JP7443438B2 - 化学機械研磨用スラリー分配装置 - Google Patents

Description

本開示は、基板の化学機械研磨中の研磨液、例えば研磨スラリーの分配に関する。

集積回路は、通常、シリコンウエハ上に導電層、半導体層、または絶縁層を順次堆積することによって基板上に形成される。様々な製造プロセスが、基板上の層の平坦化を必要とする。例えば、１つの製造工程は、絶縁層中のトレンチまたは孔を埋めるために、パターニングされた絶縁層上に導電性フィラー層を堆積させることを含む。次いで、絶縁層の隆起パターンが露出するまで、フィラー層が研磨される。平坦化後、絶縁層の隆起パターンの間に残っている導電性フィラー層の部分は、基板上の薄膜回路間に導電経路を提供するビア、プラグおよびラインを形成する。平坦化はまた、パターニングされた導電層の上にある絶縁層を、所望の厚さまで平滑化し除去するためにも使用することができる。

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、平坦化の１つの認められた方法である。この平坦化方法は通常、基板をキャリアヘッドに取り付けることを必要とする。基板の露出面が、回転する研磨パッドに押し当てられる。キャリアヘッドは、基板を研磨パッドに押し付けるために、基板に制御可能な荷重を与える。研磨粒子を有するスラリーなどの研磨液が、研磨パッドの表面に供給される。

一態様において、化学機械研磨のための装置は、研磨パッドを支持するための表面を有する回転可能なプラテンと、基板を研磨パッドと接触させて保持するためのキャリアヘッドと、研磨液分配システムとを含む。研磨液分配システムは、研磨液を研磨パッドの研磨面の一部に供給するように配置されたディスペンサと、研磨面の該一部の前に配置されて、使用済み研磨液が研磨面の該一部に到達するのをブロックするように構成された第１のバリアとを含む。

実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。

第１のバリアが、動作中に研磨面と接触するように構成されてもよい。第１のアクチュエータが、研磨面に対する第１のバリアの高さおよび／または研磨面に対する第１のバリアの圧力を調整するように構成されてもよい。第１のバリアは、第１のワイパーブレードを含んでもよい。第１のワイパーブレードの先行エッジ部が、研磨面に対して鋭角に配向されていてもよい。第１のワイパーブレードは、鋭角を有する第１の部分と、研磨面に対して平行に配向された第２の部分とを含んでもよい。ディスペンサが、第１のワイパーブレードの後続面に研磨液を供給するように配置されてもよい。ディスペンサは、プラテンの中心により近い第１のワイパーブレードの側の後続面の部分に研磨液を供給するように配置されてもよい。

第２のバリアが、ディスペンサの後ろに配置されて、ディスペンサによって研磨面の一部に供給された新しい研磨液を広げるように構成されてもよい。第２のバリアは、動作中に研磨面と接触するように構成されてもよい。第２のアクチュエータが、研磨面に対する第２のバリアの高さおよび／または研磨面に対する第２のバリアの圧力を調整するように構成されてもよい。第２のバリアは、第２のワイパーブレードを含んでもよい。第２のワイパーブレードの先行エッジ部が、研磨面に対して鋭角に配向されていてもよい。第１のバリアは、第２のバリアと平行に配置されてもよい。第１のバリアは、プラテンの縁部まで延びていてもよく、第２のバリアは、プラテンの縁部から離れていてもよい。第２のバリアは、第１のバリアよりも高い位置に配置されてもよく、または第１のバリアよりも低い圧力で研磨パッドを押してもよい。

アクチュエータが、第１のバリアおよび／または第２のバリアを、研磨パッドを横切って横方向に動かすように構成されてもよい。リザーバが、研磨液を保持してもよく、ディスペンサが、リザーバに流体的に結合されてもよく、研磨液が、研磨スラリーであってもよい。

別の態様において、化学機械研磨のための装置は、研磨パッドを支持するための表面を有する回転可能なプラテンと、基板を研磨パッドと接触させて保持するためのキャリアヘッドと、研磨液分配システムとを含む。研磨液分配システムは、研磨液を研磨パッドの研磨面の一部に供給するように配置されたディスペンサと、研磨面の該一部の前に配置されて、使用済み研磨液が研磨面の該一部に到達するのをブロックするように構成された第１のバリアとを含む。第１のバリアの先行面は、プラテンの中心に近い第１のバリアの内側端とプラテンの縁部に近い第１のバリアの外側端との間で湾曲している。

実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。

プラテンは、第１のバリアの下で運動方向を提供するように回転するように構成されてもよく、第１のバリアの先行面の凹側が運動方向を向くように、第１のバリアの先行面が湾曲していてもよい。

