JP3127108B2 - 研磨装置、及び、半導体装置製造方法 - Google Patents
研磨装置、及び、半導体装置製造方法Info
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- JP3127108B2 JP3127108B2 JP31642195A JP31642195A JP3127108B2 JP 3127108 B2 JP3127108 B2 JP 3127108B2 JP 31642195 A JP31642195 A JP 31642195A JP 31642195 A JP31642195 A JP 31642195A JP 3127108 B2 JP3127108 B2 JP 3127108B2
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- polishing pad
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- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
- B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
- B24B37/10—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping
- B24B37/105—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping the workpieces or work carriers being actively moved by a drive, e.g. in a combined rotary and translatory movement
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- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Description
【０００１】本発明は、半導体ウェハを平坦化する研磨
装置、及び、半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
装置、及び、半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】集積回路の製造プロセスの様々な段階で
半導体ウェハの表面を研磨しなければならない。半導体
ウェハは、一般に、結晶格子の損傷、引かき傷、凹凸、
埋め込まれたちりやほこりの粒子など、盛り上がった形
状の表面欠陥を取り除くために研磨される。この研磨プ
ロセスは、しばしば機械式平坦化と呼ばれ、半導体デバ
イスの品質と信頼性を高めるために利用される。このプ
ロセスは通常、ウェハ上での様々なデバイスおよび集積
回路の形成中に行われる。また研磨プロセスは、除去速
度を高め半導体表面の薄膜間の選択比を高めるために化
学的スラリーの導入を伴うこともある。そのような研磨
プロセスは、化学機械式平坦化（ＣＭＰ）と呼ばれる。
半導体ウェハの表面を研磨しなければならない。半導体
ウェハは、一般に、結晶格子の損傷、引かき傷、凹凸、
埋め込まれたちりやほこりの粒子など、盛り上がった形
状の表面欠陥を取り除くために研磨される。この研磨プ
ロセスは、しばしば機械式平坦化と呼ばれ、半導体デバ
イスの品質と信頼性を高めるために利用される。このプ
ロセスは通常、ウェハ上での様々なデバイスおよび集積
回路の形成中に行われる。また研磨プロセスは、除去速
度を高め半導体表面の薄膜間の選択比を高めるために化
学的スラリーの導入を伴うこともある。そのような研磨
プロセスは、化学機械式平坦化（ＣＭＰ）と呼ばれる。
【０００３】ＣＭＰプロセスでは通常、半導体材料の薄
く平らなウェハを、制御された圧力および温度下で、濡
れた研磨面に接して保持し回転させることが必要であ
る。図１は、回転式研磨プラテン１２、研磨ヘッド・ア
センブリ１４、および化学薬品供給システム１６を備え
た従来のＣＭＰ装置１０を示す。プラテン１２は、モー
タ１８によって規定の速度で回転される。プラテン１２
は通常、水などの潤滑剤で濡らしたポリウレタンブロー
成形体などの取り外し可能で比較的柔らかなパッド材料
２０で覆われている。
く平らなウェハを、制御された圧力および温度下で、濡
れた研磨面に接して保持し回転させることが必要であ
る。図１は、回転式研磨プラテン１２、研磨ヘッド・ア
センブリ１４、および化学薬品供給システム１６を備え
た従来のＣＭＰ装置１０を示す。プラテン１２は、モー
タ１８によって規定の速度で回転される。プラテン１２
は通常、水などの潤滑剤で濡らしたポリウレタンブロー
成形体などの取り外し可能で比較的柔らかなパッド材料
２０で覆われている。
【０００４】研磨ヘッド・アセンブリ１４は、半導体ウ
ェハ（図示せず）をプラテン１２に隣接して保持するキ
ャリア２２を有する。研磨ヘッド・アセンブリ１４はさ
らに、キャリア／半導体ウェハ２２を回転させるモータ
２４と、キャリア／半導体ウェハ２２を矢印２８および
３０で示したプラテン１２を横切る半径方向に直線的に
移動させるキャリア移動機構２６とを有する。研磨ヘッ
ド・アセンブリ１４は、矢印３２で示した制御された下
向きの圧力Ｐをキャリア／半導体ウェハ２２に加え、ウ
ェハを回転するプラテン１２に接して保持する。
ェハ（図示せず）をプラテン１２に隣接して保持するキ
ャリア２２を有する。研磨ヘッド・アセンブリ１４はさ
らに、キャリア／半導体ウェハ２２を回転させるモータ
２４と、キャリア／半導体ウェハ２２を矢印２８および
３０で示したプラテン１２を横切る半径方向に直線的に
移動させるキャリア移動機構２６とを有する。研磨ヘッ
ド・アセンブリ１４は、矢印３２で示した制御された下
向きの圧力Ｐをキャリア／半導体ウェハ２２に加え、ウ
ェハを回転するプラテン１２に接して保持する。
【０００５】化学薬品供給システム１６は、研磨剤とし
