JPH1133903A - マイクロカプセル化された研磨剤を配給する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロカプセル化された所望の研磨剤の放
出が制御される研磨パッドにより、半導体ウエハを化学
機械式に研磨する方法及び装置を提供することである。 【解決手段】 所望の薬剤が、化学機械式平坦化装置に
より化学機械式研磨プロセスを受けるワークピース５４
に配給される。スラリ及び研磨パッドが、研磨プロセス
のために提供される。薬剤含有マイクロカプセルもまた
提供され、マイクロカプセルが所望の薬剤をカプセル化
する。ワークピース５４はスラリ、研磨パッド６３、及
びマイクロカプセルの組み合わせにより研磨され、カプ
セル化された薬剤が研磨工程の間に、研磨パラメータの
操作を通じて制御可能に放出される。１実施例では、マ
イクロカプセルがスラリ内に含まれる。別の実施例で
は、マイクロカプセルが研磨パッド６３内に埋め込まれ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に、化学機械式
平坦化または研磨ツールに関し、特に、マイクロカプセ
ル化された所望の研磨剤の放出が制御される研磨パッド
により、半導体ウエハを化学機械式に研磨する方法及び
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超大規模集積（ＶＬＳＩ）回路の半導体
素子製造においては、極めて小さな電子素子が、薄い平
坦な半導体ウエハ上の別々のダイ内に形成される。一般
に、導電性、絶縁性、または半導体の様々な材料が、半
導体ウエハ上の集積回路の形成において利用される。こ
れらの材料はパターン化され、不純物を添加されるか、
或いは様々なプロセスにより層として付着され、集積回
路を形成する。ＶＬＳＩ集積回路は、パターン化された
金属被覆層を含み、これらの金属被覆層は一般に酸化物
などの誘電材料により覆われ、次に金属被覆などが続
く。半導体ウエハは従って、金属被覆層及び相互レベル
の誘電体を含む。

【０００３】回路の小型化の増進及びそれに対応する密
度の増加は、形成の間に、外側のウエハ表面上に生成さ
れる高度な可変のトポグラフィ（表面形状）を生じる。
可変のトポグラフィを有するウエハ表面を平坦化し、実
質的に平坦な平面を提供することがしばしば必要であ
る。公知のこうした平坦化プロセスの１つは、化学機械
式研磨（ＣＭＰ：chemical-mechanical polishing）で
ある。

【０００４】化学機械式研磨または平坦化は、半導体業
界において、半導体ウエハの表面上の被覆または層を平
滑化、研磨または平坦化するために広く使用されてき
た。このプロセスは、例えば半導体ウエハの表面上の酸
化物を含み得るこうした層の平坦化や、厚さの低減、ま
たは完全な除去さえ達成するために使用されてきた。こ
うした化学機械式研磨プロセスのための装置は公知であ
り、半導体業界において使用され、現在市販されてい
る。

【０００５】要するに、化学機械式研磨プロセスは、ワ
ークピースが所望の被覆面を下向きにして、研磨スラリ
の存在の下で、回転テーブル上に支持される研磨パッド
上に保持されることを要求する。化学機械式研磨機は、
１つの回転研磨プレート、及びウエハが装着されるより
小さな直径の回転ウエハ・キャリアを含み得る。ウエハ
・キャリアは研磨プレート上で静止固定位置に、または
水平面内の所定の経路内で前後に往復運動して保持され
る一方、研磨プレート及びウエハ・キャリアは、それら
のそれぞれの中心軸の回りを回転される。エッチング剤
を有する、または有さない研磨用サスペンション（懸濁
液）を含むスラリがウエハの研磨の間に、研磨プレート
上に供給される。スラリはキャリア液とも呼ばれ、平坦
化される被覆のための、及びプロセスに関わる他の材料
を実質的に攻撃しないための、エッチング液を含むよう
に選択できる。スラリは更に研磨プレート間にも供給さ
れ、半導体ウエハから除去される材料を研磨し、洗い流
す。

【０００６】ＣＭＰに関わる１つの問題は、化学機械式
研磨の間に、特定の流体媒体剤を基板の表面に配給する
ことが困難なことである。典型的なＣＭＰ装置では、研
磨される基板表面が圧力の下で、研磨"パッド"とも呼ば
れる研磨布と密接に接触する一方、"スラリ"と呼ばれる
研磨用の化学媒体に浸される。更に、研磨布及びウエハ
の両方が運動する。問題はこれらの条件の下で、如何に
特殊な流体相薬剤を、研磨される基板表面に配給するか
である。多くの場合、所望の薬剤はスラリ環境と両立せ
ず、任意のｐＨスラリ媒体内で共存できない。この困難
は、スラリ内に分散されたとき、それらの所望の特性を
維持しないか、または両立できないけれども、研磨プロ
セスにおいては望ましいような、反応性化学物質、極性
または無極性流体、非混和性流体などの他の薬剤を含む
場合にも生じ得る。

【０００７】更に、半導体ウエハの研磨においては、ウ
エハ表面への流体研磨剤の配給が、ウエハ表面及び研磨
パッド表面の並置により妨げられ、流体の薄い流体力学
層以外は全て排除される。印加される機械的研磨力が増
加されると、研磨速度は当初は増加するが、その後は、
反応性研磨流体をウエハ表面に配給する困難度が増すこ
とにより、低下する。

【０００８】従って、化学機械式研磨の間に、特定の流
体媒体剤を基板の表面に配給する方法及び装置を提供す
ることが望まれる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特殊
な流相相薬剤を、研磨される基板表面に配給する方法及
び装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】半導体ウエハの平坦化の
ための化学機械式研磨方法及び装置において、スラリま
たは研磨剤が、スラリまたは研磨パッド内にマイクロカ
プセルとして分散され、カプセル化された材料が化学機
械式研磨プロセスの間に、印加力（例えば下向きの
力）、ｐＨ、時間などのＣＭＰプロセス・パラメータの
操作を介して、制御可能に放出される。

