JP2004534660A - 研摩材料を保持するためのプラテン - Google Patents
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Abstract
全体的に、研磨材料を保持する為の方法および装置が提供されている。一実施形態において、当該装置は、上面、複数のチャネル、一以上の真空用ポートを含む。上面は、研磨材料を支持するように適合されている。複数のチャネルは、上面の研磨領域内に形成されている。真空用ポートは、プラテン内に配置され、少なくとも一つのポートが少なくとも一つのチャネルと連通状態になっている。真空をポートに適用するとき、研磨材料の下にある流体をチャネルが取り除くと同時に研磨材料を上面に固定する。
Description
【開示内容の背景】
【0001】
本発明の教示は、添付された図面との組合せで以下の詳細な説明を考慮することにより、容易に理解されよう。
【0002】
理解を容易にするために、図で共通な同一要素を示す為に、可能な限り、同一符号が使用されている。
【0003】
発明の分野
本発明の実施形態は、概して、研磨システム内で研磨材料を保持する為の方法および装置に関する。
【0004】
発明の背景
半導体ウエハ処理において、化学的機械平坦化やCMPは、ウエハ等の基板や半導体加工品上のデバイス密度を増加する高能力の為に支持を得てきた。半導体制作においてウエハ上に形成された複数層の平坦化の要求は増えており、より少ないウエハ損傷で、より大きなシステム(例えば、プロセス・ツール)スループットや強化されたウエハ平坦化に対する要求も増えてきた。
【0005】
化学機械的平坦化システムは、一般に、基板や半導体ウエハを研磨用ヘッド内に保持する。研磨用ヘッドは、研磨材料に基板を押し付ける。研磨用ヘッドと研摩材料は、基板と研磨材料との間の研磨運動を提供し、互いに移動する。研磨用流体は、研磨中、基板と研磨材料との間に配置されている。研削材を含む可能性がある研磨用流体は、一般に、基板表面で化学的作用を提供し、これが、基板から材料を除去するのに役立つ。
【0006】
化学機械的研磨の為に利用可能な研磨材料の一つのタイプは、固定研磨材として知られている。固定研削材は、バッキングシート上で離散的な要素である樹脂結合材内で浮遊させた複数の研削材粒子を備える。研削材粒子が研摩材料内に含まれているので、固定研削材を利用するシステムは、一般的に、研削材を含まない研磨流体を使用する。
【0007】
固定研削用研磨材は、一般的に、スティックダウン形式で利用可能であるが、しばしば、ウェブ形式で利用される。ウェブの研磨面は研磨処理により消費されるので、多くの基板を研磨する過程にわたり、通常、ウェブは周期的に進められる。研磨処理中、基板にウェブを固定する為に、下にあるサポート部とウェブとの間に真空が適用されている。ウェブが進められる前に、真空が除去され、ウェブを支持面から解放する。
【0008】
研磨材料のウェブを使用する時に定期的に遭遇する問題は、研磨用プラテンの表面とウェブを同一平面に維持することである。たとえば、研磨中、ウェブに抗して保持される基板に関してウェブとプラテンが移動するときに受ける剪断力の為、ウェブは、研磨中、プラテンに関し、クリープするかもしれない。ウェブは、クリープするときに皺になるかもしれず、非平坦化表面を形成し、研磨均一性を途絶する可能性がある。さらに、プラテンとウェブの縁部で真空密閉領域を横切って延びる皺は、密閉不良の原因になり、ウェブがプラテンから分離することを許容する可能性がある。
【0009】
その上、ウェブとプラテンとの間に捕捉された気泡や他の気体は、ウェブとプラテンとの間の表面接触領域を減じる。減じられた接触領域は、ウェブとプラテンとの間の摩擦力を符合して減少させ、都合の悪いことに、ウェブがプラテンを横切ってクリープする可能性を高める。さらに、ウェブにおける皺は、ウェブとプラテン間のバブル形成を悪化させる傾向がある。ウェブの下にあるバブルは、一体化された研磨材料(すなわち、研磨材料とサポート材料との組合せ)表面の引張応力を変更し、それは、直接、研磨結果を変え、そのため、予測できない研磨結果と研磨材料のウェブの早期消費を導く状態を創り出す。スティックダウン型パッドは、ウェブをベースとしたシステムにおける研磨材料を解放し再固定する頻度が高いため、程度は少ないが、同様の問題を受ける。
【0010】
したがって、上部における研磨材料の保持を改善するプラテンが必要である。
【発明の概要】
【0011】
本発明の一態様は、概して、研磨材料を保持する為の装置を提供する。一実施形態において、当該装置が含むのは、上面を有するプラテン、複数のチャネル、一以上の真空用ポートである。上面は、研磨材料を支えるのに適合されている。複数のチャネルは、上面の研磨領域内に形成されている。真空用ポートは、プラテン内に配置され、少なくとも一つのポートは、少なくとも一つのチャネルと連通状態になっている。
【0012】
