JP2023544002A - Ｃｍｐ性能を改善するためのプラテン表面変形及び高性能パッド調整 - Google Patents
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Abstract
本明細書の実施形態は、広くは、基板の周縁部から半径方向内側の領域と比較したときに、基板の周縁部における又はその近くでの不均一な材料除去速度を低減させるための化学機械研磨（CMP）システム及び方法に関する。一実施形態では、研磨システムが、研磨プロセス中に処理される基板を取り囲むために使用される環状保持リングを備える基板キャリアと、研磨プラテンとを含む。研磨プラテンは、パッド取り付け面を有する円筒形の金属本体を含む。パッド取り付け面は、複数の研磨ゾーンを含む。複数の研磨ゾーンは、円形状又は環形状を有する第１のゾーン、第１のゾーンを取り囲む第２のゾーン、及び第２のゾーンを取り囲む第３のゾーンを含む。第２のゾーン内の表面は、それに隣接する第１及び第３のゾーンの表面から後退しており、第２のゾーンの幅は、環状保持リングの外径よりも小さい。【選択図】図２Ｂ
Description
[0001] 本明細書で説明される実施形態は、広くは、半導体デバイス製造に関し、特に、半導体デバイス製造において使用される化学機械研磨（CMP）、及びそれに関連する基板処理方法に関する。
[0002] 化学機械研磨（CMP）は、一般的に、高密度集積回路の製造で使用され、基板上に堆積した材料の層を平坦化又は研磨する。半導体デバイス製造におけるCMPプロセスの一般的な用途の１つは、バルク膜（bulk film）の平坦化、例えばプレ金属誘電体（PMD）又は層間誘電体（ILD）の研磨である。その場合、下にある二次元又は三次元フィーチャが、平坦化される材料表面の表面内に凹部及び突出部を生成する。他の一般的な用途には、シャロートレンチアイソレーション（STI）及び層間金属相互接続形成が含まれる。その場合、CMPプロセスを使用して、内部にSTI又は金属相互接続フィーチャが配置された材料の層の露出面（領域）からビア、接点、又はトレンチ充填材料（表土）を除去する。
[0003] 典型的なCMPプロセスでは、研磨パッドが、回転可能な研磨プラテンに取り付けられている。基板の材料面は、研磨流体の存在下で研磨パッドに押し当てられる。典型的には、研磨流体が、１種類以上の化学的活性成分の水溶液及び水溶液中に懸濁した研磨粒子（例えば、CMPスラリ）である。基板の材料面は、基板キャリアを使用して研磨パッドに押し当てられる。典型的な基板キャリアは、基板の裏側に配置される膜、ブラダー、又はバッキング板と、基板を取り囲む環状保持リングとを含む。膜、ブラダー、又はバッキング板を使用して、基板キャリアがキャリア軸の周りで回転している間に、基板に対してダウンフォースをかける。保持リングは、基板が研磨パッドに押し当てられたときに基板を取り囲み、基板が基板キャリアから滑り落ちるのを防止するために使用される。研磨流体によって提供される化学及び機械作用、基板と研磨パッドとの相対運動、及び研磨パッドに対して基板上にかけられるダウンフォースの組み合わせを介して、研磨パッドと接触している基板の表面にわたり材料が除去される。
[0004] 概して、CMPプロセス性能は、基板の表面からの材料除去速度と、基板の表面にわたる材料除去速度の均一性（除去速度均一性）とに関して特徴付けられる。誘電体バルク膜平坦化プロセスでは、基板の表面にわたる不均一な材料除去速度が、CMP後に残る誘電体材料の不十分な平坦性及び／又は望ましくない厚さのばらつきをもたらし得る。金属相互接続CMP用途では、不十分な局所的平坦化及び／又は不均一な材料除去速度からもたらされる金属損失が、金属フィーチャの実行抵抗における望ましくないばらつきをもたらし、したがって、デバイス性能及び信頼性に影響を与え得る。したがって、基板の表面にわたる不均一な材料除去速度は、デバイス性能に悪影響を及ぼし、及び／又は、結果として基板上に形成される使用可能なデバイスの歩留まりを抑制するデバイス故障をもたらし得る。
[0005] しばしば、不均一な材料除去速度は、周縁部から半径方向内側に配置された箇所について計算された材料除去速度の平均と比較したときに、基板の周縁部に近い表面領域内（例えば、３００mmの直径の基板の周縁部から６mmの範囲内）で、より顕著になる。基板の縁部における不均一な材料除去速度は、少なくとも部分的に、研磨パッドの「リバウンド」効果と、研磨接触面の前縁と後縁との間の基板にわたる不均一な流体分布と、の組み合わせによって、引き起こされると考えられている。研磨パッドのリバウンド効果は、少なくとも部分的に、研磨パッドに基板の材料面を押し当てるために使用されるダウンフォースよりも、研磨パッドに保持リングを押し当てるために使用されるダウンフォースが高いことによってもたらされると考えられている。それは、研磨パッドと基板縁部との接触面におけるより高い接触圧をもたらす。不均一な流体分布もまた、少なくとも部分的に、保持リングと研磨パッドとの相互作用によってもたらされると考えられている。それは、研磨接触面の前縁と後縁との間の不均一な流体厚を生成する。上述された課題に対する以前からの及び現在進行中の解決策は、更により複雑な基板キャリア及び保持リングの設計に焦点を当ててきた。しかし、そのような基板キャリア及び／又は保持リングの設計は、残念ながら高価で複雑なものになり得る。
