JP2000317823A - 移動研磨シートを用いたケミカルメカニカルポリシング - Google Patents
移動研磨シートを用いたケミカルメカニカルポリシングInfo
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Abstract
シング装置を提供する。 【解決手段】 このケミカルメカニカルポリシング装置
は、プラテンと、第1リールと第2リール間に延在し、
基板よりも幅が広い研磨シートと、第1および第2リー
ルの少なくとも一方を駆動して研磨中に研磨シートをプ
ラテンの上面を横切って直線方向に動かすモータとを有
している。第1リールから第2リールへの研磨シートの
移動と第2リールから第1リールへの研磨シートの移動
を切り換えるために、研磨シートは反対方向に交互に駆
動される。
Description
研磨する装置および方法に関し、特に、移動研磨シート
を使用する装置および方法に関する。
たは絶縁層をシリコンウェーハ上に逐次堆積させること
によって基板上に形成される。一つの製造工程は、パタ
ーン加工されたストップ層の上に充填層を堆積させるス
テップと、そのストップ層が露出されるまで充填層を平
坦化するステップを含んでいる。例えば、絶縁層のトレ
ンチやホールは導電層で充填される。平坦化の後、絶縁
層の盛り上がったパターンの間に残された導電層の部分
が、基板上の薄膜回路間の導電経路を提供するバイア、
プラグおよびラインを形成する。
は、認知された平坦化方法の一つである。この平坦化方
法では、通常、基板をキャリヤまたは研磨ヘッド上に取
り付ける必要がある。基板の露出面は、回転研磨パッド
に接するように配置される。研磨パッドは、「標準」パ
ッドであってもよいし、固定研削性パッドであってもよ
い。標準パッドが耐久性の粗面を持つのに対して、固定
研削性パッドは、封入媒体内に保持された研磨粒子を持
つ。キャリヤヘッドは、制御可能な荷重、すなわち圧力
を基板に付与し、基板を研磨パッドに押し付ける。少な
くとも一つの化学反応剤と、研磨粒子(標準パッドを使
用する場合)とを含む研磨スラリが研磨パッドの表面に
供給される。
を提供するばかりでなく、仕上げられて(小規模の粗さ
がない)、平らな(大規模のトポロジーがない)基板表
面も提供する。研磨速度、仕上げおよび平坦度は、パッ
ドとスラリの組合せ、基板およびパッド間の相対速度、
ならびに基板をパッドに押し付ける力によって決定され
る。研磨速度は、層を研磨するのに要する時間を決め、
結果的にCMP装置の最大スループットを決める。
換する必要がある。固定研削性パッドでは、基板が封入
媒体を磨耗させて、埋め込まれた研磨粒子を露出させ
る。このため、固定研削性パッドは研磨プロセスによっ
て徐々に消費される。充分な回数の研磨作業を行うと、
固定研削性パッドを交換する必要が生じる。標準パッド
では、基板が熱的かつ機械的に研磨パッドに損傷を与
え、パッドの表面を円滑化し、研磨性を低下させる。従
って、標準パッドは、定期的に「調整」して、表面に粗
いテクスチャを回復させなければならない。充分な回数
の調整作業を行うと(例えば、300〜400回)、調
整プロセスがパッドを消耗させるか、パッドが適切に調
整できなくなる。従って、パッドを交換しなければなら
ない。
する一つの問題は、研磨パッドを交換する場合の難しさ
である。研磨パッドは、プラテンの表面に接着剤で取り
付けられることがある。その研磨パッドをプラテン表面
から引き剥がすには、大きな物理的作業を要することが
多い。この後、接着剤を削ぎ落としたり溶剤で洗ってプ
ラテン表面から除去しなければならない。次に、新しい
研磨パッドを、プラテンの清浄な表面に接着することが
できる。これが行われている間、プラテンは基板のポリ
シングに利用できないので、その結果、ポリシングスル
ープットが減少する。
は、回転プラテンと、基板を研磨するために前記プラテ
ンの上面の上で延在した露出部分を有する略直線状の研
磨シートと、前記研磨シートを前記プラテンの上面を横
切って直線方向にインクレメンタルに給送する駆動機構
とを有するケミカルメカニカルポリシング装置に関す
る。研磨シートは、プラテンと共に回転するようにプラ
テンに解放可能に固定され、基板の直径より大きな幅を
有している。
てもよい。研磨シートの未使用部分は送りローラに巻き
付けられてもよく、研磨シートの使用済み部分は巻取り
ローラに巻き付けられてもよい。駆動機構は、研磨シー
トの未使用部分のセグメントを送りローラから巻き戻
し、研磨シートの露出部分のセグメントを巻取りローラ
に巻き付けることによって、研磨シートをインクレメン
タルに給送してもよい。送りローラと巻取りローラは、
プラテンに回転自在に連結してもよい。研磨シートの未
使用部分の汚染を防止するためにガードを設けてもよ
い。このガードは、送りローラの付近に配置されたフレ
ームを含んでいてもよく、このフレームは、隙間を形成
するように研磨シートの上方につり下げされていてもよ
い。ガードは、この隙間を通るようにガスを方向付ける
加圧ガスソースを更に含んでいてもよい。
テーナに(例えば、リテーナの開口部を通ってローラの
受け凹部内に延在するピンによって)回転自在に連結し
てもよい。第2ローラを付勢して第1方向に回転させる
とともに研磨シートをプラテンの上面を横切って引っ張
るようにバネを配置してもよい。ラチェットが第1ロー
ラに連結されるギヤと係合して第1ローラの回転を防ぐ
ことにより、研磨シートがプラテンの上面を横切って移
動しないようにしてもよい。エスケープクラッチを作動
させてラチェットとギヤとの係合を解除することによ
り、第1ローラを回転できるようにしてもよい。ラチェ
ットおよびギヤは、エスケープクラッチの作動によって
第1ローラが所定の増分量だけ回転できるように構成し
てもよい。空気圧ラインがエスケープクラッチに連結さ
れていて、エスケープクラッチが空気圧ラインに圧力を
加えることによって作動するようになっていてもよい。
スリップクラッチを第2ローラに連結して、第2ローラ
が第1方向と反対の第2方向に回転しないようにしても
よい。第1および第2ローラはプラテンの上面の下方に
配置してもよい。
もよい。チャンネルをプラテン内に形成して、研磨シー
トをプラテンに真空チャックしてもよい。このチャンネ
ルは、プラテンのエッジに沿って延びていてもよい。プ
ラテンの上面は、略方形の形状を有していてもよい。研
磨シート中に透明領域を形成してもよく、プラテンがそ
の透明領域に位置合せされた開口部を含んでいてもよ
い。光学モニタリングシステムは、光が開口部および透
明領域を通って基板に当たるように光を方向付けてもよ
い。研磨シートは、固定研削性研磨材でも非固定研削性
研磨材でもよい。キャリヤヘッドが基板を保持し、キャ
リヤヘッド駆動モータがキャリヤヘッドを回転させても
よい。
ーションと、その複数の研磨ステーションの上で複数の
研磨ヘッドを支持するカルーセルと、を有するケミカル
メカニカルポリシング装置に関する。各研磨ステーショ
ンは、円形プラテンか方形プラテンのいずれかを受け入
れることができる回転プラテンベースと、研磨シートを
直線方向にインクレメンタルに給送する駆動機構と、を
含んでいる。
数の研磨ステーションは、第1プラテン、固定研削性研
磨シート、および固定研削性研磨シートを第1プラテン
の上面を横切ってインクレメンタルに給送する直線駆動
機構を有する第1研磨ステーションと、第2プラテンお
よび第2プラテンに接着されバフ作業に適している研磨
シートを有する第2研磨ステーションと、を含んでいて
もよい。
カルポリシング方法に関する。この方法では、回転プラ
テンの上面の上で延在する略直線状の研磨シートに基板
を接触させる。研磨シートは基板の直径より大きな幅を
持つ。研磨シートはプラテンに解放可能に固定され、研
磨シートを回転させて基板および研磨シート間の相対運
動を形成するようにプラテンが回転させられる。研磨ス
テップが完了した後、研磨シートはプラテンから解放さ
れ、プラテンの上面を横切って直線方向にインクレメン
タルに給送される。
てもよい。研磨シートは、プラテンに真空チャックされ
てもよい。研磨シートの未使用部分が送りローラから巻
き戻され、研磨シートの使用済み部分が巻取りローラに
巻き付けられてもよい。基板はキャリヤヘッドと共に回
転させられてもよい。
リールおよび第2リール間に延在する研磨シートと、第
1および第2リールの少なくとも一方を駆動して研磨時
に研磨シートをプラテンの上面を横切って直線方向に移
動させるモータと、を有するケミカルメカニカルポリシ
ング装置に関する。研磨シートは研磨される基板の直径
