JP2010114398A - Ｃｍｐスラリの注入のための方法及び機器 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエハの化学的機械的研磨において、ウエハとパッドとの間にスラリを注入するための装置と、それを使用するための方法
【解決手段】機器は、立体三日月形注入器１０を含み、該注入器の１０凹状後縁１２は、研磨ヘッド２６の前縁の大きさ及び形状に、最大１インチ（約２．５４ｃｍ）の間隙を挟んで適合しており、注入器１０の底面は、パッド２６に面しているとともに軽荷重によってパッド２６に載っており、注入器１０を通じて、ＣＭＰスラリ又はＣＭＰスラリの成分は、注入器１０の上部にある１つ又は２つ以上の開口を通して導入され、機器の長さに及ぶチャネル又はリザーバを通って底部へ移動し、そこで、注入器１０の底部にある複数の開口から出て、薄膜状に広がり、スラリの全部又は大半がウエハ１４と研磨パッド２６との間に導入されるような十分に少ない量で、ウエハ１４の前縁に沿って研磨パッド２６の表面とウエハ２８との間に導入される。
【選択図】図１

Description

近年では、化学的機械的研磨（ＣＭＰ:Chemical Mechanical Polishing）スラリが、研磨パッド及びダイヤモンドコンディショナディスクとともに、ＣＭＰプロセスを実行するために使用される装置の鍵となる要素を構成している。これらの研磨パッド及びダイヤモンドコンディショナディスクは、幾つかの供給メーカによって、確かな品質及び有効性の基準に適うように製造され、市販されてきた。研磨パッドの機能は、スラリと協力しあってウエハ表面を切り取ること及び研磨することである。研磨パッドは、この機能を達成するにつれて、自身が滑らかになり、ウエハ表面を研磨するその能力の有効性を失っていく。研磨パッドに面した表面を小粒の埋め込みダイヤモンド又はその他の硬い物質で覆われたダイヤモンドコンディショナディスクの機能は、研磨時に研磨パッド表面に切り込んで、同表面を粗面化することによって、同表面がウエハによって滑らかにされると同時に継続的に粗面化されるようにすることである。このようにして、研磨パッドの有効性が、一定に維持される。スラリの機能は、ウエハの表面に機械的磨耗粒子及び化学的成分を継続的に送ること、そして研磨表面から反応生成物及びウエハデブリ（破片）を除去する手段を提供することにある。当該技術分野では、有効性及び特質の様々な幾つかの異なるスラリが知られている。現時点において、最もよくあるタイプのＣＭＰツールである回転式の研磨機の場合は、スラリは、単純な導管、ノズル、又は噴霧バーを使用して、一定の流速で回転研磨パッドに塗布される。未使用スラリは、重力及び求心加速度の影響下で塗布地点から流れ去り、使用済みスラリすなわち研磨パッドとウエハとの間を通過して研磨に携わったスラリと混ざり合う。

古いスラリは、化学的に「消耗」されているうえに、ウエハ、コンディショナ、及びパッドからのデブリを更に含有している。これらのデブリは、古いスラリがウエハと研磨パッドとの間の間隙に再び進入した場合にウエハ表面に曝され、汚染及び欠陥を増加させる恐れがある。したがって、研磨のデブリを、更にはその延長として使用済みスラリを、それらの生成後に迅速に、尚且つウエハ下に再導入されることのないように最大限に、研磨パッドから除去することが重要である。

最終的に、パッドの回転は、スラリをウエハの前縁に接触させ、そこで、へさき波を形成する。この地点にある未使用スラリの一部は、ウエハと研磨パッドとの間の狭い１０〜２５ミクロンの間隙内へと移流され、研磨に用いられる。間隙が存在するのは、パッドの表面が粗い一方でウエハの表面は比較的滑らかであり、ウエハはパッド表面の高い地点にのみ接触するからである。しかしながら、未使用スラリの大半は、へさき波内にとどまり、研磨ヘッドとパッドとの組み合わせ回転によってパッドの縁へ運ばれる。スラリは、すると、パッドの縁を超えて失われる。したがって、このような回転式ＣＭＰツールでは、実際のスラリ利用、すなわち塗布された新しいスラリのうち、粗いパッド表面とウエハとの間の間隙に進入するスラリが、塗布されたスラリ全体に占める割合は、普遍的に極めて低い。スラリの消費及び廃棄処分は、ＣＭＰツールの所有コスト及び運転コストの大きなシェアを占めるので、これは、重大な問題である。

ウエハの研磨時は、パッドの、通常はその中心に脱イオン水を加えることによって、ウエハ間から使用済みスラリを洗い流すことが、当該技術分野における習慣であるので、研磨の除去速度及び均一性に対して更なる負の影響が生じる。１枚目のウエハを取り除いて２枚目に交換するまでの時間は短く、新しいウエハの研磨が開始するときは、常に大量の水がパッド上に残っている。この水は、均等に分配されておらず、その結果、新しく加えられたスラリを非均一な形で希釈し、希釈スラリに起因する除去速度の全体的低下、及びパッドの場所によるスラリ濃度のばらつきに起因する除去速度の均一性欠如の両方を引き
起こす。この効果は、数秒間にわたって持続するので、ウエハが研磨される期間の２５〜５０パーセントの長さにわたって負の効果を及ぼす可能性があり、その結果、プロセス有効性及び製品品質の重大で大幅な低下をもたらす。

ウエハ下へのスラリの移流及び進入を促進するために、先行技術の実践者は、ＣＭＰパッド内において溝を使用してきた。これは、一部のスラリをパッドとウエハとの界面に確実に到達させるには有効であったが、スラリの大半は、依然として、一度も使用されることなくパッドから捨て去られていた。スラリは高価であり、大量のスラリを提供及び除去するための機器、装置、及び手順をＣＭＰプロセスに含ませなければならず、これは、ＣＭＰプロセスを複雑にするとともに圧迫する。現在のところ、使用されるスラリの量を大幅に減少させるために使用可能であるような、又はＣＭＰ時にパッドに導入されるスラリの大半がパッドとウエハとの間に実際に導入され、パッドから捨て去られる前に意図通りに用いられることを確実にするために使用可能であるような、効果的な方法はない。

上述のように、この問題を解決する方法は、今まで、ＣＭＰ研磨時にスラリの一部分をウエハ下に導くために、ＣＭＰパッドの表面内に溝を設けることからなっていた。米国特許第５２１６８４３号（Breivogel et al：１９９２年９月２４日出願、引用によって本明細書に組み込まれる）では、「薄膜を研磨するための装置」であって、「前記装置は、…「前記テーブルを覆うパッドであって、前記パッドは、複数の溝を予め形成された上面を有し、前記予め形成された溝は、対応する複数の点接触をパッドと基板との界面に形成することによって研磨プロセスを促進する」パッドと、そして「前記基板を研磨している間に前記パッドの前記上面内に複数のマイクロチャネル溝を提供するための手段であり、前記マイクロチャネル溝は、前記基板と前記パッドとの間に前記スラリを導くことによって前記研磨プロセスを促進するのに役立つ、手段とを備える。」更に、米国特許第７１７５５１０号（Skyropec et al.：２００５年４月１９日出願、引用によって本明細書に組み込まれる）では、研磨の方法であって、「研磨パッドは、ウエハと研磨パッドとの間にスラリを導く（原文のまま）とともに余分な材料をウエハから取り除く溝を有することによって、ウエハの表面の効率的な研磨を可能にする」方法が記載されている。Skyropec et al.と同じくらい最近では、パッドとウエハとの間に導入されたスラリの量を最大にするための好ましい方法は、溝を用意することであり、当該技術分野の実践者の努力は、これらの「マイクロチャネル」が適切な方法で再生成される又は維持されることを保証することに限られていた。

米国特許公報第２００７／０２２４９２０号（引用によって本明細書に組み込まれる）では、これらの溝は、溝によってウエハ下へ導かれるスラリの量を最適にするのに適切な大きさ及び形状に作成されたパッド内の穴によって強化される。しかしながら、これは、へさき波内におけるスラリの蓄積ゆえに新しいスラリが無駄にされる基本的な問題を解決していない。

更に、Novellus Systems, Inc.は、スラリが研磨パッドを通じてウエハ下へ直接注入される（米国特許第５５５４０６４号、引用によって本明細書に組み込まれる）環状研磨機によって、スラリ利用の問題に対処してきた（米国特許第６５０００５５号、引用によって本明細書に組み込まれる）。これは、高いスラリ利用を保証するが、スラリ分配システムに適応するプラテンとカスタムパッドとの複合体と、注入方法を活かすための専用の研磨ツールとを必要とする。同様に、米国特許公報第２００７／０２８１５９２号（引用によって本明細書に組み込まれる）では、多段階ＣＭＰプロセスを促進する目的で、ダイヤモンドコンディショナディスク内の穿孔を通してスラリ及びその他の調整用ケミカルが導入及び除去されるが、これは、より多くの割合をウエハとＣＭＰパッドとの間に向かわせることによってスラリの利用を効果的に向上させることを意図しておらず、それを実現するものでもない。

