JP6794464B2 - 薄い研磨パッド内の窓 - Google Patents
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Description
化学機械研磨(CMP)は、1つの受け入れられている平坦化方法である。この平坦化方法は、典型的には、基板がキャリアまたは研磨ヘッド上に取り付けられていることを必要とする。典型的には、基板の露出表面が回転研磨パッドに当てられる。キャリアヘッドは、基板に対して制御可能な負荷を提供して、基板を研磨パッドに押し付ける。典型的には、研削用の研磨スラリが研磨パッドの表面へ供給される。
実装形態は、以下の特徴の1つまたは複数を含むことができる。光透過物体は、研磨層より柔らかくすることができる。接着性密閉材は、光透過物体とほぼ同じ硬さを有することができる。研磨層は、ショアDで約58〜65の硬さを有することができ、光透過物体は、ショアDで約45〜60の硬さを有することができる。光透過物体の頂面は、研磨面に対して凹ませることができる。
間隙は、光透過物体を完全に横方向に取り囲むことができる。接着性密閉材は、間隙を完全に垂直方向に充填することができる。接着性密閉材は、第1の接着剤層に接触するまで延びることができるが、光透過物体の下には延びない。流体不透過層の第1の接着剤層とは反対側で流体不透過層に接触するように、第2の接着剤層を位置決めすることができる。第1の接着材料は、感圧接着剤とすることができ、第2の接着材料は、硬化エポキシまたはポリウレタンとすることができる。第2の接着剤層を通る開孔は、光透過物体と位置合わせすることができる。
別の態様では、研磨パッドを作製する方法は、第1の接着剤層を露出させるように研磨層スタックの研磨面から底面へ研磨層スタックを通る開孔を形成するステップを含み、第1の接着剤層は、研磨層スタックの底面上に位置決めされて研磨層スタックの底面に接触し、開孔および研磨パッドに及ぶ。研磨層スタックは、研磨面を有する研磨層を含む。第1の接着剤層が、開孔および研磨パッドに及ぶ流体不透過層に研磨層スタックの底面を固定する。事前に形成された光透過物体が、光透過物体の下面が第1の接着剤層に接触して接着するように、研磨層内の開孔内に位置決めされ、間隙を横方向に充填するように、光透過物体を開孔の側壁から分離する間隙内へ接着性密閉材が分注され、接着性密閉材が硬化される。
実装形態は、以下の利点の1つまたは複数を含むことができる。研磨パッド内の窓を通って液体が漏れるリスクを低減させることができる。窓の層剥離のリスクを低減させることができ、かつ/または層剥離のリスクを増大させることなく、窓のサイズを増大させることができる。窓が反れるリスクを低減させることができる。窓は、柔らかくすることができるが、研磨面から凹ませることによって、窓表面を引っ掻いて透過性を低減させる調整プロセスのリスクを低減させることができる。
1つまたは複数の実装形態の詳細について、添付の図面および以下の説明に記載する。他の態様、特徴、および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
図1に示すように、CMP装置10は、半導体基板14をプラテン16上の研磨パッド18に当てて保持する研磨ヘッド12を含む。CMP装置は、米国特許第5,738,574号に記載されているように構築することができる。
基板は、たとえば、製品基板(たとえば、複数のメモリまたはプロセッサダイを含む)、試験基板、ベア基板、およびゲーティング基板とすることができる。基板は、集積回路の製造の様々な段階のものとすることができ、たとえば基板は、ベアウエハとすることができ、または1つもしくは複数の堆積層および/もしくはパターン層を含むことができる。基板という用語は、円形のディスクおよび方形のシートを含むことができる。
図3を参照すると、研磨層スタック20は、少なくとも研磨面24を提供する研磨層70を含む1つまたは複数の層を含む。研磨層70は、スタック20内の最上層である。研磨層は、化学機械研磨プロセスに適した耐久性のある材料から形成される。研磨層70は、起毛ポリマー材料とすることができる。たとえば、研磨層70は、炭素粉末が充填されたポリウレタンとすることができる。研磨層70は、ショアD硬度で約58〜65、たとえば62の硬さを有することができる。