よりも大きな幅を持つとともに、基板を研磨するために
プラテンの上面の上で延在する部分を有している。
てもよい。モータは第1および第2リールを第1方向に
駆動して、研磨シートを第1リールから第2リールに搬
送するとともに、第1および第2リールを第2方向に駆
動して研磨シートを第2リールから第1リールへ搬送し
てもよい。コントローラは、モータに第1および第2リ
ールの第1方向への駆動と第2方向への駆動を交互に行
わせてもよい。コントローラは、第1および第2リール
の一方がほとんど空になったときにモータを減速させる
ように構成されていてもよい。また、コントローラは、
研磨シートが所望の速度(例えば、約1メートル/秒)
で移動するようになるまでモータを加速させるように構
成されていてもよい。プラテンは、プラテンの上面に流
体を供給して研磨シートおよびプラテン間に流体軸受を
形成する複数の通路を含んでいてもよい。流体ソース
は、その複数の通路に連通されていてもよい。アクチュ
エータは、プラテン(これは、略方形の形状を有してい
てもよい)を研磨シートへ向かう方向および研磨シート
から離れる方向に移動させてもよい。回転キャリヤヘッ
ドが基板を保持してもよい。フレームおよび複数のリテ
ーナが第1および第2リールをフレームに固定してもよ
い。研磨シートは、固定研削性研磨材からなる略直線状
のストリップであってもよい。
ローラ、第2ローラ、第1および第2ローラ間に延在す
る略直線状の研磨シート、ならびに第1および第2ロー
ラの少なくとも一方を駆動して研磨シートを第1および
第2ローラ間に移動させ、研磨シートをプラテンの上面
を横切って直線方向に移動させるモータを有するケミカ
ルメカニカルポリシング装置に関する。研磨シートは、
研磨される基板の直径よりも大きな幅を有する。研磨シ
ートは、第1ローラに巻かれた第1部分、第2ローラに
巻かれた第2部分、および基板を研磨するためにプラテ
ンの上面の上で延在する第3部分を有している。
ローラ、第2ローラ、第1および第2ローラ間に延在す
る研磨シート、第1および第2ローラを駆動して研磨シ
ートをプラテンの上面を横切って移動させるモータ、な
らびに基板の研磨中にモータに研磨シートの第1方向へ
の駆動と第2の反対方向への駆動とを交互に行わせるコ
ントローラを有するケミカルメカニカルポリシング装置
に関する。研磨シートは、研磨される基板の直径よりも
大きな幅を有し、基板を研磨するためにプラテンの上面
の上で延在する部分を有している。
び第2リール間に延在する研磨シートに基板が接触させ
られ、研磨時に研磨シートをプラテンの上面を横切って
直線方向に移動させるように第1および第2リールが駆
動されるケミカルメカニカルポリシング方法に関する。
研磨シートは、研磨される基板の直径よりも大きな幅を
有している。
てもよい。第1および第2リールは、第1リールから第
2リールへ研磨シートを移動させるための第1方向への
駆動と、第2リールから第1リールへ研磨シートを移動
させるための第2方向への駆動を交互に行ってもよい。
第1および第2リールは、第1および第2リールの一方
がほとんど空になる時に減速してもよい。第1および第
2リールは、研磨シートが所望の速度(例えば、約1メ
ートル/秒)で移動するようになるまで加速してもよ
い。流体をプラテンの上面および研磨シート間に注入し
てその間に流体軸受を形成してもよい。プラテンを垂直
方向に動かして、基板に対する研磨シートの圧力を調節
してもよい。基板を回転させてもよい。研磨シートは、
固定研削性研磨材とすることができる。流体が研磨シー
トの孔を通って基板の表面および研磨シート間に注入さ
れてもよい。
移動可能な第1研磨シートと、第2直線方向に移動可能
な第2研磨シートと、を有するケミカルメカニカル装置
に関する。第1および第2研磨シートは、研磨時に基板
の表面に接触するように平行かつ同一平面に配置され
る。
てもよい。第1および第2直線方向は平行であってもよ
く、同一方向でも反対方向でもよい。第1および第2研
磨シートは、第1ローラおよび第2ローラ間に延在して
もよい。第1モータは第1ローラを回転させて第1およ
び第2研磨シートを一方向に駆動し、第2モータは第2
ローラを回転させて第1および第2研磨シートを別の反
対方向に駆動してもよい。第1研磨シートは第1ローラ
および第2ローラ間に延在してもよく、第2研磨シート
は第3ローラおよび第4ローラ間に延在してもよい。第
1および第3ローラが回転式に連結されていてもよく、
第2および第4ローラが回転式に連結されていてもよ
い。第1モータは第1および第3ローラを回転させて第
1および第2研磨シートを一方向に駆動してもよく、第
2モータは第2および第4ローラを回転させて第1およ
び第2研磨シートを前記一方向と反対の別の方向に駆動
してもよい。キャリヤヘッドは、基板の表面を第1およ
び第2研磨シートと接触するように配置してもよい。第
1および第2研磨シートはそれぞれ、基板を研磨するた
めにプラテンの上面の上で延在する部分を有していても
よい。プラテンが回転自在でなく、駆動システムが基板
の研磨中に第1および第2研磨シートを移動させるよう
になっていてもよい。プラテンが回転自在で、第1およ
び第2研磨シートをプラテンに固定して研磨中にプラテ
ンと共に回転させてもよい。駆動システムは、第1およ
び第2研磨シートを各研磨作業の合間にインクレメンタ
ルに動かしてもよい。第3研磨シートは、第1および第
2研磨シートと実質的に平行かつ同一平面に配置しても
よい。光学モニタリングシステムは、研磨中に光線(例
えば、レーザー光線)を第1および第2研磨シート間の
隙間を通って基板に当たるように方向付けてもよい。
移動可能な第1研磨シート、第2直線方向に移動可能な
第2研磨シート、および第3直線方向に移動可能な第3
研磨シートを有するケミカルメカニカルポリシング装置
に関する。第1、第2および第3研磨シートは、研磨中
に基板の表面と接触するように平行かつ同一平面に配置
される。
てもよい。第1および第3方向が同一方向で、第2方向
が第1方向と反対の方向であってもよい。第1、第2お
よび第3研磨シートはそれぞれ、基板を研磨するために
プラテンの上面の上で延在する部分を有していてもよ
い。プラテンが回転自在でなく、駆動システムが基板の
研磨中に第1、第2および第3研磨シートを移動させて
もよい。あるいは、プラテンが回転自在で、第1、第2
および第3研磨シートをプラテンに固定して研磨中にプ
ラテンと共に回転するようにしてもよい。駆動システム
は、第1、第2および第3研磨シートを各研磨作業の合
間にインクレメンタルに移動させてもよい。
び第2ローラ間に延在する第1研磨シートと、第3ロー
ラおよび第4ローラ間に延在する第2研磨シートと、を
有するケミカルメカニカルポリシング装置に関する。第
1および第2研磨シートは、研磨中に基板の表面に接触
するように平行かつ同一平面に配置される。
てもよい。第1対のモータは第1研磨シートを基板と相
対的に移動させてもよく、第2対のモータは第2研磨シ
ートを基板と相対的に移動させてもよい。第1対のモー
タの一方のモータが第1研磨シートを第1の方向に駆動
させてもよく、第2対のモータの一方のモータが第2研
磨シートを第2の方向に駆動させてもよい。第1および
第2方向は同一方向でも反対方向でもよい。第1対のモ
ータのもう一方のモータが第1研磨シートを第1方向と
反対の方向に駆動させてもよく、第2対のモータのもう
一方のモータが第2研磨シートを第2方向と反対の方向
に駆動させてもよい。第3研磨シートは、第5ローラお
よび第6ローラ間に延在してもよい。第3研磨シート
は、第1および第2研磨シートと実質的に平行かつ同一
平面に配置してもよい。第1駆動システムが第1および
第3研磨シートを第1方向に移動させ、第2駆動システ
ムが第2研磨シートを第2の反対方向に移動させてもよ
い。
研磨中に複数の研磨面に接触して基板を保持するキャリ
ヤヘッド、および複数の研磨面を移動させる駆動システ
ムを有するケミカルメカニカルポリシング装置に関す
る。各研磨面は基板に対する摩擦力を形成し、複数の研
磨面は、基板に対する摩擦力が実質的に相殺するように
配置されて駆動される。
面に配置された複数の研磨シートに基板が接触させら
れ、複数の研磨シートがプラテンの上面を横切って直線
的に駆動させられて基板が研磨されるケミカルメカニカ
ルポリシング方法に関する。
てもよい。基板は回転してもよい。研磨シートの一方を
第1方向に駆動し、研磨シートのもう一方を第2の反対
方向に駆動してもよい。また、研磨シートを同一方向に
駆動してもよい。
上面の上で平行かつ同一平面に配置された複数の研磨シ
