JP2007036261A - 化学機械的研磨装置、パッドコンディショナアセンブリ及び研磨パッドコンディショニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】化学機械的研磨装置、パッドコンディショナアセンブリ及び研磨パッドコンディショニング方法を提供する。
【解決手段】本発明は化学機械的研磨装置１００、パッドコンディショナアセンブリ１６０及び研磨パッドコンディショニング方法に関する。化学機械的研磨装置１００は下面にウェーハＷを装着したキャリア１３０を上面に研磨パッド１２０が装着されたポリッシングテーブル１１０にスラリ１５０を供給しながら回転させてウェーハＷを研磨する。化学機械的研磨装置１００はパッドコンディショナアセンブリ１６０を含み、パッドコンディショナアセンブリ１６０は研磨パッド１２０上にパッドコンディショニング溶液１９０を提供し、その溶液に超音波振動を印加して研磨パッド１２０の表面から異物質を除去することによって研磨パッド１２０をコンディショニングする。
【選択図】図３

Description

本発明は半導体製造装置及びその装置の維持方法に係り、さらに詳細には超音波を利用したパッドコンディショニングが可能である化学機械的研磨装置、パッドコンディショナアセンブリ及び研磨パッドコンディショニング方法に関することである。

上述のように、半導体製造工程技術の中で化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程は平坦化工程で頻繁に用いられる。化学機械的研磨工程は、図１に図示されたように、ウェーハＷを装着するキャリア１５（ｃａｒｒｉｅｒ）と研磨パッド１３（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐａｄ）が装着されたポリッシングテーブル１１（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｔａｂｌｅ）で構成された化学機械的研磨装置１を利用するのが一般的である。具体的な化学機械的研磨工程はウェーハＷを装着した回転するキャリア１５を研磨パッド１３が装着したポリッシングテーブル１１に圧力を加えることと同時に、キャリア１５は回転するポリッシングテーブル１１の上で位置移動しながら、ウェーハＷを研磨してウェーハＷを平坦化することである。このような化学機械的研磨工程にはスラリ１７（ｓｌｕｒｒｙ）の使用はほとんど必須である。スラリ１７は種類によって一定の大きさの研磨粒子（ａｂｒａｓｉｖｅ）を含む。

化学機械的研磨工程に用いられる研磨パッド１３の表面は、図２に図示されたように、一定の大きさの微細孔１４（ｐｏｒｅ）が形成されている。ところで、ウェーハ研磨過程で研磨パッド１３の微細孔１４が損傷されるまたは凝固されたスラリの粒子及びその他の異物質１８が微細孔１４入口をふさぐ現像が発生することもある。研磨パッド１３の微細孔１４が損傷されれば、研磨速度の減少、スクラッチ発生などの問題が発生して安定された化学機械的研磨工程を得ることができなくなる。のような化学機械的研磨工程上の問題を解決するためにウェーハ研磨過程前後に、パッドコンディショナ１９（ｐａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ）を研磨パッド１３に圧力を加えながら研磨パッド１３の表面をコンディショニング（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）して最適化させる。

従来のパッドコンディショナ１９は下面にダイヤモンド粒子層１９ａが形成されていてダイヤモンド粒子によって研磨パッド１３の表面に形成された微細孔１４内部に存在するスラリ研磨粒子及びその他の異物質を除去するパッドコンディションスイープ（ｐａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｓｗｅｅｐ）方式を使う。上述のパッドコンディションスイープ（ｐａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｓｗｅｅｐ）方式においてダイヤモンド粒子がパッドコンディショナ１９から離脱して研磨パッド１３表面を損傷させるまたは汚染させる問題を誘発する。また、研磨パッド１３表面に形成された微細孔１４の大きさによって研磨パッド１３表面に存在するスラリ１７の研磨粒子及びその他の異物質を除去する機能が下がる問題がある。
特開平１１−２０４４６６号公報 韓国公開特許出願公開第２００３‐５３３７５号明細書

本発明は上述の従来技術上の問題を解決するために案出されたもので、本発明の目的はパッド表面の微細孔に対するアタックを最小化させることができるように、超音波を利用したパッドコンディショニングが可能な化学機械的研磨装置、パッドコンディショナアセンブリ及び研磨パッドコンディショニング方法を提供する。

本発明の他の目的は研磨パッド表面に存在するスラリ研磨粒子及びその他異物質の除去能力が向上されたパッドコンディショナアセンブリ、これを具備した化学機械的研磨装置及び研磨パッドコンディショニング方法を提供する。

前記目的を果たすことができる本発明による化学機械的研磨装置、パッドコンディショナアセンブリ及びパッドコンディショニング方法は化学機械的研磨の前後に、超音波（ｍｅｇａｓｏｎｉｃ）機能及びコンディショニングの機能を同時に有する石英ロッドを使って研磨パッド表面を損傷なしにコンディショニングすることを特徴とする。

前記特徴を実現することができる本発明の一実施形態による化学機械的研磨装置は、ウェーハが装着されたキャリアを研磨パッドが装着された回転するポリッシングテーブルにスラリの供給下に回転させて前記ウェーハを平坦化する化学機械的研磨装置において、前記研磨パッドに流体を供給し、これと並行して前記流体に超音波振動を伝達して超音波振動として前記研磨パッドの表面から異物質を除去し、前記研磨パッドをコンディショニングするパッドコンディショナアセンブリを含むことを特徴とする。