第２のバリアが、ディスペンサの後ろに配置されて、ディスペンサによって研磨面の一部に供給された新しい研磨液を広げるように構成されてもよい。第２のバリアの先行面は、プラテンの中心に近い第２のバリアの内側端とプラテンの縁部に近い第２のバリアの外側端との間で湾曲していてもよい。第２のバリアの先行面の凹側が運動方向を向くように、第２のバリアの先行面が湾曲していてもよい。第２のバリアの曲率半径が、第１のバリアの曲率半径より小さくてもよい。

別の態様において、化学機械研磨のための装置は、研磨パッドを支持するための表面を有する回転可能なプラテンと、基板を研磨パッドと接触させて保持するためのキャリアヘッドと、研磨液分配システムとを含む。研磨液分配システムは、研磨液を研磨パッドの研磨面の一部に供給するように配置されたディスペンサと、研磨面の該一部の前に配置されて、使用済み研磨液が研磨面の該一部に到達するのをブロックするように構成された第１のバリアとを含む。第１のバリアは、第１の平坦な底面と、使用済み研磨液と接触するように構成された第１の先行面とを有する固体の第１の本体を含む。

実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。

本体は、研磨面に対して直角な第１の本体の高さよりも大きい、第１のバリアの下の研磨パッドの運動方向に沿った幅を有することができる。

スプラッシュガードが、第１の先行面から突き出ていてもよい。第１のバリアの第１の本体の第１の先行面が、実質的に垂直であり、スプラッシュガードが、実質的に水平に突き出ていてもよい。

第２のバリアが、ディスペンサの後ろに配置されて、ディスペンサによって研磨面の一部に供給された新しい研磨液を広げるように構成されてもよい。第２のバリアは、第２の平坦な底面と、新しい研磨液と接触するように構成された第２の先行面とを有する固体の第２の本体を含むことができる。第２の先行面が、研磨面に対して鋭角に配向されていてもよい。第１のバリアの第１の本体の先行面が、実質的に垂直であってもよい。第１のバリアは、プラテンの縁部まで延びていてもよく、第２のバリアは、プラテンの縁部から離れていてもよい。第２のバリアは、第１のバリアよりも高い位置に配置されてもよく、または第１のバリアよりも低い圧力で研磨パッドを押してもよい。

別の態様において、化学機械研磨のための装置は、研磨パッドを支持するための表面を有する回転可能なプラテンと、基板を研磨パッドと接触させて保持するためのキャリアヘッドと、研磨液分配システムとを含む。研磨液分配システムは、研磨液を研磨パッドの研磨面の一部に供給するように配置されたディスペンサと、研磨面の該一部の前に配置されて、使用済み研磨液が研磨面の該一部に到達するのをブロックするように構成された第１のバリアと、ディスペンサの後ろに配置されて、ディスペンサによって研磨面の該一部に供給された新しい研磨液を広げるように構成された第２のバリアと、研磨面上の第１のバリアおよび第２のバリアの横方向位置を調整するように、第１のバリアおよび第２のバリアに結合された共通のアクチュエータとを含む。

実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。

共通の横方向アクチュエータは、第１のバリアおよび第２のバリアに結合された第１の端部と、プラテン上で横方向にアームを動かすための回転アクチュエータに結合された第２の端部とを有するアームを含むことができる。第１のアクチュエータが、第１のバリアとアームとの間に結合されてもよく、第２のアクチュエータが、第２のバリアとアームとの間に結合されてもよい。第１のアクチュエータは、研磨面に対する第１のバリアの高さおよび／または研磨面に対する第１のバリアの圧力を調整するように構成され、第２のアクチュエータは、研磨面に対する第２のバリアの高さおよび／または研磨面に対する第２のバリアの圧力を独立に調整するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態は、以下の利点のうちの１つ以上を含み得る。研磨の均一性を向上させることができる。欠陥を減らすことができる。パターン密度に対する研磨の感度を低くすることができ、ディッシングおよびエロージョンを減らすことができる。スラリーの使用量を減らすことができ、したがって所有コスト（ｃｏｓｔ ｏｆ ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ）を削減できる。研磨速度を向上させることができる。または研磨速度を維持しながら、研磨圧力を低下させることができる。

１つ以上の実施形態の詳細が、添付の図面および以下の説明に記載されている。他の態様、特徴および利点は、説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかになろう。

スラリー分配システムを含む化学機械研磨ステーションの部分断面概略側面図である。 図１の化学機械研磨ステーションの概略上面図である。 化学機械研磨ステーションの別の実施形態の概略上面図である。 スラリー分配システムの部分断面概略側面図である。 化学機械研磨ステーションの一部分の概略上面図である。 アクチュエータを有するスラリー分配システムの一実施形態の概略断面側面図である。 アクチュエータを有するスラリー分配システムの別の実施形態の概略断面側面図である。