［0006］ したがって、上述された課題に対する解決策が、当該技術分野で必要とされている。
[0007] 本明細書の実施形態は、広くは、基板の周縁部から半径方向内側の領域と比較したときに、基板の周縁部における又はその近くでの不均一な材料除去速度を低減させるための化学機械研磨（CMP）システム及び方法に関する。
[0008] 一実施形態では、研磨システムが、研磨プロセス中に処理される基板を取り囲むために使用される環状保持リングを備える基板キャリアと、研磨プラテンとを含む。研磨プラテンは、パッド取り付け面を有する円筒形の金属本体を含む。パッド取り付け面は、複数の研磨ゾーンを含む。複数の研磨ゾーンは、円形状又は環形状を有する第１のゾーン、第１のゾーンを取り囲む第２のゾーン、及び第２のゾーンを取り囲む第３のゾーンを含む。ここで、第１のゾーン及び第３のゾーン内のパッド取り付け面の少なくとも一部分は、平面を規定する。該平面は、研磨プラテンの回転軸と直交する。第２のゾーン内のパッド取り付け面は、平面から後退している。第２のゾーンの幅は、環状保持リングの外径よりも小さい。
[0009] 別の一実施形態では、基板を研磨する方法が、基板を研磨パッドの表面に押し当てることを含む。その場合、研磨パッドは、研磨プラテンのパッド取り付け面上に配置されている。パッド取り付け面は、複数の研磨ゾーンを含む。複数の研磨ゾーンは、円形状又は環形状を有する第１のゾーン、第１のゾーンを取り囲む第２のゾーン、及び第２のゾーンを取り囲む第３のゾーンを含む。ここで、第１のゾーン及び第３のゾーン内のパッド取り付け面の少なくとも一部分は、平面を規定する。該平面は、研磨プラテンの回転軸と直交する。第２のゾーン内のパッド取り付け面は、平面から後退している。
[0010] 別の一実施形態では、研磨プラテンが、パッド取り付け面を有する円筒形の金属本体を含む。パッド取り付け面は、複数の研磨ゾーンを含む。複数の研磨ゾーンは、円形状又は環形状を有する第１のゾーン、第１のゾーンを取り囲む第２のゾーン、及び第２のゾーンを取り囲む第３のゾーンを含む。ここで、第１のゾーン及び第３のゾーン内のパッド取り付け面の少なくとも一部分は、平面を規定する。該平面は、研磨プラテンの回転軸と直交する。第２のゾーン内のパッド取り付け面は、平面から後退している。第２のゾーンの幅は、環状保持リングの外径よりも小さい。
[0011] 上述の本開示の特徴を詳しく理解し得るように、上記で簡単に要約した本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は付随する図面に示されている。しかし、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを例示しており、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得るので、添付の図面は、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
[0017] 理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。具体的な記述がなくとも、一方の実施形態で開示された要素を他方の実施形態で有益に利用できると考えられている。
[0018] 本開示の実施形態は、広くは、化学機械研磨（CMP）システムに関し、特に、基板の周縁部から半径方向内側の領域と比較したときに、基板の周縁部における又はその近くでの不均一な材料除去速度を低減させるための研磨プラテン及び方法に関する。典型的には、CMPプロセスの種類に応じて、基板の周縁部に近い材料除去速度が、縁部から半径方向内側に配置された箇所についての材料除去速度の平均よりも小さい又は大きい可能性がある。その結果としての基板の縁部における不均一な材料除去速度は、しばしば、「遅い縁部」又は「速い縁部」の材料除去速度プロファイルとして、それぞれ特徴付けられる。遅い縁部及び速い縁部の材料除去速度プロファイルは、少なくとも部分的に、基板縁部における研磨パッドの「リバウンド」効果と、基板及び研磨パッドの材料面の研磨接触面における不均一な研磨流体分布と、の組み合わせによってもたらされると考えられている。速い縁部の材料除去速度プロファイル５０が、図１Ｂで概略的に示されている。その場合、基板縁部に近い第１の半径方向箇所での相対的に速い材料除去速度と、基板縁部から半径方向内側の箇所でのより遅い材料除去速度との間の差が、ΔRRとして示されている。