本発明の他の態様では、溝により制限されたチャネル網を含む上面を有するプラテンに研磨材料を保持する方法が提供されている。一実施形態において、当該方法は、上面内に配置された溝に真空を適用するステップと、溝の内側にあるプラテンと研磨材料との間に捕捉された流体の一部を、複数のチャネルを通して、溝へと引くステップと、研磨材料とプラテンとの間に捕捉された流体の他の一部を、複数の真空用ポートを通して、チャネルへと引くステップと、を含む。
【発明の詳細な説明書】
【0013】
図1は、一実施形態に係る化学機械研磨機100の一部断面図であり、化学機械研磨機100は、研磨材料を保持するように構成されたプラテン・アセンブリ130を組み込む一以上の研磨用ステーションを有する。本発明で効果的に使用可能な一つの研磨機100は、"REFLEXION"(商標)化学機械的研磨機であり、これは、カリフォルニア州サンタクララ市に所在するアプライドマテリアルズ社により製造されている。プラテン・アセンブリ130は、化学機械的研磨機の一構成で記述されているが、当業者は、プラテン・アセンブリ130の研磨材料保持態様を、本願で教示および記載されたように、ウェブ形式で研磨材料を利用する他の化学機械的研磨機に適合可能である。
【0014】
本発明が役立つ為に使用可能な例示的研磨機100は、Birang氏等に対し1999年2月4日に提出された、米国特許第09/144,456号に一般的に説明されており、その全体が参考の為に本願に組み込まれている。研磨機100は、一般的に、複数の研磨用ステーション132、ベース140、複数の研磨用ヘッド・アセンブリ152を支えるカルーゼル134を含む。図1は、研磨用ステーション132の一つと、対応する研磨用ヘッド・アセンブリ152を示す研磨機100の一部を例示する。
【0015】
一般的に、カルーゼル134は、複数のアーム150を持つが、その一つが示されており、研磨用ヘッド・アセンブリ152の一つを支持している。カルーゼル134は割り出し可能になっているので、研磨用ヘッド・アセンブリ152が研磨用ステーションと移送用ステーション(図示せず)との間を移動可能になっている。研磨用ヘッド・アセンブリ152は、駆動システム102によってカルーゼル134に結合された研磨用ヘッド104を一般的に備えている。研磨用ヘッド104は、研磨中、基板122を保持する。駆動システム102は、直線運動及び回転運動を研磨用ヘッド104に一般的に与える。一実施形態において、研磨ヘッド104は、TITAN HEAD(商標)ウエハ用キャリアであり、これは、カリフォルニア州サンタクララ市に所在するアプライドマテリアルズ社により製造されている。
【0016】
研摩用ヘッド・アセンブリ152と研磨用ステーションとの間に配置されているのは、研磨材料106である。研摩材料106は、ウェブ又はパッドを備えてもよい。一実施形態において、研磨材料106はウェブ形式になっており、ウェブは、供給用ロール116と巻取り用ロール118との間で研磨用ステーション132上に配置されている。供給用ロール116は、研磨用ステーション132の一側部上に配置され、研磨材料106のウェブの不使用部分を含む。巻取り用ロール118は、研磨用ステーション132の反対側に配置され、研磨材料106のウェブの使用済み部分を保持する。研摩材料106のウェブは、インデクサ136によって、供給用ロール116と巻取り用ロール118との間で周期的に前進する。インデクサ136は、例えば、一対のピンチローラを含み、これは、制御可能に駆動され、研磨材料106のウェブを所定量だけ前進させる。
【0017】
一実施形態において、研磨材料106は、樹脂結合材内に浮遊した複数の研磨材粒子を備え、これが、バッキングシート上の独立した要素内に配置されている。そのような固定された研摩材料の例は、ミネソタ州セントポール市のミネソタ・マニュファクチュアリング・マイニング社から利用可能である。あるいは、研摩材料106は、発泡ポリウレタンのような従来の研摩材料を備えてもよい。そのような研磨材料の例は、デラウェア州ニューアーク市のローデル社から利用可能である。
【0018】
研磨用ステーション132は、ベース140上に回転自在に配置されているプラテン・アセンブリ130を概して含む。プラテン・アセンブリ130は、ベアリング138により、ベース140の上方に配置されているので、プラテン・アセンブリ130は、ベース140に関して回転可能である。従来のベアリング、ロータリ・ユニオン継手、スリップリング(図示せず)が提供されているので、電気的、機械的、空気力学的信号や接続は、ベース140と回転プラテン・アセンブリ130との間で結合可能になっている。プラテン・アセンブリ130は、通常、回転運動をプラテン・アセンブリ130に提供するモータ108に結合されている。
【0019】
図2A及び図2Bは、プラテン・アセンブリ130の断面図を示す。研磨アセンブリ130は、研磨材料106を支持するプラテン230を概して備えている。プラテン230は、通常、アルミニウムから構成されている。プラテン230は、研磨材料106のウェブを支持する上面260又はサポート部を有する。中央凹部276は、上面260内に配置され、プラテン230内に延びている。
【0020】
