JP2023532465A - パッドコンディショナ洗浄システム - Google Patents
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Abstract
パッドコンディショナヘッド洗浄ツールは、ディスク形パッドコンディショナヘッドの外面に対して第１の位置においてスポンジの第１の部分を取外し可能に係合させるように構成された第１のクランプと、ディスク形パッドコンディショナヘッドの外面に対して第２の位置においてスポンジの第２の部分を取外し可能に係合させるように構成された第２のクランプと、第１のクランプを第２のクランプに結合するアームとを有する。このアームは、第１のクランプと第２のクランプとを引き離してディスク形パッドコンディショナヘッドの周囲にはめるのを可能にするのに十分な可撓性を有し、第１のクランプおよび第２のクランプを内側へ付勢してスポンジをパッドコンディショナヘッドの外面に押し付けるのに十分な張力を有する。
Description
本開示は化学機械研磨に関し、より詳細には、パッドコンディショナの洗浄に関する。
集積回路は通常、シリコンウエハ上に導電層、半導電層または絶縁層を逐次的に堆積させることによって基板上に形成される。１つの製造ステップは、非平面の表面の上に充填層を堆積させ、充填層を平坦化することを含む。ある用途では、パターン形成された層の上面が露出するまで導電性充填層が平坦化される。酸化物研磨などの他の用途では、非平面の表面の上に所定の厚さが残されるまで充填層が平坦化される。さらに、基板表面の平坦化は通常、フォトリソグラフィでも必要である。
化学機械研磨（ＣＭＰ）は認められた１つの平坦化法である。この平坦化法では通常、キャリアヘッドまたは研磨ヘッドに基板を装着する必要がある。通常、基板の露出した表面を、回転している研磨パッドに当てる。キャリアヘッドは、制御可能な荷重を基板にかけて基板を研磨パッドに押し付ける。通常、研磨パッドの表面に研磨液が供給される。
研磨システムは通常、研磨パッドのコンディショニングを実行するための研磨材下面（ａｂｒａｓｉｖｅ ｌｏｗｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ）を有するコンディショナディスクを保持したコンディショナヘッドを有するコンディショナシステムを含む。研磨パッドのコンディショニングは、ウエハ間の均一な研磨条件を保証するために研磨面を一貫した粗さに維持する。
一態様では、パッドコンディショナヘッド洗浄ツールが、第１のクランプ、第２のクランプおよびアームカップリングを有する。第１のクランプは、ディスク形パッドコンディショナヘッドの外面に対して第１の位置においてスポンジの第１の部分を取外し可能に係合させるように構成されている。第２のクランプは、ディスク形パッドコンディショナヘッドの外面に対して第２の位置においてスポンジの第２の部分を取外し可能に係合させるように構成されている。アームは、第１のクランプを第２のクランプに結合する。アームは、第１のクランプと第２のクランプとを引き離してディスク形パッドコンディショナヘッドの周囲にはめるのを可能にするのに十分な可撓性を有し、第１のクランプおよび第２のクランプを内側へ付勢してスポンジをパッドコンディショナヘッドの外面に押し付けるのに十分な張力を有する。
実施態様は、以下のうちの１つまたは複数の特徴を含むことがある。
第１のクランプおよび第２のクランプを弧状とすることができる。アームを弧状とすることができる。パッドコンディショナヘッド洗浄ツールがパッドコンディショナヘッドに固定されているときに、弧状の第１のクランプおよび第２のクランプの弧の中心をコンディショナヘッドの中心とすることができる。第１のクランプを単一体片（ｕｎｉｔａｒｙ ｐｉｅｃｅ）とすることができ、第２のクランプを単一体片とすることができる。第１のクランプおよび第２のクランプの各々は、コンディショナヘッドを収容するように構成された上フランジおよび下フランジを有することができる。第１のクランプおよび第２のクランプの各々の外面の部分が凹んでいてもよい。第１のクランプ、第２のクランプおよびアームを、第１のクランプと第２のクランプの間に間隙がある一体の弧状体（ｕｎｉｔａｒｙ ａｒｃｕａｔｅ ｂｏｄｙ）とすることができる。この間隙は、スポンジを受け取るように構成されている。