[0019] パッドリバウンド効果の一例が、図１Ａで概略的に示されている。図１Ａは、研磨パッド１２と研磨パッド１２に押し当てられた基板１３との間の研磨接触面１０の断面図を示している。ここで、基板１３は、可撓性膜２４及び環状保持リング２６を含む基板キャリア１６を使用して、研磨パッド１２に押し当てられる。基板キャリア１６（したがって、基板１３）及び研磨パッド１２が、それらの間に相対運動をもたらすために、それらのそれぞれの軸の周りで回転している間に、可撓性膜２４が、基板１３に対してダウンフォースをかける。保持リング２６は、基板１３を取り囲み、研磨中に可撓性膜２４の下に基板１３を収容し、位置決めするために、すなわち、基板１３が基板キャリア１６から滑り落ちるのを防止するために使用される。
[0020] 概して、基板１３を所望の研磨接触面１０に抑え込むために、ダウンフォースが保持リング２６上にかけられ、そのダウンフォースは、基板１３上にかけられるダウンフォースよりも大きく、それとは独立している。保持リング２６と保持リング２６に近い基板１３の周縁部との間の不均一な圧力分布により、研磨パッド１２が保持リング２６の下で移動するときに、研磨パッド１２が保持リング２６の外側縁部及び内側縁部において変形し又はリバウンドする。このパッドリバウンド効果１５は、好ましくないことに、基板縁部及び基板縁部から半径方向内側のポイントにおいて、基板１３と研磨パッド１２との間の不均一な接触圧力分布をもたらす。
[0021] パッドリバウンド効果に加えて、CMP材料除去速度の不均一性はまた、研磨接触面における表面と流体との間の複雑なトライボロジー的相互作用、及びそれらの間の相対運動によっても決まる。例えば、理論に拘束されることを意図するものではないが、概して、研磨接触面における研磨流体の層は、基板の前縁で相対的に薄く（研磨パッドが基板の下で回転するときに）、後縁に向けて徐々に厚くなることが信じられている。基板の前縁と後縁との間のこの不均一な研磨流体の厚さは、更に、基板縁部から半径方向内側のポイントと比較して、基板縁部における異なる（例えば、不均一な）材料除去速度に寄与する可能性がある。
[0022] したがって、本明細書の複数の実施形態では、基板の前縁及び後縁におけるパッドリバウンド効果を実質的に低減させ及び／又は排除し、それに関連付けられる普通であれば不均一であるはずの材料除去速度を実質的に改善するように設計された、研磨システム及び研磨方法を提供する。有益なことに、本明細書で説明される研磨システム及び研磨方法は、基板表面にわたり研磨流体厚のばらつきを低減させて、そのばらつきによってもたらされることがある不均一な材料除去速度プロファイルを改善することが更に信じられている。
[0023] 図２Ａは、本明細書で説明される方法を実施するように構成された、一実施形態による研磨システム２００の概略上面図である。図２Ｂは、研磨システム２００の概略断面図である。図２Ｃは、パッド調整器アセンブリ２０８の概略側面図及び研磨システム２００の一部分の断面図である。図２Ａ～図２Ｃのいずれか１つで示されている研磨システム２００の複数の構成要素のうちの幾つかは、視覚的な煩雑さを低減させるために、他の残りの図では示されていない。
[0024] ここで、研磨システム２００は、研磨プラテン２０２、基板キャリア２０４、流体供給アーム２０６、パッド調整器アセンブリ２０８、及びシステムコントローラ２１０を含む。研磨プラテン２０２は、円筒形のプラテン本体２１４と、研磨パッド取り付け面２１８を提供するための、プラテン本体２１４の表面上に配置された低接着性材料層２１６とを特徴として備える。プラテン本体２１４は、典型的には、アルミニウム、アルミニウム合金（例えば、6061アルミニウム）、又はステンレス鋼などのような、適切に硬く軽量で研磨流体耐食性の材料で形成される。低接着性材料層２１６は、典型的には、１種類以上のフッ素含有ポリマー前駆体又は溶融加工可能なフルオロポリマーで構成されたポリマー材料を含む。低接着性材料層２１６は、所望なように、研磨パッド２１２がその有用寿命の終わりに達した後で、研磨パッド２１２を研磨パッド取り付け面２１８から除去するのに必要な力の量を低減させ、更に、プラテン本体２１４の金属を研磨流体が引き起こす望ましくない腐食から保護する。
[0025] ここで、パッド取り付け面２１８は、プラテン軸Ａの周りに形成された複数の同心ゾーン２２０ａ～ｃを含む。複数の同心ゾーン２２０ａ～ｃは、円形（上から見たときに）又は環状の第１のゾーン２２０ａ、第１のゾーン２２０ａを取り囲む環状の第２のゾーン２２０ｂ、及び第２のゾーン２２０ｂから半径方向外側に配置され第２のゾーン２２０ｂを取り囲む環状の第３のゾーン２２０ｃを含む。
