JP2000512919A - 線形研磨ローラーを備える化学機械的平面化機材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 シリコンウエーハ（16）または他の加工物を研磨し、平面化し、洗浄し、または別な方法で処理するための機材(10)が提供される。同機材は、ウエーハが搭載されるプラットフォームまたは作業ステーションの上方のスピンドル(12)上に搭載された円筒型ローラー（14）を備える。ローラー（14）は、ウエーハ(16)と接触状態になり、かつ、その接触状態を離れるように可動であり、かつ、ウエーハ（16）を研磨するように回転自在である。ウエーハ（16）はまた、プラットフォーム上で回転自在であり、かつ、並進可能である。ローラー(14)は、処理動作期間中は、ウエーハ(16)との接触の線形領域を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 線形研磨ローラーを備える化学機械的平面化機材 発明の技術分野 本発明は一般に、シリコンウエーハのような研磨加工物または平面化加工物の ための機材に関するものであり、より特定すると、線形円筒型研磨ローラーを用 いて加工物を研磨または平面化するための機材に関連する。 発明の背景 半導体、ハードディスク、およびCD-ROMなどの電子製品およびコンピュータ関 連製品は、最適性能を達成するために、高度に研磨または平面化された表面を必 要とする。例えば半導体製造産業では、シリコン加工物は、集積回路構成要素な どの製造で使用される。これら加工物は「ウエーハ」のような産業で公知であり 、平坦な円形ディスク形状を有しているのが典型的である。ウエーハはまず、シ リコンインゴットからスライスされた後、複数マスキング処理、エッチング処理 、および、誘電体および導体蒸着工程を受けて、マイクロ電子工学的構造および 回路をウエーハ上に作成する。上記工程を受けるウエーハの表面は、各処理工程 段の間で典型的には適切な平坦さを設けるため研磨または平面化されなければな らず、ウエーハ表面上に追加的な誘電体層および金属化層を構築するためのフォ トリソグラフィー工程を採用する。 化学機械的平面化（CMP）マシンは、集積回路構成要素などの製造に必要な平 坦な状態までシリコンウエーハを研磨または平面化するために、開発されている 。CMP工程およびそのマシンは、当該技術で公知であり、いくつかの米国特許に 記載される。具体例として挙げられるのは、1989年2月にAraiらに付与された米 国特許第4,805,348号、1989年3月にGillに付与された米国特許第4,811,522号、1 992年3月にAraiらに付与された米国特許第5,099,614号、1994年７月にKarlsrud らに付与された米国特許第5,329,732号、1995年12月にMasayoshiらに付与された 米国特許第5,476,414号、1996年３月にKarlsrudらに付与された米国特許第5,498 ,1 96号および第5,498,199号の両件、および、1996年9月にTaliehらに付与された米 国特許第5,558,568号である。 公知のCMPマシンおよびその工程は、研磨パッド上に位置決めされ、かつ、１ つまたはそれを越えるウエーハを受容および保持するように構成された、ウエー ハの搬送装置または輸送装置を利用するのが、典型的である。典型例には、搬送 装置は、複数ウエーハを保持するための複数ヘッドを有する。動作中は、搬送装 置は、研磨パッドがその垂直方向軸を中心として回転される間に、搬送装置によ り保持されるウエーハが研磨パッドに押圧されるように、下降させられる。ウエ ーハも、それらの垂直方向軸を中心として回転可能で、かつ、研磨表面上を半径 方向に前後に振動して、研磨効率を向上させ得る。 この種の先行技術のCMPマシーンは、多くの点で適切である一方、いくつかの 欠陥を有する。マシンは、特徴的に極めて嵩だかで、寸法選別可能な「フットプ リント」を有する。これにより意味するところは、マシンがかなりの量のプラン ト床面積を占有し、これは制約的であり、かつ、高価につくのが普通である、と いうことである。これに加えて、マシンが大きなフットプリントを有するので、 これらはまた嵩だかで、かつ、重量が大きく、フロアにかかる荷重を増大させる 。公知のCMPマシンの欠陥は、ウエーハの表面が研磨パッドに押圧されると、ウ エーハの表面にわたって均一な圧力分布を達成することが困難な点である。均一 な圧力分布を達成することは、そのような分布が全ウエーハ表面にわたる一貫し た均一な研磨を助長する点で、重要である。均一な圧力分布を達成する際の難点 は、研磨動作期間中は、ウエーハの全表面が研磨パッドと接触するという事実か ら生じる。別な欠陥は、研磨期間中はウエーハが保持される従来の「フェースダ ウン」位置から生じるのだが、一貫性と均一性について研磨工程を目視的に、ま たは別な方法で監視するのが困難なことである。 