JP2004536717A - マルチポート研磨用流体給付システム - Google Patents
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Abstract
研磨用流体を化学的機械研磨表面(104)に給付するための方法及びシステムが提供されている。一実施形態において、このシステムは、少なくとも部分的に研磨表面の上方に配置された給付部を有するアーム(104)を含んでいる。第1ノズル及び第2ノズルは、このアームの該給付部に配置されている。第1ノズル(132)は、研磨用流体を第1の速度で流すように適合しており、一方、第2ノズルは、研磨用流体を第1の速度とは異なる第2の速度で流すように適合している。研磨用流体を化学的機械研磨表面に給付するための方法は、通常、研磨用流体を半導体研磨表面の1位置へ第1の速度で供給するステップと、研磨用流体を研磨表面の別位置へ第1の速度とは異なる第2の速度で供給するステップとを含んでいる。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
【技術分野】
【0001】
この発明の実施形態は、概括的には、化学的機械研磨システムにおいて基板を研磨するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体ウェーハの処理において、化学機械平坦化、即ちCMPを使用することが、ウェーハのような半導体加工物、即ち基板のデバイス密度を高める能力向上のために、支持を得てきた。化学機械平坦化システムは、一般に、研磨ヘッドを利用して基板を保持すると共に研磨材の研磨表面に押し付けながら、両者間に運動を与えている。ある平坦化システムは、研磨材を支持する静止プラテン上を可動の研磨ヘッドを利用している。他のシステムは、別の構造を利用して、例えば回転プラテンを提供して、研磨材及び基板の間に相対運動を与える。研磨用流体は、研磨中、基板と研磨材との間に置かれて、基板からの材料の除去を助ける化学的活性を与えるのが一般的である。一部の研磨用流体は、研磨剤も含むことがある。
【0003】
良好な研磨システム及びプロセスを開発する際の難題の1つは、基板の研磨される表面全域にわたる均一な材料の除去を可能にすることである。例えば、基板が研磨表面を横切って移動するときに、基板の縁がしばしばより高い速度で研磨される。これは、基板が研磨表面を交差して移動するときの摩擦力により基板が「ノーズドライブ(nose drive)」する傾向があることも手伝っている。
【0004】
基板の表面全域にわたる研磨の均一性に影響する別の問題は、ある材料が周囲の材料よりも速く除去される傾向のあることである。例えば、銅は、通常、研磨中に銅材料(代表的には酸化物)を囲む材料よりも迅速に除去される。しばしばわん状変形と言及される銅の迅速な除去は、銅表面の幅が5ミクロンを超えると特にはっきりと分かる。
【0005】
研磨の結果としての非均一性を緩和するために多くの解決策が利用されてきたが、完全に満足できると検認されるものは何もなかった。従って、より細い線寸法及び高いデバイス密度に向かう傾向のため、均一で高度に平坦化された表面に対する要求は依然と最大の関心事である。
【0006】
従って、化学機械平坦化システムにおける研磨の均一性の向上に対する必要性が存在する。
【発明の開示】
【0007】
本発明の一態様においては、研磨用流体を化学的機械研磨表面に給付するためのシステムが提供されている。一実施形態において、このシステムは、少なくとも部分的に研磨表面の上方に配置された給付部を有するアームを含んでいる。第1ノズル及び第2ノズルは、このアームの該給付部に配置されている。第1ノズルは、研磨用流体を第1の速度で流すように適合しており、一方、第2ノズルは、研磨用流体を第1の速度とは異なる第2の速度で流すように適合している。
【0008】
本発明の別の態様においては、研磨用流体を化学的機械研磨表面に給付するための方法が提供されている。一実施形態において、この方法は、研磨用流体を化学的機械研磨表面の一つの位置へ第1の速度で供給するステップと、研磨用流体を化学的機械研磨表面の別の位置へ第1の速度とは異なる第2の速度で供給するステップとを含んでいる。
【0009】
本発明の前述した特徴を達成する方法がより詳細に理解できるように、上に簡単に概要を述べた本発明のより特定的な説明は、添付図面に例示されたその実施形態を参照して得られる。しかし、添付図面は、本発明の代表的な実施形態を例示するに過ぎず、従って、その範囲を限定するものと考えるべきではなく、本発明については、その他の同等に効果的な実施形態も認めるものであることに留意されたい。
【0010】
理解を容易にするべく、図面に共通の同一要素を示すために、可能な限り、同一の参照符号が使用されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
図1は、研磨材108の全域にわたる研磨用流体114の分布を制御する研磨用流体給付システム102を有する、基板112を研磨するための研磨システム100の一実施形態を表わしている。本発明の種々の態様の恩恵を受けるように適合した研磨システムの実施例は、ビーラン(Birang)等により西暦1999年2月4日に出願された米国特許願第09/144,456号及びトレス(Tolles)等に対し西暦1998年4月14日に発行された米国特許第5,738,574号に開示されており、双方は、参照によりその全てがここに組み込まれる。研磨用流体給付システム102は研磨システム100に関連して記載されているが、本発明は、研磨用流体の存在下に基板を処理する他の研磨システムにおいて有用性を有している。
【0012】
一般に、具体例としての研磨システム100は、プラテン104及び研磨ヘッド106を有している。プラテン104は、通常、研磨中に基板112を保持する研磨ヘッド106の下方に配置される。プラテン104は、通常、システム100のベース122上に配置されると共に、モータ(図示せず)に結合される。このモータは、プラテン104を回転させて、該プラテン104上に配置された研磨材108と基板112との間の相対研磨運動の少なくとも一部を可能にしている。基板112及び研磨材108の間の相対運動は別の方法で提供されてもよいことが分かる。例えば、基板112及び研磨材108の間の相対運動の少なくとも一部は、研磨ヘッド106を静止プラテン104の上で移動させ、研磨材を基板112の下方で直線的に移動させ、研磨材108及び研磨ヘッド106等の双方を移動させることにより、行うことができる。
【0013】
研磨材108は、通常、研磨表面116が研磨ヘッド106に向かって上向きになるようにプラテン104により支持される。研磨材108は、処理中、接着剤、真空、機械的クランプ等によりプラテン104に固定されるのが典型的である。オプションとして、また、特に研磨材108が織布として構成されている適用例において、研磨材108は、典型的には、前に組み込まれた米国特許願第09/144,456号に記載のように研磨材108とプラテン104との間に与えられる真空の使用によって、プラテン104に解放可能に固定される。
【0014】
研磨材108は、慣用の研磨材料又は固定研磨材料(fixed abrasive material)でもよい。慣用の研磨材108は、一般的に、発泡ポリマーから構成されると共に、パッドとしてプラテン104上に配置されるのが一般的である。一実施形態において、慣用の研磨材108は、発泡ポリウレタンである。このような慣用の研磨材108は、デラウェア洲ニューヨーク所在のロデル・コーポレイション(Rodel Corporation)から入手しうる。
【0015】
固定研磨材料である研磨材108は、バッキングシート上に離散成分になって配置されるレジンバインダー中に懸濁した複数の研磨粒子から一般に構成される。固定研磨材料の研磨材108は、パッド又は織布の形で利用してもよい。研磨粒子は研磨材自体に含まれているので、固定研磨材料の研磨材を利用するシステムは、研磨剤を含まない研磨用流体を利用するのが通例である。固定研磨材料である研磨材の例は、西暦1997年12月2日にラザフォード(Rutherford)等に対して発行された米国特許第5,692,950号及びハース(Haas)等に対して西暦1995年9月26日に発行された米国特許第5,453,312号に開示されており、双方は、参照によりその全てがここに組み込まれる。かかる固定研磨材料の研磨材108は、ミネソタ洲セントポール所在のミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリング・カンパニー(3M:Minnesota Manufacturing and Mining Company)からも入手しうる。
【0016】
研磨ヘッド106は、一般的に、プラテン104の上方に支持されている。この研磨ヘッド106は、研磨表面116に面する凹部120内で基板112を保持する。研磨ヘッド106は、通常、プラテン104に向かって移動すると共に、研磨中、基板112を研磨材108に押し付ける。研磨ヘッド106は、静止していてもよく、或いは基板112を研磨材108に押し付けながら、回転し、分離し、環状に、直線的に、或いは複数の運動を組み合わせて移動しうる。本発明の恩恵を受けるように適合しうる研磨ヘッド106の一実施例は、スニガ(Zuniga)等に対し西暦2001年2月6日に発行された米国特許第6,183,354号(B1)に記載されており、その全体は参照によりここに組み込まれる。本発明の恩恵を受けるように適合しうる研磨ヘッド106の別の一実施例は、カリフォルニア洲サンタクララのアプライド・マテリアルズ株式会社(Applied Materials, Inc.)から入手可能のチタンヘッド(登録商標:TITAN HEAD)ウェーハキャリアである。
【0017】
研磨用流体給付システム102は、一般的に、給付アーム130と、このアーム130に配置された複数のノズル132と、少なくとも1つの研磨用流体源134とを備えている。給付アーム130は、研磨材108の研磨表面116上の研磨用流体114の給付を制御するように構成されている。一実施形態において、給付アーム130は、研磨用流体114を異なる流量でアーム130に沿って調節供給するように構成されている。研磨用流体114が単一源から一般に供給されるときに、この研磨用流体114は、研磨材108の幅(即ち、直径)に沿って変動する量ではあるが均一濃度で研磨材108上に配分される。
【0018】
