JP6375166B2

JP6375166B2 - Ｃｍｐ後洗浄用の両面バフモジュール

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Publication number: JP6375166B2
Application number: JP2014150078A
Authority: JP
Inventors: クリントンサカタ，; フイチェン，; ジムケー．アトキンソン，; 知彦北島; ブライアンジェー．ブラウン，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2034-07-23
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Description

本発明の実施形態は一般に、半導体基板の化学機械研磨（ＣＭＰ）後の方法および装置に関する。

最新の半導体集積回路（ＩＣ）を製造するプロセスでは、以前に形成した層および構造体の上にさまざまな材料層を形成する必要がある。しかしながら、これらの以前の形成物はしばしば、続いて形成する材料層に対して不適当なトポグラフィ（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）を上側表面に残す。例えば、以前に形成した層の上に、小さな形状寸法（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を有するフォトリソグラフィパターンを印刷するときには、浅い焦点深度が必要となる。したがって、起伏のない平らな表面を得ることが不可欠であり、それができない場合には、パターンの一部にだけ焦点が合い、パターンの他の部分には焦点が合わないということが起こる。加えて、ある種の処理ステップの前に表面の凹凸がならされない場合、基板の表面トポグラフィはよりいっそうでこぼこになることがあり、それにより、後続の処理中に層が積み上がるにつれてさらなる問題が生じることがある。ダイのタイプおよび含まれる形状寸法のサイズによっては、表面の凹凸が歩留りおよびデバイス性能の低下につながることがある。したがって、ＩＣ製造中には、膜の、あるタイプの平坦化または研磨を達成することが望ましい。

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、ＩＣ製造中に層を平坦化する１つの方法である。ＣＭＰは一般に、研磨材料に対して基板を相対的に移動させて、基板から表面の凹凸を除去することを含む。研磨材料は研磨流体で濡らされる。研磨流体は通常、研磨組成物（ａｂｒａｓｉｖｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）または化学研磨組成物（ｃｈｅｍｉｃａｌｐｏｌｉｓｈｉｎｇｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）のうちの少なくとも一方を含む。このプロセスを電気的に支援して、基板上の導電性材料を電気化学的に平坦化することができる。

研磨後、半導体基板は一連の洗浄モジュールへ移送される。洗浄モジュールは、研磨後の基板に付着している研磨粒子および／または他の汚染物質を除去する。洗浄モジュールは、研磨材料が基板上で硬化し、欠陥を生じさせる前に、残った研磨材料を全て除去しければならない。これらの洗浄モジュールは例えば、メガソニック洗浄装置、１つまたは複数のスクラバーおよび乾燥装置を含むことができる。

現在のＣＭＰ洗浄モジュールがロバスト（ｒｏｂｕｓｔ）で信頼性の高いシステムであることは示されているが、次世代のデバイスでは、粒子および欠陥の低減がより求められる。現在のＣＭＰ後洗浄モジュールでこの要件を満たそうとすると、スクラバー内で使用されるブラシの粒子目詰りがひどくなりがちである。この粒子目詰りは、金属層が露出した基板および酸化物プロセスで使用されるある種のスラリで特にひどい。ブラシの実用寿命が短くなる影響は望ましくなく、これによって、基板表面、特にエッジまたは斜面位置により多くの欠陥が生じることもある。

米国特許第６，４５１，６９７号米国特許出願第１０／１８７，８５７号米国特許出願第６，１５６，１２４号米国特許第５，８０４，５０７号米国特許第６，２４４，９３１号米国特許出願第１０／２８６，４０４号

したがって、当技術分野では、改良された基板洗浄モジュールが求められている。

バフモジュール（ｂｕｆｆｍｏｄｕｌｅ）およびバフモジュールを使用する方法が提供される。一実施形態では、バフモジュールが、内部容積を有するハウジングと、複数の駆動ローラと、一対のバフヘッドとを含む。駆動ローラは、内部容積内で、実質的に水平な軸で基板を回転させるように配置される。バフヘッドはハウジング内に配置され、それぞれのバフヘッドは、前記水平軸と実質的に整列した軸で回転可能であり、前記水平軸と実質的に平行な位置へ移動可能である。

他の実施形態では、基板を磨く方法であって、ハウジング内で、実質的に水平な軸で基板を回転させるステップと、基板の両面に流体を吹きかけるステップと、基板の両面を、基板の平面に対して垂直な軸を軸に回転しているバフヘッドに接触させるステップと、基板の両面にわたって回転しているバフヘッドを移動させるステップとを含む方法が提供される。

上に挙げた本発明の実施形態が達成され、上に挙げた本発明の実施形態を詳細に理解することができるように、添付図面に示された本発明の実施形態を参照することによって、上に概要を示した発明をより具体的に説明する。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態だけを示したものであり、したがって添付図面を本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。等しく有効な別の実施形態を本発明が受け入れる可能性があるためである。

バフモジュールを含む洗浄装置を有する半導体基板化学機械平坦化システムの上面図である。図１に示したバフモジュールの簡略断面図である。図２のバフモジュールの部分上面図である。バフモジュールの簡略上面（ｔｏｐｄｏｗｎ）断面図である。バフモジュールの簡略側面断面図である。

理解を容易にするため、上記の図に共通する同一の要素を示すのには、可能な限り同一の参照符号を使用した。また、本明細書に記載された他の実施形態で利用するために、１つの実施形態の要素を有利に適合させることができる。

化学機械平坦化（ＣＭＰ）システム内で使用されるバフモジュールの実施形態およびそのようなバフモジュールを使用する方法の実施形態が提供される。このバフモジュールは、基板の両面を同時に洗浄するように構成され、その一方で、ＣＭＰ後洗浄後に基板表面に見られる欠陥の量を減らすように構成される。このバフモジュールは、ブラシまたは軟かいパッドを含むデュアルバフヘッドであって、基板の両面を同時に洗浄するデュアルバフヘッドを含む。基板は、実質的に垂直な向きまたは傾いた向きに配置することができる。