ートの少なくとも一つに基板を接触させ、複数の研磨シ
ートを回転させるようにプラテンを回転させて、基板が
複数の研磨シートを横切って掃引するようにし、研磨シ
ートが各研磨作業の合間にプラテンの上面を横切ってイ
ンクレメンタルにかつ直線的に動かされるケミカルメカ
ニカルポリシング方法に関する。
てもよい。基板は、回転するとともに横方向に振動して
もよい。複数の研磨シートは、二つまたは三つの隣接す
る研磨シートを含んでいてもよい。
磨面と接触させ、複数の研磨面を移動させて基板を研磨
するようにしたケミカルメカニカルポリシング方法に関
する。各研磨面は基板に対する横方向摩擦力を形成し、
これらの研磨面は、基板に対するこれらの摩擦力が実質
的に相殺するように配置されて動かされる。
てもよい。基板に対する摩擦力は、基板上に正味の横方
向力が実質的に存在しないように実質的に相殺してもよ
い。複数の研磨シートは、第1研磨シート、第2研磨シ
ート、および第1および第2研磨シート間に配置された
第3研磨シートを含んでいてもよい。第1および第2研
磨シートが第1方向に移動し、第3研磨シートが第1方
向に反対の第2方向に移動してもよい。
る。研磨パッドを交換することなく、より多数の基板を
研磨できるので、CMP装置の休止時間を削減するとと
もに、スループットを増加させることができる。給送可
能な固定研削性研磨材からなるシートを研磨カートリッ
ジ内に設置することができる。研磨カートリッジをプラ
テンから取り外して交換するのは容易である。円形プラ
テンか方形プラテン(これに研磨カートリッジが取り付
けられる)のいずれかをCMP装置の各研磨ステーショ
ンに取り付けることができる。研磨装置は、固定研削性
研磨材に関連した利点を得る。回転キャリヤヘッドを使
用することで、基板を回転研磨シートに押し付けること
ができる。基板に対する横方向摩擦力を低減できるの
で、保持リングに対する基板の負荷を減少させて、研磨
の均一性を高めることができる。基板に対する研磨シー
トの剛性は、研磨シート材料とは独立に調節することが
できる。
求の範囲を含む下記の説明から明らかになるであろう。
に、一枚以上の基板10がケミカルメカニカルポリシン
グ装置20によって研磨される。同様の研磨装置は、米
国特許第5,738,574号に記載されている。この
特許公報の開示の全体は、引用によって本明細書に組み
込まれている。研磨装置20は、一連の研磨ステーショ
ンを支えるテーブルトップ23を有する機械ベース22
を含んでおり、研磨ステーションは、第1研磨ステーシ
ョン25a、第2研磨ステーション25bおよび最終研
磨ステーション25cと、搬送ステーション27とを含
んでいる。搬送ステーション27は、多数の機能を果た
す。この機能には、ローディング装置(図示せず)から
個々の基板10を受け取る機能、基板を洗浄する機能、
基板をキャリヤヘッドに装填する機能、基板をキャリヤ
ヘッドから受け取る機能、基板を再び洗浄する機能、そ
して最後に、基板をローディング装置に搬送して戻す機
能が含まれる。
でいる。研磨ステーションの少なくとも一つ、例えば第
1ステーション25aは、回転自在な方形プラテン10
0に取り付けられた研磨カートリッジ102を含んでい
る。研磨カートリッジ102は、固定研削性研磨材から
なる直線給送式シートまたはベルトを含んでいる。残り
の研磨ステーション、例えば第2研磨ステーション25
bおよび最終研磨ステーション25cは、それぞれ「標
準」研磨パッドを含んでいてもよく、これらは円形プラ
テン30にそれぞれ接着される。各プラテンは、30〜
200rpmでプラテンを回転させるプラテン駆動モー
タ(図示せず)に連結することができる。ただし、これ
より高いまたは低い回転速度を使用することもできる。
基板10が直径「8インチ」(200mm)のディスク
と仮定すると、方形プラテン100は一辺が約20イン
チとなり、円形プラテン30と研磨パッド32、34は
直径が約30インチになる。
25cは、対応する研磨面の上方に突出する複合スラリ
/リンスアーム52も含んでいる。各スラリ/リンスア
ーム52は、研磨液、スラリ、または洗浄液を研磨パッ
ドの表面に供給するための二つ以上のスラリ供給チュー
ブを含んでいてもよい。例えば、第1研磨ステーション
25aで固定研削性研磨シートに供給される研磨液は研
磨粒子を含まないが、第2研磨ステーション25bで標
準研磨パッドに供給されるスラリは研磨粒子を含むこと
になる。最終研磨ステーション25cがバフ作業のため
に使用される場合、そのステーションで研磨パッドに供
給される研磨液は研磨粒子を含まないことになる。通
常、研磨パッド全体を覆って濡らすために充分な液体が
供給される。各スラリ/リンスアームは、各研磨および
調整サイクルの終了時に高圧リンスを行う幾つかのスプ
レーノズル(図示せず)も含んでいる。
すなわち研磨ステーション25b、25cは、オプショ
ンの関連パッド調整装置40を含んでいてもよい。固定
研削性研磨パッドを含む研磨ステーション、すなわち研
磨ステーション25aは、研磨シートの表面から粗粒や
研磨くずを除去するためにオプションの図示しない洗浄
装置を含んでいてもよい。洗浄装置は、研磨シートの表
面を掃引する回転式ブラシ、および/または加圧洗浄流
体(例えば、脱イオン水)を研磨シートの表面にスプレ
ーするノズルを含んでいてもよい。この洗浄装置は、連
続的に、または各研磨作業の合間に運転することができ
る。更に、洗浄装置は固定式でもよいし、研磨シートの
表面を横切って掃引するようにしてもよい。
を、研磨ステーション25aと25bの間、研磨ステー
ション25bと25cの間、研磨ステーション25cと
搬送ステーション27の間、および搬送ステーション2
7と研磨ステーション25aの間に配置して、基板がス
テーション間を移動するに従って基板を洗浄するように
してもよい。
ステーションの上方でセンタポスト62によって支持さ
れ、カルーセルモータアセンブリ(図示せず)によって
カルーセル軸64のまわりに回転する。カルーセル60
は、カルーセル軸64を中心としてカルーセル支持プレ
ート66上に等角度間隔で取り付けられた四つのキャリ
ヤヘッドシステムを含んでいる。これらのキャリヤヘッ
ドシステムのうち3個は、基板を受け取って保持し、そ
れらをステーション25aの研磨シートとステーション
25b、25cの研磨パッドに押し付けることによって
研磨する。キャリヤヘッドシステムの一つは、搬送ステ
ーション27から基板を受け取り、また搬送ステーショ
ン27に基板を渡す。
たはキャリヤヘッド80を含んでいる。キャリヤ駆動シ
ャフト78は、各キャリヤヘッドが自身の軸のまわりに
独立に回転できるようにキャリヤヘッド回転モータ76
(カルーセルカバーの1/4を取り除いて図示されてい
る)をキャリヤヘッド80に連結する。更に、各キャリ
ヤヘッド80は、カルーセル支持プレート66に形成さ
れた径方向スロット72内で独立に横方向に振動する。
能を果たす。一般に、キャリヤヘッドは、基板を研磨面
に当てて保持し、基板の裏面全体に下向きの圧力を与
え、駆動シャフトから基板へトルクを伝達して、基板が
研磨作業中にキャリヤヘッドの下から脱落しないように
する。適当なキャリヤヘッドは、Steven M. Zuniga他に
よって1997年5月21日に出願され本発明の譲受人
に譲渡された米国特許出願第08/861,260号、
名称「ケミカルメカニカルポリシングシステム用の可撓
膜を有するキャリヤヘッド」に記載されいる。この特許
の全開示は、引用によって本明細書に組み込まれてい
る。
リッジ102は、研磨ステーション25aにおいて方形
プラテン100に着脱自在に固定される。研磨カートリ
ッジ102は、送りローラ130、巻取りローラ13
2、および研磨パッド材からなる略直線状のシートまた
はベルト110を含んでいる。研磨シートの未使用、つ
まり「新品」の部分120は、送りローラ130に巻き
付けられ、研磨シートの使用済み部分122は、巻取り
ローラ132に巻き付けられる。基板を研磨するために
使用される研磨シートの方形露出部分124は、方形プ
ラテン100の上面140の上方で、使用済み部分12
2と未使用部分120との間に延在する。
線の矢印「A」で示すように)回転させて研磨シートの
露出部分を回転させることによって、研磨中に基板と研
磨シート間の相対運動を提供することができる。各研磨
作業の合間に、研磨シートを(図3において想像線の矢
印「B」で示されるように)給送して、研磨シートの未
使用部分を露出させることができる。研磨材が給送され
ると、研磨シート110が送りローラ130から巻き戻
され、方形プラテンの上面を横切って移動し、巻取りロ