研磨層70は、バッキング層72の上に配置することができる。研磨層70およびバッキング層72は、同じまたは異なる材料から形成することができる。バッキング層72は、中実の薄板または織布とすることができる。バッキング層72は、研磨層70より低い多孔性および圧縮性を有することができる。バッキング層72は、ポリエステル、たとえばポリエチレンテレフタレート(PET)とすることができる。
別法として、研磨層スタック20は、単一の層、すなわち研磨層70のみを有することができる。したがって、研磨層スタックは、均質な材料の単一の層から形成することができる。
接着構造28は、両面接着テープとすることができる。たとえば、図3をさらに参照すると、接着構造28は、それぞれ上部接着剤層82および下部接着剤層84で被覆された実質上透明な流体不透過層80を含むことができる。上部接着剤層82は、研磨層スタック20に当接し、接着構造28を研磨層スタック20に接合する。使用の際、下部接着剤層84は、プラテン16に当接し、研磨パッド18をプラテン16に接合する。上部接着剤層82および下部接着剤層はどちらも、感圧接着剤材料とすることができる。上部接着剤層82および下部接着剤層84は、約0.5〜5ミル(1000分の1インチ)の厚さを有することができる。流体不透過層80は、ポリエステル、たとえばポリエチレンテレフタレート(PET)、たとえばMylar(商標)とすることができる。流体不透過層80は、約1〜7ミルの厚さを有することができる。流体不透過層80は、研磨層20より低い圧縮性を有することができる。
図3を参照すると、いくつかの実装形態では、研磨面24内に溝26を形成することができる。これらの溝は、直交する溝が研磨面を方形、たとえば正方形の区域に分割するクロスハッチパターンで配置することができる(図3の図は、1組の平行な溝を通る横断面を示す)。別法として、これらの溝は、同心円とすることができる。溝26の側壁は、研磨面24に直交することができ、またはこれらの溝は、傾斜した側壁を有することができる。傾斜した側壁を有する直交する溝のクロスハッチパターンは、「ワッフル」パターンと呼ぶことができる。
研磨ヘッド12は、プラテンがその中心軸の周りを回転するとき、基板14に圧力を加えて研磨パッド18に押し付ける。加えて、研磨ヘッド12は通常、ドライバシャフトまたは平行移動アーム36を介して、その中心軸の周りを回転し、プラテン16の表面にわたって平行移動する。基板と研磨面との間の圧力および相対運動は、研磨溶液と協働して、基板の研磨をもたらす。
プラテン16の頂面内に、光学開孔42が形成される。レーザなどの光源44と、光検出器などの検出器46とを含む光学モニタシステム40が、プラテン16の頂面の下に位置することができる。たとえば、光学モニタシステムは、光学開孔42と光学的に連通しているプラテン16内のチャンバ内に位置することができ、プラテンとともに回転することができる。光学開孔42は、石英ブロックなどの透明な固体片で充填することができ、または空の孔とすることができる。光源44は、赤色光など、遠赤外から紫外までの任意の波長を利用することができるが、広帯域スペクトル、たとえば白色光を使用することもでき、検出器は、分光計とすることができる。光は、光ファイバ、たとえば二又光ファイバ48によって、光源44から光学開孔42へ運ぶことができ、光学開孔42から検出器46へ戻すことができる。
上にある研磨パッド18内に窓50が形成され、プラテン内の光学開孔42と位置合わせされる。窓50および開孔42は、ヘッド12の平行移動位置にかかわらず、プラテンの回転の少なくとも一部分中に、研磨ヘッド12によって保持された基板14の視野を有するように位置決めすることができる。
いくつかの実装形態では、光学開孔42は、単にプラテン内の孔であり、光ファイバ48は、この孔を通って延び、光ファイバ48の端部が、窓50に密接または接触する。
