JP2000225564A - リニア基板ポリシング・オペレ―ションのｉｎ―ｓｉｔｕモニタリング - Google Patents

リニア基板ポリシング・オペレ―ションのｉｎ―ｓｉｔｕモニタリング

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】研磨速度は時間が経つにつれて変化するので、
化学機械研磨オペレーション中に、基板層が所望の厚さ
に研磨されたときに、ポイント（エンドポイント）を特
定する。 【解決手段】基板ポリシング方式（装置及び方法）で
は、研磨シートの研磨面が駆動機構によって概ねリニア
方向で駆動され、基板の表面が研磨ヘッドによって研磨
シートの研磨面に対して保持され、基板がモニタリング
装置によって研磨シートを通して検査される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】関連ケースへのクロスリファレンス 本出願は、以下のケースに関連しており、それぞれのケ
ースがリファレンスで本文に含まれる。1999年2月4日に
出願された、発明の名称「Apparatus and Methods for
Chemical Mechanical Polishing with an Advanceable
Polishing Sheet」である[Attorney Docket No.3486/34
2001]、1996年2月22日出願のSerial No.08/605,769、19
95年3月28日出願のSerial No.08/41 3,982、1998年11月
2日出願のSerial No.09/1 84,775、1996年8月26日出願
のSerial No.08/689,930、1995年12月5日出願の Serial
No.08/568,188、1996年10月3日出願のSerial No.08/72
5,607、及び米国特許No.5,846,882。
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は、リニアポリシング
に関するもので、特にリニア基板ポリシング・オペレー
ションのin-situモニタリングに関する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ポリシング・オペレー
ションをin-situモニタリングすることは、常に望まし
い。例えば、研磨速度は時間が経つにつれて変化するの
で、化学機械研磨オペレーション中に、基板層が所望の
厚さに研磨されたときに、ポイント（エンドポイント）
を特定することが望ましい。化学機械研磨は、基板表面
が研磨パッドと研磨スラリーによって実質的に均一なレ
ベルに平滑化される（平坦化される）プロセスである。
研磨される基板は、回転キャリヤ・ヘッド上に通常マウ
ントされ、動く研磨パッドに押しつけられる。研磨パッ
ドは、一般的に研磨シートから成る。研磨化学溶液（ス
ラリー）は、ポリシングプロセスを助ける研磨パッド上
に導入可能である。
【０００４】
【課題を解決しようとする手段】本発明は、研磨シート
の研磨面が駆動機構によって概ねリニア方向で駆動さ
れ、基板表面が研磨ヘッドによって研磨シートの研磨面
に対して保持され、基板が研磨シートを通してモニタリ
ング装置によって検査されることによる、基板ポリシン
グ方式（装置及び方法）を特徴とする。
【０００５】実施例は、以下の特徴の内の１つ以上を含
むことが可能である。
【０００６】１実施例で、モニタ装置は、光を作り出
し、研磨シートを通った光を基板に向ける構成となって
いる光源と、基板から反射する光を検出する構成となっ
ている検出器とを含む。この実施例で、研磨シートは、
光源によって作り出される光に対して少なくとも半透過
的である領域を含む。研磨シートは、光源によって作り
出される光に対して、少なくとも半透過的である材料か
ら形成可能である。また、その代わりに、光源によって
作り出される光を実質的には通さない材料からも、研磨
シートは形成可能で、光源によって作り出される光に対
して少なくとも半透過的である分離領域(discrete regi
on)を含むことも可能である。分離領域は、実質的に
は、研磨シートの長さを伸ばすことができるか、或いは
研磨シートの限定された長さのみを伸ばすことが可能で
ある。
【０００７】別の実施例で、研磨シートの研磨面は、複
数の突起した(projecting)面の特徴を含む。この面の特
徴は、隣接した面の特徴間の実質的に均一な間隔で研磨
面全体に配置可能であり、基板を検査するモニタリング
装置に十分に伝達可能である。また、その代わりに、面
の特徴は、隣接した面の特徴間の間隔がモニタリング装