[0026] ここで、第２のゾーン２２０ｂ内のパッド取り付け面２１８は、平面Ｐから距離Ｚだけ後退している。平面Ｐは、第１及び第３のゾーン２２０ａ、ｃ内のパッド取り付け面２１８によって規定される。幾つかの実施形態では、図２Ｂで示されているように、第１及び第３のゾーン２２０ａ、ｃ内のパッド取り付け面２１８が、互いに実質的に同一平面上にある。幾つかの実施形態では、例えば、第１及び第３のゾーン２２０ａ、ｃ内のパッド取り付け面２１８が、互いに同一平面上になく、平面Ｐは、第１及び第３のゾーン２２０ａ、ｃの上に横たわり、第１及び第３のゾーン２２０ａ、ｃと接触し、後退している第２のゾーン２２０ｂに跨る、平面的な表面を有する物体によって規定されてよい。例えば、図２Ｂでは、平面Ｐが、基板キャリアの保持リングの表面によって規定されている。その表面は、プラテン上に位置決めされ、第２のゾーン２２０ｂの幅Ｗに跨り、その幅Ｗの両側に延在する。その延在する距離は、約２５mmと約１００mmとの間、例えば、約２５mmと５０mmとの間又は約５０mmと約１００mmとの間である。幾つかの実施形態では、平面Ｐが、研磨プラテン２０２の回転軸Ａと直交する。
[0027] 幾つかの実施形態では、第２のゾーン２２０ｂ内のパッド取り付け面２１８が、平面Ｐから距離Ｚだけ後退している。Ｚは、約２０μm以上、約３０μm以上、約４０μm以上、約５０μm以上、又は約６０μm以上である。幾つかの実施形態では、距離Ｚが、約２０μmと約５００μmとの間、例えば、約２０μmと約４００μmとの間、約２０μmと約３００μmとの間、約２０μmと約２５０μmとの間、又は約２０μmと約２００μmとの間、例えば、約２０μmと約１５０μmとの間である。幾つかの実施形態では、距離Ｚが、約５０μｍと約５００μｍとの間、例えば、約５０μｍと約４００μｍとの間、約５０μｍと約３００μｍとの間、約５０μｍと約２５０μｍとの間、又は約５０μｍと約１５０μｍとの間である。
[0028] 図２Ｂでは、第２のゾーン２２０ｂ内のパッド取り付け面２１８が、実質的に平面的であり、第１及び第３のゾーン２２０ａ、ｃの表面によって形成される平面と平行である。したがって、距離Ｚ（１）は、第２のゾーン２２０ｂ内の後退しているパッド取り付け面２１８の幅Ｗにわたり実質的に一定である。他の複数の実施形態では、第２のゾーン２２０ｂ内の後退している表面が、第１及び第３のゾーン２２０ａ、ｃのパッド取り付け面によって形成される平面と平行でなく、及び／又は、その幅Ｗにわたり実質的に平面的でない。例えば、幾つかの実施形態では、第２のゾーン２２０ｂ内のパッド取り付け面２１８が、断面図で見たときに概して凸形状を有してよく、距離Ｚ（１）は、幅Ｗにわたり平面Ｐから第２のゾーン２２０ｂ内の表面まで測定された複数の距離の平均である。
[0029] 幾つかの実施形態では、第２のゾーン２２０ｂ内の後退しているパッド取り付け面２１８の幅Ｗが、研磨される基板２１３の直径よりも小さく、例えば、基板の直径Ｄ×約０．９（倍）以下、×約０．８以下、×約０．７５以下、×約０．７以下、×約０．６５以下、×約０．６以下、×約０．５５以下、又は研磨される基板の直径Ｄ×約０．５以下である。例えば、３００mmの直径の基板を処理するようにサイズ決定及び構成された研磨プラテン２０２では、第２のゾーン２２０ｂ内の後退しているパッド取り付け面２１８の幅Ｗが、約２７０mm以下であってよい。一実施形態では、３００mmの直径の基板を研磨するようにサイズ決定された研磨プラテン２０２が、約３５０mmと約４００mmとの間、例えば約３８０mmの半径Ｒ（１）を有する。一実施形態では、第２のゾーン２２０ｂの内半径Ｒ（２）が、半径Ｒ（１）×約０．１５よりも大きく、第２のゾーン２２０ｂの外半径Ｒ（３）が、半径Ｒ（１）×約０．８５よりも小さく、第２のゾーン２２０ｂの幅Ｗが、少なくとも半径Ｒ（１）×約０．１５である。適切なスケーリングが、異なるサイズの基板を処理するように構成された研磨プラテン、例えば、４５０mm、２００mm、又は１５０mmの直径の基板を処理するように構成された研磨プラテン用に使用されてよい。
[0030］ 幾つかの実施形態では、第３のゾーン２２０ｃ内のパッド取り付け面２１８が、第２のゾーン２２０ｂ内のパッド取り付け面２１８と同一平面上にない。例えば、幾つかの実施形態では、第３のゾーン２２０内のパッド取り付け面２１８が、第１のゾーン２２０ａ内のパッド取り付け面２１８によって形成される平面よりも上又は下（重力の方向において）である。幾つかの実施形態では、第３のゾーン２２０ｃ内のパッド取り付け面２１８が、図３で示され説明されるような傾斜を有している。
[0031] 幾つかの実施形態では、研磨中に、基板２１３の少なくとも一部分が、第２のゾーン２２０ｂの後退しているパッド取り付け面２１８の上に配置され、それを跨ぎ、基板２１３の少なくとも一部分が、第２のゾーン２２０ｂに隣接している第１及び第３のゾーン２２０ａ、ｃのパッド取り付け面２１８の上に配置されるように、環状の第２のゾーン２２０ｂが位置付けられ、サイズ決定される。したがって、基板処理中に、回転している基板キャリア２０４の遠位領域及び基板キャリア２０４の内部に配置された研磨される基板２１３が、第１のゾーン２２０及び第３のゾーン２２０ｃ内のパッド取り付け面２１８の上に同時に配置される。これと同時に、第２のゾーン２２０ｂの後退しているパッド取り付け面２１８は、プラテン軸Ａの周りで回転されて、回転している基板キャリア２０４及びその内部に配置された研磨される基板２１３の前縁及び後縁２２２ａ、ｂ（図２Ａ）の下を通過する。