給付アーム130は、一般的に、プラテン104の直ぐ近くでベース122に結合されている。この給付アーム130は、研磨材108の上方に懸架された部分136を少なくとも一般的に有している。給付アーム130は、この部分136が研磨用流体114を研磨表面116に配送するように位置決め可能である限り、システム100の他の部分に結合されてよい。
【0019】
複数のノズル132は、プラテン104の上方に配置された給付アーム130の一部136に沿って配置される。一実施形態において、ノズル132は、少なくとも第1のノズル140及び第2のノズル142を備えている。第1のノズル140は、研磨材108の回転の中心に関して第2のノズル142の半径方向内側でアーム130上に位置決めされるのが典型的である。研磨材108の全域にわたる研磨用流体114の給付は、第1のノズル140からの研磨用流体114を第2のノズル142からの流れとは異なる速度で流すことによって制御される。
【0020】
図2に表わしたように、第1のノズル140は、一般的に、研磨用流体114を研磨表面116の第1の部分202に第1の速度で流し、一方、第2のノズル142は、研磨用流体114を研磨表面116の第2の部分104に第2の速度で流す。このようにして、研磨材108の幅方向の端から端まで研磨用流体114の給付が調整される。
【0021】
図1に戻ると、第1及び第2のノズル140,142を出る流量は、互いに概ね異なっている。これらの流量は、互いに関して固定することができ、或いは制御可能である。一実施形態において、流体給付アーム130は、第1及び第2のノズル140,142の間に配備された研磨用流体供給ライン124を含んでいる。T字形の結合具126は、供給ライン124に結合されると共に、第1の給付ライン144とそこから分岐する第2の給付ライン146とを有し、これらがノズル140,142にそれぞれ結合されている。
【0022】
ノズル132のうちの少なくとも1つは、流量制御機構150を含んでいる。この流量制御機構150は、ノズル140,142間に固定の流量比を与える装置でよく、或いは流量制御機構150は、流量の動的制御を行うように調節可能でよい。流量制御機構150の実施例には、固定オリフィス、ピンチ弁、比例弁、絞り、ニードル弁、絞り弁、定量ポンプ、マスフローコントローラ等がある。或いは、流量制御機構150は、各ノズル140,142及びT字形結合具126を結合する流体給付ライン144,146間の相対的な圧力降下の差により提供されていてもよい。
【0023】
研磨用流体源134は、システム100の外部に設けられるのが典型的である。一実施形態において、研磨用流体源134は、一般的に、タンク152及びポンプ154を含む。ポンプ154は、一般的に、研磨用流体114をタンク152から汲み上げ、供給ライン124を経てノズル132に注入する。
【0024】
タンク152に収容された研磨用流体114は、典型的には、研磨中の基板112の表面からの材料の除去に役立つ化学的活動をもたらす化学添加剤を有するイオン除去水である。研磨用流体114が単一源(即ち、タンク152)からノズル132に供給されるときに、ノズル132から流れる流体114は、実質的に均質であり、即ち、化学試薬又は同伴研磨剤の濃度が変化していない。オプションとして、研磨用流体は、基板の表面からの材料の機械的除去に役立つ研磨剤を含んでいてよい。研磨用流体は、一般的に、例えば、イリノイ洲オーロラのカボット(Cabot)・コーポレイション、デラウェア洲ニューアークのロデル(Rodel)・インコーポレイテッド、日本国の日立化成工業株式会社、デラウェア洲ウィルミントンのデュポン(Dupont)・コーポレイションのような多数の市販源から入手可能である。
【0025】
作動中、基板112は、研磨ヘッド106内に位置決めされていて、回転するプラテン104により支持された研磨材108と接触状態になっている。研磨ヘッド106は、基板を静止状態に保持してもよいし、或いは研磨材108及び基板112間の相対運動を増すように基板を回転させるか又は別の方法で移動させてもよい。研磨用流体給付システム102は、研磨用流体を供給ライン124を経由して第1及び第2の研磨ノズル140,142に流す。
【0026】
図2は、システム100の平面図を表わし、研磨材108の部分202及び204上への研磨用流体114の流れを例示している。研磨用流体114の第1の流れ206は、第1のノズル140から出て第1の速度で第1の部分202上に流れ、一方、研磨用流体114の第2の流れ208は、第2のノズル142から出て第2の速度で第2の部分204上に流れる。一般的に、第1の流れ206は第2の流れ208とは異なっており、従って、研磨材108の研磨表面116の全域にわたる研磨用流体114の制御された給付を可能にする。一実施形態において、第1の流れ206は、第2の流れ208の流量の少なくとも約1.15倍の流量を有している。研磨材108の全域にわたる研磨用流体114の制御された分布は、研磨材108上への研磨用流体114の相対的な流れを制御することにより基板112の表面からの材料除去が基板112の幅の端から端まで調整されることを許容する。例えば図2を参照すると、より多くの研磨用流体114が研磨材108の第2の部分204よりも第1の部分202に供給されてもよい(逆もまた同様)。オプションとして、追加のノズルを利用して、研磨材108の少なくとも2つの部分が異なる流量でその上に研磨用流体114を配分せしめられている研磨材108の他の部分に、異なる量の研磨用流体114を供給してもよい。
【0027】
例えば動作の一形態において、システム100により研磨されている基板112は、第1のノズル140及び第2のノズル142から供給される研磨用流体114で処理される。研磨用流体114は、第1の流量で第1のノズル140から研磨材108上に配分される。研磨用流体114は、同時に、第2の流量で第2のノズル142から研磨材108上に配分される。一実施形態において、第1の流量は第2の流量の約1.2から20.0倍である。研磨用流体給付システム104を利用する処理から結果として得られる研磨の均一性402は図4に表わされている。同一の総研磨用流体流量を有する従来の研磨用流体給付システム(即ち、研磨用流体が単一のノズル又はチューブからのみ研磨材に給付されているシステム)を利用して達成された従来の基板研磨の均一性404は、比較のために提供されている。図4に例示されているように、均一性402は、従来の結果404を超えて向上されている。
【0028】
比例弁、ニードル弁、マスフローコントローラ、定量ポンプ、蠕動ポンプ等のような動的(即ち、調節可能)な制御機構150を有する構成において、研磨材108上の研磨用流体114の給付は、プロセス中に調節してよい。例えば、第1のノズル140からの研磨用流体の流れは、プロセスの一部分の間に第1の流量で研磨材108に適用され、プロセスの他の部分の間に第2の流量に調節されうる。第2のノズル142からの研磨用流体114の給付の速度もまた研磨プロセス中に変更しうる。どちらのノズル140,142からの研磨用流体の流れの調節は無限であることに留意すべきである。第1のノズル140及び第2のノズル142間に配置される追加のノズルの使用は、第1のノズル140及び第2のノズル142間に配置されたノズルのところで多かれ少なかれ研磨用流体114を供給することにより、均一性のプロフィールが更に改良されると共に局部的に整形されることを可能にする(図3に関する以下の記載を参照)。
【0029】
オプションとして、ノズル140,142からの流量を超える動的制御を有する研磨用流体給付システムには、研磨用流体の分布のリアルタイムな調節のためプロセスフィードバックを行う計測学装置118を含んでもよい。計測学装置118は、研磨の時間、研磨されている基板の表面膜の厚み、表面トポグラフィー、又はその他の基板特性のような研磨基準値を検出するのが通例である。
【0030】
一実施形態において、研磨材108は、計測学装置118が研磨材108に対峙し配置された基板112の表面を観察することを可能にする窓160を含んでもよい。計測学装置118は、通常、窓160を経て基板112へと通るビーム164を発するセンサ162を含んでいる。ビーム164の第1の部分は、基板108の表面で反射され、一方、ビーム164の第2の部分は、基板108の研磨される表面の下側にある材料の層により反射される。これらの反射ビームはセンサ162で受信され、反射ビームの2つの部分の波長差が解析されて基板112の表面上にある材料の厚さを測定する。一般的に、この厚さ情報は、コントローラ(図示せず)に供給され、これが研磨材108上の研磨用流体分布を調整して、基板の表面上に所望の研磨結果を生み出す。有利に使用しうる監視システムの一例は、ビラン(Birang)等により西暦1996年8月16日に出願された米国特許願第08/689,930号に記載されており、その全体は参照によりここに組み込まれる。
【0031】
オプションとして、計測学装置118は、基板112の全幅にわたり研磨パラメータを監視するため追加のセンサを含んでもよい。追加のセンサは、多かれ少なかれ材料が基板112の一部分で別の部分に関して除去されるように基板112の全幅にわたり研磨用流体114の分布が調整されることを考慮に入れている。更に、ノズル140,142からの流量を調節するプロセスは、いかなる時点でも基板112の全域にわたる材料除去の速度を動的に制御するため研磨シーケンスの経過に伴って繰り返し行われてもよい。例えば、基板112の中央は、研磨シーケンスの初期に基板112の中央まで、より多くの研磨用流体を供給することにより一層速く研磨しうるのに対して、基板112の周囲は、周囲領域へより多くの研磨用流体を供給することによって、研磨シーケンスの終期により速く研磨することができる。
【0032】
図3は、複数のノズル302を有する研磨用流体給付システム300の別の実施形態を表わしている。このシステム300は、図1の流体給付システム102と同様に構成されてよく(即ち、単一の研磨用流体供給ラインを有する)、或いは各ノズル302が専用の供給ライン304を流体源306に連絡せしめるように構成されてもよい。各供給ライン304は計測学装置308に流体的に結合されている。この計測学装置308は、歯車ポンプ、蠕動ポンプ、容積式ポンプ、ダイヤフラムポンプ等のような計量型ポンプとすることができる。各計測学装置308は、システム300の各ノズル302に供給される研磨用流体114の量を制御するコントローラ(図示せず)に結合されている。各計測学装置308が個別に制御可能であるので、複数のノズル302の各々からの研磨用流体114の流れは他のノズルから独立して制御され、研磨材108上の研磨用流体114の給付は実用的に無数の形でアレンジすることができる。
