JP4565674B2 - 化学・機械研磨用研磨パッドの前調整 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学・機械研磨にて用いられる研磨パッドの前調整に関する。より詳細には、本発明は、化学・機械研磨にて用いられる研磨パッドのインシトゥで自動的な前調整に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学・機械研磨（時に「ＣＭＰ」と呼ばれる）は、通常、表面を下方に向けたウエハのホルダ上へ搭載及び、回転し又は軌道状態にあるパレット上に搭載されている研磨パッドに対するウエハ表面の回転を伴う。面するウエハ層と化学的に相互作用する化学物質と、その層を物理的に除去する研磨剤を含むスラリとが、ウエハ及び研磨パッド間、又はウエハ近くのパッド上に注がれる。ＩＣ製造過程において、通常、この技術は、誘電層やメタライゼーションなどの種々のウエハ層を平滑化するために適用される。ＣＭＰの間、スラリ中の研磨剤と共にウエハ表面から摩滅された粒子は、研磨パッド上を覆い又は研磨パッド上に堆積される傾向にあり、ウエハ表面の研磨速度を低下させると共に、例えば、ウエハ表面の周辺領域が、ウエハ表面の中心領域と同じ程度だけ研磨され得ないといった非均一研磨ウエハ表面をもたらす。高く安定した研磨速度を達成し維持する１つの方法は、ウエハが研磨された後、毎回研磨パッドの調子を整えることである。
【０００３】
図１は、ウエハ・カセット１８、２０、２２、２４、ロボット・アーム１６、回転テーブル又はパレット１３上に搭載されている研磨パッド１２、調整アーム１４、及び調整ヘッド２６を備える、従来の化学・機械研磨装置１０の一部を図示する。カセット１８、２０、２２、２４は、製品ロットのウエハを格納するために種々のスロットを備えている。これらウエハは、以後「製品ウエハ」と呼ぶことにする。スラリは、スラリ導入パイプ１１によって供給される。ウエハ・ホルダ１７によって保持されているウエハ１５は、モータ１９によって研磨パッド１２に対して回転駆動される。ウエハ・ホルダ１７及びモータ１９は、アーム２１によって研磨パッドに対して位置決めされる。
【０００４】
研磨パッド１２は、その寸法によって、製品ウエハが研磨された後、又は製品ウエハが研磨されている間に同時に、調整を受ける。便宜上、図１は同時に生じる調整及び研磨を図示する。ウエハ研磨は、ロボット・アーム１６がカセット１８、２０、２２、２４の１つから製品ウエハを取り出し、そして表面を下にしてそのウエハをウエハ・ホルダ１７に供給するときに開始する。そして、モータ１９は、（ウエハ・ホルダ１７を介して）ウエハ１５を回転させ、別のモータが（テーブル１３を介して）研磨パッドを回転させる。ウエハ研磨が進むと、導入パイプ１１を介してスラリがパッド１２上に供給される。
【０００５】
適当な時に、調整ヘッド２６が回転中の研磨パッド１２と接触すると共に係合するように調整アーム１４が下げられる。パッド調整の間、調整アーム１４は一端を支点に回転し、これにより、調整ヘッドは、研磨パッド１２上を端から端へ強制的に移動させることができると共に、研磨パッド上に溝を形成することができる。研磨パッド１２は溝又は孔を備え得るが、この溝の効果は通常の研磨に起因して時間と共に低減される。したがって、調整パッドはパッド表面上に溝又は他の粗さを再びもたらす役割を果たす。これは、ダイヤモンド・グリットを有する車輪のようなギザギザな表面を用いて達成される。パッド調整中にもたらされた溝は、ウエハ表面とパッドとの間に接点を生成することにより研磨処理を促進し、パッドの粗さを増大させると共に、単位面積当たりより多くのスラリが基板上に適用されることを許容する。したがって、調整中に研磨パッド上に生成された溝は、ウエハ研磨速度を増大すると共に安定させる。
【０００６】
Breivogel他に発行された米国特許第5,216,843号は、１本の調整アーム１４及び調整ヘッド２６の構造を開示している。
【０００７】
一般的に、最後のカセット内における最後のウエハの研磨の後、研磨パッド１２は、新規製品ロットの製品ウエハを含むカセットが研磨のために順番を待たされ得る前、例えば、数秒間〜数時間の所定時間の間、アイドル状態にあり得る。
アイドル時間はまた、装置故障及び定期メンテナンスによりもたらされ得る。パッドアイドル時間中の研磨パッドの乾燥を防ぐため、研磨パッドはウェットソーク中に保持される。
【０００８】
所定時間アイドル状態にあった研磨パッド上において化学・機械的研磨を実行するために、新規ロットからの最初の数個の製品ウエハは、「初期ウエハ効果」を被り得る。初期ウエハ効果とは、初期ウエハについて取得された研磨結果とそれ以後の製品ウエハについて取得された研磨結果における、例えば、物質除去速度や物質除去均一性に関する大きな違いを意味する。初期ウエハに関する研磨結果と以後の製品ウエハに関する研磨結果とにおける大きな違いは、初期ウエハが遭遇する異なる研磨状態によりもたらされると信じられている。これは、初期ウエハ研磨の間にウエハ表面から除去された特定の物質の濃度が増加する非平衡状態の結果として生じる。いったん最初の数個のウエハが完全に研磨されると、パッドはこれら物質について安定した濃度を有するようになる。したがって、最初の数個のウエハが研磨された後では、研磨状態は安定する。
【０００９】
ウエハ製造工業では、初期製品ウエハについて得られた結果に基づいて、以後の製品ウエハについての化学・機械研磨状態を設定することが一般的に行われている。したがって、初期製品ウエハについて得られた研磨結果が、同じ研磨条件下にある以後の製品ウエハについての研磨結果と大きく異なるときは、以後の製品ウエハについて設定された研磨状態は、最適状態から大きく逸脱している虞がある。
