JP2004511090A - ウェブ方式パッドコンディショニングシステムおよび実装方法 - Google Patents

ウェブ方式パッドコンディショニングシステムおよび実装方法 Download PDF

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Abstract

【課題】
【解決手段】パッドをコンディショニングするためのシステムが提供されている。そのシステムは、パッドコンディショニング媒体(234)と、パッドコンディショニング媒体の補給分を収納する送りロール(232a)と、パッドコンディショニング媒体の端部を受け取るための巻き取りロール(232b)とを備える。そのシステムには、さらに、送りロールと巻き取りロールとの間に配置された加圧部材(236)が備えられている。加圧部材は、パッドの表面のコンディショニングを実現するためにパッドコンディショニング媒体がパッドに向かって押し付けられる際に、パッドコンディショニング媒体に圧力を加えるよう設計されている。
【選択図】図2A−1

Description

【0001】
【発明の分野】
本発明は、一般に、化学機械研磨(CMP)動作の性能および効果を向上させるためのCMPシステムおよび技術に関する。特に、本発明は、パッド表面をコンディショニングするためのウェブ型のコンディショナを用いるCMPシステムに関する。
【0002】
【関連技術の説明】
半導体素子の製造では、研磨工程、バフ研磨工程、およびウエハ洗浄工程を含むCMP動作を実行する必要がある。通例、集積回路素子は、マルチレベル構造の形態をとっている。基板のレベルには、拡散領域を有するトランジスタ素子が形成される。それに続くレベルには、相互接続メタライゼーション配線が、パターニングされてトランジスタ素子に電気的に接続されていることにより、所望の機能素子が定められている。周知のように、パターニングされた導電層は、二酸化ケイ素のような誘電材料によって他の導電層から絶縁されている。各メタライゼーションレベルおよび/またはその関連の誘電体層では、金属および/または誘電材料の平坦化が必要となる。平坦化を行わなければ、表面の形状が多様になるために、さらなるメタライゼーション層を加工することが相当困難になる。他の用途としては、誘電材料にメタライゼーション配線パターンが形成された後に、余分なメタライゼーションを除去するために金属CMP動作が実行される。
【0003】
CMPシステムは、通例、ベルト方式、オービタル方式、またはブラシ方式のステーションを実装しており、ステーション内では、ベルト、パッド、またはブラシによって、ウエハの片面もしくは両面が、研磨、バフ研磨、またはスクラブされる。CMP動作を円滑にし、効果を高めるために、スラリが用いられる。スラリは、通例、動いている準備表面(例えば、ベルト、パッド、ブラシなど)に導入され、CMPプロセスによってバフ研磨、研磨、または他の準備を施される半導体ウエハの表面だけでなく、準備表面にも塗布される。塗布は、一般に、準備表面の動きと、半導体ウエハの動きと、半導体ウエハおよび準備表面の間に生じる摩擦と、の組み合わせによって実現される。
【0004】
図1は、代表的な従来技術のCMPシステム100を示している。図1のCMPシステム100は、ベルト式のシステムである。こう呼ばれるのは、2つのドラム114に取り付けられたエンドレス研磨パッド108が準備表面となっているからであり、それらドラムは、研磨パッド回転方向の矢印116によって示される回転運動をするよう研磨パッド108を駆動する。ウエハ102は、キャリア104に取り付けられる。キャリア104は、方向106に回転される。回転するウエハ102は、次に、回転する研磨パッド108に向かって押し付けられる。一部のCMPプロセスは、かなりの力Fを加えることを必要とする。プラテン112は、研磨パッド108を安定させ、ウエハ102を押し付けるための安定した表面を提供するために設けられている。拡散された研磨粒子(例えば、SiO、Al、CeOなど)を含む水溶液からなるスラリ118は、ウエハ102の上流側に導入される。ウエハの表面のスクラブ、バフ研磨、および研磨のプロセスは、非固定研磨剤研磨パッドまたは固定研磨剤研磨パッドのいずれかを用いて実現される。異なる特徴を有するため、非固定研磨剤研磨パッドのコンディショニング工程は、固定研磨剤研磨パッドのコンディショニング工程とある程度異なっている。以下では、非固定研磨剤研磨パッドおよび固定研磨剤研磨パッドのコンディショニング工程について簡単に説明する。
【0005】
非固定研磨剤研磨パッドは、多孔質または繊維質の材料と固定研磨剤粒子からなる。それら研磨剤粒子は、水溶液の形(スラリとして知られる)でシステムに導入される。図1に示すように、非固定研磨剤研磨パッド108がウエハ102を研磨した後、コンディショニングアセンブリ110のコンディショナディスク122が、非固定研磨剤研磨パッド108の表面に押し付けられて残留物を除去する。残留物は、スラリの研磨剤粒子と、ウエハ102から除去された粒子状物質からなり、パッド108の多孔質の表面を詰まらせる。図1A−1のコンディショニングアセンブリ110の断面図に示すように、コンディショナディスク122の表面は、ダイヤモンド配列124を備える。非固定研磨剤研磨パッド108は、コンディショナディスク122延いてはダイヤモンド配列124が、トラックバー123沿いに非固定研磨剤研磨パッド108の研磨面にわたって移動されるにつれてコンディショニングされる。したがって、非固定研磨剤研磨パッドCMPシステムでは、コンディショナディスク122は、非固定研磨剤研磨パッド108の表面から粒子状物質と付着スラリ材料とを除去することにより、非固定研磨剤研磨パッドの新しい層を露出させるだけでなく、非固定研磨剤研磨パッド108を洗浄して粗くする。
【0006】
