センサーおよびコンピュータはまた、測定が行われる研磨パッドにおける厳密な場所と変位測定を相関させるのに必要である。それゆえ、従来型外形測定装置は、半導体装置の製造価格を増大させる。
従来、型研磨パッド外形測定装置と関連する問題に鑑みて、研磨パッドが状態調節されている間に、リアルタイムで研磨パッドの平坦化表面の外形を示すための装置を開発することが望ましい。これに加えて、研磨パッドの平坦化表面の外形を測定することに関連するコストを低減することが望ましい。
発明の要旨
本発明は、研磨パッドの平坦化表面の平坦さにおける不均一性を視覚的に示す外形指示器である。本発明の１実施態様においては、研磨パッドは、ウエーハに面する平坦化表面と、平坦化本体に埋設された外形表示器を含む研磨本体を有する。外形指示器は、研磨本体から視覚的に区別可能な色または陰影に染色される研磨本体の材料であるのが好ましい。外形指示器は研磨本体の平坦化表面で互いから間隔を設けて離された第１の側壁および第２の側壁を有するのが好ましく、外形指示器はまた、パッドの内部の深さを増大させるにつれて、第１の側壁と第２の側壁の間の距離が変化するように、断面形状を有するのが好ましい。動作については、外形指示器の第１の側壁と第２の側壁の間の間隔は、材料が平坦化表面から除去されるにつれて、変化し、平坦化表面の第１の側壁と第２の側壁の間の距離は、平坦化表面の外形を示す。
別な実施態様においては、研磨パッドは主要セクションと、主要セクションに埋設された視覚的に区別可能な二次セクションとを含む研磨本体を有する。二次セクションは主要セクションの平坦化表面と実質的に同一平坦の頂部表面を有し、二次セクションは、二次セクションの露出表面の形状がパッドの外形を示す態様で、主要セクションの内部で深さが増大するにつれて変化する寸法を示す外形を含む断面形状を有する。二次セクションの断面形状の変化は、平坦化表面が均一に平坦状である場合には、二次セクションの露出表面の形状が予期された形状を有するようにするのが好ましい。動作については、予期された形状以外の露出表面の形状は、平坦化表面の平坦さの不均一性を示す。
本発明のまた別な実施態様においては、半導体ウエーハの化学機械的平坦化のための平坦化マシーンは、支持構造に搭載されるプラテンと、プラテン上に位置決めされる研磨パッドと、ウエーハが搭載され得るウエーハキャリアとを有する。研磨パッドは、ウエーハに面する平坦化表面を有する研磨本体と、研磨本体に埋設された、視覚的に区別可能な外形指示器とを含む。外形指示器は研磨本体の平坦化表面の一部と実質的に同一平坦である頂部表面を有し、外形指示器は、研磨本体の内部で少なくとも中間の深さまで延在する底部表面を有する。外形指示器の露出表面の形状がパッドの平坦化表面の外形を示す態様で、頂部表面および底部表面が共に、パッド内部の深さが増大するにつれて変化する断面形状を規定する。より特定すると、外形指示器の露出表面は、平坦化表面が均一に平坦状である場合に、予期された形状を有するのが好ましい。動作については、ウエーハキャリアはウエーハを研磨パッドの平坦化表面と係合させ、次に、プラテンまたはウエーハキャリアのうち少なくとも一方がウエーハと研磨パッドの間で相対運動を与える用に他方に関連して移動する。平坦化表面の外形がＣＭＰ処理または状態調節の期間中に変化する事が多いので、外形指示器の露出表面の形状は、それが平坦上表面で予期された形状とは異なる場合は、平坦化表面の不均一性を示す。
【図面の簡単な説明】
図１は、先行技術に従った半導体ウエーハの化学機械的平坦化のための平坦化マシーンの概略断面図である。
図２は、本発明に従った外形指示器を含む研磨パッドの等角図である。
図３は、本発明に従った外形指示器を含む研磨パッドの部分断面図である。
図４は、本発明に従った外形指示器を含む研磨パッドの頂面図である。
図５は、本発明に従った外形指示器を含む別な研磨パッドの部分断面図である。
図６Ａは、本発明に従った別な外形指示器を含む研磨パッドの部分等角図である。
図６Ｂは、本発明に従った別な外形指示器を含む研磨パッドの部分等角図である。
図６Ｃは、本発明に従った別な外形指示器を含む研磨パッドの部分等角図である。
図６Ｄは、本発明に従った別な外形指示器を含む研磨パッドの部分等角図である。
図７Ａは、本発明に従った外形指示器を含む研磨パッドの頂面図である。
図７Ｂは、本発明に従った外形指示器を含む研磨パッドの頂面図である。
発明の詳細な説明