図１は、バフモジュール１０１の一実施形態を有する例示的な化学機械平坦化（ＣＭＰ）システム１００の平面図である。例示的なＣＭＰシステム１００は一般に、ファクトリインターフェース（ｆａｃｔｏｒｙｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１０２、装填ロボット１０４および平坦化モジュール１０６を備える。装填ロボット１０４は、ファクトリインターフェース１０２および平坦化モジュール１０６の近くに配置されて、ファクトリインターフェース１０２と平坦化モジュール１０６の間での基板１２２の移送を容易にする。

ＣＭＰシステム１００のこれらのモジュールの制御および統合を容易にするためにコントローラ１０８が提供される。コントローラ１０８は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１１０、メモリ１１２および支持回路１１４を備える。コントローラ１０８はＣＭＰシステム１００のさまざまな構成要素に結合されて、例えば平坦化プロセス、洗浄プロセスおよび移送プロセスの制御を容易にする。

ファクトリインターフェース１０２は一般に、１つまたは複数の基板カセット１１８と、バフモジュール１０１を含む洗浄装置１１６とを含む。基板カセット１１８、洗浄装置１１６およびインプットモジュール１２４間で基板１２２を移送するため、インターフェースロボット１２０が使用される。インプットモジュール１２４は、グリッパ（ｇｒｉｐｐｅｒ）、例えば真空グリッパまたは機械式クランプによる平坦化モジュール１０６とファクトリインターフェース１０２の間での基板１２２の移送を容易にするように配置される。

平坦化モジュール１０６は、少なくとも１つの化学機械平坦化（ＣＭＰ）ステーションまたは電解機械平坦化（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｌａｎａｒｉｚｉｎｇ）（ＣＭＰ）ステーションを含む。この図では、平坦化モジュール１０６が、環境制御されたエンクロージャ１８８内に配置された少なくとも１つの化学機械平坦化（ＣＭＰ）ステーション１２８を含む。本発明から利益を得るように適合させることができる平坦化モジュール１０６の例には、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）ＬＫおよびＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）ＧＴ化学機械平坦化システムが含まれる。これらは全て、米カリフォルニア州ＳａｎｔａＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。処理パッド、平坦化ウエブまたはこれらの組合せを使用する平坦化モジュール、および平面回転運動、平面直線運動または他の平面運動によって基板を平坦化表面に対して移動させる平坦化モジュールを含むこの他の平坦化モジュールを、本発明から利益を得るように適合させることもできる。

図１に示した実施形態では、平坦化モジュール１０６が、１つのバルクＣＭＰステーション１２８、第２のＣＭＰステーション１３０および第３のＣＭＰステーション１３２を含む。バルクＣＭＰステーション１２８での化学機械平坦化プロセスによって基板からの導電性材料のバルク除去が実行される。バルクＣＭＰステーション１２８でのバルク材料除去の後、残留物ＣＭＰステーション１３０での第２の化学機械プロセスによって残留導電性材料が基板から除去される。平坦化モジュール１０６内で２つ以上のバルクＣＭＰステーション１２８、例えば第２のＣＭＰステーション１３０を利用することが企図される。

銅を除去する従来のＣＭＰプロセスの一例が、２００２年９月１７日発行の米国特許第６，４５１，６９７号に記載されている。バリアを除去する従来のＣＭＰプロセスの一例が、２００２年６月２７日出願の米国特許出願第１０／１８７，８５７号に記載されている。代わりに他のＣＭＰプロセスを実行することも企図される。ＣＭＰステーションは事実上従来のものであるため、簡潔にするためにＣＭＰステーションのさらなる説明は省いた。

例示的な平坦化モジュール１０６はさらに、機械ベース１４０の上面ないし第１の面１３８に配置された移送ステーション１３６および回転ラック１３４を含む。一実施形態では、移送ステーション１３６が、インプットバッファステーション１４４、アウトプットバッファステーション１４２、移送ロボット１４６およびロードカップアセンブリ（ｌｏａｄｃｕｐａｓｓｅｍｂｌｙ）１４８を含む。インプットバッファステーション１４４は、装填ロボット１０４を介してファクトリインターフェース１０２から基板を受け取る。装填ロボット１０４は、研磨した基板を、アウトプットバッファステーション１４２からファクトリインターフェース１０２へ戻す目的にも利用される。移送ロボット１４６は、バッファステーション１４４、１４２とロードカップアセンブリ１４８の間で基板を移動させる目的に利用される。

一実施形態では、移送ロボット１４６が、基板のエッジのところで基板を保持する空気圧式のグリッパフィンガをそれぞれが有する２つのグリッパアセンブリを含む。移送ロボット１４６は、これから処理する基板をインプットバッファステーション１４４からロードカップアセンブリ１４８に移送し、同時に、処理した基板をロードカップアセンブリ１４８からアウトプットバッファステーション１４２に移送することができる。有利に使用することができる移送ステーションの一例が、２０００年１２月５日にＴｏｂｉｎに発行された米国特許出願第６，１５６，１２４号に記載されている。

回転ラック１３４は、機械ベース１４０の中心に配置される。回転ラック１３４は通常、平坦化ヘッドアセンブリ１５２をそれぞれが支持した複数のアーム１５０を含む。バルクＣＭＰステーション１２８の平坦化面１２６および移送ステーション１３６が見えるように、図１に示されたアーム１５０のうちの２本のアーム１５０は破線で示されている。回転ラック１３４は、ＣＭＰステーション１２８、１３２と移送ステーション１３６の間で平坦化ヘッドアセンブリ１５２を移動させることができるような態様で割出し可能（ｉｎｄｅｘａｂｌｅ）である。有利に利用することができる１つの回転ラックが、１９９８年９月８日にＰｅｒｌｏｖ他に発行された米国特許第５，８０４，５０７号に記載されている。