通例は、様々なサイズのコンディショニングディスクを用いて、非固定研磨剤研磨パッド108の表面をコンディショニングすることができる。さらに、一部の非固定研磨剤研磨パッドは、非常に微少な研磨剤粒子によってコンディショニングされる必要があるため、コンディショニングディスクは、様々なサイズの研磨剤粒子を有してもよい。研磨剤粒子の一例としては、ダイヤモンド配列が挙げられる。ダイヤモンド配列は、様々な接着技術を用いてキャリアディスクに取り付けてよい。しかしながら、非固定研磨剤研磨パッドをコンディショニングするためにダイヤモンド配列を用いる際の一般的な問題として、ダイヤモンド配列のダイヤモンドが脱落するという問題がある。図1A−2に示すように、ダイヤモンド配列124のダイヤモンド124’の脱落は、コンディショニングディスク122が大きく磨耗した結果として起きる。さらに、ダイヤモンド124’の脱落は、キャリアディスク122のサイズ、ダイヤモンド配列124のダイヤモンド124’の寸法、および、コンディショナディスク122にダイヤモンド配列124を取り付けるために用いられた技術に関係なく起きる。脱落したダイヤモンド124’は、研磨パッド108に残留したり、研磨サイクル中に研磨パッド108とウエハ102との間に捕らえられたり、研磨されているウエハ102の表面に傷をつけたりする可能性がある。
【0007】
ダイヤモンド配列を備えるコンディショニングディスクを用いる際の別の課題は、非常に小さいダイヤモンドを有する良好な状態のダイヤモンド配列を保つことである。コンディショニングディスクを接触させた時間が短くても、これらのダイヤモンドは簡単に遊離する。研磨中にパッド上で遊離しているダイヤモンドが小さいものであっても、半導体ウエハの表面に大きな傷がつくことがある。これにより、電子回路デバイスで電気的なショートが起きたり、ウエハ上の一部のデバイスが動作不能となったりする可能性がある。そのため、歩留まりが大幅に低下する。したがって、過度な磨耗を回避するためには、コンディショニングディスクを頻繁に交換する必要がある。いずれの状況でも、ダイヤモンド124’の脱落とコンディショニングディスクの大幅な磨耗は、粒子状物質および付着スラリの除去率を低下させる。それらは、さらに、CMPプロセス中にウエハの全体的な不具合とマイクロスクラッチとを増大させる。さらに、コンディショナディスクの交換は、時間が掛かるばかりでなく、非常に厄介である。加えて、コンディショナディスクまたは脱落したダイヤモンドの交換を実行するためには、CMPシステムを停止する必要があり、そのために、CMPシステムのスループットが低下する。
【0008】
非常に微少な研磨剤によるコンディショニングを必要とする1つの特定の種類の研磨パッドは、固定研磨剤研磨パッドである。図1B−1は、固定研磨剤研磨層を有する固定研磨剤研磨パッド108を示す。この種類の研磨パッドでは、その表面全体にわたって、「柱部」108’として定義されるいくつかの三次元的な円柱状の突出部が組み込まれて広げられている。各柱部108’は、およそ、約200ミクロンの直径と、およそ、約40ミクロンの高さとを有してよい。図1B−2の固定研磨剤研磨パッドの断面図は、各柱部108’が複数の研磨剤粒子108aを含んでいることを示している。さらに、固定研磨剤研磨パッド108には、複数の柱部分離領域108bが示されている。したがって、固定研磨剤研磨パッド108が用いられるCMPシステムでは、ウエハ102の研磨は、研磨接触面において、埋め込まれた研磨剤粒子108aとウエハ102の表面との間に摩擦が生じることによって実現される。
【0009】
さらに、一部の固定研磨剤CMPシステムでは、平坦化プロセスを向上および促進させるために、追加のスラリを研磨接触面に導入してもよい。図1B−3に示すように、各固定研磨剤柱部108’は、所望の硬さのポリマーマトリクスからなり、研磨剤粒子108aは、柱部108’の各々の中に埋め込まれている(すなわち、固定されている)。柱部108’が、半導体基板(すなわち、ウエハ102)に対して研磨動作を実行するためには、ポリマーマトリクスの最上層111を除去して、ウエハ102の表面と接触可能なように新しい埋め込み固定研磨剤粒子108aを露出させなければならない。そのため、固定研磨剤研磨パッド108は、柱部108’の上部からポリマー層111を除去することにより新しい固定研磨剤粒子108aが露出されるようにコンディショニングされる必要がある。したがって、固定研磨剤研磨パッドのコンディショニングは、新しい研磨剤粒子を露出させることにより固定研磨剤研磨パッドを「ドレッシングする」よう方向付けられる。固定研磨剤研磨パッドのコンディショニング工程は、固定研磨剤研磨パッドの柱部のポリマーマトリクスの最上層111を除去して新しい固定研磨剤粒子を露出させることにより実現されるものであり、これ以降、「ドレッシング工程」と呼ぶこととする。
【0010】
現在、固定研磨剤研磨パッド108のドレッシング工程は、一般に、ウエハ102のトポグラフィ形状の運動によって実現される。図1B−4に示すように、キャリア104は、ウエハ102を固定研磨剤研磨パッド108に押し付ける。図1B−4には、さらに、複数のトポグラフィ形状102aの縁部が示されている。固定研磨剤研磨パッド108とウエハ形状102aとの摩擦の結果として、トポグラフィ形状102aの縁部がポリマーマトリクスの最上層111と接触し始めることで、柱部108’のポリマーマトリクスの最上層111が除去され、それにより、新しい研磨剤粒子108aが露出される。その結果として、固定研磨剤研磨パッドのドレッシング工程延いては化学機械研磨プロセスは、ウエハのトポグラフィパターンに影響されやすくなる。より詳細には、固定研磨剤研磨パッド108のドレッシング工程は、形状102aおよび柱部108aの相対サイズと、ある特定の期間に各柱部108aを横切る形状102aの縁部の数に依存する。したがって、ウエハ形状102aのサイズが小さい場合には、固定研磨剤研磨パッド108は、極めて高速でコンディショニングされる。しかしながら、ウエハ形状102aの幅が、およそ10ミクロンよりも大きい場合には、固定研磨剤研磨パッドは、極めて低速でコンディショニングされる。したがって、固定研磨剤研磨パッドからの柱部のポリマーマトリクス最上層の除去速度がウエハの形状のサイズおよび/または密度に依存することから、それが主な原因となって、化学機械研磨を実行するために固定研磨剤研磨パッドを用いることが阻まれることがある。
【0011】