このツールはスポンジを含むことができる。このスポンジを、乾いたスポンジとすることができる。このスポンジを、湿ったスポンジとすることができる。このスポンジを、ディスク形とすることができる。
別の態様では、パッドコンディショナヘッドを洗浄するための方法が、洗浄ツールの２本のクランプアームをディスク形パッドコンディショナヘッドに向かって内側へ動かして、ディスク形パッドコンディショナヘッドの外面にスポンジを押し付けること、および洗浄ツールとパッドコンディショナヘッドの間の相対運動を生じさせて、スポンジでパッドコンディショナヘッドを拭くことを含む。
実施態様は、限定はされないが、以下のうちの１つまたは複数の利点を含んでもよい。研磨の質が向上することがあり、例えば、研磨プロセス中にパッドコンディショナから分離した研磨スラリ蓄積物由来の乾燥した研磨材粒子によって生じるスクラッチおよび欠陥が少なくなる。さらに、欠陥が原因で廃棄されるウエハの量を減らすことができる。保守による研磨システムの運転休止時間を大幅に短縮することができる。これによって、パッドコンディショナ洗浄プロセスに充てる時間が短くなるため、研磨システムの生産性が向上し、オペレータ時間が短くなる。異なる洗浄モード（すなわち乾式洗浄と湿式洗浄）間の切替えがより容易になる。パッドコンディショナとのツールの圧力係合を調整することにより、洗浄プロセスを素早く変更することができる。さらに、スポンジタイプを変更することおよび／または洗浄流体を追加することにより、洗浄プロセスを素早く変更することができる。
１つまたは複数の実施態様の詳細が添付図面および以下の説明に示されている。他の態様、特徴および利点は、これらの説明および図面ならびに特許請求項から明らかになるであろう。
各種図面の同じ参照符号および記号表示は同じ要素を指す。
化学機械研磨中には、研磨パッドの表面に、研磨液、例えば研磨材研磨スラリ（ａｂｒａｓｉｖｅ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｓｌｕｒｒｙ）が供給される。研磨システムは通常、コンディショナヘッドと、研磨パッドのコンディショニングを実行するための研磨材下面を有するコンディショナディスクとを有するコンディショナシステムを含む。
プラテンおよび研磨パッドを回転させると、研磨パッドから研磨液が遠心方向に移動しうる。研磨液の一部は、研磨パッドから流れ落ち、それらを液溜り（ｂａｓｉｎ）に集めることができるが、研磨液の一部は跳ね散ってコンディショナヘッドに付着しうる。これが起こった場合、研磨液は、例えば凝集によってまたは単純に乾燥することによって、コンディショナヘッド上により大きな微粒子を形成しうる。乾燥したまたは凝集した研磨液が研磨パッド上に経時的に蓄積することには多くの有害な影響がある。例えば、これらのより大きな微粒子は脱落し、研磨面に戻ることがあり、したがってスクラッチ形成および欠陥の危険性が生じることがある。コンディショナヘッドおよびコンディショナディスクを洗浄して、乾燥した研磨液の蓄積を防ぐために、かなりの量の非生産的な時間が必要となる。
コンディショナヘッドに容易に取り付けることができ、機器分解を必要としないコンディショナヘッド洗浄ツールは、これらの有害な影響を軽減することができる。
図１Ａは、基板１０を研磨するように動作可能な研磨システム２０を示している。研磨システム２０は、その上に研磨パッド３０が位置する回転可能なプラテン２４を含む。研磨システム２０はさらに、回転可能なプラテン２４から環状間隙２２によって分離された、プラテン２４を取り囲むプラテンシールド２６を含むことができる。回転可能なプラテン２４は、軸２８の周りを回転するように動作可能である。例えば、回転可能なプラテン２４を回転させるために、モータ３０がドライブシャフト３２を回転させることができる。