本発明は、研磨パッドの平坦化表面の平坦さの不均一性を視覚的に示す外形指示器である。本発明の実施態様の重要な局面は、外形指示器が研磨パッドの残余から視覚的に区別可能であることである。本発明の実施態様の別な重要な局面は、外形指示器の露出表面の形状が平坦化表面の外形を示す態様で、外形指示器の断面形状は、パッド本体の内部の深さを増大するにつれて変化する外形指示寸法を有することである。結果として、均一に平坦状の表面における予期された形状以外の形状を有する外形指示器の露出表面は、研磨パッドの平坦化表面の外形の不均一性を示す。図２から図７Ｂは、同一参照番号が同一部分に言及するが、本発明に従った多様な研磨パッドおよび外形指示器を例示する。
図２は、本発明に従った研磨パッド140の実施態様の等角図である。研磨パッド140は、研磨本体142と、研磨本体142に埋設された、または、他の方法でそこに形成されたハイコントラストの外形指示器150とを有する。研磨本体142は、厚さＴにより分離される平坦化表面144と底部表面145を有する、パッド140の主要セクションであることが好ましい。平坦化表面144は、平坦化表面144から材料を除去するダイアモンド埋設ディスクを含む研磨本体142を磨滅させることにより状態調節されるのが一般的である。従って、研磨本体142の厚さＴは、それが研磨パッド140の有効寿命の終わりに最終厚さＴFまで低減されるまで、減少する。研磨本体142は、フェルト、ポリウレタン、または他の非砥粒研磨パッド材のような、実質的に非砥粒材料であり得る。研磨本体142はまた、懸濁媒体と懸濁媒体に安定的に接着された実質的に均一な分散の砥粒とを有する安定砥粒材料であり得る。
図３は、外形指示器150および研磨本体142を更に例示する研磨パッド140の部分断面図である。外形指示器150は、研磨本体142の平坦化表面144と実質的に同一平坦の頂部表面152を有するパッド140の充填剤または二次セクションであるのが好ましい。外形指示器150の頂部表面152は、研磨本体142の平坦化表面144の少なくとも一部を横断して延在し、頂部表面152は、平坦化表面144において第１の端縁153と第２の端縁155の間の距離により元の幅Ｗ0が規定される外形指示寸法151を有する。第１の端縁153および第２の端縁155は、外形指示寸法151の元の幅Ｗ0が外形指示器150の長さに沿って同一であるように、互いに実質的に平行であるのが好ましい。他の実施態様において、第１の端縁153および第２の端縁155は互いに平行ではなく、むしろそれらは、互いに関して収束的にまたは分岐的に平坦化表面144を横断して延在し得る。従って、外形指示器150の頂部表面152は多くの異なる形状を有していればよく、また、外形指示寸法151は仮想上は、特定の頂部表面152の形状のいずれの単一の寸法または全ての寸法であってもよい。
外形指示器150はまた、研磨本体142の内部で中間の深さＤまで延びる底部表面154を有する。底部表面154および頂部表面152は、外形指示器の露出表面の形状が平坦化システムの外形の指示を供与する態様で、研磨本体142の内部で深さを増大させるにつれて外形指示寸法151が変化する、断面形状156を規定する。外形指示器150の底部表面154は、外形指示器150の深さＤが研磨パッド140の寿命の最終点に対応する最終厚さＴFに達するように、最低点158を有することが好ましい。以下に詳細に説明するように、外形指示器150は、パッド140の最終点とパッド140の平坦さにおける不均一性との両方を示す。
さらに図３を参照すると、底部表面154は、第１の端縁153および第２の端縁155からそれぞれ、互いに向かって収束的に延在する第１の側壁157および第２の側壁159を有するのが好ましい。第１の側壁157と第２の側壁159の間の距離は、外形指示寸法151が研磨本体142の内部のレベルＡ−Ａで幅Ｗ1を、研磨本体142の内部のレベルＢ−Ｂで幅Ｗ2を有するように、研磨本体142の内部の深さが増大するにつれて、均一にかつ線対称的に変化するのが好ましい。従って、レベルＡ−Ａの頂部表面152に平行な外形指示器150を通る中間平坦152（ａ）の外形指示寸法151は、幅Ｗ1だけ間隔を設けて離された第１の端縁153（ａ）および第２の端縁155（ａ）により規定される。パッド140が内部平坦152（ａ）を露出するように状態調節され、かつ、露出表面が均一に平坦状にされた場合は、露出表面は、第１の端縁153（ａ）および第２の端縁155（ａ）が外形指示器150の長さについて幅Ｗ1にわたって互いに平行である、予期した形状を有する。