JPH08243914A - 研磨パッドのためのプリコンディショナおよびその使用方法 - Google Patents
研磨パッドのためのプリコンディショナおよびその使用方法Info
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Abstract
パッドを準備するプリコンディショニング用プレートを
再使用可能にするとともに、プリコンディショニングの
サイクルタイムを低減する。 【解決手段】 プリコンディショニング用プレート(1
0)は半導体ウェーハ(27)の引き続く金属研磨のた
めのパッド面を準備するため研磨パッド(24)の表面
を準備調整する。プリコンディショニング用プレートは
その表面上に少なくとも3つの交差する放射状の尾根部
(14)を有しかつ堅いプラスチック材料で作成され
る。該プリコンディショニング用プレートは実際の研磨
の前に研磨パッドの表面に対して回転され一様かつ安定
な研磨面を提供する。
Description
理に関し、かつより特定的には機械的研磨のための構造
および半導体基板を平坦化するために該構造を使用する
方法の分野に関する。
上に製作された種々の装置を結合するために精巧に作ら
れたメタリゼイション相互接続のシステムを使用する。
通常、アルミニウムまたは何らかの他の金属が被着され
かつ次にパターニングされてシリコン基板の表面に沿っ
た相互接続経路を形成する。大部分の処理においては、
誘電体または絶縁層が次にこの第1の金属層の上に被着
される。ビア開口が前記誘電体層を通ってエッチングさ
れかつ第2の金属層が次に被着される。第2の金属層は
前記誘電体層を覆いかつ前記ビアを充填して下に横たわ
る第1の金属層と電気的コンタクトを形成する。誘電体
層の目的は金属層の間の絶縁を提供することである。従
って、もし第3の金属層が必要であれば、電気的絶縁を
提供するために前記第2の金属層の上に第2の誘電体層
が被着されなければならない。
下に横たわる金属ラインに対応する適合(confor
mal)層である。従って、おのおのの誘電体層の上面
は望ましくないものと思われる一連の平坦でない高さの
変動によって特徴付けられる。前記誘電体層の表面を平
坦化するために技術的に種々の方法が提供されている。
1つのそのような方法は誘電体層の表面に沿って突出す
る段差部を除去するために研磨仕上げを使用する。この
方法では、シリコン基板がスラリ(slurry)また
は研磨剤(abrasive)で被覆された研磨パッド
で覆われたテーブル上に表面を下にして置かれる。基板
およびテーブルは次にお互いに対して相対的に回転され
基板上の突出部を除去する。基板表面を平坦化するこの
プロセスは一般に化学機械研磨(CMP)と称される。
たは研磨率を達成しかつ維持する上での1つの要因は、
引き続く研磨作業のためにパッド表面が適切な状態に準
備される技術であるパッドの調節またはコンディショニ
ング(conditioning)である。研磨パッド
を調節するために種々の方法が利用できる。1つの方法
はスラリを基板表面とパッドとの間に導くために研磨パ
ッド表面に円周方向のみぞを切り込む。これらのみぞは
研磨するに先立ちフライス盤(millingmach
ine)、旋盤(lathe)、または圧搾機(pre
ss)によって形成される。この方法に伴う問題はみぞ
を形成する尾根部分(ridges)が研磨サイクルの
反復の後にすりへることである。平滑化された研磨面は
基板表面の下のスラリの放出の低減を招く。パッド荒さ
のこの時間による低下により、低い不安定なかつ予測で
きない研磨速度を生じる。
って形成した、円周方向の三角形のみぞを設ける。そし
て研磨工程の間に、振動するスタイラス上のダイヤモン
ドチップが研磨パッドに付加的な放射状のみぞを切り込
みさらにパッドおよび基板表面の間にスラリを導く。こ
の方法は前に述べた方法と同じ欠点を有し、それは円周
方向のみぞが最終的に磨損し、かつパッドに切り込まれ
ている放射状のみぞが研磨の間にパッドの寿命を低下さ
せるからである。
研磨パッドを調節するためダイヤモンドのコンディショ
ニングディスクを使用する。この方法は最終的にダイヤ
モンドが前記コンディショニングディスクから失われか
つスラリと混合されるという欠点を有する。スラリの解
き放たれたダイヤモンド微粒はウェーハの研磨された面
にかき傷を付けることがある。また、ダイヤモンドのコ
ンディショニングディスクはいったん表面からダイヤモ
ンドが失われると、最終的に捨てられなければならな
い。他の不都合は、この方法はまた研磨パッド面の層を
除去することによって研磨パッドの面をすりへらすこと