【0033】
上述したように、各計測学装置は、研磨の間に研磨材108に配送される研磨の流量を変更しうる。例えば、ノズル302のうちの1つは、そこを通る研磨用流体114の流量を、基板が研磨されている間に、増加することができる。ノズルのうちの別の1つは、研磨中に研磨用流体114の流量を減少させることができる。もちろん、任意の時点でのノズル流量の制限のない変更は、所望の研磨結果を生ずるように設定しうる。研磨用流体の流量は各ノズル302を通じて個々に制御可能であるから、研磨特性は、基板処理の期間中、基板の幅の端から端まで調整しうる。
【0034】
流体給付源306は、研磨されている基板112の表面318からの材料除去の速度又は場所を制御するために計測学装置308と協力して使用可能である。通常、基板112の表面318上にある材料の除去速度又は残留厚さは、計測学装置308によって検出しうると共に、コントローラに供給され、このコントローラが次いで各ノズル302から出る種々の流量を調節して所望の研磨結果、例えば、基板112の周囲に対するより速い研磨をもたらす。
【0035】
一実施形態において、研磨材308は、計測学装置308が研磨材108に向かい配置された基板112の表面318を観察することを可能にする窓310を含むことができる。計測学装置308は、通常、窓310を経て基板112へと通るビーム316を発するセンサ314を含んでいる。ビーム316の第1の部分は、基板108の表面318で反射され、一方、ビーム316の第2の部分は、基板108の研磨される表面318の下側にある材料の層320により反射される。これらの反射ビームはセンサ314で受信され、反射ビームの2つの部分の波長差が解析されて基板112の表面318上にある材料の厚さを測定する。一般的に、この厚さ情報は、コントローラに供給され、これが研磨材108上の研磨用流体分布を調整して、基板の表面318上に所望の研磨結果を生み出す。
【0036】
オプションとして、計測学装置308は、基板112の全幅にわたり研磨パラメータを監視するため追加のセンサを含むことができる。追加のセンサは、多かれ少なかれ材料が基板112の一部分で別の部分に関して除去されるように、基板112の全幅にわたり研磨用流体114の給付が調整されることを考慮に入れている。更に、ノズル302からの流量を調節するプロセスは、いかなる時点でも基板112の全域にわたる材料除去の速度を動的に制御するため研磨シーケンスの経過に伴って繰り返し行われてもよい。例えば、基板112の中央は、研磨シーケンスの初期に基板112の中央へより多くの研磨用流体を供給することにより一層速く研磨しうるのに対して、基板112の周囲は、周囲領域へより多くの研磨用流体を供給することにより研磨シーケンスの終期により速く研磨することができる。
【0037】
図5は、研磨用流体給付システム500の別の実施形態を表わしている。このシステム500は、研磨表面570の上方に複数の研磨用流体給付管506を配置させるように適合したアーム502を含んでいる。このアーム502は、研磨用流体を研磨表面570の異なる諸部分に選択的に供給し、それにより研磨表面570の幅(又は直径)の端から端までの研磨用流体の分布、従って、研磨速度を制御するように構成されている。一実施形態において、研磨表面570の全域にわたる研磨用流体の給付は、研磨用流体を所定の場所に流すように管506を位置決めすることにより制御することができる。別の実施形態において、これらの管506を通る流れは、選択的に出したり止めたりすることができる。
【0038】
図5に表わされた実施形態において、アーム502は、複数の研磨用流体管受け部、例えば孔504を有しており、その中に管506が選択的に配置されている。一般的に、アーム502は、管506よりも多くの数の孔504を有しており、それにより個々の管506がアーム502に沿って選択的に配置されることを可能にしている。アーム502に沿った管506の位置は、研磨表面570のどの部分が研磨中に研磨用流体を受けるかを決定づけるので、管506を配置するのにどの孔504を使用するかの選択が研磨表面570上の研磨用流体の給付を制御し、基板574(仮想線で図示)の幅全域での局部的な研磨速度の制御を可能にする。管506の位置は、例えばクランプ、スライダ、ストラップ、スロット等のようなその他の装置又は方法によってアーム502に沿って固定及び調節することが考えられる。
【0039】
アーム502は、研磨表面570に対して垂直に方向付けられるのが典型的な、第1の側部508と反対側の第2の側部510とを有している。先端面512は側部508,510を結合している。研磨用流体給付管を受ける孔504は、側部508,510の少なくとも一方に沿って配置されている。アーム502は、処理中に基板574(仮想線で図示)を研磨表面570に接触し保持する研磨ヘッド572に余裕を与えるため、その長さに沿って湾曲部を含むことができる。
【0040】
図5に図示した実施形態において、孔504は、アーム500の側部508,510及び端面512に沿って配列されている。孔504の第1組514は、第1の側部508に沿って配置され、孔504の第2組516は、第2の側部510に沿って配置され、孔504の第3組518は、端面512に沿って配置されている。孔504の数と位置は、所定間隔での管506の位置決めを許容して研磨しながら所定の研磨均一性をもたらすために、変更しうる。例えば、第1組514は半インチの間隔で離間した9個の孔504を含み、第2組516は半インチの間隔で離間した10個の孔504を含み、一方、第3組518は2個の孔504を含むことができる。従って、アーム502に沿った管506の位置は、研磨用流体を研磨表面の個々の部分に流し、それにより基板の幅全体にわたり局所研磨速度を制御するように、選択しうる。
【0041】
図5に図示された実施形態において、管506は、基板574に対して所望の研磨均一性をもたらすために所定グループの孔504に配置しうる。第1の管506Aは、第1組514の孔504のうちの1つに配置されて研磨用流体を研磨表面570の第1の部分562に流す。第2の管506Bは、第1組514の孔504のうちの別のものに配置されて研磨用流体を研磨表面570の第2の部分564に流す。第3の管506Cは、第2組516の孔504のうちの1つに配置されて研磨用流体を研磨表面570の第3部分566に流す。第4の管506Dは、第3組518の孔504のうちの1つに配置されて研磨用流体を研磨表面570の第1の部分562に流す。管506A〜Dのどれか1つを別の孔504に移動させることにより、研磨表面570上の研磨用流体の分布は変化し、それに応じて、表面574の直径方向の端から端まで材料除去の速度を変える。管506A〜Dの位置は、単一の基板を研磨しながら(即ち、原位置)所望の研磨結果を実現し、異なる材料を研磨するときのシステムの柔軟性を高め、そして基板の確定した研磨均一性又は研磨プロフィールをもたらすべく特定プロセスを最適化するようもっと大きな自由度のプロセス制御を可能とするため、アーム502に沿って移動させうる。例えば、管506A〜Dは、酸化物から銅研磨への変化、受入れ基板間の表面プロフィールの変化、又はフィーチャー幅の変化等のような基板表面特性の変化に応じて、第1組の孔504から第2組の孔504へ再配置させうる。
【0042】
代替え案として、研磨表面570上の研磨用流体の分布は、これらの管506に研磨用流体を順次に流すことにより変えることができる。例えば、研磨用流体は、研磨プロセスの第1の部分の間、管506A〜Cを経由し供給されて、基板の直径の端から端まで所定の研磨速度プロフィールで基板574を研磨可能である(即ち、研磨の速度は基板の直径の端から端まで異なっている)。研磨プロセスの第2の部分において、第4の管506Dを通る流れが供給されて、研磨表面570上の研磨用流体の給付が変わり、研磨速度プロフィールを変更する。管506A〜Dを通る流れは、多様な組合せで出すか又は止めて、対応する研磨特性を発生させる。管506A〜Dを通る流れの順序は、上述したように、検出された研磨基準値に応じて制御可能である。或いは、管506A〜Dを通る流れの順序は、局所研磨速度に影響するその他のプロセス特性もしくはパラメータの変化に対して補償することにより、基板の均一な研磨をもたらすように選択可能である。
【0043】
図6を参照すると、アーム502は、このアーム502が研磨表面570の上方で回転するのを容易にする支柱602により支持されるのが通例である。アーム502は、支柱602に対して垂直に方向付けられており、そして一実施形態において、その長さに沿ってオフセットもしくは湾曲されている。支柱602は更に、管506をアーム502に引き回す導管を提供する。
【0044】
アーム502に形成された孔504は、ねじ切りされた上部606と下部604とを含むのが典型的である。下部604は、上部606の直径よりも小さい直径を有していて、孔506内に段部608を形成している。下部604は、管506がそこにフィットして通るのを許容するように構成されるのが通例である。上部606はねじ部612を含んでいる。各管506は、コレット610により、孔504の1つ内に保持される。
【0045】
図5を更に参照すると、コレット610は、ねじが切られた外面502をもつ概して先細の柱形状を有している。このコレット610は、中央リング506から細い端部504へと先細になっている。コレット610の細い端部504は、中央リング506から延びる指状部510を画成する複数のスロット508を含んでいる。リング506は管506にぴったり嵌合するように構成されている。管506を孔504内に所望の深さまで挿入した後、コレット610は孔504のねじ部612に係合する。コレット610の先細形状は、コレット610が孔504の上部606にねじ込まれたときに、指状部510が管506との接触状態に付勢されるのを可能とし、それにより管506を孔504内にクランプする。
【0046】
コレット610は、管506が所定の長さまでアーム502の下方に延びるのを許容する。従って、管506の出口614を研磨表面の直ぐ近くに確実に位置決めしながら、アーム502が、アーム502上に堆積して後から研磨中に基板を汚染及び/又は損傷させるかもしれない汚染物質及びその他の塵埃を避けて、研磨表面からもっと大きな距離のところに維持される。一実施形態において、管506の出口614はアーム502の下方へ少なくとも1インチ延びている。
【0047】