プラテン230の上面260は、プラテン230の周辺付近に形成された溝202を含む。溝202は、通常、プラテン230の少なくとも2つの端部に沿って延びているが、プラテン230の全周に沿って完全に延びてもよい。研磨領域212は、基板が処理される領域として、溝202の内側上面260に限定されている。通常、溝202は、溝202内に配置されたポート284によって真空源282に結合されている。真空ポート284から真空が引かれると、研磨材料106とプラテン230との間から除去された流体(主として空気)は、研磨材料106をしっかりと上面260に固定させる。そのような研磨材料保持システムの一例は、サマー氏等により1999年2月25日に提出された米国特許出願第09/258,036号に開示されており、これは、その全部が参考の為本願に組み込まれる。
【0021】
中央凹部276内には、サブパッド278とサブプレート280が配置されている。サブパッド278は、研磨用ヘッド104内で保持された基板122の平面に対して平行に研磨材料106を維持し、基板122のグローバルな平坦化を促進する。サブパッド278は、通常、ポリマー(例えば、一部が発泡層上のポリカーボネート)である。通常、サブパッドのデュロメータ又は硬さは、特定の研磨結果を生成するように選択可能である。サブパッド278の上面がプラテン230の上面260と同一平面になり、プラテン230の上面260により制限されるように、サブプレート280は、サブパッド278と凹部276の底部との間に位置決めされる。
【0022】
プラテン・アセンブリ130の上面260は、内部に形成された複数のチャネル204を含む。一実施形態において、サブパッド278内に形成された少なくとも一つのチャネル204は、第1端部206と第2端部208とを有する。第1端部206と第2端部208は、プラテン230の一側部で溝202に結合されており、プラテン230の他側部で溝202に結合されている。真空が溝202に適用されると、チャネル204は、研磨材料106のウェブの下方に捕捉された流体を溝202内に引き、ポート284を通して出される。研摩材106のウェブは、溝202内の真空により引かれ、プラテン・アセンブリ130の上面260に抗して同一平面に固定される。プラテン230の一部によって溝からサブパッド278を分離させた構成において、チャネル202は、プラテン230及びサブパッド278の両方を通って伸びてもよい。
【0023】
オプションとして、一以上の流路210がプラテン230及びサブパッド278を通って配置されている。流路210は、真空源282に結合されている。通常、チャネル204の少なくとも一つは、一以上の流路210によって真空源282に結合されている。あるいは、一部又は全部の流路210は、チャネル204を迂回する上面260に、直接、結合可能である。チャネル204は、流路210だけにより、又は、流路210と溝202との両方により、真空源282(又は、図示されていない他の真空源)に結合可能である。真空源282に結合されたチャネル204は、素早く、研磨材料106の下に捕捉された流体を除去し、効率良く、研磨材料106をプラテン・アセンブリ130の上面に抗して引っ張る。真空源とチャネル204との間に配置されたバルブ(図示せず)は、さらに、チャネル204の排気または圧縮を許容し、研磨材料106と上面260との間の真空を除去する。
【0024】
あるいは、一以上のチャネル204は、上面260の下に配置された側方チャネル235を介して溝202に結合可能である。側方チャネル235は、サブパッド278、サブプレート230又はプラテン230内に配置可能である。通常、側方チャネル235は、流路210によりチャネル204に結合されている。オプションとして、一部または全部の流路210は、チャネル204の一つを通って連通することなく、側方チャネルと上面260との間に配置可能である。
【0025】
プラテン330とサブパッド378を持つプラテン・アセンブリ300の一実施形態の平面図は、図3に示されている。
【0026】
プラテン・アセンブリ300の上面260内に配置されたチャネル304は、プラテン330の縁部に概して平行な第1方向に向けられた細長い一連のチャネル306を備えている。オプションとして、チャネル304は、細長いチャネル306と交差する一連の側方チャネル308を追加で含み、格子パターンを形成してもよい。一実施形態において、チャネル306、308は、直角で交差している。研摩材料(図3には図示せず)下方に配置された格子パターンは、真空が溝302に適用される際に研磨材料106がプラテン330に抗して密封されるとき、捕捉される可能性がある流体を排気する。チャネル304の格子は、素早く、かつ効率良く、捕捉流体を減圧して排気し、ウェブの下にある流体バブルを実質的に排除し、研磨材料106を研磨用アセンブリ300の上面360に抗して都合良く固定する。あるいは、チャネル304は、他のパターンでもよく、例えば、一方向性チャネル、同心チャネル、円形チャネル、交差放射状及び同心チャネル、曲線からなるチャネル、チャネル網、単一または他のパターンと組み合わせて構成可能なチャネル・オリエンテーションがある。
【0027】
