JPH1071561A - ケミカルメカニカルポリシングシステムの基板研磨用クロスハッチ付きポリシングパッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨のスループット、平坦性、仕上げ、スラ
リ分散及び廃材の排出を最適化しつつ、エッジ効果、平
坦化効果、表面張力の蓄積及び中心遅速効果の状態を最
小にするような、ケミカルメカニカルポリシング装置 【解決手段】 複数の多角形突起部を画する複数のグル
ーブを有するポリシング面を有するプラーテンを備える
ケミカルメカニカルポリシング装置。グルーブはポリシ
ング面全面に均一に配分される。キャリアヘッドが基板
をポリシング面に対して保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願は、基板のケミカルメカ
ニカルポリシング（化学的機械的研磨）に関し、更に具
体的には、ケミカルメカニカルポリシングシステムにお
いて基板研磨のためのクロスハッチ付きグルーブパター
ンを有するポリシングパッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウエハ上への集積回路の形成
は、典型的には、導電層、半導体層や絶縁層を、連続的
に基板上へ、特にシリコンウエハ上へ堆積することによ
り行われる。各層を堆積した後は、この層をエッチング
して回路の表面形状（造作）を形成する。一連の層を連
続して堆積しエッチングすれば、基板の外側面ないし最
上面、即ち基板の露出面は、徐々に非平坦的になってい
く。これは、外側面とその下の基板との距離が、エッチ
ングが最も生じない領域で最も大きく、エッチングが最
も生じる領域で最も小さいために生じるものである。単
一のパターニングを有する層については、この非平坦の
表面は一連の山（ピーク）と谷を備えており、この最高
の山と最低の谷の高さの差は７,０００〜１０,０００オ
ングストローム程度であろう。複数のパターニングを有
する層では、山と谷の高さの差は更に著しくなり、数ミ
クロンにまで達することもある。

【０００３】図１Ａ〜Ｅは、基板の平坦面上に層を堆積
するプロセスを例示する。図１Ａに示すように、基板１
０は、アルミニウム等のメタル層１４で円形平坦なシリ
コンウエハ１２をコーティングして処理してもよい。次
いで、図１Ｂに示すように、メタル層１４の上にフォト
レジスト層１６をのせてもよい。その後、詳細は後述す
るがフォトレジスト層１６を光像に曝露し、図１Ｃに示
すようにパターニングを有するフォトレジスト層１６’
を形成してもよい。図１Ｄに示すように、パターニング
を有するフォトレジスト層を形成した後、メタル層１４
の露出面をエッチングして、メタル島１４’を形成す
る。最後に、図１Ｅに示すように、残留フォトレジスト
を除去する。

【０００４】図２Ａ〜Ｂは、基板上への層の連続的堆積
を例示する。図２Ａに示すように、二酸化珪素等の絶縁
層２０を、メタル島１４’の上に形成してもよい。絶縁
層２０の外側面２２は、その下のメタル島の構造体とほ
ぼ正確に同じ形状を有しており、一連の山と谷を形成す
るため、外側面２２は非平坦である。下にあるパターニ
ング層の上に多数の層を堆積してエッチングすれば、外
側面が更に複雑となるだろう。

【０００５】この非平坦外側面が、集積回路製造者に対
して問題を生じさせる。図２Ｂに示すように、基板１０
の外側面２２が平坦でなければ、その上に配置されるフ
ォトレジスト層２５も平坦ではなくなる。フォトレジス
ト層のパターニングは、典型的にはフォトリソグラフィ
ー装置によって行われるが、この装置では、フォトレジ
スト上に光像の焦点を合せる。この光像の装置は、典型
的には、サブミクロン〜ハーフミクロンのサイズの表面
形状に対しては、焦点深度が約０．２〜０．４ミクロン
である。フォトレジスト層２５があまり平坦ではない場
合、即ち、外側面２２の山と谷の高さの差の最大が光像
装置の焦点深度よりも大きい場合は、表面２２全体に光
像を正確にフォーカスすることが不可能になってしまう
だろう。下にあるパターニング層が１層によって形成さ
れる被平坦性に光像装置が適合していたとしても、多数
のパターニング層の堆積後は、その高さの差の最大値が
焦点深度をおそらく越えるだろう。

【０００６】焦点深度を改善したフォトリソグラフィー
装置を新たに設計することは高価につくので、行うわな
い方がよいだろう。更に、集積回路の表面形状のサイズ
が小型化するにつれて、波長の短い光を使わざるを得な
くなり、その結果、用いることができる焦点深度が更に
小さくなる。

【０００７】従って、定期的に基板表面を平坦化し、平
坦な層面を与える必要がある。図２Ｃに示すように、平
坦化の工程では、導体層であれ半導体層であれ絶縁体層
であれ、非平坦な外側面を削り取り、比較的スムーズで
平坦な外側面２２を形成する。このようにすれば、フォ
トリソグラフィー装置のフォーカシングを正確に行うこ
とが可能となる。平坦化に続き、この外側面の上に更に
層を堆積させて、表面形状同士の間にインターコネクト
（相互接続）を形成してもよく、あるいは、この外側面
をエッチングして下側の表面形状にバイアを形成しても
よい。平坦化の工程は、山と谷の差が焦点深度を越えな
いようにする必要がある場合にのみ実施すればよく、あ
るいは、平坦化の工程は、パターニング層の上に新しい
層を堆積する度に行ってもよい。

【０００８】ケミカルメカニカルポリシングは、許容さ
れる平坦化の方法の１つである。この平坦化の方法で典
型的に必要となるのは、基板をキャリア又はポリシング
ヘッドの上に載置することである。次いで、基板の露出
面は、回転するポリシングパッドに対するように配置さ
れる。キャリアヘッドは、制御可能な負荷即ち圧力を基
板に与えて、基板をポリシングパッドに押圧する。更
に、キャリアヘッドを回転させて基板と研磨面の間に更
に運動を与えてもよい。研磨剤と少なくとも１つの化学
反応剤とを含有する研磨スラリををポリシングパッドに
拡げて、パッドと基板の間の界面に研磨性の化学液を与
えてもよい。

