JP7458407B2 - 化学機械研磨キャリアヘッドのためのリテーナ - Google Patents

Description

本開示は、基板の化学機械研磨で使用するためのリテーナに関する。

集積回路は、典型的には、シリコンウエハ上に導電層、半導電層、又は絶縁層を順次堆積させることによって、基板上に形成される。１つの製造ステップは、非平面の表面上に充填層を堆積させ、該充填層を平坦化することを含む。ある用途では、パターン化された層の上面が露出するまで、充填層を平坦化する。例えば、導電性充填層は、絶縁層のトレンチ又は孔を充填するために、パターン化された絶縁層上に堆積させることができる。平坦化した後に、絶縁層の隆起パターンの間に残っている導電層の部分は、基板上の薄膜回路の間に導電経路を提供するビア、プラグ、及びラインを形成する。酸化物研磨のような他の用途では、充填層は、非平面の表面上に所定の厚さが残るまで平坦化される。加えて、フォトリソグラフィには、通常、基板表面の平坦化が必要である。

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、平坦化の１つの容認された方法である。この平坦化方法は、通常、基板をキャリア又は研磨ヘッド上に装着することを必要とする。基板の露出表面は、通常、回転する研磨パッドに当接して配置される。キャリアヘッドは、基板上に制御可能な負荷をかけて、基板を研磨パッドに押し付ける。研磨用の研磨スラリは、通常、研磨パッドの表面に供給される。

キャリアヘッドは、基板上に制御可能な負荷をかけて、基板を研磨パッドに押し付ける。保持リングは、研磨中に基板をキャリアヘッドの下の所定の位置に保持するために使用される。いくつかのキャリアヘッドは、基板を保持するための内側リングと、内側リングを取り囲む外側リングとの両方を含む。

１つの態様では、化学機械研磨のためのキャリアヘッドは、ベースと、アクチュエータと、基板装着面と、リテーナとを含む。リテーナは、リテーナの内側セクションがリテーナの外側セクションに対して垂直に移動可能であるように、撓曲部によって連結された内側セクションと外側セクションとを有する。リテーナの内側セクションの底部は、研磨パッドに接触するように構成された下面の内側セクションを提供し、内側セクションの内面は、下面の内側エッジから上に向かって延び、基板装着面を周方向に取り囲む。リテーナの内側セクションは、アクチュエータから制御可能な負荷を受けるように位置付けられ、ベースに対して垂直に移動可能である。リテーナの外側セクションの底部は、下面の外側部分を提供し、リテーナの外側セクションは、ベースに垂直に固定される。

別の態様では、保持リングは、内側セクションと、外側セクションと、内側セクションが外側セクションに対して垂直に移動可能であるように、内側セクションと外側セクションとを連結する撓曲部とを含む。内側セクションは、研磨パッドに接触するように構成されたリテーナの下面の内側部分を提供する底部を有し、かつ下面の内側エッジから上に向かって延び、基板装着面を周方向に取り囲むように構成された内面を有する。外側セクションは、下面の外側部分を提供する底部を有し、下面の外側エッジから上に向かって延びる外面を有する。

実施態様は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。

アクチュエータは、加圧可能なチャンバを含みうる。例えば、アクチュエータは、膜を含み、内側セクションは、膜に固定されうる。

撓曲部は、内側セクション及び外側セクションよりも薄くてもよい。撓曲部は、内側セクション及び外側セクションの底部に隣接して位置付けられうる。撓曲部の底部は、下面の中央部分を提供しうる。下面の内側部分及び下面の外側部分は、撓曲部が撓曲されていないときに、同一平面上にありうる。下面の中央部分は、撓曲部が撓曲されていないときに、下面の内側部及び外側部と同一平面上にありうる。

撓曲部は、内側セクション及び外側セクションと同じ材料から構成されうる。リテーナは、均質な組成物の単一の一体的な本体でありうる。内側セクションは、外側セクションよりも狭く及び／又は高くてもよい。

実施態様は、オプションで、以下の利点のうちの１つ又は複数を含みうるが、これらに限定されない。例えば、基板エッジでの研磨ヘッドプロファイルの問題によって生じる、研磨の非均一性は、低減することができる。欠陥は、例えば、基板エッジでの研磨速度を調整する能力を犠牲にすることなく、低減することができる。

１つ又は複数の実施態様の詳細が、添付の図面及び以下の説明に記載される。他の態様、特徴、及び利点は、説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになるだろう。