図6及び図8は、どの管506によっても占められていない孔504に研磨用流体及びその他の汚染物質が入るのを防止するために利用されているプラグ620の一実施形態を表わしている。このプラグ620は、第1端部628から延びる同心状の支柱624と、第2端部632に同心状に形成されたねじ穴630とを有する円筒形本体部622を含んでいる。支柱624は、研磨用流体及びその他の汚染物質が孔504に入るのを防止するため孔504の下部604にぴったり収まるように構成されている。支柱624は、研磨表面570に臨むアーム502の下側644と同一平面で延びるか或いはそこから若干突き出るように延びるのが典型的である。止めねじ626は、孔506の上部606にねじ込まれ、プラグ620を付勢して段部608に当て、プラグ620を孔504内に固定する。このプラグ620は、止めねじ626を取り出し、そしてねじが切られた物体(図示せず)をプラグ620のねじ穴630に挿入することにより、孔504から除去しうる。プラグ620は、その後、孔504から引き出される。
【0048】
図6に戻って参照すると、アーム500は、自由選択のスプレー装置640を含んでいてよい。このスプレー装置640は、一般的に、アーム500の下側644に結合される管642を含んでいる。管642は、離間した間隔でこの管642に結合されるか或いは形成される複数のノズル646を含んでいる。管642は、支柱602を通って経由された導管650によって洗浄用流体源648に結合されている。この洗浄用流体源648は、通常、イオン除去水のような加圧洗浄用流体をノズル646を介して研磨表面570に供給し、汚染物質又はその他の塵埃を研磨表面から除去する。本発明の恩恵を受けるのに適合した1つのスプレー装置は、ケネディー(Kennedy)に対し西暦2000年10月51日に発行された米国特許第6,139,406号に記載されており、その全体は参照によりここに組み込まれる。
【0049】
図9は、研磨用流体給付装置900の別の実施形態の断面図を表わしている。この装置900は、第1の側部904と、反対側の第2の側部906と、側部904,906の間に配置され研磨表面910に臨む下側面908とを有するアーム902を含んでいる。側部904,906は、一般的に、アーム902の長さを規定しており、その一部は研磨表面910の上方に延在するように適合している。
【0050】
研磨用流体源(図示せず)に結合されるマニホルド912は、アーム902の長さに沿って延びている。このマニホルド912は、アーム902に結合されるか、アーム902中に配置されるか、或いはアーム902と一体的に形成されうる。マニホルド912は、一般的に、このマニホルド912の長さに沿って離間した関係で配置された複数の出口914を含んでいる。該出口914は、マニホルド912からの研磨用流体を研磨表面910の個々の部分に流すように適合されている。
【0051】
各出口914は、そこに流量制御機構916を結合せしめている。この流量制御機構916は、特にピンチ弁、比例弁、ニードル弁、遮断弁、定量ポンプ及び質量流量コントローラのような手動又は自動の流量制御装置とすることができる。流量制御機構916は、研磨表面910の全幅にわたる研磨用流体の給付を制御するため各出口914の流れを選択的に出したり或いは止めたりすることを可能とし、それにより表面910に関し研磨された基板の研磨プロフィールの制御というそれ相応の結果になる。
【0052】
一実施形態において、例えば電磁弁である流量制御機構914は、コントローラ918に結合されている。このコントローラ918は、研磨されている基板の直径の端から端まで材料除去の速度を調整するのを容易にするため、各流量制御機構914が所定の順序で開放又は閉止されるのを可能にする。コントローラ918の使用は、流量プロフィールがその場で調整されるのを可能にする。例えば、コントローラ918は、研磨の時間、研磨されている基板上の表面膜の厚さ、表面トポグラフィー、又はその他の基板特性のような研磨基準値に応じて研磨プロフィールを変えるため、図1に記載したような計測学装置118に結合されうる。
【0053】
スプレー装置920もまた、アーム902に結合することができ、洗浄用流体を研磨表面920上に噴霧するようになっている。このスプレー装置920は、図6に関連して記載したスプレー装置640と概ね同様である。
【0054】
従って、研磨用流体給付システムは、研磨表面の種々の部分への研磨用流体の給付を制御することにより、研磨中の材料除去の速度が基板の全幅にわたり調整されることを可能にする。研磨用流体の給付は、アームに沿って種々の位置から送り出される研磨用流体の相対的な量を制御するか、研磨表面の上方を延びるアームに沿う研磨用流体給付管の位置を変えるか、或いは管からの流れを選択的に出したり止めたりして基板の一領域において他よりも相対的に速く研磨することにより、制御されることができる。より適合性のあるプロセス窓が形成されているが、研磨用流体の給付を制御することは、研磨中に消費される研磨用流体の量を減少させ、これにより処理コストを低減させる利点がある。
【0055】
本発明の教示内容が図示され詳細に記載されてきたが、技術的に習熟した者は、教示内容を依然として含み且つ本発明の範囲及び精神から逸脱しないその他の多様な実施形態を考え出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0056】
【図1】研磨用流体給付システムの一実施形態を有する研磨装置の簡略化した概略図である。
【図2】図1の装置の平面図である。
【図3】別の研磨用流体給付システムの簡略化した概略図を表わしている。
【図4】従来の研磨装置及び図1の装置で研磨された基板に関する研磨の均一性の比較である。
【図5】研磨用流体給付装置の、別の実施形態の平面図である。
【図6】断面線6−6に沿った図5の研磨用流体給付装置の断面図である。
【図7】研磨用流体給付管を研磨用流体給付装置の保持するための、コレットの一実施形態の部分等角平面図である。
【図8】断面線8−8に沿った図5の研磨用流体給付装置の部分断面図である。
【図9】研磨用流体給付装置の、別の実施形態の破断等角図である。
【符号の説明】
【0057】
100…研磨システム、102…研磨用流体給付システム、104…プラテン、106…研磨ヘッド、108…研磨材、112…基板、114…研磨用流体、116…研磨表面、118…計測学装置、124…給付流体供給ライン、130…アーム、132…ノズル、134…研磨用流体源、136…ノズルが配置される研磨材の部分、140…第1アーム、142…第2アーム、150…流量制御機構、300…研磨用流体給付システム、202…パッドの第1の部分、204…パッドの第2の部分、302…ノズル、308…計測学装置、318…基板の表面、500…研磨用流体給付システム、502…アーム、504…孔、508…第1の側部、510…第2の側部、562…パッドの第1の部分、564…パッドの第2の部分、506…研磨用流体給付管、570…研磨表面、572…研磨ヘッド、574…基板、604…下側部、606…ねじ切りされた上側部、608…段部、610…コレット、612…ねじ部、620…プラグ、622…円筒形本体部、624…ピン、626…止めねじ、642…管、646…ノズル、900…研磨用流体給付装置、902…アーム、904…第1の側部、906…第2の側部、910…研磨表面、912…マニホルド、914…出口、916…流量制御機構。
【0001】
この発明の実施形態は、概括的には、化学的機械研磨システムにおいて基板を研磨するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体ウェーハの処理において、化学機械平坦化、即ちCMPを使用することが、ウェーハのような半導体加工物、即ち基板のデバイス密度を高める能力向上のために、支持を得てきた。化学機械平坦化システムは、一般に、研磨ヘッドを利用して基板を保持すると共に研磨材の研磨表面に押し付けながら、両者間に運動を与えている。ある平坦化システムは、研磨材を支持する静止プラテン上を可動の研磨ヘッドを利用している。他のシステムは、別の構造を利用して、例えば回転プラテンを提供して、研磨材及び基板の間に相対運動を与える。研磨用流体は、研磨中、基板と研磨材との間に置かれて、基板からの材料の除去を助ける化学的活性を与えるのが一般的である。一部の研磨用流体は、研磨剤も含むことがある。
【0003】
良好な研磨システム及びプロセスを開発する際の難題の1つは、基板の研磨される表面全域にわたる均一な材料の除去を可能にすることである。例えば、基板が研磨表面を横切って移動するときに、基板の縁がしばしばより高い速度で研磨される。これは、基板が研磨表面を交差して移動するときの摩擦力により基板が「ノーズドライブ(nose drive)」する傾向があることも手伝っている。
【0004】
基板の表面全域にわたる研磨の均一性に影響する別の問題は、ある材料が周囲の材料よりも速く除去される傾向のあることである。例えば、銅は、通常、研磨中に銅材料(代表的には酸化物)を囲む材料よりも迅速に除去される。しばしばわん状変形と言及される銅の迅速な除去は、銅表面の幅が5ミクロンを超えると特にはっきりと分かる。
【0005】
研磨の結果としての非均一性を緩和するために多くの解決策が利用されてきたが、完全に満足できると検認されるものは何もなかった。従って、より細い線寸法及び高いデバイス密度に向かう傾向のため、均一で高度に平坦化された表面に対する要求は依然と最大の関心事である。
【0006】
従って、化学機械平坦化システムにおける研磨の均一性の向上に対する必要性が存在する。
【発明の開示】
【0007】
本発明の一態様においては、研磨用流体を化学的機械研磨表面に給付するためのシステムが提供されている。一実施形態において、このシステムは、少なくとも部分的に研磨表面の上方に配置された給付部を有するアームを含んでいる。第1ノズル及び第2ノズルは、このアームの該給付部に配置されている。第1ノズルは、研磨用流体を第1の速度で流すように適合しており、一方、第2ノズルは、研磨用流体を第1の速度とは異なる第2の速度で流すように適合している。
【0008】
本発明の別の態様においては、研磨用流体を化学的機械研磨表面に給付するための方法が提供されている。一実施形態において、この方法は、研磨用流体を化学的機械研磨表面の一つの位置へ第1の速度で供給するステップと、研磨用流体を化学的機械研磨表面の別の位置へ第1の速度とは異なる第2の速度で供給するステップとを含んでいる。
【0009】