本発明の一実施形態の化学機械的研磨装置において、前記パッドコンディショナアセンブリは前記超音波振動を発生させる発振子と前記発振子から発生された超音波振動によって振動する振動子を含む。前記振動子は石英、サファイア、炭化ケイ素、窒化硼素、炭素ガラス、及びこれらの調合で選択されたいずれか一つで構成された一直線形状のロッド（ｒｏｄ）を含む。前記発振子は電流を印加されて超音波（ｍｅｇａｓｏｎｉｃ）振動エネルギーを発生させるパワージェネレータを含む。

本発明の一実施形態の化学機械的研磨装置において、前記パッドコンディショナアセンブリは、前記研磨パッドの表面の中心を囲む前記研磨パッドの表面の内部領域に供給された流体を振動させる第１振動子と前記第１振動子に第１超音波振動エネルギーを印加する第１発振子を含む第１パッドコンディショナアセンブリと；前記研磨パッドの表面の内部領域を囲む前記研磨パッドの表面の外部領域に供給された流体を振動させる第２振動子と前記第２振動子に第２超音波振動エネルギーを印加する第２発振子を含む第２パッドコンディショナアセンブリを含む。前記第１振動子の先端は前記研磨パッドの表面の中心付近に位置し、前記第２振動子の先端は前記研磨パッドの表面の内部領域と外部領域の境界面の付近に位置する。

本発明の一実施形態の化学機械的研磨装置において、前記第１振動子は石英、サファイア、炭化ケイ素、窒化硼素、炭素ガラス、及びこれらの調合で選択されたいずれか一つで構成された階段型形状のロッドである。前記第２振動子は石英、サファイア、炭化ケイ素、窒化硼素、炭素ガラス、及びこれらの調合で選択されたいずれか一つで構成された一直線形状のロッドである。

本発明の一実施形態の化学機械的研磨装置において、前記第１及び第２発振子それぞれは前記第１及び第２超音波振動エネルギーを前記第１及び第２振動子それぞれに同時に伝達し、前記第１及び第２超音波振動エネルギーは同一または相異のものである。

本発明の一実施形態の化学機械的研磨装置において、前記第１及び第２発振子それぞれは前記第１及び第２超音波振動エネルギーを前記第１及び第２振動子それぞれに独立的に伝達し、前記第１及び第２超音波振動エネルギーは同一または相異のものである。

本発明の一実施形態の化学機械的研磨装置において、前記流体を供給するノズルをさらに含む。前記流体は、超純水と、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と超純水が混合したものと、酸（ａｃｉｄ）と超純水が混合したもののうちいずれか一つである。

前記特徴を実現することができる本発明の一実施形態によるパッドコンディショナアセンブリは、研磨パッド上に提供されたパッドコンディショニング溶液に超音波振動を伝達して前記パッドコンディショニング溶液を振動させて前記研磨パッドの表面に形成された微細孔に残存する異物質を除去する第１ロッドと；第１超音波振動エネルギーを発生させて前記第１ロッドに印加する第１パワージェネレータを含むことを特徴とする。

本発明の一実施形態のパッドコンディショナアセンブリにおいて、前記第１ロッドは石英、サファイア、炭化ケイ素、窒化硼素、炭素ガラス、及びこれらの調合で選択されたいずれか一つで構成され、前記第１ロッドは前記研磨パッドの中心を超えて延長された直線型構造である。前記第１ロッドは前記第１ロッドの軸を中心に回転可能である。

本発明の一実施形態のパッドコンディショナアセンブリにおいて、前記パッドコンディショニング溶液は、超純水と、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と超純水が混合したものと、酸（ａｃｉｄ）と超純水が混合したもののうちいずれか一つである。

本発明の一実施形態のパッドコンディショナアセンブリにおいて、前記第１ロッドと前記第１パワージェネレータを含み、前記第１ロッドは前記研磨パッドの表面の中心部を囲む内部領域に提供されたパッドコンディショニング溶液を振動させる傾いた部分を含み、第１パッドコンディショナサブアセンブリと；前記内部領域を囲む外部領域に提供されたパッドコンディショニング溶液を振動させる一直線形態を有する第２ロッドと、前記第２ロッドに第２超音波振動エネルギーを印加する第２パワージェネレータを含む第２パッドコンディショナサブアセンブリをさらに含む。

本発明の一実施形態のパッドコンディショナアセンブリにおいて、前記第１及び第２ロッドの中で少なくともいずれか一つは石英、サファイア、炭化ケイ素、窒化硼素、炭素ガラス、及びこれらの調合で選択されたいずれか一つで構成される。

本発明の一実施形態のパッドコンディショナアセンブリにおいて、前記第１ロッドの先端部は前記研磨パッドの中心に近接し、前記第２ロッドの先端部は前記研磨パッドの内部領域と外部領域との間の境界に近接する。