研磨システム２０は、研磨パッド３０に対して基板１０を保持するように動作可能なキャリアヘッド７０を含む。キャリアヘッド７０は、支持構造体７２、例えばカルーセルまたはトラックから吊り下げられており、キャリアヘッドが軸７１の周りを回転することができるように、キャリアドライブシャフト７４によってキャリアヘッド回転モータ７６に接続されている。さらに、キャリアヘッド７０は、例えば、アクチュエータによって駆動されたときにカルーセル７２の半径方向の溝穴の中を移動することによって、またはモータによって駆動されたときにカルーセルが回転することによって、またはアクチュエータによって駆動されたときにトラックに沿って前後に移動することによって、研磨パッド３０を横切って横方向に往復運動することができる。動作時、プラテン２４は、その中心軸２５の周りを回転し、キャリアヘッド７０は、その中心軸７１の周りを回転し、研磨パッド３０の上面を横切って横方向に平行移動する。
研磨システム２０は研磨液送達アーム３４を含むことができる。研磨中、アーム３４は、研磨液３６を分配するように動作可能である。研磨液３６は、研磨材粒子を含むスラリとすることができる。研磨液３６は、多くの名称で呼ばれることがあり、例えば研磨材研磨スラリ、研磨材研磨液または研磨スラリと呼ばれることがある。
研磨システム２０はさらに、回転可能なコンディショナヘッド４２を備えるコンディショナシステム４０を含むことができ、回転可能なコンディショナヘッド４２は、主研磨パッド３０の研磨面３８のコンディショニングを実行するための研磨材下面を、例えば取外し可能なコンディショニングディスク上に含むことができる。コンディショナシステム４０はさらに、コンディショナヘッド４２を駆動するためのモータ４４、およびモータ４４をコンディショナヘッド４２に接続するドライブシャフト４６を含むことができる。コンディショナシステム４０はさらに、研磨パッド３０を横切ってコンディショナヘッド４０を横方向に掃くように動かすように構成されたアクチュエータを含むことができる。コンディショナシステム４０はさらに、パッドコンディショナヘッド４２を回転させてパッドコンディショナヘッド４２を横方向に動かして研磨パッド３０に載せたり研磨パッド３０から下ろしたりするためのアーム８８を含むことができる。図４に示されているようにコンディショナヘッド４０が横方向に移動して研磨パッド３０から外れることを可能にするため、プラテンシールド２６に切欠き部または切抜き部２２を形成することができる。
研磨液３６の一部は、研磨パッド３０から流れ落ち、それらを研磨システム２０の下方で集めることができるが、研磨パッド３０上の研磨液３６の一部はコンディショナヘッド４２に張り付きうる。さらに、研磨パッド３０のコンディショニングは、研磨パッド３０から研磨屑を取り除くことができ、この屑もコンディショナヘッド４２に張り付きうる。いずれの場合も、キャリアヘッド７０上の研磨液３６は乾燥し、コンディショニングパッドヘッド４２上にさらに蓄積しうる。
図１Ｂは、研磨システム２０のコンディショナヘッド４２上に設置されたコンディショナパッドヘッド洗浄ツール５０を示している。コンディショナパッドヘッド洗浄ツール５０は、スポンジホルダ５２およびスポンジ５４を含む。図２に示されているように、スポンジホルダ５２は、パッドコンディショナヘッド４２を洗浄するために、スポンジ５４を、パッドコンディショナヘッド４２の１つまたは複数の表面、例えば上面４８ａまたは側面４８ｂに対して付勢する。
図５Ａおよび５Ｂを参照すると、スポンジ５４はディスク形とすることができる。スポンジ５４は、スポンジの中心９６に配置された、スポンジの本体を貫通して延びる開口９０を有することができる。開口９０は、コンディショナヘッド４２にモータ４４を接続するドライブシャフト４６の直径を収容するサイズを有する。スポンジ５４の周囲９４からこのボイドまでスロット９２が延びている。スロット９２は、パッドコンディショナヘッド４２の周囲にスポンジ５４を置くことを可能にする。