【０００９】ケミカルメカニカルポリシングは、相当に
複雑なプロセスであり、単純なウェットサンディングと
は異なるものである。ポリシングプロセスでは、スラリ
中の反応性剤が、上層２０の外側面２２と反応し、ま
た、研磨粒子と反応して、反応性のサイトを形成する。
ポリシングパッド、研磨粒子及び反応性剤の基板外側層
との相互作用が、ポリシング中に生じる。

【００１０】ケミカルメカニカルポリシングプロセスに
おけるスループットを決定する因子は、ポリシング後に
おける基板表面の所望の仕上げ（粗さ）及び平坦性（大
型の立体形状がないこと）と、研磨速度とである。パッ
ドとスラリの組み合わせと、基板とパッドの間の相対速
度と、パッドを基板に対して押圧する力とにより、研磨
速度と、仕上げと、平坦性とが決まる。平坦性及び仕上
が適切でなければ基板の欠陥が生じるため、ポリシング
パッドとスラリの組合わせの選択は通常、必要な仕上と
平坦性によって決められる。これらの制約があって、必
要な仕上と平坦性を実現するために要する研磨時間が、
ポリシング装置の最大スループットを決める。

【００１１】ケミカルメカニカルポリシングのプロセス
に内在的な問題が、ポリシングプロセス全体の効率や基
板の収率を制約することがある。この種の問題の１つ
に、「エッジ効果」と呼ばれているものがあり、これ
は、ポリシングプロセスのために使用できなくなる基板
上の表面積に関するものである。このエッジ効果は、過
剰なポリシングにより使用できなくなる基板の周縁の部
分を示している。これは、基板表面にわたってポリシン
グパッドの圧縮性に不連続がある場合に生じ、これによ
り、基板全面に対して除去（ポリシング）が非均一にな
る。除去が非均一になるということは、基板の部分によ
り異なる除去速度で研磨されるということを示してい
る。例えば、基板の周縁の周りの部分は、ポリシングパ
ッドの圧縮性によって、他の基板表面部分と比較して過
剰な研磨（オーバーポリシング）を経験する。代表的に
は、２００ｍｍ基板に対して、基板の周縁に周囲には１
０ｍｍのオーバーポリシング領域が発生する。

【００１２】ケミカルメカニカルポリシングの効率を制
約するもう１つの問題は、スラリの分散に関することで
ある。上述の如く、ケミカルメカニカルポリシングは非
常に複雑であり、所望の結果を得るためには、ポリシン
グパッドと研磨粒子と反応剤とが、基板に対して相互作
用することが必要である。従って、ポリシングパッドの
表面の周りのスラリ分布が効率良くない場合は、最適な
研磨の結果よりも悪い結果が生じるだろう。過去には、
スラリの分散は、ポリシングパッドに穿孔を具備するこ
とによって行われていた。具体的には、従来技術のポリ
シングパッドは、これら穿孔をパッドの周りに有してお
り、これらにスラリを充填し、ポリシングパッドを圧縮
して、それぞれの局所領域にスラリを分散させる。この
スラリ分散の方法では、それぞれの穿孔が独立に機能し
ているため、効率が制約される。従って、これら穿孔の
一部にはスラリが不足し、他の一部にはスラリが過剰と
なることがある。

【００１３】更に、従来技術の構造では、余分なスラリ
を、必要とするところへ直接導く方法がない。

【００１４】これに関連した別の問題は、廃棄物の除去
である。ポリシングパッドは使用により摩耗し、「グレ
ージング」(glazing) が生じる。パッドが加熱され且つ
基板が押し付けられている部分で圧縮される場合に、グ
レージングが発生する。ポリシングパッドの山の部分が
押し下げられポリシングパッドの小孔が充填されれば、
ポリシングパッドの表面がグレージングされる（よりス
ムーズになり研磨性が低くなる）。その結果、基板の研
磨に要する時間は増加する。従って、ポリシングパッド
の表面を定期的に研磨性の状態に戻してやるか、あるい
は、「調節してやる」ことにより、高いスループットを
維持する必要がある。コンディショニングプロセスの
間、従来技術のポリシングパッドでは、パッド表面の摩
耗による廃材が穿孔を充填し又は閉塞させることがあ
る。充填され又は閉塞した穿孔はスラリを保持すること
ができず（そして分散させることもできず）、そのた
め、ポリシングプロセスの効率を下げてしまう。

【００１５】充填され又は閉塞した穿孔に関連した別の
問題点は、ポリシング完了後に基板表面からポリシング
パッドを離す事に関連するものである。ポリシングプロ
セスは、ポリシングパッド表面とポリシングしようとす
る基板との間に大きな表面張力を生じさせる。スラリを
分散させることに加えて、穿孔があることにより、ポリ
シングパッドと基板の間の接触面積を減らすため、この
表面張力が最小になる。従って、穿孔が廃材で充填ない
し閉塞してしまえば、表面張力が上昇し、ポリシングパ
ッドと基板を分離させることが困難となり、また、この
分離プロセス中に基板にダメージを与えることもある。

【００１６】ケミカルメカニカルポリシングプロセスの
効率を制約する別の問題点は、「平坦化効果」と呼ばれ
ているものである。この「平坦化効果」とは、基板の立
体形状の山と谷を同時に研磨することである。理想的に
は、山だけをポリシングパッドが研磨し、所定の研磨を
行った後には谷のレベルに達し、平坦な表面を与える。
基板の山と谷の両方を研磨する場合は、基板の立体形状
には有効な変化は生じない。この「平坦化効果」は、点
負荷に応じたポリシングパッドの圧縮特性により生じ
る。従って、この「平坦化効果」を最小にするシステム
を用いてきており、これには、ポリシングパッドに対す
る負荷をより均一に分布させる方法が含まれる。