ーラ132によって巻き上げられる。
面112を持つ固定研削性研磨パッドであることが望ま
しい。固定研削性研磨パッドは、幅が約20インチで、
厚さが約0.005インチとすることができる。固定研
削性研磨パッドは、上部層114と下部層116を含ん
でいてもよい。上部層114は、バインダ材料中に保持
または埋め込まれたと粒から構成される研磨複合層であ
る。と粒は、約0.1〜約1500ミクロンの粒子サイ
ズを持っていてもよい。このようなと粒の例としては、
シリコン酸化物、溶融アルミニウム酸化物、セラミック
アルミニウム酸化物、グリーンシリコン炭化物、シリコ
ン炭化物、クロミア、アルミナジルコニア、ダイヤモン
ド、鉄酸化物、セリア、立方晶窒化ホウ素、ガーネッ
ト、およびこれらの組合せがあげられる。バインダ材料
は、硬化してバインダ材料を形成する有機重合性樹脂を
含む前駆物質から誘導することができる。このような樹
脂の例としては、フェノール樹脂、ユリアホルムアルデ
ヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、ウレタンア
クリレート、エポキシアクリレート、エチレン不飽和化
合物、少なくとも一つのアクリレート側基を有するアミ
ノプラスト誘導体、少なくとも一つのアクリレート側基
を有するイソシアヌレート誘導体、ビニルエーテル、エ
ポキシ樹脂、およびこれらの組合せがあげられる。下部
層116は、高分子フィルム、ペーパ、クロス、金属フ
ィルムなどの材料からなるバッキング層である。シリコ
ン酸化物研磨粒子を備えたポリエステルベルトを有する
固定研削性研磨シートは、ミネソタ州ミネアポリスの3M
社から入手することができる。
明ストリップ118が研磨シート110の長さに沿って
形成されている。透明ストリップは、シートの中央部に
配置され、幅は約0.6インチとすることができる。透
明ストリップ118は、研磨シートの製造時にこの領域
の封入媒体から研磨粒子を除外することによって形成さ
れる。透明ストリップは、エンドポイント検出のために
基板面の光学モニタリングを行うため、方形プラテン1
00の開口部または透明窓154と位置合わせされてい
る。これについては、以下でより詳しく説明する。
2は、研磨シート110の幅よりもわずかに長くすべき
である。ローラ130、132は、長さ約20インチ、
直径約2インチのプラスチックまたは金属シリンダとす
ることができる。図7によれば、送りローラ130(送
りローラのみを示すが、巻取りローラも同様に製造され
るだろう)の両端面134は、それぞれ凹部136を含
み、その凹部はローラをブラシに固定する支持ピン16
4(図4、8を参照)に係合する。更に、各ローラの両
端面134は、研磨シート110が横方向に外れないよ
うにエッジ138を面取りしてもよい。
形プラテン100は、送りエッジ142、巻取りエッジ
144、および二つの平行側方エッジ146によって境
界をつけられる略平坦な方形上面140を含んでいる。
溝150(図3と図5に想像線で示す)は、上面140
に形成される。溝150は、上面140のエッジ142
〜146に沿って延在する略方形のパターンとすること
ができる。プラテン100を通る通路152は、溝15
0を真空ソース200(図9を参照)に接続する。通路
152が真空排気されると、研磨シート110の露出部
分124がプラテン100の上面140に真空チャック
される。この真空チャックの助けによって、研磨中に基
板と研磨シート間の摩擦から生じた横方向力が研磨シー
トをプラテンから引き剥がすことのないようにする。研
磨シートの溝への潜在的な撓みが研磨の均一性を妨げる
ことのないように、上面140の中央領域148には溝
がない。上述のように、方形プラテン100の上面14
0には開口部154が形成されている。図示しない圧縮
性バッキングパッドをプラテンの上面に置いて、研磨シ
ートに対する基板の衝撃を和らげるようにしてもよい。
更に、プラテン100は、図示しないシムプレートを含
んでいてもよい。様々な厚さのシムプレートをプラテン
に取り付けることで、プラテンの上面の垂直位置を調節
することができる。圧縮性バッキングパッドは、シムプ
レートに取り付けてもよい。
30および巻取りローラ132を送りエッジ142およ
び巻取りエッジ144でそれぞれ保持する四つのリテー
ナ160も含んでいる。各リテーナ160は、開口部1
62を含んでいる。各リテーナでは、ピン164が開口
部162を通って凹部136(図7を参照)内に延在
し、ローラ130、132をプラテン100に回転自在
に連結する。研磨カートリッジ102をプラテン100
に固定するために、送りローラ130を送りエッジ14
2に沿って二つのリテーナ間の空間に滑り込ませ、二つ
のピン164をリテーナ160内の対向開口部162を
通して挿入して送りローラの二つの対向凹部に係合させ
る。同様に、巻取りローラ132を、二つのリテーナ間
に巻取りエッジ144に沿って適切に滑り込ませ、対向
開口部162を通して二つのピン164を挿入して巻取
りローラの二つの対向凹部に係合させることによって、
プラテン100に取り付ける。
132からの一つのピン164がギヤアセンブリ166
a、166b(図10も参照)を貫通してもよい。この
ギヤアセンブリは、ピンの回転を制御し、従ってローラ
の回転を制御する。ギヤアセンブリ166aは、ネジま
たはボルト167で方形プラテン100の側面に固定し
てもよいし、カバー168がギヤアセンブリ166を研
磨プロセス中の汚染から保護してもよい。
全体が両ローラに巻き付けられるときに研磨シートがプ
ラテンの送りエッジ142および巻取りエッジ144に
接触した状態になるように、上面140より充分に下に
配置しなければならない。これは、真空が通路152に
与えられて研磨シートをプラテンに真空チャックすると
きに、研磨シートと方形プラテンとの間にシールを形成
するのに役立つ。更に、プラテンの送りエッジ142と
巻取りエッジ144とを丸めて、研磨シートがプラテン
を横切って動くときに研磨シートの下側が磨耗しないよ
うにする。
は、回転プラテンベース170に固定される。方形プラ
テン100とプラテンベース170とは、プラテンベー
ス170の底部に皿座ぐりされた数個の外周ねじ174
によって結合してもよい。第1カラー176は、ねじ1
78によってプラテンベース170の底部に連結され、
環状軸受180の内レースを捕捉するようになってい
る。一組のねじ183によってテーブルトップ23に連
結される第2カラー182は、環状軸受180の外レー
スを捕捉する。環状軸受180は、プラテン駆動モータ
によるプラテンの回転を可能にしつつ、方形プラテン1
00をテーブルトップ23上に支持する。
けブラケット186を介してテーブルトップ23の底部
にボルト締めされる。プラテンモータアセンブリ184
は、出力駆動シャフト190を有するモータ188を含
んでいる。出力シャフト190は、一体モータシース1
92に装着されている。駆動ベルト194は、モータシ
ース192およびハブシース198のまわりに巻き付い
ている。ハブシース196は、プラテンハブ198によ
ってプラテンベース170に結合される。このため、モ
ータ188は方形プラテン100を回転させることがで
きる。プラテンハブ198は、下部プラテンベース17
0およびハブシース196に対してシールされる。
100中を延在し、通路152を(従って、溝150
も)真空または圧力ソースに接続する。空気圧ライン1
72を使用することで、研磨シートを真空チャックする
とともに、研磨シート給送機構に電力を供給したり作動
させることができる。これについては、以下で詳細に説
明する。
ト給送機構には、ポンプや加圧ガスソースなどの固定空
気圧源200によってパワーを供給してもよい。空気圧
源200は、流体ライン202によってコンピュータ制
御バルブ204に接続される。コンピュータ制御バルブ
204は、第2流体ライン206によってロータリ継手
208に接続される。ロータリ継手208は、空気圧源
200を回転シャフト212内の軸方向通路210に接
続し、継手214は、軸方向通路210を可撓空気圧ラ
イン216に接続する。
100を通る空気圧ライン172、プラテンベース17
0内の通路220、プラテンハブ198内の垂直方向通
路222、およびハブシース196内の通路224を介
して、可撓空気圧ライン216に接続することができ
る。Oリング226を用いて、各通路をシールしてもよ
い。
タ280が、バルブ204、プラテン駆動モータ18
8、キャリヤヘッド回転モータ76、およびキャリヤヘ
ッドラジアル駆動モータ(図示せず)に適切に接続され