て使用する研磨スラリー（矢印３４で示す）をプラテン
１２と半導体ウェハの間に導入する。化学薬品供給シス
テム１６は、化学薬品貯蔵部３６と、化学薬品貯蔵部３
６からプラテン１２上の平坦化環境にスラリーを移動さ
せる導管３８とを有する。
て使用する研磨スラリー（矢印３４で示す）をプラテン
１２と半導体ウェハの間に導入する。化学薬品供給シス
テム１６は、化学薬品貯蔵部３６と、化学薬品貯蔵部３
６からプラテン１２上の平坦化環境にスラリーを移動さ
せる導管３８とを有する。
【０００６】ＣＭＰのプロセスで生じた一つの問題は、
半導体表面が不均一に除去されることである。除去速度
は、ウェハにかかる向きの圧力、プラテンおよびウェハ
の回転速度、スラリーの粒子密度および大きさ、スラリ
ーの組成、ならびに研磨パッドとウェハ表面の間の有効
接触面積に正比例する。さらに、研磨パッドによる除去
は、プラテン上でのウェハの半径方向位置にも関係す
る。除去速度は、半導体ウェハがプラテンに対して半径
方向外側（すなわち、直線に）に移動するにつれてプラ
テンの回転速度が速くなるために上昇する。さらに、ウ
ェハの縁部の方がウェハの中心よりも速い速度で回転し
ているので、除去速度は、ウェハの中心よりもウェハの
縁部の方が大きくなる傾向がある。
半導体表面が不均一に除去されることである。除去速度
は、ウェハにかかる向きの圧力、プラテンおよびウェハ
の回転速度、スラリーの粒子密度および大きさ、スラリ
ーの組成、ならびに研磨パッドとウェハ表面の間の有効
接触面積に正比例する。さらに、研磨パッドによる除去
は、プラテン上でのウェハの半径方向位置にも関係す
る。除去速度は、半導体ウェハがプラテンに対して半径
方向外側（すなわち、直線に）に移動するにつれてプラ
テンの回転速度が速くなるために上昇する。さらに、ウ
ェハの縁部の方がウェハの中心よりも速い速度で回転し
ているので、除去速度は、ウェハの中心よりもウェハの
縁部の方が大きくなる傾向がある。
【０００７】プラテン横方向の不均一な除去に関連する
問題に対処する一つの手法は、"Method for Planarizin
g Semiconductor Wafers with a Non-Circular Polishi
ng Pad."と題する米国特許第５、２３４、８６７号に示
されている。題名が示すように、この明細書には、プラ
テン上に装着され半導体ウェハの表面と係合して研磨す
る非円形パッドを有する平坦化装置が開示されている。
研磨ヘッド移動機構は、研磨ヘッドと半導体ウェハを非
円形パッドの外縁を横切って通るように移動させ、半導
体ウェハ表面の均一な研磨を実現する。パッドを横切る
ウェハの動きは直線または放射状で、パッドの形状によ
って制御されない。この平坦化装置の欠点は、キャリア
とウェハの一部分がパッドの縁部の外側に意図的にはみ
出し、ウェハの完全性にとって極めて危険となる恐れが
あることである。さらに、そのような動作によってパッ
ドの縁部が上方または下方に曲がり、あるいは反復使用
で裂けることがあり、パッドの寿命が短くなる。
問題に対処する一つの手法は、"Method for Planarizin
g Semiconductor Wafers with a Non-Circular Polishi
ng Pad."と題する米国特許第５、２３４、８６７号に示
されている。題名が示すように、この明細書には、プラ
テン上に装着され半導体ウェハの表面と係合して研磨す
る非円形パッドを有する平坦化装置が開示されている。
研磨ヘッド移動機構は、研磨ヘッドと半導体ウェハを非
円形パッドの外縁を横切って通るように移動させ、半導
体ウェハ表面の均一な研磨を実現する。パッドを横切る
ウェハの動きは直線または放射状で、パッドの形状によ
って制御されない。この平坦化装置の欠点は、キャリア
とウェハの一部分がパッドの縁部の外側に意図的にはみ
出し、ウェハの完全性にとって極めて危険となる恐れが
あることである。さらに、そのような動作によってパッ
ドの縁部が上方または下方に曲がり、あるいは反復使用
で裂けることがあり、パッドの寿命が短くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】したがって、当技術分
野において、プラテン横方向の不均一な除去に関連する
問題を大幅に減少させる改善された平坦化方法が引き続
き求められている。
野において、プラテン横方向の不均一な除去に関連する
問題を大幅に減少させる改善された平坦化方法が引き続
き求められている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】要約すると、本発明は、
１つの態様において、半導体ウェハの表面を研磨する研
磨装置を含む。研磨装置は、研磨パッドと、半導体ウェ
ハを、その研磨面を研磨パッドと並置した状態で保持す
るキャリア・アセンブリとを有する。半導体ウェハが研
磨パッド上で非直線状の研磨経路に沿って進むように、
キャリア・アセンブリまたは研磨パッドあるいはその両
方を非回転式に移動させる手段が設けられる。非回転式
に移動させる方法は、様々な技法を使って実施すること
ができる。たとえば、研磨パッドに対してキャリア・ア
センブリを非回転式に移動させるために、機械的テンプ
レートまたはプログラム式制御手段のいずれかを利用で
きる。
１つの態様において、半導体ウェハの表面を研磨する研
磨装置を含む。研磨装置は、研磨パッドと、半導体ウェ
ハを、その研磨面を研磨パッドと並置した状態で保持す
るキャリア・アセンブリとを有する。半導体ウェハが研
磨パッド上で非直線状の研磨経路に沿って進むように、
キャリア・アセンブリまたは研磨パッドあるいはその両
方を非回転式に移動させる手段が設けられる。非回転式
に移動させる方法は、様々な技法を使って実施すること
ができる。たとえば、研磨パッドに対してキャリア・ア
センブリを非回転式に移動させるために、機械的テンプ
レートまたはプログラム式制御手段のいずれかを利用で
きる。
【００１０】もう１つの態様において、本発明は、パッ
ドを回転させる段階と、半導体ウェハの表面をパッドに