置の基板検査を可能にする他の位置における間隔より広
い研磨面のプローブ領域を除いて、隣接した面の特徴間
の実質的に均一な間隔で研磨面全体に配置可能である。
【０００８】モニタリング装置は、基板を定期的に検査
するために、研磨ヘッドと駆動機構を調整して操作する
構成となることが可能である。回転機構は、基板に関連
した面でリニア駆動機構を回転させるのに供される。
【０００９】他の特徴と利点は、図面と特許請求の範囲
を含む以下の説明から明らかになるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】図1A及び1Bを参照すると、リニア
基板ポリシング装置は、研磨ヘッド12、研磨面16を有す
る研磨シート14、概ねリニア方向20で研磨面16を駆動す
る構成となっているリニア駆動機構18とモニタリング装
置22を含む。
【００１１】研磨ヘッド12は、基板サポート24を軸28の
まわりで回転させるように、シャフト26に結合する基板
サポート24を含む。基板サポート24もまた、両方向の矢
印30、31で示される縦方向、或いは円形又は楕円形の移
動パスに達するようなこれらの方向の組み合わせに沿っ
て、研磨シート14の表面を横切って移動可能である。研
磨ヘッド12もまた、カンチレバーアーム或いは空気圧で
制御されるサポート・アーム（表示なし）によって、研
磨面16に近づいたり、遠ざかったりすることができる。
リファレンスで本文に含まれる、1995年12月5日に出願
され、発明の名称が「SUBSTRATE BELT POLISHER」であ
る、出願中の出願Serial No.08/568,188に記載されるよ
うに、研磨ヘッド12は、基板32保持機構を含む。別の実
施例で、研磨ヘッド12は、基板32にマウント面を提供す
るフレキシブルシートを含む。フレキシブル・シートに
よって範囲が定められるチャンバの加圧は、研磨パッド
に対して基板を押し付ける。類似した基板サポート24の
記載が、リファレンスで本文に含まれる、1996年11月8
日に出願され、発明の名称が「CARRIER HEAD WITH AFLE
XIBLE SHEET FOR A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SY
STEM」である、出願中の出願Serial No.08/745,679で見
つけられる。
【００１２】リニア駆動機構18は、基板32に関連して概
ねリニア方向で、研磨シート14の研磨面16を駆動する構
成となっている。すなわち、リニア駆動機構18は、研磨
される基板表面に実質的に平行で、基板32の瞬間的なポ
ジションに関連した概ねまっすぐなパスに沿ったプレー
ンで、研磨面16上の任意のポイントを移動させる構成と
なっている。図1A及び1Bの実施例で、リニア駆動機構18
は、リニアパス20に沿って研磨面16を駆動させるよう
に、研磨シート14をひく2つのローラ36、38を含む。研
磨面16の動きは1方向の動きから成るか、或いはパス20
に沿ってのインクリメンタルな前後動から成る。ローラ
36、38は、研磨される基板表面と関連して概ねリニア方
向に研磨面16を駆動する構成となっているならば、横向
き或いは縦向きになり得る。1実施例で、研磨面16が、
基板32と関連して、プレーンで同時に回転され且つ直線
的に駆動されるように、ローラ36、38は、それらを対で
回転させる構成となっているプラットホーム上にマウン
トされる。これは、リファレンスで本文に含まれる、19
99年2月4日に出願され、発明の名称が「Apparatus and
Methods for Chemical Mechanical Polishing with an
Advanceable Polishing Sheet」である、出願中の出願
[Attorney Docket No.3486/342001]に記載される。
【００１３】研磨シート14は、様々な材料から形成可能
である。例えば、1つの二層研磨シートは、ポリウレタ
ンを発砲させたオープンセルから成る被覆層、溝を設け
た表面を有するポリウレタン・シート、又はウレタンで
浸出された圧縮フェルトファイバから成るバッキング層
を含む。また、スラリーも、研磨粒子（例えばオキサイ
ドポリシング用の二酸化珪素）を含んでもよい。研磨シ
ート・コンディショナーは、ある期間にわたって研磨面
16のコンディションを維持するのに提供される。
【００１４】バッキングプレート40は、研磨ヘッド12が
研磨面16にわたって動く領域の位置と直接向かい合う位
置に研磨シート14に隣接して、配置される。研磨シート
14は、研磨ヘッド12とバッキングプレート40にはさまれ
る。研磨面16がリニアパス20に沿って動くときに、研磨