る。コンピュータ280は、バルブ204を開閉し、プ
ラテン100を回転させ、キャリヤヘッド80を回転さ
せるとともに、キャリヤヘッドをスロット72に沿って
動かすことができる。
ッジおよびプラテンは、研磨シート110をインクレメ
ンタルに給送するシート給送機構を含んでいる。具体的
には、送りローラ130に隣接するギヤアセンブリ16
6aは、ピン164に回転式に固定される送りギヤホイ
ール230を含んでいる。送りギヤホイール230は、
エスケープクラッチ234によって所定の位置に保持さ
れたラチェット232と噛み合う。ラチェット232お
よびエスケープクラッチ234はギヤアセンブリ166
a内に収容できるので、図8には図示されていない。
リ166b(図8には図示せず)は、ピン164に回転
式に固定される送りギヤホイール240を含んでいる。
巻取りギヤホイール240は、スリップクラッチ244
およびねじりバネ242に係合する。ねじりバネ242
は、巻取りローラを回転させて研磨シートを給送するた
めの一定トルクを付与する。更に、スリップクラッチ2
44は、巻取りローラ132が、ねじりバネ242によ
って加えられたトルクに逆らって回転することを防止す
る。
ヤホイール230と噛み合っている間、研磨シート11
0は前進することができない。このため、ねじりバネ2
42およびスリップクラッチ244は、研磨シート11
0を研磨シートの露出部分が方形プラテン100の上面
を横切って伸張された張り状態に保つ。しかしながら、
エスケープクラッチ234が作動すると、ラチェット2
32は送りギヤホイールから解放され、巻取りローラ1
32は、送りギヤホイール230がラチェット232と
再び噛み合うまで(例えば、1ノッチだけ)回転するこ
とができる。エスケープクラッチ234は、研磨シート
110をプラテン100に真空チャックするために使用
される同じ空気圧ライン172によって空気圧式に制御
することができる。図示しないチューブが空気圧ライン
172をギヤアセンブリ166aに接続してもよい。正
圧が空気圧ライン172に加えられると、エスケープク
ラッチ234が作動してラチェット232を動かす。こ
れによって、送りローラは1ノッチだけ回転できるの
で、それに応じて研磨シートがプラテンを横切って給送
されることになる。別個の空気圧ラインがエスケープク
ラッチを制御することもできるが、このためには追加の
回転フィードスルーが必要になる。その他に、直線駆動
機構は、ギヤアセンブリの一つと噛み合って研磨シート
を手動で給送するラチェット169(図8を参照)を含
んでいてもよい。
シートの未使用部分がスラリや研磨くずによって汚染さ
れうることである。図11に示されるように、送りロー
ラがプラテン上面の下方でプラテンの送りエッジの内側
に配置されるように、方形プラテン100の一部156
が送りローラ130の上に突出してもよい。このため、
プラテンの本体が送りロールを汚染から遮蔽する。その
他に、ほぼ半円形の断面を有する細長いカバーを各ロー
ラのまわりに配置することができる。この細長カバー
は、リテーナに固定することができる。研磨シートは、
このカバーとプラテンとの間の狭い隙間を通過すること
になる。
送りエッジの上方に配置することができる。汚染ガード
には、研磨シート110の幅に沿って延在し、シートの
上方につり下げられて狭い隙間254を形成するフレー
ム252が含まれている。ポンプなどの流体ソース(図
示せず)は、空気などのガスを通路256を介して隙間
254に強制的に通し、矢印258で示す均一な空気流
を提供する。隙間254を通る空気の流れは、研磨液や
研磨くずが汚染ガード250の下を通って送りローラ1
30上の研磨シートの未使用部分を汚染するのを防ぐ。
プラテン100に形成され、研磨シート110の透明ス
トリップ118と位置合わせされる。開口部154およ
び透明ストリップ118は、研磨ヘッドの変化する位置
に関係なく、プラテンの回転の一部の間、基板10が
「見える」ように配置される。光学モニタリングシステ
ム90は、プラテン100の下方に配置され、プラテン
100に取り付けられる。例えば、光学モニタリングシ
ステム90は、プラテンと共に回転するようにプラテン
100とプラテンベース170との間でプラテン100
に固定される。光学モニタリングシステムは、レーザー
などの光源94と検出器96を含んでいる。光源は、開
口部154および透明ストリップ118中を伝播して基
板10の露出面に当たる光線92を発生させる。
ングシステム90を使って、基板上の層の厚さを検出し
たり、基板の表面から除去された材料の量を検出した
り、あるいは表面がいつ平坦化されたかを特定する。コ
ンピュータ280を光源94および検出器96に接続し
てもよい。コンピュータおよび光学モニタリングシステ
ム間の電気的接続は、ロータリ継手208によって形成
してもよい。このコンピュータは、基板が窓と重なると
きに光源を作動させ、検出器からの測定値を記憶し、出
力装置98上に測定値を表示し、研磨エンドポイントを
検出するようにプログラムすることができる。これは、
Manush Birang他によって1996年8月16日に出願
されて本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第08
/689,930号、名称「ケミカルメカニカルポリシ
ング装置用の研磨パッドに透明窓を形成する方法」に記
載されている。この全開示内容は、引用によって本明細
書に組み込まれる。
124が、通路152に真空を加えることによって方形
プラテン100に真空チャックされる。基板は、研磨シ
ート110と接触するようにキャリヤヘッド80によっ
て下げられ、プラテン100とキャリヤヘッド80が共
に回転して基板の露出面を研磨する。研磨の後、基板
は、キャリヤヘッドによって研磨パッドから取り上げら
れる。通路152の真空は除去される。研磨シートは、
空気圧ライン172に正圧を加えて給送機構を作動させ
ることにより給送される。これにより、研磨シートの新
たなセグメントが露出される。この後、研磨シートが方
形プラテンに真空チャックされ、新しい基板が研磨シー
トに接触するように下げられる。このようにして、各研
磨作業の合間に研磨シートをインクレメンタルに給送す
ることができる。研磨ステーションが洗浄装置を含む場
合、研磨シートを各研磨作業の合間に洗浄してもよい。
性と研磨シートの特性に依存するが、1回の研磨作業当
り0.05〜1.0インチのオーダー(例えば、0.4
インチ)とすべきである。研磨シートの露出部分124
の長さが20インチで、研磨シートが各研磨作業後に
0.4インチ前進すると仮定すると、研磨シートの全露
出部分は約50回の研磨作業後に置き換えられることに
なる。
5bでは、円形プラテンが、粗面262、上部層264
および下部層266を有する円形研磨パッド32を支持
することができる。下部層266は、感圧接着層268
によってプラテン30に取り付けることができる。上部
層264は、下部層266よりも硬くてもよい。例え
ば、上部層264は、微孔ポリウレタンまたは充填剤混
合ポリウレタンから構成することができ、下部層266
は、ウレタンを用いて浸出された圧縮フェルト繊維から
構成することができる。上部層がIC−1000または
IC−1400からなり下部層がSUBA−4からなる
二層研磨パッドは、デラウェア州ニューアークのRodel
社から市販されている(IC−1000、IC−140
0およびSUBA−4は、Rodel社の製品名である)。
プラテン30の開口部36の上方において研磨パッド3
2中には、透明窓269を形成することができる。
5cでは、プラテンは、全般的に円滑な表面272と単
一の軟質層274とを有する研磨パッド34を支持する
ことができる。層274は、感圧接着層278によって
プラテン30に取り付けることができる。層274は、
毛羽立てされた微孔質の合成材料から構成することがで
きる。適当な軟質研磨パッドは、Polytexの商品名でRod
el社から市販されている。研磨パッド32および34
は、基板の面にわたるスラリの分配を改善するために、
あるパターンでエンボス加工またはスタンピングしても
よい。研磨ステーション25cは、その他の点では研磨
ステーション25bと同一とすることができる。開口部
36の上方において研磨パッド34中には、透明窓27
9を形成することができる。
チャックするものとして説明しているが、他の技術を使
って研磨中に研磨シートをプラテンに固定してもよい。
例えば、研磨シートのエッジを一組のクランプによって
プラテンの側面にクランプしてもよい。