【００１７】最後に、ケミカルメカニカルポリシングプ
ロセスの効率を制約する別の問題点は、「中心遅速効
果」と呼ばれているものである。ケミカルメカニカルポ
リシングプロセスにおいては、基板の一部分が他の部分
よりも高速で研磨されることが観測されている。具体的
には、同じ平坦さと仕上げを得るためには、基板の中心
部分の方が外側よりも長い時間がかかることが典型的で
あり、このため、「中心遅速効果」の語が用いられるわ
けである。有効な研磨のために要する時間が基板上の場
所により同じではないのは、領域によりスラリの分散が
非効率であることによる場合もあり、あるいは、ポリシ
ングパッド表面の非均一性による場合もある。過去に
は、ウエハに背圧をかけ、ウエハの中心をポリシングパ
ッドの方へ弓反らせることにより、この問題点を小さく
できるようにしてきた。しかしながら、この背圧による
解決策は、一定の結果を導き出さなかった。

【００１８】このような見地から、研磨のスループッ
ト、平坦性、仕上げ、スラリ分散及び廃材の排出を最適
化しつつ、エッジ効果、平坦化効果、表面張力の蓄積及
び中心遅速効果の状態を最小にするような、ケミカルメ
カニカルポリシング装置が必要である。

【００１９】

【課題を解決するための手段】概説的に、１つの特徴と
して、本発明は、ケミカルメカニカルポリシング装置で
ある。この装置は、複数の多角形の突起部を画する複数
のグルーブ（溝部）を有するプラーテンを有している。
これらグルーブは、研磨面前面にわたって均等な間隔を
おいて配置されている。キャリアヘッドが研磨面に対し
て基板を保持する。

【００２０】本発明の具体例は、以下の特徴を有してい
る。複数のグルーブは、第１の複数の平行グルーブと、
この第１の複数平行グルーブと交差する第２の複数の平
行グルーブとを備えている。第１の複数平行グルーブ
は、第２の複数平行グルーブと垂直である。第１の複数
平行グルーブ及び第２の複数平行グルーブにおけるグル
ーブは、幅が約０．０１５〜０．５インチ、間隔が約
０．０４０〜０．１７５インチであり、例えば、幅０．
０１８インチ、約０．０６０インチ毎の間隔で配置され
ている。これらグルーブは、実質的に正方形の断面を有
している。第１の複数平行グルーブ及び第２の複数平行
グルーブにおけるグルーブは、深さ約０．０１５〜０．
５０インチであり、例えば、深さ約０．０２５インチで
ある。これら複数のグルーブは、研磨面の全表面積の約
３０〜７５％にのぼり、例えば、研磨面の全表面積の約
５０％である。研磨面はポリウレタンである。このケミ
カルメカニカルポリシング装置は、研磨面にスラリを分
散させるためのフィードラインを有している。

【００２１】本発明の別の特徴としては、基板ポリシン
グのための装置はプラーテンを有し、このプラーテン
は、上面と、プラーテンに接続した回転駆動シャフト
と、プラーテンを回転させる駆動モータと、プラーテン
上面に付くポリシングパッドとを有している。ポリシン
グパッドは、複数の多角形突起部を画する複数のグルー
ブを有する上面を有している。グルーブは、研磨面の全
面にわたって均等な間隔で配置されている。

【００２２】本発明の具体例は、以下の特徴を有してい
る。複数のグルーブは、第１の複数の平行グルーブと、
この第１の複数平行グルーブと交差する第２の複数の平
行グルーブとを備えている。第１の複数平行グルーブ
は、第２の複数平行グルーブに垂直である。第１の複数
平行グルーブ及び第２の複数平行グルーブにおけるグル
ーブは、幅が約０．０１５〜０．５インチ、間隔が約
０．０４０〜０．１７５インチであり、例えば、幅０．
０１８インチ、約０．０６０インチ毎の間隔で配置され
ている。第１の複数平行グルーブ及び第２の複数平行グ
ルーブにおけるグルーブは、深さ約０．０１５〜０．５
０インチであり、例えば、深さ約０．０２５インチであ
る。これら複数のグルーブは、研磨面の全表面積の約３
０〜７５％にのぼり、例えば、研磨面の全表面積の約５
０％である。これらグルーブは、実質的に方形の断面を
有している。

【００２３】本発明の別の特徴としては、基板ポリシン
グのための装置はプラーテンを有し、このプラーテン
は、上面と、プラーテン上面に付くポリシングパッドと
を有している。ポリシングパッドは、複数の多角形突起
部を画する複数のグルーブを有する上面を有している。
グルーブは、研磨面の全面にわたって均等な間隔で配置
されている。この複数のグルーブは、第１の複数の平行
グルーブと、この第１の複数平行グルーブと交差する第
２の複数の平行グルーブとを備えている。

【００２４】本発明の別の特徴としては、基板ポリシン
グのための装置は、複数の多角形突起部を画する複数の
グルーブを有する上研磨面を有するポリシングパッドを
有している。複数のグルーブは、第１の複数の平行グル
ーブと、この第１の複数平行グルーブと交差する第２の
複数の平行グルーブとを備えている。第１の複数平行グ
ルーブ及び第２の複数平行グルーブにおけるグルーブ
は、研磨面の全面にわたって均等な間隔で配置されてい
る。

【００２５】本発明の具体例は、以下の特徴を有してい
る。第１の複数のグルーブの中のグルーブは、実質的に
平行である。 第２の複数のグルーブの中のグルーブ
は、実質的に平行である。第１の複数のグルーブは、第
２の複数のグルーブに垂直である。

【００２６】本発明の別の特徴においては、基板ポリシ
ングのための装置は、第１の複数の多角形突起部と、第
２の複数の多角形突起部と、これらの間に配置されたグ
ルーブ領域とを有する研磨面を有するプラーテンを有し
ている。第１の複数の多角形突起部は、研磨面の第１の
半径上に配置され、ポリシングプロセスの間は基板のエ
ッジ部に接触する。第２の複数の多角形突起部は、研磨
面の第２の半径上に配置され、ポリシングプロセスの間
は基板に接触しない。この第１の半径は、第２の半径よ
りも短い。グルーブ領域により、第１の複数の突起部が
第２の複数の突起部から実質的に独立して機能できるよ
うになり、このため、基板のエッジ部でのオーバーポリ
シングが低減する。前記の研磨面に対して基板を保持す
るためのキャリアヘッドが具備される。

