JP2009233770A

JP2009233770A - 研磨パッド調節器および研磨パッド調節方法

Info

Publication number: JP2009233770A
Application number: JP2008080239A
Authority: JP
Inventors: Ta-Jen Wang; 大仁王; Shing-I Chen; 順▲益▼ 陳; Ching-Chi Liu; 慶冀劉; Shuang-Hsun Chang; 雙燻張
Original assignee: Powerchip Semiconductor Corp
Current assignee: Powerchip Semiconductor Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-15

Abstract

【課題】残留粒子の堆積を防止して研磨パッドの寿命を延長できる研磨パッド調節器を提供する。
【解決手段】本発明の研磨パッド調節器は、基層と、少なくとも１つの表面調節ユニットと、少なくとも１つの溝清掃ユニットとを含む。表面調節ユニットおよび溝清掃ユニットがいずれも基層の表面に配置される。また、表面調節ユニットが溝清掃ユニットと一体的に形成される。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、化学機械研磨装置およびその化学機械研磨装置のメンテナンス方法に関するものであり、特に、研磨パッド調節器および研磨パッド調節方法に関するものである。

半導体デバイスの特徴である寸法が徐々に縮小されてディープサブミクロン（deep sub-micron）レベルに至るにつれ、集積回路または他の電子デバイスの製造において、極めて平坦化されたウエハー表面または基層（substrate）表面を提供し、半導体デバイスの信頼性を確保することが非常に重要になっている。

半導体プロセス中、化学機械研磨（chemical mechanical polishing = CMP）は、現在、一般的に用いられる全面的平坦化の技術である。通常、化学機械研磨のプロセス中、科学試薬（chemical reagent）および研磨剤を含むスラリー（slurry）がウエハーと研磨パッドとの間に供給された状態でウエハーがウエハーの表面が速度制御された研磨パッドに面するように固定される。ウエハー表面の平坦化は、このようにウエハーと研磨パッドとの間の相対運動により達成される。言い換えれば、回転するウエハーが回転する研磨パッドに対して押圧される時、ウエハー表面と研磨剤とが相互に接触し、その間に研磨が起こるので、ウエハー表面が研磨されて徐々に平坦化される。

しかしながら、長時間の化学機械研磨プロセスの後、研磨パッドの表面が艶出しされた状態になり（become glazed）、残留粒子（residual particles）が研磨パッド上に容易に堆積される。粒子は、一部分がスラリーの研磨剤からなり、一部分がウエハー表面から研磨された薄膜材料によって生成される副産物（by-products）からなる。従って、化学機械研磨プロセスの品質を確保するためには、研磨パッド調節器は、研磨パッドが研磨率およびウエハー研磨の安定性を維持できるよう研磨パッドの適切な粗度を復元することが必要とされる。

図１Ａは、従来の研磨パッド調節器で調節された研磨パッドを説明するための断面図である。研磨パッド１００がその中に複数の溝１０２を形成されている。溝１０２が研磨パッド１００上に散布された（retained）スラリーを研磨パッド１００と研磨待ちウエハーとの間に均等に分配する（distribute）ことに用いられる。また、長時間の化学機械研磨の後、残留粒子１２０が研磨パッド１００の上方および溝１０２の底部に分配される。もう一方で、研磨パッド調節器１１０は、基層１１２と複数のダイヤモンド顆粒１１４とを含む。ダイヤモンド顆粒１１４が基層１１２の表面上に配置され、研磨パッド１００の表面を研磨する。研磨パッド調節器１１０が研磨パッド１００を調節することに用いられる時、研磨パッド１００および研磨パッド調節器１１０が、それぞれ所定の方向に回転し、回転するダイヤモンド顆粒１１４が研磨パッド１００上で機械研磨を行い、研磨パッド１００の表面上の変形された（deformed）領域を除去し、研磨パッド１００のスラリー保持能力（slurry retention capability）を復元する。しかしながら、数回の研磨パッド調節器１１０による調節の後、研磨パッド表面の材料が消耗し、研磨パッド１００の溝１０２の深さの減少が生じる。その結果、残留粒子１２０の堆積によって形成される集合粒子１２２が浅い溝１０２から容易に脱出する（escape）ことができるようになる。