るピンによってリテーナに連結されるものとして説明し
ているが、ローラをプラテンに回転自在に連結するに
は、他のいくつもの取付け方が可能である。例えば、リ
テーナの内面に凹部を形成して、ローラの端面から突出
するピンと係合するようにしてもよい。リテーナ160
をわずかに屈曲性にし、ローラをリテーナにスナップ嵌
めしてもよい。その他に、リテーナの内面の凹部が、張
力によってローラを捕捉するラビリンス路を形成しても
よい。またその他に、リテーナがプラテンにピボット式
に取り付けられ、リテーナが所定の位置にロックされる
とローラがリテーナと係合できるようになっていてもよ
い。
ートを持つ一つの方形プラテンと、標準パッドを持つ二
つの円形プラテンを有するものとして説明しているが、
他の構成も可能である。例えば、装置は1、2または3
個の方形プラテンを含むことができる。実際、このCM
P装置の一つの利点は、各プラテンベース170が方形
プラテンと円形プラテンのいずれも受け入れることがで
きることである。各方形プラテン上の研磨シートは、固
定研削性研磨材でも非固定研削性研磨材でもよい。同様
に、円形プラテン上の各研磨パッドは、固定研削性研磨
材でも非固定研削性研磨材でもよい。標準研磨パッド
は、単一の硬質層(例えば、IC−1000)、単一の
軟質層(例えば、Polytexパッドの場合)、または二層
の積層体(例えば、IC−1000/SUBA IV 組
合せ研磨パッドの場合)を有することができる。異なる
スラリ、および異なる研磨パラメータ(例えば、キャリ
ヤヘッド回転速度、プラテン回転速度、キャリヤヘッド
圧力)を異なる研磨ステーションで使用することができ
る。
磨用の固定研削性研磨シートを持つ二つの方形プラテン
と、バフ作業用の軟質研磨パッドを持つ一つの円形プラ
テンとを含んでいる。研磨パラメータ、パッド組成およ
びスラリ組成を、第1研磨シートが第2研磨シートより
も早い研磨速度を持つように選択することができる。
施例では、研磨ステーションの少なくとも一つ(例え
ば、第1研磨ステーション)は、研磨カートリッジ10
2′と非回転プラテン300とを含んでいる。研磨カー
トリッジ102′は、第1ローラまたはリール13
0′、第2ローラまたはリール132′、および研磨材
(固定研削性研磨材など)からなる略直線状のシートま
たはベルト110′を含んでいる。研磨シートの第1部
分120′は第1ローラ130′に巻き付けられ、研磨
シートの第2部分122′は第2ローラ132′に巻き
付けられる。研磨シートの露出部分124′は、プラテ
ンの上方において第1および第2ローラ間に延在してい
る。
示す)は、研磨ステーションのテーブルトップ23に固
定される。研磨カートリッジ102′は、リテーナ31
0によってテーブルトップに着脱自在に固定される。上
述のように、研磨カートリッジをリテーナに連結するに
あたって様々な態様が可能である。例えば、ローラ13
0′、132′の両端面は、ローラを関連リテーナに回
転自在に連結する支持ピン312と係合してもよい。
132′の回転を制御する。駆動機構320は二つのモ
ータを含むことができる。一方のモータは第1ローラ1
30′を回転させ、他方のモータは第2ローラ132′
を回転させる。各ローラは、その関連モータ322によ
って、それぞれの巻取り方向に駆動させることができ
る。研磨シートが巻取りローラに巻かれるに従ってロー
ラの実効直径が変化するので、これによりローラの巻取
り速度が変化することに注意すべきである(ローラは一
定角速度で回転すると仮定している)。一度に1個のロ
ーラをその対応する巻取り方向に駆動することによっ
て、巻取りローラの実効直径と関係なく、研磨シートが
張り状態に保たれる。勿論、他の多くの駆動機構が可能
である。例えば、より複雑な駆動機構を使用すれば、両
方のローラを単一のモータで駆動することができるだろ
う。
320によって、基板の露出部分を横切るように直線的
に駆動され、基板と研磨シートとの間の相対運動をもた
らす。図17(a)に示されるように、研磨シートは、
最初、(矢印「C」で示すように)第1ローラ130′
から第2ローラ132′へと駆動される。具体的には、
研磨シートが第1ローラ130′から巻き戻され、プラ
テンの上面を横切って移動し、第2ローラ132′によ
って巻き取られる。図17(b)に示されるように、第
1ローラ130′が空になって第2ローラ132′が一
杯になると、研磨シートは方向を反転し、研磨シートが
(矢印「D」で示すように)第2ローラ132′から第
1ローラ130′へと駆動される。具体的には、研磨シ
ートは第2ローラ132′から巻き戻され、方形プラテ
ンの上面を横切って移動し、第1ローラ130′によっ
て巻き取られる。第1ローラ130′が一杯になって第
2ローラ132′が空になると、研磨シートは再び方向
を逆にして、第1ローラ130′から第2ローラ13
2′へと駆動される。要するに、研磨シートは、基板の
研磨が完了するまで、一方向への駆動と逆方向への駆動
を交互に行う。
速度および研磨シートの特性に依存するが、約1メート
ル/秒のオーダーとすべきである。駆動モータ322
は、研磨シートが過度の応力で破断しないように、ロー
ラがほとんど空になったときに減速してもよい。更に、
研磨シートが方向を反転するとき、モータが加速して研
磨シートを希望の研磨速度まで上げる。従って、研磨シ
ートの速度は必ずしも均一ではない。
プラテン300は、ほぼ平坦な方形上面302を含んで
いる。複数の通路304(図15に想像線で示す)がプ
ラテン300を通るように形成される。流体供給ライン
306は、通路304を流体ソース308に接続する。
研磨の間、流体は通路304を通してプラテンの上面と
研磨シートとの間の隙間309に強制的に供給され、こ
れらの間に流体軸受を形成する。この流体軸受の助けに
よって、研磨中、研磨シートが磨耗したりプラテンに固
着しないようになる。更に、開口部や孔が研磨シートに
形成されていると、通路の一つを使って研磨流体(例え
ば、研磨プロセスを補助する化学物質の混合物)を注入
し、研磨シートの孔を通して基板表面と研磨シートとの
間に研磨流体を供給することができる。
トの圧力を調節するために垂直方向に移動可能であって
もよい。空気圧アクチュエータや加圧式ベローズなどの
アクチュエータ330がプラテン300をCMP装置の
テーブルトップに結合して、必要に応じてプラテンを上
下させるようにしてもよい。
では、少なくとも一つの研磨ステーション(例えば、第
1研磨ステーション)が、第1研磨カートリッジ35
0、第2研磨カートリッジ360、および回転方形プラ
テン370を含んでいる。第1研磨カートリッジ350
は、第1ローラまたはリール352、第2ローラまたは
リール354、および固定研削性研磨材等からなる略直
線状のシートまたはベルト356を含んでいる。同様
に、第2研磨カートリッジ360は、第1ローラまたは
リール362、第2ローラまたはリール364、および
固定研削性研磨材等からなる略直線状のシートまたはベ
ルト366を含んでいる。研磨シート356、366
は、同一の研磨材から構成されていてもよいし、異なる
研磨材から構成されていてもよい。
シート356、366の露出部分が比較的狭い隙間37
2によって分離された二つの平行共面ストリップとして
配置されるように、リテーナ371を用いてプラテン3
70に取り付けることができる。研磨中、プラテン37
0は、基板と研磨シートとの間で相対運動を作るように
回転させられる(研磨中に基板10によってスイープさ
れる領域は、想像線379で示されている)。各研磨作
業の合間に、研磨シートをインクレメンタルに給送して
研磨シートの未使用部分を露出させる。研磨シート35
4、364は、同一方向にも反対方向にもインクレメン
タルに給送することができる。
がプラテン370の上面378に形成されている。各溝
は略方形のパターンを形成し、一方の研磨シートがそれ
ぞれの溝の上に重なるようになっている。これらの溝は
双方とも真空ソースに接続され、それらの対応する研磨
シートをプラテンに真空チャックする。
れ、研磨シート352および362間の隙間に位置合わ
せされている。光学モニタリングシステムは、光線が窓
374および隙間372を通って研磨中の基板に当たる
ように光線の向きを設定する。この実施例の利点は、透
明ストライプを持つ研磨シートを必要としないことであ
る。
とも一つの研磨ステーション(例えば、第1研磨ステー
ション)が、非回転プラテン370′の上で機械ベース
に取り付けられる第1研磨カートリッジ350′および
第2研磨カートリッジ360′を含んでいる。第1研磨
カートリッジ350′は第1ローラまたはリール35