化学機械研磨プロセスの研磨段階から固定研磨剤研磨パッドのドレッシング工程を引き離すという解決法が可能だろう。そのような状況では、固定研磨剤研磨パッドのドレッシング工程は、研磨されるウエハの表面に多く見られる形状に似た非常に微細な研磨剤粒子を有する外部ドレッシング媒体を用いることにより実現される。固定研磨剤研磨パッドは、マイラー支持体と、実質的に1ミクロンよりも小さく直径が0.1ミクロン前後であることが好ましい研磨剤粒子とを有する。前述の固定研磨剤パッドに対して穏やかなコンディショニング動作を実行するのに十分なほど小さいダイヤモンドを有するダイヤモンドディスクが、製造可能である。しかしながら、そのようなダイヤモンドドレッサディスクの製造は、ドレッサダイヤモンドディスクが比較的早く磨耗して効果を失うことから、製造価値がない。したがって、ドレッサダイヤモンドディスクは、固定研磨剤研磨パッドがいくつかのウエハを研磨しただけで交換しなければならない。さらに、ドレッシングダイヤモンドディスクは、完全に新しいディスクと交換しなければならないため、CMPシステムを停止する必要があり、それにより、スループットが低下する。加えて、それらを交換するプロセスには、非常に大きな時間と労力を必要とする。
【0012】
以上の点から、この分野では、ウエハの表面層を研磨する際に用いられる研磨パッドのコンディショニングを可能とする化学機械研磨システムで用いるコンディショナアセンブリであって、維持費がより低く、コンディショニング材料の使用によってコンディショニング動作の効果が低下した際に、より効率的に補修されるコンディショナアセンブリが求められている。
【0013】
【発明の概要】
概して、本発明は、これらの要求を満たすために、研磨パッドの研磨面を効率的にコンディショニングするための装置およびそれに関連する方法を提供する。そのCMPシステムは、維持費がより低く、コンディショニングの効果が損なわれた際に、より効率的に補修されるドレッシング媒体を実装するよう設計されていることが好ましい。好ましい実施形態では、ドレッシング媒体は、送りロールと巻き取りロールとの間に結合される。本発明は、プロセス、装置、システム、デバイス、または方法を含む種々の形態で実施できることを理解されたい。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。
【0014】
一実施形態では、化学機械研磨(CMP)装置で用いる研磨パッドコンディショナが開示されている。研磨パッドコンディショナには、第1の点と第2の点との間に規定された接触面を有するウェブドレッシング媒体が備えられている。第1の点は、第2の点から離れている。ウェブドレッシング媒体は、固定研磨剤研磨パッドの上方に位置するよう構成されており、それにより、ウェブドレッシング媒体の接触面は、固定研磨剤研磨パッドの研磨剤研磨面に押し付けられるよう構成されている。研磨パッドコンディショナは、さらに、ウェブドレッシング媒体の作用面に向かって押し付けられるよう構成された加圧プレートを備える。別の実施形態では、研磨パッドをコンディショニングするための方法が開示されている。その方法は、研磨剤研磨面を有する固定研磨剤研磨パッドを準備する工程を備える。固定研磨剤研磨パッドは、第1の点と、第1の点から離れた第2の点との間を移動するよう構成されている。その方法には、さらに、第1の点と第2の点との間にウェブドレッシング媒体を準備する工程が備えられている。ウェブドレッシング媒体の接触面は、固定研磨剤研磨パッドの研磨剤研磨面の上方に配置されている。その方法には、さらに、ウェブドレッシング媒体の接触面を固定研磨剤研磨パッドの研磨剤研磨面に押し付けることにより、固定研磨剤研磨パッドの研磨剤研磨面をドレッシングする工程が備えられている。
【0015】
さらなる実施形態では、パッドをコンディショニングするためのシステムが開示されている。そのシステムは、パッドコンディショニング媒体と、パッドコンディショニング媒体の補給分を収納する送りロールと、パッドコンディショニング媒体の端部を受け取るための巻き取りロールとを備える。そのシステムには、さらに、送りロールと巻き取りロールとの間に配置された加圧部材が備えられている。加圧部材は、パッドの表面のコンディショニングを実現するためにパッドコンディショニング媒体がパッドに向かって押し付けられる際に、パッドコンディショニング媒体に圧力を加えるよう設計されている。
【0016】
本発明には、数多くの利点がある。最も顕著な点は、ディスク型または直線状のパッドコンディショナの代わりに、コンディショニング媒体の補給分が、ウェブハンドリング構成で送りロールと巻き取りロールとの間に備えられていることである。これにより、コンディショニング媒体の使用済み部分をコンディショニング媒体の未使用部分に交換する作業を、最小限の労力と、かなり短い作業時間で実行することができる。さらに、コンディショニング媒体の再供給を簡単かつ迅速に実行できることにより、化学機械研磨システムを停止する必要のある時間の長さが最小限に抑えられるので、スループットへの影響も最小限となる。その上、本発明の装置および方法のプログラム可能な指標付けの特徴は、時間にわたって一定のパッドコンディショニングを提供し、さらに、従来技術に関するコンディショニング材料の磨耗の不安定性を排除し、不具合全体を改善して、パッドの全体寿命を長くする。加えて、本発明は、CMPプロセスのマイクロスクラッチおよび不具合の全体を改善する。特に、本発明の装置および方法は、ウエハ形状の密度またはウエハ形状のサイズに関係なく、研磨パッドの研磨面の層をかなり繊細に研磨コンディショニングすることが望まれる実施形態において、ほぼ一様なドレッシング速度を提供する。最も重要なことには、本発明の実施形態は、固定研磨剤技術を実行するにあたって非常に有用である。
【0017】
本発明のその他の態様および利点は、本発明の原理を例示した添付図面と関連付けて行う以下の詳細な説明から明らかになる。
【0018】
【代表的な実施形態の詳細な説明】
化学機械研磨に用いるパッドコンディショニングシステムであって、研磨パッドの層表面の効率的なコンディショニングを可能とするシステムの実施形態が説明されている。そのコンディショナは、維持費がより低く、コンディショニング媒体がコンディショニングの効果を失った際により効率的に補修されるコンディショニング媒体を実装していることが好ましい。コンディショニング材料は、送りロールと巻き取りロールとの間に結合されたコンディショニング媒体として提供されることが好ましい。本明細書では、この構成をウェブハンドリングシステムと呼ぶこととする。好ましい実施形態では、ドレッシングアセンブリが固定研磨剤研磨パッドに押し付けられることにより、固定研磨剤研磨パッドの柱部からポリマーマトリクスが除去され、新しい固定研磨剤粒子が露出される。