同様に、レベルＢ−Ｂの頂部表面152に平行な第２の中間平坦152（ｂ）の外形指示寸法151は、幅Ｗ2により間隔を設けて離された第１の端縁153（ｂ）および第２の端縁155（ｂ）により規定される。また、パッド140が第２の内部平坦152（ｂ）で表面を露出するように状態調節され、かつ、露出表面が均一に平坦状であった場合は、平坦152（ｂ）の露出表面は、第１の端縁153（ｂ）および第２の端縁155（ｂ）が外形指示器150の長さについて幅Ｗ2にわたって互いに平行である、予期した形状を有する。従って、研磨パッド140の厚さＴがＣＭＰ処理または状態調節の期間中に変化するにつれて、均一に平坦状の表面の予期した形状以外の形状を有する外形指示器150の露出表面は、研磨本体142の平坦化表面144の外形について不均一性を示す。
外形指示器150は研磨本体142の材料と同一材料から製造されることが好ましく、あるいは、研磨本体142の材料に類似して磨耗する別な材料から作られてもよい。従って、外形指示器150は、外形指示器150の長さに沿った頂部表面152の外形が外形指示器150の隣の研磨本体142の平坦化表面144の外形と同一であるように、研磨本体142と同一割合で磨耗する。外形指示器150はまた、研磨本体142の陰影または色から視覚的に区別可能な陰影または色に着色または染色される。好ましい実施態様においては、外形指示器150は、研磨本体142の色に関して極めてハイコントラストの陰影または色を有する。
図４は、図２および図３の外形指示器150の動作の具体例を例示する、研磨パッド140の頂部平坦図である。研磨パッド140が状態調節された後は、またそうではなく、ＣＭＰ処理が原因ですり減った後では、研磨パッド140は、内側領域146が高さＡ−Ａで（図３に例示）平坦化表面144（ａ）を有し、かつ、外側領域147が高さＢ−Ｂで（図３に例示）平坦化表面144（ｂ）を含む態様で外形を有し得る。外形指示器150の頂部表面の形状は、単一セットの平行端縁153および155（図２に例示）から内側領域146における高さＡ−Ａの頂部表面152（ａ）および外側領域147における高さＢ−Ｂの頂部表面152（ｂ）まで不均一に変化する。頂部表面152（ａ）は、幅Ｗ1だけ分離された第１の端縁153（ａ）および第２の端縁155（ａ）により規定される外形指示寸法151（ａ）を有し、頂部表面152（ｂ）は、幅Ｗ2だけ分離される第１の端縁153（ｂ）および第２の端縁155（ｂ）により規定される外形指示寸法151（ｂ）を有する。それゆえ、外形指示器の露出表面の形状は、外形指示器150の長さに沿って並列な端縁を備えた予期した形状ではない。従って、外形指示器150は、研磨パッド140の平坦化表面142が均一に平坦状ではないこうとを示す。これに加えて、深さを増大させるにつれて外形指示器150の断面は減少するので（図３に例示）、狭い頂部表面152（ｂ）は、したがって、広い頂部表面152（ａ）よりも低い。
本発明の好ましい実施態様の外形指示器および研磨パッドの１つの利点は、ウエーハが平坦化されると、または、研磨パッドが状態調節されると、研磨パッドの外形の不均一性がリアルタイムで示されることである。研磨パッドの本体から視覚的に区別可能な外形指示器を提供することにより、さらに、外形指示器の露出表面が平坦化表面の外形を示す態様で、研磨パッドの深さを増大させるにつれて、外形指示器の断面を変化させることにより、外形指示器の露出表面の形状は、研磨パッドの平坦化表面の外形を示す。それゆえ、本発明の好ましい実施態様は、ＣＭＰまたは状態調節処理の期間中はいかなる時でも、研磨パッドの平坦化表面の相対的外形を示す。
本発明の好ましい実施態様の別な利点は、それが、高価な器具を使用することなく、研磨パッドの平坦化表面の相対的外形を示すことである。干渉計とは異なり、また、触針外形測定装置とは異なり、平坦化表面の外形は、研磨本体の材料と視覚的に対比させるために染色された研磨パッド材料を用いて示される。従って、外形測定装置のせいで経費が低減されるばかりでなく、かかる精密機器を維持および較正するメンテナンス費用も低減される。それゆえ、ＣＭＰ処理と関連する経費が一般に低減される。
図２から図４に例示される外形指示器150の実施態様に加えて、図５は、外形指示器150の底部表面154の傾斜を低減することにより外形指示器150の感度を調節する、研磨パッド140の部分断面図である。より特定すると、外形指示器150の感度は、平坦化表面144に関して第１の側壁157および第２の側壁159の角度αを減少させることにより増大される。第１の端縁153および第２の端縁155の間の幅は角度αを低減させることにより単位深さあたりより一層変化することが評価される。したがって、平坦化表面144の外形におけるより小さい垂直方向の不均一性は、比較的漸進的な傾斜を備える側壁157および159を有している指示器150を状態調節することにより示される。