プラテン・アセンブリ300は、プラテン330とサブパッド378内に配置された第1セットの流路を含んでもよい。流路312は、任意に配置可能であり、また、所定場所(例えば、チャネル304の交差部)に配置可能である。流路312は、チャネル304を真空源(図3には図示せず)に結合するが、これは、上面360付近の流体を除去することを促進する。オプションとして、第2セットの流路314は、プラテン・アセンブリ300または他の場所を通して配置され、真空源を直接、上面360に結合可能である。
【0028】
真空がチャネル304及び溝302に適用されると、研磨材料106は、プラテン・アセンブリ300の研磨領域310に反して都合良く同じ高さに引っ張られ、これにより、研磨品質を高める。研磨領域310内の上面360の過剰な破壊を避ける為に、プラテン・アセンブリ300の研磨領域310内に形成されたチャネル304は、概して、約40ミル未満の深さ、約20ミル未満の幅を持つべきである。通常、チャネルの輪郭は、いろいろな幾何学的な形状でよく、例えば、矩形、三角形、丸形、楕円形、長方形、その他の輪郭がある。
【0029】
図4は、プラテン・アセンブリ400の、他の実施形態の一例を示す。プラテン・アセンブリ400は、プラテン402、サブパッド414を含む。プラテン402とサブパッド414の一方または両方は、内部に配置されたチャネル404を有してもよい。チャネル404は、プラテン402の研磨領域406内に配置され、一定パターン(例えば、極配列)内に配置されている。チャネル404の極配列は、通常、研磨領域406内で心出しされる。研磨領域404は、通常、研磨領域406と外接する溝410に結合されている。溝410は、円形、多角形、他の形状でよい。少なくとも、チャネル404の少なくとも一部は、少なくとも一つの真空用ポート408に結合されている。ポート408は、通常、中央でプラテン402内に位置決めされるが、他の場所に配置可能である。オプションとして、追加の真空用ポートは、チャネル404に結合可能であり、直接、プラテン402の上面と連通状態にある。一以上の二次側のチャネル412は、研磨領域406の外側でプラテン402に配置可能である。二次側真空用チャネル412は、どんな構成でもよく、直接または溝410を通って、真空源に結合可能である。通常、二次側真空チャネルの幅は、チャネル404より大きく、よって、急速な排気と真空の適用、より効果的な流体除去、研磨領域416の外側で適用されるべき大きな保持力を許容する。
【0030】
主として図1及び図2を参照すると、操作中、真空は研磨材料106のウェブに適用され、研磨材料をプラテン・アセンブリ130に固定する。研摩材料106は、溝202を空にすることによりプラテンに密封される。溝202の内側の研摩材料106の下の領域(すなわち、研磨領域212)は、チャネル204とポート284を通して空にされる。溝202内に更に溝を通してチャネル204を排気させると、流路210は、流体を急速に研磨材料106のウェブの下方から除去され、急速かつ均一な真空保持力を研磨材料の幅にわたって提供するが、これは、研磨材料をプラテン・アセンブリ130の上面260に抗して同じ高さに固定する。さらに、チャネル204と流路210は、研磨材料106と上面260との間の真空を急速に漏らす。このように、真空の急速な適用と除去は、都合良く、システムのサイクルタイムを減らす。
【0031】
研摩材料106のウェブがプラテン・アセンブリ130と同じ高さで一旦固定されると、研磨用ヘッド104内に保持された基板122は、研磨材料106に抗して押し付けられる。基板122は、化学機械的研磨処理を実行する為に、研磨流体の存在下で、プログラムされた研磨運動中に移動される。
【0032】
本発明の教示は、本願で示され、詳細に説明されたが、当業者は、他の変形実施形態を容易に案出することができ、これらは、教示を更に組み入れるものであり、本発明の精神から逸脱するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】図1は、本発明の、化学機械的研磨平坦化システムの一実施形態の一部断面図である。
【図2A】図2Aは、プラテン・アセンブリの一部断面図である。
【図2B】図2Bは、図2Aの2B−2B線に沿って切断された断面図である。
【図3】図3は、他の実施形態に係るプラテン・アセンブリの一部断面図である。
【図4】図4は、他の実施形態に係るプラテン・アセンブリの一部断面図である。
【符号の説明】
【0034】
100…化学機械研磨機、116…供給用ロール、118…巻取り用ロール、130…プラテン・アセンブリ、132…研磨用ステーション、134…カルーゼル、136…インデクサ、138…ベアリング、140…ベース、152…研磨用ヘッド・アセンブリ、202…溝、212…研磨領域、230…プラテン、235…側方チャネル、260…上面又はサポート部、276…中央凹部、278…サブパッド、280…サブプレート、282…真空源、300…プラテン・アセンブリ、302…溝、304…チャネル、312…流路、314…流路、330…プラテン、360…上面、378…サブパッド、400…プラテン・アセンブリ、402…プラテン、406…研磨領域、412…二次側真空用チャネル、414…サブパッド、416…研磨領域。