【0019】
以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細の一部もしくはすべてがなくとも実行可能である。そのほか、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の工程動作の説明は省略した。
【0020】
図2A−1は、本発明の一実施形態に従って、棒形のドレッシングアセンブリ210を用いるベルト式化学機械研磨(CMP)システム200aを示す。CMPシステム200aでは、2つのドラム214に取り付けられたエンドレス研磨パッド208が、研磨パッド回転方向216に回転する。好ましい実施形態では、研磨パッド208は、固定研磨剤研磨パッドであるよう構成されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、別の実施形態において、研磨パッド208は、任意の種類の研磨パッドでよい(例えば、軟質の研磨パッドであるか硬質の研磨パッドであるかに関わらず、従来のCMP研磨パッド)。
【0021】
図2A−1には、さらに、空気ベアリングまたは水ベアリングを備えると共にウエハを受けることのできる安定面を提供するために、固定研磨剤研磨パッド208の下方に配置されたプラテン212が示されている。プラテン212は、さらに、固定研磨剤研磨パッド208がパッド回転方向216に回転する際にそれを安定させるよう構成されている。さらに、固定研磨剤研磨パッドの表面には、ウエハと固定研磨剤研磨パッド208との研磨接触面を示すウエハ接触領域244が示されている。この実施形態では、ウェブハンドリング構成で設計されたドレッシングアセンブリ210は、固定研磨剤研磨パッド208の上方に配置されている。図に示すように、ドレッシングアセンブリ210と固定研磨剤研磨パッド208との接触面は、ウエハ接触領域244の前に配置される。したがって、ドレッシングアセンブリ210は、固定研磨剤研磨パッド208が、研磨されるウエハの表面層を研磨する前に、固定研磨剤研磨パッド208の表面をドレッシングすることで、固定研磨剤研磨パッド208の研磨性能を最適化するよう構成されている。
【0022】
さらに、CMPシステム200aの棒形ドレッシングアセンブリ210には、送りロール232aおよび巻き取りロール232bが示されており、それらは、この実施形態では、固定研磨剤研磨パッド208の上方に配置されるよう構成されている。さらに、好ましい実施例では、送りロール232aおよび巻き取りロール232bは、送りロール232aおよび巻き取りロール232bの幅が、固定研磨剤研磨パッド208の縁部に対してほぼ上方かつ平行に配置されるように、互いに対称的に配置される。送りロール232aは、ドレッシング媒体234のロールを保持すると共に、巻き取りロール232bに向かうドレッシング媒体移動方向242にドレッシング媒体234を送るよう構成されており、一方、巻き取りロール232bは、ドレッシング媒体234を受け取るよう構成されている。
【0023】
したがって、送りロール232aと巻き取りロール232bとの直線距離、延いては、ドレッシング媒体234と固定研磨剤研磨パッド208との接触面は、固定研磨剤研磨パッド208の幅にほぼ等しくなるよう構成されることが好ましい。この実施例では、送りロール232aおよび巻き取りロール232bは、およそ、約4mmから約100mmの幅W233を有するよう構成されている。しかしながら、送りロール232aおよび巻き取りロール232bの幅は、およそ、約8mmから約25mmの範囲であることが好ましく、およそ15mmの幅であることがより好ましい。
【0024】
ドレッシング媒体234の上方には、加圧プレート236が配置されている。加圧プレート236は、ドレッシング媒体234が固定研磨剤研磨パッド208に向かって押し付けられるように、ドレッシング媒体234に圧力を加えるよう構成されている。作用アーム238を有する安定化部材240は、加圧プレート236がドレッシング媒体234の上部で移動することを防ぐために必要な圧力を加圧プレート236に加えるよう構成されている。この実施形態では、加圧プレート236のサイズは、ドレッシング媒体234と固定研磨剤研磨パッド208との接触面とほぼ等しく構成されることが好ましい。さらに、加圧プレート236は、一様な圧力分布が実現されるように自己調整を行うよう構成された様々な機構(例えば、水圧機構、空気圧機構、ばね機構など)を用いて、固定研磨剤研磨パッド208に向かって下向きに押されるか、もしくは、固定研磨剤研磨パッド208の上方に引き上げられるよう構成される。さらに、加圧プレート236は、任意の材料(例えば、ステンレス鋼、プラスチックなど)から構成可能である。
【0025】
この実施形態では、加圧プレート236は、長方形の形状であるが、当業者にとって明らかなように、ドレッシング媒体234を固定研磨剤研磨パッド208に向かって下向きに押す機能が実現される限り、加圧プレート236は、任意の形状であってよい。さらに、当業者にとって明らかなように、送りロール232aおよび巻き取りロール232bの位置は、ドレッシングアセンブリ210の指標付けの機能が実現される限り、互いに入れ替え可能である。したがって、図2A−1の実施形態では、ドレッシングアセンブリ210は、固定研磨剤研磨パッド208がウエハ接触領域244に達する前に、固定研磨剤研磨パッド208をドレッシングするよう構成されており、それにより、研磨動作に先立って、望ましくない物質を除去して新しい研磨剤粒子を露出させることが好ましい。このように、ウェブ型ドレッシングアセンブリ210を用いると、固定研磨剤研磨パッド208のドレッシング動作が最適化されると共に、時間にわたって一定の固定研磨剤研磨パッドコンディショニングが提供される。
【0026】