本発明の一実施形態のパッドコンディショナアセンブリにおいて、前記第１及び第２パワージェネレータそれぞれは前記第１及び第２ロッドそれぞれに第１及び第２超音波振動エネルギーそれぞれを同時にまたは独立的に伝達する。

前記特徴を実現することができる本発明の他の実施形態による化学機械的研磨装置は、ウェーハを下面に装着する回転可能なキャリアと；上面に研磨パッドが装着された回転可能なポリッシングテーブルと；前記研磨パッド上にスラリを提供するノズルと；研磨パッド上に提供されたパッドコンディショニング溶液に超音波振動を伝達して前記パッドコンディショニング溶液を振動させて前記研磨パッドの表面に形成された微細孔に残存する異物質を除去する第１ロッドと；第１超音波振動エネルギーを発生させて前記第１ロッドに印加する第１パワージェネレータを具備するパッドコンディショナアセンブリを含むことを特徴とする。

本発明の他の実施形態の化学機械的研磨装置において、前記パッドコンディショニング溶液を前記研磨パッド上に提供するノズルをさらに含む。前記パッドコンディショニング溶液は前記ノズルによって前記研磨パッド上に提供される。

前記特徴を実現することができる本発明の他の実施形態による化学機械的研磨装置は、ウェーハを下面に装着する回転可能なキャリアと；研磨パッドが上面に装着された回転可能なポリッシングテーブルと；前記研磨パッド上にスラリを提供するノズルと；研磨パッド上に提供されたパッドコンディショニング溶液に超音波振動を伝達して前記パッドコンディショニング溶液を振動させて前記研磨パッドの表面に形成された微細孔に残存する異物質を除去して前記研磨パッドの表面の中心部を囲む内部領域に提供されたパッドコンディショニング溶液を振動させる傾いた部分を含む第１ロッドと、第１超音波振動エネルギーを発生させて前記第１ロッドに印加する第１パワージェネレータを含む第１パッドコンディショナサブアセンブリと、前記内部領域を囲む外部領域に提供されたパッドコンディショニング溶液を振動させる一直線形態を有する第２ロッドと、前記第２ロッドに第２超音波振動エネルギーを印加する第２パワージェネレータを含む第２パッドコンディショナサブアセンブリを含むパッドコンディショナアセンブリを含むことを特徴とする。

本発明のまた他の実施形態の化学機械的研磨装置において、前記パッドコンディショニング溶液を前記研磨パッド上に提供するノズルをさらに含む。前記パッドコンディショニング溶液は前記ノズルによって前記研磨パッド上に提供される。前記パッドコンディショニング溶液は、超純水と、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と超純水が混合したものと、酸（ａｃｉｄ）と超純水が混合したもののうちいずれか一つである。

前記特徴を実現することができる本発明の実施形態による研磨パッドコンディショニング方法は、下面にウェーハを装着した回転するキャリアを研磨パッドが上面に装着された回転するポリッシングテーブルに圧力を加えて回転させて前記ウェーハを平坦化する段階と；前記研磨パッド上に第１振動子と第１発振子を含む第１パッドコンディショナアセンブリを位置させる段階と；前記研磨パッドにパッドコンディショニング溶液を提供する段階と；前記第１発振子に電流を印加して第１超音波振動エネルギーを発生させる段階と；前記第１振動子に前記第１超音波振動エネルギーを伝達して前記第１振動子を振動させて前記研磨パッドに提供された前記パッドコンディショニング溶液を振動させる段階を含むことを特徴とする。

本発明の一実施形態の研磨パッドコンディショニング方法において、前記パッドコンディショニング溶液は、超純水と、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と超純水が混合した溶液と、酸（ａｃｉｄ）と超純水が混合した溶液のうちいずれか一つである。

本発明の一実施形態の研磨パッドコンディショニング方法において、前記ポリッシングテーブルは前記研磨パッド上に提供された前記パッドコンディショニング溶液を振動させる時、継続的に回転する。

本発明の一実施形態の研磨パッドコンディショニング方法において、前記研磨パッドの表面の内部領域を囲む外部領域に第２振動子及び第２発振子を含む第２パッドコンディショナアセンブリを位置させる段階と；前記第１発振子に電流を印加する時に、前記第２発振子に電流を印加して第２超音波振動エネルギーを発生させる段階と；前記第１パッドコンディショナアセンブリが前記研磨パッドの表面の中心を囲む内部領域に位置して前記第１超音波エネルギーを印加する時に、前記第２振動子に前記第２超音波振動エネルギーを伝達して前記第２振動子を振動させる段階をさらに含む。

本発明の一実施形態の研磨パッドコンディショニング方法において、前記第１及び第２超音波振動エネルギーそれぞれは前記第１及び第２振動子をそれぞれ振動させ、前記第１及び第２超音波振動エネルギーは互いに同一または異なる。前記第１及び第２振動子は同時に振動または独立的に振動する。

本発明によれば、従来のダイヤモンド粒子によるパッドコンディショニングに比べてより効果的なパッドコンディショニングが可能になる。また、超音波方式を使うことによってパッド表面との接触がないので、パッドの損傷がないので、パッドの寿命が延長され、ダイヤモンドディスクの交替が必要ではない。