である。
ての方法は誘電体層を研磨するための知られた方法であ
る。金属層を研磨する必要がある場合には異なるチャレ
ンジが存在する。金属層は、例えば、ビアを満たすため
に1つの層が被着された場合に研磨する必要がある。い
ったんビアが充填されれば、次の装置の製造処理工程の
前に余分の金属が研磨除去される。前に述べた方法は金
属の研磨に対してはうまく機能しない。1つの理由はそ
れらすべてが金属研磨の要件と適合しない方法で研磨パ
ッドをすりへらすことである。パッド表面は研磨パッド
の絶えざる再調節(reconditioning)な
しには一様な研磨面を生成しない。さらに、研磨面を劇
的にすりへらすことはパッドの有用な寿命を低減し、か
つしばしば交換されなければならず、研磨サイクルの遅
延を生じさせかつ処理のコストを追加する。さらに、前
記ダイヤモンドディスクの方法は基板上の金属がスラリ
中のダイヤモンドにより研磨スラリと反応するため腐食
の問題を引き起こす。
はプリコンディショニング工程として研磨パッドの表面
を粗くするためブラシを使用することを含む。この方法
はいくつかの欠点を有する。第1に、ブラシを形成する
毛(bristles)に累積した残留物は洗浄するの
が困難である。第2に、ブラシの毛は処理中に折れる傾
向があり、スラリにおける望ましくない事態に通じる。
さらに、ブラシは前記毛が折れない場合でも急速にすり
へり、この解決方法を極めて実際的でないものにする。
パッドのためのプリコンディショニング工程としてダミ
ーまたはブランケットのウェーハを使用することであ
る。この方法は研磨装置においてタングステンの頭部面
層を有するブランクのシリコンウェーハを使用して引き
続く実際の研磨作業のための研磨パッドの面を準備す
る。研磨速度および研磨面の一様性は安定した研磨速度
が達成されるまでおのおののブランケットのウェーハの
後に監視される。その次にのみ研磨される必要がある実
際のウェーハが処理されるべき研磨装置の上に置かれ
る。この方法は時間を浪費し、それは研磨パット面が金
属研磨のために用意ができるまでにほぼ10のブランケ
ットウェーハが必要なためである。このプリコンディシ
ョニング工程は完了するのにほぼ40〜50分必要であ
り、かつ新しい研磨パットが導入されたときかつまた研
磨パッドが短い時間の間、ほぼ15分間の間、アイドル
状態に留まった場合には常に反復されなければならな
い。
リのポケットを避けるために研磨のための飽和した(s
aturated)かつ安定な面を迅速に達成する方法
が望まれる。
態では、半導体ウェーハの引き続く研磨のためにパッド
の表面を準備するため研磨パッドのためのプリコンディ
ショニング用プレートを提供する。本発明は金属研磨に
使用するのに十分適しており、それは前記プリコンディ
ショニング用プレートの材料はスラリと反応してウェー
ハ上に腐食の問題を生じることはないためである。前記
プリコンディショニング用プレートはその表面上に少な
くとも3つの交差する放射状の尾根部(ridges)
を有しかつ堅いプラスチック材料から作られる。前記プ
リコンディショニング用プレートは実際の研磨の前に研
磨パッドの面に対して回転され一様かつ安定な研磨面を
提供する。前記プリコンディショニング用プレートは研
磨パッドをすりへらしあるいは磨損することはなく、か
つそれは研磨パッドにみぞを形成することもない。さら
に、前記プリコンディショニング用プレートは再使用可
能である。プリコンディショニング用プレートを使用す
ることによってパッドの調節時間(condition
ing time)をほぼ90%低減し、これは実質的
にサイクルタイムを低減する。これらおよび他の特徴、
および利点は、図面とともに以下の詳細な説明を参照す
ることによってより明瞭に理解できるであろう。
れておらず、かつ特に示されていない本発明の他の実施
形態もあり得ることを指摘するのが重要である。
実施形態としてプリコンディショニング用プレート10
の平面図が示されている。該プリコンディショニング用
プレート10はその頭部面上に3つの交差する放射状の
尾根部14を有する円形のディスクとして示されてい
る。円周方向の尾根部に対して、放射状の尾根部が使用
される1つの理由はプリコンディショニング工程の間に
(この図には示されていない)研磨パッドの面にわたり
一様にスラリを分配するためである。一様な分配が望ま
れるから、交差する放射状尾根部14はディスク12の
面をほぼ等しいセクタに分割することが好ましい。引き
続く研磨作業のために研磨パッドを効率的にコンディシ
ョニングするために少なくとも3つの尾根部が必要であ
るものと考えられる。しかしながら、プリコンディショ