図2A−2は、本発明の一態様に従って、ドレッシングアセンブリ210を示す断面図である。固定研磨剤研磨パッド208に対する送りロール232a、巻き取りロール232b、およびドレッシング媒体234の相対位置が明確に示されている。図に示すように、まず、送りロール232a、巻き取りロール232b、およびドレッシング媒体234は、固定研磨剤研磨パッド208の上方に配置されている。さらに、加圧プレート236が示されており、それは、ドレッシング媒体234の上に配置されている。作用アーム238が、加圧プレート236を下向きに押すと、加圧プレート236およびドレッシング媒体234は、下に押されることにより、ドレッシング媒体234を固定研磨剤研磨パッド208に押し付け、それによって、固定研磨剤研磨パッド208がパッド回転方向216に移動するにつれてドレッシングされる。
【0027】
本発明の一実施例に従って、ドレッシングアセンブリ210の簡略な断面図が、図2A−3に示されている。図に示すように、ドレッシング媒体234のいくらかの部分が、巻き取りロール232bに送られる。固定研磨剤研磨パッド208が所定の数のウエハを研磨すると、固定研磨剤研磨パッド208と接触したドレッシング媒体234の部分(ここでは、ドレッシング媒体234の接触面として定義されている)は、ドレッシングの効果を失うため、交換されなければならない。次いで、ドレッシング媒体234の使用済み部分は、プログラム可能な速度を用いて、送りロール232aがドレッシング媒体234を指標付けすることにより、ドレッシング媒体234の未使用部分に交換される。したがって、各CMP応用例に対して、指標付けパラメータは、研磨剤粒子のサイズと、研磨される必要のある固定研磨剤研磨パッド領域に従って、最適化可能である。さらに、指標付けは、固定研磨剤研磨パッド208の全幅を超えるドレッシング媒体234の新しい部分を設置するよう実行することも可能である。あるいは、ドレッシング媒体234の小さい部分のみを交換する必要がある場合には、ドレッシングアセンブリ210は、ドレッシング媒体234の小さい部分のみが指標付けされるようプログラムされることが可能である。ドレッシング媒体234が指標付けされると、ドレッシング媒体234の使用済み部分は、巻き取りロール232bによって回収される。送りロール232aのドレッシング媒体234の補給分が、完全に消費されると、ドレッシング媒体234の新しいロールと簡単に交換することができる。送りロール232aにドレッシングパッド媒体234を再供給するプロセスには、労力も時間も大して掛からない。さらに重要なことには、CMP装置を停止する必要があっても、その頻度が比較的少なく、時間もかなり短くて済むので、装置のスループットには最小限の影響しか与えない。
【0028】
図2A−3には、ドレッシング媒体234の研磨剤層234’が、簡単に示されている。ドレッシング媒体234は、ドレッシング媒体234の研磨剤層234’が露出されるように、送りロール232aおよび巻き取りロール232bに配置されている。作用アーム238がドレッシング媒体234に加圧プレートを押し付けると、ドレッシング媒体234の研磨剤層234’が、固定研磨剤研磨パッド208と接触するよう構成されている。したがって、研磨剤層234’は、ユニットとして定義される複数の研磨剤粒子を有するよう構成されており、それら研磨剤ユニットは、固定研磨剤研磨パッド208に接触することにより、固定研磨剤研磨パッド208の柱部からポリマー材料を除去して、柱部の新しい研磨剤粒子を露出させる。好ましい実施形態では、研磨剤層234’の研磨剤ユニットの平均サイズは、およそ、数ミクロンのオーダーであるよう構成されている。研磨剤ユニットは、ポリマーまたは望ましくない微粒子を除去する機能が実現される限りにおいて、ダイヤモンドまたはその他任意の研磨剤材料から構成されてよい。
【0029】
図2B−1の実施形態は、本発明の別の実施形態に従って、ベルト式CMPシステム200bのドレッシングアセンブリ210を示している。2つのドラム214に取り付けられた研磨パッド208は、パッド回転方向216に回転する。この実施例では、研磨パッド208は、固定研磨剤研磨パッドであることが好ましい。円形のウエハ接触領域244は、固定研磨剤研磨パッド208の上に規定されており、固定研磨剤研磨パッド208と、研磨されるウエハとの研磨接触面を示している。この実施形態では、送りロール232aおよび巻き取りロール232bは、固定研磨剤研磨パッド208の上方に配置されており、ドレッシング媒体移動方向242に回転するよう構成されている。この実施例では、送りロール232aおよび巻き取りロール232bの幅は、固定研磨剤研磨パッド208の幅にほぼ等しくなるよう構成されていることが好ましい。したがって、送りロール232aおよび巻き取りロール232bは、ドラム214とほぼ平行に配置されるよう構成される。
【0030】
さらに、ドレッシング媒体234が固定研磨剤研磨パッド208に向かって下向きに押されている際にドレッシング媒体234を安定させるために、ドレッシング媒体234の上方に配置された加圧プレート236が示されている。図に示すように、ドレッシングアセンブリ234の接触面は、固定研磨剤研磨パッド208と、研磨されるウエハとの研磨接触面の前に配置される。したがって、固定研磨剤研磨パッド208は、ウエハ接触領域244に達する前にドレッシングされるので、研磨接触面では十分な量の研磨剤ユニットが確実に存在する。明示されているように、この実施形態のドレッシングアセンブリ210は、ドレッシング媒体234の接触面が、固定研磨剤研磨パッド208によって必要とされるドレッシングの程度に応じて変化してもよいように実装されることも可能である。しかしながら、加圧プレート236の幅W237、延いては、ドレッシング媒体234と固定研磨剤研磨パッド208との接触面は、およそ、約4mmから約100mmの範囲であるよう構成されることが好ましく、加圧プレート236の幅W237は、およそ、約12mmであることがより好ましい。図2B−2は、ドレッシング媒体234の接触面がかなり小さいドレッシングアセンブリを実装する柔軟性を示すドレッシングアセンブリ210の簡略な断面図である。したがって、この実施例は、固定研磨剤研磨パッド208の任意の部分がドレッシングされる時間の長さを制限するため、固定研磨剤研磨パッド208の望ましくない過剰なドレッシングまたは不十分なドレッシングの起きる可能性が低減される。
【0031】