以下、本発明による化学機械的研磨装置及びパッドコンディショニング方法を添付する図面を参照して詳しく説明する。

本発明と従来技術と比べた利点は添付する図面を参照する詳細な説明と特許請求の範囲を通じて明白になる。特に、本発明は特許請求の範囲でよく指摘されて明白に請求される。しかし、本発明は添付する図面に関して次の詳細な説明を参照することで最もよく理解できる。図面において同一の参照符号は多様な図面を通じて同一の構成要素を示す。

以上で詳しく説明したように、本発明によれば、従来のダイヤモンド粒子によるパッドコンディショニングに比べてより効果的なパッドコンディショニングが可能になる。また、超音波方式を使うことによってパッド表面との接触がないので、パッドの損傷がないので、パッドの寿命が延長されてダイヤモンドディスクの交替が必要ではない。これによってパッドを半永久的に使用可能なので、製造費用側面と安定される化学機械的研磨工程を得ることができる効果がある。

（実施形態）
図３は本発明の実施形態による化学機械的研磨装置を図示した断面図である。

図３を参照すると、本発明の実施形態による化学機械的研磨装置１００は研磨対象物であるウェーハＷを下面に装着する回転可能なキャリア１３０（ｃａｒｒｉｅｒ）と、研磨パッド１２０（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐａｄ）上面に装着された回転可能なポリッシングテーブル１１０（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｔａｂｌｅ）と、研磨パッド１２０の上面にスラリ１５０（ｓｌｕｒｒｙ）を供給するスラリ供給ノズル１４０（ｓｌｕｒｒｙ ｓｕｐｐｌｙｉｎｇ ｎｏｚｚｌｅ）を含んで構成される。スラリ１５０は種類によって一定の大きさの研磨粒子（ａｂｒａｓｉｖｅ）、例えば、シリカ（ｓｉｌｉｃａ）、アルミナ（ａｌｕｍｉｎａ）、セリア（ｃｅｒｉａ）、ジルコニア（ｚｉｒｃｏｎｉａ）などのようなものが含まれる。化学機械的研磨工程はウェーハＷを装着した回転するキャリア１３０を研磨パッド１２０が装着されたポリッシングテーブル１１０に圧力を加えることと同時に、回転するキャリア１３０を回転するポリッシングテーブル１１０の上で位置移動しながら、ウェーハＷを研磨してウェーハＷを平坦化することである。化学機械的研磨工程を繰り返すとすれば、研磨速度（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｒａｔｅ）が下がるようになるので、研磨パッド１２０を最適化するためのパッドコンディショナアセンブリ１６０（ｐａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ）を含む。選択的に、本化学機械的研磨装置１００はパッドコンディショニングに必要な流体１９０を研磨パッド１２０上に供給するノズル１４５をさらに具備することができる。本実施形態のパッドコンディショナアセンブリ１６０は以下で説明するように超音波振動エネルギー利用して研磨パッド１２０から異物質を除去する。

本４は本発明の実施形態による化学機械的研磨装置において、パッドコンディショニングを図示した断面図である。

図４を参照すると、化学機械的研磨装置のポリッシングテーブル１１０上面に装着された研磨パッド１２０の表面に形成された微細孔１２２を埋め立てていたスラリの研磨粒子及びその他の異物質１８０を円滑で効果的に除去するために超音波（ｍｅｇａｓｏｎｉｃ）の振動エネルギーを利用することである。より具体的に、本パッドコンディショナアセンブリ１６０は研磨パッド１２０上に供給されたコンディショニング流体１９０に超音波の振動エネルギーを伝達する振動子１６４と、振動子１６４に伝達する発振エネルギーを発生させる発振子１６６を含んで構成される。

発振子１６６は振動子１６４に伝達する振動エネルギーを発生させるものとして音響的にまたはその他の可能な方法で振動子１６４の一端と調合される。発振子１６６は振動子１６４に伝達される超音波エネルギー、例えば、メガヘルツ（ＭＨｚ）単位の高周波を発生させるパワージェネレータ（ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）である。このパワージェネレータ１６６は電気的なエネルギーを物理的な振動エネルギーで変換させる圧電変換器（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）で構成されることができる。即ち、パワージェネレータ１６６にパワーが印加されれば、パワージェネレータ１６６は振動子１６４に超音波振動エネルギーを印加し、超音波振動エネルギーが印加された振動子１６４は振動（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）またはヨーイング（ｙａｗ）現像が発生する。

コンディショニング流体１９０は研磨パッド１２０上に供給されて振動子１６４から振動エネルギーを伝達されて撹乱されることによって研磨パッド１２０の微細孔１２２から異物質１８０を除去する目的に用いられる溶液である。このコンディショニング流体１９０そしては超純水（ＤＩＷ）が用いられることができる。一方、より効果的なコンディショニングのためにコンディショニング流体１９０は超純水に触媒制、例えば、酸（ａｃｉｄ）である水酸化カリウム（ＫＯＨ）が混合された溶液を用いることができる。一方、コンディショニング流体である超純水１９０はスラリ供給ノズル１４０を通じて供給されることができ、または別途のノズル１４５を通じて供給されることができる。