やはり先行技術に含まれるものに、スラリを吐出するための装置を教示した米国特許第５９６４４１３号（引用によって本明細書に組み込まれる）がある。これは、パッドとウエハとの界面における特定の位置にスラリをポンプ投入するのではなくパッド上にスラリを噴き付けるための機器であり、本発明が目指している所望の利益を提供するものではない。

また、米国特許第６９２９５３３号（引用によって本明細書に組み込まれる）は、面内ＣＭＰ均一性を高めるための方法を教示している。この特許は、スラリをウエハのトラック全体に分配するための複数のノズルを伴うスラリ吐出バーを使用して回転式及び直線型の研磨機の研磨速度の均一性を高めるための方法を説明している。スラリ吐出バーは、パッドの上方に、該パッドに接触しないように据えられる。この方法は、本発明と比べると、ウエハとパッドとの間の間隙と同じ厚さのスラリ層を形成し、最初に相当量の新しいスラリをパッドの下に移流させる、という効果を欠いている。

米国特許第６２８３８４０号（引用によって本明細書に組み込まれる）は、化学的機械的研磨装置に使用するための洗浄及びスラリ分配のシステムアセンブリを教示している。この装置は、「閉じられた空間にスラリを分配することによってその閉じられた空間内にスラリのリザーバを形成するための出口を有しており、スラリは、研磨表面とリテーナの下面との間を移動することによって、リテーナによって閉じられていない空間に分配される」。しかしながら、スラリを必要とする特定の着地領域にスラリを塗布することについては、教示されておらず、実際は、スラリの大半は、ウエハと研磨パッドとの間の断面領域内において着地領域を上回るのが通常である着地領域間の溝を通して失われる。この装置は、また、研磨パッドの中心からの半径の関数として流れを制御することを教示も達成もしておらず、使い尽くされた古いスラリ、希釈水、又は研磨廃棄物を新しく塗布されたスラリから隔離することについての教示もその効果の報告もなされていない。装置が達成する主な機能は、スラリからの又は洗浄剤からの吹き付けを研磨機上に堆積させないことであり、この場合は、残留物が、欠陥を誘発する汚染源になる可能性がある。これは、説明のなかで幾たびか言及されている。背景技術は、スラリ消費が低減されることについて最後の段落で軽く言及しているが、この特許は、装置がこれを達成すること又はそれが実際どのように達成されるかについての教示を含まない。

米国特許第５９９７３９２号（引用によって本明細書に組み込まれる）は、化学的機械的研磨のためのスラリ注入技術を教示している。スラリ塗布方法は、圧力下において複数のノズルからパッド上にスラリを吹き付けることを伴うが、この発明は、スラリの配置及び形態の正確さの欠如がその有効性を大幅に低減させるという点で、米国特許第６９２９５３３号（引用によって本明細書に組み込まれる）と同じ欠点に見舞われる。

米国特許第４，９１０，１５５号（引用によって本明細書に組み込まれる）は、基本的なＣＭＰプロセスを説明しており、パッド上にスラリの溜まりを保持するために、研磨パッド及び研磨テーブルを取り巻く保持壁を用いている。この特許は、溜まったスラリをより効果的にパッドとウエハとの間の間隙に入らせるための詳細な方法を説明していない。米国特許第５，４０３，２２８号（引用によって本明細書に組み込まれる）は、ＣＭＰプロセスにおいて複数の研磨パッドをプラテン上に搭載するための技術を開示している。パッド間の界面の周囲には、研磨スラリの化学的作用に対して鈍感な材料シールが設けられ、水滴は、パッドの組み立て時につぶれてシールを形成し、上側パッドの外周を上向きに湾曲させ、パッドから溢れ出るまでパッドの面上にとどまるスラリの滞在時間を延ばすためのボウル状のリザーバを形成する。

米国特許第３，３４２，６５２号（引用によって本明細書に組み込まれる）は、半導体
基板を化学的に研磨するためのプロセスを教示しており、スラリ溶液は、噴出流の形でパッドの表面に塗布され、研磨布と被研磨ウエハとの間に液体層を形成する。溶液は、吐出ボトルから塗布され、研磨布を最大限に洗浄してエッチング生成廃棄物を除去できるように、ウエハとプレートとのアセンブリに対して接線方向に塗布される。米国特許第４，５４９，３７４号（引用によって本明細書に組み込まれる）は、半導体ウエハを研磨するために特別に調合された、脱イオン水にモンモリロナイト粘土を含ませた研磨スラリの使用を示している。

米国特許第６２８４０９２号（引用によって本明細書に組み込まれる）は、ＣＭＰスラリ噴霧化スラリ吐出システムを教示しており、「パッド表面に向かう流れの形で又はより好ましくは液滴の形でパッドに向けてスラリを、そして研磨パッド表面において又はその近くにおいてスラリと交わるようにエアカーテンを吐出するように設けられた、研磨スラリ吐出機器である。ウエハは、先行技術による研磨装置の研磨速度及び研磨均一性を尚も維持しつつ、従来の研磨装置よりも少ないスラリを使用して研磨される。好ましい吐出器は、スラリチューブ及びエアチューブを内部に有した細長いケースであり、各チューブは、その長手方向軸に沿って複数の相隔たれたスラリ開口及びエア開口を有しており、チューブは、好ましくは、研磨パッドの直径の少なくとも２分の１にわたって半径方向に配置される。研磨スラリは、好ましくは液滴の形態で、スラリチューブからパッドの表面に向けて方向付けられ、エアチューブからの空気は、エアカーテンを形成し、該エアカーテンは、スラリを噴霧化するために、好ましくはパッド表面において又は該パッド表面よりも僅かに上方において、スラリの液滴と交わる」。

このシステムは、スラリを均一に分配するが、ウエハの前縁におけるスラリ層の厚さを確実に間隙の厚さ又はそれに近い厚さにするような形でそれを行うものではない。

米国特許第６３９８６２７号（引用によって本明細書に組み込まれる）は、複数の可調整式ノズルを有するスラリ吐出器を教示している。その技術の教示では、「複数のスラリ吐出ノズルを備えた、化学的機械的研磨装置のためのスラリ吐出ユニットが開示される。スラリ吐出ユニットは、送り導管と、戻し導管と、スラリ溶液を継続的に流すためにそれらの間に流体連通式に接続されたＵ字型導管とを有する吐出器ボディと、スラリ溶液を吐出するために送り導管内の流体通路に流体連通式に一体的につながれた複数のノズルと、によって構成される。複数のスラリ吐出ノズルは、各ノズル開口において流れ制御弁を用いることによって、固定式開口又は可調整式開口のいずれかを有してよい」。この特許は、言及されている先行技術と同様に、ウエハの前縁におけるスラリ層の厚さを確実にウエハとパッドとの間の間隙と同じにするような特徴を持ち合わせていない。

米国特許第６４２９１３１号（引用によって本明細書に組み込まれる）は、ＣＭＰ均一性を懸念しており、スラリ分配制御の向上によって実現されるＣＭＰ均一性の向上について教示している。スラリ分配の向上は、例えば、複数の吐出地点からスラリを吐出するスラリ吐出器の使用によって達成される。スラリを再分配するためにスラリ吐出器とウエハとの間に絞りバーを提供することも、やはりスラリ分配を向上させる。この発明は、パッドの上にスラリを一様に分配することができるが、均一なスラリ層を間隙の厚さにすることはできない。

一般には、溝及びマイクロチャネルの形成及び維持は、ＣＭＰ研磨の操作にとって不可欠ではあるが、依然として、パッド上に導かれたスラリの大半又はひいては大部分を実際にパッドとウエハとの間に導入するような、パッドとウエハとの間へのスラリの効率的導入の手段を与えることができない。更に、これまでに、パッド上にスラリを一様に広がらせるための方法が非常に多く設計されてきたが、いまだに、パッドとウエハとの間の間隙内への滑らかな進入に適した厚さのスラリ層を用意するような方法は教示されていない。
スラリの大半は、ウエハの前縁にあるスラリのへさき波に蓄積しつづけ、そのほとんどは、前縁に沿って外向きに移動して、パッドの縁から放り出され、廃棄される。更に、ウエハ下にあった汚染された使用済みスラリは、パッドの回転とともにへさき波へ戻り、そこで新しいスラリと混ざり合うことによって、実際のＣＭＰで使用されるスラリの品質を大幅に下げ、無駄を大幅に増大させる。そして、最終的には、先行技術のいずれの方法も、材料の除去と、ウエハ間に加えられる残留スラリ洗浄水の均一性とに対する負の効果を低減させていない。