各ＣＭＰステーション１２８、１３０および１３２に隣接して機械ベース１４０上に調整装置１８２が配置される。調整装置１８２は、均一な平坦化結果を維持するため、ＣＭＰステーション１２８、１３０、１３２内に配置された平坦化材料を定期的に調整する。

任意選択で、洗浄装置１１６を出た基板を、ファクトリインターフェース１０２内に配置された計測システム（ｍｅｔｒｏｌｏｇｙｓｙｓｔｅｍ）１８０内で試験することができる。計測システム１８０は、米カリフォルニア州ＳｕｎｎｙｖａｌｅのＮｏｖａＭｅａｓｕｒｉｎｇＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＮｏｖａＳｃａｎ４２０などの光学測定装置を含むことができる。光学測定装置または他の計測装置からの基板の出し入れを容易にするため、計測システム１８０はバッファステーション（図示せず）を含むことができる。このような適当な１つのバッファが、２００１年６月１２日にＰｉｎｓｏｎ他に発行された米国特許第６，２４４，９３１号に記載されている。

洗浄装置１１６は、研磨した基板から、研磨後に残った研磨屑および／または研磨流体を除去する。洗浄中に、基板は一般に、基板ハンドラ１６６によって複数の洗浄モジュール１６０間を移動する。本発明から利益を得るように適合させることができる１つの洗浄装置が、２００２年１１月１日出願の米国特許出願第１０／２８６，４０４号に記載されている。一実施形態では、洗浄装置１１６が、複数の単一基板洗浄モジュール１６０、ならびにこれらの複数の洗浄モジュール１６０の上方に配置されたインプットモジュール１２４、乾燥装置１６２および基板ハンドラ１６６を含む。インプットモジュール１２４は、ファクトリインターフェース１０２、洗浄装置１１６および平坦化モジュール１０６間の移送ステーションの役目を果たす。乾燥装置１６２は、洗浄装置１１６を出た基板を乾燥させ、洗浄装置１１６とファクトリインターフェース１０２の間での基板の移送を容易にする。乾燥装置１６２は、スピンリンス乾燥装置（ｓｐｉｎ−ｒｉｎｓｅ−ｄｒｙｅｒ）とすることができる。他の例では、適当な乾燥装置１６２を、Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ（登録商標）ＧＴ（商標）基板洗浄装置およびＤｅｓｉｃａ（登録商標）基板洗浄装置の一部として見いだすことができる。これらの基板洗浄装置はともに、米カリフォルニア州ＳａｎｔａＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。

図１に示した実施形態では、洗浄装置１１６が、バフモジュール１０１、メガソニッククリアリングモジュール１６４Ａ、第１のブラシモジュール１６４Ｂおよび第２のブラシモジュール１６４Ｃとして示された４つの洗浄モジュール１６０を含む。しかしながら、任意の数のモジュールまたは特定のタイプのモジュールを含む洗浄システムとともに本発明を使用することができることを理解すべきである。バフモジュール１０１、１６４Ａ〜Ｃはそれぞれ、垂直に配置された基板、すなわち研磨された表面が実質的に垂直な平面内にある基板を処理するように構成されているが、バフモジュール１０１は傾いた基板を処理することもできる。

動作について説明する。ＣＭＰシステム１００の動作は、インターフェースロボット１２０によって１つのカセット１１８からインプットモジュール１２４へ基板１２２を移送することから始まる。次いで、ロボット１０４が、その基板をインプットモジュール１２４から取り出し、平坦化モジュール１０６へ移送する。平坦化モジュール１０６では、基板が、水平な向きに置かれている間に研磨される。基板が研磨された後、ロボット１０４は、平坦化モジュール１０６から基板１２２を抜き取り、インプットモジュール１２４内に垂直な向きに置く。基板ハンドラ１６６が、インプットモジュール１２４から基板を取り出し、洗浄装置１１６の洗浄モジュール１６０うちの少なくとも１つの洗浄モジュール１６０間で基板を割りふる。洗浄モジュール１６０はそれぞれ、洗浄プロセスの全体を通じて基板を垂直な向きに支持するように適合されている。洗浄後、基板ハンドラ１６６は、基板を、アウトプットモジュール１５６へ移送する。アウトプットモジュール１５６では基板が水平な向きに傾けられ、インターフェースロボット１２０によって１つのカセット１１８に戻される。他の実施形態では、乾燥装置１６２が基板を水平に傾け、インターフェースロボット１２０によってカセット１１８へ移送するために基板を上方へ移動させることにより、乾燥装置１６２が基板の移送を容易にすることができる。任意選択で、基板をカセット１１８に戻す前に、インターフェースロボット１２０または基板ハンドラ１６６が、計測システム１８０へ基板を移送してもよい。

基板ハンドラ１６６は一般に、第１のロボット１６８および第２のロボット１７０を含む。第１のロボット１６８は、少なくとも１つのグリッパ（２つのグリッパ１７４、１７６が示されている）を含む。第１のロボット１６８は、少なくともインプットモジュール１２４と洗浄モジュール１６０の間で基板を移送するように構成される。第２のロボット１７０は、少なくとも１つのグリッパ（グリッパ１７８が示されている）を含む。第２のロボット１７０は、少なくとも１つの洗浄モジュール１６０と乾燥装置１６２の間で基板を移送するように構成される。任意選択で、乾燥装置１６２と計測システム１８０の間で基板を移送するように第２のロボット１７０を構成してもよい。基板ハンドラ１６６は、カセット１１８およびインターフェースロボット１２０を洗浄装置１１６から分離する仕切り壁１５８に結合されたレール１７２を含む。洗浄モジュール１６０、乾燥装置１６２およびインプットモジュール１２４へのアクセスを容易にするため、ロボット１６８、１７０は、レール１７２に沿って横方向に移動するように構成される。