振動子１６４は研磨パッド１２０上に提供された超純水１９０と接触され、一方向で延長された例えば円形の断面を有する中空のロッド（ｒｏｄ）形態を有する。円形断面の大きさはロッド１６４の全体の長さをひっくるめて同一にすることができ、またはロッド１６４の終端に行くほどその断面積が小さくなるように設計することができる。一方、ロッド１６４は超純水１９０を発振させるものに適合の形態であれば、どんな形態でも構わないので、円形ではない他の断面形態で設計されることができる。

振動子１６４は超音波エネルギーを効果的に伝達すると知られている石英（ｑｕａｒｔｚ）で構成されることが望ましい。従って、本実施形態の振動子１６４は中が空いている石英ロッド１６４（ｑｕａｒｔｚ ｒｏｄ）であることができる。振動子としての石英ロッド１６４は超純水１９０のような大部分の流体に満足に使われることができるが、振動子１６４は上述の石英以外にサファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、炭化ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ）、窒化硼素（ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）、炭素ガラス（ｖｉｔｒｅｏｕｓ ｃａｂｏｎ）またはこれらの調合を含むことで構成されることができる。

振動子としての石英ロッド１６４（ｑｕａｒｔｚ ｒｏｄ）は振動乃至はヨーイング（ｙａｗ）現像を行うことによって研磨パッド１２０上に提供された超純水１９０強力な超音波振動を印加する。石英ロッド１６４に超音波の振動エネルギーが印加されれば、超音波の振動回数によって繰り返して圧縮力と膨張力が超純水１９０に作用する。超純水１９０に膨張力が作用される周期には超純水１９０には微細な気泡群が生成され、この気泡が適正な大きさまで大きくなる。そして、超純水１９０に圧縮力が作用される周期に気泡が急に崩壊されながら、大きい衝撃力を発生させるようになる。上述の気泡群の崩壊による衝撃力は研磨パッド１２０の微細孔１２２の中に入っていたスラリ研磨粒子及びその他の異物質１８０を微細孔１２２外に押し出すようになることである。これによって、パッド１２２の損傷及び摩耗なしに研磨パッド１２０表面から異物質１８０をきれいに除去することができることによって研磨パッド１２０がコンディショニングされることである。一方、石英ロッド１６４は微細孔１２２の中の異物質１８０を効果的に除去できるように超純水１９０に十分に漬かるようにすることができる。

一方、石英ロッド１６４は自転可能に設計されることができる。また、パッドコンディショナアセンブリ１６０自体が左右方向に位置移動することができる。従って、パッドコンディショニングをしない場合には、パッドコンディショナアセンブリ１６０は研磨パッド１２０から遠くなっており、化学機械的研磨過程が完了すれば、研磨パッド１２０に向かって位置移動してパッドコンディショニング過程が進行される。

図５は本発明の実施形態による化学機械的研磨装置においてパッドコンディショニングを図示した平面図である。

図５を参照すると、パッドコンディショニング方法はウェーハ研磨が進行された後、パッドコンディショナアセンブリ１６０が動いて石英ロッド１６４が研磨パッド１２０の方への位置移動する。ここで、研磨パッド１２０の全体面を効果的にコンディショニングするためには石英ロッド１６４が研磨パッド１２０の中心点以上の地点まで移動し、研磨パッド１２０は回転することが望ましい。研磨パッド１２０中心点以上に石英ロッド１６４が移動されれば、電流がパワージェネレータ１６６が印加されてパワージェネレータ１６６から超音波振動エネルギーが発生され、この超音波振動エネルギーによって石英ロッド１６４は振動乃至ヨーイング（ｙａｗ）現像を行う。このように、石英ロッド１６４が振動乃至ヨーイング（ｙａｗ）現像を行って研磨パッド１２０上に供給された超純水１９０を振動させて研磨パッド１２０の表面に形成された微細孔１２２から異物質１８０を除去して研磨パッド１２０をコンディショニングする。

（変形実施形態）
図６は本発明の実施形態による化学機械的研磨装置のパッドコンディショニングを図示した断面図でおり、図７は本発明の実施形態による化学機械的研磨装置のパッドコンディショニングを図示した平面図である。

本発明の実施形態による化学機械的研磨装置は図３に図示された本発明の実施形態による化学機械的研磨装置と大同小異でパッドコンディショナアセンブリに関する構成が相異である。以下では同一点に対する詳しい説明は省略し、相異点に対して詳しく説明する。

図６を参照すると、本実施形態の化学機械的研磨装置は研磨パッド１２０の他の領域に超音波を伝達するように多数個、例えば２機のパッドコンディショナアセンブリ２６０、３６０を含むことができる。各パッドコンディショナアセンブリ２６０、３６０も振動子２６４、３６４と発振子２６６、３６６をそれぞれ有する。ここでの振動子２６４、３６４は石英ロッドで構成されることができ、発振子２６６、３６６はパワージェネレータで構成されることができる。