【００１１】本発明によれば、所望の化学薬剤が化学機
械式平坦化装置により化学機械式研磨プロセスを受ける
ワークピースに配給される。スラリ及び研磨パッドが、
研磨プロセスのために提供される。薬剤含有マイクロカ
プセルもまた提供され、マイクロカプセルが所望の薬剤
をカプセル化する。ワークピースがスラリ、研磨パッ
ド、及びマイクロカプセルの組み合わせにより研磨さ
れ、カプセル化された薬剤が研磨工程の間に、研磨パラ
メータの操作を通じて制御可能に放出される。１実施例
では、マイクロカプセルがスラリ内に含まれる。別の実
施例では、マイクロカプセルが研磨パッド内に埋め込ま
れる。

【００１２】更に本発明は、研磨の間に所望の試薬が研
磨表面または研磨廃液と反応することにより生成され
る、特定の研磨特性を表す検出可能な状態の検出に応答
して、研磨プロセスを制御する手段を含む。例えば、所
望の薬剤が、研磨されるワークピースの露出した下層と
反応し、検出可能な状態を提供する。或いは、所望の薬
剤がワークピースの研磨の間に生成される一時的な廃液
と反応し得る。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明に従
い、化学機械式平坦化（ＣＭＰ）プロセスを実行するの
に好適な装置が示され、これは一般に参照番号５０で示
される。化学機械式平坦化装置５０は、半導体ウエハ５
４を保持するウエハ・キャリア５２を含む。ウエハ・キ
ャリア５２は、ウエハ・キャリア駆動モータ５６により
回転されるように装着される。更に、ウエハ・キャリア
５２は、両方向矢印５８により示されるように、横方向
にも移動するように装着される。ウエハ・キャリア５２
はまた、ウエハ５４の背面に接する軟質材料から成るウ
エハ・キャリア・パッド６０を含み得る。或いは、ウエ
ハ・キャリア５２は更に、化学機械式平坦化プロセスの
間に、ウエハ５４をウエハ・キャリア５２内で保持する
真空保持手段（図示せず）を含み得る。更にウエハ・キ
ャリア５２は、下向きの力Ｆをウエハ５４に及ぼすよう
に適応化される。ＣＭＰ装置５０は更に、プラテン駆動
モータ６４により回転される研磨プラテン６２を含む。
本発明の１実施例に従い形成される研磨パッド６３は、
以下で詳述されるように、研磨プラテン６２に装着され
る。研磨プラテン６２は、ウエハ５４に比べてかなり大
きく、従ってＣＭＰプロセスの間、ウエハ５４は所望の
移動に従い、ウエハ・キャリア５２により、研磨パッド
６３の表面を横断して移動され得る。本発明の後述の別
の実施例に従い形成される研磨スラリは、一般に、塩基
性または酸性のいずれかの溶液内に、シリカまたはアル
ミナ研磨粒子が浮遊する研磨流体を含み、研磨パッド６
３の表面に導管６６を通じて付着される。

【００１４】再度図１を参照すると、制御装置６８が信
号線５６ｓ、６４ｓを介して、信号をウエハ・キャリア
駆動モータ５６、及びプラテン駆動モータ６４にそれぞ
れ提供し、研磨操作の間に所望の操作及び（または）平
坦化シーケンスに従い、これらの適切な制御を実行す
る。制御装置６８は更に、機械アームまたは他の好適な
機械装置（破線６９により示される）を制御する出力制
御信号を含み得、ウエハ・キャリア５２の意図された位
置決め及び（または）移動、例えば矢印７０により示さ
れるように、研磨プラテン６２上のウエハ・キャリア５
２の上昇及び下降を達成する。ウエハ・キャリア５２の
他の機械的配置も、制御装置６８により適切に制御され
得る。制御装置６８は更に、例えば研磨プロセスの間に
測定される研磨パラメータを表す入力を含み得、これら
のパラメータにもとづき、特定の後部ライン（back-end
-of-line）ＶＬＳＩウエハ構造に対して、ＣＭＰ装置５
０上で実行されるＣＭＰプロセス・シーケンスを制御す
る。制御装置６８は好適には、本明細書の中で述べられ
る意図された操作及び機能を実行する、コンピュータな
どの任意のプログラマブルな制御装置を含む。プログラ
マブル制御装置、コンピュータ、関連インタフェース回
路、及びそれらのプログラミングは公知であるので、こ
こでは詳述しない。

【００１５】本発明に従えば、通常の研磨条件の下で、
望ましい流体相薬剤を基板の研磨表面に直接配給する手
段を含む。本発明は、それ以外では研磨スラリと両立し
ない、或いはスラリ内に分散されたとき、独自の特性ま
たは所望の特性を失う流体相薬剤に、特に適用できる。

【００１６】第１の実施例では、本発明は化学機械式研
磨スラリに追加される極小球状カプセル材の使用を含
む。極小球状カプセル材はスラリとは別に用意され、不
活性成分としてスラリ組成に追加される。マイクロカプ
セル材は、研磨プロセスにおいて使用されるとき活性化
され、研磨プロセスの間に、適切な分量の所望の薬剤を
被研磨基板またはウエハの表面に直接提供する。

【００１７】極小球状カプセル材は、様々な業界で知ら
れている。例えば、極小球状カプセル材は、感圧複写紙
（carbonless paper）の生産において広く使用される。
更に、カプセル材の基本的記述は、それらを小型の"ウ
ォーターバルーン"（water balloons）として記述す
る。極小球状カプセル材は一般に、公知の溶液重合反応
を用いて形成され得る。本発明によれば、極小球状カプ
セル材は適切な分量の所望のＣＭＰ薬剤を含む。極小球
状カプセル材は２部分構成の球状粒子を含む。２部分構
成の球状粒子は流体中心を含み、そこには被研磨基板の
表面に配給される所望の薬剤が含まれる。流体中心は、
酸または塩基、界面活性剤、極性または無極性流体、化
学エッチング液、滴定液、希釈剤、緩衝剤、溶媒、化学
溶液、または任意の他の流体相材料を含むことができ
る。流体中心は公知のように、好適な材料、最も一般的
には好適な重合可能な材料の外殻により、環境から隔離
される。