図１に示した実施形態では、平坦化モジュール１０６内で処理された後、基板１２２はファクトリインターフェース１０２に入る。基板１２２はＣＭＰプロセスの残留材料を有しており、ＣＭＰプロセス材料を基板１２２から除去するため、インターフェースロボット１２０が基板１２２をバフモジュール１０１へ移動させる。バフモジュール１０１は、基板１２２の上面と底面とを同時に磨き、さらに基板１２２のエッジ最端を洗浄することによってプロセス材料を除去する。図２は、バフモジュール１０１の動作について論じ、バフモジュール１０１の動作をより理解するために提供される。さらに、図３、４および５がバフモジュール１０１の別の図を提供する。図３、４および５は、バフモジュール１０１の追加の詳細を示すために提供される。

図２は、図１に示したバフモジュール１０１の簡略断面図を示す。分かりやすくするため、バフモジュール１０１のいくつかの構成要素は省略されており、それらの構成要素については後に図３、４および５を参照して論じる。例示的なバフモジュール１０１は一般に、内部容積２０５を取り囲み、内部容積２０５を画定するハウジング２１０を含む。ハウジング２１０は、排液口２０７が形成された底部２１２、および開口２１１を有する頂部２１３を有する。内部容積２０５内には、両面バフ磨き装置（ｄｏｕｂｌｅｓｉｄｅｄｂｕｆｆｅｒ）２２０、１つまたは複数のスプレーバー２６０および斜面エッジ洗浄装置（ｂｅｖｅｌｅｄｇｅｃｌｅａｎｅｒ）２５０が配置されている。

開口２１１は、バフ操作のために基板ハンドラ１６６（図１に示されている）が基板１２２を内部容積に装填するのを可能にするように構成されている。装填後、基板１２２は、オープンギャップアイドラー（ｏｐｅｎｇａｐｉｄｌｅｒ）２３４および駆動ローラ２３６、２３３によって支持される。オープンギャップアイドラー２３４は、装填する間およびバフモジュール１０１から取り出す間、基板１２２が傾くことを可能にする隙間を有する。基板ハンドラ１６６が基板１２２を解放すると、基板１２２は、オープンギャップアイドラー２３４および駆動ローラ２３６、２３３上に垂直に載置される。

ハウジング２１０の頂部２１３には、アイドラー２３１を有するアーム２４０が配置されている。アーム２４０は、基板１２２が内部容積２０５に出入りするための隙間を開口２１１のところに提供するように移動可能である。内部容積２０５内に基板１２２が配置されると、アーム２４０は、アイドラー２３１が基板１２２のエッジ２５４と係合する位置まで、アイドラー２３１を移動させる。アイドラー２３１によって加えられた力が、オープンギャップアイドラー２３４および駆動ローラ２３３、２３６に基板１２２を押し付ける。これによって基板１２２は垂直に固定されて、バフモジュール１０１内で処理される。アイドラー２３１によって加えられる力は、滑ることなく基板が回転することを保証する十分な力であり、一例では、アイドラー２３１によって加えられる力が約０．５ｌｂｆから約３ｌｂｆの間である。一実施形態では、アイドラー２３１によって基板１２２に加えられる力が約３ｌｂｆである。

駆動ローラ２３６および２３３は、モータまたは他の適当な手段によって実質的に水平な軸２９９で駆動されて、基板１２２を回転させる。アイドラー２３１は、基板の回転速度を監視する速度センサを含むことができる。駆動ローラ２３６、２３３は、約１０ｒｐｍから約３００ｒｐｍで基板を回転させることができる。一実施形態では、これらの駆動ローラが、約１００ｒｐｍで基板１２２を回転させる。

処理後、アーム２４０は、基板１２２および開口２１１から離れた位置にアイドラー２３１を移動させる。基板１２２は、駆動ローラ２３３、２３６およびオープンギャップアイドラー２３４上にゆるく載置され、これにより、基板ハンドラ１６６（図２には示されてない）が基板１２２を取り出すことが可能になる。

上で論じたとおり、バフモジュール１０１は、化学剤源２６５によって複数のノズル２６２を通して供給された流体を、内部容積２０５内に配置された基板１２２に吹きかけるように配置された１つまたは複数のスプレーバー２６０を含む。図２には１つのスプレーバー２６０だけが示されているが、ハウジング２１０の反対側に第２のスプレーバー４６０を配置することができる。第２のスプレーバー４６０は複数のノズル４６２を含み、その結果、図４および５に示されているように、基板１２２の両面を濡れた状態に有利に維持することができる。続けて図２、４および５を参照すると、スプレーノズル２６２、４６２は、処理の間、選択された化学剤（ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）を有する流体を化学剤源２６５から基板１２２の表面に供給する。化学剤源２６５によってスプレーバー２６０、４６０を通して基板１２２に供給される適当な流体の一例が高度精製水（ｈｉｇｈｌｙｐｕｒｉｆｉｅｄｗａｔｅｒ）（ＨＰＷ）である。しかしながら、任意の数の異なる化学剤を供給するように化学剤源２６５を構成することができることを理解すべきである。供給する化学剤は、基板１２２内で実行するプロセス、またはバフモジュール１０１内で処理される基板１２２の特性（露出している材料、限界寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）、膜スタックなど）に応じて選択することができる。例えば、可能な化学剤には、水酸化アンモニウム（０．５〜５％）、過酸化水素（０．５〜３０％）、クエン酸（０．１〜５％）、水酸化テトラメチルアンモニウム（０．５〜５％）、界面活性剤（１０ｐｐｍ〜１％）、腐食抑制剤、金属キレート剤または他の適当な薬剤が含まれる。スプレーノズル２６２を通して基板１２２の上側表面２２７に供給される化学剤が、第２の化学剤源４６５に結合されたスプレーバー４６０を通して基板１２２の裏側表面４２７に供給される化学剤とは異なることも企図される（任意選択で第２の化学剤源４６５は単一の化学剤源２６５に統合されていてもよい）。