図７を参照すると、パッドコンディショナアセンブリ２６０、３６０の中で第１パッドコンディショナアセンブリ２６０は研磨パッド１２０の全体表面の中で研磨パッド１２０の中心を囲む内部領域Ａに供給された超純水１９０に超音波を伝達する構造を有する。これによって、第１石英ロッド２６４は研磨パッド１２０の内部領域Ａ上に供給された超純水１９０に漬かるまたは接触する部分２６１と研磨パッド１２０の外部領域Ｂの超純水１９０とは接触しない部分２６３及び両者２６１、２６３を連結する部分２６２に区分されて全体的には所定の角度（θ）に傾いた形態である。例えば、第１石英ロッド２６４の傾斜角度(θ)は０゜を超過し、最大限では第１石英ロッド２６４が階段型になるように約９０°程度で設計することができる。

第１石英ロッド２６４中で超純水１９０と接触する部分２６１の長さは任意的である。そうだが、後述の第２石英ロッド３６４)の長さ及び均一なコンディショニング効果を考慮すれば、接触部分２６１の長さは研磨パッド１２０の半径が半分程度が適当である。従って、この接触部分２６１の終わりの部分は研磨パッド１２０の中心に位置し、反対側の終わりの部分は研磨パッド１２０の内部領域Ａと外部領域Ｂの境界面の付近に位置することが望ましい。

パッドコンディショナアセンブリ２６０、３６０中で第２パッドコンディショナアセンブリ３６０は研磨パッド１２０の全体表面の中で研磨パッド１２０の中心を囲む内部領域Ａを囲む外部領域Ｂに供給された超純水１９０に超音波を伝達する構造を有する。これによって、第２石英ロッド３６４は研磨パッド１２０の外部領域Ｂ上に供給された超純水１９０に漬かるまたは接触する部分だけになって全体的には一直線構造を有する。一方、第２石英ロッド３６４中で超純水１９０と直接触れ合うまたは漬かる部分の長さは任意的であるが、第１石英ロッド２６４の長さ及び均一なコンディショニング効果を考慮すれば、研磨パッド１２０の半径の半分程度が適当である。従って、第２石英ロッド３６４の終わりの部分は研磨パッド１２０の内部領域Ａと外部領域Ｂの境界面の付近に位置することが望ましい。

第１パッドコンディショナアセンブリ２６０の第１パワージェネレータ２６６と、第２ パッドコンディショナアセンブリ３６０の第２ パワージェネレータ３６６は両子共に同一の周波数の超音波振動を発生させることができる。これに反して、第１及び第２パワージェネレータ２６６、３６６はそれぞれ異なる周波数の超音波振動を発生させることができる。また、第１及び第２石英ロッド２６４、３６４は同時に作動することができ、これと違うように別個で独立的に作動することができる。再度言えば、第１及び第２パワージェネレータ２６６、３６６は同一または他の周波数の超音波振動エネルギーを同時にまたは独立的に第１及び第２石英ロッド２６４、３６４にそれぞれ伝達することができる。これによって、研磨パッド１２０全体を同時にコンディショニングでき、または研磨パッド１２０の内部領域Ａと外部領域Ｂを別にコンディショニングできる。また、必要によって研磨パッド１２０の内部領域Ａまたは外部領域Ｂだけを別途にコンディショニングすることができる。

以上の詳細な説明は本発明を例示したものである。また前述の内容は本発明の望ましい実施形態を示して説明するものに過ぎなく、本発明は多様な他の調合、変更及び環境で使うことができる。そして、本明細書に開示された発明の概念の範囲、記述の開示内容と均等な範囲及び／または当業係の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。記述の実施形態は本発明を実施するのに最善の状態を説明するためのものであり、本発明のような他の発明を利用することに当業者に知られた他の状態への実施、そして発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。従って、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態で本発明を制限しようとする意図ではない。また上述の請求の範囲は他の実施状態も含むものに解釈される。

従来技術による化学機械的研磨装置を図示する断面図である。 従来技術によるパッドコンディショニングを図示する断面図である。 本発明の実施形態による化学機械的研磨装置を図示する断面図である。 本発明の実施形態によるパッドコンディショニングを図示する断面図である。 本発明の実施形態によるパッドコンディショニングを図示する平面図である。 本発明の実施形態による化学機械的研磨装置のパッドコンディショニングを図示する断面図である。 本発明の実施形態による化学機械的研磨装置のパッドコンディショニングを図示する平面図である。

符号の説明

１００; 化学機械的研磨装置
１１０; ポリッシングテーブル
１２０; パッド
１２２; 微細孔
１３０; キャリア
１４０; スラリ供給ノズル
１４５; 超純水供給ノズル
１５０; スラリ
１６０、２６０、３６０; パッドコンディショナアセンブリ
１６４、２６４、３６４; 振動子
１６６、２６６、３６６; 発振子
１９０; 超純水

Claims (39)