発明の要旨 本発明は、上述の先行技術の欠陥を処理および解決する、新規な研磨および平 面化機材を提供すると共に、公知のCMPマシンに優る付加的利点をも提供する。 本発明によれば、加工物を平面化または研磨するための機材が提供される。同 機材は、加工物の表面と接触可能で、かつ、加工物表面を平面化または研磨する ために回転可能となる、円筒型ローラーを備える。 本発明の好ましい実施態様では、同機材は、半導体ウエーハを研磨するために 利用される。円筒型ローラーは、ウエーハを支持する支持プラットフォーム上に 搭載される。ローラーは、係合する線形領域中でウエーハの表面を押圧するよう に垂直方向に可動であり、かつ、ウエーハの表面を研磨するように回転自在であ る。同機材はまた、ローラーの下のウエーハを水平方向に並進させるための機構 を備える。 本発明に従った方法では、回転自在ローラーは、それが加工物の表面を押圧す るのに可動となるように、搭載される。ローラーは、加工部の表面を押圧するよ うに運動させられ、また、加工物表面を研磨または平面化するように、回転させ られる。ウエーハ表面がローラーにより研磨または平面化されるにつれて、加工 物は前後に並進させられる。 本発明の上記局面および他の局面は、以下の記載、添付の図面、および請求の 範囲でより詳細に説明される。 図面の簡単な説明 図１は、本発明を実施する線形研磨ローラーの平面図である。 図２は、具体例のウエーハを研磨する場合の、図１の線形研磨ローラーの側面 図である。 図３は、図２の研磨工程の分解側面図である。 図４は、具体例のウエーハを研磨する場合の、分極している線形研磨ローラー の実施態様の側面図である。 図５は、複数ウエーハを同時に研磨するのに有用な別な線形研磨ローラーの実 施態様の平面図である。 図６は、複数ローラーを利用する本発明の別な実施態様の側面図であり、研磨 位置のウエーハを描く。 図７は、図６の実施態様の側面図であり、洗浄位置のウエーハを描く。 図８は、図6および図７の実施態様の側面図であり、測量位置のウエーハを描 く。 図９は、頂部ローラーおよび底部ローラーを利用する本発明の別な実施態様の 側面図である。 図10は、螺旋溝パターンが形成された別な線形研磨ローラーの実施態様の頂面 図である。 図11は、網罫溝パターンが形成された別な線形研磨ローラーの実施態様の頂面 図である。 図12は、円形溝パターンが形成された別な線形研磨ローラーの実施態様の頂面 図である。 図13は、コンディショナーアプリケーターがローラーの頂部にコンディショナ ーを付与する、本発明に従った線形研磨ローラーの側面図である。 図14は、膨出変形(dishing)の潜在性を描く、研磨ローラーおよび研磨される べきウエーハの頂面図である。 図15は、膨出変形を回避するための態様で回転させられる、研磨ローラーおよ び研磨されるべきウエーハの頂面図である。 発明の好ましい実施態様の詳細な説明 本発明に従った線形研磨機材10が、図１に例示される。機材10は、典型的には 、CMPマシンがウエーハを研磨および加工するのに使用される環境で使用される 。この点で、機材10は、既存のCMPマシン設計へと組み入れられ得るか、または 、完全に新規なCMPマシンの要所となり得る。加工物を研磨、洗浄、またはそれ 以外の方法で処理することが必要とされる、または所望される他のマシンまたは 動作と関連して同機材10が使用され得ることも、理解されるべきである。 機材10は、円筒型研磨ローラー14が搭載される中央スピンドル12を備える。ス ピンドル12およびローラー14は、スピンドル12の回転がローラー14の同時回転を 実施するような相対運動のために、スピンドル12およびローラー14が固定される 。スピンドル12は、ウエーハまたは他の加工物が処理されるべきCMPまたは他の 機械のプラットフォームまたは作業領域の上に回転自在に搭載されるのが、好ま しい。具体例のウエーハ16は、機材10の下方に仮想線で例示される。機材10は、 ウ エーハ16に接触するために下方向に可動であり、ウエーハ16から離れる方向に上 方向に可動である。好ましくは、機材10はまた、作動位置へと、またはそこを離 れて旋回可能であって、そのためメンテナンスおよび修理のために機材10に容易 に接近するのを助成する。 代替例として、また、機材10が配置される加工処理環境に依存して、機材10お よびウエーハ16の互いに相対する各位置は、修正可能である。機材10は、例えば 、ウエーハ16の下に搭載され得て、或いは、ウエーハ16および機材10は、側面対 側面の関係で搭載され得る。解説のために、以下の文中では、機材10がウエーハ 16の上に搭載されることが、仮定される。 機材10は、線形運動学の原理を利用して、ウエーハ16を研磨し、または、別な 方法で加工する。研磨処理期間中は、スピンドル12およびローラー14は、それら が接触し、かつ、ウエーハ16に下方向力を及ぼすように下降させられ、かつ、矢 印18（図２）の方向に回転させられて、ウエーハ16を平面化または研磨する。