本発明の前述した特徴を達成する方法がより詳細に理解できるように、上に簡単に概要を述べた本発明のより特定的な説明は、添付図面に例示されたその実施形態を参照して得られる。しかし、添付図面は、本発明の代表的な実施形態を例示するに過ぎず、従って、その範囲を限定するものと考えるべきではなく、本発明については、その他の同等に効果的な実施形態も認めるものであることに留意されたい。
【0010】
理解を容易にするべく、図面に共通の同一要素を示すために、可能な限り、同一の参照符号が使用されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
図1は、研磨材108の全域にわたる研磨用流体114の分布を制御する研磨用流体給付システム102を有する、基板112を研磨するための研磨システム100の一実施形態を表わしている。本発明の種々の態様の恩恵を受けるように適合した研磨システムの実施例は、ビーラン(Birang)等により西暦1999年2月4日に出願された米国特許願第09/144,456号及びトレス(Tolles)等に対し西暦1998年4月14日に発行された米国特許第5,738,574号に開示されており、双方は、参照によりその全てがここに組み込まれる。研磨用流体給付システム102は研磨システム100に関連して記載されているが、本発明は、研磨用流体の存在下に基板を処理する他の研磨システムにおいて有用性を有している。
【0012】
一般に、具体例としての研磨システム100は、プラテン104及び研磨ヘッド106を有している。プラテン104は、通常、研磨中に基板112を保持する研磨ヘッド106の下方に配置される。プラテン104は、通常、システム100のベース122上に配置されると共に、モータ(図示せず)に結合される。このモータは、プラテン104を回転させて、該プラテン104上に配置された研磨材108と基板112との間の相対研磨運動の少なくとも一部を可能にしている。基板112及び研磨材108の間の相対運動は別の方法で提供されてもよいことが分かる。例えば、基板112及び研磨材108の間の相対運動の少なくとも一部は、研磨ヘッド106を静止プラテン104の上で移動させ、研磨材を基板112の下方で直線的に移動させ、研磨材108及び研磨ヘッド106等の双方を移動させることにより、行うことができる。
【0013】
研磨材108は、通常、研磨表面116が研磨ヘッド106に向かって上向きになるようにプラテン104により支持される。研磨材108は、処理中、接着剤、真空、機械的クランプ等によりプラテン104に固定されるのが典型的である。オプションとして、また、特に研磨材108が織布として構成されている適用例において、研磨材108は、典型的には、前に組み込まれた米国特許願第09/144,456号に記載のように研磨材108とプラテン104との間に与えられる真空の使用によって、プラテン104に解放可能に固定される。
【0014】
研磨材108は、慣用の研磨材料又は固定研磨材料(fixed abrasive material)でもよい。慣用の研磨材108は、一般的に、発泡ポリマーから構成されると共に、パッドとしてプラテン104上に配置されるのが一般的である。一実施形態において、慣用の研磨材108は、発泡ポリウレタンである。このような慣用の研磨材108は、デラウェア洲ニューヨーク所在のロデル・コーポレイション(Rodel Corporation)から入手しうる。
【0015】
固定研磨材料である研磨材108は、バッキングシート上に離散成分になって配置されるレジンバインダー中に懸濁した複数の研磨粒子から一般に構成される。固定研磨材料の研磨材108は、パッド又は織布の形で利用してもよい。研磨粒子は研磨材自体に含まれているので、固定研磨材料の研磨材を利用するシステムは、研磨剤を含まない研磨用流体を利用するのが通例である。固定研磨材料である研磨材の例は、西暦1997年12月2日にラザフォード(Rutherford)等に対して発行された米国特許第5,692,950号及びハース(Haas)等に対して西暦1995年9月26日に発行された米国特許第5,453,312号に開示されており、双方は、参照によりその全てがここに組み込まれる。かかる固定研磨材料の研磨材108は、ミネソタ洲セントポール所在のミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリング・カンパニー(3M:Minnesota Manufacturing and Mining Company)からも入手しうる。
【0016】
研磨ヘッド106は、一般的に、プラテン104の上方に支持されている。この研磨ヘッド106は、研磨表面116に面する凹部120内で基板112を保持する。研磨ヘッド106は、通常、プラテン104に向かって移動すると共に、研磨中、基板112を研磨材108に押し付ける。研磨ヘッド106は、静止していてもよく、或いは基板112を研磨材108に押し付けながら、回転し、分離し、環状に、直線的に、或いは複数の運動を組み合わせて移動しうる。本発明の恩恵を受けるように適合しうる研磨ヘッド106の一実施例は、スニガ(Zuniga)等に対し西暦2001年2月6日に発行された米国特許第6,183,354号(B1)に記載されており、その全体は参照によりここに組み込まれる。本発明の恩恵を受けるように適合しうる研磨ヘッド106の別の一実施例は、カリフォルニア洲サンタクララのアプライド・マテリアルズ株式会社(Applied Materials, Inc.)から入手可能のチタンヘッド(登録商標:TITAN HEAD)ウェーハキャリアである。
【0017】
研磨用流体給付システム102は、一般的に、給付アーム130と、このアーム130に配置された複数のノズル132と、少なくとも1つの研磨用流体源134とを備えている。給付アーム130は、研磨材108の研磨表面116上の研磨用流体114の給付を制御するように構成されている。一実施形態において、給付アーム130は、研磨用流体114を異なる流量でアーム130に沿って調節供給するように構成されている。研磨用流体114が単一源から一般に供給されるときに、この研磨用流体114は、研磨材108の幅(即ち、直径)に沿って変動する量ではあるが均一濃度で研磨材108上に配分される。
【0018】
給付アーム130は、一般的に、プラテン104の直ぐ近くでベース122に結合されている。この給付アーム130は、研磨材108の上方に懸架された部分136を少なくとも一般的に有している。給付アーム130は、この部分136が研磨用流体114を研磨表面116に配送するように位置決め可能である限り、システム100の他の部分に結合されてよい。
【0019】
複数のノズル132は、プラテン104の上方に配置された給付アーム130の一部136に沿って配置される。一実施形態において、ノズル132は、少なくとも第1のノズル140及び第2のノズル142を備えている。第1のノズル140は、研磨材108の回転の中心に関して第2のノズル142の半径方向内側でアーム130上に位置決めされるのが典型的である。研磨材108の全域にわたる研磨用流体114の給付は、第1のノズル140からの研磨用流体114を第2のノズル142からの流れとは異なる速度で流すことによって制御される。
【0020】
図2に表わしたように、第1のノズル140は、一般的に、研磨用流体114を研磨表面116の第1の部分202に第1の速度で流し、一方、第2のノズル142は、研磨用流体114を研磨表面116の第2の部分104に第2の速度で流す。このようにして、研磨材108の幅方向の端から端まで研磨用流体114の給付が調整される。
【0021】
図1に戻ると、第1及び第2のノズル140,142を出る流量は、互いに概ね異なっている。これらの流量は、互いに関して固定することができ、或いは制御可能である。一実施形態において、流体給付アーム130は、第1及び第2のノズル140,142の間に配備された研磨用流体供給ライン124を含んでいる。T字形の結合具126は、供給ライン124に結合されると共に、第1の給付ライン144とそこから分岐する第2の給付ライン146とを有し、これらがノズル140,142にそれぞれ結合されている。
【0022】
ノズル132のうちの少なくとも1つは、流量制御機構150を含んでいる。この流量制御機構150は、ノズル140,142間に固定の流量比を与える装置でよく、或いは流量制御機構150は、流量の動的制御を行うように調節可能でよい。流量制御機構150の実施例には、固定オリフィス、ピンチ弁、比例弁、絞り、ニードル弁、絞り弁、定量ポンプ、マスフローコントローラ等がある。或いは、流量制御機構150は、各ノズル140,142及びT字形結合具126を結合する流体給付ライン144,146間の相対的な圧力降下の差により提供されていてもよい。
【0023】
研磨用流体源134は、システム100の外部に設けられるのが典型的である。一実施形態において、研磨用流体源134は、一般的に、タンク152及びポンプ154を含む。ポンプ154は、一般的に、研磨用流体114をタンク152から汲み上げ、供給ライン124を経てノズル132に注入する。
【0024】
タンク152に収容された研磨用流体114は、典型的には、研磨中の基板112の表面からの材料の除去に役立つ化学的活動をもたらす化学添加剤を有するイオン除去水である。研磨用流体114が単一源(即ち、タンク152)からノズル132に供給されるときに、ノズル132から流れる流体114は、実質的に均質であり、即ち、化学試薬又は同伴研磨剤の濃度が変化していない。オプションとして、研磨用流体は、基板の表面からの材料の機械的除去に役立つ研磨剤を含んでいてよい。研磨用流体は、一般的に、例えば、イリノイ洲オーロラのカボット(Cabot)・コーポレイション、デラウェア洲ニューアークのロデル(Rodel)・インコーポレイテッド、日本国の日立化成工業株式会社、デラウェア洲ウィルミントンのデュポン(Dupont)・コーポレイションのような多数の市販源から入手可能である。
【0025】
作動中、基板112は、研磨ヘッド106内に位置決めされていて、回転するプラテン104により支持された研磨材108と接触状態になっている。研磨ヘッド106は、基板を静止状態に保持してもよいし、或いは研磨材108及び基板112間の相対運動を増すように基板を回転させるか又は別の方法で移動させてもよい。研磨用流体給付システム102は、研磨用流体を供給ライン124を経由して第1及び第2の研磨ノズル140,142に流す。
【0026】