【００１８】感圧複写紙では、カプセル材が紙面に付着
される。ペン先または鉛筆などからの圧力により、ペン
先の真下だけに、カプセル材粒子壁の破断が生じる。こ
の壁破断は、カプセル材の中味（通常インク製剤）の放
出を招き、その結果、紙面を着色し、紙面上にペンまた
は鉛筆の先により生成される痕跡の永続的な記録を残
す。

【００１９】本発明に関連して、マイクロカプセル材技
術を使用することにより、所望の研磨特性を有する流体
を用いる極小球状粒子を用意し、これらのカプセル材を
研磨スラリに追加する。極小球状体の外殻は、内部の流
体／研磨剤をスラリから隔離する。従って、内部流体は
スラリ内に分散されるが、所望の研磨特性に関するその
保全性、効力及び活動を維持する。結果的に、それぞれ
の重要な特性または所望の研磨効果を失うことなく、酸
媒体が塩基性のスラリ内に存在し、非水溶性の流体が水
溶性媒体内に分散され得る。研磨の間、極小球状体は被
研磨基板表面と研磨布（すなわち研磨パッド）との間に
挟まれる。正規に印加される下向きの圧力、及び被研磨
基板表面に直接かかる関連せん断力が、カプセル材壁の
所望の破断を引き起こす。カプセル材壁の破断に際し
て、粒子の中味（特殊薬剤）が放出され、これらが研磨
プロセスの間に、被研磨基板表面において直接的且つ即
時に使用可能になる。

【００２０】本発明は、ＣＭＰ装置が本発明によるマイ
クロカプセル材配給システムを含む状況における、ＣＭ
Ｐアプリケーションの次のクラスにおいて高度に有用で
ある。極小球状粒子の流体核内で使用される薬剤のタイ
プにより、４つのクラスが基本的に区別される。これら
のアプリケーションの第１のクラスは、ＣＭＰ終点の決
定である。ＣＭＰ終点決定アプリケーションにおいて
は、研磨される基板表面上の上層膜が除去され、それに
より下層膜または基板膜を露出するとき、極小球状体の
流体核内の特殊薬剤が検出可能な信号を生成するように
設計される。特殊薬剤は下層膜と、または下層膜または
基板膜の露出／除去の結果生じる研磨廃液生成物と反応
し得る。特殊薬剤及び下層は、化合時または反応時に色
変化などの容易に目につく検出可能な変化を提供するよ
うに設計される。例えば特殊薬剤は、例えば窒化ケイ素
の下層の研磨から放出される窒素化合物により活性化さ
れる染料前駆物質を含み得る。或いは、特殊薬剤が下層
により消費または変換され、研磨機の廃液の濃度変化が
終点状態を伝えるために使用される。任意の好適な濃度
モニタが使用され、研磨プロセスの間に測定される所望
の研磨終点パラメータを表す、例えば廃液濃度測定信号
を提供する。廃液濃度信号は次に信号入力７２を介し
て、制御装置６８に入力され、ＣＭＰ研磨終点を制御す
るために使用される。

【００２１】アプリケーションの第２のクラスは、流体
核内の特殊薬剤が、研磨プロセスを好適に変更または増
補する任意の化合物を含む場合に当てはまる。従って、
第２のクラスのアプリケーションは、プロセス向上と見
なされる。マイクロカプセル材の核内で使用される特殊
薬剤は、界面活性剤、酸または塩基、溶媒和物質、湿潤
剤、緩衝剤などの任意の数の化学物質または材料を含
み、これらは研磨表面に配給されると、研磨プロセスの
基本特性を好適に変更する。これらの薬剤によりもたら
される所望の効果の例には、研磨後のスラリ除去の支
援、基板表面電位の変更、研磨速度の向上、研磨選択性
の増加、好ましくない引っかき傷の発生の低減、及び表
面湿潤性の改善が含まれる。これらの効果は、スラリ内
のマイクロカプセル材濃度の適切な操作を通じて、効果
的に調節され得る。

【００２２】アプリケーションの第３のクラスは、ＣＭ
Ｐ診断と称される。ＣＭＰ診断アプリケーションでは、
マイクロカプセル材の中味（すなわち特殊薬剤）の放出
が、実際に研磨パッドと基板表面との間の臨界的な活性
研磨領域に進行するスラリの量に比例することが基本前
提である。放出される特殊薬剤が研磨廃液内で容易に検
出可能であれば、時間的な特殊薬剤濃度がプロセス条件
の関数としてモニタされ得る。例えば光電子倍増管が、
光ルミネセンス材料の濃度をモニタするために使用さ
れ、分光光度計が光薬剤または染料の濃度をモニタする
ために使用される。従って、スラリ分散効率に及ぼすプ
ロセス変数の効果が、特定のＣＭＰプロセスを最適化ま
たは診断するためにモニタされ得る。こうした情報は、
基板表面と研磨パッド間の活性研磨領域内の流体力学層
について学ぶために、有利に使用され得る。この知識
は、研磨速度、均一性、スラリ消費及び分散方法などの
プロセス・パラメータの最適化に適用され得る。

【００２３】アプリケーションの第４のクラスでは、研
磨パッドの調節が、本発明に従い、スラリ内の好適なマ
イクロカプセル材の破断を通じて放出される特殊薬剤に
より達成される。この種のアプリケーションでは、マイ
クロカプセル材特殊薬剤の放出により、それらが研磨パ
ッドの表面において使用可能になる。このことは、次の
いずれかのまたは全ての利点を提供する。特殊薬剤は、
スラリ及び研磨のクズがパッドの細孔をふさぐのを防止
することによりパッドを調節し、パッド繊維のもつれを
防止したり、パッドの研磨効率の低下を防止する。特殊
薬剤とパッドとの相互作用もまた、パッド寿命を伸ば
し、研磨速度を安定化し、基板表面上の好ましくない引
っかき傷などの、研磨欠陥を生じ得る粒子の除去を支援
する。パッドのこの原位置の化学調節は、更に、研磨パ
ッドの交換に関連する非稼働時間を低減することによ
り、及び研磨時間の関数としての研磨速度の正規の低下
を軽減することにより、また他の通常は機械的手段を通
じて行われる研磨パッドの外部調節のために失われる時
間を排除または低減することにより、研磨生産性を改善
し得る。