光源44は、少なくとも窓50が基板14に隣接している時間中に、上にある基板14の表面に当たるように開孔42および窓50を通って光線を投影する。基板14から反射した光は、その結果ビームを形成し、このビームが検出器46によって検出される。光源44および検出器46は、図示されていないコンピュータに結合されており、コンピュータは、測定された光強度を検出器から受け取り、これを使用して、研磨の終点を判定し、かつ/または研磨パラメータを制御して研磨均一性を改善する。
図2に戻ると、窓50は、直交方向(回転研磨パッドの場合は半径に沿った方向)より、研磨中に基板によって摩擦力が加えられる方向(回転研磨パッドの場合は半径に対して接線方向)に沿って細くなっている。たとえば、窓50は、幅1〜25mm、たとえば幅約4mmおよび長さ5〜75mm、たとえば長さ約9.5mmの面積を使用することができる。窓は、研磨パッド18の中心から6〜12インチ、たとえば約7.5インチ(190.50mm)の距離Dをあけたところを中心とすることができる。
窓50は、略方形の形状を有することができ、その長い方の寸法は、窓の中心を通過する研磨パッドの半径に対して実質上平行である。いくつかの実装形態では、窓50は、不揃いの周囲52を有し、たとえばこの周囲は、同様の形状の長方形の周囲より長くすることができる。これにより、研磨パッドの側壁に対する窓の接触表面積が増大し、それによって研磨パッドへの窓の接着を改善することができる。しかし、いくつかの実装形態では、方形窓45の周囲52の個々の区分は平滑である。
光透過物体は、研磨層70より柔らかくすることができる。たとえば、光透過物体60は、ショアDで45〜60、たとえばショアDで約50の硬さを有することができる。光透過物体60は、実質上純粋なポリウレタンから形成することができる。たとえば、光透過物体60は、「無色透明」のポリウレタンから形成することができる。
光透過物体60は、上部接着剤層82上に位置し、上部接着剤層82に接合される。上部接着剤層82は、物体60の下に連続する層として描かれているが、接着剤が剥離された小さい区域が存在してもよい。しかし概して、接着剤は、開孔54内の区域の少なくとも大部分を覆うことができる。
光透過物体60は、研磨層スタック20よりわずかに薄い。したがって、光透過物体60の頂面64は、研磨面24に対してわずかに、たとえば7.5〜9.5ミルだけ凹んでいる。光透過物体60を研磨面24から凹ませることによって、窓表面を引っ掻いて透過性を低減させる調整プロセスのリスクを低減させることができる。
光透過物体60は、研磨層スタック20内の開孔54よりわずかに細く、光透過物体60と研磨層20との間のすべての側に小さい間隙を残す。光透過物体60のすべての側のこの間隙内に、密閉材64が配置される。密閉材64は、間隙を横方向に充填する(すなわち、光透過物体60の側壁から開孔54の側壁へ延びる)。しかし、接着性密閉材64は、光透過物体60の下へ、すなわち光透過物体60と流体不透過層80との間には延びない。加えて、接着性密閉材64は、光透過物体60の上へ、すなわち頂面62上に延びるべきでない。しかし、頂面62上で光透過物体60の周囲付近に接着性密閉材62が存在するが、光源からの光線が通る中心部分は覆っていない場合、これは許容可能とすることができる。
しかし、いくつかの実装形態では、接着性密閉材64は、間隙を完全に垂直方向に充填する必要はない。たとえば、図9に示すように、上部接着剤層82と接着性密閉材64との間の垂直方向の空間内に残っている気泡または空隙66が存在することもできる。
図3に戻ると、接着性密閉材62は、研磨層70より柔らかくすることができる。いくつかの実装形態では、接着性密閉材62は、光透過物体60とほぼ同じ硬さ、たとえばショアDで約50である。接着性密閉材62は、UVまたは熱硬化性エポキシとすることができる。接着性密閉材62は、上部接着剤層82の接着剤とは異なる接着材料とすることができる。