ハウジング２１０の底部２１２を貫いて形成された排液口２０７は、スプレーノズル２６２および４６２から供給された化学剤をハウジング２１０の内部容積２０５から除去するように構成される。一実施形態では、ハウジング２１０の底部２１２から上方へ任意選択の仕切り壁２０６が延びる。仕切り壁２０６は、バフモジュール１０１内のアイドラー２３１、２３４および駆動ローラ２３３、２３６と整列させることができる。仕切り壁２０６は、基板１２２と実質的に整列した平面に沿って内部容積２０５を分割する。したがって、スプレーバー２６０、４６０から、基板１２２のそれぞれ対応する反対側の表面２２７、４２７に異なる化学剤が供給されると、それらの異なる化学剤は、ハウジング２１０の底部２１１に実質的に別々に集められ、これにより、分離された化学剤を、内部容積２０５から別々の排液口２０７、４０７を通して取り出して、再循環させかつ／または廃棄することができる。

例えば、仕切り壁２０６によって、ハウジング２１０の底部２１２を、第１の底部領域４４０と第２の底部領域４５０に分割することができる。第１の底部領域４４０は、基板の上側表面２２７に吹きかけられた化学剤を集め、集められた化学剤は次いで、排液口２０７によって第１の底部領域４４０から除去される。第２の底部領域４５０は、基板１２２の裏側表面４２７に吹きかけられた化学剤を集め、集められた化学剤は次いで、排液口４０７によって第２の底部領域４５０から除去される。排液口４０７を通ってハウジング２１０を出た化学剤はリザーバ４０８に集めることができる。このようにして、基板１２２の反対側の表面２２７、４２７に導かれた異なる化学剤を、最小限の相互汚染で互いに別々に集めることができる。一実施形態では、リザーバ２０８、４０８に集められた一方または両方の化学剤を再循環させ、再使用しまたは廃棄する。

基板１２２の反対側の表面２２７、４２７に異なる化学剤を供給することの１つの利点は、基板の表面に露出した特定の材料、例えば裏側表面４２７のシリコンおよび上側表面２２７の金属または酸化物を最もよく洗浄するようにそれぞれの化学剤を選択することができる点である。基板１２２の反対側の表面２２７、４２７が、バフヘッドと基板１２２との間の摩擦係数など、異なる特性を有することもある。反対側の表面２２７、４２７の摩擦係数は、上側表面２２７および裏側表面４２７の材料（すなわちむきだしのＳｉ、ガラスなど）上に露出したフィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）に応じて、０．１から０．５μｆの間で変動してもよい。したがって、全体を通じて単一の化学剤源を使用する代わりに、反対側の表面２２７、４２７に作用する最も適した異なる化学剤を、別個の化学剤源４６５および２６５から基板１２２に供給することができる。

図２に戻る。両面バフ磨き装置２２０は、ハウジング２２１、アーム２２３、ピンチアクチュエータ２２２、平行移動アクチュエータ２９２およびバフヘッド２２５を含む。両面バフ磨き装置２２０はピボット軸２２４を中心にして回転する。バフヘッド２２５は、基板１２２の中心（アイドラー２３１、２３４および駆動ローラ２３３、２３６によって画定される円の中心でもある）に近い位置へ移動可能とすることができる。バフヘッド２２５は、ブラシ、軟かいパッド、または基板１２２を洗浄するのに適した他の材料からなる接触面を含むことができる。それらの接触面（図３に参照符号３４０によって示されている）は概ね平らな表面を有し、一実施形態では円形の輪郭を有する。ブラシまたはパッドの交換のため、バフヘッド２２５は、磁気クランプまたは締め具型クランプからなる取り外し可能な円板を備えることができる。ブラシまたはパッドの形状寸法は円板形とすることができ、約５ｍｍから約１５０ｍｍの直径を有することができる。

バフヘッド２２５は、アーム２２３によってハウジング２２１に接続されている。平行移動アクチュエータ２９２は、ハウジング２２１およびアーム２２３をピボット軸２２４を中心に回転させるように構成されている。ピボット軸２２４を中心にしてハウジング２２１が回転することにより、バフヘッド２２５は、基板１２２を処理する間、円弧２２６に沿って移動する。構成要素の振れ（ｒｕｎｏｕｔ）およびトレランススタックアップ（ｔｏｌｅｒａｎｃｅｓｔａｃｋｕｐ）を補償して、ブラシの回転軸が基板１２２の平面に対して垂直であることを保証するため、バフヘッド２２５はジンバル（図５の５０２）を含むことができる。基板１２２の両面に配置されたバフヘッド２２５のパッドまたはブラシが基板のエッジ２４５よりも外側へ移動したときに互いに接触することを防ぐため、基板１２２のエッジ２５４に隣接して支持プレート２８５が装着されている。支持プレート２８５は基板１２２と同様の厚さを有し、円弧形のエッジ２９０を有し、軸２９９を起点とする円弧形のエッジ２９０の半径は基板１２２の半径よりもわずかに大きい。円弧形のエッジ２９０は、円弧形のエッジ２９０の湾曲が、アイドラー２３１、２３４および駆動ローラ２３３、２３６によって画定される回転中心と同心となるような位置に位置する。円弧２２６に沿って移動し、回転している基板１２２を処理するとき、バフヘッド２２５は、エッジ２５４を通り過ぎて支持プレート２８５上の位置へ移動することができる。このようにすると、バフヘッド２２５は、基板１２２の上側表面２２７に対して平行な向きを維持し、したがって基板１２２のエッジ２５４から材料を過度に除去しない。