【0001】
本発明の教示は、添付された図面との組合せで以下の詳細な説明を考慮することにより、容易に理解されよう。
【0002】
理解を容易にするために、図で共通な同一要素を示す為に、可能な限り、同一符号が使用されている。
【0003】
発明の分野
本発明の実施形態は、概して、研磨システム内で研磨材料を保持する為の方法および装置に関する。
【0004】
発明の背景
半導体ウエハ処理において、化学的機械平坦化やCMPは、ウエハ等の基板や半導体加工品上のデバイス密度を増加する高能力の為に支持を得てきた。半導体制作においてウエハ上に形成された複数層の平坦化の要求は増えており、より少ないウエハ損傷で、より大きなシステム(例えば、プロセス・ツール)スループットや強化されたウエハ平坦化に対する要求も増えてきた。
【0005】
化学機械的平坦化システムは、一般に、基板や半導体ウエハを研磨用ヘッド内に保持する。研磨用ヘッドは、研磨材料に基板を押し付ける。研磨用ヘッドと研摩材料は、基板と研磨材料との間の研磨運動を提供し、互いに移動する。研磨用流体は、研磨中、基板と研磨材料との間に配置されている。研削材を含む可能性がある研磨用流体は、一般に、基板表面で化学的作用を提供し、これが、基板から材料を除去するのに役立つ。
【0006】
化学機械的研磨の為に利用可能な研磨材料の一つのタイプは、固定研磨材として知られている。固定研削材は、バッキングシート上で離散的な要素である樹脂結合材内で浮遊させた複数の研削材粒子を備える。研削材粒子が研摩材料内に含まれているので、固定研削材を利用するシステムは、一般的に、研削材を含まない研磨流体を使用する。
【0007】
固定研削用研磨材は、一般的に、スティックダウン形式で利用可能であるが、しばしば、ウェブ形式で利用される。ウェブの研磨面は研磨処理により消費されるので、多くの基板を研磨する過程にわたり、通常、ウェブは周期的に進められる。研磨処理中、基板にウェブを固定する為に、下にあるサポート部とウェブとの間に真空が適用されている。ウェブが進められる前に、真空が除去され、ウェブを支持面から解放する。
【0008】
研磨材料のウェブを使用する時に定期的に遭遇する問題は、研磨用プラテンの表面とウェブを同一平面に維持することである。たとえば、研磨中、ウェブに抗して保持される基板に関してウェブとプラテンが移動するときに受ける剪断力の為、ウェブは、研磨中、プラテンに関し、クリープするかもしれない。ウェブは、クリープするときに皺になるかもしれず、非平坦化表面を形成し、研磨均一性を途絶する可能性がある。さらに、プラテンとウェブの縁部で真空密閉領域を横切って延びる皺は、密閉不良の原因になり、ウェブがプラテンから分離することを許容する可能性がある。
【0009】
その上、ウェブとプラテンとの間に捕捉された気泡や他の気体は、ウェブとプラテンとの間の表面接触領域を減じる。減じられた接触領域は、ウェブとプラテンとの間の摩擦力を符合して減少させ、都合の悪いことに、ウェブがプラテンを横切ってクリープする可能性を高める。さらに、ウェブにおける皺は、ウェブとプラテン間のバブル形成を悪化させる傾向がある。ウェブの下にあるバブルは、一体化された研磨材料(すなわち、研磨材料とサポート材料との組合せ)表面の引張応力を変更し、それは、直接、研磨結果を変え、そのため、予測できない研磨結果と研磨材料のウェブの早期消費を導く状態を創り出す。スティックダウン型パッドは、ウェブをベースとしたシステムにおける研磨材料を解放し再固定する頻度が高いため、程度は少ないが、同様の問題を受ける。
【0010】
したがって、上部における研磨材料の保持を改善するプラテンが必要である。
【発明の概要】
【0011】
本発明の一態様は、概して、研磨材料を保持する為の装置を提供する。一実施形態において、当該装置が含むのは、上面を有するプラテン、複数のチャネル、一以上の真空用ポートである。上面は、研磨材料を支えるのに適合されている。複数のチャネルは、上面の研磨領域内に形成されている。真空用ポートは、プラテン内に配置され、少なくとも一つのポートは、少なくとも一つのチャネルと連通状態になっている。
【0012】
本発明の他の態様では、溝により制限されたチャネル網を含む上面を有するプラテンに研磨材料を保持する方法が提供されている。一実施形態において、当該方法は、上面内に配置された溝に真空を適用するステップと、溝の内側にあるプラテンと研磨材料との間に捕捉された流体の一部を、複数のチャネルを通して、溝へと引くステップと、研磨材料とプラテンとの間に捕捉された流体の他の一部を、複数の真空用ポートを通して、チャネルへと引くステップと、を含む。
【発明の詳細な説明書】
【0013】