【００１０】
初期ウエハ効果効果を緩和するために、ブランクな「前調整ウエハ」を回転研磨パッドに接触させることができる。前調整ウエハは、製品ウエハ表面上で実施される研磨に用いられるものと同一又は類似の物質の皮膜（コーティング）を有するべきである。ある時間の間これらウエハに前調整を施した後で、初期製品ウエハがウエハ・ホルダに装着され、研磨される。前調整ウエハはパッドを「前調整する」ので、初期ウエハ効果は、軽減又は除去される。この前調整手順は、現在は、いくらか面倒な方法で実施されている。例えば、製造施設内の作業者は、先ず、離れた場所から、研磨パッドを前調整するために後に前調整ウエハに化学・機械研磨が実行される研磨装置まで、前調整ウエハを含むカセットを搬送しなければならない。さらに、初期ウエハ効果を低減するためには、研磨パッドが効果的に前調整される前に、約３、４個の前調整ウエハが要求され得る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、明らかなように、現在のパッド調整プロセスは、いくつかの短所を有している。例えば、上記パッド前調整処理は、時間を要すると共に骨のおれるタスクである。このパッド前調整処理には、前調整ウエハのＣＭＰ装置への搬送、これらウエハを備えるウエハカセット内の貴重なスペースの占領、及びこれらウエハのインストールが必要になる。これらすべてが、新規ロットの製品ウエハが研磨の実行を待たなければならない間に、完了される。更に、前調整ウエハは、効果的なパッド前調整を維持するために、定期的に評価され、再処理され、又は適当なコーティングを用いて再デポジットしなければならない。これは、研磨処理の低いスループットをもたらす。前調整ウエハのメンテナンスもまた、高価な作業であり得る。
【００１２】
従って、必要とされているのは、現在のプロセスにおける労働集約的なステップを回避し、低コストで高スループットを実現するような、改良型の研磨パッド前調整装置及び方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は研磨パッドを前調整するための前調整機構を提供する。この前調整機構は、研磨パッド上に配置され得るアームと、アームの末端に配置され中心軸の周囲を回転可能なヘッド部とを備えている。さらに、ヘッド部は、中心軸の周囲に配置され研磨パッドを調整又は前調整する表面を有する少なくとも２つのヘッドを有する。これによって、ヘッド部が中心軸の周囲を所定の量だけ回転すると、回転がどの程度進行したかに応じて、少なくとも２つのヘッドの中の異なるヘッドが、調整又は前調整のために研磨パッドに係合し得るように、少なくとも２つのヘッドが、前記研磨パッドに提示される。
【００１４】
しかし、ヘッドの１つが研磨パッドに接触するように再配置されるとき、上記前調整機構のヘッド部は中心軸の周囲を回転するが、アームは回転しない。ヘッドの少なくとも１つは、水晶、タングステン、銅及びアルミニウムから構成される群から選択される前調整物質を含み、また、ダイアモンドグリッド及びナイロンブラシから構成される群から選択される調整物質を含む。あるいは、ヘッド部は、少なくとも１つの調整ヘッドと、それぞれが異なる前調整物質を有している少なくとも２つの前調整ヘッドを備えている。前調整物質は、実質的に丸いことが好ましい。
【００１５】
また、上記前調整機構は、ヘッド部の回転を制御するコントローラを備えている。さらに、前調整機構は、ヘッド部が研磨パッド上の全体を掃引する態様でアームがピボット運動するように、アームの基端にピボット接続部を含む。このピボット接続部は、ヘッド部が研磨パッドの全体を掃引することができるように、振動モータに結合されている。
【００１６】
他の局面において、本発明は、研磨パッドを調整又は前調整する前調整アセンブリを提供する。この前調整アセンブリは、パレット上に搭載されている研磨パッドと、研磨パッドと接触する製品ウエハを保持するウエハ・ホルダと、上述の前調整機構と、を備えている。この前調整アセンブリは、パレットの回転と、研磨パッド上へのウエハ・ホルダの方向付けと、前調整機構のピボット運動及び回転とから構成される群から選択される１又は複数の動作を制御する制御システムを更に備えている。研磨パッドは、ポリウレタンを含み、化学・機械研磨装置の一部でありうる。
【００１７】
更に別の側面では、本発明は、研磨パッドを調整又は前調整する前調整アセンブリを提供する。この前調整アセンブリは、調整機構と前調整機構とを含む。調整機構は、(i)研磨パッド上に配置され得る調整アームと、(ii)調整アームの末端に配置され研磨パッドを効率的に調整し得る調整物質を有する調整ヘッド部と、を有する。前調整機構は、(iii)研磨パッド上に配置され得る前調整アームと、(iv)前調整アームの末端に配置され研磨パッドを効率的に前調整し得る少なくとも１つの前調整フィルムを有する前調整ヘッド部と、を有する。
【００１８】