【００２７】本発明の別の特徴においては、基板ポリシ
ングのための装置は、ポリシング中に基板のエッジ部と
の界面とするための研磨面周縁の周りに均等な間隔で配
置された複数の多角形突起部を有する研磨面と、研磨面
に対して基板を保持するためのキャリアヘッドとを有す
る、プラーテンを有している。

【００２８】本発明の利点は、以下の事を含んでいる。
ポリシングパッド表面の複数のグルーブにより、基板周
縁でのオーバーポリシングされる面積が最小になる。加
えて、グルーブ構造により、スラリ分散と廃材の除去が
向上する。更に、ケミカルメカニカルポリシングデバイ
スに対する平坦化と中心遅速特性の改善が実現できる。
また、ポリシングパッド構表面の複数のグルーブによ
り、ポリシングパッドと基板の間の表面張力の蓄積を最
小にし、これら２つの分離を容易にする。

【００２９】本発明の他の利点は、以下の説明に記載す
ることとし、その一部については説明から明らかであ
り、あるいは、本発明の実施によって習得される場合も
ある。本発明の利点は、特許請求の範囲で特に指摘して
いる用例や組み合わせにより実現されるものもある。

【００３０】

【発明の実施の形態】図３に示されるように、ポリシン
グ装置３０は、テーブルトップ３３が上に装着された下
側の機械土台３２と、着脱可能な上外側カバー（図示せ
ず）とを有している。図４に最も良く表されているが、
テーブルトップ３３は、一連のポリシングステーション
３５ａ、３５ｂ、３５ｃと、移送ステーション３７とを
支持している。移送ステーション３７は、３つのポリシ
ングステーション３５ａ、３５ｂ、３５ｃと略方形の配
置を構成している。移送ステーション３７は複数の機能
を有し、それは、搬入装置（図示せず）から基板１０を
受容する機能と、基板を洗浄する機能と、基板をキャリ
アヘッド内へ搬入する機能（詳細は後述）と、基板をキ
ャリアヘッドから受容する機能と、基板を再び洗浄する
機能と、基板をカセットに戻す搬入装置へと基板を戻す
機能とを有している。これら３つのポリシングステーシ
ョンの間を、一般には３５ａから３５ｃへの順番で、基
板を移送させる。各ポリシングスラリてーしょは、ユー
ザーにより独立に制御可能であり、ポリシングの実行の
あらゆる組み合わせやシーケンスを可能にする。ポリシ
ングのスピード、操作時間及び強度は、これら３つのポ
リシングステーションで変えてもよい。１つの具体例で
は、第１のポリシングステーション（即ち、ポリシング
ステーション３５ａ）では「プライマリー」ポリシング
を行う。これに続く各ポリシングステーションで、第１
のポリシングステーションで行ったプライマリーポリシ
ングを更に精練する。そして最終的に、第３のポリシン
グステーション（即ち、ポリシングステーション３５
ｃ）でバフ仕上げの操作を行う。

【００３１】各ポリシングステーション３５ａ、３５ｂ
又は３５ｃは、ポリシングパッド４２を有する回転可能
なプラーテン４０を有している。反応性剤（例えば、酸
化物ポリシングに対しては脱イオン水）と、研磨粒子
（例えば、酸化物ポリシングに対しては二酸化珪素）
と、化学反応性カタライザ（例えば、酸化物ポリシング
に対しては水産課カリウム）とを含有するスラリ５０
が、スラリ供給管５２によりポリシングパッド４２の表
面に供給される。ポリシングパッド４２全体をカバーし
ウェットにするに十分なスラリが供給される。

【００３２】隣接し合うポリシングステーション３５
ａ、３５ｂ、３５ｃ及び移送ステーション３７の間に、
２つの中間洗浄ステーション５５ａ及び５５ｂまたはそ
れ以上が配置されていてもよい。この洗浄ステーション
は、基板がポリシングステーションからポリシングステ
ーションへと移動する間に基板をリンスする。

【００３３】回転可能なマルチヘッドのカルーセル６０
が、下側の機械土台３２の上の位置を与えられる。カル
ーセル６０は、中心ポスト６２に支持され、この上で、
土台３２内部に配置されたカルーセルモーター組立体
（図示せず）によりカルーセル軸６４の周りを回転す
る。中心ポスト６２は、カルーセル支持板６６とカバー
６８を支持する。マルチヘッドのカルーセル６０は、４
つのキャリアヘッドシステム７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、
７０ｄを有している。キャリアヘッドシステムのうちの
３つは、基板を受容して保持し、ポリシングステーショ
ン３５ａ〜３５ｃのプラーテン４０上でポリシングパッ
ド４２に基板を圧迫することにより、基板を研磨するも
のである。キャリアヘッドシステムのうちの１つは、移
送ステーション３７から基板を受容し、移送ステーショ
ン３７へと基板を搬出する。

【００３４】４つのキャリアヘッドシステム７０ａ〜７
０ｄが、カルーセル支持板６６の上に、カルーセル軸７
４の周りに同じ角度の間隔で載置される。カルーセルモ
ーターにより、中心ポスト６２の周りにカルーセル支持
板６６を回転し、キャリアヘッドシステム７０ａ〜７０
ｄと、これらに付いている基板を、カルーセル軸６４の
周りに軌道上に回転させる。

【００３５】キャリアヘッドシステム７０ａ〜７０ｄの
それぞれは、ポリシングヘッドないしキャリアヘッド１
００を有している。キャリアヘッド１００のそれぞれ
は、自身の軸の周りを回転し、カルーセル支持板６６に
形成された半径方向スロット７２内をそれぞれ独立して
水平に往復運動する。キャリア駆動シャフト７４が、キ
ャリアヘッド回転モーター７６をキャリアヘッド１００
に接続させる（カバー６８の４分の１を外して示してあ
る）。各ヘッドにはそれぞれ、１つのキャリアモーター
シャフトとモーターがある。