1. 研磨パッドが装着された回転するポリッシングテーブルにスラリの供給下でウェーハが装着されたキャリアを回転させて前記ウェーハを平坦化する化学機械的研磨装置において、
   前記研磨パッドに流体を供給し、これと並行して前記流体に超音波振動を伝達して超音波振動として前記研磨パッドの表面から異物質を除去して前記研磨パッドをコンディショニングするパッドコンディショナアセンブリを含むことを特徴とする化学機械的研磨装置。
2. 前記パッドコンディショナアセンブリは前記超音波振動を発生させる発振子と前記発振子から発生された超音波振動によって振動する振動子を含むことを特徴とする請求項１に記載の化学機械的研磨装置。
3. 前記振動子は石英、サファイア、炭化ケイ素、窒化硼素、炭素ガラス、及びこれらの調合で選択されたいずれか一つで構成された一直線形状のロッドを含むことを特徴とする請求項２に記載の化学機械的研磨装置。
4. 前記発振子は電流を印加されて超音波振動エネルギーを発生させるパワージェネレータを含むことを特徴とする請求項２に記載の化学機械的研磨装置。
5. 前記パッドコンディショナアセンブリは、
   前記研磨パッドの表面の中心を囲む前記研磨パッドの表面の内部領域に供給された流体を振動させる第１振動子と前記第１振動子に第１超音波振動エネルギーを印加する第１発振子を含む第１パッドコンディショナアセンブリと、
   前記研磨パッドの表面の内部領域を囲む前記研磨パッドの表面の外部領域に供給された流体を振動させる第２振動子と前記第２振動子に第２超音波振動エネルギーを印加する第２発振子を含む第２パッドコンディショナアセンブリと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の化学機械的研磨装置。
6. 前記第１振動子の先端は前記研磨パッドの表面の中心付近に位置し、前記第２振動子の先端は前記研磨パッドの表面の内部領域と外部領域の境界面の付近に位置することを特徴とする請求項５に記載の化学機械的研磨装置。
7. 前記第１振動子は石英、サファイア、炭化ケイ素、窒化硼素、炭素ガラス、及びこれらの調合で選択されたいずれか一つで構成された階段型形状を含むロッドであることを特徴とする請求項６に記載の化学機械的研磨装置。
8. 前記第２振動子は石英、サファイア、炭化ケイ素、窒化硼素、炭素ガラス、及びこれらの調合で選択されたいずれか一つで構成された一直線形状のロッドであることを特徴とする請求項６に記載の化学機械的研磨装置。
9. 前記第１及び第２発振子それぞれは前記第１及び第２超音波振動エネルギーを前記第１及び第２振動子それぞれに同時に伝達し、前記第１及び第２超音波振動エネルギーは同一のものであることを特徴とする請求項５に記載の化学機械的研磨装置。
10. 前記第１及び第２発振子それぞれは前記第１及び第２超音波振動エネルギーを前記第１及び第２振動子それぞれに同時に伝達し、前記第１及び第２超音波振動エネルギーは相異していることを特徴とする請求項５に記載の化学機械的研磨装置。
11. 前記第１及び第２発振子それぞれは前記第１及び第２超音波振動エネルギーを前記第１及び第２振動子それぞれに独立的に伝達し、前記第１及び第２超音波振動エネルギーは同一のものであることを特徴とする請求項５に記載の化学機械的研磨装置。
12. 前記第１及び第２発振子それぞれは前記第１及び第２超音波振動エネルギーを前記第１及び第２振動子それぞれに独立的に伝達し、前記第１及び第２超音波振動エネルギーは相異していることを特徴とする請求項５に記載の化学機械的研磨装置。
13. 前記流体を供給するノズルをさらに含むことを特徴とする化学機械的研磨装置。
14. 前記流体は、超純水と、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と超純水が混合したものと、酸（ａｃｉｄ）と超純水が混合したものの中にいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の化学機械的研磨装置。
15. 研磨パッド上に提供されたパッドコンディショニング溶液に超音波振動を伝達して前記パッドコンディショニング溶液を振動させて前記研磨パッドの表面に形成された微細孔に残存する異物質を除去する第１ロッドと、
    第１超音波振動エネルギーを発生させて前記第１ロッドに印加する第１パワージェネレータと、
    を含むことを特徴とするパッドコンディショナアセンブリ。
16. 前記第１ロッドは石英、サファイア、炭化ケイ素、窒化硼素、炭素ガラス、及びこれらの調合で選択されたいずれか一つで構成され、前記第１ロッドは前記研磨パッドの中心を超えて延長された直線型構造であることを特徴とする請求項１５に記載のパッドコンディショナアセンブリ。
17. 前記第１ロッドは前記第１ロッドの軸を中心で回転可能なものであることを特徴とする請求項１５に記載のパッドコンディショナアセンブリ。
18. 前記パッドコンディショニング溶液は、超純水と、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と超純水が混合したものと、酸（ａｃｉｄ）と超純水が混合したもののうちいずれか一つであることを特徴とする請求項１５に記載のパッドコンディショナアセンブリ。
19. ウェーハを下面に装着する回転可能なキャリアと、
    上面に研磨パッドが装着された回転可能なポリッシングテーブルと、
    前記研磨パッド上にスラリを提供するノズルと、
    請求項１５のパッドコンディショナアセンブリと、
    を含むことを特徴とする化学機械的研磨装置。
20. 前記パッドコンディショニング溶液を前記研磨パッド上に提供するノズルをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の化学機械的研磨装置。
21. 前記パッドコンディショニング溶液は前記ノズルによって前記研磨パッド上に提供されることを特徴とする請求項１９に記載の化学機械的研磨装置。