前調整ヘッドは、中心軸の周囲を回転可能であって少なくとも２つの前調整ヘッドを含んでおり、それによって、前調整ヘッドの前記中心軸の周囲の所定量の回転は、回転がどの程度進行したかに依存して、前記少なくとも２つの前調整ヘッドの中の異なるヘッドが、前記研磨パッドに係合し得るように、少なくとも２つの前調整ヘッドを研磨パッドに提示する。しかし、前記ヘッドの中の１つが研磨パッドと接触するように再配置されるときには、前調整ヘッド部は中心軸の周囲を回転し、前調整アームは回転しない。前調整フィルムは、水晶、タングステン、銅及びアルミニウムから構成される群から選択される物質を含む。また、この前調整フィルムは、約２０ミルから約３０ミルの範囲の厚さを有し、実質的に丸い。調整物質は、ダイアモンド・グリッド及びナイロン・ブラシから構成される群から選択される。この前調整アセンブリは、更に、パレット上に搭載された研磨パッドを更に備えている。
【００１９】
更に別の実施例では、本発明は、制御システムの助けを借りて実行される自動化されたパッド前調整方法（プロセス）を提供する。この自動化されたパッド前調整方法は、研磨に対するウエハの準備ができているかを判断するステップと、研磨パッドが少なくとも所定時間の間アイドル状態にあるかどうかを判断するステップと、研磨パッドが少なくとも所定時間の間アイドル状態にある場合には、自動的に研磨パッドの前調整を実行するステップと、を含む。この方法は、更に、研磨パッドを前調整した後で前記ウエハを研磨するステップを更に含む。また、この方法は、ウエハが研磨された後で前記研磨パッドを調整するステップを更に含む。前調整は、アームに搭載されている前調整ヘッドを前記研磨パッド上に方向付けることにより実行され、調整は同一の前記アームに搭載されている調整ヘッドを前記研磨パッド上に方向付けることにより実行される。この調整の前に、アームは、前調整ヘッドが研磨パッドから離れる方向に移動し調整ヘッドが研磨パッドに向かう方向に移動し研磨パッドと向かい合うように、回転される。パッドの前調整のステップは、研磨パッドがアイドル状態にあった時間の長さに応じて変動する時間周期の間実行される。
【００２０】
更に別の側面では、本発明は、研磨パッドを前調整する別の前調整機構を提供する。この前調整機構は、研磨パッド上に配置され得る複数のヘッドを保持する手段と、複数のヘッド保持する手段の末端に配置され中心軸の周囲を回転可能であり前調整又は調整を行う手段と、を備えている。この前調整又は調整手段は、中心軸の周囲に配置され前記研磨パッドを調整又は前調整を行う表面を有する少なくとも２つのヘッドを含み、それによって、前調整又は調整を行う前記手段の前記中心軸の周囲の所定量の回転は、回転がどの程度進行したかに依存して、前記少なくとも２つのヘッドの中の異なるヘッドが、調整又は前調整のために前記研磨パッドに係合し得るように、前記少なくとも２つのヘッドを前記研磨パッドに提示する。
【００２１】
複数のヘッドを保持する手段はアームを含み、調整又は前調整を行う手段は、複数のヘッドを保持する手段上のヘッド部を含む。前調整又は調整を行う手段の少なくとも１つは、水晶、タングステン、銅及びアルミニウムから構成される群から選択される前調整物質を含み、また、ダイアモンド・グリッド又はナイロン・ブラシから構成される群から選択される調整物質を含む。この前調整機構は、前調整又は調整を行う手段の回転を制御するコントローラを更に備えている。ヘッドの少なくとも１つは、前調整ヘッドであり実質的に丸い。この前調整機構は、前調整又は調整を行う手段が前記研磨パッドの全体を掃引することを可能にする態様で前記複数のヘッドを保持する手段がピボット運動するように前記複数のヘッドを保持する手段の基端へのピボット接続部を更に備えている。ピボット接続は、前調整又は調整を行う手段が研磨パッドの全体を掃引することができるように、振動モータに結合している。
【００２２】
本発明は、パッド前調整のための現在の装置及び方法に対して、著しい改良をもたらす。例えば、本発明の前調整アセンブリは、製造施設の作業者が前調整ウエハを離れた場所から研磨装置上まで搬送するための時間のかかるステップを不要にするインシトゥ（in-situ）なアセンブリである。更なる例として、図２及び図３に示す前調整アセンブリの実施形態では、既述のように前調整ウエハの格納及び搬送という別々の面倒なタスクが排除され、同一前調整アーム上の複数のヘッドによる融通性が提供される。これは、ＩＣ基板のより高いスループットをもたらす。本発明の前調整アセンブリは、また、僅かな変更により現在の調整及び研磨装置に組み入れられる点が重要である。これらすべてのファクタが、本発明に従うパッド前調整の実行コストを低減する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明は、化学・機械研磨（ＣＭＰ）で用いられるインシトゥな自動化された前調整プロセスのための前調整アセンブリを提供する。以下の説明では、本発明の好適発明例を十分に説明するために、多くの特定の詳細事項が説明される。しかし、本発明はここに開示されるいくつかの特定の詳細事項に限定されることなく実施され得ることは明らかである。
【００２４】
図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、本発明の実施例による前調整アセンブリ１００の平面図及び側面図を示す。アセンブリ１００は、研磨パッド１１２上に配置される前調整機構１１４を含む。研磨パッド１１２は、動作の際にパッドを支持し回転させるパレット（図示しない）上に搭載され得る。前調整機構１１４は、２個のヘッド１２８、１３０を有するヘッド部１３６と、ピボット接続部１３８を有するアーム１３４と、を備える。ピボット接続部１３８により、アーム１３４は、パッド１１２の表面上を掃引することができ、この結果、ヘッド１２８、１３０はパッド１１２の全ての部分に到達することができる。図２Ｂに図示するように、ヘッド１３０は、ヘッド部１３６の下側に取り付けられ、研磨パッド１１２に接触するように配置される。