＜発明の概要＞
本発明は、半導体ウエハの化学的機械的研磨において、ウエハと研磨パッドとの間にスラリを注入するための機器であり、機器は、立体三日月形注入器を含み、該注入器の凹状後縁は、研磨ヘッドの前縁の大きさ及び形状に、最大１インチ（約２．５４ｃｍ）の間隙を挟んで適合しており、注入器は、軽荷重によってパッドに載っており、底面は、パッドに面しており、注入器を通じて、ＣＭＰスラリ又はＣＭＰスラリの成分は、注入器の上部にある１つ又は２つ以上の開口を通して導入され、機器の長さに及ぶチャネル又はリザーバを通って底部へ移動し、そこで、注入器の底部にある複数の開口から出て、薄膜状に広がり、スラリの全部又は大半がウエハと研磨パッドとの間に導入されるような十分に少ない量で、ウエハの前縁に沿って研磨パッドの表面とウエハとの間の間隙に導入される。

本発明は、より具体的には、半導体ウエハの化学的機械的研磨において、ウエハとパッドとの間にスラリを注入するための機器であり、機器は、立体三日月形注入器を含み、該注入器の凹状後縁は、研磨ヘッドの前縁の大きさ及び形状に、２分の１インチ（約１．２７ｃｍ）の間隙を挟んで適合しており、注入器は、ＣＭＰ研磨機の支持機構に取り付けられた、バネ及びツバを棒上に伴うステンレス鋼ポールによって保持されてパッドの表面に載っており、そうして、注入器にかかる荷重を３ポンド（約１．３６ｋｇ）に設定され、パッド表面の許す範囲内でバンク角及びピッチ角については自由にジンバル可能であるが水平面内では回転不可能であるように取り付けられ、パッドに面している注入器の底面は、原則的に平坦であるとともにパッドの表面に平行で尚且つ同表面に載っており、機器の構成に使用される材料は、３枚のポリカーボネートシートであり、注入器を通じて、ＣＭＰスラリ又はＣＭＰスラリの成分は、重力流又は圧力によって、注入器の上部の、パッドがウエハと最も長時間接触する半径にある１つの開口を通して導入され、チャネルを通って注入器の底部へ移動し、そこで、注入器の底部の、注入器の後縁に平行する曲線沿いに、パッド着地領域に対応する可変間隔で設けられた６８個の開口から出て、薄膜状に広がり、スラリの全部又は大半がウエハと研磨パッドとの間に導入されるような十分に少ない量で、ウエハの前縁に沿って研磨パッドの表面とウエハとの間に導入される。

本発明は、また、半導体ウエハの化学的機械的研磨において、装置を使用してウエハと研磨パッドとの間にスラリを注入するための方法であり、装置は、立体三日月形注入器を含み、該注入器の凹状後縁は、研磨ヘッドの前縁の大きさ及び形状に、最大１インチ（約２．５４ｃｍ）の間隙を挟んで適合しており、底面は、パッドに面しており、注入器は、軽荷重によってパッドに載っており、注入器を通じて、ＣＭＰスラリ又はＣＭＰスラリの成分は、注入器の上部にある１つ又は２つ以上の開口を通して導入され、機器の長さに及ぶチャネル又はリザーバを通って底部へ移動し、そこで、注入器の底部にある複数の開口から出て、薄膜状に広がり、スラリの全部又は大半がウエハと研磨パッドとの間に導入されるような十分に少ない量で、ウエハの前縁に沿って研磨パッドの表面とウエハとの間に導入される。

本発明は、より具体的には、半導体ウエハの化学的機械的研磨において、機器を使用してウエハとパッドとの間にスラリを注入するための方法であり、機器は、立体三日月形注入器を含み、該注入器の凹状後縁は、研磨ヘッドの前縁の大きさ及び形状に、２分の１イ
ンチ（約１．２７ｃｍ）の間隙を挟んで適合しており、注入器は、ＣＭＰ研磨機の支持機構に取り付けられた、バネ及びツバを棒上に伴うステンレス鋼ポールによって保持されてパッドの表面に載っており、そうして、注入器にかかる荷重を３ポンド（約１．３６ｋｇ）に設定され、パッド表面の許す範囲でバンク角及びピッチ角について自由にジンバル可能であるが水平面内では回転不可能であるように取り付けられ、パッドに面している注入器の底面は、原則的に平坦であるとともにパッドの表面に平行で尚且つ同表面に載っており、機器の構成に使用される材料は、３枚のポリカーボネートシートであり、注入器を通じて、ＣＭＰスラリ又はＣＭＰスラリの成分は、重力流又は毛管現象によって、注入器の上部の、パッドがウエハと最も長時間接触する半径にある１つの開口を通して導入され、チャネルを通して注入器の底部へ移動し、そこで、注入器の底部の、注入器の後縁に平行する曲線沿いに、パッドの着地領域に対応する間隔で設けられた６８個の開口から出て、薄膜状に広がり、スラリの全部又は大半がウエハと研磨パッドとの間に導入されるような十分に少ない量で、ウエハの前縁に沿って研磨パッドの表面とウエハとの間に導入される。

注入器を上から見た図である。 パッドの上にある注入器の側断面図である。 重りを加えられた、パッドの上にある注入器の側断面図である。

＜発明の詳細な説明＞
本発明の発明者は、ＣＭＰプロセスにおけるスラリのより効率的な使用と、より多くの新しいスラリがウエハの下で移流され、より高い割合の古い使用済みスラリが廃棄物として処理されることを保証するとともに、ＣＭＰパッド上に残留する洗浄水が後続のスラリ濃度にひいては除去速度及び均一性に及ぼす有害な効果を克服する、パッドとウエハとの間へのより効率的なスラリ導入方法と、を実現しようとして、この問題を解決することを目指した少なからぬ研究及び努力を経た後に、先行技術のＣＭＰ研磨方法に特徴的な、スラリの無駄遣い、古いスラリと新しいスラリとの混ざり合い、及び残留洗浄水の希釈効果を大きく排除し、回転式ＣＭＰ研磨装置のオペレータがウエハとパッドとの間へのスラリの導入を十分に制御することを可能にする、パッドとウエハとの間への効率的なスラリ導入のための機器及び方法を発見した。より具体的には、発明者は、半導体ウエハの化学的機械的研磨において使用するための装置であって、ウエハの前縁の近くにおいて、パッドとウエハとの間の間隙に匹敵する厚さの薄膜状で、ウエハとパッドとの間にスラリを塗布することによって、ウエハ前縁のへさき波の量を大幅に低減させ、高い割合の未使用スラリが研磨に使用されることを保証する、装置を発明した。装置は、ウエハ前縁のへさき波から物理的に隔てられ尚且つ使用済みスラリ及び残留洗浄水のみを含有する第２のへさき波を、注入器の前縁に形成する。スラリの処分及び廃棄の大半は、この第２のへさき波からであり、これは、また、そうでなければパッドとウエハとの間の間隙に進入して除去速度及び均一性に対して負の効果を及ぼすであろう、研磨の開始時に存在するすすぎ水及びすすぎ水とスラリとの不完全な混合の大半を捕らえて処分する。これらの２つの要素を取り入れたこの装置は、ウエハにおける使用に先立って、未使用スラリと使用済みスラリとの混合及び洗浄水による制御不能なスラリの希釈を抑えることによって、そして未使用スラリの利用が１００％に近づくことを保証することによって、そして使用済みスラリ及び洗浄水のみを第２のへさき波から排出させることによって、ＣＭＰツールが使用する流速全体を大幅に低下させることができる。

この装置は、より具体的には、立体三日月形注入器を含み、該注入器の凹状後縁は、ウエハ又は研磨ヘッドセットの前縁の大きさ及び形状に、最大１インチ（約２．５４ｃｍ）の間隙を挟んで適合しており、注入器は、軽荷重によって研磨パッドに載っており、研磨パッドに面している注入器の底面は、原則的に平坦であるとともに上記研磨パッドの表面
に平行で尚且つ同表面に接触しており、注入器を通じて、ＣＭＰスラリ又はＣＭＰスラリの成分は、通常のスラリ供給システムであってよいスラリ又はスラリ成分のソースに一端を取り付けられるとともに注入器の上部にある入口にもう一端を取り付けられた１本又は２本以上のチューブを通して導入され、立体三日月形注入器の長さに及ぶとともにウエハに接触する研磨パッド部分の上方にある内部分配チャネル又は内部分配リザーバを通って移動し、立体三日月形注入器の底部を通り、そこで、立体三日月形注入器の底部にある複数の開口から出て、研磨パッド表面の上に薄膜状に広がり、スラリの全部又は大半がウエハと研磨パッドとの間に導入されることを保証するのに十分に少ない量で、ウエハの前縁に沿って研磨パッドの表面とウエハとの間に導入される。

同心円状に溝を彫られ、一般に使用される研磨パッド用にカスタマイズされた一実施形態では、注入器は、溝間の隆起領域ごとに、すなわち研磨パッドの「着地」領域ごとに１つずつの小開口を有している。上記着地領域に揃えられたときに、装置は、ウエハ下を通過する各着地領域に直接スラリを注入し、そうして、研磨のためにスラリが必要とされる場所に、正確に未使用スラリを供給する。立体三日月形注入器の底部にある小開口を出た後、未使用スラリは、軽荷重によって研磨パッド表面上に座している立体三日月形注入器の底面の後部によって、薄膜状に広がる。膜の厚さは、研磨パッドとウエハとの間の間隙の厚さに匹敵する。