【００２４】上述のように、一般に、マイクロカプセル
材粒子の調製は公知である。本発明に関連して述べられ
るマイクロカプセルは、マイクロカプセルの製造に携わ
る当業者により様々な方法を通じて製造され得る。１つ
の形成方法が、Greenらにより米国特許第２８００４５
７号などで開示されるコアセルベーションである。該特
許のプロセスは、油小滴をコアセルベーションにより生
成されたゼラチン−ゴム・アラビック・コロイダル材料
の液体壁により被覆する。液体壁が次に、ホルムアルデ
ヒドによる処理により硬化される。

【００２５】マイクロカプセル製造の第２の方法は、Ki
ritaniらによる米国特許第３７９６６６９号（１９７４
年）で開示されている。該特許の方法は幾つかの工程を
含み、第１の壁形成材料としての多価のポリイソシアネ
ートと、油性液内のポリイソシアネートとの反応によ
り、高分子量化合物を生成可能な第２の壁形成材料とを
混合する工程を含む。反応により混合物が形成され、こ
れが極性液体内で乳化されるか或いは分散され、連続相
を形成する。連続相が次に、多価のイソシアネート及び
第２の壁形成材料と反応させられ、油小滴の内側からマ
イクロカプセル壁を形成する。

【００２６】マイクロカプセル製造の第３の好適な方法
は、Shackleらにより米国特許第４１７０４８３号（１
９７９年）で開示されている。該方法は、壁形成化合物
（好適にはヒドロキシプロピルセルロース）と、油溶性
架橋剤との反応を含む。好適なプロセスは、反応ヒドロ
キシル基を含むヒドロキシプロピルセルロース壁形成化
合物を含み、水溶液内の温度上昇に伴い、溶解度が減少
する特徴を有する水溶液を用意する工程を含む。温度が
４５℃以下に維持される間に、水性壁形成化合物が用意
される。ヒドロキシプロピルセルロースの粘性は、４５
℃乃至５２℃の間で減少し、固体のマイクロカプセル壁
の形成を示す。好適な油溶性架橋剤は、多官能性イソシ
アネートである。

【００２７】本発明と共に使用される好適なマイクロカ
プセルのサイズは、約０．０１μｍ乃至１０００μｍで
ある。マイクロカプセルの所望のペイロードは、マイク
ロカプセルの重さの約４５％乃至９５％である。マイク
ロカプセルは様々な中味を含むことができ、それらには
ドライ・クリーニング溶剤、石油スピリット、それらの
溶剤及び溶液、潤滑剤及び潤滑油、金属洗浄剤、防虫
剤、靴墨、家具用クリーム、グリセリンまたは他のグリ
コールを含む風防ガラス霜取り組成物、塗料剥離剤及び
他のクリーナ、Malersonにより米国特許第３６１９８４
２号で教示されるマニキュア液剥離剤及び化粧品などが
含まれる。混合物が同一のカプセル内に含まれることも
可能である。マイクロカプセルの中味を放出する様々な
方法には、光、温度、超音波への露出、加水分解などの
時間経過に伴う減成（degradation）、圧力、溶媒和な
どの化学分解が含まれる。摩擦もまた、マイクロカプセ
ルを破断する手段である。

【００２８】本発明によれば、マイクロカプセルの可能
な中味には、スラリ粒子（シリカ、アルミナなど）、水
酸化カリウム（ＫＯＨ）、酸化剤及び還元剤、テトラメ
チル・アンモニウム水和物（ＴＭＡＨ）、硫酸アルミニ
ウム、水酸化アンモニウム、ｐＨ緩衝剤（水酸化カリウ
ム、水酸化ナトリウムなど）、アミン、イゲパール
（I．G．FarbenindustrieA．G．製の表面活性剤の商品
名）、他のｐＨ緩衝剤、緩衝剤、界面活性剤、及び化学
機械式平坦化にとって有益な他の化学物質が含まれる。
マイクロカプセルはその中味をパッド−ウエハ間界面の
ウエハ表面に配給する目的に有利に役立つ。

【００２９】従って、本発明は上述の目的のために、研
磨スラリ内にマイクロカプセル材粒子を含ませることを
教示する。更に本発明は、シリコン半導体及び集積回路
素子の製造において使用される、様々な材料の基板の研
磨のために有益な特性を授ける薬剤を含む流体中心を有
する、マイクロカプセル材粒子の調整を開示する。更に
本発明は、シリコン・ウエハ及び研磨パッドを含む、通
常の化学機械式研磨プロセスの間に生成される正規のせ
ん断力に晒した結果として、マイクロカプセル材壁の破
断によるマイクロカプセル材の中味の放出を開示する。

【００３０】本発明の主な利点は、研磨スラリ内におい
て両立しない薬剤を安定化する優れた方法を提供するこ
とである。更に本発明は、研磨プロセスの間に、被研磨
基板の表面に直接カプセル薬剤を放出することにより、
研磨プロセスに有益な効果または発展を提供する効率的
な方法を提供する。換言すると、本発明は、研磨媒体と
両立しない所望の薬剤を、被研磨基板の表面に提供する
配給システム及び方法を含む。

【００３１】本発明によれば、研磨スラリが、流体によ
り満たされた直径０．０１μｍ乃至１０００μｍの範囲
の極小球状粒子（すなわちマイクロカプセル）の追加に
より、変更される。研磨スラリ内に含まれる極小球状体
は流体中心を含み、不透過性の外殻を有する。極小球状
体は更に、特定のシリコン半導体ウエハ研磨プロセスに
とって重要な、特殊な特性を有する薬剤を含む。極小球
状体は更に、その流体核に含まれる薬剤を含み、これら
の薬剤は極小球状体の皮膜壁の破断により放出されて、
被研磨基板表面において使用可能になる。１態様では、
マイクロカプセル材壁が、被研磨表面と研磨パッド間の
正規の通常の力により破断され、それによりマイクロカ
プセル材の流体核の中味が放出される。

