JP2003509852A - 円筒形の研磨パッドを用いた化学機械研磨の方法およびシステム - Google Patents
円筒形の研磨パッドを用いた化学機械研磨の方法およびシステムInfo
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Abstract
Description
善するための技術に関する。
エハ洗浄とを実行する必要がある。通例、集積回路デバイスは、重層構造の形状
をとっている。層基板面には、拡散領域を持つトランジスタデバイスが形成され
る。それに続く層では、接続のためのメタライゼーション配線が、パターニング
され、所望の機能を持つ素子となるようにトランジスタ素子に電気的に接続され
ている。周知のように、パターニングされた導電層は、二酸化ケイ素のような誘
電材料によって他の導電層から絶縁されている。より多くのメタライゼーション
層とそれらに関連する誘電体層が形成されると、誘電材料をプラナリゼーション
する必要性が増大する。プラナリゼーションを行わなければ、表面の形状が多様
になるため、さらなるメタライゼーション層の製造は実質的に困難になる。他の
用途としては、誘電材料内にメタライゼーション配線パターンが形成された後に
、余分な金属を除去するために金属CMP処理が実行される。
理18とを含む化学機械研磨(CMP)プロセス10の概略図である。半導体ウ
エハ12は、CMPシステム14でCMP処理を施された後、ウエハ洗浄システ
ム16で洗浄される。次いで、半導体ウエハ12を、CMP後の処理18に進め
、ここで、さらに付加的な層の蒸着、スパッタリング、光露光、関連するエッチ
ングを含むいくつかの異なる製造処理の一つを施してもよい。
ステム構成要素を含んでいる。例えば、そのような構成要素は、環状もしくは回
転研磨パッドや線形ベルト研磨パッドなどである。パッド自体は通例、ポリウレ
タン材料でできている。動作中、ベルトパッドが動かされ、次いで、スラリ材料
がベルトパッドの表面に塗布され、全体に広げられる。スラリが塗布されたベル
トが所望の速度になると、ウエハは、ベルトパッド表面の上に下ろされる。同様
に、回転もしくは環状CMPシステムにおいて、研磨パッドは、回転する平坦な
表面上に配置され、スラリが塗布される。研磨キャリアに取り付けられたウエハ
は、研磨パッドの表面上に下ろされる。このようにして、プラナリゼーションが
必要とされるウエハ表面は、ほぼ滑らかにされる。次いで、ウエハは、ウエハ洗
浄システム16に送られ、そこで洗浄される。
現在よりもさらに正確なCMPプロセスの測定および制御が必要となる。CMP
プロセスの目標は、除去速度と均一性を最大限にすることである。周知のように
、除去速度はプレストンの式によって決定できる。除去速度=KpPV、ここで
、オングストローム/分での物質の除去速度は、下向きの力(P)と線速度(V
)の関数であり、Kpは、スラリの化学組成、プロセスの温度、パッド表面によ
って決定されるプレストン係数である。
力)を増して、ウエハを研磨パッドに押し付ける方法がある。しかしながら、過
度の力でウエハがパッドに押し付けられると、圧力によって、そのウエハが壊れ
やすくなって、ウエハ破壊の原因になることがあり、過度の力は、不均一な除去
速度を引き起こすこともある。さらに、下向きの力の大きさは、ウエハの表面上
の高圧によって引き起こされる失速摩擦、およびモータのトルクによって、制限
される。さらに、下向きの力が増大すると、局所的および全体的な均一性が減少
し得ることが見いだされている。
。速度の増大と圧力の増大を組み合わせて行ってもよい。線速度の増大を実現す
る際の制限要素は、キャリアのサイズおよび重量、CMPシステムの物理的なサ
イズの増大、およびモータのトルクである。例えば、ベルトを駆動するために、
大きなトルクと動力を必要とするほど大きいベルト型CMPシステムもある。し
たがって、従来のCMPシステムの線速度を効率的に増大させることは不可能で
ある。
ッドとの間で発生し始める。ハイドロプレーニングは、ウエハの線速度が増大す
ることと、化学物質(例えば、スラリ)の膜が研磨パッド表面を被覆することか
ら起こると考えられる。
照する。周知のように、現在のCMPシステムは、銅などのメタライゼーション
材料を除去し、酸化層の金属配線を隔離するために用いられる。図1Bでは、酸
化層102が基板100の上に示されている。溝102a‐102dは、酸化層
102にエッチングされており、酸化層102内に金属配線を形成するために用
いられる。金属層104を形成する前に、薄いバリアもしくはライナ層(図示せ
ず)が、表面全体にわたって蒸着される。周知のように、窒化ケイ素、窒化チタ