[0032] 典型的には、研磨パッド２１２が、ポリマー材料の１以上の層で形成され、感圧接着剤を使用してパッド取り付け面２１８ａ～ｃに固定される。研磨パッド２１２を形成するために使用されるポリマー材料は、比較的従順であってよく又は剛性であってよく、その研磨表面内にチャネル又は溝を伴って形成されてよく、研磨パッド２１２が、第２のゾーン２２０ｂ内の後退しているパッド取り付け面２１８並びにそれに隣接する第１及び第３のゾーン２２０ａ、ｃのパッド取り付け面２１８に適合することを可能にする。したがって、各ゾーン２２０ａ～ｃの各々内の研磨パッド２１２の研磨面は、プラテン２０２のパッド取り付け面２１８について上述されたのと実質的に同じ形状及び相対寸法を有する。
[0033] ここで、研磨パッド２１２がプラテン軸Ａの周りで回転されているときに、回転する基板キャリア２０４を使用して、基板２１３の材料面を研磨パッド２１２に押し当てるためのダウンフォースを基板２１３に対してかける。図示されているように、基板キャリア２０４は、可撓性膜２２４及び環状保持リング２２６を特徴として備える。基板研磨中に、可撓性膜２２４は、その下に配置された基板２１３の非作用（裏側）面に対してダウンフォースをかける。保持リング２２６は、基板２１３を取り囲み、研磨パッド２１２が基板キャリア２０４の下を移動するときに、基板２１３が基板キャリア２０４から滑り落ちるのを防止する。典型的には、基板キャリア２０４が、基板２１３に対してかけられるダウンフォースから独立したダウンフォースを保持リング２２６に対してかけるように構成される。幾つかの実施形態では、基板キャリア２０４が、その下に配置された研磨パッド２１２の不均一な摩耗を部分的に低減させるために、研磨プラテンの半径方向に振動する。
[0034] 典型的には、流体供給アーム２０６によって供給される１種類上の研磨流体の存在下で、基板２１３が研磨パッド２１２に押し当てられる。典型的な研磨流体は、研磨粒子が内部に懸濁された水溶液で生成されたスラリを含む。しばしば、研磨流体は、基板２１３の材料面を改質し、したがって、その化学機械研磨を可能にするために使用される、１種類以上の化学的活性成分を含む。
[0035] 基板２１３の研磨前、後、又は中に研磨パッド２１２の表面に調整ディスク２２８を押し当てることによって研磨パッド２１２を調整するために、パッド調整器アセンブリ２０８（図２Ｃ）が使用される。ここで、パッド調整器アセンブリ２０８は、調整ディスク２２８、調整ディスク２２８を軸Ｃの周りで回転させるための第１のアクチュエータ２３０、第１のアクチュエータ２３０を第２のアクチュエータ２３４に結合する調整器アーム２３２、回転位置センサ２３５、第３のアクチュエータ２３６、及び変位センサ２３８を含む。軸Ｄの周りで調整器アーム２３２をスウィングし、したがって、研磨パッド２１２の内半径と外半径との間で前後に、回転する調整ディスク２２８を掃引するために、第２のアクチュエータ２３４が使用される。位置センサ２３５は、第２のアクチュエータ２３４に結合され、調整器アーム２３２の角度位置を特定するために使用される。今度は、その角度位置を使用して、調整ディスク２２８が研磨パッド２１２の上を掃引しているときに、研磨パッド２１２上の調整ディスク２２８の半径方向位置を特定することができる。第３のアクチュエータ２３６は、調整ディスク２２８が研磨パッド２１２に押し当てられているときに、調整ディスク２２８上にダウンフォースをかけるために使用される。ここで、第３のアクチュエータ２３６は、第２のアクチュエータ２３４の近くの箇所において、調整ディスク２２８から遠位のアーム２３２の端部に結合される。
[0036] 典型的には、調整ディスク２２８が、ジンバルを使用して第１のアクチュエータ２３０に結合される。ジンバルは、調整ディスク２２８が、研磨パッド２１２に押し当てられているときに、研磨パッド２１２の表面との平行関係を維持することを可能にする。ここで、調整ディスク２２８は、例えばダイヤモンドが金属合金内に埋め込まれた、固定された研磨調整面を含み、研磨パッド２１２の表面を研磨して新品同様にし、その表面から研磨副生成物又は他のデブリを除去するために使用される。典型的には、調整ディスク２２８が、約８０mmと約１３０mmとの間、例えば約９０mmと約１２０mmとの間、又は例えば約１０８mm（４．２５インチ）の直径を有する。幾つかの実施形態では、調整ディスク２２８の直径が、第２のゾーン２２０ｂの幅Ｗよりも小さい。それによって、調整ディスク２２８は、第２のゾーン２２０ｂ内の研磨パッド２１２の表面の調整中に、その表面との接触を維持してよい。
[0037] ここで、変位センサ２３８は、センサ２３８の端部からその下に配置されたプラテン本体２１４の金属面までの距離Ｚ（２）を特定するために、渦電流を測定する誘導性センサである。変位センサ２３８及び位置センサ２３５を組み合わせて使用し、第２のゾーン２２０ｂ内の研磨パッド２１２の表面の、それに隣接する第１及び第３のゾーン２２０ａ内の研磨パッド２１２の表面からの後退距離Ｚ（３）を特定する。