スポンジ５４は、軟性、多孔性および吸収性の材料でできている。スポンジ５４は、天然材料または合成材料でできたものとすることができる。例えば、スポンジ５４を、植物性セルロース、動物海綿、麻または木繊維などの天然材料から形成することができる。あるいは、スポンジ５４を、ポリエステルまたはポリウレタンなどの合成材料から形成することもできる。
スポンジ５４は、乾いたスポンジまたは湿ったスポンジとすることができる。乾いたスポンジは、スポンジに追加されたいかなる流体化学物質も含まない。乾いたスポンジは、こすり落とし（ｓｃｒａｐｉｎｇ）に使用することができる。図５Ａを参照すると、乾いたスポンジはワッフル状の表面テクスチャを有することで、こすり落としを強化することができる。湿ったスポンジは、スポンジに追加された流体を含む。図５Ｂに示されているように、湿ったスポンジを使用して、乾いた研磨液３６の蓄積物をこすり落とすこと、乾いた研磨液３６の蓄積物を柔らかくしほぐすこと、またはパッドコンディショニングヘッド４２に化学物質を塗布することができる。例えば、脱イオン水、イソプロピルアルコールまたは水酸化カリウムをスポンジに塗布することができる。
図２～４を参照すると、スポンジホルダ５２は２つのクランプ５６ａおよび５６ｂを含む。それぞれのクランプ５６は上あご５８および下あご６０を有する。フレーム６２が上あご５８および下あご６０をつないでいる。第１のクランプ５６ａは、コンディショナヘッド４２に対してスポンジ５４の第１の部分６４を係合させるように構成された、フレーム６２ａによって連結された上あご５８ａおよび下あご６０ａを有する。第２のクランプ５６ｂは、コンディショナヘッド４２に対してスポンジ５４の第２の部分６６を係合させるように構成された、フレーム６２ｂによって連結された上あご５８ｂおよび下あご６０ｂを有する。上あご５６と下あご５８は、コンディショナヘッド４２に取り付けられるように、動くようにつながっている、例えば広げることができる。
２つのクランプ５６ａおよび５６ｂは弧状、すなわち上から見て弧状である。上あご５８および下あご６０の外面は、上面８０に形成された凹み７８を有することができる。第１のクランプ５６ａは、凹み７８ａを有する上面８０を有する。第２のクランプ５６ｂは、凹み７８ｂを有する上面８０を有する。凹み７８ａおよび７８ｂは、オペレータがクランプ５６ａおよび５６ｂをつかむのを強化するように構成されている。クランプ５６ａ、５６ｂの底面８２も凹み７８を有することができる。
上あご５８および下あご６０の内面は、例えば図２に示されているように平らとすることができ、または例えば図３に示されているように凸形とすることができる。
クランプ５６ａと５６ｂは、図３に示されるようにアームカップリング６８によって連結されている。カップリングアームは弧状体とすることができる。アームカップリング６８は、第１のクランプ５６ａおよび第２のクランプ５６ｂがクランプ５６ａとクランプ５６ｂとを広げてパッドコンディショナヘッド４２の周囲にはめるのを可能にするのに十分な可撓性を有し、第１のクランプ５６ａおよび第２のクランプ５６ｂを内側へ付勢してパッドコンディショナヘッド４２の外面４８と係合させるのに十分な張力を有する。スポンジが外面４８に沿って広がっている場合、第１のクランプ５６ａおよび第２のクランプ５６ｂは、コンディショナヘッド４８の外面４８に対してスポンジ５４を内側へ押し付けることができる。第１のクランプ５６および第２のクランプ５６ｂは、パッドコンディショナヘッド洗浄ツール５０がパッドコンディショナヘッド４２に固定されているときに第１のクランプおよび第２のクランプの弧の中心がコンディショナヘッド４２の中心となるように、アームカップリング６８によって配置される。第１のクランプ５６ｂ、第２のクランプ５６ｂおよびアームカップリング６８は単一体片とすることができる。それぞれのクランプは、コンディショナヘッドを収容するように構成された上フランジおよび下フランジを有する。