2′、第2ローラまたはリール354′、および固定研
削性研磨材からなる略直線状のシートまたはベルト35
6′を含んでいる。同様に、第2研磨カートリッジ36
0′は、第1ローラまたはリール362′、第2ローラ
またはリール364′、および固定研削性研磨材からな
る略直線状のシートまたはベルト366′を含んでい
る。研磨シート356′、366′の露出部分は、比較
的狭い隙間372′によって分離された二つの平行共面
ストリップとして配置される。基板10(想像線で示
す)は、両研磨シート354′、364′の上に位置す
るように配置される。
1研磨シート356′の下に位置する第1流体軸受面3
80、第2研磨シート366′の下に位置する第2流体
軸受面382、およびこれらの軸受面を分離するチャン
ネル384(図17に想像線で示す)を含んでいる。更
に、チャンネル385を軸受面の外側エッジに沿って形
成してもよい。研磨中、研磨液は、研磨シートのエッジ
から流れ落ちて、チャンネル384および385に流入
する。通路388はプラテンを通って延在し、出口38
7を介したチャンネル384および385からの研磨液
の排出を可能にする。チャンネル384内に配置される
透明窓386は、光学モニタリングシステム90′用の
観察ポートを提供する。具体的には、光学モニタリング
システム90′は、光線92′が窓386および隙間3
72′を通って研磨中の基板表面に当たるように光線9
2′の向きを設定することができる。窓386は、チャ
ンネル384の底部の上方に突出しているべきである
が、軸受面380および382の上方に突出すべきでは
ない。このようにして、研磨中、ほぼ遮られることな
く、窓を介して基板の底面を見ることができる。更に、
通路390がプラテン370′を通るように形成されて
いる。流体ソース391は、軸受面と研磨シートの下面
との間に流体を注入するように通路390に接続されて
いる。
シート354′、364′は、一方向への駆動と逆方向
への駆動を交互に行う。具体的には、第1対のモータ3
92および394が第1対のローラ352′および36
2′をそれぞれ駆動し、第2対のモータ396および3
98が第2対のローラ354′および364′を駆動す
ることができる。研磨シート354′および364′
は、モータ392、394および396、398によっ
て反対方向(それぞれ矢印EおよびFで示す)に駆動さ
せることができる。隙間の上に位置する基板領域で除去
速度が低くなることを避けるために、基板を比較的低い
速度で回転および/または横方向に振動させることがで
きる。
シート354′、364′を同一方向(それぞれ想像線
GおよびHで示す)に駆動させることもできる。この場
合、ローラ352″、362″は、例えば駆動シャフト
358によって、回転自在に連結することができる。同
様に、ローラ354″、364″は、例えば駆動シャフ
ト368によって、回転自在に連結することができる。
第1モータ392′はローラ352″、362″を駆動
し、第2モータ396′はローラ354″、364″を
駆動することができる。これにより、双方の研磨シート
は同一方向に同一速度で動くことになる。更に、各ロー
ラ対の代わりに、二つの別個の研磨シートを運ぶ単一の
ローラを用いることも可能である。この場合、中央リテ
ーナをなくすことができる。
て、研磨ステーションの少なくとも一つ(例えば、第1
研磨ステーション)は、一つの内側研磨カートリッジ4
00と二つの外側研磨カートリッジ410とを含んでい
る。内側研磨カートリッジ400は第1ローラまたはリ
ール402、第2ローラまたはリール404、および固
定研削性研磨材からなる略直線状のシートまたはベルト
406を含んでいる。同様に、外側研磨カートリッジ4
10は、第1ローラまたはリール412、第2ローラま
たはリール414、および固定研削性研磨材からなる略
直線状のシートまたはベルト416を含んでいる。内側
および外側研磨シート406、416は、比較的狭い隙
間420によって各々が分離された三つの実質的に平行
なストリップとして配置される。光学モニタリングシス
テムは、研磨シート間の隙間の一つを通るように基板の
表面上に光線を向けることができる。外側研磨カートリ
ッジ410のローラ412、414は方形の配置をとる
ように位置決めされる。更に、中央カートリッジ400
のローラ402、404は、外側カートリッジのローラ
よりも離れた間隔で配置される。その結果、中央研磨シ
ート406の露出部分は、どちらの外側研磨シート41
6の露出部分よりも長い。
回転プラテン430に取り付けられ(図18および図1
9に示す実施例と同様)、研磨シートは各研磨作業の合
間にインクレメンタルに動かすことができる。カートリ
ッジ用の駆動システムは図示しないが、図3〜図7の実
施例で示すものと同様とすることができる。プラテンが
回転するに従って、基板10は、研磨シートの各々をカ
バーする経路(想像線432で示す)の上をスイープす
る。ローラの千鳥配置によって回転プラテンの対角長が
減少するので、プラテンによってスイープされる円(想
像線434で示す)の半径が減少し、スペースがより効
率良く使用される。
トリッジを非回転プラテン430′の上の機械ベースに
取り付けて(図20および図22に示す実施例と同
様)、研磨シートを研磨中に連続的に動かすことができ
る。中央研磨シート406′は一対のモータ408によ
って駆動することができ、外側研磨シート416′は二
対のモータ418によって駆動することができる。各研
磨シートは、モータの一方による一方向への駆動と他方
のモータによる反対方向への駆動を交互に行うことがで
きる。勿論、外側研磨シート416′を同一方向に駆動
する場合は、外側ローラ412′および414′は共通
の駆動シャフトを持つことができる。この場合、外側研
磨シートは、一対のモータのみによって駆動させること
ができる。基板10は、少なくとも二つ、好ましくは三
つすべての研磨シートの上に重なるように配置される。
基板は、隙間の上に位置する基板領域において除去速度
が低下することを防ぐために、比較的低い速度で回転お
よび/または横方向に振動させることができる。
外側研磨シートと反対の方向に駆動することができる
(それぞれ矢印IおよびJで示す)。実際には、三つの
研磨シートを、基板上の全横方向力、すなわち基板面内
の力を(従来の回転または直線研磨システムと比較し
て)低減するか実質的に除去するように駆動させること
ができる。具体的には、中央および外側研磨シートが実
質的に同一の速度で反対方向に駆動され、かつ外側研磨
シートに接触する基板の表面積424が中央研磨シート
に接触する基板の表面積422と実質的に等しい場合、
基板に加わる摩擦力は実質的に打ち消し合うことにな
る。その結果、基板に加わる全横方向力は、基板上に大
きなトルクを作ることなく、低減されるか実質的に除去
される。これは、当然、保持リングに対する基板の負荷
を減少させるので、基板の変形を少なくして研磨の均一
性を高めることになる。表面積422が表面積424よ
りも大きいか小さい場合は、全横方向力が実質的に減少
するように研磨シートの相対速度を調節することができ
る。
て、基板の異なる部分における相対研磨速度を調節する
ことができる。中央および外側研磨シートを反対方向に
駆動したり、すべての研磨シートを同一方向に駆動した
り、二つの外側研磨シートを反対方向(その一方は中央
研磨シートの方向と合致することになる)に駆動するこ
とも可能である。
定されるものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲
によって定められる。
斜視図である。
面図である。
解斜視図である。
ジの概略斜視図である。
面図である。
略分解斜視図である。
防止システムの概略部分断面図および部分斜視図であ
る。
磨ステーションの概略断面図である。
ドの概略断面図である。
ドの概略断面図である。
シートを含む研磨ステーションの概略平面図である。
である。
の動きを示す概略断面図である。
ンを含む研磨ステーションの概略平面図である。
研磨カートリッジの概略分解斜視図である。
テンを含む研磨ステーションの概略平面図であり、研磨
シートが反対方向に駆動されている。
テンを含む研磨ステーションの概略平面図であり、研磨
シートが同一方向に駆動されている。
る。
ンを含む研磨ステーションの概略平面図である。
テンを含む研磨ステーションの概略平面図である。
置、22…機械ベース、23…テーブルトップ、25
a、b、c…研磨ステーション、27…搬送ステーショ
ン、30…円形プラテン、32…研磨パッド、36…開