ウ エーハ16はまた、その軸を中心としてスピンドルまたは他の手段により矢印20（ 図１）の方向にスピンさせられ、矢印22（図１）の方向に前後に並進させられ、 または、同時に回転および並進させられ得る。典型例では、スラリー溶液24は、 スラリー管26または他の輸送機構によりウエーハ16とローラー14の間に射出され て、研磨工程における支援を行う。 図３は、研磨期間中は、ローラー14とウエーハ16の間の係合の領域の詳細図を 提示する。ローラー14は、線形領域13に沿ってウエーハ16を押圧し、領域15から の材料の除去を引き起こす。ローラー14がウエーハ16の表面をわたって前進する につれて、研磨表面または平面化表面は、仮想線17により示されるように、研磨 表面または平面化表面が形成される。ローラー14とウエーハ16の間の接触の領域 は、ウエーハの全表面を横断して外へ広がるよりはむしろ、本質的に線形である ので、ローラー装置10による比較的低い下向き力の付与は、均一かつ高度に局所 化された圧力を生む。高度に局所化された圧力は、より有効な除去率を達成する のに有用であり、従って、より均一に研磨され、かつ/または平面化されたウエ ーハ表面を達成するのに有用である。これは従来型CMPマシンと対照的であり、 この場合、ウエーハの全表面は研磨期間中に研磨パッドと接触状態にあり、ウエ ーハにわたり均一な圧力分布を達成することを遥かにより困難にする。 ローラー14はどのような好適な研磨材料から構成されていてもよい。シリコン ウエーハを処理することに関連して、ポリウレタンが使用され、かつ、スピンド ルを受容するための中央シャフトを備えた円筒型形状に鋳造されるのが、好まし い。その後、鋳造ポリウレタンシリンダーは、旋盤上で必要に応じて加工され得 る。ローラー材料の密度、直径、分子量、およびポリマー長さは、適用例が必要 とするとおりに変更され得る。平面化適用例については、比較的硬いローラー材 料が好ましい。Rodel IC 1000パッドを製造するために使用される供給原料は、 現在のところ平面化処理についての事実上の産業基準材料であるが、ローラー14 のための好適な出発材料である。 ローラー14は比較的厚い断面を有し得る（８インチの範囲で）が、これは、消 耗可能な観点から有利である。従来型CMPマシンにおいて使用される研磨パッド は、遥かに薄い断面を有し、その結果、より速く磨耗し、より頻繁に置換されね ばならない。より厚いローラーは、ここに説明されるように、より長い寿命を有 し、置換または他のメンテナンスのために必要な動作不能時間がより短い。代替 例では、ローラー14はより薄い断面を供えて構築され、かつ、金属心棒(mandrel )上に搭載され得る。この構成は、金属心棒が流体などを用いるなどして加熱さ れて、処理温度を上昇させ得るという点で、有利である。以下により詳細に説明 されるように、薄い研磨パッドはまた、研磨期間中に電気分極を発生させるのに 採用され得る。 さらに図２を参照すると、ウエーハ16は、ウエーハを矢印22の方向へ前後に並 進させるベルト、可動テーブル、または他の適切な輸送機構の上を搬送され得る 。ウエーハは、保持リング28のような好適な真空チャックまたは搬送機構に搭載 されればよい。気体または流体が充満した嚢30はまた、ウエーハ16の下の保持リ ング28内に位置決めされればよい。嚢30は、ウエーハ下の静圧力の均一な分布を 供与し、これが今度は、一貫した均一な平面化を促進する。 静圧力の供与は、処理中のウエーハまたは加工物が楔形端縁を有している場合 に、特に有用である。静圧力を付与しなければ、研磨ローラーは、ウエーハの中 央部にわたって全圧を及ぼし、しかし、楔型形状のせいでローラーから間隔があ いた楔形端縁には、より少ない圧力を及ぼす。静圧力の付与は、楔形領域を「押 し」上げ、かつ、ローラーには平坦表面を供与する傾向があり、それにより、よ り均一に研磨された表面を生じる。代替例として、膨張可能嚢は、ウエーハに付 与される下方向力を制御するために使用される。比較的薄い断面を有するローラ ーが使用される場合は、ローラー内部の空域(airspace)は加圧されて、静圧力の 均一な分布を生じる。 線形ローラーにより供与される均一な研磨および平面化を更に向上させるため に、幾つかの構成および方法が採用され得る。ウエーハは、ローラー下を何度か 通過させられ得る。更に、ローラの各通過の間に、均一性を達成するために、ウ エーハは非連続的(discrete)な所定量回転され得る。ウエーハの非連続的回転は 整数の合計回転を計数するべきである。例えば、10回の通過が行われた場合で、 ウエーハが各通過の間で非連続的に回転される時には、各通過の間での36°の回 転は、１回転の全回転を生じる。代替例として、ウエーハは、研磨されている間 に、より高速で連続的に回転させられ得る。ウエーハの連続的なより高速の回転 は、非整数回のウエーハ回転から生じる不均一な除去の潜在性を最小限にする。 しかし、ウエーハがこの態様で回転させられるだけで、並進させられない場合は 、整数回(integral number)のウエーハの回転が実施されて、不均一な除去パタ ーンすなわち「バタフライ」効果の発生を回避する。 