次に、図３に示した両面バフ磨き装置２２０の上面図を参照する。両面バフ磨き装置２２０は、バフヘッド２２５と協力して基板１２２の両面を同時に処理するための第２のバフヘッド３１０または反対側のバフヘッド３１０を有する。第２のアーム３７０が第２のバフヘッド３１０をハウジング２２１に結合し、そのため、アクチュエータ２９２によって両方のバフヘッド２２５、３１０を軸２２４を中心に同時に回転させることができる。バフヘッド２２５および第２のバフヘッド３１０の接触面３４０すなわちブラシまたはパッド間の距離３１６が、ハウジング２２１に形成された開口２１１の幅の距離３１５よりも大きい開位置にある両面バフ磨き装置２２０が示されている。アーム２２３および第２のアーム３７０はそれぞれピボット３６１および３７１を軸に回転する。

アクチュエータ２２２は、連結棒（図４に４２１および４２２として示されている）およびピン３７２、３６２によってアーム２２３、３７０に取り付けられている。アクチュエータ２２２は、ピボット３６１、３７１を中心にしてアーム２２３、３７０を回転させて、バフヘッド２２５、３１０を、ロボットによって基板１２２をバフモジュール１０１に装填することができる離隔した位置と、処理のためバフヘッド２２５、３１０を基板と接触した状態に置く締め付けられた位置との間で移動させる。アクチュエータ２２２は電動式または空気圧式とすることができ、バフヘッド２２５、３１０が基板１２２に対して加える力を制御するためのフィードバックを供給するセンサ（図示せず）を含むことができる。

次に図４を簡単に参照する。アクチュエータ２２２は、ピン３７２に取り付けられた連結棒４２１およびピン３６２に取り付けられた連結棒４２２を移動させる（延ばす）。アーム２２３および３７０はそれぞれピボット３６１および３７１に固定されている。連結棒４２１および４２２が延ばされ、連結棒４２１および４２２がピン３７２および３６２を外方へ変位させると、アーム２２３および３７０はそれぞれピボット３６１および３７１を中心に回転する。アーム２２３および３７０のこの回転によってバフヘッド２２５、３１０は基板１２２と接触する。一実施形態では、アクチュエータ２２２が、連結棒４２１と連結棒４２２を等しい力で移動させて、基板１２２に作用する力を釣り合わせる。しかしながら、アクチュエータ２２２が、連結棒４２１と連結棒４２２を独立に移動させてもよく、アイドラー２３１により大きな圧力を加えることによって、またはバフヘッド２２５もしくは第２のバフヘッド３１０の回転速度を個別に調節することによって、釣り合っていない力に対処するようにバフモジュール１０１を構成することもできる。洗浄の間、バフヘッド２２５および第２のバフヘッド３１０は、約０．５ｋＰａから約２５ｋＰａの接触圧力を基板１２２に加えることができる。

バフヘッド２２５および第２のバフヘッド３１０の位置は、基板に関して、および基板１２２の中心からエッジ２５４を過ぎるまでの洗浄範囲を提供するために直線ステージまたは回転ステージによって制御される位置に関して同じ半径のところに一致する。バフヘッド２２５および第２のバフヘッド３１０が基板１２２に沿ってエッジ２５４まで移動すると、プレート２８５（図２に示されている）が、バフヘッド２２５と第２のバフヘッド３１０が互いに接触しないようにする。

軸２２４を軸に回転することに加えて、バフヘッド２２５および第２のバフヘッド３１０はさらに、図２に示した矢印２２８によって示されているように、バフヘッドの軸３９０を軸に回転する。加えて図３を参照すると、軸３９０を中心にして、モータ３１３がバフヘッド２２５を駆動し、モータ３１２が第２のバフヘッド３１０を駆動する。バフヘッド２２５および第２のバフヘッド３１０のこの回転によって、回転平面に対して直角な方向に力が働く。一実施形態では、バフヘッド２２５および第２のバフヘッド３１０を約０ｒｐｍから約３０００ｒｐｍの速度で回転させる。バフヘッド２２５が回転する方向を、第２のバフヘッド３１０が回転する方向と反対にすることができる。したがって、バフヘッド２２５と第２のバフヘッド３１０とを逆回転させて、バフヘッド２２５が基板１２２に加えるねじり力を釣り合わせることができる。基板上の垂直力および／またはバフヘッド２２５、３１０の回転速度を調節して、基板１２２上のトルクのレベルを釣り合わせて、基板が軸２９９を軸とした自由回転を維持することができるように、トルクセンサ３１１、３１４は、それぞれのバフヘッド２２５、３１０が基板に加えるトルクを示す測定値を提供することができる。

前述のとおり、基板１２２の上側表面２２７を裏側表面４２７とは異なるようにすることができ、基板１２２の上側表面２２７は異なる摩擦係数を有することができる。したがって、基板１２２の両側に代替化学剤を使用する代わりに、または基板１２２の両側に代替化学剤を使用することに加えて、モータ３１３は、モータ３１２によって駆動される第２のバフヘッド３１０の角速度とは異なる角速度でバフヘッド２２５を駆動することができる。角速度の差は、基板１２２の反対側の表面２２７、４２７の摩擦係数が異なることによって生じる基板１２２に作用する正味の力を釣り合わせるように選択することができる。

図２を参照して、両面バフ磨き装置２２０を使用して基板１２２を処理する手順を説明することができる。一実施形態では、基板ハンドラ１６６によって基板１２２をバフモジュール１０１内に移動させる。基板１２２の上方の位置にアイドラー２３１を移動させ、基板のエッジ２５４に約３ｌｂｆの力を加えて、駆動ローラ２３６、２３３に対して基板を保持する。回転しているバフヘッド２２５、３１０が基板１２２と接触しているときに、駆動ローラ２３６、２３３によって基板１２２を回転させる。両面バフ磨き装置２２０の回転しているバフヘッド２２５、３１０が、基板１２２の反対側の表面２２７、４２７にわたって平行移動するときに、スプレーバー２６０、４６０によって基板１２２に化学剤を吹きかけて、強く付着した欠陥（例えば５０ｎｍ未満のスラリ粒子）および有機残留物を基板１２２から除去する。あるいは、そのときにバフヘッド２２５、３１０と接触している基板１２２のエリアだけに化学剤の塗布を限定するため、バフヘッド２２５、３１０内から基板１２２の反対側の表面２２７、４２７に化学剤を直接に供給してもよい。