ンなどの材料がバリアに用いられる。次いで、金属層104が、酸化層102全
体に形成され、図示された溝102a‐102dを完全に埋める。図1Cでは、
溝102a‐102dが、金属層104の残りの金属で満たされたまま金属配線
として酸化層102全体にわたって通るように、従来のCMPによって、金属層
104の余分な金属やバリアを除去され、酸化層102の表面が滑らかにされて
いる。
ている欠陥が、それぞれ点106および108のプラナリゼーションされた表面
で生じる。現在の技術のCMPシステムでは、ウエハの表面全体が常に、研磨ベ
ルトもしくはパッドと、スラリに接触し、それによって研磨される。酸化物、バ
リア、および金属層に硬度の差があるために、層が処理されて異なる層が現れる
と、除去速度はかなり変化する。比較的軟質の金属層104は、硬質のバリアや
酸化物よりも大きい速度で除去される。金属配線104の間の酸化物領域106
における金属層が除去された後に、処理を継続すると、108に示した金属配線
のディッシングが起こりうる。しかしながら、酸化物全体にわたってバリア層を
除去するためには、処理を継続する必要がある。「過剰研磨」として知られてい
るプロセスは、厚さのばらつきを補正するために必要となることが多いが、過剰
研磨を施しすぎると、点106に示されたように酸化物が侵食されたり局所的に
薄くなったりする場合がある。周知のように、ディッシングおよび侵食106は
、そのウエハから製造された集積回路の完成品の性能に悪い影響を及ぼすことが
ある。
ウエハに掛ける力を増大させることを可能とするCMPシステムが必要とされて
いる。線速度および力の増大は、除去速度と、プラナリゼーションされたウエハ
表面の均一性を増大させるように制御すべきである。
CMPシステムを提供することによりこれらの要求を満たす。そのCMPシステ
ムは、これまで生じていたディッシング、侵食、ハイドロプレーニングの有害な
影響を排除した上で、線速度の大幅な増大を可能とするシステムであり、リアル
タイムにその場で材料除去のモニタリングを行うことにより正確かつ制御可能な
ウエハ処理を実現できる。ここで、本発明は、プロセス、装置、システム、デバ
イス、または方法を含む種々の手段で実現できることを理解しておく必要がある
。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。
ウエハを保持し回転させるキャリアを備える。ウエハは、処理される表面が露出
するようにキャリア上に保持される。そのシステムは、CMPもしくはバフ研磨
の動作において用いられるパッドやブラシのような処理表面によって覆われたロ
ーラを備える。ローラは、回転する処理表面がローラ接触領域において回転する
ウエハに押し付けられるように回転する。ローラ接触領域は、ウエハ表面の面積
よりも小さい表面積を持つ。回転運動に加えて、ローラは横運動も可能であり、
ローラがウエハの表面に押し付けられると、ローラはさらに、1つの領域から別
の領域へ横断移動する。このようにして、ウエハの全表面が処理される。
ハを保持するキャリアを回転させる工程を含む。キャリアは、処理されるウエハ
の表面が露出するようにウエハを保持する。その方法は、さらに、回転軸の周り
にローラを回転させる工程を含む。ローラは、CMPもしくはバフ研磨の動作に
おいて用いられるパッドやブラシのような処理表面によって覆われている。回転
する処理表面が、回転するウエハ表面に押し付けられ、それにより、ローラ接触
領域が決定される。ローラ接触領域の面積は、ウエハ表面の面積よりも小さい。
ローラ接触領域は、さらに、ウエハの表面にわたって横断方向に動かされ、CM
Pもしくはバフ研磨プロセスが実行される。
の方法は、ウエハを回転させる工程と、回転する表面をウエハの一部分に押し付
ける工程とを含む。次いで、回転する表面は、ウエハの第1の領域と第2の領域
の間を移動される。その方法は、さらに、ウエハの接触領域における線速度を定
める工程と、接触領域においてウエハ方向に力を加える工程とを含む。接触領域
における力と線速度とを操作することにより、除去速度が制御され、その結果と
してウエハ表面を準備するプロセスが制御される。除去速度は、さらに、除去速
度に関するフィードバック情報を提供するセンサを実装することによりモニタリ
ングできる。
セスの制御と正確さを実現できることによって、より複雑な多層集積回路の製造
が可能となる。処理中の線速度と圧力を増大させることができるため、従来技術
よりも高い除去速度が実現される。これにより、処理能力が高くなるだけでなく
、従来技術において全表面で処理を継続していたのに代えて、ウエハの表面接触
領域において処理を施すことにより、さらに制御可能かつ均一なプラナリゼーシ