【００３２】マイクロカプセル材は、研磨プロセスの間
に、極小球状体の流体核内に含まれる所定分量の特殊薬
剤を、被研磨基板の表面に直接配給するために使用され
る。本発明は、薬剤そのものがスラリ媒体内に分散され
る場合に、それらが安定でない若しくは活性でない、ま
たは有用でない状況において、特に有利である。

【００３３】本発明は更に、流体核内に含まれる特殊薬
剤を有するマイクロカプセル材を生成する方法を含む。
特殊薬剤は１度放出されると、被研磨基板、研磨廃液、
研磨パッドまたはスラリと反応し、次のいずれかを達成
する。 ａ）露出されたウエハ面に、表面電位の変化、湿潤性、
または耐引っかき性などの特殊な特性を与え、スラリ粒
子の除去を支援する。 ｂ）プロセスの終点を伝える。 ｃ）染料または他の検出可能な材料を放出し、研磨プロ
セスの特性付けを支援する。 ｄ）研磨速度、研磨均一性などの、研磨プロセスの１つ
以上の測定可能な特徴を向上する。 ｅ）研磨速度を安定化し、パッドの寿命を長くするよう
に、研磨パッドの特性を変更するか、機械式パッド調節
プロセスの必要性を排除する。

【００３４】更に、本発明によれば、マイクロカプセル
化された特殊薬剤が研磨スラリ内に組み込まれ、特殊薬
剤の有益な効果が、スラリ内の極小球状体の濃度を制御
することにより調節される。更に、マイクロカプセル化
された特殊薬剤が研磨スラリまたは媒体内に組み込ま
れ、マイクロカプセル材の破断力が、壁材料及び壁の厚
さの賢明な選択により、調節され得る。特定のマイクロ
カプセル材の特定の壁材料及び壁の厚さが、前述したよ
うに、公知の好適な極小球状体製造プロセスを用いて、
極小球状体製造プロセスの間に調節され得る。

【００３５】図２及び図３を参照すると、本発明によれ
ば、複数のタイプのマイクロカプセル化薬剤が、単一の
研磨媒体内に組み込まれる。すなわち、複数のタイプの
マイクロカプセル化薬剤には、反応剤マイクロカプセル
（図中のＡ）、界面活性剤マイクロカプセル（図中の
Ｂ）、緩衝剤マイクロカプセル（図中のＣ）などが、研
磨パッド６３などの単一の研磨媒体内に含まれる。マイ
クロカプセル化薬剤は研磨媒体内に組み込まれ、マイク
ロカプセルが破断されて、それらのそれぞれの中味が、
パッド調節のために任意の接触方法により放出される。

【００３６】更に図２及び図３を参照すると、本発明の
別の実施例によれば、スラリまたは他の有益な研磨剤の
マイクロカプセルが、研磨パッド６３のマトリックス材
料に直接組み込まれる。研磨パッド・マトリックス材料
は、ブローン（blown）・ポリウレタンなどの任意の好
適な材料を含む。主研磨作用または正規のパッド"調節"
プロセスのいずれかによる研磨パッド６３の侵食は、効
果的にパッド・マトリックスの侵食を生じ、最初にマイ
クロカプセル壁を露出し、次に侵食する。すなわち、マ
イクロカプセルが露出され、次にマイクロカプセル壁が
侵食される。究極的に、研磨作用はマイクロカプセルの
破断を生じ、それにより破断時にウエハ表面または調節
器面に直接接触する領域だけに、マイクロカプセルの中
味を放出する。従って、所望の研磨剤が、研磨されてい
る表面に直接放出される。研磨パッド内へのマイクロカ
プセルの組み込みは、増加した研磨圧力が研磨速度を低
下させる傾向を緩和する。換言すると、マイクロカプセ
ルを組み込んだ研磨パッドを用いて研磨圧力が増加した
場合、研磨速度が効果的に増加される。更に、結果とし
て、研磨速度及び他の所望の特有の研磨結果が有利に改
善され得る（例えば、研磨速度の増加を獲得する）。

【００３７】本発明は、半導体ウエハ研磨材料及びアプ
リケーションにおいて、マイクロカプセルの中味の放出
を制御し、有利に利用するものである。１実施例では、
研磨スラリまたは研磨剤がマイクロカプセル内に組み込
まれる。次に研磨パッドにマイクロカプセルが埋め込ま
れ、或いは含浸される。マイクロカプセルの中味の制御
された放出が研磨パラメータの操作により獲得される。
研磨パラメータには、特定の化学機械式研磨プロセスに
とって適切な、例えば下向きの力、摩擦係数、プラテン
回転スピード、ウエハ・キャリア回転スピードなどが含
まれる。本発明は、ウエハ・キャリアと研磨パッド間に
印加される力（すなわち、研磨されているウエハが一般
的に水平配置の場合の下向きの力）を増加することによ
り、研磨速度を増加する方法を提供する。

【００３８】更に、研磨スラリまたは研磨剤がマイクロ
カプセル内に組み込まれ、研磨パッドにマイクロカプセ
ルが埋め込まれ、または含浸される本発明の実施例によ
れば、半導体ウエハの研磨を垂直配置において可能にす
る。垂直配置においては、研磨されているウエハと研磨
パッドとの間に、横向きの力が印加される。垂直配置の
半導体ウエハの研磨は更に、一般に垂直配置の化学機械
式研磨装置の再設計を可能にする。垂直研磨配置の結
果、貴重な半導体製造床面積がより効率的に、また最適
に使用される。なぜなら、垂直配置は、水平配置の化学
機械式研磨装置よりも少ない床面積を要求するからであ
る。換言すると、垂直配置のＣＭＰ装置のフットプリン
トは、水平配置のＣＭＰ装置のフットプリントよりも少
ないフットプリントを要求する。

【００３９】本発明は、半導体ウエハ研磨アプリケーシ
ョンにおいて、幾つかの利点を提供する。本発明は、ウ
エハと研磨パッド間に印加される力の増加により、研磨
速度の増加を可能にする。本発明は更に、研磨パッドの
マイクロカプセル内に含まれるスラリを除き、研磨スラ
リの外部源の低減または排除を可能にする。本発明は更
に、水平配置の湿式スラリ・システムでは不可能であっ
た垂直研磨表面を含むように、従来の研磨装置の再設計
を可能にする。本発明は更に、特に研磨剤がスラリ媒体
と両立しないまたは非混和性の場合に、研磨処理の間に
他の研磨剤を直接ウエハ若しくはパッド、または調節器
面に配給する方法を提供する。