【００２５】
図２Ａ及び図２Ｂに図示するように、ヘッド部１３６は、前調整機構１１４の末端（遠方の端部、distal end）に配置され、また、ピボット連結部１３８は前調整機構１１４の基部（近接する端部、proximal end）に配置されている。一方のヘッド、例えば、ヘッド１２８は、ダイアモンド・グリット表面、又は他の適当な調整表面を有する調整ヘッドであることが好ましい。他方のヘッドであるヘッド１３０は、前調整ヘッド又は前調整ウエハであることが好ましい。したがって、この実施例では、同一の前調整アームが、調整ヘッド及び前調整ヘッドの双方を有することになる。当然ながら、時には、それぞれが異なる表面物質（例えば、アルミニウム、水晶、タングステン、ポリシリコンなど）を含む複数の前調整ヘッドを有することが好ましい。この融通性（フレキシビリティ）は、異なるタイプのＩＣ層のＣＭＰに先立つ前調整を可能にする。
【００２６】
図２Ａ及び図２Ａに図示されている実施例では、ヘッド部１３６のヘッド１２８及び１３０のいずれもが、要求に応じて研磨パッドを調整又は前調整するために研磨パッド１１２と係合することができる。当業者であれば、２個以上のヘッドの任意の１つが研磨パッド１１２に係合させることを可能にする多くの設計阿あることを理解するはずである。一般に、設計は、ヘッド部の１８０度の回転を許容すべきである。３以上のヘッドが用いられている場合には、ヘッド部は３６０度／ｎの増分で回転し得なければならない。ただし、ｎは、アームに備え付けられているヘッドの数である。ある実施例では、任意のヘッドが研磨パッドと係合するように、アーム１３４は、その長軸を軸心として回転する。この回転は、ピボット接続部１３８で制御することができる。あるいは、別の実施例では、ヘッド部１３６だけが、アームの長軸を軸心として回転する。適当な制御システムを備える場合、ヘッド１２８又はヘッド１３０のいずれもが、研磨パッド１１２と係合するようにその表面を下方に向け、研磨パッドを効率的に調整又は前調整することができる。適切なシステムは、容易に入手可能であり、あるいは、回転に関する自動制御を提供するように容易にプログラムできる。
【００２７】
既述のように、研磨パッドを調整又は前調整するためにヘッド部１３６が研磨パッド１１２の全体を掃引できるように、前調整アーム１３４は、ピボット接続部１３８を軸にピボット運動することができる。ピボット接続部１３８を軸とする前調整アーム１３４のピボット運動を制御する多くの方法が、当業者に周知である。例として、ピボット連結部１３８に結合されている振動モータ（図示しない）は、パッド１１２全体にわたりヘッド部１３６を掃引させることができる。
【００２８】
（図２Ａ及び図２Ｂに図示する）本発明によるマルチヘッド前調整アームを用いるパッド前調整プロセスは、調整ヘッド又は前調整ヘッドのいずれかが研磨パッド１１２上に表面を下向きに位置決めされるように、まず、（任意の適当な機構を用いて）回転ヘッド部１３６をアーム軸を軸心として回転させることにより実行され得る。次に、研磨パッド１１２が回転を開始する。その後、ヘッド部１３６は、研磨パッド１１２上に降下され、前調整ヘッド又は調整ヘッドが回転中の研磨パッド１１２と接触することを可能にする。この時点で、ヘッド部１３６を研磨パッド１１２の全体にわたって掃引させ、研磨パッドを効率的に調整又は前調整するために、アーム１１４は、ピボット接続部１３８を支点にしてピボット運動する。本発明が既述の一連のステップに限定されないことは当業者にとって明らかである。例えば、研磨パッドは、前調整又は調整ヘッドが研磨パッドと係合した後になって初めて回転を開始させることも、可能である。
【００２９】
前調整アーム１１４は、例えば、ステンレス鋼やセラミクスなどの任意の硬質の物質から形成され得る。研磨パッド１１２は、当技術分野で用いられる任意の従来の研磨パッドでよい。一般的に、好適なパッドは、ＣＭＰの物理的及び化学的に過酷な環境に耐え得る物質から形成される。１つの例では、ハード・ポリウレタン物質から形成された研磨パッドが好適である。図２Ａ及び図２Ｂに示されている実施例でヘッド１２８上に搭載されている調整物質は、例えば、ダイアモンド・グリッド又はナイロン・ブラシを含み得る。ヘッド１３０上の前調整フィルムは、水晶と、タングステン、アルミニウム、銅などの物質とを含み得る。前調整フィルム及び調整物質は、実質的に丸いこと（例えば、円形）が好ましく、これにより、摩滅粒子があらゆる鋭角な角に捕捉されることはない。前調整及び調整ヘッドは、共に、以下に説明する前調整及び調整ヘッドに酷似する形状にして、寸法を決定することができ、さもなければ設計することができる。必要となり得る唯一の変更は、それらをヘッド領域１３６に搭載し得るようにすることである。
【００３０】
前調整フィルムは、約２０から約３０ミルの範囲の厚さを有する。調整ダイアモンド・グリッドは、約２０から約３０ミルの厚さの範囲にあるウエハと同じ厚さの微細メッシュ（fine mesh）でよいし、あるいは、数インチ程度の大きく厚いディスクでもよい。ナイロン・ブラシの厚さは、約１〜約２インチの範囲にある。
【００３１】
従来技術におけるように、前調整フィルムは、研磨を受けるＩＣ基板表面上に積層されているものと同一の物質を含むことが好ましい。例として、研磨されているＩＣ基板表面がタングステンを含む場合には、パッド前調整は、タングステンの前調整フィルムを用いて実行されることが好ましい。しかし、二酸化珪素がデポ（積層）されているＩＣ基板表面が研磨される場合には、水晶の前調整フィルムを用いて研磨パッドを調整することが好ましい。