図1は、一実施形態に係る化学機械研磨機100の一部断面図であり、化学機械研磨機100は、研磨材料を保持するように構成されたプラテン・アセンブリ130を組み込む一以上の研磨用ステーションを有する。本発明で効果的に使用可能な一つの研磨機100は、"REFLEXION"(商標)化学機械的研磨機であり、これは、カリフォルニア州サンタクララ市に所在するアプライドマテリアルズ社により製造されている。プラテン・アセンブリ130は、化学機械的研磨機の一構成で記述されているが、当業者は、プラテン・アセンブリ130の研磨材料保持態様を、本願で教示および記載されたように、ウェブ形式で研磨材料を利用する他の化学機械的研磨機に適合可能である。
【0014】
本発明が役立つ為に使用可能な例示的研磨機100は、Birang氏等に対し1999年2月4日に提出された、米国特許第09/144,456号に一般的に説明されており、その全体が参考の為に本願に組み込まれている。研磨機100は、一般的に、複数の研磨用ステーション132、ベース140、複数の研磨用ヘッド・アセンブリ152を支えるカルーゼル134を含む。図1は、研磨用ステーション132の一つと、対応する研磨用ヘッド・アセンブリ152を示す研磨機100の一部を例示する。
【0015】
一般的に、カルーゼル134は、複数のアーム150を持つが、その一つが示されており、研磨用ヘッド・アセンブリ152の一つを支持している。カルーゼル134は割り出し可能になっているので、研磨用ヘッド・アセンブリ152が研磨用ステーションと移送用ステーション(図示せず)との間を移動可能になっている。研磨用ヘッド・アセンブリ152は、駆動システム102によってカルーゼル134に結合された研磨用ヘッド104を一般的に備えている。研磨用ヘッド104は、研磨中、基板122を保持する。駆動システム102は、直線運動及び回転運動を研磨用ヘッド104に一般的に与える。一実施形態において、研磨ヘッド104は、TITAN HEAD(商標)ウエハ用キャリアであり、これは、カリフォルニア州サンタクララ市に所在するアプライドマテリアルズ社により製造されている。
【0016】
研摩用ヘッド・アセンブリ152と研磨用ステーションとの間に配置されているのは、研磨材料106である。研摩材料106は、ウェブ又はパッドを備えてもよい。一実施形態において、研磨材料106はウェブ形式になっており、ウェブは、供給用ロール116と巻取り用ロール118との間で研磨用ステーション132上に配置されている。供給用ロール116は、研磨用ステーション132の一側部上に配置され、研磨材料106のウェブの不使用部分を含む。巻取り用ロール118は、研磨用ステーション132の反対側に配置され、研磨材料106のウェブの使用済み部分を保持する。研摩材料106のウェブは、インデクサ136によって、供給用ロール116と巻取り用ロール118との間で周期的に前進する。インデクサ136は、例えば、一対のピンチローラを含み、これは、制御可能に駆動され、研磨材料106のウェブを所定量だけ前進させる。
【0017】
一実施形態において、研磨材料106は、樹脂結合材内に浮遊した複数の研磨材粒子を備え、これが、バッキングシート上の独立した要素内に配置されている。そのような固定された研摩材料の例は、ミネソタ州セントポール市のミネソタ・マニュファクチュアリング・マイニング社から利用可能である。あるいは、研摩材料106は、発泡ポリウレタンのような従来の研摩材料を備えてもよい。そのような研磨材料の例は、デラウェア州ニューアーク市のローデル社から利用可能である。
【0018】
研磨用ステーション132は、ベース140上に回転自在に配置されているプラテン・アセンブリ130を概して含む。プラテン・アセンブリ130は、ベアリング138により、ベース140の上方に配置されているので、プラテン・アセンブリ130は、ベース140に関して回転可能である。従来のベアリング、ロータリ・ユニオン継手、スリップリング(図示せず)が提供されているので、電気的、機械的、空気力学的信号や接続は、ベース140と回転プラテン・アセンブリ130との間で結合可能になっている。プラテン・アセンブリ130は、通常、回転運動をプラテン・アセンブリ130に提供するモータ108に結合されている。
【0019】
図2A及び図2Bは、プラテン・アセンブリ130の断面図を示す。研磨アセンブリ130は、研磨材料106を支持するプラテン230を概して備えている。プラテン230は、通常、アルミニウムから構成されている。プラテン230は、研磨材料106のウェブを支持する上面260又はサポート部を有する。中央凹部276は、上面260内に配置され、プラテン230内に延びている。
【0020】
プラテン230の上面260は、プラテン230の周辺付近に形成された溝202を含む。溝202は、通常、プラテン230の少なくとも2つの端部に沿って延びているが、プラテン230の全周に沿って完全に延びてもよい。研磨領域212は、基板が処理される領域として、溝202の内側上面260に限定されている。通常、溝202は、溝202内に配置されたポート284によって真空源282に結合されている。真空ポート284から真空が引かれると、研磨材料106とプラテン230との間から除去された流体(主として空気)は、研磨材料106をしっかりと上面260に固定させる。そのような研磨材料保持システムの一例は、サマー氏等により1999年2月25日に提出された米国特許出願第09/258,036号に開示されており、これは、その全部が参考の為本願に組み込まれる。