図3Aの実施形態は、本発明の別の実施例に従って、ドレッシングアセンブリ210’が研磨パッド208を横切って移動するよう構成されたベルト式CMPシステム200cを示している。CMPシステム200cの研磨パッド208は、ドラム214に取り付けられており、固定研磨剤研磨パッドであることが好ましい。図に示すように、送りロール232a、巻き取りロール232b、およびドレッシング媒体234は、固定研磨剤研磨パッド208の上方に配置されるよう構成されている。この実施例では、ドレッシングアセンブリ210’の送りロール232a、巻き取りロール232b、および加圧ディスク236’の長さは、研磨パッド208の幅よりも小さくなるよう構成されていることが好ましい。好ましい実施例では、送りロール232aおよび巻き取りロール232bの長さは、およそ、約12mmから約75mmの範囲である。さらに、ドレッシングアセンブリ210’が、移動方向239に固定研磨剤研磨パッド208を横切って移動するので、加圧プレート236’は、ディスクの形状であることが好ましい。したがって、加圧ディスク236’の直径は、送りロール232aおよび巻き取りロール232bの長さと等しいことが好ましい。したがって、好ましい実施形態では、加圧ディスク236’の直径は、およそ、約12mmから約75mmの範囲であり、およそ、約25mmの直径であることが好ましい。さらに、加圧ディスク236’の厚さは、およそ、約2mmから約30mmの範囲である。もちろん、所望のコンディショニング動作が実現される限り、その他のディスク形状、長方形の形状、正方形の形状などを用いてもよい。
【0032】
同様に、図3Bの実施形態は、ドレッシングアセンブリ210’が研磨ディスク208’をドレッシングするよう構成された回転式CMPシステム200c’を示している。この実施例では、ドレッシングアセンブリ210’は、研磨ディスク208’の中央部から研磨ディスク208’の縁部、および、研磨ディスク208’の縁部から研磨ディスク208’の中央部へ向かう移動方向250に移動するよう構成されている。CMPシステム200c’の研磨ディスク208’は、固定研磨剤研磨パッドであるよう構成されていることが好ましい。
【0033】
図4Aの実施形態のドレッシングアセンブリ210は、送りロール232aおよび巻き取りロール232bを備えるよう構成されており、ドレッシング媒体234は、送りロール232aから巻き取りロール232bに向かってドレッシング媒体移動方向242に送られる。送りロール、巻き取りロール、およびドレッシング媒体234は、研磨パッド208の上方に配置されるよう構成されている。この実施形態では、研磨パッド208は、固定研磨剤研磨パッドであるよう構成されている。図に示すように、作用アーム238は、加圧プレート236に圧力を加えて、ドレッシング媒体234を下向きに押すよう構成されており、それにより、ドレッシング媒体234は、固定研磨剤研磨パッド208に押し付けられる。この実施例では、ドレッシングアセンブリ210の送りロール232a、巻き取りロール232b、ドレッシング媒体234、作用アーム、および加圧プレート236は、ハウジング252によって保護されるよう構成されており、ドレッシングアセンブリ210が、滴、水、しぶきなどによって汚染されないようになっている。さらに、ドレッシングアセンブリ210は、圧力コントローラ254を収納する容器256に取り付けられている。したがって、容器256延いてはドレッシングアセンブリ210は、回転方向262に回転するよう構成されている。したがって、ドレッシングアセンブリ210は、回転しながら固定研磨剤研磨パッド208上を移動しつつ、固定研磨剤研磨パッド208をドレッシングすることにより、新しい研磨剤粒子を露出させる。
【0034】
図4Bに示すように、他の実施形態において、加圧部材236’’は、ローラの形状であるよう構成されている。したがって、図に示すように、加圧部材236’’は、ドレッシング媒体234および固定研磨剤研磨パッド208を下向きに押す機能が実現される限りは、任意の形状であってよい。
【0035】
理解を深めるために、上述の発明について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更と修正を行ってもよいことは明らかである。例えば、本明細書に記載された実施形態は、主にウエハのコンディショニングを目的としたものであるが、そのコンディショニング動作は、任意の種類の基板のコンディションに適するものであることを理解されたい。さらに、本明細書に記載された実施例は、特に固定研磨剤研磨パッドのドレッシングを目的としたものであるが、そのコンディショニング動作は、任意の種類の研磨パッドのコンディショニングに適するものであることを理解されたい。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、制限的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で修正可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】代表的な従来技術のCMPシステムを示す図。
【図1A−1】従来技術に関連するコンディショニングアセンブリのダイヤモンド配列の断面図。
【図1A−2】従来技術に関連するダイヤモンドの脱落したコンディショニングアセンブリの断面図。
【図1B−1】従来技術に関連する研磨剤研磨パッド媒体の平面図。
【図1B‐2】従来技術に関連する複数の研磨剤粒子を含む複数の柱部を示す研磨剤研磨パッド媒体の断面図。
【図1B‐3】従来技術に関連する複数の柱部のためのポリマーマトリクスおよび埋め込み研磨剤粒子を示す研磨剤研磨パッドストリップの断面図。
【図1B‐4】従来技術に関連するウエハのトポグラフィ形状の運動による固定研磨剤研磨パッドのコンディショニングの断面図。
【図2A−1】本発明の一実施形態に従って、棒形のドレッシングアセンブリを用いるベルト式CMPシステムを示す図。
【図2A−2】本発明の別の態様に従って、送りロール、巻き取りロール、およびドレッシング媒体の相対位置を示すドレッシングアセンブリの簡略な断面図。
【図2A−3】本発明のさらに別の実施形態に従って、送りロールがドレッシング媒体の補給分を有する状態の送りロールおよび巻き取りロールを示すドレッシングアセンブリの簡略な断面図。