対して並置した状態で保持する段階と、半導体ウェハが
パッド上のＸ−Ｙ変動経路で移動するように、半導体ウ
ェハをパッド上で非直線的で非回転式に移動させる段階
とを含む、半導体ウェハを平坦化する方法を含む。
ドを回転させる段階と、半導体ウェハの表面をパッドに
対して並置した状態で保持する段階と、半導体ウェハが
パッド上のＸ−Ｙ変動経路で移動するように、半導体ウ
ェハをパッド上で非直線的で非回転式に移動させる段階
とを含む、半導体ウェハを平坦化する方法を含む。
【００１１】すべての態様において、平坦化プロセスの
間中常に研磨パッドに対する半導体ウェハの完全表面接
触が維持される。研磨パッド上で変動するまたは非直線
的な半導体ウェハの運動を提供することによって、平坦
化の均一性が最適化され、研磨パッドの寿命が延びる。
さらに、研磨パッドの磨耗がより均一なので、同じ研磨
パッドを使用して処理した半導体ウェハ間の均一性が高
まる。本明細書に提示する概念は、多くの様々な手法を
使用して容易に実施することができる。たとえば、機械
的テンプレートとソフトウェア・プログラム式制御手段
が２つの選択肢として考えられる。プログラム式制御を
利用すると、キャリア・アセンブリの回転速度の変更、
研磨パッドを横切る半導体ウェハの非直線研磨経路の変
更、および非直線研磨経路に沿った半導体ウェハの移動
速度の変更が可能になるという点で好都合である。
間中常に研磨パッドに対する半導体ウェハの完全表面接
触が維持される。研磨パッド上で変動するまたは非直線
的な半導体ウェハの運動を提供することによって、平坦
化の均一性が最適化され、研磨パッドの寿命が延びる。
さらに、研磨パッドの磨耗がより均一なので、同じ研磨
パッドを使用して処理した半導体ウェハ間の均一性が高
まる。本明細書に提示する概念は、多くの様々な手法を
使用して容易に実施することができる。たとえば、機械
的テンプレートとソフトウェア・プログラム式制御手段
が２つの選択肢として考えられる。プログラム式制御を
利用すると、キャリア・アセンブリの回転速度の変更、
研磨パッドを横切る半導体ウェハの非直線研磨経路の変
更、および非直線研磨経路に沿った半導体ウェハの移動
速度の変更が可能になるという点で好都合である。
【００１２】本発明の上記その他の目的、利点、および
特徴は、添付図面に関して検討するときに、本発明のい
くつかの好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明か
らさらに容易に理解されよう。
特徴は、添付図面に関して検討するときに、本発明のい
くつかの好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明か
らさらに容易に理解されよう。
【００１３】
【発明の実施の形態】化学機械式平坦化（ＣＭＰ）ツー
ルの不可欠な要素は、（１）パッド、すなわちウェハが
接触しその上をウェハが移動する研磨面と、（２）半導
体ウェハを保持し回転させるキャリアと、（３）研磨作
業中にキャリア／ウェハ・アセンブリをパッドと接触し
た状態に保持するキャリア・アームである。従来の研磨
技法では、ウェハを保持するキャリアの回転を、プラテ
ン上に配置されたパッドの回転と共に利用する。さら
に、あるＣＭＰ装置では、キャリア・アームはパッド表
面を横切って直線的に半径方向に移動されていた。
ルの不可欠な要素は、（１）パッド、すなわちウェハが
接触しその上をウェハが移動する研磨面と、（２）半導
体ウェハを保持し回転させるキャリアと、（３）研磨作
業中にキャリア／ウェハ・アセンブリをパッドと接触し
た状態に保持するキャリア・アームである。従来の研磨
技法では、ウェハを保持するキャリアの回転を、プラテ
ン上に配置されたパッドの回転と共に利用する。さら
に、あるＣＭＰ装置では、キャリア・アームはパッド表
面を横切って直線的に半径方向に移動されていた。
【００１４】本発明は、研磨パッドに対するキャリア・
アームの非直線的な動きを利用して、研磨の均一性を改
善しパッドの寿命を延ばす。パッド表面に対して変動す
るまたは不規則なキャリアの経路の作成は、いくつかの
方法で実施することができる。たとえば、機械的テンプ
レートを使用するかまたはキャリア移動機構のプログラ
ミングを実施して、キャリアは研磨パッド上を不規則な
Ｘ−Ｙ経路で移動することができる。併記の特許請求の
範囲は、研磨概念のそのようなすべての変形を包含する
ものである。
アームの非直線的な動きを利用して、研磨の均一性を改
善しパッドの寿命を延ばす。パッド表面に対して変動す
るまたは不規則なキャリアの経路の作成は、いくつかの
方法で実施することができる。たとえば、機械的テンプ
レートを使用するかまたはキャリア移動機構のプログラ
ミングを実施して、キャリアは研磨パッド上を不規則な
Ｘ−Ｙ経路で移動することができる。併記の特許請求の
範囲は、研磨概念のそのようなすべての変形を包含する
ものである。
【００１５】図２ないし図４は、５０で一般的に示した
本発明による化学機械式平坦化装置のテンプレートで実
施した実施形態を示す。図１のＣＭＰ装置１０の場合と
同様に、化学機械式平坦化装置５０は、プラテン１２を
たとえば矢印１９で示す方向に回転させるモータ１８を
有する。また、化学薬品供給システム１６は、従来の実
施形態と同様に研磨剤として使用する研磨スラリーを導
入する。
本発明による化学機械式平坦化装置のテンプレートで実
施した実施形態を示す。図１のＣＭＰ装置１０の場合と
同様に、化学機械式平坦化装置５０は、プラテン１２を
たとえば矢印１９で示す方向に回転させるモータ１８を
有する。また、化学薬品供給システム１６は、従来の実
施形態と同様に研磨剤として使用する研磨スラリーを導
入する。
【００１６】装置５０は、図１の装置１０とは、テンプ
レート５２がプラテン１２上に導入される点で異なる。
図示したように、テンプレート５２は不規則な形状の開
口部５３を有する。開口部５３により、プラテン１２上
にある研磨パッド５４が露出する。パッド５４は、市販
のどんな研磨パッドでもよい。キャリア・アセンブリ５