【0021】
中央凹部276内には、サブパッド278とサブプレート280が配置されている。サブパッド278は、研磨用ヘッド104内で保持された基板122の平面に対して平行に研磨材料106を維持し、基板122のグローバルな平坦化を促進する。サブパッド278は、通常、ポリマー(例えば、一部が発泡層上のポリカーボネート)である。通常、サブパッドのデュロメータ又は硬さは、特定の研磨結果を生成するように選択可能である。サブパッド278の上面がプラテン230の上面260と同一平面になり、プラテン230の上面260により制限されるように、サブプレート280は、サブパッド278と凹部276の底部との間に位置決めされる。
【0022】
プラテン・アセンブリ130の上面260は、内部に形成された複数のチャネル204を含む。一実施形態において、サブパッド278内に形成された少なくとも一つのチャネル204は、第1端部206と第2端部208とを有する。第1端部206と第2端部208は、プラテン230の一側部で溝202に結合されており、プラテン230の他側部で溝202に結合されている。真空が溝202に適用されると、チャネル204は、研磨材料106のウェブの下方に捕捉された流体を溝202内に引き、ポート284を通して出される。研摩材106のウェブは、溝202内の真空により引かれ、プラテン・アセンブリ130の上面260に抗して同一平面に固定される。プラテン230の一部によって溝からサブパッド278を分離させた構成において、チャネル202は、プラテン230及びサブパッド278の両方を通って伸びてもよい。
【0023】
オプションとして、一以上の流路210がプラテン230及びサブパッド278を通って配置されている。流路210は、真空源282に結合されている。通常、チャネル204の少なくとも一つは、一以上の流路210によって真空源282に結合されている。あるいは、一部又は全部の流路210は、チャネル204を迂回する上面260に、直接、結合可能である。チャネル204は、流路210だけにより、又は、流路210と溝202との両方により、真空源282(又は、図示されていない他の真空源)に結合可能である。真空源282に結合されたチャネル204は、素早く、研磨材料106の下に捕捉された流体を除去し、効率良く、研磨材料106をプラテン・アセンブリ130の上面に抗して引っ張る。真空源とチャネル204との間に配置されたバルブ(図示せず)は、さらに、チャネル204の排気または圧縮を許容し、研磨材料106と上面260との間の真空を除去する。
【0024】
あるいは、一以上のチャネル204は、上面260の下に配置された側方チャネル235を介して溝202に結合可能である。側方チャネル235は、サブパッド278、サブプレート230又はプラテン230内に配置可能である。通常、側方チャネル235は、流路210によりチャネル204に結合されている。オプションとして、一部または全部の流路210は、チャネル204の一つを通って連通することなく、側方チャネルと上面260との間に配置可能である。
【0025】
プラテン330とサブパッド378を持つプラテン・アセンブリ300の一実施形態の平面図は、図3に示されている。
【0026】
プラテン・アセンブリ300の上面260内に配置されたチャネル304は、プラテン330の縁部に概して平行な第1方向に向けられた細長い一連のチャネル306を備えている。オプションとして、チャネル304は、細長いチャネル306と交差する一連の側方チャネル308を追加で含み、格子パターンを形成してもよい。一実施形態において、チャネル306、308は、直角で交差している。研摩材料(図3には図示せず)下方に配置された格子パターンは、真空が溝302に適用される際に研磨材料106がプラテン330に抗して密封されるとき、捕捉される可能性がある流体を排気する。チャネル304の格子は、素早く、かつ効率良く、捕捉流体を減圧して排気し、ウェブの下にある流体バブルを実質的に排除し、研磨材料106を研磨用アセンブリ300の上面360に抗して都合良く固定する。あるいは、チャネル304は、他のパターンでもよく、例えば、一方向性チャネル、同心チャネル、円形チャネル、交差放射状及び同心チャネル、曲線からなるチャネル、チャネル網、単一または他のパターンと組み合わせて構成可能なチャネル・オリエンテーションがある。
【0027】
プラテン・アセンブリ300は、プラテン330とサブパッド378内に配置された第1セットの流路を含んでもよい。流路312は、任意に配置可能であり、また、所定場所(例えば、チャネル304の交差部)に配置可能である。流路312は、チャネル304を真空源(図3には図示せず)に結合するが、これは、上面360付近の流体を除去することを促進する。オプションとして、第2セットの流路314は、プラテン・アセンブリ300または他の場所を通して配置され、真空源を直接、上面360に結合可能である。
【0028】