化学機械研磨システムにおけるキャリアヘッドの断面図を示す。 リテーナの一部の断面図を示す。

様々な図面における類似の参照番号及び記号表示は、類似の要素を示す。

上述のように、いくつかのキャリアヘッドは、基板を保持するための内側リングと、内側リングを取り囲む外側リングとの両方を含む。スラリ又は他の微粒子が、内側リングと外側リングとの間の空間に閉じ込められ、研磨される基板の欠陥（例えば、引っ掻き傷）をもたらす可能性がある。しかしながら、内側リングと外側リングとが可撓性部品によって共に接合されるアセンブリは、これらの問題を低減することができる。

図１は、化学機械研磨システム２０の研磨ステーションの一例を示す。研磨システム２０は、回転可能なディスク形状のプラテン２４を含み、その上に研磨パッド３０が置かれている。プラテン２４は、軸２５を中心として回転するように動作可能である。例えば、モータ２６は、プラテン２４を回転させるために、駆動軸２８を回すことができる。研磨パッド３０は、外側研磨層３２及びより柔らかいバッキング層３４を有する二層研磨パッドでありうる。

研磨システム２０は、研磨液３８（研磨用スラリなど）を研磨パッド３０上に分配するために、供給ポート又は組み合わせた供給－濯ぎアーム３６を含みうる。研磨システム２０は、研磨パッド３０の表面粗さを維持するために、調整ディスク４２を備えたパッド調整装置４０を含みうる。調整ディスク４２は、ディスク４２を、研磨パッド３０を半径方向に横切って掃引するように揺動できるアーム４４の端に位置付けられうる。

キャリアヘッド７０は、基板１０を研磨パッド３０に当接させ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５０、例えばカルーセル又はトラックから吊り下げられ、キャリアヘッドが軸５８の周りを回転できるように、駆動軸５４によってキャリアヘッド回転モータ５６に連結される。オプションで、キャリアヘッド７０は、トラックに沿った移動によって、又はカルーセル自体の回転振動によって、例えば、カルーセル上のスライダ上で、横方向に振動することができる。

キャリアヘッド７０は、ハウジング７２と、ベース７６、及び複数の加圧可能チャンバ８０を画定する可撓性膜７８を含む基板バッキングアセンブリ７４と、ジンバル機構８２（アセンブリ７４の一部とみなされうる）と、ローディングチャンバ８４と、保持リングアセンブリ１００と、アクチュエータ１２２とを含む。

ハウジング７２は、概して、円形の形状とすることができ、研磨中に共に回転するように駆動軸５４に連結することができる。キャリアヘッド１００の空気圧制御のためにハウジング７２を通って延びる通路（図示せず）が存在しうる。基板バッキングアセンブリ７４は、ハウジング７２の下に位置する垂直可動アセンブリである。ジンバル機構８２は、ハウジング７２に対するベース７６の横方向の動きを防止しつつ、ベース７６がハウジング７２に対してジンバルできるようにする。ローディングチャンバ８４は、ハウジング７２とベース７６との間に位置し、ベース７６に、したがって基板バッキングアセンブリに、負荷（即ち、下向きの圧力又は重量）を加える。研磨パッドに対する基板バッキングアセンブリ７４の垂直位置もまた、ローディングチャンバ８４によって制御される。可撓性膜７８の下面は、基板１０に装着面を提供する。

ある実施態様では、基板バッキングアセンブリ７４は、ハウジング７２に対して移動可能な別個の構成要素ではない。この場合、チャンバ８４及びジンバル８２は不要である。

ここで図１及び図２を参照すると、リテーナ１００は、外側セクション１４４と、内側セクション１４２と、外側セクション１４４と内側セクション１４２とを連結する撓曲部１４３とを有する。リテーナ１００の下面１３０は、研磨パッド３０に接触することができる。

外側セクション１４４は、ハウジング７２に対して垂直に固定されており、研磨パッド３０の表面にキャリアヘッド７０の位置付け又は基準を提供する環状の本体である。加えて、外側セクション１４４は、リテーナ１００、例えばリテーナの内側セクション１４２の、研磨パッド３０に対する横方向の基準を提供する。外側セクション１４４は、内側セクション１４２を周方向に取り囲む。

外側セクション１４４の底部は、下面１３０の外側部分１３４を提供する。外側セクション１４４は、垂直な円筒状の表面でありうる外面１５４を有する。外面１５４は、下面１３０の外側エッジから上に向かって延びうる。外側セクション１４４はまた、内面１５４を有し、これは、垂直な円筒状の表面でありうる。内面１５４は、外側セクション１４４の環状の上面１８４から撓曲部１４３の上面まで延びる。