また、発明者は、ＣＭＰにおける方法であって、ウエハと研磨パッドとの間にスラリを注入するための装置の利用によって、ウエハの前縁の近くにおいて、研磨パッドとウエハとの間の間隙に匹敵する厚さの薄膜状に、ウエハと研磨パッドとの間にスラリを塗布することによって、ウエハ前縁のへさき波を減少させる又は排除するとともに、高い割合の未使用スラリがウエハの研磨に使用されることを保証し、また、立体三日月形注入器の前縁に、立体三日月形注入器によってウエハ前縁から物理的に隔てられ尚且つ使用済みスラリ又は残留水又はそれらの両方のみを含有する第２のへさき波を形成する、方法を見いだした。上記装置は、立体三日月形注入器を含み、該注入器の凹状後縁は、ウエハの前縁の大きさ及び形状に、最大１インチ（約２．５４ｃｍ）の間隙を挟んで適合しており、注入器は、軽荷重によって研磨パッドの表面に載っており、研磨パッドに面している注入器の底面は、原則的に平坦であるとともに上記研磨パッドの表面に平行であり、注入器を通じて、ＣＭＰスラリ、又は溶媒又は微粒子などのＣＭＰスラリの成分は、通常のスラリ供給システムであってよいスラリ又はスラリ成分のソースに一端を取り付けられるとともに立体三日月形注入器の上部にある入口にもう一端を取り付けられた１本又は２本以上のチューブを通して導入され、立体三日月形注入器の長さに及ぶとともにウエハに接触する研磨パッド部分の上方にある内部分配チャネルを通って移動し、立体三日月形注入器の底部を通り、そこで、複数の開口から出て、立体三日月形注入器の底部の後縁によって研磨パッドの上に薄膜状に広がり、スラリの全部又は大半がウエハと研磨パッドとの間に導入されるような十分に少ない量で、ウエハの前縁に沿って研磨パッドの表面とウエハとの間に導入される。

同心円状に溝を彫られ、一般に使用される研磨パッド用にカスタマイズされた一実施形態では、注入器は、「着地」領域ごとに１つずつの小開口を有している。研磨パッドの着地領域に揃えられたときに、装置は、ウエハ下を通過する各着地領域に直接スラリを注入し、そうして、研磨のためにスラリが必要とされる場所に、正確に未使用スラリを供給する。注入器の底部にある小開口を出た後、未使用スラリは、軽荷重によって研磨パッド表面上に座している立体三日月形注入器の底面の後部によって、薄膜状に広がる。こうして形成される膜の厚さは、研磨パッドとウエハとの間の間隙の厚さに匹敵する。

本発明の装置は、当該技術分野の現状に応えて開発されたものであり、特に、現在利用可能なＣＭＰツール用のＣＭＰスラリ供給システムによってまだ完全に解決されていない
当該分野における問題及び必要性に応えて開発されたものである。したがって、本発明の全体的な目的は、先行技術の欠点を是正するＣＭＰスラリ注入器及び関連の方法を提供することにある。

この機器及び方法の目的は、研磨パッドとウエハとの間の空間に、より効果的にスラリを注入可能にすること、並びにウエハ下における使用後にパッド上に残留している古いスラリ及び研磨パッドとウエハパッドとの間を洗浄するために使用された残留水によって新しいスラリが汚染されることを阻止することにある。従来の手段によって研磨パッドに加えられる新しいスラリの多くは、ウエハ又はウエハリテーナの前縁の前方に、へさき波を形成する。このへさき波内では、新しいスラリ及び使用済みスラリはもちろん残留水も混ざり合い、新しいスラリを含む多量のスラリが希釈され、又はディスクから流れ落ちて無駄にされる。ディスクに到達するスラリは、古いスラリのかなりの部分を含有しており、多くの場合、一貫性がないゆえに除去速度のばらつきを生じるレベル、又は効果的な除去をサポートするには一般に低すぎるレベルに希釈されている。

ＣＭＰスラリは、銅又はタングステン又はその他の材料をめっきされたシリコンウエハ又はシリコン化合物ウエハなどの半導体ウエハについて、そのウエハの金属表面を磨耗して平坦にすること、そしてその後に半導体表面自体を平坦にすることが、より可能であるように、新しい（事前に希釈されていない）スラリであることが望ましい。古いスラリ又は水が制御不能な膨大な量で新しいスラリと混ざり合い、この混合の多くがウエハ下で一度も使用されることなく研磨パッドから処分されると、スラリがかなり無駄遣いされ、最終的にウエハ下にたどりつくスラリも、完全には効果的でなくなる。

最もコスト効率が良く尚且つ高品質のウエハ研磨を得るためには、ＣＭＰパッドのメーカ及びユーザは、スラリの無駄遣いを最小限に押さえ、スラリの効率と塗布されるスラリの品質の一貫性とを最大にする必要がある。

無駄遣いの問題、その結果としての非一貫性の問題、そしてしばしば見られる最終的にウエハ下に行き着くスラリの品質低下の問題は、当該技術分野においてしばらく前から知られていた。

本発明は、研磨パッド表面上に新しく加えられたスラリからの、使用済みスラリ及び残留水の物理的隔離を維持することによって、そして新しいスラリが、もしそこにあれば、一度も使用されないまま、パッドの回転によって生成される求心力によって研磨パッドの縁から捨て去られるであろう、ウエハ前縁の前方のへさき波にではなく、ウエハと研磨パッドとの間の間隙内に行き着くことを、可能な限り保証することによって、先行技術の問題を克服する。

本発明のスラリ注入器を使用すれば、一貫性があり効果的であり尚且つ使用量を低減されたスラリ用法を、研磨されたウエハの品質を向上させつつ容易に達成することができる。

以下において、本発明のパーツの全ての寸法は、直径約２０〜３０インチ（約５０．８〜７６．２ｃｍ）のパッドサイズと直径８〜１２インチ（約２０．３〜３０．５ｃｍ）のウエハサイズとに基づいており、使用される研磨パッド及びウエハのサイズの変化に合わせて必要に応じて変更することが可能である。本明細書において与えられる特定の寸法は、決して限定的なものではなく、本発明の効果的な実施形態を実証するための例示的なものである。

本発明は、研磨パッドとウエハとの間にスラリを効率的に導入するための機器及び方法
であって、先行技術のＣＭＰ研磨方法に特徴的なスラリの無駄遣いを大幅に排除し、研磨パッド表面において常に、より純粋で尚且つ未使用で尚且つ希釈されていないスラリの使用を可能にし、更に、ＣＭＰ研磨装置のオペレータがウエハと研磨パッドとの間へのスラリの導入を十分に制御することを可能にする、機器及び装置を含む。より具体的には、先ず図１から始めると、本発明は、半導体ウエハの化学的機械的研磨において、ウエハと研磨パッドとの間にスラリを注入するための機器を含み、機器は、立体三日月形注入器（１０）を含み、その凹状後縁（１２）は、ウエハ（２８）の前縁（１４）の大きさ及び形状に、最大１インチ（約２．５４ｃｍ）の間隙（４２）を挟んで適合しており、それは、軽荷重によって研磨パッド（２６）に載っており、その底面（１６）は、原則的に平坦であるとともに研磨パッド（２６）の表面（３６）に平行であり、それを通して、ＣＭＰスラリ又はＣＭＰスラリの成分が、立体三日月形注入器（１０）の上部（７６）にある入口（２０）に取り付けられた１本若しくは２本以上のチューブ（１８）又はその他の適切な送り手段を通して導入され、立体三日月形注入器（１０）の長さにわたるチャネル又はリザーバ（２２）を通って上記チャネル又はリザーバ（２２）の底部（７８）へ流れ、そこで、立体三日月形注入器（１０）の底部（１６）にある複数の開口（２４）を通って立体三日月形注入器（１０）から出て立体三日月形注入器（１０）の上記底部（１６）と研磨パッド（２６）との間で押圧され、薄膜状に広がり、スラリの全部又は大半がウエハ（２８）と研磨パッド（２６）との間に導入されるような十分に少ない量で尚且つ十分に薄い膜状で、ウエハ（２８）の前縁（１４）に沿って研磨パッド（２６）の表面（３６）とウエハ（２８）との間の間隙に好ましくはパッド内の溝（３２）間の「着地」（３０）領域上に導入され、そうして、使用済みスラリは、立体三日月形注入器（１０）の前縁（３４）にある第２のへさき波（４６）内に集中することによって、新しく注入されたスラリから、より効果的に隔てられた状態に維持される。