【００３２】
複数の前調整ヘッドが回転可能ヘッド上で用いられるとき、これらヘッドの各々は、研磨パッドの応用例に応じて、例えば、水晶、タングステン、銅又はアルミニウムといった異なる前調整フィルムを有するべきである。したがって、パッド調整からパッド前調整へ切り替えるためには、又はＩＣ基板表面上のある金属を研磨するのに用いられる研磨パッドの調整からＩＣ基板表面上の別の金属を研磨するために用いられる他の研磨パッドの調整へ切り替えるためには、潜在的なユーザは、適当な調整ヘッド又は前調整ヘッドが研磨パッドと係合する位置に配置されるように、アーム部分又は前調整アームのヘッド部のいずれかを単に回転させるだけでよい。この後で、パッド調整又はパッド前調整が、既述のように実行される。
【００３３】
図３Ａ（平面図）及び図３Ｂ（側面図）は、本発明の別の実施例による調整及び前調整アセンブリ２００を図示している。この実施例では、前調整アセンブリ２００は、研磨パッド２１２上に配置されている、２本の異なるアームと、前調整アーム２４０と、調整アーム２１４と、を備えている。調整アーム２１４は、図１に図示されている従来の調整アームと実質的に近似しており、また、ダイアモンド又は他の調整表面を有する調整ヘッド２１５を含む。前調整アーム２４０は、前調整フィルム２２８（図２Ａに図示しない）、２３０を有し、また、別の調整アーム２１４上に備えられる調整物質をどのヘッドも有していない点を除いて、図２Ａ及び図２Ｂに図示する前調整アームに実質的に類似する。すなわち、前調整アーム２４０は、調整ヘッドを有しない。前調整アーム２４０は、図２Ａ及び図２Ｂの実施例における前調整アーム機構１１４に実質的に類似する方法で動作する。前統制アーム２４０は、各前調整ヘッドを研磨パッド２１２の表面に向き合わせるために長軸方向を軸として回転可能でなければならない。これと対照的に、調整アーム２１４は回転可能である必要はない。当然ながら、システムのフレキシビリティをさらに向上するために、調整アーム２１４には、その調整ヘッド２１５に加えて前調整ヘッドを装着することもできる。これにより、システムには少なくとも３個の前調整ヘッド（２個は調整アーム２１４上に、１個は前調整アーム２４０上に）が備えられることになる。さらに、前調整により一層の選択肢を提供するために、調整アーム２１４又は前調整アーム２４０の双方又は一方には、３個以上のヘッドを装着することができる。
【００３４】
既述のように、現在のＣＭＰシステムにおける１つの問題は、前調整及び時に調整のために要求されるシステム・ダウン時間によりもたらされる低いスループットにある。本発明は、調整及び前調整を実行するための自動化システム及び自動化方法を提供することにより、この問題点を解決する。必ずしも必要ではないが、自動化システムでは、既述のマルチヘッド型のアームを用いることが好ましい。
【００３５】
図４は、化学・機械研磨における研磨パッドの前調整プロセスを自動化する新規な方法（プロセス）３００の一実施例を示す流れ図である。このプロセスは、自動化ＣＭＰシステムが、ウエハは研磨実行の準備ができているかを判断するステップ３０２で開始する。これは、システムが新たな製品ウエハを提供する、あるいは、既に部分的には研磨されたウエハ表面の研磨を継続するために作動し始めるときに生じる。ウエハが研磨の準備ができていない場合には、研磨装置はアイドル状態に入る。システムは、アイドル時間を監視していることが好ましい。
【００３６】
ステップ３０２がウエハの研磨に対する準備ができていることを示すと、ステップ３０４で、研磨パッドの「アイドル時間」が「所定の時間」以上であるかどうかが判断される。ここで用いる「アイドル時間」の用語は、研磨パッドがウエハ表面の研磨に使用されていない時間の長さを意味する。ここで用いる「所定の時間」の用語は、初期ウエハ効果を生じさせると判断された予め設定されたアイドル時間の長さを意味する。パッドが所定の時間よりも長くアイドル状態に置かれる場合には、訂正動作が実行されなければならない初期ウエハ効果があると断言するのに十分であると予測され得る。パッドのアイドル時間が所定の時間を超えていない場合には、初期ウエハ効果は極めて僅かしか現れないはずである。所定の時間は、通常、研磨パッドのタイプや、例えば、研磨パッドがタングステン又は二酸化珪素がデポされたウエハ表面を研磨しているかどうかといった研磨パッドの研磨適応性（polishing application）などにより変化する。所定時間は一般的に１分以上である。
【００３７】
研磨パッドのアイドル時間が所定時間以下の場合には、研磨パッドの前調整は不要であり、プロセス３００は、ウエハの化学・機械研磨が実行されるステップ３０８に移行する。しかし、研磨パッドのアイドル時間が所定時間以上であると決定された場合には、ステップ３０６において、本明細書で「前調整時間」と呼ぶ時間の間、研磨パッドの前調整が実行される。研磨パッドの前調整は、既述した本発明に係る種々の前調整アセンブリを含む多くの方法で実行することができる。
【００３８】
ステップ３０６では、本発明のある実施例では、前調整時間はアイドル時間の関数である。すなわち、パッドがどれだけの時間ウエハの研磨に使用されていないかによって決まる時間の間、研磨パッドは前調整を受ける。例として、研磨パッドが約２〜５分の間アイドル状態にあった場合には、パッド前調整時間は約１分であり、研磨パッドが約５〜１０分の間アイドル状態にあった場合には、パッド前調整時間は約２分であり、研磨パッドが約１０〜３０分の間アイドル状態にあった場合には、パッド前調整時間は約４分であり、また、研磨パッドが３０分より長い間アイドル状態にあった場合には、パッド前調整時間は約６分であり得る。しかし、前調整時間及びアイドル時間に関するこれらの値は、単なる例示であり、本発明を限定することを全く意図しない。