【００４０】本発明の１態様によれば、スラリ廃棄物が
有利に低減される。スラリ廃棄物の低減は、スラリがス
ラリ・カプセル化パッドから配給され、研磨プロセスの
間に、被研磨表面において直接使用可能になる事実に由
来する。従って、スラリの総供給量に対して、研磨プロ
セスの間に実際に使用される総スラリの割合が、効果的
に増加する（すなわち、効率的に使用される）。標準的
な化学機械式研磨アプリケーションでは、約９５％のス
ラリが通常、浪費される。

【００４１】本発明は更に、マイクロカプセル材の使用
により、他の研磨剤（例えば界面活性剤）と両立するよ
うにされたスラリにより、半導体ウエハのＣＭＰ処理を
可能にする。それにより、より有効なＣＭＰ研磨プロセ
スが生成される。

【００４２】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。

【００４３】（１）化学機械式平坦化装置により化学機
械式研磨プロセスを受けるワークピースに薬剤を配給す
る方法であって、ワークピースに対して化学機械式研磨
プロセスを実行する化学機械式平坦化装置を提供するス
テップと、前記研磨プロセスのためのスラリを提供する
ステップと、研磨パッドを提供するステップと、所望の
薬剤をカプセル化した、薬剤含有マイクロカプセルを提
供するステップと、前記ワークピースを前記スラリ、前
記研磨パッド、及び前記マイクロカプセルの組み合わせ
により研磨するステップと、前記研磨ステップの間に、
研磨パラメータの操作を介して、前記カプセル化薬剤を
制御可能に放出するステップとを含む、方法。 （２）前記薬剤含有マイクロカプセルを提供するステッ
プが、該薬剤含有マイクロカプセルを前記スラリ内に提
供するステップを含む、前記（１）記載の方法。 （３）前記薬剤含有マイクロカプセルを提供するステッ
プが、該薬剤含有マイクロカプセルを前記研磨パッド内
に提供するステップを含む、前記（１）記載の方法。 （４）前記薬剤含有マイクロカプセルを提供するステッ
プが、前記研磨ステップの間に、複数のタイプの所望の
薬剤含有マイクロカプセルを同時に提供するステップを
含む、前記（１）記載の方法。 （５）前記薬剤含有マイクロカプセルを提供するステッ
プが、２部分から成る球状粒子を提供するステップを含
み、該球状粒子の各々が、外殻により覆われた流体中心
を有し、該流体中心が酸、塩基、界面活性剤、極性流
体、無極性流体、化学反応剤、滴定液、希釈剤、緩衝
剤、溶媒、化学溶液、及び任意の他の流体相材料を含む
グループから選択されるいずれかを含む、前記（１）記
載の方法。 （６）前記カプセル化薬剤を制御可能に放出するステッ
プが、前記ワークピースと前記研磨パッドとの間に印加
される研磨力の操作を含む、前記（１）記載の方法。 （７）前記薬剤含有マイクロカプセルを提供するステッ
プが、前記研磨ステップの間に、特定の研磨特性を表す
検出可能な状態を提供する所望の薬剤を提供するステッ
プを含む、前記（１）記載の方法。 （８）前記特定の研磨特性を表す前記検出可能な状態の
検出に応答して、前記研磨ステップを制御するステップ
を含む、前記（７）記載の方法。 （９）前記所望の薬剤が、研磨される前記ワークピース
表面上の上層膜が除去されるときに露出される下層と反
応し、前記反応が研磨の終点を検出するのに有用な状態
を提供する、前記（７）記載の方法。 （１０）前記所望の薬剤が、研磨される前記ワークピー
ス表面上の上層膜が除去されるときに露出される、下層
の表面の研磨から生じる研磨廃液と反応し、前記反応が
研磨の終点を検出するのに有用な状態を提供する、前記
（７）記載の方法。 （１１）前記所望の薬剤が、診断アプリケーションに有
用な検出可能な状態を提供するために選択され、前記マ
イクロカプセルからの前記薬剤の時間的放出が、前記研
磨パッドと前記ワークピース表面との間の活性な研磨領
域に実際に供給される前記スラリの量に比例する、前記
（７）記載の方法。 （１２）前記薬剤含有マイクロカプセルを提供するステ
ップが、前記研磨ステップを適切な態様に変更及び改良
する薬剤を提供するステップを含み、前記研磨ステップ
の前記変更及び改良が、前記薬剤含有マイクロカプセル
の適切な操作を通じて有効に調節される、前記（１）記
載の方法。 （１３）前記薬剤含有マイクロカプセルを提供するステ
ップが、シリカ及びアルミナ、水酸化カリウム（ＫＯ
Ｈ）、酸化剤、還元剤、テトラメチル・アンモニウム水
和物（ＴＭＡＨ）、硫酸アルミニウム、水酸化アンモニ
ウム、水酸化カリウム及び水酸化ナトリウムを含むｐＨ
緩衝剤、アミン、イゲパール、他のｐＨ緩衝剤、緩衝
剤、界面活性剤、及び化学機械式平坦化にとって有益な
他の化学物質を含む、スラリ粒子から成るグループから
選択される薬剤を提供するステップを含む、前記（１）
記載の方法。 （１４）化学機械式研磨プロセスを受けるワークピース
に薬剤を配給可能な化学機械式平坦化装置であって、ワ
ークピースに対して化学機械式研磨プロセスを実行する
化学機械式平坦化装置と、研磨プロセスの間にスラリを
提供する手段と、研磨パッドと、所望の薬剤をカプセル
化した薬剤含有マイクロカプセルを提供する手段と、研
磨パラメータを操作する手段とを含み、前記ワークピー
スが前記スラリ、前記研磨パッド、及び前記マイクロカ
プセルの組み合わせにより研磨され、前記カプセル化薬
剤が前記ワークピースの研磨の間に、前記研磨パラメー
タの操作を介して制御可能に放出される、装置。 （１５）前記薬剤含有マイクロカプセルを提供する手段
が前記スラリを含み、該スラリが前記薬剤含有マイクロ
カプセルを含む、前記（１４）記載の装置。 （１６）前記薬剤含有マイクロカプセルを提供する手段
が前記研磨パッドを含み、該研磨パッドが前記薬剤含有
マイクロカプセルを埋め込まれる、前記（１４）記載の
装置。 （１７）前記薬剤含有マイクロカプセルを提供する手段
が、研磨の間に、特定の研磨特性を表す検出可能な状態
を提供する所望の薬剤を提供し、前記装置が、前記特定
の研磨特性を表す前記検出可能な状態の検出に応答し
て、前記ワークピースの研磨を制御する手段を含む、前
記（１４）記載の装置。 （１８）前記所望の薬剤が、研磨される前記ワークピー
ス表面上の上層膜が除去されるときに露出される下層と
反応し、前記制御手段が、前記所望の薬剤と露出された
前記下層との反応の発生の検出に応答して、研磨の終点
を制御する、前記（１７）記載の装置。 （１９）前記所望の薬剤が、研磨される前記ワークピー
ス表面上の上層膜が除去されるときに露出される下層の
表面の研磨から生じる研磨廃液と反応し、前記制御手段
が、前記所望の薬剤と前記研磨廃液との反応の発生の検
出に応答して、研磨の終点を制御する、前記（１７）記
載の装置。 （２０）化学機械式研磨プロセスを受けるワークピース
に薬剤を配給する方法であって、平坦化されるワークピ
ースを受け取るのに好適であり、化学機械式研磨プロセ
スを実行する化学機械式平坦化装置を提供するステップ
と、化学薬剤を含む化学薬剤含有マイクロカプセルを有
するスラリを提供するステップと、前記ワークピースを
前記スラリにより研磨するステップとを含み、研磨パラ
メータの操作が前記マイクロカプセルの破断を生じ、そ
れにより前記化学薬剤を前記ワークピースに配給する、
方法。 （２１）前記研磨パラメータが、前記ワークピースと研
磨パッド間の可変の下向きの力の使用を含む、前記（２
０）記載の方法。 （２２）半導体ウエハの化学機械式研磨速度を増加する
方法であって、マイクロカプセル内に研磨流体を組み込
むステップと、前記マイクロカプセルを、標準のＣＭＰ
装置のウエハ表面と研磨プラテンとの間に配置される媒
体内に組み込むステップと、研磨の間に研磨パラメータ
の操作を介して、前記マイクロカプセル内の前記流体
を、前記ウエハ表面と研磨パッド表面との間に配置され
るスラリ内に放出させるステップとを含む、方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法及び装置に従い使用される化学機
械式平坦化（ＣＭＰ）装置の構成図である。