ウエーハが研磨期間中に連続的に回転させられた場合は、ウエーハの2分の１ は、ローラーの運動の方向と同一方向に本質的に運動しているが、ウエーハの残 りの半分は、ローラーの移動の方向と反対の方向に移動している。この結果、ウ エーハの2分の１の速度ベクトルはローラーの速度ベクトルに追加され、全体的 速度を増大させる傾向にある一方で、ウエーハの他の側の半分の速度ベクトルは ローラーの速度ベクトルから差し引かれて、全体的速度を減じる傾向がある。ウ エーハの半分にかかる結果的な「押し」と、ウエーハの他方側にかかる「引き」 は、不均一な除去パターンについて生じる。 この問題は、ウエーハの回転速度よりも遥かに高いローラーの回転速度を設定 することにより、処理される。この態様では、ウエーハ回転のせいであるローラ ー回転に追加される、またはそこから差し引かれる速度ベクトルは、ローラーの 回転の全体的な遥かに高い率と比較して、重要ではない。例えば、研磨期間中は 、ローラー14は1分あたり約250回転の範囲の速度で回転させられる一方で、ウエ ーハは、１分あたりわずか約10回転の速度で回転させられるべきである。この速 度で回転させられ、かつ、８インチの直径を有するローラーと、それゆえ、およ そ２フィートの周囲は、250回転/分×２フィート/回転数＝500フィート/分の表 面速度を有する。 研磨の均一性に影響する別な要因は、研磨ローラーの下をウエーハが並進させ られた時に同ウエーハの円形形状が有する固有の効果である。ウエーハが円形で あるので、ウエーハとローラーの間の線形接触の領域の「長さ」は、ローラーに 当てられるウエーハ径が増大または減少するにつれて、連続的に変化する。従っ て、一定の下方向ローラー力が付与された場合、結果は、ウエーハ表面の平方セ ンチメートル（または他の単位）あたりの有効下方向力の量が絶えず変化する。 この問題を補正するために、ウエーハに付与される下方向力の量は、ウエーハ表 面の平方センチメートル（または他の単位）あたりの一定下方向力を生じるのに 必要なように、連続的に調節され得る。機材10は、この調節を自動的に実施する ように予備プログラムされ得る。 機材10は極めて小型のフットプリントを有し、すなわち、それが配置されるプ ラントまたは施設で極めて小量の空間を占有する。当業者に公知のように、フッ トプリントの寸法は、コスト高なプラントおよび工場作業空間のせいで、他の産 業におけるのと同様に、半導体製造においては重要な要因である。本発明は、研 磨中のウエーハの寸法に寸法が匹敵する研磨ローラーの使用を許容する。例えば 8インチの直径を有するローラーは、８インチの直径を有するウエーハを研磨す るために使用され得る。ウエーハを移動させて大直径の研磨パッドと接触させて 他の処理ステーションを通過させる、複雑かつ嵩高いオーバーヘッド搬送機構お よび精密ロボットを利用することの多い従来型ＣＭＰマシンと比較すると、これ は大規模な寸法低減である。 本発明の別な実施態様は、図４に例示される。ローラー機材40は、中央スピン ドル44の周囲に搭載された薄い、円筒型ローラーパッド42を利用する。機材40は 、気体または流体が充満された嚢50により支持されるウエーハ48を保持する保持 リ ング46上に搭載される。保持リング46は、スピンドル52のおかげで、その軸を中 心として回転可能であり、スラリー搬送管54は、研磨期間中はローラーとウエー ハの間にスラリー56を射出する。 ローラー42の薄いパッド形状は、研磨期間中は分極電界を発生させるのに有用 である。かかる分極を発生させるために、薄い金属フィルムまたは導体が研磨パ ッドの層間に埋設され、また、薄い金属フィルムがウエーハ（図示せず）下に配 置される。研磨処理は電気化学的工程であるので、かかる分極により生じる電界 の存在は、研磨率の増大または後退を引き起こす。分極が採用されると、スラリ ー化学は注意深く制御され、ウエーハからの障壁層および／または粘着層の増大 した除去に伴う問題を防止しなければならない。所望されれば、実際の電流の流 れは、穿孔研磨パッドまたは微細孔を有するパッドを利用することによりもたら される。 幾つかのウエーハを同時に研磨するのに有効なローラーは、図５に例示される 。研磨ローラー60は、複数ウエーハ62ａ、62ｂ、および62ｃの同時研磨を可能に するのに十分な長さを有する。ウエーハは、矢印64の方向にローラー60の下を並 進させられる。３つのウエーハが例示されるが、ローラー60は、所望数のウエー ハを同時に研磨するのに十分な長さを備えていればよい。 図６から図８に描かれるように、複数のローラーは連続して配置され得て、各 ローラーは１つの位置を占有し、かつ、各ウエーハがローラーの下を並進させら れると、ウエーハ上に別々の処理動作を実施する。図６は、研磨ローラーまたは 平面化ローラー70、洗浄ローラー71、および計測(metrology)ステーション72が 並進ベルトまたはテーブル73上に連続的に配置されているのを、描く。ベルト73 は、矢印74の方向にローラーの下を前後に可動である。