JP2000190211A - 化学的機械的研磨装置および方法 - Google Patents

化学的機械的研磨装置および方法

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JP2000190211A JP36576099A JP36576099A JP2000190211A JP 2000190211 A JP2000190211 A JP 2000190211A JP 36576099 A JP36576099 A JP 36576099A JP 36576099 A JP36576099 A JP 36576099A JP 2000190211 A JP2000190211 A JP 2000190211A
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マウリー アルヴァロ
Arun Kumar Nanda
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 基板ホルダおよびホルダから間隔をおい
てホルダのまわりにある保持リングと、回転可能なプラ
テンと、プラテン上の研磨パッドとを具備する化学的機
械的研磨装置におけるエッジ効果を、通常は変形する傾
向のある領域でパッドを本質的に平坦にすることによっ
て、制限するかまたは排除するための方法および装置が
開示される。本発明は、圧力下の流体、好ましくは研磨
スラリーを、保持リングとホルダとの間のギャップの領
域内にあるパッドに加えて、基板のエッジのまわりの領
域にあるパッドを実質的に平坦にすることによって実施
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として半導体基
板を処理するのに使用するための化学的機械的研磨（Ｃ
ＭＰ）装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一定の技術、たとえば集積回路製作、光
学装置製造等において、装置が形成されるべき工作物が
実質的に平坦な面を有することが非常に重要であること
が多い。
【０００３】そのような平坦な面を提供する１つの方法
は、微研磨剤を有する相似的研磨パッドで面をすり磨く
ことであり、これは通常「機械的研磨」と呼ばれる。化
学的エッチング剤を機械的研磨材料と組み合わせて使用
するときに、この組み合わされた作用を化学的機械的研
磨（ＣＭＰ）と称する。ＣＭＰ技術は、集積回路ダイの
製作に使用される半導体ウエハの製造には一般的であ
る。
【０００４】ＣＭＰ処理に伴う１つの再発する問題は、
ウエハのエッジを過研磨する傾向があるということであ
る。この問題は、研磨パッドが研磨力下でウエハエッジ
で変形するため、均一ではないウエハ面を横切る垂直応
力による。このような「エッジ効果」は、結果としてウ
エハからのデバイスの出来高が減少する可能性がある。
このエッジ効果は、米国特許第５,５８４,７５１号およ
び第５,７９５,２１５号により詳しく記載されており、
これらは、その内容を本願明細書に引用したものとす
る。
【０００５】ＣＭＰ装置は、半導体製造業界では幅広く
使用されている。初期のＣＭＰ機器の特性は、図１によ
って簡略化した形態で示される装置１０である。ここ
で、円形プラテン１２は、プラテン１２の頂面に付けら
れた柔らかく撓む研磨パッド１４を備え、モータ（図示
せず）によって回転する。ウエハキャリヤ１６は、パッ
ド１４に対して並置された位置にある半導体ウエハ１８
を保持する。ウエハ１８は、一般に、一方の側がキャリ
ヤ１６の底部に接着され他方の側が吸引手段すなわち真
空によってウエハ１８の頂部に接着するキャリヤフィル
ム（図示せず）によってか、または、ウエハとキャリヤ
１６との間に置かれた接着剤またはワックスの手段によ
ってかのいずれかで、適所に保持される。化学的機械的
研磨スラリー２０が、スラリー供給チューブ２２によっ
てスラリー溜めから回転パッド１４の中央面領域へ導入
され、遠心力によってパッド１４上に分布される。ウエ
ハキャリヤ１６も一般に、プラテン１２の回転と同一の
方向に、その軸を中心にして回転する。
【０００６】この初期の設計を使用すると、研磨パッド
が変形して、ウエハのエッジのまわりの研磨を実質的に
高速にし、高研磨速度の外側リングに隣接するウエハの
中心よりも研磨速度の遅いリングができることもあるこ
とがわかった。この問題は、固定保持リング２３と可動
保持リング２４とを含むようにウエハキャリヤ１６の構
成を修正することによって、部分的に緩和された。固定
保持リング２３は、キャリヤ１６の周囲に当接し、ウエ
ハ１８が研磨の間にキャリヤの下から滑り落ちるのを防
ぐように、ウエハ１８の頂エッジの下に延在する。可動
保持リング２４（図２参照）は、可動保持リング２４と
ウエハホルダの外壁との間にギャップ２６を形成するよ
うに、キャリヤ１６の周囲からおよび／または固定保持
リング２３から間隔をおかれる。ウエハホルダという用
語は、固定保持リングが存在しないときにはキャリヤの
み、または、固定保持リングが存在するときにはまわり
に固定保持リングを備えたキャリヤとして定義される。