[0038] 幾つかの実施形態では、パッド調整器アセンブリ２０８を使用して、第２のゾーン２２０ｂ内の研磨パッド２１２の表面の、それに隣接する第１及び第３のゾーン２２０ａ、ｃ内の研磨パッド２１２の表面に対する後退関係を維持する。それらの実施形態では、システムコントローラ２１０を使用して、第２のゾーン２２０ｂ内での調整ディスク２２８の滞留時間及び／又は調整ディスク２２８上へのダウンフォースを変更することができる。本明細書で使用されるときに、滞留時間は、プラテン２０２が調整ディスク２２８の下で研磨パッド２１２を移動させるように回転するときに、調整ディスク２２８が研磨パッド２１２の内半径から外半径まで掃引されるときに、ある半径方向位置で調整ディスク２２８が費やす平均持続時間を指す。例えば、第２のゾーン２２０ｂ内の研磨パッド表面積の１cm2当たりの調整滞留時間は、それに隣接する第１及び／又は第３のゾーン２２０ａ、ｃのうちの一方又は両方の研磨パッド表面積の１cm2当たりの調整滞留時間に対して増減されてよい。
[0039] ここで、パッド調整器アセンブリ２０８の動作を含む研磨システム２００の動作は、システムコントローラ２１０（図２Ｂ）によって促進される。システムコントローラ２１０は、プログラム可能な中央処理装置（CPU２４０）を含む。それは、メモリ２４２（例えば、不揮発性メモリ）及びサポート回路２４４を伴って動作可能である。例えば、幾つかの実施形態では、CPU２４０が、様々な研磨システム構成要素及びサブプロセッサを制御するための、プログラム可能な論理制御装置（PLC）などの、産業設定で使用される汎用コンピュータプロセッサのうちの任意の形態のうちの１つである。CPU２４０に結合されたメモリ２４２は、非一時的であり、典型的には、ランダムアクセスメモリ（RAM）、読み出し専用メモリ（ROM）、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、又はローカル若しくはリモートのデジタルストレージの任意の他の形態などの、容易に入手可能なメモリのうちの１以上である。サポート回路２４４は、通常、CPU２４０に結合されており、基板研磨プロセスの制御を促進するために、研磨システム２００の様々な構成要素に結合されたキャッシュ、クロック回路、入／出力サブシステム、電源など、及びこれらの組み合わせを備える。
[0040] 本明細書では、メモリ２４２が、指示命令を包含するコンピュータ可読ストレージ媒体（例えば、不揮発性メモリ）の形態にある。該指示命令は、CPU２４０によって実行されると研磨システム２００の動作を促進する。例示的なコンピュータ可読記憶媒体は、非限定的に、（ｉ）情報が永続的に記憶される書込み不能な記憶媒体（例えば、CD‐ROMドライブ、フラッシュメモリ、ROMチップ、又は任意の種類の固体不揮発性半導体メモリによって読み出し可能なCD‐ROMディスクなどのコンピュータ内の読出し専用メモリデバイス）、及び（ｉｉ）変更可能な情報が記憶される書き込み可能な記憶媒体（例えば、ディスケットドライブ又はハードディスクドライブ内のフロッピーディスク或いは任意の種類の固体ランダムアクセス半導体メモリ）を含む。メモリ２４２内の指示命令は、プログラム製品（例えば、ミドルウェアアプリケーション、機器ソフトウェアアプリケーションなどといった、本開示の方法を実装するプログラム）の形態にある。一実施形態では、本開示が、コンピュータシステムと共に使用される非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラム製品として実装されてよい。したがって、プログラム製品の（１以上）のプログラムは、複数の実施形態（本明細書で説明される方法を含む）の機能を規定する。
[0041] 図３は、図２Ａ～図２Ｂの研磨プラテン２０２の代わりに使用されてよい、研磨プラテン３０２の一部分の概略断面図である。ここで、プラテン３０２は、パッド取り付け面３１８を有する。それは、プラテン軸Ａの周りに形成された複数の同心ゾーン３２０ａ～ｃを含む。複数の同心ゾーン３２０ａ～ｃは、円形（上から見たときに）又は環状の第１のゾーン３２０ａ、第１のゾーン３２０ａを取り囲む環状の第２のゾーン３２０ｂ、及び第２のゾーン３２０ｂから半径方向外側に配置され第２のゾーン３２０ｂを取り囲む環状の第３のゾーン３２０ｃを含む。プラテン３０２は、上述されたプラテン２０２の特徴のうちの任意の１つ又は組み合わせを含んでよい。
[0042] ここで、第３のゾーン３２０ｃ内のパッド取り付け面３１８は、第２のゾーン３２０ｂ内のパッド取り付け面３１８との交差部分から、プラテン３０２の周縁部又はそれに近い箇所まで、上向きの傾斜を有する。例えば、直径３００mmの基板用にサイズ決定されたプラテン本体３１４では、環状の第３のゾーン３２０ｃが、約２５０mmと約３５５mmとの間、例えば約２８０mmと約３３０mmとの間の内半径を有してよい。典型的には、それらの実施形態では、第３のゾーン３２０ｃ内のパッド取り付け面３１８が、平面Ｐから平均距離Ｚ（avg）だけ後退している。Ｚ（avg）は、第２のゾーン３２０ｂ内のパッド取り付け面の後退Ｚ（１）×約２／３以下、例えば×１／２以下である。ここで、平面Ｐは、第１及び第３のゾーンのパッド取り付け面の少なくとも一部分によって規定され、回転軸Ａと直交して配置される。