更に、本発明は、ＣＭＰ研磨においてウエハ（２８）と研磨パッド（２６）との間にスラリを注入するための機器の利用によって、ウエハ（２８）の表面と研磨パッド（２６）の表面（３６）との間に半導体ウエハの化学的機械的研磨のためのスラリを注入するための方法を含み、上記機器は、立体三日月形注入器（１０）を含み、その凹状後縁（１２）は、ウエハ（２８）の前縁（１４）の大きさ及び形状に、最大１インチ（約２．５４ｃｍ）、好ましくは３２分の１〜１インチ（約０．７９４ｍｍ〜２．５４ｃｍ）の間隙（４２）を挟んで適合しており、研磨パッド（２６）に面しているその底面（１６）は、原則的に平坦であるとともに研磨パッド（２６）の表面（３６）に平行であり、それは、軽荷重によって研磨パッド（２６）に載っており、それを通して、ＣＭＰスラリ又はＣＭＰスラリの成分が、立体三日月形注入器（１０）の上部（７６）にある１つ又は２つ以上の入口（２０）を通して導入され、立体三日月形注入器（１０）の底部（１６）へ移動し、そこで、スラリ又はスラリ成分は、立体三日月形注入器（１０）の上記底部（１６）にある出口開口（２４）から出て、薄膜状に広がり、スラリの全部又は大半がウエハ（２８）と研磨パッド（２６）との間に導入されるような十分に少ない量及び小さい寸法で、ウエハ（２８）の前縁（１４）に沿って研磨パッド（２６）の表面（３６）とウエハ（２８）との間の間隙に、好ましくは研磨パッド（２６）内の溝（３２）間の「着地」（３０）領域上に導入される。

研磨ツールとしては、任意の適切な回転式研磨ツールが使用されてよい。特に、既存の回転式研磨ツールを、本発明の装置に据えつけてよい。ＣＭＰでの使用に適した任意の研磨パッド（２６）が使用されてよい。更に、ＣＭＰでの使用に適した任意のダイヤモンドコンディショナディスクが使用されてよい。

スラリについては、適用可能な任意のＣＭＰスラリが使用されてよく、例えば、シリカベースのスラリ及びアルミナベースのスラリのいずれか又は両方が使用されてよい。

立体三日月形注入器（１０）は、金属、プラスチック、セラミック、又はガラスなど、ＣＭＰプロセスに適した任意の硬質材料を使用して、もし該当する場合は、入口（２０）、三日月形の後縁（１２）、三日月形の前縁（３４）、開口（２４）、チャネル及びリザーバ（２２）を含むように任意の適切な手段によって成形された立体ブロックとして、又は接合される複数のパーツとして、又は複数の層として構成されてよい。内部チャネル又は内部リザーバ（２２）、三日月形の前縁（３４）、及び三日月形の後縁（１２）を組み入れるように適切な形状にカットされたポリカーボネートシートの層（５６）による構成が好ましい。これは、ポリカーボネートシートが、コスト効率が良く、軽量で、尚且つ耐性があるゆえに、そしてポリカーボネートの透明性が、もし内部チャネル又は内部リザーバ（２２）が使用される場合にその内部におけるスラリの状態をオペレータが見ることを可能にするゆえに当てはまる。層（５６）が使用される場合は、層（５６）をまとめあわせるために、接着剤及びボルト（８０）を非限定的に含む任意の適切な方法が使用されてよく、なかでもボルト（８０）が好ましい。

立体三日月形注入器（１０）の凹状後縁（１２）は、ウエハ（２８）の前縁（１４）の大きさ及び形状に適合している。立体三日月形注入器（１０）の後縁（１２）は、ウエハ（２８）の前縁（１４）に形状及び寸法が一致しているか、或いは機械的干渉を回避するために湾曲に相違があるかしてよい。特に、間隙（４２）が小さい場合は、一致している縁が好ましい。三日月形注入器（１０）の長さ（角の先端（４４）間のズレ）は、研磨されるウエハ（２８）の直径に応じて、ウエハ（２８）の前縁（１４）を実質的にカバーするのに十分であること、又は４〜１８インチ（約１０．２〜４５．７ｃｍ）であることが望ましい。任意の成形手段が使用されてよいが、ポリカーボネートシートが使用される場合は、カッティングによって成形が達成されることが好ましい。

ウエハ（２８）と、立体三日月形注入器（１０）の後縁（１２）との間の距離は、最も幅広の地点で０〜１インチ（約０〜２．５４ｃｍ）であることが望ましい。立体三日月形注入器（１０）の前縁（１４）は、形状が三角形又は長方形であるか、或いはもしスラリチャネル又はスラリリザーバ（２２）が使用される場合はその内部に十分な容量を可能にすると同時にＣＭＰプロセスに対して最小限にしか干渉しないような任意のその他の適切な形状であってよく、使用済みスラリが未使用の新しいスラリと混ざり合う可能性が生じる前に使用済みスラリを研磨パッド（２６）から除去するのに適した第２のへさき波（４６）を形成する。

研磨パッド（２６）に載っている立体三日月形注入器（１０）の荷重は、１〜１０ｌｂ（約０．４５４〜４．５４ｋｇ）又はそれより大きく、通常は、立体三日月形注入器（１０）の底面（１６）と研磨パッド（２６）との間の平均間隙（４２）を、少ない倍数内でウエハ（２８）とパッド（２６）との間の平均間隙（４２）匹敵させるに足る圧力を加えるのに十分な大きさである。後者の測定値は、１０〜２５ミクロンであることが多いが、より大きい又はより小さい間隙（８２）も可能である。

研磨パッド（２６）に面している立体三日月形注入器（１０）の底面（１６）は、平坦で尚且つ滑らかであるが、必要に応じて、テクスチャ加工されるか、溝を彫られるか、又は成形されるかしてよい。底面（１６）は、研磨パッド（２６）の表面（３６）に原則的に平行であるが、もし必要な場合は、ピッチ又はバンクを異ならせることが可能である。間隙（８２）は、立体三日月形注入器（１０）の底面（１６）の平坦化によって調整することができる。ＣＭＰスラリ又はＣＭＰスラリの成分は、立体三日月形注入器（１０）の上部（７６）にある１つ又は２つ以上の開口（５２）を通して立体三日月形注入器（１０）に導入される。底面（１６）にある開口（２４）の数及び大きさに制限はないが、０．０１〜０．１２５インチ（約０．２５４〜３．１８ｍｍ）の直径が好ましく、４０〜１６０個の開口（２４）が好ましい。上記開口（２４）は、研磨パッド（３６）上の「着地」
（３０）領域の位置及び数に対応することが好ましく、各「着地」（３０）領域上に１つずつの開口（２４）が設けられることが更に好ましい。開口（２４）の線状配置は、制限されないが、直線又は曲線に沿って配置されることが好ましい。開口（２４）は、互いにどのような位置及び分離距離で設けられるにせよ、研磨パッド（３６）の着地（３０）の真上にあることが適していると考えられる。

立体三日月形注入器（１０）にスラリを導入する手段は、特に制限されないが、ＣＭＰツールのスラリ供給システムにつながれたTygonチューブ（１８）が好ましい。チューブ（１８）は、任意の適切な手段によって立体三日月形注入器（１０）に取り付けられてよいが、クイックコネクタ結合（５４）が好ましい。立体三日月形注入器（１０）の上部における入口開口（２０）の位置決めについては、任意の位置決め又はパターンが使用されてよいが、研磨パッド（２６）上のとある地点がウエハ（２８）の下を通過する時間が最も長いような半径に合致する位置が好ましい。チャネル又はリザーバ（２２）の大きさ、及びそれが狭いチャネル又はリザーバ（２２）であるかどうかは、入口（２０）の位置決め時に検討されることが望ましい。

立体三日月形注入器（１０）は、任意の適切な手段によって作成されてよいが、成形又はカットされた硬質材料からなる好ましくは３枚のポリカーボネートシートである３枚の層（５６）を任意の適切な手段によって接合して立体三日月形注入器（１０）を構成する方法が好ましい。層（５６）は、同じ又は異なる厚さであってよく、立体三日月形注入器（１０）が弱すぎてＣＭＰ研磨の厳しさに耐えられなくなるほど薄くはない、又はかさばりすぎて適用できなくなるほど厚くはない任意の厚さが使用されてよく、どの層（５６）も、厚さ０．１７インチ（約４．３２ｍｍ）の均一な層（５６）であることが好ましい。

上記層（５６）が使用される場合は、それらの層は、均一の厚さであるか、又はもしチャネル若しくはリザーバ（２２）が使用される場合は、様々な厚さのチャネル若しくはリザーバ（２２）が望ましいときにそのようなチャネル若しくはリザーバ（２２）を作成するために、特に真ん中の層を斜面状に形成されるかしてよい。層（５６）は、均一な厚さであることが好ましい。スラリを注入器の底面に導入するためのライン又はチャネル（２２）は、注入器を通る直接通路であるか、枝分かれされるか、又はもし３枚層の場合は特に真ん中の層（８６）をより広範囲に取り除くことによってチャネル若しくはリザーバ（２２）を形成されるかしてよい。このようなチャネル又はリザーバ（２２）が用いられる場合は、チャネル又はリザーバ（２２）の形状は、立体三日月形注入器（１０）と同じ基本形状であるか、又は楕円形、卵形、単純な通路、若しくはその他の任意の適切な均一形状であってよい。チャネル又はリザーバ（２２）は、スラリが導入されるときに空気を追い出すために、いずれかの端にブリード弁（８８）を有することが望ましい。