面16が実質的に均一な圧力で基板32の表面を研磨するよ
うに、バッキングプレート40は研磨シート14の下側を支
える。バッキングプレート40は、研磨シート14を通して
モニタリング装置22が基板32を検査できる透過ウィンド
ウ（或いは単にホール）42の範囲を定める。ウィンドウ
42は、基板32が見えるように位置決めされる。モニタリ
ング装置22は、ウィンドウ42と研磨シート14を通して、
レーザー光（例えば、およそ670nmの波長を有する）の
プロービングビームを基板32の方へ向けるレーザーと、
基板32から反射される光を検出する検出器とを含む。以
下の詳細で述べられるように、研磨シート14は、モニタ
リング装置22によって作り出される光に対して、少なく
とも半透過的である領域を含む。モニタリング装置22
は、基板32の表面から取り除かれる材料の量を求める
か、或いはポリシングプロセスのエンドポイントを特定
する構成となっている。これは、上述の、出願中の出
願、1995年3月28日に出願されたSerial No.08/413,982
及び1996年2月22日に出願されたSerial No.08/605,769
に記載される。
【００１５】図２を参照すると、1実施例で、研磨シー
ト14は、モニタリング装置22によって作り出される光に
対して、少なくとも半透過的である（実質的に伝達す
る）材料（例えばポリウレタン）から形成される。オペ
レーションで、モニタリング装置22はレーザービーム50
を作り出し、少なくとも、そのレーザービームの一部は
ウィンドウ42及び研磨シート14を通り抜ける。基板32に
当たるビーム50の一部は、層が基板32から取り除かれる
につれて変化する強度を有するビーム52が作り出される
ように、基板32の１つ以上の層から部分的に反射され
る。例えば、表面層が部分的に反射し、部分的に伝達す
る場合、ビーム52は、異なる表面から反射される少なく
とも2つのビームから形成され、またビーム52の強度
は、要素ビームが構築的に(constructively)或いは破壊
的に(destructively)干渉するかどうか、つまり主に表
面層の厚さの作用である特性、に依存して変化する。表
面層が実質的に反射する場合、表面層が研磨されてしま
うと、ビーム52の強度はかなり弱まる。モニタリング装
置22は、基板32の表面から取り除かれた材料の量を求め
るか、或いはポリシングプロセスのエンドポイントを特
定するために、ポリシングプロセス中に、ビーム52の強
度の変化をモニタリングする。モニタリング装置22のオ
ペレーションは、モニタリング装置22が基板32を定期的
に検査できるように、基板サポート24の動きと整合され
る。特に、基板32がウィンドウ42の上に位置決めされる
と、モニタリング装置22は、レーザーを始動させる構成
となっている。また、その代わりに、基板32がウィンド
ウ42の上に位置決めされるとき、モニタリング装置22
は、検出器上でシャッターを開く構成となってもよい。
【００１６】別の実施例で、図3A-3Cを参照すると、研
磨シート14は、モニタリング装置22によって作り出され
る光に対して、少なくとも半透過的である（実質的に伝
達する）分離領域60を含む。分離領域60は、約1cm幅で
あってもよい。モニタリング装置22によって作り出され
る光を実質的に通さない材料から研磨シート14が形成さ
れる装置において、この実施例は、特に有利である。例
えば、レーザービーム50の透過を妨げる添加剤を有する
（或いはオープンセル構造又は溝を設けられた表面を有
する）研磨シート14は、ポリウレタンで形成可能であ
り、分離領域60はポリウレタンから形成可能である。図
3Bで示すように、分離領域62は研磨シート14の長さに沿
って伸びることが可能である。図3Cで示すように、別の
実施例で、分離領域64は研磨シート14の限定された長さ
のみにわたって伸びることが可能である。この実施例に
おいて、分離領域64がバッキングプレート40内のウィン
ドウ42に位置合わせされると、モニタリング装置22は基
板32を定期的に検査する構成となっている。必要であれ
ば、更なる分離領域が、シート14の中心部の長さに沿っ
て設けられることが可能である。
【００１７】図4A及び4Bを参照して、更に別の実施例
で、研磨シート14の研磨面1 6は、基板32の表面の研磨
を助長できる、複数の突起した面の特徴70を含む。突起
した面の特徴70は、複数のグルーブとして、或いは突起
の均一アレーとしてアレンジ可能である。面の特徴70
は、研磨シート14と同一の材料から形成可能であるか、
異なる材料から形成可能であるか、或いは１つ以上の添
加剤（例えばＣeO2又はアルミナ）を含み得る。図4Aで