[0043] 図４は、図２Ａ～図２Ｃで説明された研磨システム２００を使用して実行されてよい、一実施形態による基板を研磨する方法４００を示す図である。動作４０２では、方法４００が、基板を研磨パッドの表面に押し当てることを含む。ここで、研磨パッドは、研磨プラテンのパッド取り付け面上に配置され、それに固定されている。パッド取り付け面は、複数の研磨ゾーン、例えば、円形状又は環形状を有する第１のゾーン、第１のゾーンに隣接して配置され、それを取り囲む第２のゾーン、及び第２のゾーンに隣接して配置され、それを取り囲む第３のゾーンを含む。ここで、第２のゾーン内の表面は、それに隣接する第１及び第３のゾーンの表面から後退しており、第２のゾーンの幅は、基板の直径よりも小さい。動作４０４では、該方法が、任意選択的に、基板を研磨パッドの内半径と外半径との間で振動させることを含む。
[0044] 幾つかの実施形態では、方法４００が、動作４０６で、調整ディスクを研磨パッドの表面上に押し当てること、動作４０８で、調整ディスクの研磨プラテンに対する半径方向位置を特定すること、並びに、動作４１０で、変位センサからの測定値及び調整ディスクの特定された半径方向位置を使用して、複数の研磨ゾーンの各々内の研磨パッドの厚さを特定することを更に含む。幾つかの実施形態では、方法４００が、動作４１２で、複数の研磨ゾーンの各々内の研磨パッドの特定された厚さに基いて、複数の研磨ゾーンのうちの１以上における調整滞留時間又は調整ダウンフォースを変更することを更に含む。
[0045] 有益なことに、方法４００を使用して、研磨接触面の前縁及び後縁におけるパッドリバウンド効果を実質的に低減させ、研磨接触面にわたる不均一な研磨流体厚分布を低減させることができる。したがって、方法４００を使用して、望ましくない「速い縁部」又は「遅い縁部」の材料除去速度プロファイルを実質的に排除し又は低減させることができる。
[0046] 以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱せずに本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって規定される。
Claims (20)
- 研磨プロセス中に処理される基板を取り囲むように構成された環状保持リングを備える基板キャリア、並びに
パッド取り付け面を有する円筒形の金属本体を備える回転可能な研磨プラテンを備える、研磨システムであって、
前記パッド取り付け面は、円形状又は環形状を有する第１のゾーン、前記第１のゾーンを取り囲む第２のゾーン、及び前記第２のゾーンを取り囲む第３のゾーンを含む、複数の研磨ゾーンを含み、
前記第１のゾーン及び前記第３のゾーン内の前記パッド取り付け面の少なくとも部分が、平面を規定し、
前記平面は、前記研磨プラテンの回転軸と直交し、
前記第２のゾーン内の前記パッド取り付け面は、前記平面から後退しており、
前記第２のゾーンの幅は、前記環状保持リングの外径よりも小さい、研磨システム。 - 前記第３のゾーン内の前記パッド取り付け面は、前記第２のゾーン内の前記パッド取り付け面との交差部分から、該交差部分の半径方向外側に配置されている半径まで、上向きの傾斜を有する、請求項１に記載の研磨システム。
- 前記第２のゾーン内の前記パッド取り付け面の少なくとも一部分は、約２０μm以上の距離だけ前記平面から後退している、請求項１に記載の研磨システム。
- 前記研磨プラテン上に配置された研磨パッドの表面にわたり調整ディスクを掃引するための調整器アームを備える、パッド調整器アセンブリを更に備え、
前記調整ディスクは、前記第２のゾーンの前記幅よりも小さい直径を有し、前記パッド調整器アセンブリは、前記調整器アームに結合されたセンサを更に備え、前記センサは、前記調整器アームと前記調整器アームの下に配置された前記研磨プラテンの表面との間の距離を特定するように構成されている、請求項１に記載の研磨システム。 - 指示命令が記憶された非一時的なコンピュータ可読媒体を更に備え、前記指示命令は、プロセッサによって実行されたときに、基板を処理する方法を実行するためのものであり、前記方法は、
基板を研磨パッドの表面に押し当てることであって、前記研磨パッドは前記研磨プラテンの前記パッド取り付け面上に配置されている、基板を研磨パッドの表面に押し当てること、
前記調整ディスクを前記研磨パッドの前記表面に押し当てること、
前記調整ディスクの前記研磨プラテンに対する半径方向位置を特定すること、
前記センサと前記調整ディスクの前記半径方向位置とを使用して、前記複数の研磨ゾーンの各々内の前記研磨パッドの厚さを特定すること、及び