好ましくは立体三日月形（１０）への進入地点よりも手前でスラリ流量を監視するために、流量計又はその他の適切なセンサが追加されてよい。

チャネル又はリザーバ（２２）が使用される場合は、注入器の中心を中心とした原則的に楕円形状のリザーバか、或いはその側面境界（９０）が立体三日月形注入器の外側側面境界（１４）（３４）から固定距離にあるようなチャネル又はリザーバ（２２）が好ましい。

チャネル又はリザーバ（２２）の上面（６０）及び下面（６２）は、平行で尚且つ平坦であるか、互いに対して僅かに平面的角度であるか、又は僅かに丸められるかしてよい。チャネル又はリザーバ（２２）の上面（６０）及び下面（６２）は、平行で尚且つ滑らかなものが好ましい。

立体三日月形注入器（１０）の底面（１６）にある、スラリを立体三日月形注入器（１０）から出すための開口（２４）は、任意の形状及び大きさであってよいが、円形又は楕円形が好ましく、円形が更に好ましい。出口開口（２０）の直径は、任意の直径であってよいが、立体三日月形注入器（１０）上に合計６８個の開口（２０）がある場合は約０．０６２５インチ（約１．５９ｍｍ）の直径が好ましい。開口（２４）は、底面（１６）に垂直か又は一定の角度かで作成されてよい。開口（２０）は、任意の適切な手段で作成されてよいが、ドリルによる穴開けが好ましい。複数の開口（２０）が使用される場合は、任意の位置決め及びパターンが使用されてよいが、着地（３０）領域の半径に対応するように尚且つ立体三日月形注入器（１０）の後縁（１２）の湾曲に沿うように、約４分の１インチ（約６．３５ｍｍ）の送り量で曲線状に間隔を空けた開口（２０）が好ましい。

立体三日月形注入器（１０）を通るスラリの流速は、研磨パッド（２６）の中心からの開口（２０）の半径距離を基準とした開口（２０）の位置によって影響される。したがって、流動状態を最適にするために、大きさ、形状、入射角度、及び密度パターンが調整されてよい。スラリは、重力流又はポンプ操作によって立体三日月形注入器（１０）内のチャネル又はリザーバ（２２）に導入されてよい。ポンプ操作によって導入される場合は、流速は、６８個の開口（２０）に対しておよそ５０ｃｃ／分又はそれを上回る、すなわち１個の開口（２０）ごとに約０．７３ｃｃ／分又はそれを上回ることが望ましい。

研磨パッド（２６）上における立体三日月形注入器（１０）の位置は、任意の適切な機器によって維持することができるが、立体三日月形注入器（１０）を取り付けられた棒（６６）を伴う梁（６４）が好ましい。梁（６４）又は棒（６６）は、ＣＭＰプロセスの厳密さに耐えるのに十分な強さであることが望ましく、直径又は場合によっては厚さが０．２５〜０．７５インチ（約６．３５〜１９．１ｍｍ）であることが望ましい。これらの構成要素の材料としては、ステンレス鋼が好ましい。立体三日月形注入器（１０）は、磨耗されたときに洗浄又は交換が可能であるように、棒（６６）から取り外し可能であることが望ましい。これは、また、異なる研磨パッド（３６）溝形状に対応して立体三日月形注入器（１０）を異なる穴パターンに切り替えることも可能にする。

本発明では、立体三日月形注入器（１０）と、棒（６６）またはその他の支持手段との間の接触点は、立体三日月形注入器（１０）のピッチ又はバンクが調整可能又は僅かに移動可能であるように、ジンバル（６８）を備える。棒（６６）の上端は、位置決めネジ（７４）などの任意の適切な手段によって、ＣＭＰツールの支持機構に固定されてよい。バネ（７０）とツバ（７２）との組み合わせを使用して荷重を加え、棒（６６）に対して位置決めネジ（７４）を締める前に荷重を固定するか、又は位置決めネジ（７４）を締める前に荷重を加えるために、立体三日月形注入器（１０）の上面（７６）の上に死重（５０）を配するかしてよい。ツバ（７２）は、別の位置決めネジ（７３）によって棒（６６）に固定される。作業時に荷重を決定するために、適切な荷重センサが取り付けられてよい。

スラリが立体三日月形注入器（１０）にポンプ投入される場合は、任意の適切な流速が使用されてよく、例えば、スラリは、３０〜３００ｃｃ／分の流速でポンプ投入されてよい。

立体三日月形注入器（１０）と棒（６６）との間の取り付け点にあるジンバル（６８）機器は、棒（６６）を軸にした回転を許容することなくピッチ角及びバンク角を調整することを可能にする任意の適切なジンバル（６８）機器であってよい。これは、固定式の調整であることが可能である、すなわち立体三日月形注入器（１０）は、研磨パッド（２６）表面（３６）に対して平坦にあるように、自然に調整することが可能である。このジンバル（６８）特徴は、オペレータが、非常に薄いスラリ膜を敷くことを可能にするととも
に、そうするにあたって、研磨パッド（２６）の上又は上方に座している立体三日月形注入器（１０）が、その底部（１６）の平坦な向きを失うことなく、立体三日月形注入器（１０）の前縁にあるへさき波（４６）に使用済みスラリを効果的に分離することを可能にする。

実施例
Rohm and HaasのIC-10-A2 ＣＭＰパッドをAraca IncorporatedのAPD-500 ２００ｍｍＣＭＰ研磨ツールに取り付け、更に、三菱マテリアル株式会社のＴＲＤコンディショニングディスクも取り付けた。ＣＭＰツールの支持機構に締め付けられた可調整式梁の穴に、長さがおよそ６．５インチ（約１６．５ｃｍ）で直径が０．３１２５インチ（約７．９４ｍｍ）のステンレス鋼シャフトを通した。ツバと支持機構との間に、棒に沿ってバネを配した。バネは圧縮され、ツバは、位置決めネジによって棒に取り付けられた。これは、バネからの力を注入器を通じてパッドの表面に伝える効果があった。次いで、荷重を固定するため、そして棒を自身を軸にして回転させないために、可調整式梁内の棒のための別の位置決めネジを使用して、その棒を支持機構に取り付けた。

注入器は、角から角までがおよそ１０インチ（約２５．４ｃｍ）であるとともに後縁の直径が直径１１．１２５インチ（約２８．３ｃｍ）の研磨ヘッドに対応し尚且つ幅が１インチ（約２．５４ｃｍ）である３枚の同一の三日月形（図１）を作成するために、帯のこを使用してカットされた、３枚の透明なポリカーボネートシート（GE PlasticのXL10、厚さ０．１７インチ（約４．３２ｍｍ））で作成された。これらの形状の凸状（前）縁に近い側に、真ん中を約４インチ（約１０．２ｃｍ）隔てた約２インチ（約５．０８ｃｍ）間隔で、４つの穴をドリルで開け、これらのシートのうちの１枚（底シート）には、プレス嵌めアルミニウムナットを収容させるために、直径８分の３インチ（約９．５３ｍｍ）の凹所を深さ約０．１インチ（約２．５４ｍｍ）まで開けた。他の２枚のシート（上シート及び中間シート）には、ジンバル機構を収容させるために、直径２分の１インチ（約１．２７ｃｍ）の穴を底シートの半ばまでドリルで開けた。中間シートには、そのシートの凹状後縁から前方に４分の１インチ（約６．３５ｍｍ）の等距離のところに、シートの全長に及ぶ長い分配チャネルを、角から４分の１インチ（約６．３５ｍｍ）内側まで切り抜いた。チャネルは、幅８分の１インチ（約３．１８ｍｍ）であった。研磨パッドの助けを借りて構成された別個のテンプレートを使用することによって、チャネルの経路に沿って、パッド上の着地領域に穴を揃えるために必要とされる様々な間隔で、６８個の穴（直径１６分の１インチ（約１．５９ｍｍ））をドリルで底層に開けた。穴は、シートの表面に垂直であった。最後に、上シートに、直径８分の３インチ（約９．５３ｍｍ）の入口穴をドリルで開け、アルミニウム供給チューブ、すなわちTygonチューブの４インチ（約１０．２ｃｍ）セクションを装着し、Tygonチューブへの取り付けに適したクイックコネクタを研磨機に対して使用した。