様々な図面中の同様の参照記号は、同様の要素を示す。

化学機械研磨における１つの問題は、例えばエロージョンおよびディッシングによって示されるように、パターン密度に対する感度である。使用済みスラリーが基板の下を通って戻るのをブロックするためのバリアを配置することによって、パターン密度に対する研磨プロセスの感度を低くすることができ、ディッシングおよびエロージョンを減らすことができる。

化学機械研磨における他の問題は、欠陥である。欠陥の潜在的な要因は、研磨副生成物である。使用済み研磨液がキャリアヘッドの下の領域に戻るのをブロックする装置は、研磨副生成物が研磨中に基板に到達するのを減らすのに役立ち得る。

化学機械研磨における他の問題は、ウエハ内不均一性（ＷＩＷＮＵ）である。研磨の不均一性の潜在的な要因は、基板と研磨パッドとの間の界面へのスラリーの不均一な分布である。スラリースプレッダーを研磨パッドと接触して配置することによって、スラリーをより均一な方法で研磨パッド全体に広げることができる。

図１は、化学機械研磨装置の研磨ステーション２０の一例を示す。研磨ステーション２０は、その上に研磨パッド３０が配置されている回転可能なディスク状プラテン２４を含む。プラテン２４は、軸２５の周りに回転するように動作可能である。例えば、モータ２２が、駆動シャフト２８を回して、プラテン２４を回転させることができる。

研磨パッド３０は、研磨層３２と、より柔らかいバッキング層３４とを有する２層研磨パッドとすることができる。複数の溝３８を研磨パッド３０の研磨面３６に形成することができる（図３参照）。

研磨ステーション２２は、研磨パッド３０のコンディションを維持するためのコンディショニングディスク４２を有するパッドコンディショナ装置４０を含むことができる（図２参照）。コンディショニングディスク４２は、ディスク４２を、研磨パッド３０を横切って半径方向に移動させることができるアーム４４の端部に配置されてもよい。

キャリアヘッド７０は、基板１０を研磨パッド３０に押し当てて保持するように動作可能である。キャリアヘッド７０は、支持構造７２、例えばカルーセルまたはトラックから吊るされ、キャリアヘッドが軸７１の周りに回転できるように駆動シャフト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。任意選択で、キャリアヘッド７０は、例えばカルーセルまたはトラック７２上のスライダ上で、横方向に振動することができ、またはカルーセル自体の回転振動によって振動することができる。動作中、プラテンは、その中心軸２５の周りに回転し、キャリアヘッドは、その中心軸７１の周りに回転し、研磨パッド３０の上面を横切って横方向に並進する。複数のキャリアヘッドがある場合、各キャリアヘッド７０は、その研磨パラメータを独立して制御することができ、例えば各キャリアヘッドは、それぞれの基板に印加された圧力を独立して制御することができる。

キャリアヘッド７０は、基板１０の裏側と接触する基板取り付け面を有する可撓性膜８０と、基板１０上の異なるゾーン、例えば異なる半径方向ゾーンに異なる圧力を加えるための複数の加圧チャンバ８２とを含むことができる。キャリアヘッドはまた、基板を保持するための保持リング８４を含むことができる。

研磨液分配システム１００は、研磨パッド３０の表面上に研磨液、例えば研磨スラリーを供給して広げる。研磨液分配システム１００はまた、使用済み研磨液が基板１０に戻るのを防ぐことができる。

図１および図２Ａを参照すると、研磨液分配システム１００は、リザーバ１１２から研磨パッド３０に研磨液１０５を供給するためのディスペンサ１１０を含む。ディスペンサ１１０は、研磨パッド３０の上に配置された１つ以上のポート１１６を有する１つ以上の通路１１４を含む。例えば、ディスペンサ１１０は、通路１１４が剛体を通って延びている剛体を含むことができ、またはディスペンサ１１０は、アームによって支持された可撓性の管を含むことができる。いずれの場合でも、通路１１４に結合された１つ以上の孔またはノズルが、ポート１１６を提供することができる。

研磨液分配システム１００は、キャリアヘッド７０またはコンディショナディスク４２の下を既に通過した研磨液が、ディスペンサ１１０が新しい研磨液を供給する研磨パッド３０上の位置に到達するのをブロックするための第１のバリア１２０を、さらに含む。第１のバリア１２０は、パッドの運動方向に対して、ディスペンサ１１０が研磨液１０５を供給する研磨パッド上の位置の「前」に配置される。例えば、図２に示すように、プラテン２４が、矢印Ａで示すように反時計回りに回転する場合、第１のバリア１２０は、ディスペンサ１１０の時計回り方向に配置される。

いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０は、ディスペンサ１１０とコンディショナ４０との間（または、コンディショナがない場合は、ディスペンサ１１０とキャリアヘッド７０との間）に配置される。いくつかの実施形態では、第１のバリアは、コンディショナ４０とキャリアヘッド７０との間に配置される。

いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０は、研磨パッド３０の表面３６に接触し、溝３８内に存在し得る使用済み研磨液および／または使用済み研磨液１０５の薄膜を除いて、研磨液が下を通過するのを概してブロックする本体である。第１のバリアの本体は、単に研磨パッド３０上に載っていてもよいし、または例えばアクチュエータによって研磨パッド３０上に明確に押し付けられていてもよい。いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０は、研磨パッド３０の表面３６のわずかに上に位置する本体である。

第１のバリア１２０は、概して細長い本体、例えば（図２Ａに示すように）直線状の本体とすることができ、例えば概してプラテン２４の半径に沿って、プラテン２４の運動方向に対して実質的に直角に配向することができる。あるいは、第１のバリアは、プラテンの半径に対してかなりの角度、例えば１０～３０°傾斜していてもよい。

いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０は、たとえば図２Ｂに示されるように、湾曲した本体である。バリア１２０は、プラテン２４の外縁部に近い方の端部がプラテンの中心に近い方の端部よりも運動方向（矢印Ａで示す）に沿って先にあるように、湾曲することができる。第１のバリア１３０は、凹側が運動方向を向くように湾曲することができる。

第１のバリア１２０の先行面は、研磨面３６に対して１５～９０°の角度に配向され得る（図３の角度Ｂを参照）。いくつかの実施形態では、先行面は、例えば９０度未満の角度で研磨面に対して傾斜している。いくつかの実施形態では、先行面は、垂直に、すなわち研磨面に対して直角に配向されている。第１のバリア１２０の先行面は、研磨パッドの運動方向（図３の矢印Ａを参照）に上部から底部に向かって傾斜することができる。

いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０は、ワイパーブレードである。ワイパーブレードの前面が、第１のバリア１２０の先行面を提供する。第１のバリア１２０のワイパーブレードは、天然ゴムもしくは同様の可撓性を有する合成材料、例えば可撓性プラスチックなどの可撓性材料から形成することができ、または硬質材料、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）もしくはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの硬質プラスチックから形成することができる。

ワイパーブレードが一様な幅のシートであると仮定すると、第１のバリア１２０のワイパーブレードは、研磨面３６に対して１５～９０度の角度に配置することができる（図３の角度Ｂを参照）。いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０のワイパーブレードは、例えば９０度未満の角度で研磨面に対して傾斜している。いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０のワイパーブレードは、垂直に、すなわち研磨面に対して直角に配向されている。第１のバリア１２０のワイパーブレードは、ワイパーブレードが研磨パッドの運動方向（図３の矢印Ａを参照）に上部から底部に向かって傾斜するように、配向することができる。

いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０は、研磨面３６に対する第１のバリア１２０の垂直方向位置および／または研磨面３６に対する第１のバリア１２０の下向きの力を制御することができる第１のアクチュエータ１２４から吊るされている。代替的にまたは追加的に、第１のアクチュエータ１２４は、第１のバリア１２０を研磨パッド３０上で横方向に、例えば半径方向に移動させることができる。

研磨液分配システム１００は、ディスペンサ１１０によって供給されたばかりの新しい研磨液を研磨面３６全体にわたって一様な膜に広げるための第２のバリア１３０を、さらに含む。第２のバリア１３０は、ディスペンサ１１０が研磨液１０５を供給する研磨パッド３０上の位置の「後ろ」に配置される。例えば、図２に示すように、プラテン２４が、矢印Ａで示すように反時計回りに回転する場合、第２のバリア１３０は、ディスペンサ１１０の反時計回り方向に配置される。第２のバリア１３０は、ディスペンサ１１０とキャリアヘッド７０との間に配置される。

いくつかの実施形態では、第２のバリア１３０は、研磨パッド３０の表面３６に接触し、溝３８内に存在し得る研磨液および／または研磨液１０５の薄膜を除いて、研磨液が下を通過するのを概してブロックする本体である。第２のバリア１３０の本体は、単に研磨パッド３０上に載っていてもよいし、または例えばアクチュエータによって研磨パッド３０上に明確に押し付けられていてもよい。いくつかの実施形態では、第２のバリア１３０は、依然として研磨液に接触しながら、研磨パッド３０の表面３６のわずかに上に位置する本体である。例えば、プラテンが回転するとき、第２のバリア１３０の本体は、研磨液上を滑走することができる。いずれの場合でも、第２のバリア１３０は、新しい研磨液１０５ａを研磨パッド３０全体にわたってより均一に広げるのに役立ち得る。

いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０は、第２のバリア１３０よりも高い圧力で研磨パッド３０に押し込まれる。いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０は、研磨パッド３０と接触し、一方、第２のバリア１３０は、依然として研磨液に接触しながら、研磨パッド３０の表面３６のわずかに上に位置する。

第２のバリア１３０は、概して細長い本体、例えば直線状の本体とすることができ、例えば概してプラテン２４の半径に沿って、プラテン２４の運動方向に対して実質的に直角に配向することができる。あるいは、第１のバリア１２０は、プラテンの半径に対してある角度、例えば１０～３０°傾斜していてもよい。

第２のバリア１３０は、第１のバリア１２０と平行であってもよい。あるいは、第２のバリア１３０は、第１のバリア１２０よりもプラテンの半径に対してより大きい角度で傾斜していてもよい。

いくつかの実施形態では、第２のバリア１３０は、たとえば図２Ｂに示されるように、湾曲した本体である。第２のバリア１３０は、プラテン２４の外縁部に近い方の端部がプラテンの中心に近い方の端部よりも運動方向（矢印Ａで示す）に沿って先にあるように、湾曲することができる。第２のバリア１３０は、凹側が運動方向を向くように湾曲することができる。

第２のバリア１３０は、その長さに沿って第１のバリア１２０から等距離であってもよい。あるいは、第２のバリア１３０の曲率半径が、第１のバリア１２０の曲率半径より小さくてもよい。これにより、第１のバリア１２０と第２のバリア１３０との間の距離がプラテン２４の縁部に向かって半径方向に沿って増大することになる。

第２のバリア１３０の先行面は、研磨面３６に対して１５～９０°の角度に配向され得る。いくつかの実施形態では、第２のバリアの先行面は、例えば９０度未満の角度で研磨面に対して傾斜している。いくつかの実施形態では、第２のバリアの先行面は、垂直に、すなわち研磨面に対して直角に配向されている。第２のバリア１３０の先行面は、研磨パッドの運動方向（図３の矢印Ａを参照）に上部から底部に向かって傾斜することができる。

いくつかの実施形態では、第２のバリア１３０は、ワイパーブレードである。ワイパーブレードの前面が、第２のバリア１３０の先行面を提供する。第２のバリア１３０のワイパーブレードは、天然ゴムもしくは同様の可撓性を有する合成材料、例えば可撓性プラスチックなどの可撓性材料から形成することができ、または硬質材料、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）もしくはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの硬質プラスチックから形成することができる。いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０および第２のバリア１３０のワイパーブレードは、同じ材料で形成されている。

ワイパーブレードが一様な幅のシートであると仮定すると、第２のバリア１３０のワイパーブレードは、ワイパーブレードの先行面１３２と研磨面３６との間に１５～９０度の角度を形成するように配置することができる（図３参照）。第２のバリア１３０のワイパーブレードをある角度に配置することは、新しいスラリーを溝の中に押し込むのに役立ち、したがって基板に到達する使用済みスラリーの存在を減らすことができる。

いくつかの実施形態では、第２のバリア１３０のワイパーブレードは、例えば９０度未満の角度で研磨面に対して傾斜している。いくつかの実施形態では、第２のバリア１３０のワイパーブレードは、垂直に、すなわち研磨面に対して直角に配向されている。第２のバリア１３０のワイパーブレードは、ワイパーブレードが研磨パッドの運動方向に上部から底部に向かって傾斜するように、配向することができる。

いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０および第２のバリア１３０のワイパーブレードは、同じ角度を研磨面３６と形成する。いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０のワイパーブレードは、垂直に配向され、第２のバリア１３０のワイパーブレードは、研磨パッドの運動方向に上部から底部に向かって傾斜する。

いくつかの実施形態では、第２のバリア１３０は、研磨面３６に対する第２のバリア１３０の垂直方向位置および／または研磨面３６に対する第２のバリア１３０の下向きの力を制御することができる第２のアクチュエータ１３４から吊るされている。代替的にまたは追加的に、第２のアクチュエータ１３４は、第２のバリア１３０を研磨パッド３０上で横方向に、例えば半径方向に移動させることができる。