可動保持リング２４に加えられる圧力は、キャリヤ１６
に加えられる圧力とは無関係に調節することができる。
先行技術に教示された保持リング−キャリヤアセンブリ
のより詳細な説明は、前述の２件の発行された特許を参
照して得ることができる。しかし、この設計は、エッジ
効果問題をある程度まで減少したが、この問題は程度は
低いが依然として存在する。ギャップ２６の幅を減少す
るとエッジ効果は最小限になることがわかった。しか
し、リング２４の粒状のまたは機械的結合を保証するた
めに、可動保持リング２４がウエハホルダをこすっては
ならないため、ギャップを非常に狭くすることはできな
い。さらに、ギャップ２６の幅を広くすると、研磨パッ
ド１４がその内部で変形することができ、これもエッジ
効果を高める。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、パッ
ドが通常は変形する傾向のある領域内でパッドを本質的
に平坦にすることによって、エッジ効果をさらに制限す
るかまたは排除するための方法および装置を提供する。
【０００８】
【発明を解決するための手段】本発明は、圧力下の流
体、好ましくは研磨スラリーを、可動保持リングとウエ
ハホルダとの間のギャップの領域内にあるパッドに加え
ることによって実施される。流体が、一般に約１乃至１
０ｐｓｉと見積もられた十分な圧力下で加えられると、
ウエハのエッジのまわりの領域にあるパッドを平坦に
し、実質的にエッジ効果を減少する。
【０００９】本発明は、圧力下のスラリー源から、可動
保持リングとウエハホルダとの間のギャップへ、圧力下
のスラリーの流れを提供するための導管を含むＣＭＰ装
置によって実施することができる。あるいは、流体は、
単に気体ストリームであってもよく、または、化学薬剤
および／または研磨剤を含んでも含まなくてもよい液体
であってもよい。本発明は、半導体ウエハを研磨するこ
とに関連して説明してきたが、この型の装置を使用する
いずれの基板を研磨するのにも等しく適用され、したが
ってウエハという用語は、研磨する対象のいずれも基板
を含むことを意味することに注意されたい。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明によると、頂面に研磨パッ
ドを有する回転可能なプラテンと、研磨パッドに並置さ
れる半導体ウエハを保持するためのウエハホルダと、ウ
エハホルダの外周囲にあり且つそれから間隔をおかれた
リングを保持してリングとウエハホルダとの間に小さな
ギャップを提供する可動ウエハと、ＣＭＰスラリーをパ
ッドの面に供給するためのスラリー供給チューブと、を
具備する先行技術のＣＭＰ装置に見られる不均一な研磨
パッドの変形によって引き起こされるエッジ効果は、研
磨の間にウエハのエッジのまわりに実質的に平坦なパッ
ドの面を提供するのに十分な圧力下で、保持リングとウ
エハホルダとの間のギャップに研磨スラリーを導入する
ことによって最小限にされるかまたは排除される。パッ
ドの変形の量は、プラテンおよび／またはウエハホルダ
の回転速度、温度、パッドの面上のウエハの圧力等の処
理変数に依存するため、ギャップに供給されるスラリー
の圧力は調節されることが可能であり、そのため、いず
れの特定の操作状態のためにも最良の程度の平坦さを得
ることができることが好適である。これは、たとえば、
流体上の空気の圧力、および／または、サイズが変わる
ことができるノズルのサイズが、流体が供給される圧力
と供給の速度とを決定する空気供給システム、または、
シリンジ状の供給システム等の、圧力下で流体を供給す
るための当業界および類似業界では公知のいずれの手段
によって達成することができる。
【００１１】図３を参照すると、本発明の１つの実施態
様を簡略化したものが示され、流体たとえばＣＭＰスラ
リーが、可動保持リング２４を通る１つまたはそれ以上
の流体供給通路または導管２８を介してギャップ２６内
に注入され、可動保持リング２４はそこを通る流体をギ
ャップ２６内に供給する。流体は、導管２８に接続され
た流体供給チューブ３０を介して導管２８に供給され
る。導管２８からギャップ２６内に放出される流体は、
下にあるパッド１４に対して力を加えるように、下流方
向へ放出されることが好ましい。また、ウエハホルダと
可動保持リング２４とに付けられた可撓性のあるギャッ
プシール膜３２を含んで、ギャップ頂部からスラリーが
失われるのを防ぎ、一方、可動保持リング２４に加えら
れた圧力は、キャリヤ１６上の圧力とは無関係に調節す
ることができることが好適である。
【００１２】代替実施態様が図４に示され、導管２８が
ウエハホルダ内に且つこれを通って設けられ、図示のよ
うに、流体をギャップ２６内へ下流方向へ排出すること
が好ましい。ここでも、流体供給チューブが導管の入口
開口に接続される。図面に見られるように、導管２８は
マニホールドの形態であってもよく、ギャップ２６内の
流体流れがより均一に分布されるように、単一の主導管
部分３４が複数の半径方向に延在する導管２８に接続さ
れる。類似の型の分布が、リング２４を通っていく導管
に設けられてもよい。可撓性のあるギャップシール膜
が、この実施態様および他の実施態様に設けられてもよ