【図2B−1】本発明のさらに別の実施形態に従って、棒形のドレッシングアセンブリを用いるベルト式CMPシステムを示す図。
【図2B−2】本発明の別の実施形態に従って、ドレッシングアセンブリを示す断面図。
【図3A】本発明の別の実施例に従って、ドレッシングアセンブリが研磨パッドを横切って移動するベルト式CMPシステムを示す図。
【図3B】本発明のさらに別の実施形態に従って、ドレッシングアセンブリが、ディスクの中央部からディスクの縁部へ、ディスクの縁部からディスクの中央部へ移動するにつれて、研磨ディスクをドレッシングする回転式CMPシステムを示す図。
【図4A】本発明のさらに別の実施形態に従って、加圧プレートが長方形の形状であり、容器内に収納されたドレッシングアセンブリを示す図。
【図4B】本発明の別の態様に従って、加圧部材がローラの形状であり、容器内に収納されたドレッシングアセンブリを示す図。
【符号の説明】
100…CMPシステム
102…ウエハ
102a…トポグラフィ形状
104…キャリア
106…回転方向
108…研磨パッド
108’…柱部
108a…研磨剤粒子
108b…柱部分離領域
110…コンディショニングアセンブリ
111…最上層
112…プラテン
114…ドラム
116…研磨パッド回転方向
118…スラリ
122…コンディショナディスク、コンディショニングディスク
123…トラックバー
124…ダイヤモンド配列
124’…ダイヤモンド
200a…ベルト式CMPシステム
200b…ベルト式CMPシステム
200c…ベルト式CMPシステム
200c’…回転式CMPシステム
208…研磨パッド
208’…研磨ディスク
210…ドレッシングアセンブリ
210’…ドレッシングアセンブリ
212…プラテン
214…ドラム
216…研磨パッド回転方向
232a…送りロール
232b…巻き取りロール
234…ドレッシング媒体
234’…研磨剤層
236…加圧プレート
236’…加圧ディスク
236’’…加圧部材
238…作用アーム
240…安定化部材
242…ドレッシング媒体移動方向
244…ウエハ接触領域
250…移動方向
252…ハウジング
254…圧力コントローラ
256…容器
262…回転方向

Claims (24)

  1. 化学機械研磨(CMP)装置で用いる研磨パッドコンディショナであって、
    研磨剤研磨面を有する固定研磨剤研磨パッドと、
    第1の点と第2の点との間に規定された接触面を有するウェブドレッシング媒体であって、前記第1の点は前記第2の点から離れており、前記ウェブドレッシング媒体は、前記ウェブドレッシング媒体の前記接触面が前記固定研磨剤研磨パッドの前記研磨剤研磨面に押し付けられるよう構成されるように、前記固定研磨剤研磨パッドの上方に配置されるよう構成されているウェブドレッシング媒体と、
    前記接触面の反対側の面であり、前記第1の位置と前記第2の位置との間に規定された前記ウェブドレッシング媒体の作用面に向かって押し付けられるよう構成された加圧プレートとを備える研磨パッドコンディショナ。
  2. 請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)装置で用いる研磨パッドコンディショナであって、前記ウェブドレッシング媒体の前記面は、前記固定研磨剤研磨パッドから、ある量のポリマーマトリクス材料を除去することにより、前記固定研磨剤研磨パッドの前記研磨剤研磨面をドレッシングして、固定研磨剤材料の新しい面を露出させる研磨パッドコンディショナ。
  3. 請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)装置で用いる研磨パッドコンディショナであって、さらに、
    前記固定研磨剤研磨パッド媒体の上方に配置された送りロールであって、前記ウェブドレッシング媒体の補給分を有するよう構成され、前記第1の点の付近に配置された送りロールと、
    前記固定研磨剤研磨パッド媒体の上方に配置された巻き取りロールであって、前記ウェブドレッシング媒体の少なくとも直線部分を回収するよう構成され、前記第2の点の付近に配置された巻き取りロールとを備える研磨パッドコンディショナ。
  4. 請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)装置で用いる研磨パッドコンディショナであって、さらに、
    前記ウェブドレッシング媒体の前記反対側の面に前記加圧プレートを制御可能に押し付けることにより、前記固定研磨剤研磨パッドに前記ウェブドレッシング媒体の前記を押し付けて、制御されたドレッシングを実現するための安定化部材を備える研磨パッドコンディショナ。
  5. 請求項4に記載の化学機械研磨(CMP)装置で用いる研磨パッドコンディショナであって、前記安定化部材は、作用アームを備える研磨パッドコンディショナ。
  6. 請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)装置で用いる研磨パッドコンディショナであって、前記第1の点および前記第2の点は、前記固定研磨剤研磨パッドの前記研磨剤研磨面に規定されたウエハ接触領域の前に配置されるよう構成されている研磨パッドコンディショナ。
  7. 請求項3に記載の化学機械研磨(CMP)装置で用いる研磨パッドコンディショナであって、前記ドレッシング媒体、前記送りロールおよび前記巻き取りロールは、ウェブハンドリングシステムを規定する研磨パッドコンディショナ。
  8. 請求項7に記載の化学機械研磨(CMP)で用いる研磨パッドコンディショナであって、前記ウェブハンドリングシステムは、前記固定研磨剤研磨パッドの第1の縁部の1つと、前記固定研磨剤研磨パッドの第2の縁部との間の移動方向に移動し、前記固定研磨剤研磨パッドの前記第2の縁部から前記固定研磨剤研磨パッドの前記第1の縁部への間の移動方向に移動するよう構成されている研磨パッドコンディショナ。
  9. 請求項7に記載の化学機械研磨(CMP)装置で用いる研磨パッドコンディショナであって、前記ウェブハンドリングシステムは、さらに、
    前記ウェブハンドリングシステムを収納するためのハウジングを備える研磨パッドコンディショナ。