【図２】本発明に従い、特殊な薬剤含有マイクロカプセ
ルが組み込まれた研磨パッドを示す図である。

【図３】本発明に従う、露出された特殊な薬剤含有マイ
クロカプセルの破断を示す図である。

【符号の説明】

５０ 化学機械式平坦化装置 ５２ ウエハ・キャリア ５４ 半導体ウエハ ５６ ウエハ・キャリア駆動モータ ５６ｓ、６４ｓ 信号線 ６０ ウエハ・キャリア・パッド ６２ 研磨プラテン ６３ 研磨パッド ６４ プラテン駆動モータ ６６ 導管 ６８ 制御装置 ６９ 機械アーム ７２ 入力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリフォード・オーウェン・モーガン アメリカ合衆国05401、バーモント州バー リントン、ユニバーシティ・テラス 60 (72)発明者 マシュー・ジェレミー・ラット アメリカ合衆国05468、バーモント州ミル トン、エルマー・プレース 23 (72)発明者 エリック・ジィ・ウォルトン アメリカ合衆国05403、サウス・バーリン トン、バトラー・ドライブ 14 (72)発明者 テレンス・モンテ・ライト アメリカ合衆国05495、バーモント州ウィ リストン、レフェブレ・レーン ３

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】化学機械式平坦化装置により化学機械式研
   磨プロセスを受けるワークピースに薬剤を配給する方法
   であって、 ワークピースに対して化学機械式研磨プロセスを実行す
   る化学機械式平坦化装置を提供するステップと、 前記研磨プロセスのためのスラリを提供するステップ
   と、 研磨パッドを提供するステップと、 所望の薬剤をカプセル化した、薬剤含有マイクロカプセ
   ルを提供するステップと、 前記ワークピースを前記スラリ、前記研磨パッド、及び
   前記マイクロカプセルの組み合わせにより研磨するステ
   ップと、 前記研磨ステップの間に、研磨パラメータの操作を介し
   て、前記カプセル化薬剤を制御可能に放出するステップ
   とを含む、方法。
2. 【請求項２】前記薬剤含有マイクロカプセルを提供する
   ステップが、該薬剤含有マイクロカプセルを前記スラリ
   内に提供するステップを含む、 請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】前記薬剤含有マイクロカプセルを提供する
   ステップが、該薬剤含有マイクロカプセルを前記研磨パ
   ッド内に提供するステップを含む、 請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】前記薬剤含有マイクロカプセルを提供する
   ステップが、前記研磨ステップの間に、複数のタイプの
   所望の薬剤含有マイクロカプセルを同時に提供するステ
   ップを含む、 請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】前記薬剤含有マイクロカプセルを提供する
   ステップが、２部分から成る球状粒子を提供するステッ
   プを含み、該球状粒子の各々が、外殻により覆われた流
   体中心を有し、該流体中心が酸、塩基、界面活性剤、極
   性流体、無極性流体、化学反応剤、滴定液、希釈剤、緩
   衝剤、溶媒、化学溶液、及び任意の他の流体相材料を含
   むグループから選択されるいずれかを含む、 請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】前記カプセル化薬剤を制御可能に放出する
   ステップが、前記ワークピースと前記研磨パッドとの間
   に印加される研磨力の操作を含む、 請求項１記載の方法。
7. 【請求項７】前記薬剤含有マイクロカプセルを提供する
   ステップが、前記研磨ステップの間に、特定の研磨特性
   を表す検出可能な状態を提供する所望の薬剤を提供する
   ステップを含む、 請求項１記載の方法。
8. 【請求項８】前記特定の研磨特性を表す前記検出可能な
   状態の検出に応答して、前記研磨ステップを制御するス
   テップを含む、 請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】前記所望の薬剤が、研磨される前記ワーク
   ピース表面上の上層膜が除去されるときに露出される下
   層と反応し、前記反応が研磨の終点を検出するのに有用
   な状態を提供する、 請求項７記載の方法。
10. 【請求項１０】前記所望の薬剤が、研磨される前記ワー
    クピース表面上の上層膜が除去されるときに露出され
    る、下層の表面の研磨から生じる研磨廃液と反応し、前
    記反応が研磨の終点を検出するのに有用な状態を提供す
    る、 請求項７記載の方法。
11. 【請求項１１】前記所望の薬剤が、診断アプリケーショ