【００３９】
既述のように、ステップ３０８で、ウエハは研磨される。この処理が終了すると、研磨パッドは、既述の調整ヘッドを用いてパッド調整を受ける。本発明で用いられる研磨パッドが十分に大きい場合には、ステップ３０８及びステップ３０９は、同時に実行され得る。すなわち、パッドは、調整されると同時に化学・機械研磨にも用いられる。パッド調整は、研磨パッドを調整及び前調整するのに十分にフレキシブルな本発明の前調整アセンブリを用いて、実行する。
【００４０】
一般的に、本発明のシステムは、パレットの回転、研磨パッド上へのウエハ・ホルダの誘導、前調整機構の支点回転及び回転の制御といった機能のいくつか又は全てを制御するコントローラを有する。図２Ａ及び図２Ｂの実施例では、前調整は、コントローラにより設定された時間周期の間、実行され得る。この処理の間、アーム機構１４０上のヘッド１３０は、回転中のパッド１１２に接触している。そして、前調整が完了すると、研磨のために製品ウエハが配置され、調整ヘッド１２８を向き合わせるために、アーム１１４が１８０度回転させられる。最後に、ウエハと調整ヘッド１２８との両方が、回転しているパッド１１２上に誘導される。
【００４１】
本発明は、パッド調整のための現在の装置及び方法に対して著しい進歩を示す。例えば、本発明の前調整アセンブリは、製造施設の作業者が前調整ウエハを離れた場所から研磨装置上に搬送するという時間のかかるステップを不要にするインシトゥなアセンブリである。更なる例として、図２〜図３に示された前調整アセンブリの実施例は、既述のように前調整ウエハの格納及び搬送という別々の面倒なタスクを排除し、同一前調整アーム上のマルチヘッドによるフレキシビリティ与える。これは、ＩＣ基板の高スループットをもたらす。本発明の前調整アセンブリはまた、僅かな変更により現在の調整及び研磨装置に組み入れられ得る点が重要である。これら全ての要素は、本発明に従うパッド前調整の実現コストを低減する。
【００４２】
例えば、前調整アセンブリに適用可能な既述の方法は、図１に図示されている調整装置に類似している。このようなシステムでは、複数のカセット（すなわち、図１のカセット１８、２０、２２、２４）の中の少なくとも１つが、前調整ウエハを保持する専用になっている。しかし、本発明の方法に従えば、前調整が必要であると考えられるとき、図１のものに類似するロボット・アームが、自動的に前調整ウエハをカセットから取り出し、研磨パッド上に供給する。この後で、前調整ウエハは、化学・機械研磨を受ける。前調整は、既述のものに類似するアルゴリズムにより制御される。カセット中又はアーム上における前調整ウエハのメンテナンスに関しては、どれだけの前調整ウエハが用いられたかを追跡し、そして、前調整ウエハ上での再デポ、又は他の再処理の実行を作業者に促すためにソフトウェアを用いることができる。
【００４３】
本発明の自動化された方法が従来のＣＭＰシステムにて用いられる際には、カセットは前調整ウエハを保持するために用いられ得る。これらカセットは、６インチ、８インチ、又は１２インチの前調整ウエハを保持するために十分な幅を備えなければならず、また、十分な個数のウエハ（例えば、約２５個）を異なるスロット内に格納するために十分な長さをもたなければならない。好適なカセットは、種々の供給元から市販されている。例として、これらのカセットは、アメリカ合衆国アリゾナ州フェニックス市所在のインターナショナル・プロセス・イクイップメント社（International Process Equipment Corporation）から市販されているIPEC 776ウエハ研磨システムの一部として付随してくる。
【００４４】
本発明による自動化された方法の実現及び制御に用いるための好適なコンピュータ・システムは、種々のベンダから取得可能である。ある好適実施例では、適切にプログラムされたHP735ワークステーション（アメリカ合衆国カリフォルニア州パロアルト市所在のヒューレット・パッカード社）、またはSun ULTRASPARC又はSun SPARC（アメリカ合衆国カリフォルニア州サニベール市所在のサン・マイクロシステムズ社）がＩＢＭ ＰＣ式のシステム、又はＶＭバス・コントローラで用いることができる。
【００４５】
本発明はまた、その上に、この発明を実行するための命令が格納されているコンピュータ読取り可能媒体に関連していることが理解されるべきである。これら命令は、所定のアイドル時間、アイドル時間に基づく前調整時間等を取得するための適当な値を提供する。これら媒体には、例として、磁気ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭのような光学式読取り可能媒体、ＰＣＭＣＩＡカードのような半導体メモリ等が含まれる。各々の場合において、媒体は小型のディスク、ディスケット、カセット等のようなポータブルなものであることが可能であり、または、コンピュータに備えられているハードディスク・ドライブ、又はＲＡＭといった比較的大きな又は固定形態を採り得る。
【００４６】