６は、研磨すべきウェハ表面が研磨パッド５４に対向す
る位置にくるように半導体ウェハ６０を真空によって保
持する回転式キャリア構造５８を含む。キャリア・アセ
ンブリ５６は回転モータ６２によって回転され、非直線
キャリア移動機構６４は、機構６４が研磨パッド５４上
でキャリア・アセンブリ５６を移動させるとき、キャリ
ア・アセンブリ５６がテンプレート５２の不規則な内縁
を確実にたどるように、矢印６３の方向に外向きの圧力
を加えるように構成される。このようなキャリア・アセ
ンブリ５６の移動はキャリア・アセンブリ５６を固定
し、研磨パッド５４に非直線移動機構を設けることによ
っても実現可能である。
レート５２がプラテン１２上に導入される点で異なる。
図示したように、テンプレート５２は不規則な形状の開
口部５３を有する。開口部５３により、プラテン１２上
にある研磨パッド５４が露出する。パッド５４は、市販
のどんな研磨パッドでもよい。キャリア・アセンブリ５
６は、研磨すべきウェハ表面が研磨パッド５４に対向す
る位置にくるように半導体ウェハ６０を真空によって保
持する回転式キャリア構造５８を含む。キャリア・アセ
ンブリ５６は回転モータ６２によって回転され、非直線
キャリア移動機構６４は、機構６４が研磨パッド５４上
でキャリア・アセンブリ５６を移動させるとき、キャリ
ア・アセンブリ５６がテンプレート５２の不規則な内縁
を確実にたどるように、矢印６３の方向に外向きの圧力
を加えるように構成される。このようなキャリア・アセ
ンブリ５６の移動はキャリア・アセンブリ５６を固定
し、研磨パッド５４に非直線移動機構を設けることによ
っても実現可能である。
【００１７】キャリア・アセンブリ５６をテンプレート
５２と接触した状態に維持することにより、キャリア・
アセンブリ５６は、研磨パッド５４を横切りテンプレー
トの形状によって規定される変動経路をたどる。テンプ
レート５２はプラテン１２から取り外すことができ、し
たがって必要に応じて様々な不規則形状のテンプレート
を使用することができる。図２ないし図４のテンプレー
ト５２の開口部５３の不規則形状は、例として示したも
のにすぎない。図３は、テンプレート５２を使用した研
磨パッド５４上のキャリア・アセンブリ５６の不規則な
Ｘ−Ｙ経路７０を破線で示したものである。この不規則
な経路７０を、従来のＣＭＰ装置で採用されている放射
状の動き７１と対比されたい。キャリア・アセンブリ
を、このような予め定義された変動経路７０で案内する
ことにより、ウェハが接触する研磨面上で研磨パッドに
スラリーがより均一に供給される。
５２と接触した状態に維持することにより、キャリア・
アセンブリ５６は、研磨パッド５４を横切りテンプレー
トの形状によって規定される変動経路をたどる。テンプ
レート５２はプラテン１２から取り外すことができ、し
たがって必要に応じて様々な不規則形状のテンプレート
を使用することができる。図２ないし図４のテンプレー
ト５２の開口部５３の不規則形状は、例として示したも
のにすぎない。図３は、テンプレート５２を使用した研
磨パッド５４上のキャリア・アセンブリ５６の不規則な
Ｘ−Ｙ経路７０を破線で示したものである。この不規則
な経路７０を、従来のＣＭＰ装置で採用されている放射
状の動き７１と対比されたい。キャリア・アセンブリ
を、このような予め定義された変動経路７０で案内する
ことにより、ウェハが接触する研磨面上で研磨パッドに
スラリーがより均一に供給される。
【００１８】多数の変形例が可能であり、たとえば、プ
ラテン１２が回転してもテンプレートを固定したままに
するためにテンプレート５２をプラテン１２から物理的
に離して置くことができる。さらに、キャリア・アセン
ブリがプラテン／テンプレート・アセンブリとは独立に
回転できるように、テンプレート５２と係合するキャリ
ア・アセンブリ５６のキャリア構造５８の縁部とテンプ
レート５２の内壁には低摩擦材料を使用することが好ま
しい。独立した動きを保証するため、キャリア・アセン
ブリと関連して軸受を使用することもできる。
ラテン１２が回転してもテンプレートを固定したままに
するためにテンプレート５２をプラテン１２から物理的
に離して置くことができる。さらに、キャリア・アセン
ブリがプラテン／テンプレート・アセンブリとは独立に
回転できるように、テンプレート５２と係合するキャリ
ア・アセンブリ５６のキャリア構造５８の縁部とテンプ
レート５２の内壁には低摩擦材料を使用することが好ま
しい。独立した動きを保証するため、キャリア・アセン
ブリと関連して軸受を使用することもできる。
【００１９】別の変形例として、テンプレート（図５）
の不規則な開口部を画定する内縁８４に歯８２を設けて
もよい。歯８２は、キャリア・アセンブリ８８上の歯８
６と噛み合う寸法とする。これらの歯の噛み合いによっ
て、キャリア・アセンブリは、テンプレート８０が固定
されるプラテンの回転により回転手段を与えられる。し
たがって、キャリアをモータ駆動する必要がなくなり、
研磨パッドとキャリア・アセンブリは単一の駆動装置で
駆動することができる。
の不規則な開口部を画定する内縁８４に歯８２を設けて
もよい。歯８２は、キャリア・アセンブリ８８上の歯８
６と噛み合う寸法とする。これらの歯の噛み合いによっ
て、キャリア・アセンブリは、テンプレート８０が固定
されるプラテンの回転により回転手段を与えられる。し
たがって、キャリアをモータ駆動する必要がなくなり、
研磨パッドとキャリア・アセンブリは単一の駆動装置で
駆動することができる。
【００２０】図６に、１００で示した化学機械式平坦化
装置の別の実施形態を示す。この実施形態では、ソフト
ウェア制御を利用して、プラテン１２上にある研磨パッ
ド上のＸ−Ｙ変動キャリア経路１０２を定義する。詳細
には、プログラム式非直線キャリア移動機構１１０が、
キャリア・アセンブリ１０１を研磨パッド上で不規則経
路１０２で移動させる。この不規則な動きは、研磨パッ
ドの縁部からパッドの中心への移動速度の変化と、研磨
パッドの縁部から中心への移動距離の変化とを伴う。
装置の別の実施形態を示す。この実施形態では、ソフト