図2は、システム100の平面図を表わし、研磨材108の部分202及び204上への研磨用流体114の流れを例示している。研磨用流体114の第1の流れ206は、第1のノズル140から出て第1の速度で第1の部分202上に流れ、一方、研磨用流体114の第2の流れ208は、第2のノズル142から出て第2の速度で第2の部分204上に流れる。一般的に、第1の流れ206は第2の流れ208とは異なっており、従って、研磨材108の研磨表面116の全域にわたる研磨用流体114の制御された給付を可能にする。一実施形態において、第1の流れ206は、第2の流れ208の流量の少なくとも約1.15倍の流量を有している。研磨材108の全域にわたる研磨用流体114の制御された分布は、研磨材108上への研磨用流体114の相対的な流れを制御することにより基板112の表面からの材料除去が基板112の幅の端から端まで調整されることを許容する。例えば図2を参照すると、より多くの研磨用流体114が研磨材108の第2の部分204よりも第1の部分202に供給されてもよい(逆もまた同様)。オプションとして、追加のノズルを利用して、研磨材108の少なくとも2つの部分が異なる流量でその上に研磨用流体114を配分せしめられている研磨材108の他の部分に、異なる量の研磨用流体114を供給してもよい。
【0027】
例えば動作の一形態において、システム100により研磨されている基板112は、第1のノズル140及び第2のノズル142から供給される研磨用流体114で処理される。研磨用流体114は、第1の流量で第1のノズル140から研磨材108上に配分される。研磨用流体114は、同時に、第2の流量で第2のノズル142から研磨材108上に配分される。一実施形態において、第1の流量は第2の流量の約1.2から20.0倍である。研磨用流体給付システム104を利用する処理から結果として得られる研磨の均一性402は図4に表わされている。同一の総研磨用流体流量を有する従来の研磨用流体給付システム(即ち、研磨用流体が単一のノズル又はチューブからのみ研磨材に給付されているシステム)を利用して達成された従来の基板研磨の均一性404は、比較のために提供されている。図4に例示されているように、均一性402は、従来の結果404を超えて向上されている。
【0028】
比例弁、ニードル弁、マスフローコントローラ、定量ポンプ、蠕動ポンプ等のような動的(即ち、調節可能)な制御機構150を有する構成において、研磨材108上の研磨用流体114の給付は、プロセス中に調節してよい。例えば、第1のノズル140からの研磨用流体の流れは、プロセスの一部分の間に第1の流量で研磨材108に適用され、プロセスの他の部分の間に第2の流量に調節されうる。第2のノズル142からの研磨用流体114の給付の速度もまた研磨プロセス中に変更しうる。どちらのノズル140,142からの研磨用流体の流れの調節は無限であることに留意すべきである。第1のノズル140及び第2のノズル142間に配置される追加のノズルの使用は、第1のノズル140及び第2のノズル142間に配置されたノズルのところで多かれ少なかれ研磨用流体114を供給することにより、均一性のプロフィールが更に改良されると共に局部的に整形されることを可能にする(図3に関する以下の記載を参照)。
【0029】
オプションとして、ノズル140,142からの流量を超える動的制御を有する研磨用流体給付システムには、研磨用流体の分布のリアルタイムな調節のためプロセスフィードバックを行う計測学装置118を含んでもよい。計測学装置118は、研磨の時間、研磨されている基板の表面膜の厚み、表面トポグラフィー、又はその他の基板特性のような研磨基準値を検出するのが通例である。
【0030】
一実施形態において、研磨材108は、計測学装置118が研磨材108に対峙し配置された基板112の表面を観察することを可能にする窓160を含んでもよい。計測学装置118は、通常、窓160を経て基板112へと通るビーム164を発するセンサ162を含んでいる。ビーム164の第1の部分は、基板108の表面で反射され、一方、ビーム164の第2の部分は、基板108の研磨される表面の下側にある材料の層により反射される。これらの反射ビームはセンサ162で受信され、反射ビームの2つの部分の波長差が解析されて基板112の表面上にある材料の厚さを測定する。一般的に、この厚さ情報は、コントローラ(図示せず)に供給され、これが研磨材108上の研磨用流体分布を調整して、基板の表面上に所望の研磨結果を生み出す。有利に使用しうる監視システムの一例は、ビラン(Birang)等により西暦1996年8月16日に出願された米国特許願第08/689,930号に記載されており、その全体は参照によりここに組み込まれる。
【0031】
オプションとして、計測学装置118は、基板112の全幅にわたり研磨パラメータを監視するため追加のセンサを含んでもよい。追加のセンサは、多かれ少なかれ材料が基板112の一部分で別の部分に関して除去されるように基板112の全幅にわたり研磨用流体114の分布が調整されることを考慮に入れている。更に、ノズル140,142からの流量を調節するプロセスは、いかなる時点でも基板112の全域にわたる材料除去の速度を動的に制御するため研磨シーケンスの経過に伴って繰り返し行われてもよい。例えば、基板112の中央は、研磨シーケンスの初期に基板112の中央まで、より多くの研磨用流体を供給することにより一層速く研磨しうるのに対して、基板112の周囲は、周囲領域へより多くの研磨用流体を供給することによって、研磨シーケンスの終期により速く研磨することができる。
【0032】
図3は、複数のノズル302を有する研磨用流体給付システム300の別の実施形態を表わしている。このシステム300は、図1の流体給付システム102と同様に構成されてよく(即ち、単一の研磨用流体供給ラインを有する)、或いは各ノズル302が専用の供給ライン304を流体源306に連絡せしめるように構成されてもよい。各供給ライン304は計測学装置308に流体的に結合されている。この計測学装置308は、歯車ポンプ、蠕動ポンプ、容積式ポンプ、ダイヤフラムポンプ等のような計量型ポンプとすることができる。各計測学装置308は、システム300の各ノズル302に供給される研磨用流体114の量を制御するコントローラ(図示せず)に結合されている。各計測学装置308が個別に制御可能であるので、複数のノズル302の各々からの研磨用流体114の流れは他のノズルから独立して制御され、研磨材108上の研磨用流体114の給付は実用的に無数の形でアレンジすることができる。
【0033】
上述したように、各計測学装置は、研磨の間に研磨材108に配送される研磨の流量を変更しうる。例えば、ノズル302のうちの1つは、そこを通る研磨用流体114の流量を、基板が研磨されている間に、増加することができる。ノズルのうちの別の1つは、研磨中に研磨用流体114の流量を減少させることができる。もちろん、任意の時点でのノズル流量の制限のない変更は、所望の研磨結果を生ずるように設定しうる。研磨用流体の流量は各ノズル302を通じて個々に制御可能であるから、研磨特性は、基板処理の期間中、基板の幅の端から端まで調整しうる。
【0034】
流体給付源306は、研磨されている基板112の表面318からの材料除去の速度又は場所を制御するために計測学装置308と協力して使用可能である。通常、基板112の表面318上にある材料の除去速度又は残留厚さは、計測学装置308によって検出しうると共に、コントローラに供給され、このコントローラが次いで各ノズル302から出る種々の流量を調節して所望の研磨結果、例えば、基板112の周囲に対するより速い研磨をもたらす。
【0035】
一実施形態において、研磨材308は、計測学装置308が研磨材108に向かい配置された基板112の表面318を観察することを可能にする窓310を含むことができる。計測学装置308は、通常、窓310を経て基板112へと通るビーム316を発するセンサ314を含んでいる。ビーム316の第1の部分は、基板108の表面318で反射され、一方、ビーム316の第2の部分は、基板108の研磨される表面318の下側にある材料の層320により反射される。これらの反射ビームはセンサ314で受信され、反射ビームの2つの部分の波長差が解析されて基板112の表面318上にある材料の厚さを測定する。一般的に、この厚さ情報は、コントローラに供給され、これが研磨材108上の研磨用流体分布を調整して、基板の表面318上に所望の研磨結果を生み出す。
【0036】
オプションとして、計測学装置308は、基板112の全幅にわたり研磨パラメータを監視するため追加のセンサを含むことができる。追加のセンサは、多かれ少なかれ材料が基板112の一部分で別の部分に関して除去されるように、基板112の全幅にわたり研磨用流体114の給付が調整されることを考慮に入れている。更に、ノズル302からの流量を調節するプロセスは、いかなる時点でも基板112の全域にわたる材料除去の速度を動的に制御するため研磨シーケンスの経過に伴って繰り返し行われてもよい。例えば、基板112の中央は、研磨シーケンスの初期に基板112の中央へより多くの研磨用流体を供給することにより一層速く研磨しうるのに対して、基板112の周囲は、周囲領域へより多くの研磨用流体を供給することにより研磨シーケンスの終期により速く研磨することができる。
【0037】
図5は、研磨用流体給付システム500の別の実施形態を表わしている。このシステム500は、研磨表面570の上方に複数の研磨用流体給付管506を配置させるように適合したアーム502を含んでいる。このアーム502は、研磨用流体を研磨表面570の異なる諸部分に選択的に供給し、それにより研磨表面570の幅(又は直径)の端から端までの研磨用流体の分布、従って、研磨速度を制御するように構成されている。一実施形態において、研磨表面570の全域にわたる研磨用流体の給付は、研磨用流体を所定の場所に流すように管506を位置決めすることにより制御することができる。別の実施形態において、これらの管506を通る流れは、選択的に出したり止めたりすることができる。
【0038】
図5に表わされた実施形態において、アーム502は、複数の研磨用流体管受け部、例えば孔504を有しており、その中に管506が選択的に配置されている。一般的に、アーム502は、管506よりも多くの数の孔504を有しており、それにより個々の管506がアーム502に沿って選択的に配置されることを可能にしている。アーム502に沿った管506の位置は、研磨表面570のどの部分が研磨中に研磨用流体を受けるかを決定づけるので、管506を配置するのにどの孔504を使用するかの選択が研磨表面570上の研磨用流体の給付を制御し、基板574(仮想線で図示)の幅全域での局部的な研磨速度の制御を可能にする。管506の位置は、例えばクランプ、スライダ、ストラップ、スロット等のようなその他の装置又は方法によってアーム502に沿って固定及び調節することが考えられる。