スポンジ５４は、スポンジ５４の外面８４がパッドコンディショナヘッド４２の少なくとも１つの表面４８に押し付けられるような態様でスポンジホルダ５２によって保持される。動作時、例えばオペレータが、スポンジホルダ５２およびスポンジ５４を軸８６の周りで回転させることができる。その間、パッドコンディショナヘッド４２は静止したままである。いくつかの実施態様では、スポンジホルダ５２およびスポンジ５４を、時計回り方向および反時計回り方向に交互に回転させる。あるいは、パッドコンディショナヘッド４２を、例えばドライブシャフトを回転させることによって軸８６の周りで回転させることもできる。その間、オペレータは、スポンジホルダ５２およびスポンジ５４を静止した状態に保持する。いずれも場合も、スポンジホルダ５２は、スポンジ５４を、パッドコンディショナヘッド４２と接触した状態に保持し、この相対運動は、研磨液３６の蓄積物を拭き取りまたはこすり落とす。
スポンジホルダは弾性プラスチック製とすることができる。例えば、スポンジホルダは、鋼、アルミニウム、高密度ポリエチレンまたは複合材料とすることができる。
図６は、パッドコンディショナヘッド洗浄ツールを用いてパッドコンディショニングヘッドを洗浄する方法６００を示している。６０２で、パッドコンディショナヘッド洗浄ツールの間隙の中にスポンジを設置する。あるいは、パッドコンディショナヘッド上にスポンジを直接に置くこともできる。６０４で、コンディショナヘッド上に洗浄ツールを設置する。パッドコンディショナヘッド洗浄ツールを設置することは、第１のクランプと第２のクランプを広げること、洗浄ツールを移動させてコンディショナヘッド（およびスポンジ）を取り囲むこと、ならびに第１のクランプを解放してコンディショナヘッドに対してスポンジを保持することを含むことができる。例えばオペレータがクランプの外側に加えた圧力によって、スポンジをパッドコンディショナヘッドとさらに接触させることができる。６０６で、スポンジがパッドコンディショナヘッドをこする。スポンジは、パッドコンディショナヘッドと接触している。パッドコンディショナヘッドをこすることは、パッドコンディショナヘッドを回転させること、および／またはパッドコンディショナヘッドツールを回転させることを含むことができる。いくつかの実施態様では、こすることが、時計回り－反時計回り運動で方向を交互にすることを含む。乾いたスポンジでパッドコンディショナヘッドをこすることができる。湿ったスポンジは、洗浄溶液で湿らせたものとすることができる。次いで、湿ったスポンジでパッドコンディショナヘッドをこすることができる。６０８で、パッドコンディショナヘッド洗浄ツールをパッドコンディショナヘッドから取り外す。
いくつかの実施形態を説明した。それにもかかわらず、さまざまな変更を加えることができることが理解される。したがって、下記の特許請求の範囲には他の実施形態が含まれる。
Claims (20)
- ディスク形パッドコンディショナヘッドの外面に対して第１の位置においてスポンジの第１の部分を取外し可能に係合させるように構成された第１のクランプと、
前記ディスク形パッドコンディショナヘッドの前記外面に対して第２の位置において前記スポンジの第２の部分を取外し可能に係合させるように構成された第２のクランプと、
前記第１のクランプを前記第２のクランプに結合するアームであって、前記第１のクランプと前記第２のクランプとを引き離して前記ディスク形パッドコンディショナヘッドの周囲にはめるのを可能にするのに十分な可撓性を有し、前記第１のクランプおよび前記第２のクランプを内側へ付勢して前記スポンジをパッドコンディショナヘッドの外面に押し付けるのに十分な張力を有する、アームと
を備えるパッドコンディショナヘッド洗浄ツール。 - 前記アームが弧状である、請求項１に記載のツール。
- 前記第１のクランプおよび前記第２のクランプが弧状である、請求項１に記載のツール。
- 前記パッドコンディショナヘッド洗浄ツールが前記パッドコンディショナヘッドに固定されているときに、前記第１のクランプおよび前記第２のクランプの弧の中心が前記コンディショナヘッドの中心である、請求項３に記載のツール。
- 前記第１のクランプが単一体片であり、前記第２のクランプが単一体片である、請求項１に記載のツール。
- 前記第１のクランプおよび前記第２のクランプの各々が、前記コンディショナヘッドを収容するように構成された上フランジおよび下フランジを有する、請求項５に記載のツール。