ョン表面が生み出される。
ためのセンサを備える実施形態である。従来の技術では、材料の除去を評価して
、処理のパラメータを操作する必要があるが、本発明は、処理動作中に測定値と
評価を提供する。プロセスの進行と並行して、ウエハが処理されている間の実際
に処理されているウエハの材料および環境の条件に基づいて、プロセスを操作す
ることができるため、より効率的かつ正確な処理が実現する。より複雑な多層集
積回路の需要に応えるには、多層の表面を正確かつ均一にプラナリゼーションす
る能力が必要であり、本発明は、その要求を満たすものである。
効率的かつ経済的に利用することができる。縦方向に配置することによって、従
来技術のシステムの占有面積が削減され、全体的なプロセスの制御が向上される
。
のその他の態様および利点が明らかになる。
されている。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの詳細
が示されている。しかしながら、当業者にとっては、本発明がこれらの具体的な
詳細の一部もしくはすべてがなくとも実行可能であることが理解されるだろう。
そのほか、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の工程動作の
説明は省略した。
MP装置200は、ウエハ表面領域202’が処理のために露出するようにウエ
ハ202を保持するキャリア204を備える。ウエハ202のキャリア204へ
の固定は、処理の間ウエハが取り付けられた状態を維持し、キャリアに対してほ
とんど回転しないことを保証する周知の技術を用いて行うことが好ましい。駆動
シャフト206は、キャリア204の背面に結合され、キャリア204に回転成
分207を提供する、すなわち、ウエハの回転軸205を中心としたウエハの回
転を引き起こすよう構成されている。
8は、ローラの回転軸215を定めており、回転成分はその軸を中心とする。ロ
ーラの回転軸215は、ウエハ205の回転軸と実質的に垂直である。図示され
ていないが、シャフト208は、従来のギアおよびモータの技術を用いて回転し
、所望のトルクを生み出すよう構成することができる。この実施形態では、ロー
ラ210は、処理表面220(図3参照)を有する。処理表面は、パッド、ブラ
シ、もしくはその他の適切な材料でよく、所望のCMP処理、バフ研磨、洗浄の
ために機能する。力214は、ローラ210の処理表面220がウエハ202に
押し付けられるようにシャフト208に加えられる。したがって、ローラ210
は、接触領域アウトライン212の間に定められる表面領域でのみウエハ202
に接触することになる。ローラ210を用いることにより、ウエハ202の同じ
部分がローラ210の処理表面220に接触し続けないことに注意すべきである
。これは、ウエハ202の表面全体をパッドもしくはベルトの研磨表面に接触さ
せ続ける従来技術のCMP実装とはかなり違ったものである。
置に設置される。これは、工場における空間利用の効率を最大限にする一実施形
態であるが、装置200は、必要性と利用可能な空間に応じて水平方向もしくは
その他の方向に容易に構成可能である。
ウトライン212の間のウエハ202の表面に線速度を生み出す。一実施形態で
は、ウエハ202の表面における線速度(例えば、ここで用いられる線速度は、
ローラ210がウエハ202の表面に接触する場所で定められる)は、ローラ2
10の直径を大きくすることによって増大させることが可能である。
している。上述のように、図2Bの直径の大きいローラ210’を用いると、ロ
ーラの処理表面220の速度が増大し、その結果、接触領域アウトライン212
’の間のウエハ202の表面での線速度が増大する。さらに、ローラ210’が
大きくなると、ウエハ202の表面への接触面も大きくなる。このことは、接触
領域アウトライン212’の間の間隔の増大によって説明される。
いう用語は、バフ研磨もしくはCMP装置を用いた研磨作用によって実現される
任意の数のプロセスを含む一般的な用語である。バフ研磨は、500オングスト
ローム/分まで、一部の用途では1000オングストローム/分までの材料除去
速度を生み出すそれらの動作を含むことが、当業者には一般に理解されるそのプ
ロセスは一般的に、スラリのような化合物(もしくは、バフ研磨もしくは研磨に
適切な任意の他の化合物)を導入して研磨の動作に進むのだが、図2A‐2Bを
参照して説明されたのと同一の機械的プロセスを用いると、より大きい線速度と
力が実現されるので、4000オングストローム/分以上の除去速度を実現する
ことができる。
がって、力および/または線速度を大きくすると、除去速度が大きくなる。図2