ウェア制御を利用して、プラテン１２上にある研磨パッ
ド上のＸ−Ｙ変動キャリア経路１０２を定義する。詳細
には、プログラム式非直線キャリア移動機構１１０が、
キャリア・アセンブリ１０１を研磨パッド上で不規則経
路１０２で移動させる。この不規則な動きは、研磨パッ
ドの縁部からパッドの中心への移動速度の変化と、研磨
パッドの縁部から中心への移動距離の変化とを伴う。
【００２１】当業者なら、プログラム式非直線キャリア
移動機構１１０を容易に実施することができるはずであ
る。たとえば、ソフトウェアを使ってランダムな動きを
生み出すために、一組の限界内の値を選択するプログラ
ミング関数を利用して、研磨アームの動きを指定するこ
とができる。この関数は、使用するプログラミング言語
に応じていくつかの異なる名前を有し、"ＳＥＥＤ"また
は"ＲＡＮＤ”関数と呼ばれることがある。すべてのケ
ースにおいて、この関数により、ソフトウェア・プログ
ラムが、ランダムに選択できる値の範囲を規定する関数
内修飾子（"ＭＯＤ"演算子と呼ばれる）を使っていくつ
かの指定限界の間で値を選択できるようになる。
移動機構１１０を容易に実施することができるはずであ
る。たとえば、ソフトウェアを使ってランダムな動きを
生み出すために、一組の限界内の値を選択するプログラ
ミング関数を利用して、研磨アームの動きを指定するこ
とができる。この関数は、使用するプログラミング言語
に応じていくつかの異なる名前を有し、"ＳＥＥＤ"また
は"ＲＡＮＤ”関数と呼ばれることがある。すべてのケ
ースにおいて、この関数により、ソフトウェア・プログ
ラムが、ランダムに選択できる値の範囲を規定する関数
内修飾子（"ＭＯＤ"演算子と呼ばれる）を使っていくつ
かの指定限界の間で値を選択できるようになる。
【００２２】プログラム式移動機構を使用すると、研磨
パッド上でキャリア・アセンブリ１０１が移動する経路
を変化させることの他に、キャリア・アセンブリの選択
的回転、回転速度を変化させるプログラミング、キャリ
ア・アセンブリに加える下向きの圧力を変化させるプロ
グラミングが可能になる。これらの様々な研磨機能の特
性のプログラミングは、研磨パッド上のキャリア・アセ
ンブリの正確な位置を知ることができるので望ましい。
パッド上でキャリア・アセンブリ１０１が移動する経路
を変化させることの他に、キャリア・アセンブリの選択
的回転、回転速度を変化させるプログラミング、キャリ
ア・アセンブリに加える下向きの圧力を変化させるプロ
グラミングが可能になる。これらの様々な研磨機能の特
性のプログラミングは、研磨パッド上のキャリア・アセ
ンブリの正確な位置を知ることができるので望ましい。
【００２３】すべての実施形態において、本発明は、研
磨パッド上でキャリア・アセンブリが非直線Ｘ−Ｙの形
で非回転式に移動されるような化学機械式平坦化装置／
方法を含む。設定された不規則経路でキャリア・アセン
ブリを案内することにより、ウェハが接触する研磨面上
で研磨パッドにスラリーがより均一に供給される。ここ
に提示したテンプレートの実施形態では、キャリアがキ
ャリア移動のＸ−Ｙモータ制御を必要とせずに所定の経
路をたどるため、ＣＭＰ装置の設計を簡略化することが
できる。ソフトウェア駆動の実施形態では、キャリア／
ウェハが研磨パッドと係合する際のキャリア・アセンブ
リの経路、回転速度、および圧力をプログラム可能にす
ることができる。ここに示した実施形態では、パッドの
修正は不要である。
磨パッド上でキャリア・アセンブリが非直線Ｘ−Ｙの形
で非回転式に移動されるような化学機械式平坦化装置／
方法を含む。設定された不規則経路でキャリア・アセン
ブリを案内することにより、ウェハが接触する研磨面上
で研磨パッドにスラリーがより均一に供給される。ここ
に提示したテンプレートの実施形態では、キャリアがキ
ャリア移動のＸ−Ｙモータ制御を必要とせずに所定の経
路をたどるため、ＣＭＰ装置の設計を簡略化することが
できる。ソフトウェア駆動の実施形態では、キャリア／
ウェハが研磨パッドと係合する際のキャリア・アセンブ
リの経路、回転速度、および圧力をプログラム可能にす
ることができる。ここに示した実施形態では、パッドの
修正は不要である。
【００２４】本発明の特定の実施形態を添付図面に示し
以上の詳細な説明に記述したが、本発明は、本明細書に
記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、本
発明の範囲から逸脱することなく多くの再配置、変更お
よび代用が可能であることを理解されたい。併記の特許
請求の範囲は、そのような変更をすべて包含するもので
ある。
以上の詳細な説明に記述したが、本発明は、本明細書に
記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、本
発明の範囲から逸脱することなく多くの再配置、変更お
よび代用が可能であることを理解されたい。併記の特許
請求の範囲は、そのような変更をすべて包含するもので
ある。
【００２５】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【００２６】（１）半導体ウェハの表面を研磨する研磨
装置であって、研磨パッドと、半導体ウェハを、その研
磨面を研磨パッドと対面した状態で保持するキャリア・
アセンブリと、半導体ウェハが研磨パッド上で非直線研
磨経路に沿って進むように、キャリア・アセンブリまた
は研磨パッドを非回転式に移動させる手段とを含む研磨
装置。 （２）非回転式に移動させる前記手段が、内側開口部を
有するテンプレートを含み、前記半導体ウェハが研磨パ
ッドと対面しているとき、前記半導体ウェハがテンプレ
ートの内側の開口部内にあるように、前記テンプレート
が前記研磨パッドと関連付けられていることを特徴とす
る、上記（１）に記載の研磨装置。 （３）研磨パッドを回転させる手段をさらに含み、前記
テンプレートが、前記研磨パッドと一緒に回転するよう
に、前記研磨パッドに対して固定されていることを特徴
とする、上記（２）に記載の研磨装置。 （４）研磨パッドを回転させる手段をさらに含み、前記