外側セクション１４４は、例えば、接着剤、締め具によって、又は連結部品によって、ハウジング７２に固定することができる。例えば、外側セクション１４４の上面１８４は、ボルト、ねじ、又は他のハードウェアのような締め具を受け入れるために、ねじシース（図示せず）を備えた円筒形凹部又は穴１９４を含みうる。例えば、ねじ又はボルトのような締め具１２４がハウジング７２を通って延び、リテーナ１００の外側セクション１４４をハウジング７２に固定することができる。

内側セクション１４２は、ハウジング７２に対して垂直に移動可能な環状本体である。内側セクション１４２は、研磨中に基板１０をキャリアヘッド内に保持するために基板１０のエッジを周方向に取り囲むように構成された内面１５２を有する。内面１５２は、下面１３０の内側エッジから内側セクション１４２の環状上面１８２まで上に向かって延びうる。内側セクション１４２の底部は、下面１３０の内側部分１３２を提供する。また、内側セクション１４２は、垂直な円筒状の表面でありうる外面１５８を有する。外面１５８は、内側セクション１４２の上面１８２から撓曲部１４３の上面まで延びる。

内側セクション１４２を構成する材料は、外側セクション１４４を構成する材料と同じである。いくつかの実施態様では、内側セクション１４２及び外側セクション１４４は、異なる材料で構成することができるが、類似の圧縮率及び引張弾性率を有する。内部セクション１４２を構成する材料は、内部セクション１４２上の下向きの圧力によって、内部セクション１４２が基板受け入れ凹部内に押し出されるほどの圧縮性を有するべきではない。

あるいは、いくつかの実施態様では、内側セクション１４２及び外側セクション１４４は、実質的に同じ材料であるが、密度が異なる（例えば、内側セクション１４２は、外側セクション１４４よりも密度が低く、圧縮性が高く、可撓性が高い）材料で構成することができる。いくつかの実施態様では、内側セクション１４２及び外側セクション１４４は、異なる材料から構成することができる（例えば、内側セクション１４２は、外側セクション１４４よりも圧縮性及び可撓性が高い材料から構成される）。外側セクション１４４は、内側セクション１４２よりも硬い材料で形成することができる。

内側セクション１４２は、外側セクション１４４に対して垂直に移動可能であり、アクチュエータ１２２によって作動されると移動可能でありうる。アクチュエータ１２２は、部品を連結することによって、接着剤によって、又は締め具によって、内側セクション１４２の上面１８２に固定することができる。リテーナ１００の内側セクション１４２の上面１８２は、内側セクション１４２をアクチュエータ１２２に固定するために、ボルト、ねじ、又は他のハードウェアなどの締め具を受け入れるためのねじシース（図示せず）を有する円筒形の凹部又は孔１９２を含みうる。

内側セクション１４２は、外側セクション１４４よりも狭い。あるいは、内側セクション１４２は、外側セクション１４４と同じ幅とすることができ、又は内側セクション１４２は、外側セクション１４４よりも幅広くすることができる。しかし、内側セクション１４２をより狭くすることは、外側セクション１４４による研磨パッドの圧縮を制御パラメータとして使用することもできるため、基板エッジ付近での研磨速度の優れた制御を提供しうる。

いくつかの実施態様では、アクチュエータ１２２はハウジング７２に固定される。アクチュエータ１２２は、例えば、加圧可能チャンバ、ピストン、又は内側セクション１４２を垂直に移動させることができる類似の機械的又は電気機械的装置でありうる。例えば、アクチュエータ１２２は、加圧可能なチャンバ１２６を囲む膨張可能な膜１２８によって提供されうる。例えば、加圧可能チャンバ１２６を囲む膜１２８は、加圧可能チャンバ１２６が膨張して、内側セクション１４２の上面１８２の凹部又は孔１９２と連結するときに、内側セクション１４２に固定されうる。別の例では、ネジ又はボルトなどの締め具が、膜１２８を通って延び、凹部又は孔１９２に締められる。アクチュエータ１２２は、リテーナ１００の内側セクション１４２に制御可能な下向きの力を加えることができる。

アクチュエータ１２２が内側セクション１４２に加える力を減少させる場合、基板１０のエッジ付近の研磨パッド３０に加えられる圧力も減少する。一方、アクチュエータ１２２が内側セクション１４２に加える力を増加させる場合、基板１０のエッジ付近の研磨パッド３０に加えられる圧力も増加する。基板エッジ付近の研磨パッドの圧縮の度合いを制御することにより、基板１０のエッジ付近の研磨速度を制御することができる。