【0039】
アーム502は、研磨表面570に対して垂直に方向付けられるのが典型的な、第1の側部508と反対側の第2の側部510とを有している。先端面512は側部508,510を結合している。研磨用流体給付管を受ける孔504は、側部508,510の少なくとも一方に沿って配置されている。アーム502は、処理中に基板574(仮想線で図示)を研磨表面570に接触し保持する研磨ヘッド572に余裕を与えるため、その長さに沿って湾曲部を含むことができる。
【0040】
図5に図示した実施形態において、孔504は、アーム500の側部508,510及び端面512に沿って配列されている。孔504の第1組514は、第1の側部508に沿って配置され、孔504の第2組516は、第2の側部510に沿って配置され、孔504の第3組518は、端面512に沿って配置されている。孔504の数と位置は、所定間隔での管506の位置決めを許容して研磨しながら所定の研磨均一性をもたらすために、変更しうる。例えば、第1組514は半インチの間隔で離間した9個の孔504を含み、第2組516は半インチの間隔で離間した10個の孔504を含み、一方、第3組518は2個の孔504を含むことができる。従って、アーム502に沿った管506の位置は、研磨用流体を研磨表面の個々の部分に流し、それにより基板の幅全体にわたり局所研磨速度を制御するように、選択しうる。
【0041】
図5に図示された実施形態において、管506は、基板574に対して所望の研磨均一性をもたらすために所定グループの孔504に配置しうる。第1の管506Aは、第1組514の孔504のうちの1つに配置されて研磨用流体を研磨表面570の第1の部分562に流す。第2の管506Bは、第1組514の孔504のうちの別のものに配置されて研磨用流体を研磨表面570の第2の部分564に流す。第3の管506Cは、第2組516の孔504のうちの1つに配置されて研磨用流体を研磨表面570の第3部分566に流す。第4の管506Dは、第3組518の孔504のうちの1つに配置されて研磨用流体を研磨表面570の第1の部分562に流す。管506A〜Dのどれか1つを別の孔504に移動させることにより、研磨表面570上の研磨用流体の分布は変化し、それに応じて、表面574の直径方向の端から端まで材料除去の速度を変える。管506A〜Dの位置は、単一の基板を研磨しながら(即ち、原位置)所望の研磨結果を実現し、異なる材料を研磨するときのシステムの柔軟性を高め、そして基板の確定した研磨均一性又は研磨プロフィールをもたらすべく特定プロセスを最適化するようもっと大きな自由度のプロセス制御を可能とするため、アーム502に沿って移動させうる。例えば、管506A〜Dは、酸化物から銅研磨への変化、受入れ基板間の表面プロフィールの変化、又はフィーチャー幅の変化等のような基板表面特性の変化に応じて、第1組の孔504から第2組の孔504へ再配置させうる。
【0042】
代替え案として、研磨表面570上の研磨用流体の分布は、これらの管506に研磨用流体を順次に流すことにより変えることができる。例えば、研磨用流体は、研磨プロセスの第1の部分の間、管506A〜Cを経由し供給されて、基板の直径の端から端まで所定の研磨速度プロフィールで基板574を研磨可能である(即ち、研磨の速度は基板の直径の端から端まで異なっている)。研磨プロセスの第2の部分において、第4の管506Dを通る流れが供給されて、研磨表面570上の研磨用流体の給付が変わり、研磨速度プロフィールを変更する。管506A〜Dを通る流れは、多様な組合せで出すか又は止めて、対応する研磨特性を発生させる。管506A〜Dを通る流れの順序は、上述したように、検出された研磨基準値に応じて制御可能である。或いは、管506A〜Dを通る流れの順序は、局所研磨速度に影響するその他のプロセス特性もしくはパラメータの変化に対して補償することにより、基板の均一な研磨をもたらすように選択可能である。
【0043】
図6を参照すると、アーム502は、このアーム502が研磨表面570の上方で回転するのを容易にする支柱602により支持されるのが通例である。アーム502は、支柱602に対して垂直に方向付けられており、そして一実施形態において、その長さに沿ってオフセットもしくは湾曲されている。支柱602は更に、管506をアーム502に引き回す導管を提供する。
【0044】
アーム502に形成された孔504は、ねじ切りされた上部606と下部604とを含むのが典型的である。下部604は、上部606の直径よりも小さい直径を有していて、孔506内に段部608を形成している。下部604は、管506がそこにフィットして通るのを許容するように構成されるのが通例である。上部606はねじ部612を含んでいる。各管506は、コレット610により、孔504の1つ内に保持される。
【0045】
図5を更に参照すると、コレット610は、ねじが切られた外面502をもつ概して先細の柱形状を有している。このコレット610は、中央リング506から細い端部504へと先細になっている。コレット610の細い端部504は、中央リング506から延びる指状部510を画成する複数のスロット508を含んでいる。リング506は管506にぴったり嵌合するように構成されている。管506を孔504内に所望の深さまで挿入した後、コレット610は孔504のねじ部612に係合する。コレット610の先細形状は、コレット610が孔504の上部606にねじ込まれたときに、指状部510が管506との接触状態に付勢されるのを可能とし、それにより管506を孔504内にクランプする。
【0046】
コレット610は、管506が所定の長さまでアーム502の下方に延びるのを許容する。従って、管506の出口614を研磨表面の直ぐ近くに確実に位置決めしながら、アーム502が、アーム502上に堆積して後から研磨中に基板を汚染及び/又は損傷させるかもしれない汚染物質及びその他の塵埃を避けて、研磨表面からもっと大きな距離のところに維持される。一実施形態において、管506の出口614はアーム502の下方へ少なくとも1インチ延びている。
【0047】
図6及び図8は、どの管506によっても占められていない孔504に研磨用流体及びその他の汚染物質が入るのを防止するために利用されているプラグ620の一実施形態を表わしている。このプラグ620は、第1端部628から延びる同心状の支柱624と、第2端部632に同心状に形成されたねじ穴630とを有する円筒形本体部622を含んでいる。支柱624は、研磨用流体及びその他の汚染物質が孔504に入るのを防止するため孔504の下部604にぴったり収まるように構成されている。支柱624は、研磨表面570に臨むアーム502の下側644と同一平面で延びるか或いはそこから若干突き出るように延びるのが典型的である。止めねじ626は、孔506の上部606にねじ込まれ、プラグ620を付勢して段部608に当て、プラグ620を孔504内に固定する。このプラグ620は、止めねじ626を取り出し、そしてねじが切られた物体(図示せず)をプラグ620のねじ穴630に挿入することにより、孔504から除去しうる。プラグ620は、その後、孔504から引き出される。
【0048】
図6に戻って参照すると、アーム500は、自由選択のスプレー装置640を含んでいてよい。このスプレー装置640は、一般的に、アーム500の下側644に結合される管642を含んでいる。管642は、離間した間隔でこの管642に結合されるか或いは形成される複数のノズル646を含んでいる。管642は、支柱602を通って経由された導管650によって洗浄用流体源648に結合されている。この洗浄用流体源648は、通常、イオン除去水のような加圧洗浄用流体をノズル646を介して研磨表面570に供給し、汚染物質又はその他の塵埃を研磨表面から除去する。本発明の恩恵を受けるのに適合した1つのスプレー装置は、ケネディー(Kennedy)に対し西暦2000年10月51日に発行された米国特許第6,139,406号に記載されており、その全体は参照によりここに組み込まれる。
【0049】
図9は、研磨用流体給付装置900の別の実施形態の断面図を表わしている。この装置900は、第1の側部904と、反対側の第2の側部906と、側部904,906の間に配置され研磨表面910に臨む下側面908とを有するアーム902を含んでいる。側部904,906は、一般的に、アーム902の長さを規定しており、その一部は研磨表面910の上方に延在するように適合している。
【0050】
研磨用流体源(図示せず)に結合されるマニホルド912は、アーム902の長さに沿って延びている。このマニホルド912は、アーム902に結合されるか、アーム902中に配置されるか、或いはアーム902と一体的に形成されうる。マニホルド912は、一般的に、このマニホルド912の長さに沿って離間した関係で配置された複数の出口914を含んでいる。該出口914は、マニホルド912からの研磨用流体を研磨表面910の個々の部分に流すように適合されている。
【0051】
各出口914は、そこに流量制御機構916を結合せしめている。この流量制御機構916は、特にピンチ弁、比例弁、ニードル弁、遮断弁、定量ポンプ及び質量流量コントローラのような手動又は自動の流量制御装置とすることができる。流量制御機構916は、研磨表面910の全幅にわたる研磨用流体の給付を制御するため各出口914の流れを選択的に出したり或いは止めたりすることを可能とし、それにより表面910に関し研磨された基板の研磨プロフィールの制御というそれ相応の結果になる。
【0052】
一実施形態において、例えば電磁弁である流量制御機構914は、コントローラ918に結合されている。このコントローラ918は、研磨されている基板の直径の端から端まで材料除去の速度を調整するのを容易にするため、各流量制御機構914が所定の順序で開放又は閉止されるのを可能にする。コントローラ918の使用は、流量プロフィールがその場で調整されるのを可能にする。例えば、コントローラ918は、研磨の時間、研磨されている基板上の表面膜の厚さ、表面トポグラフィー、又はその他の基板特性のような研磨基準値に応じて研磨プロフィールを変えるため、図1に記載したような計測学装置118に結合されうる。
【0053】
スプレー装置920もまた、アーム902に結合することができ、洗浄用流体を研磨表面920上に噴霧するようになっている。このスプレー装置920は、図6に関連して記載したスプレー装置640と概ね同様である。
【0054】