示すように、モニタリング装置22が（例えば、ＳＮ比が
十分に高い）面の特徴70からの著しい干渉なしで基板32
を検査できる、（例えば、面の特徴密度が十分に低い
か、或いは面の特徴70のコンポジションが実質的にビー
ム50及び52に伝達可能である）ビーム52の透過に、面の
特徴70がかなりの影響を及ぼすことはありえない。図4B
を参照すると、面の特徴70が、ビーム50及び52の透過に
かなりの影響を及ぼす場合（例えば、面の特徴密度があ
まりに高いか、さもなければ、各特徴70に起因する信号
干渉があまりに大きいか）、モニタリング装置22が（例
えば、ＳＮ比が十分に高い）著しい干渉なしで、基板32
を検査できるように、面の特徴70の１つ以上の列を領域
72にわたって取り除くことが可能である。領域72は、約
1cm幅であってもよい。この実施例で、面の特徴70の１
つ以上の列を、研磨シート14の全体の長さにわたって取
り除くか（例えば、図3Bの分離領域62に対応する領域に
わたって）、或いは限定された長さ領域のみにわたって
（例えば、図3Cの分離領域64に対応する領域にわたっ
て）取り除くことが可能である。
【００１８】他の実施例は、特許請求の範囲の範囲内で
ある。発明は、他のリニア基板ポリシング設計で実施可
能である。上記で参照した、出願中の出願Serial No.08
/568188に記載されるように、例えば、３つ以上のロー
ラが研磨シート14を駆動するのに使用可能であり、その
他の更なる特徴も使用可能である。図1Aで示されるよう
に、研磨シート14は、連続ベルトの形状で実施可能であ
るか、或いはモーター駆動の受け取り(take-up)ローラ
によって材料を研磨するロールから解かれたリニア研磨
シートとして実施可能である。
【００１９】さらに他の実施例も、特許請求の範囲の範
囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは、ポリシングオペレーションをin-situモ
ニタリングする装置を含むリニア基板ポリシング装置の
透視図である。Ｂは、ポリシングオペレーションをin-s
ituモニタリングする装置を含むリニア基板ポリシング
装置の側断面図である。
【図２】図１Ａ及び１Ｂのリニア基板ポリシング装置の
一部の側断面図である。
【図３】Ａは、光伝達領域を有するリニア研磨シートを
含むリニア基板ポリシング装置の一部の側断面図であ
る。Ｂは、研磨シートの長さに沿って伸びる細長い光伝
達領域を有するリニア研磨シートの平面図である。Ｃ
は、分離した光伝達領域を有するリニア研磨シートの平
面図である。
【図４】Ａ及びＢは、表面研磨特徴を有する、異なった
リニア研磨シートを含むリニア基板ポリシング装置の一
部の側断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マヌーチャー ビラング アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ロス ガトス， ファーヴル リッジ ロ ード 18836 (72)発明者 シジアン リ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ドニントン ドライヴ 1202 (72)発明者 サッソン ソメクー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ロス アルトス ヒルズ， ムーディー ロード 25625

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】研磨される表面を有する基板を保持する構
    成となっている研磨ヘッドと、 研磨面を有する研磨シートと、 概ねリニア方向に前記研磨シートの前記研磨面を駆動す
    る構成となっている駆動機構と、 前記研磨シートを通して前記基板を検査する構成となっ
    ているモニタリング装置とを含む、基板ポリシング装
    置。
  2. 【請求項２】前記モニタリング装置が、光を作り出し、
    ならびに前記研磨シートを通して前記光を前記基板に向
    ける構成となっている光源と、前記基板から反射する光
    を検出する構成となっている検出器を含み、 前記研磨シートが、前記光源によって作り出される前記
    光に対して少なくとも半透過的な領域を含む、請求項１
    記載の基板ポリシング装置。
  3. 【請求項３】前記研磨シートが前記光源によって作り出
    される前記光に対して少なくとも半透過的な材料から形
    成される、請求項２記載の基板ポリシング装置。
  4. 【請求項４】前記研磨シートが前記光源によって作り出