22. 前記第１ロッドと前記第１パワージェネレータを含み、前記第１ロッドは前記研磨パッドの表面の中心部を囲む内部領域に提供されたパッドコンディショニング溶液を振動させる傾いた部分を含む第１パッドコンディショナサブアセンブリと、
    前記内部領域を囲む外部領域に提供されたパッドコンディショニング溶液を振動させる一直線形態を有する第２ロッドと、前記第２ロッドに第２超音波振動エネルギーを印加する第２パワージェネレータを含む第２パッドコンディショナサブアセンブリと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のパッドコンディショナアセンブリ。
23. 前記第１及び第２ロッドの中で少なくともいずれか一つは石英、サファイア、炭化ケイ素、窒化硼素、炭素ガラス、及びこれらの調合で選択されたいずれか一つで構成されたことを特徴とする請求項２２に記載のパッドコンディショナアセンブリ。
24. 前記第１ロッドの先端部は前記研磨パッドの中心に近接し、前記第２ロッドの先端部は前記研磨パッドの内部領域と外部領域との間の境界に近接することを特徴とする請求項２２に記載のパッドコンディショナアセンブリ。
25. 前記第１及び第２パワージェネレータそれぞれは前記第１及び第２ロッドそれぞれに第１及び第２超音波振動エネルギーそれぞれを同時に伝達することを特徴とする請求項２４に記載のパッドコンディショナアセンブリ。
26. 前記第１及び第２パワージェネレータそれぞれは前記第１及び第２ロッドそれぞれに第１及び第２超音波振動エネルギーそれぞれを独立的に伝達することを特徴とする請求項２４に記載のパッドコンディショナアセンブリ。
27. ウェーハを下面に装着する回転可能なキャリアと、
    研磨パッドが上面に装着された回転可能なポリッシングテーブルと、
    前記研磨パッド上にスラリを提供するノズルと;
    請求項２２のパッドコンディショナアセンブリと、
    を含むことを特徴とする化学機械的研磨装置。
28. 前記パッドコンディショニング溶液を前記研磨パッド上に提供するノズルをさらに含むことを特徴とする化学機械的研磨装置。
29. 前記パッドコンディショニング溶液は前記ノズルによって前記研磨パッド上に提供されることを特徴とする請求項２７に記載の化学機械的研磨装置。
30. 前記パッドコンディショニング溶液は、超純水と、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と超純水が混合したものと、酸（ａｃｉｄ）と超純水が混合したもののうちいずれか一つであることを特徴とする請求項２７に記載の化学機械的研磨装置。
31. 下面にウェーハを装着した回転するキャリアを、研磨パッドが上面に装着された回転するポリッシングテーブルに圧力を加えて回転させて前記ウェーハを平坦化させる段階と、
    前記研磨パッド上に第１振動子と第１発振子を含む第１パッドコンディショナアセンブリを位置させる段階と、
    前記研磨パッドにパッドコンディショニング溶液を提供する段階と、
    前記第１発振子に電流を印加して第１超音波振動エネルギーを発生させる段階と、
    前記第１振動子に前記第１超音波振動エネルギーを伝達して前記第１振動子を振動させて前記研磨パッドに提供された前記パッドコンディショニング溶液を攪拌させる段階と、
    を含むことを特徴とする研磨パッドコンディショニング方法。
32. 前記パッドコンディショニング溶液は、
    超純水と、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と超純水が混合した溶液と、酸（ａｃｉｄ）と超純水とを混合した溶液のうち、いずれか一つであることを特徴とする請求項３１に記載の研磨パッドコンディショニング方法。
33. 前記ポリッシングテーブルは前記研磨パッド上に提供された前記パッドコンディショニング溶液を振動させる時、継続的に回転することを特徴とする研磨パッドコンディショニング方法。
34. 前記研磨パッドの表面の内部領域を囲む外部領域に第２振動子及び第２発振子を含む第２パッドコンディショナアセンブリを位置させる段階と、
    前記第１発振子に電流を印加する時に、前記第２発振子に電流を印加して第２超音波振動エネルギーを発生させる段階と、
    前記第１パッドコンディショナアセンブリが前記研磨パッドの表面の中心を囲む内部領域に位置し、前記第１超音波エネルギーを印加する時に、前記第２振動子に前記第２超音波振動エネルギーを伝達して前記第２振動子を振動させる段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の研磨パッドコンディショニング方法。
35. 前記第１及び第２超音波振動エネルギーそれぞれは、前記第１及び第２振動子をそれぞれ振動させ、前記第１及び第２超音波振動エネルギーは互いに同一であることを特徴とする請求項３４に記載の研磨パッドコンディショニング方法。
36. 前記第１及び第２超音波エネルギーそれぞれは前記第１及び第２振動子をそれぞれ振動させ、前記第１及び第２超音波エネルギーは互いに他のものであることを特徴とする請求項３４に記載の研磨パッドコンディショニング方法。
37. 前記第１及び第２振動子は同時に振動することを特徴とする請求項３４に記載の研磨パッドコンディショニング方法。
38. 前記第１及び第２振動子は独立的に振動することを特徴とする請求項３４に記載の研磨パッドコンディショニング方法。
39. 前記ポリッシングテーブルは前記研磨パッド上に提供された前記パッドコンディショニング溶液を振動させる時、継続的に回転することを特徴とする請求項３４に記載の研磨パッドコンディショニング方法。
    

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