シートを縁が揃うように合わせ、更に、注入器を作成するために底シート内の凹所にナットを配し、ボルトで留め付けた。組み立てに先立って、中間シートの上部及び底部に、耐水性繊維ガラスで補強された両面の接着布（３Ｍ）を添付した。バンク及びピッチの自由な調整を可能にするが棒の軸を中心にした回転は許容しないジンバル機構を、注入器の上部にある２分の１インチ（約１．２７ｃｍ）の穴に入れ、金属ピンで固定し、棒に取り付けた。スラリ送りチューブを上シートの供給チューブに取り付け、注入器の後縁を、研磨パッドの前縁からおよそ０．５インチ（約１．２７ｃｍ）にあるように、そして注入穴がパッド上の「着地」領域と揃うように調整した。

実施例１〜５
５０〜２００ｃｃ／分の水流速と１０〜８０ＲＰＭのプラテン回転速度とを使用した、注入器の完全性及び安定性の予備テストが成功に終わった後、以下のように、研磨テスト
を行った。パッドの寿命期間を通じてパッド表面の平坦性を最適にするように設計された「既知の最良方法」である調整スイープを使用し、Araca IncorporatedのAPD-500研磨機上の新しい3M A165 100グリット調整ディスクによって、４５分間にわたり、新しいRohm and HaasのIC-10-A2パッドの調整を行った。次いで、テトラエトキシシランのソースから二酸化シリコンの層を堆積された直径２００ｍｍのウエハ（ＴＥＯＳウエハとして知られる）を、５５ＰＲＭのプラテン回転速度及び５３ＲＰＭのキャリア回転速度でFujimiのPL4072ヒュームドシリカを使用したin-situ調整（研磨しつつ調整すること）によって、４ＰＳＩで１分間にわたって研磨した。各ウエハの研磨後は、２〜３リットルの脱イオン水をビーカから加えることによって、パッドから使用済みスラリを洗い流した。除去速度を測定するために使用されるウエハ（「速度ウエハ」）を通す前に、使用済み（「ダミー」）ＴＥＯＳウエハを数分間にわたって処理し、次いで、平均摩擦係数（ＣＯＦ）が安定化するまで１１枚の一連のＴＥＯＳダミーをそれぞれ１分間にわたって研磨した。次いで、２枚のＴＥＯＳ速度ウエハを、１５０、１２０、９０、６０、及び３０ｃｃ／分の各注入器流速でこの通りの順番で研磨した。５５ＲＰＭのプラテン回転速度の場合にツールで使用される標準スラリ流速は、１５０ｃｃ／分である。流速が変化するたびに、速度ウエハを通す前にシステムを安定化させるべく、ＴＥＯＳダミーを１分間にわたって通した。各流速で処理された２枚の速度ウエハのそれぞれに対する２回の直径スキャンをもとに、反射率計を使用して測定された平均除去速度は、１５０、１３０、９０、６０、及び３０ｃｃ／分の各流速でそれぞれ２４３０、２４０８、２４０５、２２７６、及び２０２６オングストローム／分であった。せん断力の標準偏差は、１５０、１２０、９０、６０、及び３０ｃｃ／分でそれぞれ３．０、３．４、４．０、４．２、及び６．０ｌｂ（約１．３６、約１．５４、約１．８１、約１．９１、及び約２．７２ｋｇ）であった。せん断力の標準偏差は、ツールがどれくらいスムーズに作動しているかを測定するものであり、４ＰＳＩで加えられる２０１ｌｂ（約９１．２ｋｇ）の全研磨力のほんの僅かを占めている。

比較実験１〜５
注入器を取り外し、ＣＯＦが安定化するまで７枚のＴＥＯＳダミーをそれぞれ１分間にわたって研磨し、次いで、１５０、１２０、９０、６０、及び３０ｃｃ／分の流速でパッドの中央にスラリをポンプ投入（中央塗布）しつつ、２枚のウエハを研磨した。流速が減少するたびに、２枚の速度ウエハに先立って１枚のダミーウエハを研磨した。各ウエハの研磨後は、古いスラリを除去するために、パッドにすすぎ水（約２〜３リットル）を施した。中央にスラリを塗布し、ウエハとウエハとの間でウエハのすすぎを行うというのが、この研磨ツールの標準的な手順である。２枚の速度ウエハに対する合計４回の直径スキャンをもとにした平均除去速度は、１５０、１３０、９０、６０、及び３０ｃｃ／分の各流速でそれぞれ２３７８、２３２９、２３２１、２１２５、及び１８２７オングストローム／分であった。したがって、どの流速でも、注入器を使用して達成された除去速度は、中央塗布とすすぎとからなる標準的な手順を使用して達成された速度を４〜１１％上回った。１５０ｃｃ／分で実施される標準的な手順と比較すると、注入器を使用すれば、半分の量のスラリで同じ除去速度を達成することができる。中央塗布を用いた実験では、せん断力の標準偏差は、１５０、１２０、９０、６０、及び３０ｃｃ／分でそれぞれ４．７、５．２、４．５、６．２、及び７．４ｌｂ（約２．１３、約２．３６、約２．０４、約２．８１、及び約３．３６ｋｇ）であった。いずれの場合も、注入器を使用したせん断力標準偏差は、中央塗布によるよりも小さく、これは、注入器が、より高い除去速度及びよりスムーズな研磨プロセスの両方を促進することを示している。

実施例６〜１０
実施例１１〜２０を得るため、ウエハ研磨工程間において、余分なスラリを除去するためのすすぎ水をパッドに施さないことを除き、実施例１と同じ手順を１５０、１２０、９０、６０、及び３０ｃｃ／分の各注入器流速でこの通りの順番で実施した。除去速度は、１５０、１２０、９０、６０、及び３０ｃｃ／分でそれぞれ２５７１、２５３６、２５０
１、２４６４、及び２４３８オングストローム／分であった。せん断力標準偏差は、１５０、１２０、９０、６０、及び３０ｃｃ／分でそれぞれ４．０、３．９、３．４、３．６、及び３．５ｌｂ（約１．８１、約１．７７、約１．５４、約１．６３、及び約１．５９ｋｇ）であった。

比較実験６〜１０
比較実験６〜１０を得るため、ウエハ研磨間において、余分なスラリを除去するためのすすぎ水をパッドに施さないことを除き、比較実験１と同じ手順を、１５０、１２０、９０、６０、及び３０ｃｃ／分の各注入器流速でこの通りの順番で実施した。除去速度は、１５０、１２０、９０、６０、及び３０ｃｃ／分でそれぞれ２５７２、２５２２、２５３１、２４８８、及び２４２２オングストローム／分であった。せん断力標準偏差は、１５０、１２０、９０、６０、及び３０ｃｃ／分でそれぞれ３．４、３．３、３．８、３．２、及び３．０ｌｂ（約１．５４、約１．５０、約１．７２、約１．４５、及び約１．３６ｋｇ）であった。したがって、ウエハのすすぎが行われない場合は、各流速において、注入器を伴う場合と伴わない場合とで同じ除去速度及びせん断力標準偏差が測定された。これは、ウエハのすすぎが使用される場合に、注入器が、未使用スラリと研磨の開始時にパッド上にあるすすぎ水及び使用済みスラリとの混合を低減させることによって、中央塗布よりも高い除去速度及び滑らかな研磨プロセスを提供することを示している。

図１は、立体三日月形スラリ注入器及びウエハの上面図である。
１０は、立体三日月形注入器である。
１２は、立体三日月形注入器１０の凹状後縁である。
１４は、ウエハである。
１８は、スラリ供給チューブである。
２０は、立体三日月形注入器１０の上部にあるスラリ入口である。
２２は、立体三日月形注入器１０内においてスラリを導くためのチャネル又はリザーバである。この実施形態では、立体三日月形注入器１０のボディが透明なポリカーボネートシートで形成されるゆえに、目で見ることができる。
２６は、研磨パッドである。
２８は、ウエハの前縁である。
３４は、立体三日月形注入器の前縁である。
４０は、立体三日月形注入器１０をまとめあわせるボルトである。
４２は、ウエハ２６の前縁１４と、立体三日月形注入器１０の後縁１２との間の間隙４２である。
４４は、立体三日月形注入器１０の端にある角である。
４６は、立体三日月形注入器１０の前縁３４の前方にある第２のへさき波である（なお、本発明は、間隙４２内に通常形成されるであろう第１のへさき波を効果的に排除している）。
５４は、チューブ１８をスラリソース（不図示）につなぐクイックコネクタである。
６６は、立体三日月形注入器１０を保持する棒である。
６８は、立体三日月形注入器１０に取り付けられるとともに内部に棒６６を据えられたジンバルである。
図２は、重りをかけられていない基本な立体三日月形注入器１０の側面図である。ここに示されていない付番は、図１と同じである。
１６は、立体三日月形注入器１０の底面である。
２４は、立体三日月形注入器１０の底面１６に開いた開口である。
３０は、研磨パッドの上面上の着地領域である。
３２は、着地領域３０間の溝である。
３６は、研磨パッド２６の上面である。
５２は、立体三日月形注入器１０にスラリを入らせるための開口である。
５６は、本発明の立体三日月形注入器１０を構成するもとになる層である。
６０は、チャネル又はリザーバ２２の上面である。
６２は、チャネル又はリザーバ２２の下面である。
６４は、注入器を支持する研磨ツール（不図示）からの梁である。
７０は、立体三日月形注入器１０全体にかかる荷重を設定するためのバネである。
７２は、バネ７０を棒６６上に保持するためのツバである。
７３は、ツバ７２に対する位置決めネジである。
７４は、棒６６を梁６４に対して保持するための位置決めネジである。
７６は、立体三日月形注入器１０の上面である。
図３は、底面１６をバランスさせるために重りを加えられた立体三日月形注入器１０の側面図である。
５０は、底面１６の平面性を調整するための重りである。