前記複数の研磨ゾーンの各々内の前記研磨パッドの特定された前記厚さに基いて、前記複数の研磨ゾーンのうちの１以上内の調整滞留時間又は調整ダウンフォースのうちの一方又は両方を変更することを含む、請求項４に記載の研磨システム。 - 前記方法は、前記第２のゾーン内の研磨パッド表面積の１cm2当たりの前記調整滞留時間が、前記第１のゾーン又は前記第３のゾーンのいずれか内の研磨パッド表面積の１cm2当たりの前記調整滞留時間よりも長くなるように、前記調整滞留時間を変更することを含む、請求項５に記載の研磨システム。
- 基板を研磨する方法であって、
基板キャリアを使用して、基板を研磨パッドの表面に押し当てることであって、前記研磨パッドは研磨プラテンのパッド取り付け面上に配置されている、基板を研磨パッドの表面に押し当てることを含み、
前記パッド取り付け面は、円形状又は環形状を有する第１のゾーン、前記第１のゾーンを取り囲む第２のゾーン、及び前記第２のゾーンを取り囲む第３のゾーンを含む、複数の研磨ゾーンを含み、
前記第１のゾーン及び前記第３のゾーンの前記パッド取り付け面の少なくとも部分が、平面を規定し、
前記平面は、前記研磨プラテンの回転軸と直交し、
前記第２のゾーン内の前記パッド取り付け面は、前記平面から後退している、方法。 - 前記第３のゾーン内の前記パッド取り付け面は、前記第２のゾーン内の前記パッド取り付け面との交差部分から、該交差部分の半径方向外側に配置されている半径まで、上向きの傾斜を有する、請求項７に記載の方法。
- 調整ディスクを前記研磨パッドの前記表面に押し当てること、
前記調整ディスクの前記研磨プラテンに対する半径方向位置を特定すること、
センサと前記調整ディスクの前記半径方向位置とを使用して、前記複数の研磨ゾーンの各々内の前記研磨パッドの厚さを特定すること、及び
前記複数の研磨ゾーンの各々内の前記研磨パッドの特定された前記厚さに基いて、前記複数の研磨ゾーンのうちの１以上内の調整滞留時間又は調整ダウンフォースのうちの一方又は両方を変更することを更に含む、請求項７に記載の方法。 - 前記調整ディスクは、前記第２のゾーンの幅よりも小さい直径を有する、請求項９に記載の方法。
- 前記調整ディスクは、パッド調整器アセンブリを使用して前記研磨パッドに押し当てられ、前記パッド調整器アセンブリは、前記研磨パッドの前記表面にわたり前記調整ディスクを掃引するための調整器アームを備え、
前記センサは、前記調整器アームに結合され、
前記センサは、前記調整器アームと前記調整器アームの下に配置された前記研磨プラテンの表面との間の距離を特定するように構成されている、請求項１０に記載の方法。 - 前記第２のゾーン内の研磨パッド表面積の１cm2当たりの前記調整滞留時間が、前記第１のゾーン又は前記第３のゾーンのいずれか内の研磨パッド表面積の１cm2当たりの前記調整滞留時間よりも長い、請求項１１に記載の方法。
- 前記基板キャリアは、前記基板を取り囲む環状保持リングを備え、
前記第２のゾーンの幅は、前記環状保持リングの外径よりも小さい、請求項７に記載の方法。 - 前記第２のゾーン内の前記パッド取り付け面の少なくとも一部分は、約２０μm以上の距離だけ前記平面から後退している、請求項１３に記載の方法。
- パッド取り付け面を有する円筒形の金属本体を備える、研磨プラテンであって、
前記パッド取り付け面は、円形状又は環形状を有する第１のゾーン、前記第１のゾーンを取り囲む第２のゾーン、及び前記第２のゾーンを取り囲む第３のゾーンを含む、複数の研磨ゾーンを含み、
前記第１のゾーン及び前記第３のゾーンの前記パッド取り付け面の少なくとも部分が、平面を規定し、
前記平面は、前記研磨プラテンの回転軸と直交し、
前記第２のゾーン内の前記パッド取り付け面は、前記平面から後退している、研磨プラテン。 - 前記第３のゾーン内の前記パッド取り付け面は、前記第２のゾーン内の前記パッド取り付け面との交差部分から、該交差部分の半径方向外側に配置されている半径まで、上向きの傾斜を有する、請求項１５に記載の研磨プラテン。
- 前記第２のゾーン内の前記パッド取り付け面の少なくとも一部分は、約２０μm以上の距離だけ前記平面から後退している、請求項１６に記載の研磨プラテン。
- 前記パッド取り付け面は、フッ素含有ポリマー材料のコーティングを含み、前記第２のゾーンの後退している表面が、前記ポリマー材料内に少なくとも部分的に形成されている、請求項１７に記載の研磨プラテン。
- 前記第２のゾーンの後退している表面は、前記円筒形の金属本体内に少なくとも部分的に形成され、
前記パッド取り付け面は、前記円筒形の金属本体上に配置されたフッ素含有ポリマー材料のコーティングを含む、請求項１７に記載の研磨プラテン。 - 前記第２のゾーンの内半径は、前記パッド取り付け面の半径×約０．１５よりも大きく、
前記第２のゾーンの外半径は、前記パッド取り付け面の前記半径×約０．８５よりも小さく、
前記第２のゾーンの幅は、少なくとも、前記パッド取り付け面の前記半径×約０．１５である、請求項１５に記載の研磨プラテン。
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