Aおよび2Bに示された実施形態は、ウエハが、硬い表面に取り付けられ、背圧
の特徴から、そりや不均一な力の影響を受けにくいので、現在の技術におけるウ
エハへの危険性を孕まずに力を増大できることを示している。図の実施形態は、
さらに、接触領域アウトライン212/212’の間の線速度を容易に増大でき
ることも示している。図2Aおよび2Bは、ウエハ202の中央の領域に接触領域
アウトライン212、212’を持つローラ210、210’を示している。さ
らに、ローラ210およびシャフト208に横運動218をさせることも可能で
あることが示されている。図2Cに最もよく図示されているように、回転217
下にあるウエハ202は、ローラ接触領域212aを持つ。ローラ接触領域21
2aは、接触領域アウトライン212の間に定められる。接触領域アウトライン
212は、ローラが、ウエハ202全体にわたる様々な位置に移動されることを
示すために、ウエハの中央の領域とウエハの端の領域の両方に示されている。ウ
エハが回転217下にあるため、領域212aは、ローラ210を横断方向21
8aもしくは横断方向218bのいずれかに移動する場合の始動位置と終了位置
の例を示している。
ウエハの端に向かって移動するよう、ローラ210を構成してもよい。別の実施
形態では、ウエハの端の領域で始動し、横断方向218bに中央の領域に向かっ
て移動するよう、ローラ210を構成してもよい。しかしながら、すべての実施
形態において、ウエハの回転217により、ウエハの表面全体がローラ210の
処理表面220によって処理されるため、接触領域アウトライン212は、ウエ
ハ表面領域202’に関して固定した点を表すのではなく、回転するローラ21
0と回転するウエハ202の間の接触領域を表す。
断面図は、ローラ210の様々な構成要素を示している。本発明のこの実施形態
では、ローラ210は管状構造222とされている。管状構造222は、CMP
処理においてウエハへ力を掛けることを可能とするのに十分な硬さを持ったステ
ンレス鋼もしくはその他の材料から作られることが好ましい。図示されているよ
うに、図のローラ210は円筒形であり、管状構造222を採ることにより、強
さ、硬さ、軽量という利点が実現されている。しかしながら、構造は中空でなく
とも可能であり、プラスチック、ゴム、合金が、構造の材料として用いられても
よい。
表面220は、CMP、バフ研磨、洗浄プロセスに必要な条件に最もよく適した
パッド、ブラシ、もしくは別の材料でよい。周知のように、CMPプロセスは、
半導体ウエハ製造における数多くの用途で用いられるため、プロセス表面220
は、条件に最もよく適するように変更もしくは修正することができる。例えば、
プロセス表面220の材料は、IC1000とPoramericである。IC
1000とPoramericは、デラウェア、ニューアークのRodel社か
ら入手できる。
える(例えば、図2A)。シャフト208は、ベアリング226およびジンバル
227に取り付けられている。上述のように、CMP処理の際には力214をシ
ャフト208に掛ける。力214は、シャフト208と、ベアリング226と、
ジンバル227とを通して、ローラ210に伝えられる。ローラ210は、ロー
ラ回転219を行い、処理表面220は、回転217を行うウエハ202に押し
付けられる。処理表面220とウエハ表面領域202’が、互いの表面が均一に
接するような適切な位置に合わせられない場合には、処理が不均一になり、満足
な成果は得られないだろう。したがって、シャフト208をジンバル227に取
り付けることにより、CMP処理動作を通して、処理表面220とウエハ表面領
域202’の間に一定な均一の整合が確実に保たれるようにしている。
にセンサ234を用いる本発明のさらに別の実施形態を示す。従来技術では、除
去速度をモニタリングするには一般に、材料の除去を正確に測定するためにCM
Pプロセスを停止する必要があった。除去の程度が決定されると、CMPプロセ
スを再開できるのだが、このように、処理時間が余計に掛かる。図の実施形態は
、リアルタイムにその場でモニタリングを行うことができることを示し、それに
よって、正確かつ均一な材料除去が保証されると共に処理能力が改善される。図
4Aにおいて、CMPプロセスは、ウエハ表面領域202’の外側領域232a
で開始される。上述のように、本発明は、ウエハ表面領域202’の中央領域2
32bでCMP処理を開始するよう構成されてもよいし、ウエハ表面領域202
’の中央領域232aでCMP処理を開始するよう構成されてもよい。ローラ回
転219を行うローラ210は、処理表面220が、回転207を行うウエハ表
面領域202’に押し付けられるように、力214を掛けられる。処理は、(図