内側セクション１４２と外側セクション１４４は、撓曲部１４３によって連結される。撓曲部１４３の底部は、下面１３０の中央部分１３３を提供する。撓曲部の上面１８３は、内側セクション１４２の上面１８２及び外側セクション１４４の上面１８４より下に凹んでいる。撓曲部１４３は、内側セクション１４２及び外側セクション１４４と同じ材料で構成することができる。あるいは、いくつかの実施態様では、撓曲部１４３は、内側セクション１４２及び外側セクション１４４を構成する材料に類似の材料、異なる材料、又はこれらの材料の混合物から構成される。いくつかの実施態様では、リテーナ１００は、均質の組成物の単一の一体的な本体（即ち、接着剤、接合されたセクション間の間隙などによってもたらされる不連続性がないもの）である。

撓曲部１４３は、内側セクション１４２を外側セクション１４４に接合するのに十分な強度を実質的に有し（例えば、十分な強度の材料及び／又は厚さで構成され）つつ、アクチュエータ１２２が内側セクション１４２に力を加えるときに、内側セクション１４２が外側セクション１４４に対して垂直に移動可能となるのに十分な可撓性をなおも有している。例えば、アクチュエータ１２２が内側セクション１４２に力を加える場合、撓曲部１４３によって外側セクション１４４に固定されたままで、内側セクション１４２が外側セクション１４４に対して垂直に移動するように、撓曲部１４３はヒンジ式に「撓み」うる。

撓曲部１４３は、内側セクション１４２と外側セクション１４４とをなおも固定しつつ、ヒンジ式に撓むほど十分に薄くすることができる。例えば、撓曲部１４３は、内側セクション１４２及び外側セクション１４４に対して薄くすることができる。

リテーナ１００の下面１３０は、内側部分１３２と、中央部分１３３と、外側部分１３４とを含む。下面１３０は、研磨パッド３０に接触させることができる。撓曲部１４３は、下面１３０の中央部分１３３が下面１３０の内側部分１３２及び外側部分１３４と概して位置合わせされるように位置付けることができる。例えば、内側部分１３２、中央部分１３３及び外側部分１３４は全て同一平面上にありうる（アクチュエータが内側部分１３２に下向きの力を加えていないときに）。

下面１３０は、プラスチック、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などのＣＭＰプロセスにおいて化学的に不活性である材料から形成することができる。下面１３０も耐久性があり、摩耗速度が低くなければならない。下面１３０は、研磨パッド３０を研磨するように構成されていないので、滑らかで磨耗しうる表面でありうる。

内側セクション１４２と外側セクション１４４とを連結する撓曲部１４３を有することに対する利点は、底面１３０に沿って内側セクション１４２と外側セクション１４４との間に隙間がないことである。したがって、スラリが閉じ込められる可能性が低減され、欠陥が低減されうる。加えて、下面１３０の中央部分１３３が研磨パッド３０に直接接触しうるため、パッド圧縮の不規則性を回避することができ、研磨の一貫性を向上させるのに役立ちうる。

いくつかの実施態様では、リテーナ１００は、下面１３０に形成された１つ又は複数のチャネル１７６を有する。チャネル１７６は、リテーナ１００の内径から外径まで延び、研磨中にスラリが内側リングの外側から内部まで通過できるようにして、余分なスラリ及び研磨副産物を排出できるようにする。チャネル１７６は、リテーナ１００の周りで均等に間隔をあけることができる。各チャネル１７６は、チャネル１７６を通過する半径に対して、例えば４５°などの角度でオフセットされうる。チャネル１７６は、約０．１２５インチの幅を有しうる。

本明細書で使用される際に、基板という用語は、例えば、製品基板（例えば、複数のメモリ又はプロセッサダイを含む）、試験基板、ベア基板、及びゲーティング基板を含みうる。基板は、集積回路製造の種々の段階にありうる。例えば、基板はベアウエハであり、又は１つ又は複数の堆積層及び／又はパターン化層を含みうる。基板という用語には、円板及び矩形薄板が含まれうる。

上述の研磨システム及び方法は、様々な研磨システムに適用することができる。研磨パッド若しくはキャリアヘッドのいずれか、又はそれらの両方は、研磨面と基板との間の相対運動を提供するために、移動することができる。研磨パッドは、プラテンに固定された円形（又は何らかの他の形状）のパッドでありうる。研磨層は、標準的な（例えば、充填剤を含む又は含まないポリウレタン）研磨材料、軟質材料、又は固定研磨材料でありうる。相対的な位置付けの用語が使用されるのであるが、研磨面及び基板は、垂直配向又は他の何らかの配向に保持されうると理解されるべきである。