【００３６】駆動モーター７６の頂部では、回転カップ
リングにより、４つの流体ライン又は電気ライン（図示
せず）が、駆動シャフト７４の４つのチャンネル９４に
結合される（図４では、断面図のためチャンネル２つの
みが図示）。駆動シャフト７４のベースフランジ９６に
形成された角度のついた通路９５が、４つのチャンネル
９４をキャリアヘッド１００の受容チャンネル（図示せ
ず）に接続させる。ねじ山周縁ナット９８をフランジ９
６の上に配置させて、駆動シャフト７４をキャリアヘッ
ド１００に接続してもよい。チャンネル９４を用いてキ
ャリアヘッド１００に空気力を与え、保持リング１４０
をポリシングパッドに対してアクチュエ−トし、また、
キャリアヘッドの底部に基板を真空チャックさせる。ポ
リシングパッドのコンディショニングに関するものを含
むＣＭＰ装置３０の構造及び動作の更なる詳細は、本願
の譲受人に譲渡された１９９５年１０月２７日出願の米
国特許出願０８／５４９，３３６号、標題「ケミカルメ
カニカルポリシングのためのカルーセル処理システム」
に見出すことができ、この開示全体が本願に参照として
併合される。

【００３７】実際に研磨している間は、キャリアヘッド
のうちの３つ、即ちポリシングヘッドシステム７０ａ〜
７０ｃのそれぞれのキャリアヘッドがそれぞれ、ポリシ
ングステーション３５ａ〜３５ｃのそれぞれの上の位置
を占める。指摘の如く、回転プラーテン４０のそれぞれ
が、研磨スラリでウェットになっている上面を有するポ
リシングパッドを支持している。キャリアヘッドが基板
を下げてポリシングパッド４２と接触するようになり、
スラリ５０が、基板又はウエハを化学的研磨及び機械的
研磨するための媒体として作用する。

【００３８】基板が８インチディスク（２００ｍｍ）の
場合は、プラーテン４０とポリシングパッド４２は直径
約２０インチとなろう。プラーテン４０は、駆動シャフ
ト（図示せず）によりプラーテン駆動モータ（図示せ
ず）に接続された回転可能なアルミニウム製又はステン
レス鋼製プレートであってもよい。駆動シャフトは、ス
テンレス鋼製であってもよい。ポリシングプロセスのほ
とんどでは、駆動モータは３０〜２００ｒｐｍ(revolut
ion per minute)で回転するが、これよりも低い回転速
度でも高い回転速度を用いてもよい。

【００３９】キャリアヘッド１００は、基板１０をポリ
シングパッド４２に対して保持し、基板の外面にポリシ
ングパッドに対する負荷を均一に与える。キャリアヘッ
ドは駆動シャフト７４により、ポリシングパッド表面に
対して垂直に固定されている。駆動シャフト７４は、固
定された軸受けの配置を与え、この配置からヘッドが伸
長し、基板に所望の負荷を与える。

【００４０】基板が第１のポリシングステーション（例
えばステーション３５ａ）に配置されている場合は、キ
ャリアヘッド１００は約４〜１０ｐｓｉ(pounds per sq
uareinch)の力を与えてもよい。次のポリシングステー
ションでは、キャリアヘッド１００はこれ以上又はこれ
未満の負荷を与えてもよい。例えば、基板が第３のポリ
シングステーション、例えばポリシングステーション３
５ｃに配置されている場合は、キャリアヘッド１００は
約３ｐｓｉを与えてもよい。前述の通り、キャリアヘッ
ドモータ７６（図３参照）が各キャリアヘッド１００を
約３０〜２００ｒｐｍで回転させてもよい。プラーテン
４０とキャリアヘッド１００は、実質的に同じ速度で回
転してもよい。

【００４１】各キャリアヘッド１００は、ハウジング組
立体１０２と、キャリア組立体１０４と、保持リング組
立体１０６とを有している。ハウジング組立体１０２
は、駆動シャフト７４への接続を与える。キャリア組立
体１０４は、ハウジング組立体１０２に取り付けられて
おり、基板をポリシングパッドに対して保持して、下向
きの圧力を作用させて、ポリシング面に対する負荷を基
板に与える。保持リング組立体１０６は、ポリシングの
操作中に基板がキャリア組立体１０４から脱落しないこ
とを確保する。

【００４２】ポリシングパッドが回転しているときは、
キャリアヘッドの下側から基板を引き出す傾向がある。
従って、保持リング組立体１０６は、前述の如く、基板
のエッジの縁の周りに伸びる下向き突起の保持リング１
４０を有するように構成される。この保持リングは、基
板を包含するリセスを成している。より具体的には、保
持リング１４０の内側エッジ１４２により、基板がキャ
リア組立体１０４の下側から引きずりだされることが防
止される。

【００４３】図４及び図５Ｂ〜５Ｃに示されるように、
ポリシングパッド４２は粗くしたポリシング面４４を有
する堅いコンポジット材料を備えていてもよい。ポリシ
ングパッド４２は、上層４６と下層４８を有していても
よい。このそれぞれの層は、厚さ５０ｍｉｌであっても
よい。下層４８は、圧力感知接着層４９によりプラーテ
ン４０に取り付けられていてもよい。上層４６は、下層
４８よりも堅くてもよい。上層４６は、ポリウレタン又
はフィラーを混合したポリウレタンで構成された材料で
あってもよい。下層４８は、ウレタンで濾しだした圧縮
フェルトファイバで構成された材料であってもよい。Ｉ
Ｃ−１０００で構成された上層と、ＳＵＢＡ−４で構成
された下層を有する２層のポリシングパッドが、米国デ
ラウェア州ニューアークのRodel, Inc. から入手可能で
ある（ＩＣ−１０００及びＳＵＢＡ−４は、Rodel, In
c. の商品名である）。