バフヘッド２２５、３１０の状態を維持することは一貫したプロセス制御を保証するのに役立つ。基板１２２を処理する前および／または基板１２２を処理した後に、バフヘッド２２５、３１０を調整しかつ／または洗浄することができる。バフヘッド２２５、３１０のブラシを調整するために両面パッドコンディショナー２８０が提供されている。両面パッドコンディショナー２８０は、ブラシまたはパッドを洗浄および保守することで、バフヘッド２２５および第２のバフヘッド３１０を調整し、そのようにしてバフヘッド２２５、３１０の実用寿命を延ばす。パッドコンディショナー２８０は、露出した調整面をパッドコンディショナー２８０の両側に有する調整パッド２８１を含む。一実施形態では、調整パッド２８１が、バフモジュール１０１の内部容積２０５内のバフヘッド２２５、３１０の運動範囲内、例えばアクチュエータ２９２によって提供される軸２２４を軸とした運動範囲内に動かないように取り付けられた２面ブラシまたは２面ダイヤモンド円板である。この例では、調整パッド２８１が、基板１２２に対するバフヘッド２２５、３１０のスイープ経路上のプレート２８５よりも外側に配置されている。あるいは、バフヘッド２２５、３１０をインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で洗浄または調整するため、プレート２８５が石英などの表面材料を含んでもよい。

ハウジング２２１を円弧２２６に沿って回転させると、バフヘッド２２５、３１０が調整パッド２８１と整列する。矢印２８２によって示されているように、モータ（図示せず）によって調整パッド２８１をある角速度で駆動して、バフヘッド２２５、３１０を洗浄することができる。あるいは、調整パッド２８１が回転せず、バフヘッド２２５、３１０が調整パッド２８１と接触したときに、軸３９０を中心としたバフヘッド２２５、３１０の回転に依存して、バフヘッド２２５、３１０を洗浄するのでもよい。

２面パッドコンディショナー２８０は、この調整プロセスにさまざまな化学剤を含めることもできる。これらの化学剤は、スプレーバー２６０から供給し、または２面パッドコンディショナー２８０内から供給することができる。したがって、２面パッドコンディショナー２８０の第１の面で使用される化学剤が、２面パッドコンディショナー２８０の第２の面で使用される化学剤と異なってもよい。

バフモジュール１０１はさらに、基板１２２のエッジ２５４を洗浄する手段を提供する。斜面エッジ洗浄装置２５０によって、また支持プレート２８５の位置を制御してエッジ２５４に対するバフヘッド２２５、３１０の係合を制御することによって、基板１２２のエッジ２５４を洗浄する能力を提供することができる。一実施形態では、斜面エッジ洗浄装置２５０が、斜面輪郭を横断して基板１２２のエッジ２５４から５ｍｍ以内に達する能力を備える。

斜面エッジ洗浄装置２５０は、ハウジング２５５、洗浄ヘッド２５２およびエッジ洗浄装置流体源２５３を含む。ハウジング２５５はピン２５１を中心に回転し、それによって洗浄ヘッド２５２が、基板１２２のエッジ２５４と接触したり、基板１２２のエッジ２５４との接触を解除したりする。斜面エッジ洗浄装置２５０の洗浄ヘッド２５２は、約１ｐｓｉから約５ｐｓｉの範囲の圧力で基板１２２のエッジ２５４と接触することができる。洗浄ヘッド２５２は、研磨パッドの一部分などのブラシまたはパッドとすることができ、洗浄ヘッド２５２は、例えばその周囲に溝またはＶ字形のノッチを有することによって基板１２２の両面と接触するように構成されたエッジを含む。モータを備えていないように示されているが、洗浄ヘッド２５２を駆動して回転させることが企図される。

エッジ洗浄装置流体源２５３は、斜面エッジ洗浄装置２５０に化学剤を供給する。この化学剤は、洗浄ヘッド２５２を通して基板１２２のエッジ２５４に塗布される。エッジ洗浄装置流体源２５３から供給される化学剤は、ＨＰＷまたは他の適当な化学剤とすることができる。少し例を挙げると、他の適当な化学剤には、水酸化アンモニウム（０．５〜５％）、過酸化水素（０．５〜３０％）、クエン酸（０．１〜５％）、水酸化テトラメチルアンモニウム（０．５〜５％）、界面活性剤（１０ｐｐｍ〜１％）、腐食抑制剤、金属キレート剤などがある。

したがって、本発明は、半導体基板の洗浄および研磨の分野における重要な進歩を表す。このバフモジュールは、垂直に配置された基板の両面を支持し洗浄するように適合されており、このことは、最小限の空間を使用する洗浄システムとともにこのバフモジュールを使用することを可能にする。基板の両面の同時処理は、追加のＣＭＰ後洗浄のために基板を準備する間の全体の処理ステップ数を減らし、したがってブラシの保守によるダウンタイムを節減する。さらに、基板の両面を同時に処理することには、基板を洗浄するのに必要な処理ユニットの数が減るという利点、およびより速い速度で基板を処理することができるという利点がある。

以上の説明は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく本発明の他の追加の実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定される。