各アクチュエータ１２４、１３４は、空気圧式アクチュエータとすることができる。例えば、図５を参照すると、各アクチュエータは、バリア、例えばワイパーブレードが固定されている下部本体１５０、支持部、例えばアームによって保持されている上部本体１５２、および下部本体１５０と上部本体１５２との間に閉じ込められたブラダー１５４を含むことができる。したがって、ブラダー１５４の膨張は、下側本体１５０およびバリア１２０、１３０の垂直方向位置ならびに／または研磨パッドに対するバリア１２０、１３０の圧力を制御する。ブラダーの底部は、例えば接着によって、下部本体１５０に固定することができ、ブラダーの上部は、例えばブラダーのリムを留めることによって、上部本体１５２に固定することができる。いずれのアクチュエータも、他の種類のアクチュエータ、例えばリニアモータまたは圧電アクチュエータとすることができる。

いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０および第２のバリア１３０は、同じアクチュエータから吊るされている。

図４および図５を参照すると、各バリア１２０、１３０は、アーム１６０から吊るすことができる。例えば、各アクチュエータ１２４、１３４の上部本体１５２は、アーム１６０に固定されているプレート１６４に取り付けることができる。アーム１６０は、アーム１６０を、プラテン２４を横切って横方向に移動させるように構成されたアクチュエータ１６２に接続することができる。例えば、アクチュエータ１６２は、アーム１６０を円弧状（矢印Ｃ参照）に動かすための回転アクチュエータとすることができる。図４および図５は、両方のバリアに対して共通のアームを示しているが、別々のアクチュエータを有する別々のアームが存在し得る。

図６を参照すると、一方または両方のバリア１２０、１３０は、別個の薄いワイパーブレードではなく、研磨面と平行に延び、研磨パッド上に押し付けられている、または依然として研磨液に接触しながら研磨パッドからわずかに離れている（例えばハイドロプレーニング）平坦な下面１７０を有する本体によって提供されてもよい。この本体は、比較的硬質の材料、例えばセラミック、またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）もしくはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの硬質プラスチックで形成することができる。例えば、図６に示すように、一方または両方のバリア１２０、１３０が、対応するアクチュエータ１２４、１３４の下部本体１５０によって提供されてもよい。

いずれのバリア１２０、１３０についても、バリアを形成する本体は、（研磨パッドが最初に下を通過する側に）先行面１７２を有することができる。いくつかの実施形態では、先行面は垂直面である。いくつかの実施形態では、先行面１７２は、研磨液を押す。

いずれのバリア１２０、１３０についても、バリアは、先行面１７２に衝突する研磨液の飛散を防止するためのスプラッシュガード１７４を、さらに含むことができる。スプラッシュガード１７４は、下面１７０から垂直方向に離されて、研磨パッドの回転の運動方向と反対の方向に本体の先行面から水平に延びることができる。

あるいは、いずれのバリア１２０、１３０についても、バリアは、スプレッダ１７６を含むことができる。スプレッダ１７６は、本体の先行面１７２から突き出て、研磨面に対して傾斜した底面を有する。スプレッダ１７６の底面と研磨面との間の角度Ｄは、１５～７５度であり得る。傾斜したワイパーブレードと同様に、スプレッダ１７６の傾斜した底面は、新しいスラリーを溝の中に押し込むのに役立ち、したがって基板に到達する使用済みスラリーの存在を減らすことができる。

いくつかの実施形態では、第１のバリア１２０は、スプラッシュガードを含み、第２のバリア１３０は、スプレッダ１７６を含む。

図２Ａおよび図２Ｂに戻って、第２のバリア１３０は、第１のバリア１２０から離されていてもよい。いくつかの実施形態では、第２のバリア１３０のワイパーブレードは、第１のバリア１２０のワイパーブレードと平行に配向されている。第１のバリア１２０および第２のバリア１３０は、（それらの長手方向軸に沿って）同じ長さであってもよいし、または第２のバリア１３０が、第１のバリア１２０より短くてもよい。第１のバリア１２０は、完全にプラテン２４および／または研磨パッド３０の縁部まで延びていてもよく、一方、第２のバリア１３０は、プラテン２４および／または研磨パッド３０の縁部から離されていてもよい。

図３を参照すると、いくつかの実施形態では、ディスペンサ１１０は、研磨液１０５が第１のバリア１２０のワイパーブレードの後続面１２６上に供給されるように配置される。研磨面３６に対するワイパーブレードの角度のため、研磨液は、後続面１２６を流れ落ちて、第１のバリア１２０と第２のバリア１３０との間の領域で研磨パッド３０上に流れる。ワイパーブレード上に研磨液１０５を供給することの利点は、研磨液がワイパーブレードに沿って横方向に流れる傾向があり、したがって研磨液がより広い領域に沿って研磨パッド３０に供給されることである。その結果、研磨液を研磨パッド３０全体にわたってより一様に広げることができ、研磨の均一性を向上させることができる。しかしながら、図１に示すように、いくつかの実施形態では、研磨液１０５は、研磨パッド３０上に直接に分配される（これは、垂直または傾斜ワイパーブレードのいずれにも適用可能であろう）。