【００４４】図５Ａを参照すれば、ポリシングパッド４
２のポリシング面４４には、第１の複数の平行グルーブ
３００が配置されている。これらグルーブは、間隔Ｄで
等間隔に配置されていることが好ましい。各グルーブ間
には、図５Ｂに示されるように幅Ｗｐのパーティション
３１０がある。グルーブ３００のそれぞれは壁３０４を
有しており、これは、高さＨを有しており、また、幅Ｗ
ｂのベース３０６のところで終了する。具体例の１つで
は、壁３０４はベース３０６に対して略垂直である。ポ
リシングの各サイクルでポリシングパッド４２は摩耗
し、一般には、ポリシング面が摩滅してパッドが薄くな
る形態をとる。パッド表面が摩滅するにつれ、壁３０４
がベース３０６と垂直でない場合は、基板をポリシング
するために有用な表面積が変化するだろう。本発明の
（ベース３０６に対して）略垂直な壁３０４は、その動
作寿命の間じゅうポリシングパッド４２に対して均一な
表面積を与える。

【００４５】具体例の１つでは、ベース幅Ｗｂ対パーテ
ィション幅Ｗｐの比が約０．１２〜０．８５であっても
よく、約０．４２が好ましい。壁３０４は、高さ約０．
０１０〜０．０５０インチであってもよく、約０．０２
５インチが好ましい。ベース３０６は、幅Ｗｂが約０．
０１５〜０．０５０インチであってもよく、約０．０１
８インチが好ましい。パーティション３１０は、幅Ｗｐ
が約０．０２５〜０．１２５インチであってもよく、約
０．０４２インチが好ましい。従って、隣接し合うグル
ーブ間の距離Ｄは、約０．０４０〜０．１７５インチで
あってもよく、約０．０６０インチが好ましい。

【００４６】再び図５Ａを参照すれば、ポリシングパッ
ド４２のポリシング面４４には、第２の複数の平行グル
ーブ３０２が配置されている。グルーブ３０２は、グル
ーブ３００と略垂直であってもよい。また、グルーブ３
０２は、間隔Ｄ１で等間隔に配置されていることが好ま
しい。グルーブ３０２のそれぞれは壁３１４を有してお
り、これは、高さＨ１を有しており、また、図５Ｃに示
されるように幅Ｗｂ１のベース３１６のところで終了す
る。具体例の１つでは、壁３０４はベース３０６に対し
て略垂直である。具体例の１つでは、多数のポリシング
のサイクルによりパッド表面が摩滅するしても、基板１
０をポリシングするために有用な表面積えを変化させな
いよう、壁３１４はベース３１６に対して略垂直であ
る。各グルーブ間には、幅Ｗｐ１のパーティション３２
０が配置される。

【００４７】具体例の１つでは、ベース幅Ｗｂ対パーテ
ィション幅Ｗｐの比が約０．１２〜０．８５であっても
よく、約０．４２が好ましい。壁３１４は、高さ約０．
０１０〜０．０５０インチであってもよく、約０．０２
５インチが好ましい。ベース３１６は、幅Ｗｂが約０．
０１５〜０．０５０インチであってもよく、約０．０１
８インチが好ましい。パーティション３２０は、幅Ｗｐ
が約０．０２５〜０．１２５インチであってもよく、約
０．０４２インチが好ましい。従って、隣接し合うグル
ーブ間の距離Ｄ１は、約０．０４０〜０．１７５インチ
であってもよく、約０．０６０インチが好ましい。

【００４８】再び図５Ａを参照すれば、第１の複数の平
行グルーブ３００と、第２の複数の平行グルーブ３０２
とは、クロスハッチ形のパターンを形成し、ポリシング
面４４に複数の多角形の島又は突起部（３３０で大まか
に指示）を画している。多角形突起部３３０は、ポリシ
ング操作中に基板に接触するための多角形状最上面３３
１を有している。基板をポリシングするために与えられ
る表面積は、ポリシングパッド４２の全表面積の約３０
〜７５％であり、約５０％であることが好ましい。従っ
て、第１の複数の平行グルーブ３００と第２の複数の平
行グルーブ３０２とを合わせてポリシングパッド４２の
全表面積の約２５〜７０％を占め、これはまた約５０％
であることが好ましい。グルーブ３００及び３０２によ
って表面積のかなりの部分が占められることにより、基
板とポリシングパッドの間の表面張力が低減され、ポリ
シングのサイクルが終了したときにポリシングパッドを
基板から離すことが容易となる。このことは、グルーブ
３００と３０２により形成されるオープンエンドの構造
が、ポリシングパッドと基板の間の真空の蓄積を低減す
るからである。しかし、基板１０をポリシングするため
に有用な表面積が低減することに伴い、同じポリシング
の結果を実現するために要するポリシング時間が増える
だろう。

【００４９】具体例の１つでは、グルーブ３００同士の
間の間隔Ｄ１とグルーブ３０２同士の間の間隔Ｄ２はお
よそ等しく、そのため、複数の島が同じ間隔を有すこと
となり、また、ポリシング操作中に基板１０に接触する
ための突起部３３０の多角形状最上面３３１が略正方形
となる。あるいは、間隔Ｄ１とＤ２を異なるようにし
て、ポリシング操作中に基板１０に接触するための突起
部の多角形状最上面３３１を略方形としてもよい。具体
例の１つでは、第１の複数の具体例と第２の複数のグル
ーブとは（相互に垂直ではない）角度を有して、ポリシ
ング操作中に基板１０に接触するための突起部の多角形
状最上面３３１を略平行四辺形状としてもよい。

【００５０】グルーブは、切削又は研磨によりポリシン
グ面４４に導入されてもよい。具体的には、ミルのソー
ブレードを用いてポリシング面４４にグルーブを切削し
てもよい。あるいは、水力プレスや空気力プレスを用い
て、ポリシング面４４をエンボス加工し又は圧縮加工し
て、グルーブを形成してもよい。

【００５１】上述の如く、スラリ供給管５２により、ポ
リシング面４４にスラリ５０を与える。グルーブ３００
及び３０２は、ポリシングパッド４２全体のわたるスラ
リ５０の移動を容易にする。ポリシングパッド４２のい
かなる領域においても過剰なスラリ５０はグルーブ構造
により隣接の領域に移動するため、スラリがポリシング
面４４にわたって均一にカバーできるようになる。従っ
て、スラリ分散性能が改善され、基板中心へのスラリ分
散が悪いこと起因する中心遅速効果が低減される。