本発明の特定の実施形態を説明してきた。他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内である。例えば、特許請求の範囲に記載された動作は、異なる順序で実行することができ、なおも望ましい結果を達成することができる。

Claims (11)

1. 化学機械研磨のためのキャリアヘッドであって、
   ベースと、
   アクチュエータと、
   基板装着面と、
   リテーナの内側セクションが前記リテーナの外側セクションに対して垂直に移動可能であるように、撓曲部によって連結された前記内側セクションと前記外側セクションとを有するリテーナと
   を備え、
   前記リテーナは下面を含み、前記下面は、前記内側セクションの底部である内側部分と、前記外側セクションの底部である外側部分と、前記内側部分と前記外側部分との間に位置付けられた前記撓曲部の底部である中央部分と、から構成され、かつ研磨パッドに接触するように構成されており、
   前記内側部分、前記撓曲部、及び前記外側部分の下面が、均質な組成の単一の一体的な本体によって提供され、
   前記内側セクションの内面が、前記下面の内側エッジから上に向かって延び、前記基板装着面を周方向に取り囲み、前記リテーナの前記内側セクションが、前記アクチュエータから制御可能な負荷を受けるように位置付けられ、前記ベースに対して垂直に移動可能であり、
   前記リテーナの前記外側セクションが、前記ベースに垂直に固定され、
   前記中央部分は、前記撓曲部が撓曲されていないときに、前記内側部分及び前記外側部分と同一平面上にある、キャリアヘッド。
2. 前記アクチュエータが、加圧可能なチャンバを備える、請求項１に記載のキャリアヘッド。
3. 前記アクチュエータが膜を含み、前記内側セクションが前記膜に固定される、請求項２に記載のキャリアヘッド。
4. 保持リングであって、
   前記保持リングの下面の内側部分を提供する底部を有する内側セクションであって、前記下面の内側エッジから上に向かって延び、かつ基板装着面を周方向に取り囲むように構成された内面を更に有する内側セクションと、
   前記下面の外側部分を提供する底部を有する外側セクションであって、前記下面の外側エッジから上に向かって延びる外面を更に有する外側セクションと、
   前記内側セクションが前記外側セクションに対して垂直に移動可能であるように、前記内側セクションと前記外側セクションとを連結する撓曲部と
   を備え、
   前記内側部分と、前記外側部分と、前記内側部分と前記外側部分との間に位置付けられた前記撓曲部の底部である中央部分が、研磨パッドに接触する下面を構成し、
   前記内側部分、前記撓曲部、及び前記外側部分の下面が、均質な組成の単一の一体的な本体によって提供され、
   前記中央部分は、前記撓曲部が撓曲されていないときに、前記内側部分及び前記外側部分と同一平面上にある、保持リング。
5. 前記撓曲部が、前記内側セクション及び前記外側セクションよりも薄い、請求項４に記載の保持リング。
6. 前記撓曲部が、前記内側セクション及び前記外側セクションの前記底部に隣接している、請求項４に記載の保持リング。
7. 前記撓曲部が、前記内側セクション及び前記外側セクションと同じ材料から構成される、請求項４に記載の保持リング。
8. 前記保持リングが、均質な組成の単一の一体的な本体である、請求項４に記載の保持リング。
9. 前記内側セクションが、前記外側セクションよりも高い、請求項４に記載の保持リング。
10. 前記内側セクションが、前記外側セクションよりも狭い、請求項４に記載の保持リング。
11. 保持リングであって、
    前記保持リングの下面の内側部分を提供する底部を有する内側セクションであって、前記下面の内側エッジから上に向かって延び、かつ基板装着面を周方向に取り囲むように構成された内面を更に有する内側セクションと、
    前記内側セクションより狭く、前記下面の外側部分を提供する底部を有する外側セクションであって、前記下面の外側エッジから上に向かって延びる外面を更に有する外側セクションと、
    前記内側セクションが前記外側セクションに対して垂直に移動可能であるように、前記内側セクションと前記外側セクションとを連結する撓曲部と
    を備え、
    前記内側部分と、前記外側部分と、前記内側部分と前記外側部分との間に位置付けられた前記撓曲部の底部である前記下面の中央部分が、研磨パッドに接触し、
    前記内側部分、前記撓曲部、及び前記外側部分の下面が、均質な組成の単一の一体的な本体によって提供され、
    前記下面の内側部分、前記中央部分、及び前記外側部分は、前記撓曲部が撓曲されていないときに、同一平面上にある、保持リング。

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