- 前記第１のクランプおよび前記第２のクランプの各々の外面の部分が凹んでいる、請求項５に記載のツール。
- 前記第１のクランプ、前記第２のクランプおよび前記アームが、前記第１のクランプと前記第２のクランプの間に間隙がある一体の弧状体であり、前記間隙が、前記スポンジを受け取るように構成されている、請求項１に記載のツール。
- スポンジをさらに備える、請求項１に記載のツール。
- 前記スポンジが乾いたスポンジである、請求項９に記載のツール。
- 前記スポンジが湿ったスポンジである、請求項９に記載のツール。
- 前記スポンジがディスク形である、請求項９に記載のツール。
- パッドコンディショナヘッド洗浄方法であって、
パッドコンディショナヘッド洗浄ツールの間隙の中にスポンジを設置すること、
を含み、前記パッドコンディショナヘッド洗浄ツールが、
ディスク形パッドコンディショナヘッドの外面に対して第１の位置においてスポンジの第１の部分を取外し可能に係合させるように構成された第１のクランプと、
前記ディスク形パッドコンディショナヘッドの前記外面に対して第２の位置において前記スポンジの第２の部分を取外し可能に係合させるように構成された第２のクランプと、
前記第１のクランプを前記第２のクランプに結合するアームであって、前記第１のクランプと前記第２のクランプとを引き離して前記ディスク形パッドコンディショナヘッドの周囲にはめるのを可能にするのに十分な可撓性を有し、前記第１のクランプおよび前記第２のクランプを内側へ付勢してパッドコンディショナヘッドの外面に前記スポンジを押し付けるのに十分な張力を有する、アームと
を備え、前記方法がさらに、
前記スポンジを前記パッドコンディショナヘッドと接触させること、ならびに
前記スポンジで前記パッドコンディショナヘッドをこすること
を含むパッドコンディショナヘッド洗浄方法。 - 前記パッドコンディショナヘッド洗浄ツールの前記間隙の中に前記スポンジを設置することが、
前記第１のクランプを伸ばして前記スポンジを前記間隙の中に移動させること、
前記間隙の中および前記第１のクランプの内側に前記スポンジの第１の部分を配置すること、
前記第１のクランプを解放して前記スポンジの前記第１の部分を保持すること、
前記第２のクランプを伸ばして前記スポンジを前記間隙の中に移動させること、
前記間隙の中および前記第２のクランプの内側に前記スポンジの第２の部分を配置すること、ならびに
前記第２のクランプを解放して前記スポンジの前記第２の部分を保持すること
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。 - 前記パッドコンディショナヘッド洗浄ツールをパッドコンディショナヘッドから取り外すことをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
- コンディショナヘッドを洗浄する方法であって、
洗浄ツールの２本のクランプアームをディスク形パッドコンディショナヘッドに向かって内側へ動かして、前記ディスク形パッドコンディショナヘッドの外面にスポンジを押し付けること、および
前記洗浄ツールと前記パッドコンディショナヘッドの間の相対運動を生じさせて、前記スポンジで前記パッドコンディショナヘッドを拭くこと
を含む方法。 - 相対運動を生じさせることが、前記パッドコンディショナヘッドを回転させることを含む、請求項１６に記載の方法。
- 相対運動を生じさせることが、前記パッドコンディショナヘッドツールを、時計回り－反時計回り運動で交互の方向に回転させることを含む、請求項１７に記載の方法。
- 前記スポンジが乾いたスポンジである、請求項１６に記載の方法。
- 前記スポンジを洗浄溶液で湿らせて湿ったスポンジを提供すること、および
前記湿ったスポンジで前記パッドコンディショナヘッドを拭くこと
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
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