【００５２】更に、ポリシングとコンディショニングの
サイクルの間に発生する廃材がトラップされスラリ分散
を妨害する可能性が、グルーブ３００及び３０２により
低減される。第１に、グルーブにより、ポリシングパッ
ド表面（即ち、突起部３３０の最上面３３１）から廃材
を運び去るとこが容易となり、閉塞の可能性が低減す
る。グルーブ３００及び３０２は、ポリシングプロセス
及びコンディショニングプロセス中に廃材を収集し、ポ
リシング面（即ち、突起部３３０の最上面３３１）上に
残留する廃材の量を低減する。更に、プラーテン４０の
回転により、廃材がグルーブ３００及び３０２の中を遠
心力でポリシングパッドの外側エッジの方へと移動す
る。廃材は、ポリシングパッドのエッジにグルーブ３０
０及び３０２で形成された開口を介してポリシングパッ
ドから排出され、廃材の蓄積及び閉塞が発生する可能性
が低減される。

【００５３】ここで図６を参照すれば、本発明は、エッ
ジ領域のオーバーポリシングを低減することにより、処
理された基板のエッジ効果を低減することに役立つ。ポ
リシングパッド４２は圧縮性を有している（堅くな
い）。ポリシングパッド４２の最外領域は、ポリシング
パッド４２が基板１０に接していない領域であるが、こ
こでは、ポリシングパッド４２は基板１０に向かって弓
反りになる傾向がある。これは、基板１０がポリシング
パッド４２に対して押圧されたときに、ポリシングパッ
ドのこの領域（ポリシングパッドが押圧する際に対する
ものがない領域）で圧縮性の非連続が生じているために
起こる。これまでは、基板の周縁のオーバーポリシング
が生じていた。ここでは、グルーブ３００及び３０２に
より形成されたクロスハッチのパターンを有するポリシ
ングパッド４２を利用することにより、オーバーポリシ
ングが最小になる。

【００５４】ポリシングパッド４２は、基板１０と接触
する島３３０ａと、ポリシングパッド４２の最外領域に
あり基板１０と接触しない島３３０ｂと、これらの間に
配置されるグルーブ領域３００ａとを有している。ここ
でただ説明のため、グルーブ１つ（３００ａ）のみにつ
いて説明する。しかし、グルーブ３００及び３０２は、
基板の周縁に接触しつつも、それぞれの局所領域で同様
に作用する。グルーブ領域３００ａは、島３３０ａ及び
３３０ｂに接触するベース３０６ａを有している。グル
ーブ領域３００ａは、隣接し合う島同士を相互に独立に
機能させることにより、基板１０のエッジに作用する圧
力を最小にする傾向がある。ポリシングパッド４２は、
ポリシングのプロセス中に基板１０の方へ弓反りする傾
向を未だ見せているものの（パッドの圧縮性のため）、
グルーブ領域３００ａにより、島３３０ｂが島３３０ａ
の方へと変形しつつ、ベース部３０６ａを介して最小の
力が島３３０ｂにかかる。従って、エッジ領域のオーバ
ーポリシングが最小となる。

【００５５】更に、グルーブ３００及び３０２は、「平
坦化効果」も低減することができる。前述の如く、この
平坦化効果は、圧縮性のポリシングパッドを用いること
により生じている。グルーブ３００及び３０２により、
隣接し合う島が独立に機能することが可能となり、点負
荷の効果が低減する。ここまで、好ましい具体例に関し
て本発明を説明してきた。しかし、本発明は、ここに説
明した具体例に限定されるものではない。むしろ、本発
明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって画される。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａ〜Ｅは、基板上の層の堆積及びエッチングを
例示する、基板の模式的な断面図である。

【図２】Ａ〜Ｃは、基板の非平坦な外側面を研磨する工
程を例示する、基板の模式的な断面図である。

【図３】ケミカルメカニカルポリシング装置の模式的な
斜視分解図である。

【図４】キャリアヘッドの模式的な断面図である。

【図５】図５Ａは、本発明に従ったポリシングパッドの
模式的な上面図であり、図５Ｂは、図５Ａのポリシング
パッドの５Ｂ−５Ｂ線に沿った断面図であり、図５Ｃ
は、図５Ａのポリシングパッドの５Ｃ−５Ｃ線に沿った
断面図である。

【図６】本発明に従ってポリシングプロセス中にポリシ
ングパッドに係合する基板を有するキャリアヘッドの一
部の拡大模式的断面図である。

【符号の説明】

１０…基板、１２…シリコンウエハ、１４…メタル層、
１４’…メタル島、１６…フォトレジスト層、１６’…
パターニングされたフォトレジスト層、２０…絶縁層、
２２…外側面、２５…フォトレジスト層。

フロントページの続き (72)発明者 ロバート ディー． トールズ アメリカ合衆国， カリフォルニアリ州, サンタクララ， サン アントニオ プ レイス 2167