以上、理解を明確にするためにいくつかの実施例に基づき本発明を説明したが、本発明の趣旨を逸脱することなく一定の変更及び改良が実行され得ることは明らかである。例えば、化学・機械研磨に関連して用いられる前調整プロセス及び装置について説明したが、これらパッド前調整プロセス及び装置は、他の研磨装置にて用いられる研磨パッドの前調整にも用いられ得る。したがって、上記した発明の実施の形態は限定的ではなく説明的なものとして考慮されるべきであり、詳細な記載事項によって本発明は限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】調整ヘッドと共に搭載されている調整アームと、ロボット・アームによってカセットから研磨パッドへと搬送される製品ウエハとを保持するウエハ点カセットとを含む従来の研磨装置を示す。
【図２】図２は、Ａ及びＢを含む。Ａは、本発明の実施例に従う、効率的に研磨ヘッドを調整及び前調整することができる複数のヘッドを備えた前調整アームを有する前調整アセンブリの平面図である。Ｂは、図３の前調整アームの側面図である。
【図３】図３は、Ａ及びＢを含む。Ａは、本発明の実施例に従う、研磨パッド上に配置されている調整アーム及び前調整アームを有する調整及び前調整アセンブリの平面図である。Ｂは、同じ前調整アセンブリの側面図である。
【図４】本発明の実施例に従う、研磨パッドの前調整を化学・機械プロセス中に組み入れる自動化されたプロセスの流れ図である。

Claims (31)

1. 研磨パッドを前調整する前調整機構であって、
   前記研磨パッド上に配置可能なアームと、
   前記アームの末端に配置されており前記アームの長軸方向に沿った中心軸の周囲を回転可能であるヘッド部であって、前記中心軸の周囲に配置された少なくとも２つのヘッドである第１及び第２のヘッドを含み、前記第１のヘッドは前記研磨パッドを調整する表面を有し、前記第２のヘッドは前記研磨パッドを前調整する表面を有する、ヘッド部と
   を備えており、前記ヘッド部が前記中心軸の周囲を所定量だけ回転することにより前記第１又は第２のヘッドが前記研磨パッドの同一表面に接触する結果として、前記中心軸の周囲の回転量に応じて、前記第１又は第２のヘッドが調整又は前調整のために前記研磨パッドと係合可能であることを特徴とする前調整機構。
2. 請求項１記載の前調整機構において、前記第１及び第２のヘッドの一方が前記研磨パッドと接触するように配置されるときには、前記ヘッド部は前記中心軸の周囲を回転するが前記アームは該アームのピボット軸の周囲を回転しないことを特徴とする前調整機構。
3. 請求項１記載の前調整機構において、前記第２のヘッドは、水晶、タングステン、銅及びアルミニウムから構成される群から選択される前調整物質を含むことを特徴とする前調整機構。
4. 請求項１記載の前調整機構において、前記第１のヘッドは、ダイアモンド・グリッド又はナイロン・ブラシから構成される群から選択される調整物質を含むことを特徴とする前調整機構。
5. 請求項１記載の前調整機構において、前記ヘッド部の回転を制御するコントローラを更に備えていることを特徴とする前調整機構。
6. 請求項１記載の前調整機構において、前記第２のヘッドは前調整ヘッドであり円形であることを特徴とする前調整機構。
7. 請求項１記載の前調整機構において、前記アームをピボット運動させるピボット接続部を前記アームの基端に備えており、前記アームのピボット運動と前記研磨パッドを載置するパレットの回転とによって、前記ヘッド部が前記研磨パッドの全体を掃引することが可能になることを特徴とする前調整機構。
8. 請求項７記載の前調整機構において、前記ピボット接続部は振動モータに結合されており、よって、前記ヘッド部が前記研磨パッドの全体を掃引することが可能になることを特徴とする前調整機構。
9. 研磨パッドを調整又は前調整する前調整アセンブリであって、
   パレット上に搭載されている研磨パッドと、
   前記研磨パッドと接触する製品ウエハを保持するウエハ・ホルダと、
   請求項１記載の前調整機構と
   を備えていることを特徴とする前調整アセンブリ。
10. 請求項９記載の前調整アセンブリにおいて、前記パレットの回転と、前記研磨パッド上への前記ウエハ・ホルダの方向付けと、前記前調整機構のピボット運動及び回転とから構成される群から選択される１又は複数の動作を制御する制御システムを更に備えていることを特徴とする前調整アセンブリ。
11. 請求項９記載の前調整アセンブリにおいて、前記研磨パッドは、ポリウレタンを含むことを特徴とする前調整アセンブリ。
12. 請求項９記載の前調整アセンブリにおいて、前記研磨パッドは、化学・機械研磨装置の一部であることを特徴とする前調整アセンブリ。
13. 請求項１記載の前調整機構において、前記ヘッド部は、少なくとも１つの調整ヘッドと、それぞれが異なる前調整物質を有する少なくとも２つの前調整ヘッドとを含むことを特徴とする前調整機構。
14. 研磨パッドを調整又は前調整する前調整アセンブリであって、
    （ｉ）前記研磨パッド上に配置可能な調整アームと（ｉｉ）前記調整アームの末端に配置されており前記研磨パッドを調整することが可能な調整物質を有する調整ヘッド部とを有する調整機構と、
    （ｉｉｉ）前記研磨パッド上に配置可能な前調整アームと、（ｉｖ）前記前調整アームの末端に配置されており前記研磨パッドを前調整することが可能な少なくとも１つの前調整フィルムを有する前調整ヘッド部と、を有する前調整機構と
    を備えており、前記前調整ヘッド部は、前記前調整アームの長軸方向に沿った中心軸の周囲を回転可能であって、少なくとも２つの前調整ヘッドを含んでおり、前記中心軸の周囲を所定量だけ回転することにより前記少なくとも２つの前調整ヘッドが前記研磨パッドの同一表面に接触し、よって、前記中心軸の周囲の回転量に応じて、前記少なくとも２つの前調整ヘッドの中の個々のヘッドが前調整のために前記研磨パッドと係合可能であることを特徴とする前調整アセンブリ。