口部、45…洗浄ステーション、52…リンスアーム、
60…カルーセル、62…センタポスト、64…カルー
セル軸、72…スロット、76…キャリヤヘッド回転モ
ータ、80…キャリヤヘッド、90…光学モニタリング
システム、100…プラテン。
Claims (25)
- 【請求項1】 回転プラテンと、 前記プラテンに解放可能に固定されて前記プラテンと共
に回転する略直線状の研磨シートであって、基板を研磨
するために前記プラテンの上面の上で延在する露出部分
を有し、前記基板の直径より大きな幅を有する研磨シー
トと、 前記研磨シートを前記プラテンの上面を横切って直線方
向にインクレメンタルに給送する駆動機構と、を備える
ケミカルメカニカルポリシング装置。 - 【請求項2】 前記研磨シートは、前記プラテンに回転
自在に連結された送りローラに巻き付けられる未使用部
分と、前記プラテンに回転自在に連結された巻取りロー
ラに巻き付けられる使用済み部分とを含む、請求項1記
載の装置。 - 【請求項3】 前記駆動機構は、前記研磨シートの前記
未使用部分の第1セグメントを前記送りローラから巻き
戻すとともに前記研磨シートの前記露出部分の第2セグ
メントを巻取りローラに巻き付けることによって、前記
研磨シートをインクレメンタルに給送する、請求項2記
載の装置。 - 【請求項4】 前記送りローラの付近に配置され、前記
研磨シートの上方につり下げられて隙間を形成するフレ
ームと、前記隙間を通るようにガスを方向付けて前記研
磨シートの前記未使用部分の汚染を防ぐ加圧ガスのソー
スと、を更に備える請求項3記載の装置。 - 【請求項5】 前記駆動機構は、 前記第2ローラを付勢して第1方向に回転させるととも
に前記研磨シートを前記プラテンの上面を横切って引っ
張るように配置されたスプリングと、 前記第1ローラに連結されたギヤと係合して前記第1ロ
ーラの回転を防止し、これによって、前記プラテンの上
面を横切る前記研磨シートの移動を防止するラチェット
と、 前記第1ローラが回転できるように前記ラチェットを前
記ギヤから解放する動作が可能なエスケープクラッチ
と、 前記第2ローラに連結されて、前記第2ローラが前記第
1方向と反対の第2方向に回転するのを防止するスリッ
プクラッチと、を備えている、請求項1記載の装置。 - 【請求項6】 前記第1および第2ローラが前記プラテ
ンの上面の下方に配置される、請求項1記載の装置。 - 【請求項7】 前記研磨シートを前記プラテンに真空チ
ャックするためのチャンネルを前記プラテン内に更に備
える請求項1記載の装置。 - 【請求項8】 前記研磨シートは固定研削性研磨材か非
固定研削性研磨材のいずれかを備えている、請求項1記
載の装置。 - 【請求項9】 複数の研磨ステーションと、 複数の研磨ヘッドを前記複数の研磨ステーションの上方
に支持するカルーセルと、を備え、各研磨ステーション
が、円形プラテンか方形プラテンのいずれかを受け入れ
ることができる回転プラテンベースと、研磨シートを直
線方向にインクレメンタルに給送する駆動機構と、を含
んでいる、ケミカルメカニカルポリシング装置。 - 【請求項10】 回転プラテンの上面の上で延在する略
直線状の研磨シートに基板を接触させるステップであっ
て、前記研磨シートは、前記基板の直径より大きな幅を
有しているステップと、 前記研磨シートを前記プラテンに解放可能に固定するス
テップと、 前記プラテンを回転させることにより、前記研磨シート
を回転させ、前記基板および前記研磨シート間の相対運
動を形成するステップと、 前記研磨シートを前記プラテンから取り外すステップ
と、 研磨が完了した後、前記研磨シートを前記プラテンの上
面を横切って直線方向にインクレメンタルに給送するス
テップと、を備えるケミカルメカニカルポリシング方
法。 - 【請求項11】 プラテンと、 第1リールおよび第2リール間に延在する研磨シートで
あって、研磨される基板の直径より大きな幅を有すると
ともに、前記基板を研磨するために前記プラテンの上面
の上で延在する部分を有する研磨シート、 前記第1および第2リールの少なくとも一方を駆動し
て、研磨中、前記研磨シートを前記プラテンの上面を横
切って直線方向に移動させるモータと、を備えるケミカ
ルメカニカルポリシング装置。 - 【請求項12】 前記モータは、前記第1および第2リ
ールを第1方向に駆動して前記研磨シートを前記第1リ
ールから前記第2リールへ搬送するとともに、前記第1
および第2リールを第2方向に駆動して前記研磨シート
を前記第2リールから前記第1リールへ搬送する、請求
項11記載の装置。 - 【請求項13】 前記モータに前記第1および第2リー
ルの前記第1方向への駆動および前記第2方向への駆動
を交互に行わせるコントローラを更に備える請求項12
記載の装置。 - 【請求項14】 フレームと、前記第1および第2リー
ルを前記フレームに固定する複数のリテーナと、前記プ
ラテンを前記フレームに連結して前記プラテンを前記フ
レームに向かう方向および前記フレームから離れる方向
に移動させるアクチュエータと、を更に備える請求項1
1記載の装置。 - 【請求項15】 第1リールおよび第2リール間に延在
する研磨シートに基板を接触させるステップであって、
前記研磨シートは、研磨すべき基板の直径より大きな幅
を有しているステップと、 前記第1および第2リールを駆動して、研磨中、前記研
磨シートをプラテンの上面を横切って直線方向に移動さ
せるステップと、を備えるケミカルメカニカルポリシン
グ方法。 - 【請求項16】 前記第1および第2リールを第1方向
に駆動することによる前記研磨シートの前記第1リール
から前記第2リールへの搬送と、前記第1および第2リ
ールを第2方向に駆動することによる前記研磨シートの
前記第2リールから前記第1リールへの搬送とを交互に
行うステップを更に備える請求項15記載の方法。 - 【請求項17】 第1直線方向に移動可能な第1研磨シ
ートと、 第2直線方向に移動可能な第2研磨シートと、を備え、
前記第1および第2研磨シートが研磨中に基板の表面と
接触するように平行かつ同一平面に配置されているケミ
カルメカニカルポリシング装置。 - 【請求項18】 前記第1および第2直線方向は平行で
ある、請求項1記載の装置。 - 【請求項19】 第1ローラおよび第2ローラを更に備
え、前記第1および第2研磨シートが前記第1および第
2ローラ間に延在する、請求項16記載の装置。 - 【請求項20】 前記第1ローラを回転させて前記第1
および第2研磨シートを一方向に駆動する第1モータ
と、前記第2ローラを回転させて前記第1および第2研
磨シートを前記一方向と反対の方向に駆動する第2モー
タと、を更に備える請求項19記載の装置 - 【請求項21】 第1ローラ、第2ローラ、第3ロー
ラ、および第4ローラを更に備え、前記第1研磨シート
は前記第1および第2ローラ間に延在し、前記第2研磨
シートは前記第3および第4ローラ間に延在する、請求
項16記載の装置。 - 【請求項22】 前記第1および第3ローラが回転式に
連結され、前記第2および第4ローラが回転式に連結さ
れ、 前記第1および第3ローラを回転させて前記第1および
第2研磨シートを一方向に駆動する第1モータと、 前記第2および第4ローラを回転させて前記第1および
第2研磨シートを前記一方向と反対の方向に駆動する第
2モータと、を更に備える請求項21記載の装置。 - 【請求項23】 前記第1ローラを回転させて前記第1
研磨シートを前記第1方向に駆動する第1モータと、前
記第3ローラを回転させて前記第2研磨シートを前記第
2方向に駆動する第2モータと、前記第2ローラを回転
させて前記第1研磨シートを前記第1方向と反対の方向
に駆動する第3モータと、前記第4ローラを回転させて
前記第2研磨シートを前記第2方向と反対の方向に駆動
する第4モータと、を更に備える請求項7記載の装置。 - 【請求項24】 複数の研磨面と、 研磨中、基板を前記複数の研磨面と接触して保持するキ
ャリヤヘッドと、 前記複数の研磨面を移動させる駆動システムであって、
各研磨面が前記基板に対する摩擦力を形成し、前記複数
の研磨面は、前記基板に対する前記摩擦力が実質的に相
殺するように配置されて駆動される駆動システムと、を
備えるケミカルメカニカルポリシング装置。 - 【請求項25】 平行かつ同一平面に配置される複数の
研磨シートに基板を接触させるステップと、 前記複数の研磨シートをプラテンの上面を横切って直線
的に駆動し、前記基板を研磨するステップと、を備える
ケミカルメカニカルポリシング方法。
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