ニング用プレート10は決してたった3つの交差する尾
根部を持つことに限定されるものではなく、より多くの
数の尾根部も使用することができる。後により詳細に説
明する、実際の実施化は3つより多くの放射状交差尾根
部を使用した。図1の2−2線に沿った図2の断面図は
尾根部14をより詳細に示している。
角形の」形状を有する。おのおのの尾根部は頭部におい
て平らにされておりプリコンディショニング工程の間に
研磨パッド面(図示せず)の磨損を防止するために鋭い
エッジを除去している。さらに、尾根部の頭部はプリコ
ンディショニング工程の間に尾根部の一部が壊れまたは
欠ける機会を低減するために平坦にされている。尾根部
の頭部において正確にある量の材料を除去することは重
要ではない。重要なことは頭部が実質的に平坦化されて
鋭いエッジを除去するが研磨パッド面を準備する上でプ
リコンディショニング用プレートの効率を低下させるほ
ど先端があまりにも多く鈍らないことである。図2から
分かるように、三角形の尾根部14は交差する傾斜面に
よって形成される。これらの尾根の面または側壁はほぼ
30°〜60°の範囲の傾斜角を有する。尾根部はプレ
ート12の厚さが3〜12mmである場合1.5〜5m
mの範囲の推奨される高さを有する。プレートの厚さは
実際には使用される材料の剛性(stiffness)
の関数であり、その理由は加工処理の間プレートを平坦
にかつ堅く固定して保持する必要があるためである。実
際的な観点から、より薄いプレート上では低い高さの尾
根部が良好に機能し、一方より高い尾根部はより厚いプ
レートとの組合わせで良好に機能することができる。
スラリとの何らかの反応を防止するため化学的に中性か
つ不活性の材料から形成されるべきである。研磨に使用
されるスラリは、1〜2のpHを有し、非常に腐食的で
あり、従って前記材料はこれらのタイプの条件に耐える
ことができるべきである。さらに、前記材料は取扱いの
ためにおよび前記プレート上の尾根部が引き続く研磨作
業のために研磨パッドの面を粗くするプリコンディショ
ニング工程のために十分に堅いプレートを形成するた
め、機械加工に適し、耐久性があり、かつ堅くすべきで
ある。プリコンディショニング用プレートに適した材料
はポリフッ化ビニリデン(polyvinylidin
e fluoride:PVDF)およびポリメチルメ
タクリレート(polymethyl methacr
ylate:PMMA)である。ポリビニルクロライド
(polyvinyl chlorides)およびポ
リカーボネイト(polycarbonates)のよ
うな、他のプラスチック材料も適切である。さらに、プ
リコンディショニング用プレートの上の尾根部はプレー
トそれ自体のバルクと同じ材料であるという要件はない
が、多分プリコンディショニング用ディスク全体を同じ
材料で形成するのが最も好ましいであろう。その場合、
尾根部は機械加工され、レーザエッチングされあるいは
さもなければバルクのディスクから他の方法で形成して
プリコンディショニング用プレート10を作成すること
ができる。
用プレートの他の実施形態を示す。前に述べたように、
尾根部の数は3つの交差する放射状の尾根部に限定され
るものではなく、より大きな数とすることができる。実
際の実施化においては、ディスクを8つのセクタに分割
する8つの交差する放射状尾根部14′がPVDFから
作成された。偶数個の尾根部によって形成される対称の
パターンは決して制限的なものと考えるべきではなく、
奇数個の尾根部も使用できる。実施化においては、前記
プレートは直径が9インチ(229mm)および厚さが
0.125インチ(3.18mm)であった。前記尾根
部はほぼ3.18mmの厚さであった。パッドの表面に
わたりスラリを均等に導くために十分に高い尾根部を持
つことが望ましい。さらに、尾根部の間の一様に平坦な
面はスラリがディスク面上のポケットに捕捉されること
を防止する。尾根部は45°の側壁角度を持つよう形成
され、かつ尾根部の頭部は研磨パッドにみぞを形成する
ことを防止しかつ尾根部の頭部の壊れ/欠けを防止する
ために鋭いエッジを除去するため面取りされた。PVD
Fから作成されたプリコンディショニング用プレート1
0′は研磨パッドそれ自体に何らかの形式のみぞを形成
または切り込まないことに注目することが重要である。
プレート上の尾根部は単に一様なかつ安定な研磨速度を
達成するため研磨パッド面を調整する働きをなすにすぎ
ない。
ィショニング用プレート10のための使用方法を示す研
磨装置20の概略図である。プリコンディショニング用
プレート10はエンドイフェクタ(end effec