Claims (20)

1. 半導体ウエハの化学的機械的研磨において、ウエハとパッドとの間にスラリを注入するための機器であり、前記機器は、注入器を備え、
   前記注入器の凹状後縁は、研磨ヘッドの前縁の大きさ及び形状に、最大１インチの間隙を挟んで適合しており、
   前記注入器は、軽荷重によって前記パッドに載っており、底面は、前記パッドに面しており、前記注入器を通して、ＣＭＰスラリ又はＣＭＰスラリの成分は、前記注入器の上部にある１つ又は２つ以上の開口を通して導入され、前記機器の長さに及ぶチャネル又はリザーバを通って底部へ移動し、そこで、前記注入器の底部にある複数の開口から出て、薄膜状に広がり、前記スラリの全部又は大半が前記ウエハと前記研磨パッドとの間に導入されるような十分に少ない量で、前記ウエハの前縁に沿って前記研磨パッドの表面と前記ウエハとの間の間隙に導入される、機器。
2. 請求項１に記載のスラリを注入するための機器であって、
   前記機器を構成するために使用される材料は、３枚の硬質プラスチックシートの層である、機器。
3. 請求項１に記載のスラリを注入するための機器であって、
   前記注入器は、前記パッドの表面との接触を確実にするために、バネ及びツバを伴う棒に取り付けられ、前記パッドの表面の許す範囲で自由に移動可能であるように、ジンバルを含む、機器。
4. 請求項１に記載のスラリを注入するための機器であって、
   前記スラリ導入及び流速制御の手段は、重力送りである、機器。
5. 請求項１に記載のスラリを注入するための機器であって、
   前記スラリ導入及び流速制御の手段は、制御速度でのポンプ操作による、機器。
6. 請求項１に記載のスラリを注入するための機器であって、
   前記スラリを通らせて前記注入器に導入するための前記開口の数は、１である、機器。
7. 請求項１に記載のスラリを注入するための機器であって、
   前記穴のパターンは、曲線状で、前記注入器の後縁に平行で、尚且つパッド着地領域に揃うように間隔が空いている、機器。
8. 請求項７に記載のスラリを注入するための機器であって、
   前記スラリを通らせて出すための前記穴の数は、６８である、機器。
9. 請求項６に記載のスラリを注入するための機器であって、
   前記スラリを通らせて導入するための前記開口は、前記パッドが前記ウエハと最も長時間接触する半径に位置する、機器。
10. 半導体ウエハの化学的機械的研磨において、ウエハとパッドとの間にスラリを注入するための機器であり、前記機器は、立体三日月形注入器を備え、
    前記立体三日月形注入器の凹状後縁は、研磨ヘッドの前縁の大きさ及び形状に、２分の１インチの間隙を挟んで適合しており、
    前記注入器は、前記ＣＭＰ研磨機の支持機構に取り付けられた、バネ及びツバを棒上に伴うステンレス鋼ポールによって保持されて前記パッドの表面に載っており、そうして、前記注入器にかかる荷重を３ポンド（約１．３６ｋｇ）に設定され、前記パッド表面の許
    す範囲内でバンク角及びピッチ角については自由にジンバル可能であるが水平面内では回転不可能であるように取り付けられ、前記パッドに面している前記注入器の底面は、原則的に平坦であるとともに前記パッドの表面に平行で尚且つ同表面に載っており、
    前記機器の構成に使用される材料は、３枚のポリカーボネートシートであり、前記注入器を通じて、ＣＭＰスラリ又はＣＭＰスラリの成分は、重力流によって、前記注入器の上部の、前記パッドが前記ウエハと最も長時間接触する半径にある１つの開口を通して導入され、チャネルを通って前記注入器の底部へ移動し、そこで、前記注入器の底部の、前記注入器の後縁に平行する曲線沿いに、パッド着地領域に対応する可変間隔で設けられた６８個の開口から出て、薄膜状に広がり、前記スラリの全部又は大半が前記ウエハと前記研磨パッドとの間に導入されるような十分に少ない量で、前記ウエハの前縁に沿って前記研磨パッドの表面と前記ウエハとの間に導入される、機器。
11. 半導体ウエハの化学的機械的研磨において、装置を使用してウエハと研磨パッドとの間にスラリを注入するための方法であり、前記装置は、立体三日月形注入器を含み、
    前記立体三日月形注入器の凹状後縁は、研磨ヘッドの前縁の大きさ及び形状に、最大１インチの間隙を挟んで適合しており、底面は、前記パッドに面しており、前記注入器は、軽荷重によって前記パッドに載っており、前記注入器を通じて、ＣＭＰスラリ又はＣＭＰスラリの成分は、前記注入器の上部にある１つ又は２つ以上の開口を通して導入され、前記機器の長さに及ぶチャネル又はリザーバを通って底部へ移動し、そこで、前記注入器の底部にある複数の開口から出て、薄膜状に広がり、前記スラリの全部又は大半が前記ウエハと前記研磨パッドとの間に導入されるような十分に少ない量で、前記ウエハの前縁に沿って前記研磨パッドの表面と前記ウエハとの間に導入される、方法。
12. 請求項１１に記載のスラリを注入するための方法であって、
    前記機器を構成するために使用される材料は、３枚の硬質プラスチックシートの層である、方法。
13. 請求項１１に記載のスラリを注入するための方法であって、
    前記注入器は、前記パッドの表面との接触を確実にするために、バネ及びツバを伴う棒に取り付けられ、前記パッドの表面の許す範囲で自由に移動可能であるように、ジンバルを含む、方法。
14. 請求項１１に記載のスラリを注入するための方法であって、
    前記スラリ導入及び流速制御の手段は、重力送りである、方法。
15. 請求項１１に記載のスラリを注入するための方法であって、
    前記スラリ導入及び流速制御の手段は、制御速度でのポンプ操作による、方法。
16. 請求項１１に記載のスラリを注入するための方法であって、
    前記スラリを通らせて前記注入器に導入するための前記開口の数は、１である、方法。
17. 請求項１１に記載のスラリを注入するための方法であって、
    前記穴のパターンは、曲線状で、前記注入器の後縁に平行で、尚且つ前記パッドの着地領域に対応するように間隔が空いている、方法。
18. 請求項１７に記載のスラリを注入するための方法であって、
    前記スラリを通らせて出すための前記穴の数は、６８である、方法。
19. 請求項１６に記載のスラリを注入するための方法であって、
    前記スラリを通らせて導入するための前記開口は、前記パッドが前記ウエハと最も長時
    間接触する半径に位置する、方法。
20. 半導体ウエハの化学的機械的研磨において、機器を使用してウエハとパッドとの間にスラリを注入するための方法であり、前記機器は、立体三日月形注入器を含み、
    前記立体三日月形注入器の凹状後縁は、研磨ヘッドの前縁の大きさ及び形状に、２分の１インチの間隙を挟んで適合しており、前記注入器は、前記ＣＭＰ研磨機の支持機構に取り付けられた、バネ及びツバを棒上に伴うステンレス鋼ポールによって保持されて前記パッドの表面に載っており、そうして、前記注入器にかかる荷重を３ポンドに設定され、前記パッド表面の許す範囲でバンク角及びピッチ角について自由にジンバル可能であるが水平面内では回転不可能であるように取り付けられ、前記パッドに面している前記注入器の底面は、原則的に平坦であるとともに前記パッドの表面に平行で尚且つ同表面に載っており、
    前記機器の構成に使用される材料は、３枚のポリカーボネートシートであり、前記注入器を通じて、ＣＭＰスラリ又はＣＭＰスラリの成分は、重力流又は毛管現象によって、前記注入器の上部の、前記パッドが前記ウエハと最も長時間接触する半径にある１つの開口を通して導入され、チャネルを通して前記注入器の底部へ移動し、そこで、前記注入器の底部の、前記注入器の後縁に平行する曲線沿いに、前記パッドの着地領域に対応する間隔で設けられた６８個の開口から出て、薄膜状に広がり、前記スラリの全部又は大半が前記ウエハと前記研磨パッドとの間に導入されるような十分に少ない量で、前記ウエハの前縁に沿って前記研磨パッドの表面と前記ウエハとの間に導入される、方法。

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