    ンに有用な検出可能な状態を提供するために選択され、
    前記マイクロカプセルからの前記薬剤の時間的放出が、
    前記研磨パッドと前記ワークピース表面との間の活性な
    研磨領域に実際に供給される前記スラリの量に比例す
    る、 請求項７記載の方法。
12. 【請求項１２】前記薬剤含有マイクロカプセルを提供す
    るステップが、前記研磨ステップを適切な態様に変更及
    び改良する薬剤を提供するステップを含み、前記研磨ス
    テップの前記変更及び改良が、前記薬剤含有マイクロカ
    プセルの適切な操作を通じて有効に調節される、 請求項１記載の方法。
13. 【請求項１３】前記薬剤含有マイクロカプセルを提供す
    るステップが、シリカ及びアルミナ、水酸化カリウム
    （ＫＯＨ）、酸化剤、還元剤、テトラメチル・アンモニ
    ウム水和物（ＴＭＡＨ）、硫酸アルミニウム、水酸化ア
    ンモニウム、水酸化カリウム及び水酸化ナトリウムを含
    むｐＨ緩衝剤、アミン、イゲパール、他のｐＨ緩衝剤、
    緩衝剤、界面活性剤、及び化学機械式平坦化にとって有
    益な他の化学物質を含む、スラリ粒子から成るグループ
    から選択される薬剤を提供するステップを含む、 請求項１記載の方法。
14. 【請求項１４】化学機械式研磨プロセスを受けるワーク
    ピースに薬剤を配給可能な化学機械式平坦化装置であっ
    て、 ワークピースに対して化学機械式研磨プロセスを実行す
    る化学機械式平坦化装置と、 研磨プロセスの間にスラリを提供する手段と、 研磨パッドと、 所望の薬剤をカプセル化した薬剤含有マイクロカプセル
    を提供する手段と、 研磨パラメータを操作する手段とを含み、前記ワークピ
    ースが前記スラリ、前記研磨パッド、及び前記マイクロ
    カプセルの組み合わせにより研磨され、前記カプセル化
    薬剤が前記ワークピースの研磨の間に、前記研磨パラメ
    ータの操作を介して制御可能に放出される、装置。
15. 【請求項１５】前記薬剤含有マイクロカプセルを提供す
    る手段が前記スラリを含み、該スラリが前記薬剤含有マ
    イクロカプセルを含む、 請求項１４記載の装置。
16. 【請求項１６】前記薬剤含有マイクロカプセルを提供す
    る手段が前記研磨パッドを含み、該研磨パッドが前記薬
    剤含有マイクロカプセルを埋め込まれる、 請求項１４記載の装置。
17. 【請求項１７】前記薬剤含有マイクロカプセルを提供す
    る手段が、研磨の間に、特定の研磨特性を表す検出可能
    な状態を提供する所望の薬剤を提供し、 前記装置が、前記特定の研磨特性を表す前記検出可能な
    状態の検出に応答して、前記ワークピースの研磨を制御
    する手段を含む、 請求項１４記載の装置。
18. 【請求項１８】前記所望の薬剤が、研磨される前記ワー
    クピース表面上の上層膜が除去されるときに露出される
    下層と反応し、 前記制御手段が、前記所望の薬剤と露出された前記下層
    との反応の発生の検出に応答して、研磨の終点を制御す
    る、 請求項１７記載の装置。
19. 【請求項１９】前記所望の薬剤が、研磨される前記ワー
    クピース表面上の上層膜が除去されるときに露出される
    下層の表面の研磨から生じる研磨廃液と反応し、 前記制御手段が、前記所望の薬剤と前記研磨廃液との反
    応の発生の検出に応答して、研磨の終点を制御する、 請求項１７記載の装置。
20. 【請求項２０】化学機械式研磨プロセスを受けるワーク
    ピースに薬剤を配給する方法であって、 平坦化されるワークピースを受け取るのに好適であり、
    化学機械式研磨プロセスを実行する化学機械式平坦化装
    置を提供するステップと、 化学薬剤を含む化学薬剤含有マイクロカプセルを有する
    スラリを提供するステップと、 前記ワークピースを前記スラリにより研磨するステップ
    とを含み、研磨パラメータの操作が前記マイクロカプセ
    ルの破断を生じ、それにより前記化学薬剤を前記ワーク
    ピースに配給する、方法。
21. 【請求項２１】前記研磨パラメータが、前記ワークピー
    スと研磨パッド間の可変の下向きの力の使用を含む、請
    求項２０記載の方法。
22. 【請求項２２】半導体ウエハの化学機械式研磨速度を増
    加する方法であって、 マイクロカプセル内に研磨流体を組み込むステップと、 前記マイクロカプセルを、標準のＣＭＰ装置のウエハ表
    面と研磨プラテンとの間に配置される媒体内に組み込む
    ステップと、 研磨の間に研磨パラメータの操作を介して、前記マイク
    ロカプセル内の前記流体を、前記ウエハ表面と研磨パッ
    ド表面との間に配置されるスラリ内に放出させるステッ
    プとを含む、方法。