１００化学機械平坦化（ＣＭＰ）システム
１０１バフモジュール
１０２ファクトリインターフェース
１０４装填ロボット
１０６平坦化モジュール
１０８コントローラ
１１０中央処理ユニット（ＣＰＵ）
１１２メモリ
１１４支持回路
１１６洗浄装置
１１８基板カセット
１２０インターフェースロボット
１２２基板
１２４インプットモジュール
１２６平坦化面
１２８バルク化学機械平坦化（ＣＭＰ）ステーション
１３０第２のＣＭＰステーション
１３２第３のＣＭＰステーション
１３４回転ラック
１３６移送ステーション
１３８機械ベースの上面
１４０機械ベース
１４２アウトプットバッファステーション
１４４インプットバッファステーション
１４６移送ロボット
１４８ロードカップアセンブリ
１５０アーム
１５２平坦化ヘッドアセンブリ
１５６アウトプットモジュール
１５８仕切り壁
１６０洗浄モジュール
１６２乾燥装置
１６４Ａメガソニック洗浄モジュール
１６４Ｂ第１のブラシモジュール
１６４Ｃ第２のブラシモジュール
１６６基板ハンドラ
１６８第１のロボット
１７０第２のロボット
１７２レール
１７４グリッパ
１７６グリッパ
１７８グリッパ
１８０計測システム
１８２調整装置
１８８エンクロージャ
２０５内部容積
２０６仕切り壁
２０７排液口
２０８リザーバ
２１０ハウジング
２１１開口
２１２底部
２１３頂部
２２０両面バフ磨き装置
２２１ハウジング
２２２ピンチアクチュエータ
２２３アーム
２２４ピボット軸
２２５バフヘッド
２２６円弧
２２７上側表面
２２８矢印
２３１アイドラー
２３３駆動ローラ
２３４オープンギャップアイドラー
２３６駆動ローラ
２４０アーム
２５０斜面エッジ洗浄装置
２５１ピン
２５２洗浄ヘッド
２５３エッジ洗浄装置流体源
２５４基板のエッジ
２５５ハウジング
２６０スプレーバー
２６２ノズル
２６５化学剤源
２８０両面パッドコンディショナー
２８１調整パッド
２８２矢印
２８５支持プレート
２９０円弧形のエッジ
２９２平行移動アクチュエータ
２９９軸
３１０第２のバフヘッド
３１２モータ
３１３モータ
３１５開口の幅
３１６接触面間の距離
３４０接触面
３６１ピボット
３６２ピン
３７０第２のアーム
３７１ピボット
３７２ピン
３９０バフヘッドの軸
４０７排液口
４０８リザーバ
４２１連結棒
４２２連結棒
４２７裏側表面
４４０第１の底部領域
４５０第２の底部領域
４６０第２のスプレーバー
４６２ノズル
４６５第２の化学剤源
５０２ジンバル

Claims

内部容積を有するハウジングと、
前記内部容積内で、実質的に水平な軸で基板を回転させるように配置された複数の駆動ローラと、
前記ハウジング内に配置された一対のバフヘッドであり、それぞれのバフヘッドが、前記水平軸と実質的に整列した軸で回転可能であり、前記水平軸と実質的に平行な位置へ移動可能な一対のバフヘッドと
を備えるバフモジュール。
前記内部容積内に配置され、前記水平軸に対して直角に向けられ、前記水平軸からオフセットされたプレートを備え、前記プレートが、前記バフヘッドが平行移動して前記水平軸から離れたときに前記バフヘッドどうしが接触しないように配置された、請求項１に記載のバフモジュール。
前記プレートが、前記水平軸を起点とする半径を有する湾曲したエッジを含む、請求項２に記載のバフモジュール。
前記内部容積内に配置され、前記水平軸に対して直角に向けられ、前記水平軸からオフセットされたパッドコンディショナーを備え、前記パッドコンディショナーが、前記バフヘッドをそれぞれ同時に調整するように配置された、請求項１に記載のバフモジュール。
前記水平軸に対して平行な方向に前記バフヘッドをスイープするように構成されたアクチュエータを備える、請求項１に記載のバフモジュール。
前記アクチュエータが、前記水平軸と実質的に同心で整列した位置から、前記内部容積内に配置された前記基板がない位置まで前記バフヘッドをスイープするように構成された運動範囲を含む、請求項５に記載のバフモジュール。
各バフヘッドが、前記基板との接触に応答して前記バフヘッドの回転軸が調節されることを可能にするように動作可能なジンバルを備える、請求項１に記載のバフモジュール。
前記駆動ローラ上に配置された前記基板の両側に流体を導くように配置された少なくとも１つのスプレーバーを有する少なくとも２つのスプレーバーを備える、請求項１に記載のバフモジュール。
前記スプレーバーに結合された少なくとも１つの流体源を備え、前記少なくとも１つの流体源が、前記駆動ローラ上に配置された前記基板の両側に異なる流体を供給するように構成された、請求項８に記載のバフモジュール。
前記ハウジングが、前記ハウジングの前記内部容積を、前記駆動ローラ上に配置された前記基板の両側に供給された前記異なる流体を別々にするように構成された領域に分割するように構成された仕切り壁を備える、請求項９に記載のバフモジュール。
各バフヘッドが、もう一方のバフヘッドにより前記基板に加えられるトルクに対して独立に制御可能なトルクを前記基板に加えるように構成された、請求項１に記載のバフモジュール。
前記基板の両面に同時に接触するように構成された斜面エッジ洗浄装置を備える、請求項１に記載のバフモジュール。
前記駆動ローラに接触させた状態で前記基板を捕える第１の位置と、ロボットによって前記駆動ローラから前記基板を取り外すことができる第２の位置との間で移動可能なアイドラーを備える、請求項１に記載のバフモジュール。
１つのバフヘッドがそれぞれに結合された一対のアームを備え、前記アームが、バフヘッド間の間隔を制御する第１の運動と、前記水平軸に対する前記バフヘッド間の距離を制御する第２の運動とを有する、請求項１に記載のバフモジュール。
基板を磨く方法であって、
ハウジング内で、実質的に水平な軸で基板を回転させるステップと、
前記基板の両面に流体を吹きかけるステップと、
前記基板の両面を、前記基板の平面に対して垂直な軸で回転しているバフヘッドに接触させるステップと、
前記基板の前記両面にわたって前記回転しているバフヘッドを移動させるステップと
を含む方法。