従って、研磨用流体給付システムは、研磨表面の種々の部分への研磨用流体の給付を制御することにより、研磨中の材料除去の速度が基板の全幅にわたり調整されることを可能にする。研磨用流体の給付は、アームに沿って種々の位置から送り出される研磨用流体の相対的な量を制御するか、研磨表面の上方を延びるアームに沿う研磨用流体給付管の位置を変えるか、或いは管からの流れを選択的に出したり止めたりして基板の一領域において他よりも相対的に速く研磨することにより、制御されることができる。より適合性のあるプロセス窓が形成されているが、研磨用流体の給付を制御することは、研磨中に消費される研磨用流体の量を減少させ、これにより処理コストを低減させる利点がある。
【0055】
本発明の教示内容が図示され詳細に記載されてきたが、技術的に習熟した者は、教示内容を依然として含み且つ本発明の範囲及び精神から逸脱しないその他の多様な実施形態を考え出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0056】
【図1】研磨用流体給付システムの一実施形態を有する研磨装置の簡略化した概略図である。
【図2】図1の装置の平面図である。
【図3】別の研磨用流体給付システムの簡略化した概略図を表わしている。
【図4】従来の研磨装置及び図1の装置で研磨された基板に関する研磨の均一性の比較である。
【図5】研磨用流体給付装置の、別の実施形態の平面図である。
【図6】断面線6−6に沿った図5の研磨用流体給付装置の断面図である。
【図7】研磨用流体給付管を研磨用流体給付装置の保持するための、コレットの一実施形態の部分等角平面図である。
【図8】断面線8−8に沿った図5の研磨用流体給付装置の部分断面図である。
【図9】研磨用流体給付装置の、別の実施形態の破断等角図である。
【符号の説明】
【0057】
100…研磨システム、102…研磨用流体給付システム、104…プラテン、106…研磨ヘッド、108…研磨材、112…基板、114…研磨用流体、116…研磨表面、118…計測学装置、124…給付流体供給ライン、130…アーム、132…ノズル、134…研磨用流体源、136…ノズルが配置される研磨材の部分、140…第1アーム、142…第2アーム、150…流量制御機構、300…研磨用流体給付システム、202…パッドの第1の部分、204…パッドの第2の部分、302…ノズル、308…計測学装置、318…基板の表面、500…研磨用流体給付システム、502…アーム、504…孔、508…第1の側部、510…第2の側部、562…パッドの第1の部分、564…パッドの第2の部分、506…研磨用流体給付管、570…研磨表面、572…研磨ヘッド、574…基板、604…下側部、606…ねじ切りされた上側部、608…段部、610…コレット、612…ねじ部、620…プラグ、622…円筒形本体部、624…ピン、626…止めねじ、642…管、646…ノズル、900…研磨用流体給付装置、902…アーム、904…第1の側部、906…第2の側部、910…研磨表面、912…マニホルド、914…出口、916…流量制御機構。
Claims (25)
- 化学的機械研磨表面へ研磨用流体を給付するためのシステムであって、
少なくとも部分的に前記研磨表面の上方に配置された給付部を有するアームと、
前記給付部に配置され、前記研磨用流体を第1の速度で流すように適合した第1ノズルと、
前記給付部に配置され、前記研磨用流体を前記第1の速度とは異なる第2の速度で流すように適合した少なくとも第2ノズルと、
を備える、前記システム。 - 前記第1ノズル又は前記第2ノズルの少なくとも1つは、そこに結合された流量制御装置を更に備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記流量制御装置は、オリフィス、ニードル弁、比例弁、ピンチ弁、絞り、質量流量コントローラ及び定量ポンプからなるグループから選択された流量制御装置である、請求項2に記載のシステム。
- 前記アームは、前記第1ノズル及び第2ノズルの双方に結合された研磨用流体給付ラインを更に備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1ノズルに結合される第1流体源と、前記第2ノズルに結合される第2流体源とを更に備える、請求項1に記載のシステム。
- 研磨用流体を制御された速度で流すように適合した複数のノズルを更に備え、各ノズルは個々に制御可能である、請求項1に記載のシステム。
- 研磨材を支持するように適合した回転プラテンを更に備え、該研磨材は研磨表面を備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1ノズルは、研磨パッドの回転の中心に関して前記第2ノズルの半径方向内側に配置されており、第1の流れは第2の流れの少なくとも1.15倍多い、請求項1に記載のシステム。
- 第1の流れは、第2の流れの速度の約1.2〜約20倍である、請求項1に記載のシステム。
- 前記ノズルを通る流れの少なくとも1つを制御するのに利用される情報を供給するように適合した計測学装置を更に備える、請求項1に記載のシステム。
- 化学的機械研磨表面へ研磨用流体を給付するためのシステムであって、
前記研磨表面を支持するプラテンと、
該プラテンの上方に配置される研磨ヘッドと、
少なくとも部分的に前記研磨表面の上方に配置された給付部を有するアームと、
前記給付部に配置され、前記研磨用流体を第1の制御可能な速度で流すように適合した第1ノズルと、
前記給付部に配置され、前記研磨用流体を前記第1の制御可能な速度とは異なる第2の制御可能な速度で流すように適合した少なくとも第2ノズルと、
前記ノズルを通る流れの少なくとも1つを制御するのに利用される情報を供給するように適合した計測学装置と、
を備える、前記システム。 - 化学的機械研磨表面へ研磨用流体を給付するためのシステムであって、
前記研磨表面に面するように適合した裏側と複数の管受け部とを有するアームと、
前記アームに結合され研磨用流体を流すように適合すると共に、前記管受け部の少なくとも2つの間に位置決め可能な少なくとも1つの管と、
を備える、前記システム。 - 前記管受け部のうちの少なくとも2つは、
前記アームの第1の側部に沿って間隔をあけた第1組の管受け孔を画成しており、
少なくとも2つの他の管受け部は、
前記第1の側部の反対側に配置された前記アームの第2の側部に等距離で間隔をあけて前記アーム内に形成された第2組の管受け孔を画成している、
請求項12に記載のシステム。 - 各管受け部中に配置されるコレットを更に備え、該コレットは、それに管を貫通せしめると共に、該管を前記アームに結合させている、請求項12に記載のシステム。
- 前記管により占められていない孔に配置された少なくとも1つのプラグを更に備える、請求項12に記載のシステム。
- 前記プラグは、
中央本体部と、
該中央本体部から延びる支柱とを更に備え、該支柱が前記アームと少なくとも同一平面に配置されるか、或いは前記アームを越えて突き出ており、
各孔は、
ねじ部を有する第1の部分と、
該第1の部分に対して同心状に配置されており、該第1の部分の直径よりも小さな直径を有すると共に、前記プラグの前記支柱が前記第2部分に詰まっている第2の部分と、
前記第1の部分及び前記第2の部分の境界面のところに画成された段部と、
前記ねじ部に係合すると共に、前記プラグの前記中央本体部を付勢して前記段部に当てる止めねじと、
を更に備える、請求項15に記載のシステム。 - 研磨用流体が通って流れる管の組合せを選択的に変更するための手段を更に備える、請求項12に記載のシステム。
- 化学的機械研磨表面へ研磨用流体を給付するためのシステムであって、
アームと、
複数の研磨用流体給付管と、
該研磨用流体給付管を受けるため前記アームに形成された複数の孔とを備え、前記管の各々は、前記孔の1つに通し配置されると共に、前記アームに結合されており、
前記研磨用流体給付管と孔の関係は、
A/B>1
で示され、ここで、
Aは、孔の数
Bは、研磨用流体給付管の数
である、前記システム。 - 研磨用流体を化学的機械研磨表面に供給する方法であって、
研磨用流体をパッド上に第1位置で第1の速度で流すステップと、
研磨用流体をパッド上に第2位置で前記第1の速度とは異なる第2の速度で流すステップと、
を備える、前記方法。 - 前記第1の速度は、前記第2の速度に対して別個に制御可能である、請求項19に記載の方法。
- 前記研磨用流体を第1の速度で流すステップは、
研磨基準値に応じて研磨中に前記第1の速度を調整することを含む、
請求項19に記載の方法。 - 研磨用流体を化学的機械研磨装置の研磨表面に給付するための方法であって、
研磨用流体給付管に結合されると共に、該研磨用流体給付管の数を超える複数の管保持位置を有する研磨用流体給付アームを提供するステップと、
所望の研磨結果を生み出すため、前記複数の管保持位置から、前記アームに沿った少なくとも第1及び第2研磨用流体給付管間の相対的間隔を選択するステップと、
を備える、前記方法。 - 前記研磨用流体給付管の少なくとも1つは、研磨されている基板の表面特性の変化に応じて、前記アームに沿った、異なる位置へ移動される、請求項22に記載の方法。
- 前記研磨用流体給付管の少なくとも1つは、基板の直径の端から端まで局所研磨速度を変えるため、前記アームに沿った、異なる位置へ移動される、請求項22に記載の方法。
- 研磨用流体を化学的機械研磨装置の研磨表面に給付するための方法であって、
前記研磨表面の上方に間隔をあけて離れた関係で配置された複数の出口に連絡するマニホルドに研磨用流体を流入させるステップと、
前記出口のうちの少なくとも1つを通る研磨用流体の流れを可能とするステップと、
前記出口のうちの少なくとも1つを通る研磨用流体の流れを防止し、そこを通る研磨用流体の流れにより又は流れのないことにより特徴付けられる状態を有する前記出口の少なくとも1つがその位置で反対の状態に変えられるステップと、
を備える、前記方法。
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US6283840B1 (en) * | 1999-08-03 | 2001-09-04 | Applied Materials, Inc. | Cleaning and slurry distribution system assembly for use in chemical mechanical polishing apparatus |
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Cited By (1)
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