図１Ｂは、従来の研磨パッド調節器により調節された研磨パッドを用いるウエハーの化学機械研磨を説明するための断面図である。数回の調節の後、研磨パッド１００の溝１０２がその中に堆積される大型の集合粒子１２２を有するため、溝１０２の深さが減少する。研磨パッド１００を用いるウエハー１３０の化学機械研磨中、集合粒子１２２が浅い溝１０２から脱出し、研磨パッド１００とウエハー１３０の表面との間に移動する。その結果、これらの集合粒子１２２が研磨プロセス中、しばしばウエハー１３０の表面上にマイクロスクラッチ（micro-scratch）１４０を起こし、それにより後続のプロセスに深刻な影響を及ぼす。

ウエハー表面の薄膜平坦度および均一度が研磨パッドの特性に依存するので、研磨パッドの構造的性質および機械的性質を効率的に制御することがウエハー表面の平坦化にとって非常に重要である。
[発明の目的]

そこで、本発明は、研磨パッドの調節時において、堆積された残留粒子を除去することができる研磨パッド調節器を提供することを目的とする。

本発明は、また、研磨パッド上の残留粒子の堆積を回避することを容易にし、研磨パッドの寿命を延長することができる研磨パッドの調節方法を提供することも目的とする。

本発明は、研磨パッド調節器を提供する。この研磨パッド調節器は、基層と、少なくとも１つの表面調節ユニットと、少なくとも１つの溝清掃ユニットとを含む。表面調節ユニットおよび溝清掃ユニットがいずれも基層の表面上に配置される。また、表面調節ユニットおよび溝清掃ユニットが一体化された構成（configuration）を形成する。

本発明の一実施形態中、溝清掃ユニットが、例えば、ブラシ状部材である。

本発明の一実施形態中、ブラシ状部材の材料が、例えば、ナイロン（Nylon）である。

本発明の一実施形態中、溝清掃ユニットが、例えば、基層の表面上に分配される（distributed）任意の好適な構成（configuration）を有する。

本発明の一実施形態中、溝清掃ユニットが、例えば、表面調節ユニットの外周を囲むように配列される。

本発明の一実施形態中、溝清掃ユニットが、例えば、表面調節ユニットと交互に（in an alternating manner）配列される。

本発明の一実施形態中、表面調節ユニットが、例えば、複数のダイヤモンド顆粒(grits)を含む。

本発明は、また、研磨パッド調節方法を提供する。この研磨パッド調節方法では、先ず、少なくとも１つの表面調節ユニットおよび少なくとも１つの溝清掃ユニットを含む研磨パッド調節器を提供する。次に、表面調節ユニットおよび溝清掃ユニットを一体化して形成し、基層の表面上に配置する。次に、表面調節ユニットおよび溝清掃ユニットを相互に接触させる。続いて、研磨パッド調節器および研磨パッドを相互に対応して移動させ、研磨パッドを表面調節ユニットで調節し、同時に研磨パッド上の残留粒子を溝清掃ユニットで除去する。

本発明の一実施形態中、表面調節ユニットが、例えば、複数のダイヤモンド顆粒を含む。

本発明の一実施形態中、研磨パッド調節器および研磨パッドを相互に対応して移動させるステップが、例えば、研磨パッド調節器および研磨パッドをそれぞれ回転させることを含む。
[作用]

本発明の研磨パッド調節器中、表面調節ユニットが溝清掃ユニットと一体に形成され、基層上に配置されるので、表面調節ユニットを用いて研磨パッドの表面を研磨すると同時に、溝清掃ユニットを用いて研磨パッドの表面上および溝中の残留粒子を掃き出すことができる。従って、本発明の研磨パッド調節器が研磨パッドから残留粒子を効率的に除去して、研磨待ちウエハー上のマイクロスクラッチの発生を回避することができる。

また、本発明の研磨パッド調節方法は、研磨パッドの表面の調節および残留粒子の移動を同時に行い、それにより、研磨パッドの溝中の残留粒子の堆積を回避することを容易にし、研磨パッドの使用調節を効率的に制御し、研磨パッドの寿命を延長する。

本発明の研磨パッド調節器中、表面調節ユニットが溝清掃ユニットと一体に形成され、基層上に配置されるので、表面調節ユニットを用いて研磨パッドの表面を研磨すると同時に、溝清掃ユニットを用いて研磨パッドの表面上および溝中の残留粒子を清掃することができる。従って、本発明の研磨パッド調節器を用いる研磨パッドの調節は、研磨パッドに好適な粗度の復元を補助し、研磨パッドからの残留粒子を効率的に除去して研磨待ちウエハー上にマイクロスクラッチが発生することを回避する。