15. 請求項１４記載の前調整アセンブリにおいて、前記前調整ヘッドの中の１つが前記研磨パッドと接触するように配置されるときには、前記前調整ヘッド部は前記中心軸の周囲を回転するが前記前調整アームは該アームのピボット軸の周囲を回転しないことを特徴とする前調整アセンブリ。
16. 請求項１４記載の前調整アセンブリにおいて、前記前調整フィルムは、水晶、タングステン、銅及びアルミニウムから構成される群から選択される物質を含むことを特徴とする前調整アセンブリ。
17. 請求項１４記載の前調整アセンブリにおいて、前記前調整フィルムは、約２０ミル（＝０．５ｍｍ）から約３０ミル（＝０．７５ｍｍ）の範囲の厚さを有することを特徴とする前調整アセンブリ。
18. 請求項１４記載の前調整アセンブリにおいて、前記前調整フィルムは、円形であることを特徴とする前調整アセンブリ。
19. 請求項１４記載の前調整アセンブリにおいて、前記調整物質は、ダイアモンド・グリッド及びナイロン・ブラシから構成される群から選択されることを特徴とする前調整アセンブリ。
20. 請求項１４記載の前調整アセンブリにおいて、パレット上に搭載された研磨パッドを更に備えていることを特徴とする前調整アセンブリ。
21. 制御システムにより実行される自動化された研磨パッドの前調整方法であって、
    研磨パッドが少なくとも所定時間の間アイドル状態にあるかどうかを判断するステップと、
    前記研磨パッドが少なくとも前記所定時間の間アイドル状態にあるときには、前記研磨パッドを自動的に前調整するステップと、
    前記研磨パッドを前調整した後で、ウエハを研磨するステップと、
    前記ウエハが研磨された後で、前記研磨パッドを調整するステップと
    を含んでおり、
    前記前調整はアームに搭載されている前調整ヘッドを前記研磨パッドの上に方向付けることにより実行され、前記調整は前記アームに搭載されている調整ヘッドを前記研磨パッドの上に方向付けることにより実行され、
    前記調整に先立ち、前記アームを前記アームの長軸方向に沿った中心軸を中心にして回転させることにより、前記前調整ヘッドが前記研磨パッドから離れる方向に移動し、前記調整ヘッドが前記研磨パッドに向かう方向に移動し前記研磨パッドと向かい合うようにする
    ことを特徴とする方法。
22. 請求項２１記載の方法において、前記研磨パッドの前調整は、前記研磨パッドがアイドル状態にあった時間の長さに応じて変動する時間周期の間実行されることを特徴とする方法。
23. 研磨パッドを前調整する前調整機構であって、
    前記研磨パッド上に配置可能な複数のヘッドを保持する手段と、
    前記複数のヘッドを保持する手段の末端に配置され前記複数のヘッドを保持する手段の長軸方向に沿った中心軸の周囲を回転可能である前調整又は調整を行う手段であって、前記中心軸の周囲に配置された少なくとも２つのヘッドを含み、前記少なくとも２つのヘッドの中の１つは前記研磨パッドを調整する表面を有し、前記少なくとも２つのヘッドの中の別の１つは前記研磨パッドを前調整する表面を有する、前調整又は調整を行う手段と
    を備えており前調整又は調整を行う前記手段が前記中心軸の周囲を所定量だけの回転することにより前記少なくとも２つのヘッドが前記研磨パッドの同一表面に接触する結果として、前記中心軸の周囲の回転量に応じて、前記少なくとも２つのヘッドの中の異なるヘッドが調整又は前調整のために前記研磨パッドに係合可能であることを特徴とする前調整機構。
24. 請求項２３記載の前調整機構において、前記複数のヘッドを保持する手段はアームを含むことを特徴とする前調整機構。
25. 請求項２３記載の前調整機構において、前記前調整又は調整を行う手段は、前記複数のヘッドを保持する手段の上にヘッド部を含むことを特徴とする前調整機構。
26. 請求項２３記載の前調整機構において、前記前調整又は調整を行う手段の少なくとも１つは、水晶、タングステン、銅及びアルミニウムから構成される群から選択される前調整物質を含むことを特徴とする前調整機構。
27. 請求項２３記載の前調整機構において、前記前調整又は調整を行う手段の少なくとも１つは、ダイアモンド・グリッド又はナイロン・ブラシから構成される群から選択される調整物質を含むことを特徴とする前調整機構。
28. 請求項２３記載の前調整機構において、前記前調整又は調整を行う手段の回転を制御するコントローラを更に備えていることを特徴とする前調整機構。
29. 請求項２３記載の前調整機構において、前記ヘッドの少なくとも１つは前調整ヘッドであり円形であることを特徴とする前調整機構。
30. 請求項２３記載の前調整機構において、前記複数のヘッドを保持する手段の基端にピボット接続部を更に備えており、前記アームのピボット運動と前記研磨パッドを載置するパレットの回転とによって、前記前調整又は調整を行う手段が前記研磨パッドの全体を掃引することを可能にするように、前記複数のヘッドを保持する手段がピボット運動することを特徴とする前調整機構。
31. 請求項３０記載の前調整機構において、前記ピボット接続部は、振動モータに結合されており、よって、前記前調整又は調整を行う手段が前記研磨パッドの全体を掃引することが可能であることを特徴とする前調整機構。

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