い。
【００１３】さらに別の可能性のある実施態様が図５に
示され、流体は、１つまたはそれ以上の流体供給チュー
ブ３０を介してギャップ２６の頂部内に直接注入するこ
とによってギャップ内に供給され、流体供給チューブ３
０はその端がギャップ２６内で、またはそのすぐ上で終
結し、そのため、流体は供給チューブから直接ギャップ
内に流れる。ここで、ギャップシール膜が設けられると
きに、流体供給チューブは膜を貫通する。
【００１４】本発明による装置の製造に関する工学的細
目は当業者が行うことができ、本発明は本明細書に記載
された特定の実施態様に限定されるものではないことは
理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術のＣＭＰ装置の概略簡略図である。
【図２】先行技術の、図１に示された装置の改良された
ウエハキャリヤの、パッド変形の問題をさらに示す概略
図である。
【図３】可動保持リング内にスラリー導管が設けられた
本発明の実施態様の断面図である。
【図４】ウエハホルダ内にスラリー導管が設けられた本
発明の別の実施態様の断面図である。
【図５】保持リングとウエハホルダとの間のギャップの
頂部にスラリーが注入される本発明のさらに別の実施態
様を示す側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アラン クマー ナンダ アメリカ合衆国 32836 フロリダ，オー ランド，グリッター コート 8055 (72)発明者 ジョーゼ オマー ロッドリグエツ アメリカ合衆国 32824 フロリダ，オー ランド，ゴールデン ポピー 1603

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板ホルダと前記ホルダの周囲から間隔
    をおいて且つその周囲にある保持リングとであって、前
    記ホルダと前記リングとの間にギャップがあるようにす
    る基板ホルダおよび保持リングと、プラテン上の研磨パ
    ッドと、を含む装置を使用して、基板を化学的機械的に
    研磨する方法であって、前記ギャップ内に圧力下の流体
    を供給するステップを含む方法。
  2. 【請求項２】 前記流体は、化学的機械的研磨スラリー
    である請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記流体は、パッド上に１ｐｓｉ乃至１
    ０ｐｓｉの範囲の圧力を形成する請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記流体の前記圧力は、前記基板の研磨
    の間に前記パッドの平坦さを実質的に維持するものであ
    る請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記流体は、前記保持リングを通る１つ
    またはそれ以上の導管を介して前記ギャップ内に供給さ
    れる請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記流体は、前記基板ホルダを通る１つ
    またはそれ以上の導管を介して前記ギャップ内に供給さ
    れる請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記流体は、１つまたはそれ以上の流体
    供給チューブを介して前記ギャップ内に供給され、前記
    チューブの端はギャップ内でまたはギャップのすぐ上で
    終結する請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 化学的機械的研磨装置であって、回転可
    能なプラテンと、前記プラテン上の研磨パッドと、スラ
    リーを前記研磨パッドに供給するように位置決めされた
    化学的機械的研磨スラリー供給チューブと、研磨する対
    象の基板を装着するための基板ホルダと、前記基板ホル
    ダから間隔をおいて且つその周囲にある保持リングと、
    を具備し、前記ホルダと前記リングと間の空間に圧力下
    で流体を供給するための流体供給手段をさらに含む化学
    的機械的研磨装置。
  9. 【請求項９】 前記流体は、化学的機械的研磨スラリー
    である請求項８記載の化学的機械的研磨装置。
  10. 【請求項１０】 可撓性のあるギャップシールを含む請
    求項８記載の化学的機械的研磨装置。
  11. 【請求項１１】 前記供給手段は、前記保持リングを通
    る１つまたはそれ以上の導管を含む請求項８記載の化学
    的機械的研磨装置。
  12. 【請求項１２】 前記供給手段は、前記ホルダを通る１
    つまたはそれ以上の導管を含む請求項８記載の化学的機
    械的研磨装置。
  13. 【請求項１３】 前記供給手段は、前記ギャップの頂部
    内に延在する１つまたはそれ以上のスラリー供給チュー
    ブを含む請求項８記載の化学的機械的研磨装置。
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