また、本発明の研磨パッド調節方法は、研磨パッドの表面の調節を行い、研磨パッドの溝中の残留粒子の堆積を回避すると同時に残留粒子を除去する。このように、本発明の方法は、調節された研磨パッドの品質を維持し、研磨パッドの寿命を延長し、ウエハー上にマイクロスクラッチが発生することを回避することができる。

他方で、本発明は、研磨パッドの寿命を効率的に延長することによって、研磨パッドの交換率を低減させることができるため、設備のコスト低減を容易にする。

本発明の上記およびその他の特徴と利点をより分かり易くするため、図と併せた実施形態を以下に説明する。図２Ａは、本発明の実施形態に係る研磨パッド調節器の底面図である。図２Ｂは、図２Ａ中の線Ｉ−Ｉ'に沿って示した断面図である。

図２Ａおよび図２Ｂにおいて、研磨パッド調節器２００が様々な化学機械研磨装置に用いられて研磨パッド（図示せず）を調節し、好適な粗度を復元することができ、それにより、高い且つ安定した研磨率を維持することができる。研磨パッド調節器２００は、基層（substrate）２０２と、少なくとも１つの表面調節ユニット２０４と、少なくとも１つの溝清掃ユニット２０６とを含む。基層２０２が、例えば、セラミックまたはステンレススチール材料から形成される円盤状部材である。表面調節ユニット２０４および溝清掃ユニット２０６が、例えば、基層２０２の表面上に配置される一体化された構成（configuration）を形成する。

上記のように、表面調節ユニット２０４が研磨パッド上に機械研磨を行い、研磨パッドの表面上の変形された領域を除去し、それにより、好適な粗度を復元する。表面調節ユニット２０４が、例えば、複数の堅い顆粒（grits）を基層２０２上に分配する（distributing）ことによって形成される。堅い顆粒がダイヤモンド顆粒またはセラミック顆粒であることができ、例えば、電気鍍金または焼結により基層２０２の表面上にセットされる。表面調節ユニット２０４の堅い顆粒は、ランダム分配方式（random distribution manner）、均等分配方式、または他の適切な分配方式で分配することができる。

もう１つの実施形態中、表面調節ユニット２０４が代りにダイヤモンド状炭素（diamond-like carbon ＝ DLC）であることができ、例えば、化学気相成長（chemical vapor deposition ＝ CVD）プロセスを用いてＤＬＣの層を基層２０２上に形成し、その後、所望の分配範囲に基づきＤＬＣをパターン化することにより形成することができる。

図２Ａおよび図２Ｂにおいて、溝清掃ユニット２０６が、例えば、研磨パッドの表面上および溝中に堆積される残留粒子(residual particles)を掃き出し、研磨パッドを完全に清掃することに用いられる。溝清掃ユニット２０６が、例えば、基層２０２の表面上に整然と配列されたブラシ状部材である。溝清掃ユニット２０６としてナイロン、人工繊維、植物繊維、カーボン繊維、またはその種の他のものを用いる時、毛髪状ブラシ部材またはプレート状ブラシ部材を形成することができる。また、溝清掃ユニット２０６が、例えば、表面調節ユニット２０４を囲むように配置される。即ち、溝清掃ユニット２０６が基層２０２の表面の外周に円周方向に配置され、環状分布を呈する。

図２Ａにおいて、本実施形態中、表面調節ユニット２０４は、基層２０２の表面上に分配された複数の堅い顆粒を含み、実芯円状（solid round）の分布を呈し、溝清掃ユニット２０６が基層２０２の表面上に環状分布を呈する。また、溝清掃ユニット２０６が表面調節ユニット２０４の外周を囲み、一体化方式で表面調節ユニット２０６に接続され、共同で同心円構成を形成する。従って、研磨パッド調節器２００を研磨パッドを調節することに用い、表面調節ユニット２０４を用いて研磨パッドの表面を調節すると同時に、溝清掃ユニット２０６を用いて研磨パッドの表面上および溝中の残留粒子を掃き出すことができ、それにより、研磨パッドの寿命および性能を改善する。

留意すべきことは、上記実施形態中、溝清掃ユニット２０６を表面調節ユニット２０４の外周を囲むものであるとして記載しているが、本発明は、この特定の配列に限定されるものではないということである。他の実施形態中、研磨パッド調節器の溝清掃ユニットは、基層の表面上に分配される任意の好適な配列として形成することができる。