保持リング75はベルト73 に装着され、矢印74の方向への移動のためにウエーハ76を固着させる。図６では 、ウエーハ76は、ローラー70下の研磨位置／平面化位置にある。スラリー管また は輸送機構77は、研磨期間中にウエーハ76とローラー70の間にスラリーを導入す る。平面化/研磨が完了すると、ベルト73はウエーハ76を前方にローラー71（図 ７）下の洗浄位置まで移動させる。洗浄期間中は、管機構または輸送機構78は、 ウエーハ76とローラー71の間の洗浄溶液を導入し得る。 ウエーハは図６から図８に示されるような「フェースアップ」で処理されるの が好ましいので、本発明は、膜厚および均一性またはウエーハ状態の本来の場所 での測定および観察に役立つ。ローラーとウエーハの間の接触は狭い線形帯に沿 って起こるので、研磨期間中でもウエーハ面の大半は露出され、容易に目視で観 察および監視される。これは、ウエーハが搬送機構内部に捕獲され、かつ、フェ ースダウンで下降させられて研磨パッドと接触状態になり、結果的に、監視を目 的とした観察または接近が容易に可能ではない従来型ＣＭＰシステムと対照的で ある。 所望されれば、機器またはセンサーが利用されて、膜厚および/または均一性 のより厳密な測定を生じる。これは、計測ステーション72の目的である。ウエー ハ76は、洗浄ローラー71から計測ステーション72まで前方に移動させられ得る。 計測ステーション72は、例えば、放出器(emittor)69および検出器79の使用によ り膜厚さおよび/または均一性の測定を生成し得る。検出装置の他の適切な測定 が利用され得る。ステーション72において採られた測定の結果に依存して、ウエ ーハは、追加の研磨処理のためにステーション70に戻され得る。 ベルト73は矢印74の方向に双方向に可動であるので、好適に仕上がった状態が 検出されるまで、研磨ローラー70と計測ステーション72の間で必要となるだけの 回数、前方と後方に振動させられ得る。１つのステーション（図示せず）は、処 理を目的として、べルト73上へのウエーハの装填と取り外しとの両方に利用され 得る。従来型CMPシステムは、対比した場合、各処理ステーション間でウエーハ を移動させるための複雑な機構ばかりか、別個の装填ステーションおよび取り外 しステーションを必要とする。図６から図８の連続処理構成は、ウエーハを個別 に処理するために使用され得るか、または、複数ウエーハの連続処理を可能にす るように、図５に示された構成のような構成と組み合わせて使用され得る。 図９は、２つのローラー80および82が利用される、本発明の別な実施態様を例 示する。ローラー80は、ウエーハ84上方に位置決めされた研磨ローラーであり、 反時計方向（矢印86）に回転する。ローラー82は、時計方向（矢印88）の方向に 回転するが、ウエーハ84を研磨せずに、ウエーハが矢印85の方向に研磨および並 進させられた時には、ウエーハの頂部および底部の各面の均等な力の分布を提供 する安定化ローラーである。テンプレート87は、ウエーハがローラーに達するま で、ウエーハを安定化させるためのこの実施態様と関連して有用となり得る。テ ンプレート87は、例えば、マイラー(mylar)のような可撓性と起伏(rugged)のあ る材料から製造されるのが、好ましい。再び、図９に例示された実施態様は、単 独で、または、前述の実施態様のいずれかと関連されて使用され得る。 ウエーハ研磨または平面化の不均一性を更に改良するために、研磨ローラーは 、スリットパターンまたは溝パターンが切り出された状態で形成され得る。かか るローラーの幾つかの具体例は、図10から図12に描かれる。図10のローラー90は 、螺旋溝92を有するパターンにされるか、そのように切り出される。図11のロー ラー100は、網罫パターンまたは２重螺旋パターン102が形成される。図12のロー ラー110は、一連の円周溝112が形成される。他のパターンも可能である。切り出 し（スリットおよび溝）が十分に深い場合は、溝により輪郭を描かれる個別のパ ッドセクションは互いから機械的に切り離され、ウエーハ表面上のより小型の個 別パッドセグメントとして作用する。各個別セグメントは、別々の研磨部材とし て作用する。 ローラーに溝またはスリットを切り出す利点は、各ウエーハの表面上にマイク ロ電子工学的構造を形成したウエーハの通常のレイアウトから得られる。典型例 では、構成要素、装置、または集積回路（集合的に「ダイス(dies)」と称される ）は、チェッカーボードパターンまたは格子状パターンでウエーハ表面上に配置 される。溝が研磨ローラー上に形成され、かつ、個々のダイスの寸法の順序に基 づいて間隔を設けられると、切り離された各研磨セグメントは、一度に少数の（ 1個から４個の範囲の）個々のダイスのみと接触状態になる。このため、局所的 不均一性がウエーハ表面に存在する場合は、全ローラー表面よりはむしろ、ロー ラーの個別のセグメントのみが影響される。各溝の厳密なピッチ、パターン、お よび間隔設定は、問題のダイス寸法に依存して、変更され得る。