図３を参照すると、動作中、第１のバリア１２０の先行エッジ部１２２は、使用済み研磨液１０５ｂをブロックする。研磨面３６の溝３８内の使用済み研磨液１０５ｂの一部は、バリア１２０の下を通過するが、使用済み研磨液１０５ｂの大部分は、向きを変えられて、研磨パッド３０の縁部から流れ出る。

他方、新しい研磨液１０５ａは、ディスペンサ１１０によって第１のバリア１２０と第２のバリア１３０との間の領域に供給される。新しい研磨液は、同様に、第２のバリア１３０の先行エッジ部１３２によってブロックされる。流量および構成要素間の間隔に応じて、新しい研磨液１０５ａが、第１のバリア１２０と第２のバリア１３０との間の領域に溜まる可能性がある。しかしながら、新しい研磨液の一部は、溝３８に流れ込み、使用済み研磨液１０５ｂを排出する可能性がある。その結果、基板１０に到達できる使用済み研磨液が、大幅に少なくなり、欠陥を減らすことができる。

第１のバリア１２０および第２のバリア１３０は、別々の構成要素として示されているが、それらは、接続された単一のハウジングの２つの壁であってもよい。研磨液を収容することができる開放チャンバが、２つの壁の間のハウジングの中央にあってもよい。

図３に示すように、いくつかの実施形態では、一方または両方のバリア１２０、１３０、例えばワイパーブレードは、研磨面３６に対して鋭角の第１の部分１４０と、研磨面３６と平行な第２の部分１４２とを含むことができる。丸みを帯びた部分１４４は、第１の部分１４０を第２の部分１４２に接続することができる。バリアは、この形状で事前に形成することができ、またはバリアは、最初は平面であるが下方に研磨面３６に対して押し付けられるとこの形状に変形する可撓性材料であってもよい。この形状は、新しい研磨液１０５ａを溝３８内に押し込むのに役立ち、使用済み研磨液１０５ｂとの交換を改善することができる。

使用済みスラリーをブロックすることで、基板に到達する研磨副生成物の量を減らすことができ、したがって欠陥を減らすことができる。さらに、いかなる特定の理論にも限定されないが、溝内の新しいスラリーの量を増やすことによって、基板と接触する反応抑制剤および活性剤（金属研磨用）の濃度を高めることができる。これにより、パターン密度に対する研磨プロセスの感度が低下し、ディッシングおよびエロージョンを減少させることができる。逆に、やはり特定の理論に限定されないが、使用済みスラリーをブロックすることによって、銅イオンの濃度を減少させることができ、これは金属表面との反応のための抑制剤を節約する。

第１のバリア１２０および／または第２のバリア１３０の制御された配置（形状、装置寸法、パッドカバー範囲、パッド上の取り付け位置など）を使用して、望まれる流路に応じて、流体をプラテン２４から離れるように案内し、または基板１０の方に案内することができる。

第１のバリア１２０および第２のバリア１３０に対する制御された下向きの力を使用して、第２のバリアの下を流れる新しい研磨液対使用済み研磨液の比率を調整することができる。いくつかの実施形態では、第２のバリア１３０は、第１のバリア１２０よりも低い圧力で研磨パッド３０に対して押し付けられる。いくつかの実施形態では、第２のバリア１３０は、研磨パッド３０の上方に第１のバリア１２０よりも高く配置されている。

スラリー分配システム１００を使用して研磨液の分配位置または分配パターンを制御することによって、研磨プロファイルを調整することができ、研磨の均一性を改善することができる。

上記の議論は、研磨液に対する物理的障壁に焦点を当てているが、研磨液をブロックするために空気の噴射を使用することも可能であろう。例えば、アームが、研磨パッドの上を延びており、加圧されたガス、例えば空気または窒素を、アームの底部のスロットまたは複数の孔を通して研磨パッドに向けて送ることができる。ガス流量を適切に選択すると、ガスが、研磨液をブロックすることができる。さらに、真空を使用して、使用済み研磨液を研磨パッドから吸引することも可能であろう。そのような真空は、研磨パッドの上を横方向に延びるアームの底部のスロットまたは複数の孔を通して加えることができる。

コントローラ９０、例えば汎用プログラマブルデジタルコンピュータが、リザーバからの研磨液１０５の流量を制御し、研磨パッド３０に対するバリア１２０、１３０の下向きの力および／または位置を制御するために、アクチュエータ１２４、１３４を制御することができる。インシトゥモニタリングシステムからの測定値が、コントローラ９０に供給され、コントローラ９０は、研磨液の流量および／またはバリアの下向きの力および／またはバリアの位置を調整して、研磨の不均一性を補償することができる。