図３Ａ〜図３Ｅは、それぞれ、本発明の他の実施形態に係る研磨パッド調節器の底面図である。

図３Ａにおいて、研磨パッド調節器２１０中、溝清掃ユニット２１６が、例えば、円形配置を呈する。本実施形態中、円形の溝清掃ユニット２１６が、表面調節ユニット２１４と共に、基層２１２の表面上に対称且つ均一に配置される。もちろん、他の実施形態中、溝清掃ユニット２１６が卵形、長方形、三角形、菱形、鋸歯形状または他の好適な不規則な形状であることができ、ランダム分配方式で基層２１２の表面上に分配される。

図３Ｂにおいて、他の実施形態中、研磨パッド調節器２２０の溝清掃ユニット２２６および表面調節ユニット２２４が代わりに相互に平行なストリップ状（strip）の分布を呈し、基層２２２の表面上に交互に（in alternating manner）配列されることができる。

図３Ｃにおいて、研磨パッド調節器２３０の基層２３２の表面が、例えば、４つの等しい領域に分割され、溝清掃ユニット２３６および表面調節ユニット２３４が４つの等しい領域の基層の表面上に交互に配列されることができる。

図３Ｄにおいて、更に、研磨パッド調節器２４０中、溝清掃ユニット２４６および表面調節ユニット２４４が交互に配列され、且つ幾何学的中心位置（geometric center）から基層２４２の外縁へと輻射状に延伸し、基層２４２の表面上に渦状分布を形成することができる。

図３Ｅにおいて、研磨パッド調節器２５０中、溝清掃ユニット２５６が、例えば、基層２５２の表面上に連続的な螺旋状分布を形成することができる。表面調節ユニット２５４が、例えば、基層２５２の表面上の残りの領域上に配置されることができる。

図３Ａ〜図３Ｅにおいて、留意すべきことは、表面調節ユニット２１４，２２４，２３４，２４４，２５４および各溝清掃ユニット２１６，２２６，２３６，２４６，２５６が一体化された構成を形成し、基層２１２，２２２，２３２，２４２，２５２の表面上に配置されるので、研磨パッドの表面を除去および調節し、同時に残留粒子を掃き出すことができ、それにより、研磨パッドの研磨特性を改善し、研磨パッドの寿命を延長する。

また、研磨パッド調節器の表面調節ユニットおよび溝清掃ユニットの形状、材料、量および分布は、上記実施形態中に記載されるものに限定されるものではない。上記実施形態に加えて、本発明は、研磨パッド調節器の表面調節ユニットおよび溝清掃ユニットが一体化された構成を形成するように、他の形態で実施することができ、その応用および変化は、当業者にとって周知であるので、ここでは記載しない。

次に、上記に説明された研磨パッド調節器を用いる研磨パッド調節方法を以下に説明する。本発明の研磨パッド調節方法を図２Ａに示す研磨パッド調節器２００の状況において説明する。しかしながら、以下の説明は、当業者に本発明を理解および実施させることを目的とするものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

図４は、本発明の実施形態に係る研磨パッド調節器を用いる研磨パッドの調節方法を説明するための断面図である。図５は、本発明の実施形態に係る研磨パッド調節方法を示すフローチャートである。

図４および図５において、ステップＳ５１０で、少なくとも１つの表面調節ユニット２０４および少なくとも１つの溝清掃ユニット２０６を含む研磨パッド調節器２００を提供する。溝清掃ユニット２０６が、例えば、表面調節ユニット２０４の外周を囲むように配列され、前記表面調節ユニット２０４および溝清掃ユニット２０６が基層の表面上に配置される一体化された構成を形成する。

次のステップＳ５２０で、研磨パッド調節器２００の表面調節ユニット２０４および溝清掃ユニット２０６を研磨パッド４００と接触させる。

次に、研磨パッド調節器２００および研磨パッド４００をそれぞれ所定の方向に回転させる。即ち、相互に接触した研磨パッド調節器２００および研磨パッド４００を相対的に移動させて研磨パッドを調節する。研磨パッド調節器２００および研磨パッド４００の回転方向が同一であるか、または異なるものであることができる。研磨パッド調節器２００および研磨パッド４００が相対的に移動される時、回転する表面調節ユニット２０４が、例えば、研磨パッド４００の表面上の変形した領域を調節および除去する。同時に、溝清掃ユニット２０６が、例えば、研磨パッド４００の表面上および溝４０２中に堆積された残留粒子４１０を除去する（ステップ５３０）。