テンプレートが、研磨パッドが回転しても固定したまま
になるように、前記研磨パッドから離れていることを特
徴とする、上記（２）に記載の研磨装置。 （５）前記キャリア・アセンブリがキャリア構造を含
み、前記テンプレートの内縁がその中に前記内側開口部
を画定し、非回転式に移動させる前記手段が、前記キャ
リア構造が前記テンプレートの内縁と物理的に接触した
状態で、前記キャリア・アセンブリを移動させることを
特徴とする、上記（２）に記載の研磨装置。 （６）前記テンプレートが前記研磨パッドから取外し可
能であることを特徴とする、上記（２）に記載の研磨装
置。 （７）前記研磨パッドと前記キャリア・アセンブリを、
それによって保持された前記半導体ウェハと共に同時に
回転させる手段をさらに含むことを特徴とする、上記
（１）に記載の研磨装置。 （８）同時に回転させる手段が、前記研磨パッドに結合
され前記研磨パッドを回転させる第１の回転駆動装置
と、前記キャリア・アセンブリに結合され前記キャリア
・アセンブリおよび半導体ウェハを回転させる第２の回
転駆動装置とを含むことを特徴とする、上記（７）に記
載の研磨装置。 （９）前記研磨パッドと前記キャリア・アセンブリを同
時に回転させる前記手段が、前記研磨パッドまたは前記
キャリア・アセンブリに結合された単一の回転駆動装置
と、前記単一の回転駆動装置が前記研磨パッドと前記キ
ャリア・アセンブリを共に回転させるように研磨パッド
と回転駆動装置とを相互接続する機械的手段とを含むこ
とを特徴とする、上記（７）に記載の研磨装置。 （１０）前記機械的手段が噛み合った歯を含み、前記噛
み合った歯が第１組の歯と第２組の歯を有し、前記第１
組の歯が、前記研磨パッドと一緒に回転するように前記
研磨パッドに機械的に結合されており、前記第２組の歯
が、前記キャリア・アセンブリと一緒に回転するように
前記キャリア・アセンブリに機械的に結合されているこ
とを特徴とする、上記（９）に記載の研磨装置。 （１１）非回転式に移動させる前記手段が、半導体ウェ
ハが研磨パッドに対して非直線研磨経路をたどるように
キャリア・アセンブリまたは研磨パッドを非回転式に移
動させるプログラム式制御手段を含むことを特徴とす
る、上記（１）に記載の研磨装置。 （１２）前記キャリア・アセンブリが、キャリア・アー
ムが接続されたキャリアを有し、前記半導体ウェハが前
記キャリアによって保持され、前記キャリア・アーム
が、研磨すべき前記半導体ウェハの表面が研磨パッドと
対面するように前記キャリアおよび前記半導体ウェハを
前記研磨パッド上に配置し、前記プログラム式制御手段
が、前記キャリアおよび前記半導体ウェハを前記研磨パ
ッド上で非回転式に移動して半導体ウェハが研磨パッド
上の非直線研磨経路をたどるように、前記キャリア・ア
ームと関連付けられることを特徴とする、上記（１１）
に記載の研磨装置。 （１３）前記プログラム式制御手段が前記キャリア・ア
センブリと関連付けられており、前記プログラム式制御
手段が、前記キャリア・アセンブリの回転速度を変化さ
せる手段と、前記研磨パッドを横切る前記半導体ウェハ
の非直線研磨経路を変化させる手段と、前記研磨パッド
上で前記非直線研磨経路に沿った前記半導体ウェハの移
動速度を変化させる手段とを含むことを特徴とする、上
記（１１）に記載の研磨装置。 （１４）前記研磨装置が化学機械式平坦化装置を含むこ
とを特徴とする、上記（１）に記載の研磨装置。 （１５）半導体ウェハを平坦化する方法が、（ａ）パッ
ドを回転させる段階と、（ｂ）半導体ウェハの表面をパ
ッドと対面した状態で保持する段階と、（ｃ）半導体ウ
ェハがパッド上をＸ−Ｙ変動経路で移動するように、半
導体ウェハをパッド上で非直線状かつ非回転式に移動さ
せる段階とを含む方法。 （１６）前記非回転式に移動させる段階（ｃ）と同時に
前記半導体ウェハを回転させる段階をさらに含むことを
特徴とする、上記（１５）に記載の方法。 （１７）前記段階（ｃ）の前記非回転式の移動を時間変
化させる段階と、前記半導体ウェハの前記回転を時間変
化させる段階とをさらに含むことを特徴とする、上記
（１６）に記載の方法。
装置であって、研磨パッドと、半導体ウェハを、その研
磨面を研磨パッドと対面した状態で保持するキャリア・
アセンブリと、半導体ウェハが研磨パッド上で非直線研
磨経路に沿って進むように、キャリア・アセンブリまた
は研磨パッドを非回転式に移動させる手段とを含む研磨
装置。 （２）非回転式に移動させる前記手段が、内側開口部を
有するテンプレートを含み、前記半導体ウェハが研磨パ
ッドと対面しているとき、前記半導体ウェハがテンプレ
ートの内側の開口部内にあるように、前記テンプレート
が前記研磨パッドと関連付けられていることを特徴とす
る、上記（１）に記載の研磨装置。 （３）研磨パッドを回転させる手段をさらに含み、前記
テンプレートが、前記研磨パッドと一緒に回転するよう
に、前記研磨パッドに対して固定されていることを特徴
とする、上記（２）に記載の研磨装置。 （４）研磨パッドを回転させる手段をさらに含み、前記
テンプレートが、研磨パッドが回転しても固定したまま
になるように、前記研磨パッドから離れていることを特
徴とする、上記（２）に記載の研磨装置。 （５）前記キャリア・アセンブリがキャリア構造を含
み、前記テンプレートの内縁がその中に前記内側開口部
を画定し、非回転式に移動させる前記手段が、前記キャ
リア構造が前記テンプレートの内縁と物理的に接触した
状態で、前記キャリア・アセンブリを移動させることを
特徴とする、上記（２）に記載の研磨装置。 （６）前記テンプレートが前記研磨パッドから取外し可
能であることを特徴とする、上記（２）に記載の研磨装
置。 （７）前記研磨パッドと前記キャリア・アセンブリを、
それによって保持された前記半導体ウェハと共に同時に
回転させる手段をさらに含むことを特徴とする、上記
（１）に記載の研磨装置。 （８）同時に回転させる手段が、前記研磨パッドに結合
され前記研磨パッドを回転させる第１の回転駆動装置
と、前記キャリア・アセンブリに結合され前記キャリア
・アセンブリおよび半導体ウェハを回転させる第２の回