例えば、20mm× 20mmダイスについて使用されるパターンは、10mm×10mmダイスについて使用され るパターンとは異なる。 ウエーハ均一性を増大させるための別な潜在的方法は、ローラー作用と組み合 わせた超音波運動の採用である。これは、スリットまたは溝を設けたローラーの 使用と関連して、特に有用である。超音波源により影響を受ける高周波数側面対 側面運動は、不均一な研磨を防止するのに有効である。 本発明はまた、本来の場所でのパッド調整を可能にする。ここで図13を参照す ると、コンディショナーアプリケーター140は、研磨ローラー142上に搭載されて 、ローラー142が矢印143の方向にアプリケーター140を越えて回転すると、ロー ラー142の上部にコンディショナーを付与するが、ローラー142の下部はウエーハ 144を同時に研磨し、或いは、他の方法で処理する。再び、先に論じたように、 ウエーハ144は、矢印150の方向に双方向に可動であるベルト148に装着された保 持リング146に搭載され得る。嚢152は、静圧力をウエーハ144の下表面に付与す るように、ウエーハ144とリング146の間に位置決めされればよく、また,スラリ ーは154で研磨処理へと導入され得る。 図13の構成は、ローラーパッドが調整される間は、製造を停止または遅延させ ることが必要でない点で、有利である。対比してみると、研磨パッドが調整され ている間に、従来型CMPマシンの動作を停止させることが必要なのが典型的であ る。 本明細書に記載されたローラー構成に関する１つの関心事は、「膨出変形(dis hing)」の問題である。典型例では、ダイスパターンを有するウエーハは、個別 のダイスの間でダイスを分離した状態で溝を有する。研磨期間中にローラーが溝 と厳密に整列状態になる必要がある場合は、パッドローラーは潜在的に、溝の外 郭を追従して溝の底部に入り、ウエーハおよびダイス内の深部に透過する。しか し、ウエーハにわたり分布される相互接続特性および他の機械的支持構造は、架 橋または止めとして作用し、本質的にローラーの膨出変形または透過を不可能に する可能性の方が高いことが、実験から示されている。溝がウエーハの全表面を 横断して、研磨期間中にローラーの中央軸と厳密に整列状態にあるという起こり そうもない筋書きにおいてのみ、膨出変形が問題となる。かかる極端な状況が図 14に例示されるが、研磨ローラー120が回転する中心となる中央軸121は、ウエー ハ124の表面を横断する溝122と、研磨期間中に整列状態になり、ダイス格子パタ ーン126を規定する。 図14に例示された膨出変形の潜在性は、ウエーハの格子パターン126および溝 (trench)122がローラー120の中央軸121に対して或る角度を成すように、ウエー ハ124を回転させることにより、容易に除去される。図15は、全ての溝122が研磨 ローラー120の中央回転軸121に対して角度を成すように、かかる態様でウエーハ 124が回転させられるのを、描いている。ローラー120は、溝122のいずれの上に も直接的には整列状態にならず、また、膨出変形は起こらない。 本発明は、いくつかの特定実施態様および図面を参照しながら、説明されてき た。しかしながら、本発明の範囲は上記特定の実施態様に限定されないことが、 認識されるべきである。本発明の線形研磨ローラーが、例えば、研磨および平面 化シリコンウエーハと関連して説明されてきたけれども、加工物の処理が必要で ある他の文脈でも有効である。添付の請求の範囲に表現されるような本発明の範 囲から逸脱すること無しに、本明細書に記載された各実施態様の構成要素部分の 選択、設計、および配置には、修正が行い得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 加工物を平面化するための機材であって、該加工物の表面と接触可能 な研磨材料を含む円筒型ローラーを備え、該ローラーは、該加工物の該 表面に抗して回転自在となって該加工物を平面化し、該研磨材料は、該 研磨材料を個別の処理部材へ分断する溝が形成される、機材。 ２． 前記加工物はシリコンウエーハである、請求項１に記載の機材。 ３． 前記ローラーの回転は、前記ウエーハの前記表面の研磨および平面化 を実施する、請求項２に記載の機材。 ４． 前記ローラーは、前記ウエーハの前記表面の平面化を実施するのに好 適な材料から作成される、請求項３に記載の機材。 ５． 前記材料はポリウレタンである、請求項４に記載の機材。 ６． 平面化期間中に、前記ウエーハと前記ローラーの間にスラリーを射出 するためのスラリー搬送機構を更に備える、請求項５に記載の機材。 ７． 前記加工物はプラットフォーム上に搭載され、前記ローラーは該プラ ットフォーム上方に搭載され、かつ、平面化期間中には、該加工物を押 圧するように垂直方向に可動である、請求項１に記載の機材。 ８． 前記ローラーの下で前記加工物を並進させるための機構を更に備える、 請求項７に記載の機材。 ９． 