留意すべきことは、研磨パッド調節器２００により調節された後、研磨パッド４００の表面が好適な粗度を有し、スラリー保持能力を復元し、同時に、過剰な残留粒子４１０が除去され、溝４０２中に堆積することが防止されることである。従って、調節された研磨パッド４００を用いるウエハーの化学機械研磨の実行は、高い且つ安定した研磨率を提供し、ウエハーのマイクロスクラッチの発生を効率的に回避することができる。

以上のごとく、この発明を最良の実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

従来の研磨パッド調節器で処理された研磨パッドを説明するための断面図である。従来の研磨パッド調節器により調節された研磨パッドを用いるウエハーの化学機械研磨を説明するための断面図である。本発明の一実施形態に係る研磨パッドの底面図である。図２Ａの線Ｉ−Ｉ'に沿って示した断面図である。本発明の他の実施形態に係る研磨パッド調節器の底面図である。本発明の他の実施形態に係る研磨パッド調節器の底面図である。本発明の他の実施形態に係る研磨パッド調節器の底面図である。本発明の他の実施形態に係る研磨パッド調節器の底面図である。本発明の他の実施形態に係る研磨パッド調節器の底面図である。本発明の一実施形態に係る研磨パッド調節器を用いる研磨の調節を説明するための断面図である。本発明の一実施形態に係る研磨パッド調節方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１００，４００研磨パッド
１０２，４０２溝
１１０，２００，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０研磨パッド調節器１１２，２０２，２１２，２２２，２４２，２５２基層
１１４ダイヤモンド顆粒
１２０，４１０残留粒子
１２２集合粒子
１３０ウエハー
１４０マイクロスクラッチ
２０４，２１４，２２４，２３４，２４４，２５４表面調節ユニット
２０６，２１６，２２６，２３６，２４６，２５６溝清掃ユニット
Ｓ５１０，Ｓ５２０，Ｓ５３０ステップ

Claims

基層と、
前記基層の表面上に配置された少なくとも１つの表面調節ユニットと、
前記基層の前記表面上に配置された少なくとも１つの溝清掃ユニットと
を含み、前記表面調節ユニットが前記溝清掃ユニットと一体的に形成されることを特徴とする研磨パッド調節器。
前記溝清掃ユニットがブラシ状部材を含むことを特徴とする請求項１記載の研磨パッド調節器。
前記ブラシ状部材の材料がナイロンを含むことを特徴とする請求項２記載の研磨パッド調節器。
前記溝清掃ユニットが前記基層の前記表面上に分配される任意の構成を含むことを特徴とする請求項１記載の研磨パッド調節器。
前記溝清掃ユニットが前記表面調節ユニットの外周を囲むことを特徴とする請求項１記載の研磨パッド調節器。
前記溝清掃ユニットが前記表面調節ユニットと交互に配列されることを特徴とする請求項１記載の研磨パッド調節器。
前記表面調節ユニットが複数のダイヤモンド顆粒を含むことを特徴とする請求項１記載の研磨パッド調節器。
少なくとも１つの表面調節ユニットおよび少なくとも１つの溝清掃ユニットを含む研磨パッド調節器を提供し、前記表面調節ユニットを前記溝清掃ユニットと一体化して形成するステップと；
前記表面調節ユニットおよび前記溝清掃ユニットを相互に接触させるステップと；
前記研磨パッド調節器および研磨パッドを相互に対応して移動させ、前記研磨パッドを前記表面調節ユニットで調節すると同時に、前記研磨パッド上の残留粒子を前記溝清掃ユニットで除去するステップと
を含むことを特徴とする研磨パッド調節方法。
前記溝清掃ユニットがブラシ状部材を含むことを特徴とする請求項８記載の研磨パッド調節方法。
前記ブラシ状部材の材料がナイロンを含むことを特徴とする請求項９記載の研磨パッド調節方法。
前記表面調節ユニットが複数のダイヤモンド顆粒を含むことを特徴とする請求項８記載の研磨パッド調節方法。
前記研磨パッド調節器および前記研磨パッドを相互に対応して移動させるステップが、それぞれ、前記研磨パッド調節器および前記研磨パッドを回転させることを含むことを特徴とする請求項８記載の研磨パッド調節方法。