2A‐2Cに示されたような)接触領域アウトライン212の間に定められる接
触領域における外側領域で始まる。センサ234は、この分野で周知のように、
レーザ、電子、もしくはその他の測定方法を用いるフィードバック234aプロ
セスを通して、処理中の領域(ここでは、外側領域232a)をモニタリングし
てフィードバックする。一例では、センサは、測定センサなどでよい。さらに別
の例では、センサは分光反射率計であり、それは、イスラエルのNova Me
asuring Instruments社から入手できる。
10は、外側領域232aから中央領域232bへ移動する。一実施形態では、
処理表面220がウエハ表面領域202’に沿って移動するのと同時に、センサ
234も、材料除去をリアルタイムでその場でモニタリングするために外側領域
232aから中央領域232bへ移動する。図4Bでは、ローラ210が外側領
域232aから中央領域232bへ移動し、センサ234が同様の動きをするこ
とがわかる。図4Cでは、ローラ210とセンサ234の連続的な移動が、さら
に進んでいる。センサ234は、ある特定のウエハ表面領域202’における実
際の除去速度と、ウエハ表面領域202’の様々な領域での除去速度の変化と、
CMPプロセスの終点とを含む連続的なデータを提供する。CMPシステムが、
センサ234によって提供されるこのデータと追加のデータを用いることにより
、力214と、ローラ回転219と、ウエハ回転217と、その他のパラメータ
とを変化させて最適な均一のCMPプロセスを実現することが期待される。
CMPシステム250の図である。上述のように、センサ234は、フィードバ
ック234aを用いて、CMP処理をリアルタイムにその場でモニタリングする
。センサ234によって収集されたデータは、センサ応答信号260によって制
御ステーション252へ通信される。一実施形態では、センサ234は、ウエハ
表面領域202’上の材料の深さを測定する。次いで、そのデータは、センサ応
答260によって制御ステーション252へ送信される。図の例では、制御ステ
ーション252は、コンピュータワークステーションであり、それによってオペ
レータは、変数の入力、データの評価、表示、印刷、およびその他のワークステ
ーションの機能を実行することが可能となる。別の実施形態では、制御ステーシ
ョン252は、入力信号に基づいてシステムコマンドを出力するハードウェアコ
ンポーネントである。さらに別の実施形態では、センサ応答信号260がセンサ
234から制御ステーションへ出力され、そこでその信号は、時間、温度、ロー
ラ回転219、ウエハ回転217、ウエハ表面領域202’上でのセンサ234
の位置などの他のパラメータと共に評価される。この情報は、ある特定のウエハ
表面領域202’における材料除去速度と、それに関する線速度と力とを計算、
モニタリングし、システムのパラメータを操作して最適なCMP処理を実現する
ために用いられる。
ローラ210の位置とローラ回転219とを命令する。上述のように、ローラ2
10は、シャフト208に取り付けられている。シャフト208は、モータ25
3に取り付けられている。本発明の一実施形態では、モータ253は、A/Cサ
ーボモータであり、一定の制御可能な回転速度を保つ。制御ステーション252
は、制御/フィードバック信号256aによってモータ253からの出力をモニ
タリングし、制御/フィードバック信号256aによってモータ253にコマン
ドを出力して、モータの速度すなわちローラ回転219を制御する。
18に移動する。ウエハ202の処理中に、ローラ210は、外側領域232a
から中央領域232b、中央領域232bから外側領域232a、すなわちその
時の処理が必要とする方向へとウエハ202に沿って移動する。シャフト208
は、支持構造254に取り付けられており、横断方向218への移動が可能とな
っている。支持構造254は、制御/フィードバック信号256bを用いて制御
ステーション252によってモニタリングされ、制御ステーション252は、同
じ制御/フィードバック信号256bを用いて支持構造254の横運動218を
命令する。本発明の一実施形態では、支持構造254は、さらに、シャフト20
8に力214を掛けることを可能とする。力214はローラ210に伝えられ、
その結果、処理表面220がウエハ表面領域202’に押し付けられる。制御/
フィードバック信号256bは、支持構造254と制御ステーション252との
間に保持され、力214の大きさを制御する。
ニタリング、制御されるウエハ回転217の可変パラメータを示している。キャ
リア回転の制御およびフィードバック信号258は、キャリア回転を制御ステー