転駆動装置とを含むことを特徴とする、上記（７）に記
載の研磨装置。 （９）前記研磨パッドと前記キャリア・アセンブリを同
時に回転させる前記手段が、前記研磨パッドまたは前記
キャリア・アセンブリに結合された単一の回転駆動装置
と、前記単一の回転駆動装置が前記研磨パッドと前記キ
ャリア・アセンブリを共に回転させるように研磨パッド
と回転駆動装置とを相互接続する機械的手段とを含むこ
とを特徴とする、上記（７）に記載の研磨装置。 （１０）前記機械的手段が噛み合った歯を含み、前記噛
み合った歯が第１組の歯と第２組の歯を有し、前記第１
組の歯が、前記研磨パッドと一緒に回転するように前記
研磨パッドに機械的に結合されており、前記第２組の歯
が、前記キャリア・アセンブリと一緒に回転するように
前記キャリア・アセンブリに機械的に結合されているこ
とを特徴とする、上記（９）に記載の研磨装置。 （１１）非回転式に移動させる前記手段が、半導体ウェ
ハが研磨パッドに対して非直線研磨経路をたどるように
キャリア・アセンブリまたは研磨パッドを非回転式に移
動させるプログラム式制御手段を含むことを特徴とす
る、上記（１）に記載の研磨装置。 （１２）前記キャリア・アセンブリが、キャリア・アー
ムが接続されたキャリアを有し、前記半導体ウェハが前
記キャリアによって保持され、前記キャリア・アーム
が、研磨すべき前記半導体ウェハの表面が研磨パッドと
対面するように前記キャリアおよび前記半導体ウェハを
前記研磨パッド上に配置し、前記プログラム式制御手段
が、前記キャリアおよび前記半導体ウェハを前記研磨パ
ッド上で非回転式に移動して半導体ウェハが研磨パッド
上の非直線研磨経路をたどるように、前記キャリア・ア
ームと関連付けられることを特徴とする、上記（１１）
に記載の研磨装置。 （１３）前記プログラム式制御手段が前記キャリア・ア
センブリと関連付けられており、前記プログラム式制御
手段が、前記キャリア・アセンブリの回転速度を変化さ
せる手段と、前記研磨パッドを横切る前記半導体ウェハ
の非直線研磨経路を変化させる手段と、前記研磨パッド
上で前記非直線研磨経路に沿った前記半導体ウェハの移
動速度を変化させる手段とを含むことを特徴とする、上
記（１１）に記載の研磨装置。 （１４）前記研磨装置が化学機械式平坦化装置を含むこ
とを特徴とする、上記（１）に記載の研磨装置。 （１５）半導体ウェハを平坦化する方法が、（ａ）パッ
ドを回転させる段階と、（ｂ）半導体ウェハの表面をパ
ッドと対面した状態で保持する段階と、（ｃ）半導体ウ
ェハがパッド上をＸ−Ｙ変動経路で移動するように、半
導体ウェハをパッド上で非直線状かつ非回転式に移動さ
せる段階とを含む方法。 （１６）前記非回転式に移動させる段階（ｃ）と同時に
前記半導体ウェハを回転させる段階をさらに含むことを
特徴とする、上記（１５）に記載の方法。 （１７）前記段階（ｃ）の前記非回転式の移動を時間変
化させる段階と、前記半導体ウェハの前記回転を時間変
化させる段階とをさらに含むことを特徴とする、上記
（１６）に記載の方法。
【図１】従来の化学機械式平坦化装置の概略的斜視図で
ある。
ある。
【図２】本発明による化学機械式平坦化（ＣＭＰ）装置
の一実施形態の概略斜視図である。
の一実施形態の概略斜視図である。
【図３】図２に示したような、本発明によるキャリアと
プラテンのアセンブリの平面図である。
プラテンのアセンブリの平面図である。
【図４】図３の線Ａ−Ａに沿って切断した図２および図
３のＣＭＰ装置のキャリアとプラテンのアセンブリの部
分断面図である。
３のＣＭＰ装置のキャリアとプラテンのアセンブリの部
分断面図である。
【図５】本発明の代替実施形態によるキャリアとプラテ
ンのアセンブリの部分平面図である。
ンのアセンブリの部分平面図である。
【図６】本発明による化学機械式平坦化（ＣＭＰ）装置
の代替実施形態の概略斜視図である。
の代替実施形態の概略斜視図である。
１０ ＣＭＰ装置 １２ プラテン １６ 化学薬品供給システム １８ モータ ５０ 化学機械式平坦化装置 ５２ テンプレート ５３ 開口部 ５４ パッド ５６ キャリア・アセンブリ ５８ 回転式キャリア構造 ６０ 半導体ウェハ ６２ 回転モータ ６４ 非直線キャリア移動機構 ７０ 不規則Ｘ−Ｙ経路 ８０ テンプレート ８２ 歯 ８４ 内縁 ８６ 歯 ８８ キャリア・アセンブリ １００ 化学機械式平坦化装置 １０１ キャリア・アセンブリ １０２ 不規則経路 １１０ プログラム式非直線キャリア移動機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マシュー・ジェレミー・ラテン アメリカ合衆国05468 バーモント州ミ ルトン エルマー・プレース 23 (56)参考文献 特開 平１−153266（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−77994（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−43157（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−75662（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/304 B24B 37/04
Claims (10)
- 【請求項１】半導体ウェハの表面を研磨する研磨装置で
あって、 研磨パッドと、 前記半導体ウェハを、その研磨面を前記研磨パッドと対
面した状態で保持するキャリア・アセンブリと、 不規則な内側開口部を有するテンプレートと、 前記半導体ウェハが前記研磨パッドと対面していると
き、前記半導体ウェハを前記テンプレートの不規則な内
縁をたどるように移動させることにより、前記半導体ウ
ェハを前記研磨パッド上で非直線的に移動させる移動手
段と、 を有する研磨装置。 - 【請求項２】前記研磨パッドを回転させる手段をさらに
含み、前記テンプレートが、前記研磨パッドと一緒に回
転するように、前記研磨パッドに対して固定されている