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を研磨するための装置であって、 複数の多角形の突起部を画する複数のグルーブを有する
   ポリシング面を有するプラーテンであって、前記グルー
   ブが前記ポリシング面の全面にわたって均一に配分され
   る、前記プラーテンと、 前記ポリシング面に対して前記基板を保持するためのキ
   ャリアヘッドとを備える装置。
2. 【請求項２】 前記複数のグルーブが、第１の複数の平
   行グルーブと、前記第１の複数の平行グルーブと交差す
   る第２の複数の平行グルーブとを備える請求項１に記載
   の装置。
3. 【請求項３】 前記第１の複数の平行グルーブが、前記
   第２の複数の平行グルーブと垂直である請求項２に記載
   の装置。
4. 【請求項４】 前記第１の複数の平行グルーブのグルー
   ブと前記第２の複数の平行グルーブのグルーブが、幅約
   ０．０１５〜０．５０インチ、間隔が約０．０４０〜
   ０．１７５インチである請求項３に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記グルーブが、実質的に正方形である
   断面を有する請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記第１の複数の平行グルーブのグルー
   ブと前記第２の複数の平行グルーブのグルーブが、幅約
   ０．０１８インチ、間隔が約０．０６０インチである請
   求項４に記載の装置。
7. 【請求項７】 前記第１の複数の平行グルーブのグルー
   ブと前記第２の複数の平行グルーブのグルーブが、深さ
   約０．０１５〜０．５０インチである請求項３に記載の
   装置。
8. 【請求項８】 前記第１の複数の平行グルーブのグルー
   ブと前記第２の複数の平行グルーブのグルーブが、深さ
   約０．０２５インチである請求項７に記載の装置。
9. 【請求項９】 前記グルーブが、前記ポリシング面の全
   表面積の約３０〜７５％となる請求項１に記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記グルーブが、前記ポリシング面の
    全表面積の約５０％となる請求項９に記載の装置。
11. 【請求項１１】前記ポリシング面がポリウレタンである
    請求項１に記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記ポリシング面にスラリを分散させ
    るためのフィードライを更に有する請求項１に記載の装
    置。
13. 【請求項１３】 基板を研磨するためのケミカルメカニ
    カルポリシングシステムであって、 上面を有するプラーテンと、 前記プラーテンと駆動モータとに接続し、前記プラーテ
    ンを回転させる、回転可能な駆動シャフトと、 前記プラーテンの上面に付き、複数の多角形の突起部を
    画する複数のグルーブを有するポリシング上面を有する
    ポリシングパッドであって、前記グルーブが前記ポリシ
    ング面の全面にわたって均一に配分される、前記ポリシ
    ングパッドと、を備える装置。
14. 【請求項１４】 前記複数のグルーブが、第１の複数の
    平行グルーブと、前記第１の複数の平行グルーブと交差
    する第２の複数の平行グルーブとを備える請求項１３に
    記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記第１の複数の平行グルーブが、前
    記第２の複数の平行グルーブと垂直である請求項１４に
    記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記第１の複数の平行グルーブのグル
    ーブと前記第２の複数の平行グルーブのグルーブが、幅
    約０．０１５〜０．５０インチ、間隔が約０．０４０〜
    ０．１７５インチである請求項１４に記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記第１の複数の平行グルーブのグル
    ーブと前記第２の複数の平行グルーブのグルーブが、幅
    約０．０１８インチ、間隔が約０．０６０インチである
    請求項１６に記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記第１の複数の平行グルーブのグル
    ーブと前記第２の複数の平行グルーブのグルーブが、深
    さ約０．０１５〜０．５０インチである請求項１６に記
    載の装置。
19. 【請求項１９】 前記第１の複数の平行グルーブのグル
    ーブと前記第２の複数の平行グルーブのグルーブが、深
    さ約０．０２５インチである請求項１８に記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記グルーブが、前記ポリシング面の
    全表面積の約３０〜７５％となる請求項１３に記載の装
    置。
21. 【請求項２１】 前記グルーブが、前記ポリシング面の
    全表面積の約５０％となる請求項２０に記載の装置。
22. 【請求項２２】 前記グルーブが、実質的に方形の断面
    を有する請求項１６に記載の装置。
23. 【請求項２３】 ケミカルメカニカルポリシングシステ
    ムにおいて基板を研磨するための装置であって、 上面を有するプラーテンと、 前記プラーテンの上面に付き、複数の多角形の突起部を
    画する複数のグルーブを有するポリシング上面を有する
    ポリシングパッドであって、前記グルーブが前記ポリシ
    ング面の全面にわたって均一に配分される、前記ポリシ
    ングパッドと、を備える装置。
24. 【請求項２４】 ケミカルメカニカルポリシングシス
    テムにおいて基板を研磨するための装置であって、 複数の多角形の突起部を画する複数のグルーブを有する
    ポリシング上面を有するポリシングパッドであって、前
    記複数のグルーブが、第１の複数の平行グルーブと、前
    記第１の複数の平行グルーブと交差する第２の複数の平
    行グルーブとを備え、前記第１の複数の平行グルーブの
    グルーブと前記第２の複数の平行グルーブのグルーブ
    が、前記ポリシング面の全面にわたって均一に配分され
    る、前記ポリシングパッドを備える装置。
25. 【請求項２５】 前記第１の複数の平行グルーブのグル
    ーブが実質的に相互に平行であり、前記第２の複数の平
    行グルーブのグルーブが実質的に相互に平行であり、
    前記第１の複数の平行グルーブのグルーブが前記第２の
    複数の平行グルーブのグルーブと略垂直である請求項２
    ４に記載の装置。
26. 【請求項２６】 基板を研磨するための装置であって、 第１の複数の多角形突起部と、第２の複数の多角形突起
    部と、これらの間に配置されたグルーブ領域とを有する
    ポリシング面を有するプラーテンであって、前記第１の
    複数の多角形突起部は前記ポリシング面上の第１の半径
    に配置されてポリシングプロセス中に前記基板のエッジ
    部に接触し、前記第２の複数の多角形突起部は前記ポリ
    シング面上の第２の半径に配置されてポリシングプロセ
    ス中に前記基板に接触せず、前記第１の半径は前記第２
    の半径よりも小さく、前記グルーブ領域は前記第１の複
    数の多角形突起部を前記第２の複数の多角形突起部と実
    質的に独立して機能させることを可能にして前記基板の
    エッジ部でのオーバーポリシングを低減できるようにす
    る、前記プラーテンと、 前記基板を前記ポリシング面に対して保持するためのキ
    ャリアヘッドとを備える装置。
27. 【請求項２７】 基板を研磨するための装置であって、 ポリシング面を有するプラーテンであって、前記ポリシ
    ング面が、研磨操作中に前記基板のエッジ部と接面する
    ための、前記ポリシング面の周縁の周囲に均一な間隔で
    配置された複数の多角形突起部を有する、前記プラーテ
    ンと、 前記基板を前記ポリシング面に対して保持するためのキ
    ャリアヘッドとを備える装置。