ション252へ入力し、制御ステーション252は、キャリア回転の制御および
フィードバック信号258によって制御信号を出力し、回転217を調節する。
図5は、本発明の制御およびフィードバックについての多くの構成の内の一実施
形態を示す。説明されたパラメータに加えて、制御ステーション252は、さら
に、処理環境における温度や圧力のような変数をモニタリングし、処理データを
リアルタイムで測定してシステムの変数を正確に制御することにより、最適なC
MP処理を実現することが期待される。
示す。CMP処理システムの囲壁270は、鋼鉄、合金、もしくは粒子の生成が
少ないその他の材料で作られ、構造と、支持と、スラリや化学薬品などの処理材
料を導入して副生成物を除去する能力を提供することが期待される。CMP処理
システムの囲壁270は、CMP装置200を格納し、CMP装置200へのウ
エハ202の搬入および搬出を行い、必要な処理環境を維持し、安全かつ効率的
なCMP処理を促進するために必要なその他の任意の機能を実行するよう設計さ
れる。
を垂直方向に配置することを特徴とする。CMP処理システムの囲壁270は、
CMP装置200を作動するための構造および支持を提供すると共に、電力、水
、空気、その他の処理化学薬品、ガス、およびその他の材料など、処理に必要な
材料を供給する。処理されるウエハは、CMP処理システムの囲壁270へ搬送
され、特定の製造工場の設備、プロセス、資源に最も適した方法によって処理環
境に導入される。そのような方法の例は、エフェクタ、カセットローダ、ロボッ
トなどである。CMP処理システムの囲壁270は、脱イオン水、空気、化学薬
品、ガス、およびスラリ用の化合物など、処理に必要な材料を導入し、さらに、
処理環境の外へ処理の副生成物を搬送する。CMP処理システムの囲壁270は
、さらに、特定のプロセスの必要条件に従って、温度や圧力などの処理環境の環
境条件を保持する。上述のように、CMP処理システムの囲壁270は、さらに
、処理されたウエハを処理環境の外へ搬送することを可能とする。周知のように
、ウエハは、側面搬入口、上面搬入口、もしくは、ウエハの搬出入を円滑にする
と共に粒子の生成を低く抑えるその他の搬入口によって導入することができる。
搬入口は、上述のように処理中の内部環境の正確な制御を可能とするドアもしく
はハッチを用いて管理することができる。
動作を明示するフローチャート280を示す。その方法は、ウエハが化学機械研
磨(CMP)動作での処理のために供給される動作282で始まる。周知のよう
に、ウエハは一般に、カセットに格納されており、製造中に様々なステーション
に搬送され、所望の処理動作を完了する。このように本発明の一実施形態では、
ウエハをカセットから供給され、CMP装置に安全に搬送するためにエンドエフ
ェクタを用いて扱うことができる。ウエハが供給されると、その方法は、CMP
処理中にウエハを保持するためにキャリアが準備される動作284に移行する。
キャリアはCMP装置の一部であり、一実施形態では、キャリアは、ウエハが配
置される硬い表面を持っている。硬い支持をウエハに提供する任意のキャリア構
造を用いることができるのだが、キャリアは、半導体製造もしくはその他同様の
基板に用いられるシリコンウエハの直径および形状に近いことが好ましいだろう
。さらに、キャリアは、CMPプロセス中にウエハに掛けられる力を支持するの
に十分な強さと硬さを持つ材料で作られることが期待される。キャリアは、さら
に、CMP中に回転されるため、軽量の材料で作られる必要がある。例えば、そ
のような材料は、硬質プラスチック、アルミニウム、ステンレス鋼などである。
MP処理中ウエハを適切な位置にしっかりと保持する任意の方法により、その取
り付けを行うことができる。例えば、ウエハをキャリアに取り付ける方法には、
真空、静電気力、表面張力、もしくは機械的なクランプなどの方法がある。どの
方法を用いるにしても、取り付けは、キャリアが回転されローラによって力を掛
けられている際にウエハを適切な位置に保持できる強さを持つ必要がある。ウエ
ハが取り付けられると、その方法は、上述のようにキャリアが回転される動作2
88に進む。ウエハは、キャリアに取り付けられているため、キャリアと共に回
転する。
ウエハ表面を横断して作用させる動作である。動作290は、研磨、バフ研磨、
もしくは洗浄の動作を円滑にするために化学薬品、化合物、もしくは化学的な混
合物などが導入された処理環境で実行される。接触領域は、ローラを覆う処理表
面がウエハに接触する領域である。すでに説明された方法に従って、ウエハは回
転している。したがって、処理表面がウエハに押し付けられても、接触領域は、