コントローラ９０はまた、キャリアヘッド７０によって加えられる圧力を制御する圧力機構、キャリアヘッド回転速度を制御するためのキャリアヘッド回転モータ７６、プラテン回転速度を制御するためのプラテン回転モータ２１、または研磨パッドに供給されるスラリー組成物を制御するための研磨液分配システム１００に、接続することができる。

研磨液分配システムは、様々な研磨システムで使用することができる。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（または他の形状）のパッド、供給ローラと巻き取りローラとの間に延びるテープ、または連続ベルトとすることができる。研磨パッドは、プラテンに付着されていてもよいし、研磨工程と研磨工程の間にプラテンの上方を徐々に進んでもよいし、または研磨中にプラテンの上方で連続的に駆動されてもよい。パッドは、研磨中、プラテンに固定されていてもよいし、または研磨中、プラテンと研磨パッドとの間に流体軸受があってもよい。研磨パッドは、標準（例えば、フィラーを含むまたは含まないポリウレタン）ラフパッド、ソフトパッド、または固定砥粒パッドとすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明した。それにもかかわらず、本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な修正を加えることができることが理解されよう。例えば、
・先行バリア（第１のバリア）は、後続バリア（第２のバリア）なしで使用することができる。
・後続バリア（第２のバリア）は、先行バリア（第１のバリア）なしで研磨システムに使用することができる。
・ディスペンサは、第１のバリアおよび／または第２のバリアの上に支持されていてもよいし、またはそれらの一部分であってもよい。例えば、ディスペンサは、第１のバリア上に支持された可撓性の管であってもよい。

したがって、他の実施形態が、以下の特許請求の範囲内にある。

Claims (8)

1. 化学機械研磨のための装置であって、
   研磨パッドを支持するための表面を有する回転可能なプラテン、
   基板を前記研磨パッドと接触させて保持するためのキャリアヘッド、及び
   研磨液分配システム
   を備え、前記研磨液分配システムが、
   前記研磨パッドの研磨面の分配位置に研磨液を供給するように配置されたディスペンサと、
   第１の先行面と第１の平坦な底面を有する第１の固体の本体を含む第１のバリアと
   を備え、前記第１の平坦な底面が前記研磨面と接触するように配置され、前記第１のバリアが、前記ディスペンサによって前記研磨面に供給された新しい研磨液を広げるように前記分配位置の後ろに位置づけられ、前記第１のバリアの先行面が、前記研磨面に対して直角な軸の周りに湾曲しており、
   前記プラテンが、前記第１のバリアの下で運動方向を提供するように回転するように構成され、前記第１のバリアの第１の先行面が、前記第１のバリアの第１の先行面の凹側が前記運動方向に向くように、湾曲している、装置。
   装置。
2. 前記研磨面に対する前記第１のバリアの高さおよび／または前記研磨面に対する前記第１のバリアの圧力を調整するように構成された第１のアクチュエータを備える、請求項１に記載の装置。
3. 第２の先行面と第２の平坦な底面を有する第２の固体の本体を含む第２のバリアを備え、前記第２のバリアが、使用済み研磨液が前記分配位置に到達するのをブロックするように前記ディスペンサの前に配置され、前記第２のバリアの第２の先行面が、前記研磨面に対して直角な軸の周りに湾曲しており、
   前記プラテンが、前記第１のバリアおよび前記第２のバリアの下で運動方向を提供するように回転するように構成され、前記第１のバリアの第１の先行面が、前記第１のバリアの前記先行面の凹側が前記運動方向を向くように、湾曲しており、前記第２のバリアの第２の先行面が、前記第２のバリアの第２の先行面の凹側が前記運動方向を向くように、湾曲している、請求項１に記載の装置。
4. 前記第１の先行面の曲率半径が、前記第２の先行面の曲率半径より小さい、請求項３に記載の装置。
5. 前記研磨面に対する前記第１のバリアの高さおよび／または前記研磨面に対する前記第１のバリアの圧力を調整するように構成された第１のアクチュエータ、および／または前記研磨面に対する前記第２のバリアの高さおよび／または前記研磨面に対する前記第２のバリアの圧力を独立に調整するように構成された第２のアクチュエータを備える、請求項３に記載の装置。
6. 前記第１のバリアの下の前記研磨パッドの運動方向に沿った前記第１の固体の本体の幅が、前記研磨面に対して直角な前記第１の固体の本体の高さよりも大きい、請求項１に記載の装置。
7. 前記第１の先行面から突き出ているスプラッシュガードを備える、請求項１に記載の装置。
8. 前記第１の先行面が、前記研磨面に対して鋭角に配向されている、請求項１に記載の装置。

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