いくつかの実装形態では、下部接着剤層84は、光透過物体60の下の領域86内で除去される。下部接着剤層84が存在する場合、光源44によって生成される光線からの熱が下部接着剤層84を液化させるというリスクがあり、窓アセンブリの不透明度を増大させる可能性がある。
研磨パッド18は非常に薄く、たとえば厚さ3mm未満、たとえば1mm未満である。たとえば、研磨層スタック20、接着構造28、およびライナ90の全体的な厚さは、約0.9mmとすることができる。研磨層20は、厚さ約0.8mmとすることができ、接着剤28およびライナ90が、残りの0.1mmを提供することができる。溝26は、研磨パッドの深さの約2分の1、たとえば約0.5mmとすることができる。
光透過物体60は、上部接着剤層82(物体60を流体不透過層80に接合する)と接着性密閉材64(物体60を研磨層20の側壁に接合する)との両方によって研磨パッド18内に保持されるため、物体60を固定して取り付けることができる。したがって、研磨パッドが薄くても、窓の層剥離のリスクを低減させることができ、かつ/または層剥離のリスクを増大させることなく、窓のサイズを増大させることができる。
開孔80が研磨層スタック20全体にわたって形成されるが、流体不透過層80内へは形成されない。たとえば、多層接着構造28が研磨層スタック20に取り付けられた後、研磨層スタック20内へ開孔54の形状に精密な切り込みを行うことができる。次いで、開孔54を残して、研磨層スタック20の切除部分を流体不透過層80から剥がし、上部接着剤層82の少なくとも一部分を露出させることができる。理論上は、切除部分が剥がされるとき、上部接着剤層82は、流体不透過層80に取り付けられたままであり、切除部分とともに剥がされない。したがって、開孔54は上部接着剤層82内へ延びない。しかし、上部接着剤層82のいくつかの小さい断片が剥がれた場合も、これはなお許容可能とすることができる。
光透過物体60が位置決めされた後、ローラを物体60の頂面62にわたって一方の端部から他方の端部まで押し付けて転がし、物体60を上部接着剤層82に対して均一に押し付けることができる。またこれにより、光透過物体60と上部接着剤層82との間の気泡を押し出すことができる。
光透過物体60は、間隙68によって開孔54の側壁から分離されるように、開孔54内に位置決めされる。図8を参照すると、次いで液体の密閉材64が間隙68内へ分注される。密閉材64は、シリンジまたはピペットによって分注することができる。十分に狭い管を有するシリンジまたはピペットを選択することによって、管は間隙68内へ嵌ることができ、したがって液体の密閉材が間隙の底部から分注され、間隙68を完全に垂直方向に充填する。
したがって、研磨パッドを通る窓50は、光透過物体60と、光透過性の接着構造28のうち光透過物体60の下の部分との組合せによって提供される。
溝24が開孔54と交差する場合、液体の密閉材64が開孔54内へ分注されるとき、液体の密閉材の一部分が溝24に沿って流れることができる。したがって、密閉材64の一部は、開孔84のエッジを越えて延び、溝の中へ突出部を形成することができる。硬化されたとき、これらの突出部は、研磨パッドに対する光透過物体60の結合をさらに増大させることができる。
第1の製造者が、研磨層スタック20の切除部分を画定するためのひっかき傷を付けることができ、そのようなひっかき傷を有するパッドを出荷し、次いで別の製造者または最終使用者が、研磨層スタック20の切除部分を除去し、光透過物体60を設置することができる。別法として、第1の製造者が、研磨層スタック20の切除部分を除去し、開孔内に使い捨てカバーを設置することができ、次いで別の製造者または最終使用者が、使い捨てカバーを除去し、光透過物体60を設置することができる。そのような手法の利点は、ある製造者から別の製造者へパッドが出荷されているときに、上部接着剤層82を汚染から保護することができることである。使い捨てカバーは、研磨層とは異なる材料、たとえばより低コストの材料とすることができる。
Claims (12)
- 研磨パッドであって、
研磨面、底面、および前記研磨面から前記底面への開孔を有し、前記研磨面を有する研磨層を含む研磨層スタックと、