円形のウエハを横断する唯一の変化しない帯もしくは弦として定まるわけではな
い。したがって、ウエハ上のローラの配置に応じて、ウエハの回転によって、ウ
エハの外側部分のみが処理されている場合(例えば、ローラがウエハの外側部分
に配置されている場合)と、ウエハ表面の全体が処理されている場合(例えば、
ローラがウエハの中央に配置されている場合)とが存在することになる。従来技
術での設計と違い、ローラの処理表面が実際には、常にウエハの表面全体に接触
しているわけではないことを理解すべきである。すなわち、ローラは、ウエハ表
面の特定の部分が、ローラの回転している処理表面を通って回転する間、ウエハ
表面の一部分(例えば、接触領域)にのみ接触する。例外は、ローラがウエハの
正に中央に配置され、一部の中央部分(中央の小さな点によって決まる)がウエ
ハに接触する場合である。ローラは、ローラが外側領域から中央領域へ移動され
るか、もしくは中央領域から外側領域へ移動されるかによって、プロセスの開始
時もしくは終了時にのみ中央に配置される。
面上を動かされる動作292に進む。ローラは、中央領域から外側領域へ移動し
てもよいし、外側領域から中央領域へ移動してもよい。また、ローラは、プロセ
スの必要条件に従って、ウエハ表面の任意の領域を横切って任意の方向へ移動し
てもよい。これは、周知の形状の変異を取り除く必要がある場合に必要になる。
ウエハの表面を横切るローラの移動は、CMPプロセスにおいて所望の成果を得
られるまで、ウエハの表面を横切って接触領域を移動させ、第1の領域から第2
の領域へ進む。これは、CMPプロセスの最終の動作であり、完了すると、ウエ
ハはキャリアから取り除かれ、ウエハ製造プロセスの次の段階に移行される。例
えば、CMP処理に続く次の段階は、CMPの残滓を取り除き、フォトレジスト
層を形成するための準備をする洗浄段階であってもよい。もちろん、CMP処理
は、ウエハを集積回路に加工する間に、様々な層(例えば、酸化層、金属層など
)に対して繰り返してもよい。完了すると、ウエハは、ダイに切断される。ダイ
は各々が、1つの集積回路チップとなる。次いで、チップは、適切なパッケージ
内に配置され、消費者向け電子製品のような所望のエンドデバイスに組み込まれ
る。
述の明細事項を読み、図面を見た際に、様々な変更、追加、置き換え、および等
価物を実現するだろう。したがって、本発明は、本発明の真の趣旨および範囲内
での変更、追加、置き換え、および等価物の全てを含むことが意図されている。
研磨(CMP)プロセスの概略図である。
。
ある。
ある。
本発明のさらに別の実施形態を示す図である。
本発明のさらに別の実施形態を示す図である。
本発明のさらに別の実施形態を示す図である。
ステムの図である。
示するフローチャートである。
Claims (23)
- 【請求項1】 化学機械研磨システムであって、 ウエハ表面領域を有するウエハを支持し回転するよう構成されたキャリアと、 処理表面を有するローラを備え、前記処理表面は、前記ローラがローラ回転軸
を中心に回転する際に回転するよう構成され、前記ローラの前記処理表面は、ロ
ーラ接触領域において前記ウエハに押し付けられ、前記ローラ接触領域は、前記
ウエハ表面領域よりも狭い、システム。 - 【請求項2】 請求項1記載の化学機械研磨システムであって、さらに、 前記キャリアの背面に接続され、前記ウエハを回転させる駆動シャフトを備え
る、システム。 - 【請求項3】 請求項1記載の化学機械研磨システムであって、前記ローラ
は、前記ローラの前記直径が増大すると共に増大するように前記ローラの直径に
よって決定される線速度成分を有するシステム。 - 【請求項4】 請求項1記載の化学機械研磨システムであって、さらに、 前記ローラを貫通し、前記ローラ接触領域において前記ウエハに押し付けられ
る際に前記ローラを支持するよう構成されたシャフトを備えるシステム。 - 【請求項5】 請求項4記載の化学機械研磨システムであって、前記ローラ
は、前記駆動シャフトに接続され、前記ローラが前記ウエハに押し付けられる際
に前記ウエハと前記ローラとの間の位置不整合を補償するよう構成されたジンバ
ル機構を備えるシステム。 - 【請求項6】 請求項1記載の化学機械研磨システムであって、前記ローラ
は、制御可能な力によって前記ローラ接触領域において前記ウエハに押し付けら
れる、システム。 - 【請求項7】 請求項1記載の化学機械研磨システムであって、前記ローラ
が、前記ウエハの第1の領域と前記ウエハの第2の領域との間を横断方向横断す
る方向に移動するシステム。 - 【請求項8】 化学機械研磨の方法であって、 ウエハ表面領域を有するウエハを支持するよう構成されたキャリアを回転させ