本発明に従った外形指示器の幾つかの他の実施態様が図６Ａから図６Ｄに示される。図６Ａは研磨パッド240を例示し、そこでは、外形指示器250は三角形の断面が頂部表面252および底部表面254により規定される。より特定すると、底部表面254は傾斜した第１の側壁257および実質的に垂直な第２の側壁259を有する。図６Ｂは別な研磨パッド340を例示し、そこでは、外形指示器350は湾曲した断面が頂部表面352および底部表面354により規定される。外形指示器350の底部表面354は円、楕円、または放物線形状の弧のような線対称曲線である。図６Ｃは研磨パッド440を例示し、そこでは、外形指示器450は底部表面454が、パッドの内部の深さを増大させるにつれて収束的に下方向に漸進する、１連の段457および459の形状にされる。図６Ｄは研磨パッド540を例示し、そこでは、外形指示器550は水平底面表面556を備える台形断面を有し、その底部表面から第１の側壁557および第２の側壁559が頂部表面552まで収束的に上方向に延びる。
図２および図６Ａから図６Ｄに例示される外形指示器150から550の断面形状は、本発明に従った外形指示器の断面形状を例示する。外形指示器の他の断面形状は本発明の範囲に入ることが評価されるだろう。従って、研磨本体142において深さを増大させるにつれて変化する仮想上のいかなる断面形状も、本発明の範囲に入る。一般に、本発明の外形指示器の断面形状は、外形指示器と平坦化表面の頂部表面の形状が均一に平坦状である研磨パッドとの間に平行な端縁を形成する、平行な側壁を有するのが好ましい。
図７Ａおよび図７Ｂは、異なる形状の外形指示器を備えた研磨パッドの多様な実施態様を例示する。図７Ａを参照すると、研磨パッド140は、研磨パッド140の半径に沿って延びる外形指示器150を有する。図７Ｂを参照すると、研磨パッド140は研磨パッド140の半径に沿って延びる複数の外形指示器150を有する。従って、本発明は、図２に例示されるような研磨パッド140の直径に基づいて、単一の状態調節指示器に限定される訳ではない。更に、外形指示器は研磨パッドを横断する、輻射方向に配向された細片以外の形状を有していてもよく、例えば、研磨パッド140の中心のまわりを中心とした、同心リングのパターンを呈する１個以上の円形外形指示器では、複数の外形指示器が異なる直径を有する。更に別の実施態様では、円または多角形のような３次元幾何学的形状が、パッドの中心と周辺との間で研磨パッド140の一方側に位置決めされてもよい。
本発明に従った研磨パッドおよび外形指示器は、研磨パッド材料の硬化処理されていないケークから研磨パッドの研磨本体を切り出し、次いで、研磨本体の少なくとも一部を貫通するチャネルを切り抜くことにより、作成されるのが好ましい。チャネルは、外形指示器の所望の断面形状と同一である断面形状を有し、チャネルは、パッドの寿命の所望の端点で本体内部の深さを有することが好ましい。次に、チャネルは、流動可能状態にある染色されたパッド材料が充填される。それから、本体と染色されたパッド材料が硬化処理を施され、続いて、染色されたパッド材料は、研磨パッドの本体を横断して平坦表面まで切断される。本発明に従って研磨パッドおよび外形指示器を製造するための別な実施態様は、外形指示器の断面形状を有する本体部分にチャネルを切り抜き、次いで、染色されたパッド材料の事前形成された細片をチャネル内に粘着させる。
上記説明から、本発明の特定の実施態様が例示を目的としてここに記載されてきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多様な変更がなされてもよいと評価されるだろう。また、発明に係る研磨パッドの多様な実施態様が半導体ウエーハを研磨するために使用されると記載されているが、これらは電界放射表示ベースプレートのような他のタイプの基板を研磨するために使用されてもよいことが理解されるだろう。従って、本発明は、添付の請求の範囲以外には限定されない。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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