  10. 請求項9に記載の化学機械研磨(CMP)装置で用いる研磨パッドコンディショナであって、前記ハウジングは、回転するよう構成されている研磨パッドコンディショナ。
  11. 請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)装置で用いる研磨パッドコンディショナであって、前記固定研磨剤研磨パッドは、オービタルパッドおよびベルト式パッドの一方であるよう構成されている研磨パッドコンディショナ。
  12. 研磨パッドをコンディショニングするための方法であって、
    研磨剤研磨面を有する固定研磨剤研磨パッドを準備する工程であって、前記固定研磨剤研磨パッドは、第1の点と第2の点との間を移動するよう構成されており、前記第1の点は、前記第2の点から離れている工程と、
    前記第1の点と前記第2の点との間にウェブドレッシング媒体を準備する工程であって、前記ウェブドレッシング媒体の接触面は、前記固定研磨剤研磨パッドの研磨剤研磨面の上方に配置される工程と、
    前記ウェブドレッシング媒体の前記接触面を前記固定研磨剤研磨パッドの前記研磨剤研磨面に押し付けて、前記固定研磨剤研磨パッドの前記研磨剤研磨面をドレッシングする工程とを備えるコンディショニング方法。
  13. 請求項12に記載の研磨パッドをコンディショニングするための方法であって、前記固定研磨剤研磨パッドの前記研磨剤研磨面に前記ウェブドレッシング媒体の前記接触面を押し付ける前記工程は、
    前記ウェブドレッシング媒体に圧力を制御可能に加えることにより、前記ウェブドレッシング媒体の前記接触面を前記固定研磨剤研磨パッドの前記研磨剤研磨面に押し付ける工程と、
    前記ウェブドレッシング媒体の前記接触面を、前記固定研磨剤研磨パッドの前記研磨剤研磨面に接触させる工程とを備えるコンディショニング方法。
  14. 請求項12に記載の研磨パッドをコンディショニングするための方法であって、前記固定研磨剤研磨パッドの前記研磨剤研磨面のドレッシングを行う前記工程は、
    前記固定研磨剤研磨パッドの前記研磨剤研磨面の柱部からポリマーマトリクス材料を除去する工程であって、固定研磨剤材料の新しい面を露出させるよう構成された工程を備えるコンディショニング方法。
  15. 請求項12に記載の研磨パッドをコンディショニングするための方法であって、前記第1の点と前記第2の点との間にウェブドレッシング媒体を準備する前記工程は、
    前記ウェブドレッシング媒体にわたって送りロールを準備する工程であって、前記送りロールは、前記ウェブドレッシング媒体の補給分を有するよう構成されている工程と、
    前記ウェブドレッシング媒体の上方に巻き取りロールを準備する工程であって、前記巻き取りロールは、前記ウェブドレッシング媒体の少なくとも直線部分を回収するよう構成されている工程と、
    前記ドレッシング媒体を前記送りロールから前記巻き取りロールへ送る工程とを備えるコンディショニング方法。
  16. 請求項12に記載の研磨パッドをコンディショニングするための方法であって、前記送り工程は、
    プログラム可能な速度で前記ウェブドレッシング媒体を指標付けする工程を備えるコンディショニング方法。
  17. 請求項15に記載の研磨パッドをコンディショニングするための方法であって、さらに、
    前記固定研磨剤研磨パッドの第1の縁部の1つと、前記固定研磨剤研磨パッドの第2の縁部との間の移動方向、および、前記固定研磨剤研磨パッドの前記第2の縁部と、前記固定研磨剤研磨パッドの前記第1の縁部との間の移動方向に、前記固定研磨剤研磨パッドの前記研磨剤研磨面を横切って移動することにより、前記固定研磨剤研磨パッドの前記研磨剤研磨面をドレッシングする工程を備えるコンディショニング方法。
  18. 請求項15に記載の研磨パッドをコンディショニングするための方法であって、さらに、
    前記固定研磨剤研磨パッドの中央部の1つと、前記固定研磨剤研磨パッドの縁部との間の移動方向、および、前記固定研磨剤研磨パッドの前記中央部と、前記固定研磨剤研磨パッドの前記縁部との間の移動方向に、前記固定研磨剤研磨パッドの前記研磨剤研磨面を横切って移動することにより、前記固定研磨剤研磨パッドの前記研磨剤研磨面をドレッシングする工程を備えるコンディショニング方法。
  19. パッドをコンディショニングするためのシステムであって、
    パッドコンディショニング媒体と、
    前記パッドコンディショニング媒体の補給分を収納する送りロールと、
    前記パッドコンディショニング媒体の端部を受け取るための巻き取りロールと、
    前記送りロールと前記巻き取りロールとの間に配置された加圧部材とを備え、前記加圧部材は、前記パッドの表面のコンディショニングを実現するために前記パッドコンディショニング媒体が、前記パッドに向かって押し付けられる際に、前記パッドコンディショニング媒体に圧力を加えるよう設計されているコンディショニングシステム。
  20. 請求項19に記載のパッドをコンディショニングするためのシステムであって、さらに、
    前記パッドコンディショニング媒体と、前記送りロールと、前記巻き取りロールと、前記加圧部材とを収納するためのハウジングを備えるコンディショニングシステム。
  21. 請求項19に記載のパッドをコンディショニングするためのシステムであって、前記パッドは、固定研磨剤パッド、非固定研磨剤パッド、ベルト式パッド、回転式、およびオービタルパッドのいずれかであるコンディショニングシステム。
  22. 請求項19に記載のパッドをコンディショニングするためのシステムであって、前記パッドコンディショニング媒体は、研磨剤ユニットの配列を備えるコンディショニングシステム。
  23. 請求項22に記載のパッドをコンディショニングするためのシステムであって、前記ユニットは、ダイヤモンド、ガラス管配列およびセラミックスのいずれかであることが可能であるコンディショニングシステム。
  24. 請求項19に記載のパッドをコンディショニングするためのシステムであって、前記加圧部材は、プレート、ディスク、およびローラのいずれかであることが可能であるコンディショニングシステム。
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