前記加工物を保持するための保持リングを更に備え、該保持リングは 前記並進機構に付着され、かつ、それと共に可動となる、請求項８に記 載の機材。 １０． 前記保持リングと前記加工物との間に配置されて、静圧力を該加工物 に付与するための膨張可能嚢を更に備える、請求項９に記載の機材。 １１． 前記ローラーは、該ローラーの中央部分を通して延びる回転可能スピ ンドル上に搭載される、請求項１に記載の機材。 １２． 前記ローラーは、係合の線形領域において前記加工物を押圧する、請 求項１に記載の機材。 １３． 前記ローラーはローラー直径を有し、前記加工物は加工物直径を有し、 該ローラー直径は該加工物直径に略均等である、請求項１に記載の機材。 １４． 前記ローラー直径はおよそ８インチである、請求項13に記載の機材。 １５． 前記ローラーは、該ローラーが複数の加工物を同時に平面化し得るよ うな長さを有する、請求項１に記載の機材。 １６． 前記加工物は、前記ローラーにより平面化される間に、その中央軸を 中心として回転させられる、請求項１に記載の機材。 １７． 前記ローラーは１分あたりおよそ250回転の速度で回転させられ、前記 加工物は１分あたり10回転より低い速度で回転させられる、請求項16に 記載の機材。 １８． 前記加工物は、前記ローラーにより平面化される間に、その中央の軸 を中心として回転させられる、請求項８に記載の機材。 １９． 前記ローラーにより前記加工物に付与される力は、該ローラーと接触 状態にある該加工物の表面積の量に関連して変更される、請求項１に記 載の機材。 ２０． 前記ローラーは薄い断面を有し、薄い金属フィルムは該ローラーに埋 設され、金属フィルムは前記加工物下に配置されて、該加工物の平面化 および研磨を向上させるように、分極された電界を発生させる、請求項 １に記載の機材。 ２１． 前記ウエーハの更なる処理のために、前記平面化および研磨ローラー から間隔を設けた、少なくとも１つの追加ローラーを更に備える、請求 項３に記載の機材。 ２２． 前記少なくとも１つの追加ローラーは洗浄ローラーである、請求項21 に記載の機材。 ２３． 前記加工物はプラットフォーム上に搭載され、前記ローラーは該プラ ットフォーム上方に搭載され、かつ、該加工物に接触するように垂直方 向に可動であり、前記機材は、前記平面化ローラーおよび前記洗浄ロー ラーの下で該加工物を前後に並進させるための機構を更に備える、請求 項22に記載の機材。 ２４． 前記ウエーハが適切に研磨および平面化されたかどうかを判定するた めの測定手段を有する計測ステーションを更に備える、請求項23に記載 の機材。 ２５． 前記測定手段は、前記プラットフォーム上方に搭載された放出器およ び検出器を備える、請求項24に記載の機材。 ２６． 前記平面化ローラーは前記加工物の第１側部に搭載され、前記機材は 該加工物の第２側部に搭載されて、該加工物の各側部に均等な力の分布 を設ける安定化ローラーを更に備える、請求項１に記載の機材。 ２７． 前記溝は螺旋パターンに形成される、請求項１に記載の機材。 ２８． 前記溝は網罫パターンに形成される、請求項１に記載の機材。 ２９． 前記溝は円周パターンに形成される、請求項１に記載の機材。 ３０． 処理期間中に、前記ローラーの高周波数の側部対側部運動を発生させ るための超音波源手段を更に備える、請求項１に記載の機材。 ３１． 前記ローラーの底部が前記加工物を平面化する間に、該ローラーの頂 部にコンディショナーを付与するためのコンディショナーアプリケータ ー手段を更に備える、請求項１に記載の機材。 ３２． 前記加工物が一貫した均一な態様で処理されているかどうかを判定す るための計測手段を更に備える、請求項１に記載の機材。 ３３． マイクロ電子工学的構造が前記ウエーハの前記表面上に形成され、か つ、該構造を分離する線形溝を備えた格子状態様で配置され、該ウエー ハは、該溝が前記ローラーの回転の中心軸に相対して或る角度を成すよ うに回転させられる、請求項２に記載の機材。 ３４． 加工物を研磨または平面化するための機材であって、該加工物は長手 の溝が形成され、該機材は、支持プラットフォームの上方に搭載された 中心軸を中心として回転自在な円筒型ローラーを備え、該加工物は該ロ ーラーの下方の該プラットフォーム上で支持され、該ローラーは、係合 の線形領域で該加工物の表面を押圧するように垂直方向に可動であり、 かつ、該加工物の表面を研磨または平面化するように回転自在で、該中 心軸は該加工物に形成された該長手の溝と整列しないようにし、該機材 は、該ローラーの下で該加工物を水平方向に並進させるための機構を備 える、機材。 ３５． 前記ローラーはポリウレタンから製造される、請求項34に記載の機材。 ３６． 研磨期間中に、前記ウエーハと前記ローラーの間にスラリーを射出す るためのスラリー搬送機構を更に備える、請求項34に記載の機材。 ３７． 前記並進機構上に搭載された保持リングを更に備え、前記ウエーハは 該保持リング内に配置され、該ウエーハの下で該保持リング内に配置さ れて、該ウエーハに静圧力を付与するための膨張可能嚢を更に備える、 請求項34に記載の機材。 ３８． 前記ローラーおよび前記ウエーハは、略均等な直径を有する，請求項 34に記載の機材。 ３９． 前記ローラー直径および前記ウエーハ直径は、各々が、およそ８イン チである、請求項38に記載の機材。 ４０． 溝を設けたパターンが、前記ローラーに切り出されて、前記ローラー を個々の処理部材へと分断する、請求項34に記載の機材。 ４１． 前記溝を設けたパターンは螺旋パターン、網罫を設けたパターン、円 周パターンから成るグループから選択される、請求項40に記載の機材。 ４２． 前記ローラーの上方に搭載されて、前記ローラーの底部が前記ウエー ハを研磨している間に、前記ローラーの頂部にコンディショナーを付与 するように、コンディショナーアプリケーターを更に備える、請求項34 に記載の機材。 ４３． 半導体ウエーハを研磨または平面化する方法であって、該ウエーハは、 長手の溝により分離される複数回路のダイスが形成され、該方法は、 （ａ） 中心軸を中心に回転自在なローラーを搭載し、それが該ウエーハの表 面を押圧するように可動となるようにし、かつ、該中心軸が該ウエーハに形成さ れた該長手の溝とは整列しないようにする工程と、 （ｂ） 該ローラーを移動させて、それが該ウエーハの該表面を押圧するよう にする工程と、 （ｃ） 該ローラーを回転させて、それが該ウエーハの該表面を研磨または平 面化するようにする工程と、 （ｄ） 該ウエーハが該ローラにより研磨または平面化される時に、該ウエー ハを前後に並進させる工程とを含む、方法。 ４４． 前記ウエーハはプラットフォーム上に支持され、前記ローラーは該プ ラットフォームの上方に搭載され、かつ、該ウエーハを押圧するように 垂直方向に移動させられる、請求項43に記載の方法。 ４５． 前記ウエーハは不連続数の通過回数だけ前記ローラーの下を並進させ られ、かつ、各通過の前に、所定量だけ回転させられる、請求項43に記 載の方法。 ４６． 前記所定量の前記ウエーハ回転が、追加された場合は、該ウエーハの 整数回の完全な回転を合計する、請求項45に記載の方法。 ４７． 前記ローラーは、複数のウエーハを同時に研磨および平面化するのに 十分な長さを有する、請求項44に記載の方法。 ４８． 前記ウエーハはまた、前記ウエーハに抗して回転する洗浄ローラーの 下を並進させられて、前記ウエーハを洗浄する、請求項43に記載の方法 。 ４９． 前記ウエーハはまた、前記ウエーハが適切に研磨または平面化された かどうかを判定するための測定手段を有する計測ステーションの下を並 進させられる、請求項48に記載の方法。 ５０． 半導体ウエーハの表面上で複数の処理動作を実施するための機材であ って、該ウエーハは長手の溝がその上に形成され、該機材は第１および 第２の円筒型ローラが各々、該ウエーハに相対する配向で搭載されたそ れ自体の中心軸を中心に回転自在であり、該第１ローラーおよび第２ロ ーラーは該ウエーハ表面に接触できるようにして、第１処理動作および 第２処理動作を実施し、該中心軸が該ウエーハに形成された該長手の溝 と整列しないようにする、機材。 ５１． 前記ウエーハは、前記ウエーハ表面が上向きになるようにプラットフ ォーム上に搭載され、前記第１ローラおよび前記第２ローラは、該各ロ ーラーが該ウエーハ表面に接触するように垂直方向に可動となり、かつ 、前記処理動作を実施するために回転自在となるように、該プラットフ ォームの上方に搭載される、請求項50に記載の機材。 ５２． 前記プラットフォームは、前記各ローラーが前記処理動作を実施する 時に、前記ウエーハを水平方向に並進させるための手段を備える、請求 項51に記載の機材。 ５３． 前記プラットフォームは、前記ウエーハをスピンさせるための手段を 備える、請求項51に記載の機材。 ５４． 前記第１のローラーは前記ウエーハ表面を研磨および平面化し、前記 第２のローラーは前記ウエーハ表面を洗浄する、請求項50に記載の機材。 ５５． 前記各ローラーは、該各ローラーが複数ウエーハとの接触およびそれ らの同時処理を可能にし得るのに十分な長さを有する、請求項54に記載 の機材。 ５６． 前記加工物は複数のダイスがその上に形成され、前記円筒型ローラー 上の前記溝は、個々のダイスの寸法の順序に基づいて間隔を設けられる、 請求項１に記載の機材。 ５７． 前記加工物は複数のダイスがその上に形成され、前記円筒型ローラー 上の前記溝は、各個々の処理部材が一度におよそ１個から４個の個々の ダイスのみと接触状態になるように、間隔を設けられる、請求項１に記 載の機材。 ５８． 前記円筒型ローラー上の前記溝は、前記加工物上の局所的不均一性が 該ローラー上の個々の処理部材に影響を与えるにすぎないように、間隔 を設けられる、請求項１に記載の機材。 ５９． 中心軸を中心に回転自在な円筒型ローラーを備える、加工物を研磨ま たは平面化するための機材であって、該加工物は長手の溝を有し、該ロ ーラーおよび該加工物は、該ローラーが該加工物の該表面を押圧して該 加工物を平面化するように、また、該中心軸が該長手の溝と整列しない ように、相対的に可動である、機材。