る工程と、 処理表面を有するローラを回転軸を中心に回転させる工程と、 前記ローラの前記処理表面を、前記ウエハ表面領域よりも小さい面積のローラ
接触領域において、前記ウエハの前記ウエハ表面領域に押し付ける工程とを含む
方法。 - 【請求項9】 請求項8記載の化学機械研磨の方法であって、前記ウエハは
、回転される前記キャリアの背面に接続された駆動シャフトによって回転させら
れており、前記ウエハは、実質的に前記ウエハが前記キャリアに対して回転しな
いよう支持されている方法。 - 【請求項10】 請求項8記載の化学機械研磨の方法であって、さらに、 前記ローラの直径が増大すると共に増大するように前記ローラの直径によって
決定される線速度成分を定める工程を備える方法。 - 【請求項11】 請求項8記載の化学機械研磨の方法であって、さらに、 前記ローラを貫通するシャフトによって、前記ローラ接触領域において前記ウ
エハに押し付けられる際に前記ローラを支持する工程を備える方法。 - 【請求項12】 請求項11記載の化学機械研磨の方法であって、さらに、 前記ローラが前記ウエハに押し付けられる際に前記ウエハと前記ローラとの間
の位置不整合を補償するためのジンバル機構を前記ローラに設ける工程を備える
方法。 - 【請求項13】 請求項8記載の化学機械研磨の方法であって、さらに、 前記ローラに力を掛ける工程を含み、前記力を掛ける工程中は、前記力は、制
御可能である、方法。 - 【請求項14】 請求項8記載の化学機械研磨の方法であって、さらに、 前記ローラを前記ウエハ表面領域に沿って、前記ウエハの第1の領域から前記
ウエハの第2の領域へ横断方向横断する方向に移動させる工程を備える横断方向
方法。 - 【請求項15】 ウエハの表面を準備する方法であって、 前記ウエハを回転する工程と、 回転面を前記ウエハの一部分に押し付ける工程と、 前記回転面を前記ウエハの第1の領域と第2の領域との間で移動させ、前記準
備を完了させる工程とを備える方法。 - 【請求項16】 請求項15記載のウエハの表面を準備する方法であって、
さらに、 前記ウエハの前記一部分である接触領域において、前記回転するウエハと前記
回転面とによって定まる線速度を発生させる工程と、 前記線速度を操作して、前記ウエハの前記表面の前記準備を制御する工程とを
備える方法。 - 【請求項17】 請求項16記載のウエハの表面を準備する方法であって、
さらに、 前記ウエハの前記接触領域において、前記回転面によって前記ウエハの前記接
触領域に掛けられる力を定める工程と、 前記力を操作して、前記ウエハの前記表面の前記準備を制御する工程とを備え
る方法。 - 【請求項18】 請求項17記載のウエハの表面を準備する方法であって、
さらに、 前記回転面を移動させることにより、前記ウエハの前記第1の領域から前記ウ
エハの前記第2の領域に横断する横断方向に前記ウエハの接触領域前記接触領域
を移動させる工程と、 前記接触領域が横断方向前記横断する方向に移動する際に、前記線速度および
前記力を操作し、前記ウエハの前記表面の前記準備を制御する工程とを備える方
法。 - 【請求項19】 請求項18記載のウエハの表面を準備する方法であって、
さらに、 前記ウエハの前記表面の前記準備によって達成される除去速度を計算する工程
と、 前記接触領域が横断方向前記横断する方向に移動する際に、前記線速度および
前記力を操作し、前記ウエハの前記表面の前記準備を制御する工程とを備える方
法。 - 【請求項20】 請求項15記載のウエハの表面を準備する方法であって、
さらに、 前記ウエハの前記表面の前記準備中に、前記ウエハの前記表面に化合物を導入
する工程と、 前記ウエハの前記表面上に前記化合物が存在する状態で、前記接触領域におい
て前記ウエハの前記表面に前記回転面を押し付ける工程とを備える方法。 - 【請求項21】 請求項15記載のウエハの表面を準備する方法であって、
さらに、 前記ウエハの前記表面の前記準備において除去される材料量を、センサを用い
て測定する工程と、 前記ウエハの前記表面の前記準備中に、前記ウエハにわたって前記センサを走
査し、除去される材料量を測定する工程と、 前記センサの測定結果を用いて、除去速度を計算する工程とを備える方法。 - 【請求項22】 請求項15記載のウエハの表面を準備する方法であって、
前記準備は、CMP処理およびバフ研磨処理の一方である方法。 - 【請求項23】 請求項15記載のウエハの表面を準備する方法であって、
前記回転するウエハは、ウエハ回転軸を持ち、前記回転面の回転面軸は、前記ウ
エハ回転軸と実質的に垂直である方法。
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