tor)駆動装置22のフェース面に取り付けられてい
る。この駆動装置22はプリコンディショニング用プレ
ート10を、プリコンディショニングを必要とする研磨
パッドである、1次研磨パッド24の表面の一部の上に
位置させる。実際には、プリコンディショニング工程は
ハーモニック・コンディショニングとして説明され、こ
の場合研磨パッド24上の同じポイントが再発生の予測
可能性(reoccurring predictab
ility)をもってプリコンディショニング用プレー
ト10上の同じポイントを通過し、これはプリコンディ
ショニング用プレート10が研磨パッド24より小さく
するのが望ましい理由である。プリコンディショニング
用プレート10の使用方法においては、該プレート10
はウェーハを研磨する前にほぼ5分間研磨パッド24に
対して回転される。回転速度は機器に応じて制御可能で
ある。実施化に際しての実際の速度は5分間に対し28
rpmであった。プリコンディショニング工程の回転速
度はこれらに制限されるものではなく、その理由はそれ
は容易に変更できるからである。この単純かつ迅速なプ
リコンディショニング工程の後に、研磨パッド24は準
備されかつ実際の半導体ウェーハの研磨の用意ができ
る。もしパッドの磨損が生じなければ1つの研磨パッド
は多数のウェーハのために使用できる。本方法は研磨パ
ッドをすりへらすことはないから、ほぼ200のウェー
ハを単一の研磨パッドごとに研磨することができる。お
のおのの新しい研磨パッドについて、5分間のプリコン
ディショニング走行が必要とされる。
に、研磨されるべき半導体基板27を担持する研磨アー
ム26がコンディショニングされた研磨パッド24の上
に配置される。半導体基板27は次に、典型的にはタン
グステン層に対して3〜5分間である、特定量の時間の
間、基板の表面から余分の金属が除去されるまで、研磨
パッドに対して回転される。最初の研磨工程の後に、基
板27は最終研磨パッド28によって最終研磨が行われ
るのが普通である。この最終研磨パッド28は今日の処
理技術においてはプリコンディショニングを必要としな
いことが見いだされている。いったん1次研磨パッド
が、実際の研磨作業の前に、初期的にプリコンディショ
ニングされると、半導体ウェーハの研磨の間に再びコン
ディショニングする必要はない。しかしながら、処理を
監視しかつ研磨の除去レートが安定になっていることを
保証するため製造プロセスの間に、それぞれのシフトご
とに一度のように、周期的に研磨パッドをコンディショ
ニングするのが望ましいかもしれない。この方法でも技
術的に現在存在する方法に対して実質的に低減されたサ
イクルタイムの処理を可能にする。
ショニングにおけるサイクルタイムの低減である。図5
は本発明のプリコンディショニング用プレートで達成さ
れる除去速度34および研磨パッドをコンディショニン
グするためにブランケットウェーハが使用されている従
来技術の方法で達成される除去速度36を比較したグラ
フ32である。研磨パッドの除去速度は研磨作業のため
のパッドの用意ができていることの尺度であり、ウェー
ハの実際の研磨が行われる前に一様な速度が必要とされ
る。図から明らかなように、除去速度34は本発明を使
用することによって達成されている。最初の走行シーケ
ンスは研磨パッドを準備するためにプリコンディショニ
ング用プレートを使用する。すべてのその後の走行シー
ケンスは除去速度が一様でありかつ安定であり、従って
実際上、第2の走行シーケンスから研磨パッドが置き換
えられるまで、実際のウェーハが研磨できることを示し
ている。ブランケットまたはダミーのウェーハがパッド
をコンディショニングするために使用される従来技術の
方法の尺度である除去速度36と比較されたい。安定な
研磨速度が達成される前にほぼ10個のブランケットウ
ェーハが使用されなければならない。従って、本発明を
使用することにより、使用されるそれぞれの研磨パッド
に対してほぼ40〜45分節約できる。
る数多くの利点を示している。特に、本発明は従来技術
に対して数多くの利点を有することが明らかになった。
それは単純でありしかも非常に効率的である。プレート
のために使用されるプラスチック材料は金属スラリまた
は半導体ウェーハ上のいずれの金属とも反応しないから
腐食がなくなる。実際の実施化によりプリコンディショ
ニング用プレートの磨損または汚染が生じないことが示
され、それはプラスチック材料が非反応性でありかつ安
定であるためである。さらに、ダイヤモンド粒子が使用
されないから、ダイヤモンドが取れてかつスラリと反応
することがなく、あるいは研磨パッドまたはプリコンデ