前記開孔および前記研磨パッドに及ぶ流体不透過層と、
前記研磨層スタックの前記底面に接触し、前記研磨層スタックの前記底面を前記流体不透過層に固定し、前記開孔および前記研磨パッドに及ぶ第1の接着材料の第1の接着剤層と、
前記開孔内に位置決めされており、前記第1の接着剤層に接触して固定された下面を有し、間隙によって前記開孔の側壁から隔置されている光透過物体と、
前記流体不透過層の前記第1の接着剤層とは反対側で前記流体不透過層に接触するように位置決めされた第2の接着剤層であって、前記光透過物体と位置合わせされた開孔を有する第2の接着剤層と、
前記第1の接着剤層とは異なる材料組成を有し、前記間隙内に配置され、前記間隙を横方向に充填する第2の材料の接着性密閉材とを備える研磨パッド。 - 前記光透過物体が、前記研磨層より柔らかい、請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記接着性密閉材が、前記光透過物体とほぼ同じ硬さを有する、請求項2に記載の研磨パッド。
- 前記光透過物体の頂面が、前記研磨面に対して凹んでいる、請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記間隙が、前記光透過物体を完全に横方向に取り囲む、請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記接着性密閉材が、前記第1の接着剤層に接触するまで延びるが、前記光透過物体の下には延びない、請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記第1の接着材料が、感圧接着剤を含み、前記第2の接着材料が、硬化エポキシまたはポリウレタンを含む、請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記研磨層スタックが、前記研磨層およびバッキング層を含み、前記研磨層が、起毛ポリウレタンであり、前記バッキング層が、前記研磨層とは異なる材料である、請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記バッキング層および前記流体不透過層がそれぞれ、ポリエステルである、請求項8に記載の研磨パッド。
- 研磨パッドを作製する方法であって、
第1の接着剤層を露出させるように研磨層スタックの研磨面から底面へ研磨層スタックを通る開孔を形成するステップであり、前記第1の接着剤層が、前記研磨層スタックの前記底面上に位置決めされて前記研磨層スタックの前記底面に接触し、前記開孔および前記研磨パッドに及び、前記研磨層スタックが、前記研磨面を有する研磨層を含み、前記第1の接着剤層が、前記開孔および前記研磨パッドに及ぶ流体不透過層に前記研磨層スタックの前記底面を固定する、形成するステップと、
事前に形成された光透過物体を、前記光透過物体の下面が前記第1の接着剤層に接触して接着するように、前記研磨層スタック内の前記開孔内に位置決めするステップと、
前記光透過物体を前記開孔の側壁から分離する間隙内へ接着性密閉材を分注し、前記間隙を横方向に充填するステップと、
前記接着性密閉材が硬化されるステップと、
前記流体不透過層の前記第1の接着剤層とは反対側で前記流体不透過層に接触するように位置決めされた第2の接着剤層の一部分を除去するステップを含み、前記一部分が、前記光透過物体と位置合わせされる、を含む方法。 - 前記開孔を形成するステップが、前記開孔内の前記第1の接着剤層の大部分を前記流体不透過層上に残したまま、前記研磨層スタックの一部分を前記第1の接着剤層から剥がすことを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記開孔を形成するステップが、前記開孔内の前記第1の接着剤層の大部分を前記流体不透過層上に残したまま、使い捨てカバーを前記第1の接着剤層から剥がすことを含み、前記使い捨てカバーが、前記研磨層とは異なる材料である、請求項10に記載の方法。
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