ことを特徴とする、請求項１に記載の研磨装置。 - 【請求項３】前記研磨パッドを回転させる手段をさらに
含み、前記テンプレートが、前記研磨パッドが回転して
も固定したままになるように、前記研磨パッドから離れ
ていることを特徴とする、請求項１に記載の研磨装置。 - 【請求項４】前記テンプレートが前記研磨パッドから取
外し可能である、請求項１に記載の研磨装置。 - 【請求項５】前記キャリア・アセンブリがキャリア構造
を含み、前記テンプレートの内縁がその中に前記内側開
口部を画定し、前記移動手段は、前記キャリア構造が前
記テンプレートの内縁と物理的に接触した状態で、前記
キャリア・アセンブリを移動させることを特徴とする、
請求項１に記載の研磨装置。 - 【請求項６】前記研磨パッドと前記キャリア・アセンブ
リを、それによって保持された前記半導体ウェハと共に
同時に回転させる手段をさらに含み、 前記研磨パッドと前記キャリア・アセンブリを同時に回
転させる前記手段が、前記研磨パッドまたは前記キャリ
ア・アセンブリに結合された単一の回転駆動装置と、前
記単一の回転駆動装置が前記研磨パッドと前記キャリア
・アセンブリを共に回転させるように研磨パッドと回転
駆動装置とを相互接続する機械的手段とを含むことを特
徴とする、請求項１に記載の研磨装置。 - 【請求項７】前記機械的手段が噛み合った歯を含み、前
記噛み合った歯が第１組の歯と第２組の歯を有し、前記
第１組の歯が、前記研磨パッドと一緒に回転するように
前記研磨パッドに機械的に結合されており、前記第２組
の歯が、前記キャリア・アセンブリと一緒に回転するよ
うに前記キャリア・アセンブリに機械的に結合されてい
ることを特徴とする、請求項６に記載の研磨装置。 - 【請求項８】半導体装置の製造方法であって、 研磨パッドを回転させる段階と、 半導体ウェハの表面をパッドと対面した状態で保持する
段階と、 前記半導体ウェハが前記研磨パッドと対面していると
き、前記半導体ウェハをテンプレートの開口部の不規則
な内縁をたどるように移動させることにより、前記半導
体ウェハを前記研磨パッド上で非直線的に移動させ、前
記半導体ウェハを研磨する段階と、 を含む半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】半導体装置の製造方法であって、 パッドを回転させる段階と、 半導体ウェハの表面をパッドと対面した状態で保持する
段階と、 半導体ウェハがパッド上をＸ−Ｙ変動経路で移動するよ
うに、半導体ウェハをパッド上で非直線的に移動させる
段階と、 前記非直線的に移動させる段階と同時に、前記半導体ウ
ェハを回転させる段階をさらに含み、 前記非直線的移動を時間変化させる段階と、 前記半導体ウェハの前記回転を時間変化させる段階と、 を含む半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】半導体ウェハの表面を研磨する研磨装置
であって、 研磨パッドと、 前記半導体ウェハを、その研磨面を前記研磨パッドと対
面した状態で保持するキャリア・アセンブリと、 前記半導体ウェハが前記研磨パッドと対面していると
き、前記半導体ウェハを前記研磨パッド上で非直線的に
移動させる移動手段と、を有し、 前記移動手段が、プログラム式制御手段を含み、 前記プログラム式制御手段が前記キャリア・アセンブリ
と関連付けられており、前記プログラム式制御手段が、 前記キャリア・アセンブリの回転速度を変化させる手段
と、 前記研磨パッドを横切る前記半導体ウェハの非直線研磨
経路を変化させる手段と、 前記研磨パッド上で非直線研磨経路に沿った前記半導体
ウェハの移動速度を変化させる手段と、 を含む研磨装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US349848 | 1994-12-06 | ||
| US08/349,848 US5549511A (en) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | Variable travel carrier device and method for planarizing semiconductor wafers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08227866A JPH08227866A (ja) | 1996-09-03 |
| JP3127108B2 true JP3127108B2 (ja) | 2001-01-22 |
Family
ID=23374215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31642195A Expired - Fee Related JP3127108B2 (ja) | 1994-12-06 | 1995-12-05 | 研磨装置、及び、半導体装置製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5549511A (ja) |
| JP (1) | JP3127108B2 (ja) |
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-
1994
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1995
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1996
- 1996-06-27 US US08/671,034 patent/US5722879A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08227866A (ja) | 1996-09-03 |
| US5722879A (en) | 1998-03-03 |
| US5549511A (en) | 1996-08-27 |
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