ィショニング用プレートの表面上に残留物を残すことも
ない。さらに、ブランケットウェーハからの残留物の集
積もなくなり、それは研磨のための一様な面を得るため
にブランケットウェーハが必要とされないからである。
本発明の他の主要な利点はそれが極めてコスト効率がよ
いことである。前記プリコンディショニング用プレート
は低価格の材料を使用して機械工場で容易に製作され、
かつ単一のプレートが長い期間にわたる研磨のために再
使用できる。同じプレートをそれぞれのプリコンディシ
ョニングサイクルの後に洗浄しかつ次に次の新しい研磨
パッドのために再使用することができる。
性および利点に完全に適合する研磨パッドのためのプリ
コンディショニング用プレートおよび該プレートを使用
する方法が提供されたことが明らかである。本発明はそ
の特定の実施形態に関して説明されかつ図示されたが、
本発明はこれらの示された実施形態に限定されるもので
はない。当業者は本発明の精神から離れることなく修正
および変更を行うことができることを認識するであろ
う。例えば、前記プレートは円形でない形状とすること
もできる。さらに、プリコンディショニング用プレート
上の尾根部の数および寸法、ならびにプレートそれ自体
の寸法は説明されたものから変えることができる。さら
に、スラリの種類は本発明を使用して達成できる所望の
除去速度を変更するために変えることができる。また、
プリコンディショニング工程の回転速度も変えることが
できる。従って、本発明は添付の特許請求の範囲に入る
すべてのそのような変形および修正を含むものと考え
る。
ショニング用プレートを示す頭部面図である。
−2線に沿って見た断面図である。
使用方法を示すための研磨装置の概略的頭部面図であ
る。
よび従来技術の方法で達成される除去速度を比較するグ
ラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 研磨システム上の機械的な研磨パッドの
ためのプリコンディショナ(10)であって、 表面上に少なくとも3つの交差する尾根部(14)を有
するプレート(12)であって、前記少なくとも3つの
交差する尾根部は前記プレートの中心から外側に放射状
に延び、前記プレートは堅いかつ化学的に中性のポリマ
から構成されるもの、 を具備することを特徴とする研磨システム上の機械的な
研磨パッドのためのプリコンディショナ(10)。 - 【請求項2】 半導体ウェーハを研磨する方法であっ
て、 表面上に少なくとも3つの交差する尾根部(14)を有
するプリコンディショナ(10)を準備する段階であっ
て、前記少なくとも3つの交差する尾根部は前記プリコ
ンディショナの中心から外側に半径方向に延びており、
前記プリコンディショナは堅いかつ化学的に中性なポリ
マで構成されているもの、 前記プリコンディショナを研磨パッド(24)の上に、
表を下にして、整列する段階、 前記研磨パッドに対し、前記プリコンディショナを前記
研磨パッドの表面上に回転させてプリコンディショニン
グされた研磨パッドを形成する段階、 その表面上に金属層を有する半導体ウェーハ(27)を
前記プリコンディショニングされた研磨パッドの上に横
たわるよう、表を下にして、配置する段階、そして前記
プリコンディショニングされた研磨パッドに対して、前
記半導体ウェーハを回転させて前記半導体ウェーハの表
面を平坦化する段階、 を具備することを特徴とする半導体ウェーハを研磨する
方法。 - 【請求項3】 半導体ウェーハを研磨する方法であっ
て、 表面上に少なくとも3つの交差する放射状の尾根部(1
4)を有するプリコンディショナ(10)を提供する段
階であって、前記少なくとも3つの交差する放射状の尾
根部は前記プリコンディショナの面を複数のセクタに対
称に分割し、前記プリコンディショナは堅いかつ化学的
に中性のポリマから構成されているもの、 前記プリコンディショナを、表を下にして、前記研磨パ
ッド(24)の上に整列させる段階、 前記研磨パッドに対して、前記研磨パッドの表面上に前
記プリコンディショナを回転させて、プリコンディショ
ニングされた研磨パッドを形成する段階、 その表面上に金属層を有する半導体ウェーハ(27)を
前記プリコンディショニングされた研磨パッドの上に横
たわるよう、表を下にして、配置する段階、そして前記
プリコンディショニングされた研磨パッドに対して、前
記半導体ウェーハを回転させて前記半導体ウェーハの表
面を平坦化する段階、 を具備することを特徴とする半導体ウェーハを研磨する
方法。
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