    される前記光を実質的に通さない材料から形成され、前
    記研磨シートが前記光源によって作り出される前記光に
    対して少なくとも半透過的な分離(discrete)領域を含
    む、請求項２記載の基板ポリシング装置。
  5. 【請求項５】前記分離領域が実質的に前記研磨シートの
    長さを伸ばす、請求項４記載の基板ポリシング装置。
  6. 【請求項６】前記分離領域が前記研磨シートの限定され
    た長さのみに沿って伸びる、請求項４記載の基板ポリシ
    ング装置。
  7. 【請求項７】前記研磨シートの前記研磨面が複数の突起
    した面の特徴(projecting surface features)を含む、
    請求項１記載の基板ポリシング装置。
  8. 【請求項８】前記面の特徴が隣接する面の特徴間で実質
    的に均一な間隔を有する前記研磨面にわたって配置さ
    れ、前記面の特徴は、モニタリング装置が前記基板を検
    査するのを十分に伝達する、請求項７記載の基板ポリシ
    ング装置。
  9. 【請求項９】隣接する面の特徴間の間隔が、モニタリン
    グ装置が前記基板を検査できる他の位置での間隔よりも
    広い前記研磨面の検査領域を除いて、前記面の特徴が、
    隣接する面の特徴間で実質的に均一な間隔を有する前記
    研磨面にわたって配置される、請求項７記載の基板ポリ
    シング装置。
  10. 【請求項１０】前記モニタリング装置が、定期的に前記
    基板を検査するように前記研磨ヘッドと前記駆動機構が
    整合されて機能する構成となっている、請求項１記載の
    基板ポリシング装置。
  11. 【請求項１１】研磨される面を有する基板を保持する手
    段と、 前記基板を研磨する研磨面を有する研磨シート手段と、 概ねリニア方向に前記研磨シートの前記研磨面を駆動す
    る駆動機構手段と、前記研磨シートを通して前記基板を
    検査する手段とを含む、基板ポリシング装置。
  12. 【請求項１２】概ねリニア方向での研磨シートの研磨面
    の駆動、 前記研磨シートの前記研磨面に対しての基板の表面保持
    と、 前記研磨シートを通しての前記基板の検査とを含む、基
    板ポリシング方法。
  13. 【請求項１３】前記基板が、前記研磨シートを通して検
    査光を向かせ、前記基板から反射する光を検出すること
    によって、検査される、請求項１２記載の基板ポリシン
    グ方法。
  14. 【請求項１４】前記光が、前記検査光に対して少なくと
    も半透過的な前記研磨シートの領域を通して向けられ
    る、請求項１３記載の基板ポリシング方法。
  15. 【請求項１５】前記研磨シートが前記光源によって作り
    出される前記光を実質的に通さない材料から形成され、
    前記研磨シートが前記検査光に対して少なくとも半透過
    的な分離(discrete)領域を含み、 前記基板が、前記研磨シートの前記分離領域を通して前
    記検査光を向かせ、前記分離領域を通過する前記基板か
    ら反射する光を検出することによって、検査される、請
    求項１３記載の基板ポリシング方法。
  16. 【請求項１６】前記分離領域が実質的に前記研磨シート
    の長さを伸ばす、請求項１５記載の基板ポリシング方
    法。
  17. 【請求項１７】前記分離領域が前記研磨シートの限定さ
    れた長さのみに沿って伸びる、請求項１５記載の基板ポ
    リシング方法。
  18. 【請求項１８】前記研磨シートの前記研磨面が複数の突
    出した面の特徴(projecting surface features)を含
    む、請求項１２記載のリニア基板ポリシング方法。
  19. 【請求項１９】前記面の特徴が隣接する面の特徴間で実
    質的に均一な間隔を有する前記研磨面にわたって配置さ
    れ、前記面の特徴は、前記基板が検査されることを十分
    に伝達する、請求項１８記載のリニア基板ポリシング方
    法。
  20. 【請求項２０】隣接する面の特徴間の間隔が、前記基板
    を検査できる他の位置での間隔よりも大きい、前記研磨
    面の検査領域を除いて、前記面の特徴が、隣接する面の
    特徴間で実質的に均一な間隔を有する前記研磨面にわた
    って配置される、請求項１８記載のリニア基板ポリシン
    グ方法。
  21. 【請求項２１】前記基板が定期的に検査される、請求項
    １２記載のリニア基板ポリシング方法。
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