真空がチャネル304及び溝302に適用されると、研磨材料106は、プラテン・アセンブリ300の研磨領域310に反して都合良く同じ高さに引っ張られ、これにより、研磨品質を高める。研磨領域310内の上面360の過剰な破壊を避ける為に、プラテン・アセンブリ300の研磨領域310内に形成されたチャネル304は、概して、約40ミル未満の深さ、約20ミル未満の幅を持つべきである。通常、チャネルの輪郭は、いろいろな幾何学的な形状でよく、例えば、矩形、三角形、丸形、楕円形、長方形、その他の輪郭がある。
【0029】
図4は、プラテン・アセンブリ400の、他の実施形態の一例を示す。プラテン・アセンブリ400は、プラテン402、サブパッド414を含む。プラテン402とサブパッド414の一方または両方は、内部に配置されたチャネル404を有してもよい。チャネル404は、プラテン402の研磨領域406内に配置され、一定パターン(例えば、極配列)内に配置されている。チャネル404の極配列は、通常、研磨領域406内で心出しされる。研磨領域404は、通常、研磨領域406と外接する溝410に結合されている。溝410は、円形、多角形、他の形状でよい。少なくとも、チャネル404の少なくとも一部は、少なくとも一つの真空用ポート408に結合されている。ポート408は、通常、中央でプラテン402内に位置決めされるが、他の場所に配置可能である。オプションとして、追加の真空用ポートは、チャネル404に結合可能であり、直接、プラテン402の上面と連通状態にある。一以上の二次側のチャネル412は、研磨領域406の外側でプラテン402に配置可能である。二次側真空用チャネル412は、どんな構成でもよく、直接または溝410を通って、真空源に結合可能である。通常、二次側真空チャネルの幅は、チャネル404より大きく、よって、急速な排気と真空の適用、より効果的な流体除去、研磨領域416の外側で適用されるべき大きな保持力を許容する。
【0030】
主として図1及び図2を参照すると、操作中、真空は研磨材料106のウェブに適用され、研磨材料をプラテン・アセンブリ130に固定する。研摩材料106は、溝202を空にすることによりプラテンに密封される。溝202の内側の研摩材料106の下の領域(すなわち、研磨領域212)は、チャネル204とポート284を通して空にされる。溝202内に更に溝を通してチャネル204を排気させると、流路210は、流体を急速に研磨材料106のウェブの下方から除去され、急速かつ均一な真空保持力を研磨材料の幅にわたって提供するが、これは、研磨材料をプラテン・アセンブリ130の上面260に抗して同じ高さに固定する。さらに、チャネル204と流路210は、研磨材料106と上面260との間の真空を急速に漏らす。このように、真空の急速な適用と除去は、都合良く、システムのサイクルタイムを減らす。
【0031】
研摩材料106のウェブがプラテン・アセンブリ130と同じ高さで一旦固定されると、研磨用ヘッド104内に保持された基板122は、研磨材料106に抗して押し付けられる。基板122は、化学機械的研磨処理を実行する為に、研磨流体の存在下で、プログラムされた研磨運動中に移動される。
【0032】
本発明の教示は、本願で示され、詳細に説明されたが、当業者は、他の変形実施形態を容易に案出することができ、これらは、教示を更に組み入れるものであり、本発明の精神から逸脱するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】図1は、本発明の、化学機械的研磨平坦化システムの一実施形態の一部断面図である。
【図2A】図2Aは、プラテン・アセンブリの一部断面図である。
【図2B】図2Bは、図2Aの2B−2B線に沿って切断された断面図である。
【図3】図3は、他の実施形態に係るプラテン・アセンブリの一部断面図である。
【図4】図4は、他の実施形態に係るプラテン・アセンブリの一部断面図である。
【符号の説明】
【0034】
100…化学機械研磨機、116…供給用ロール、118…巻取り用ロール、130…プラテン・アセンブリ、132…研磨用ステーション、134…カルーゼル、136…インデクサ、138…ベアリング、140…ベース、152…研磨用ヘッド・アセンブリ、202…溝、212…研磨領域、230…プラテン、235…側方チャネル、260…上面又はサポート部、276…中央凹部、278…サブパッド、280…サブプレート、282…真空源、300…プラテン・アセンブリ、302…溝、304…チャネル、312…流路、314…流路、330…プラテン、360…上面、378…サブパッド、400…プラテン・アセンブリ、402…プラテン、406…研磨領域、412…二次側真空用チャネル、414…サブパッド、416…研磨領域。
Claims (24)
- 研摩材料を保持する為の装置において:
研磨材料を支持するように適合された上面を有するプラテンと;
前記上面の研磨領域内に形成された複数のチャネルと;
前記プラテン内に配置された一以上の真空用ポートであって、少なくとも一つのポートが少なくとも一つのチャネルと連通状態になっている、前記真空用ポートと;
を備える、前記装置。 - 前記複数のチャネルは、前記研磨材料の縁部に対して平行に向けられた少なくとも一つのチャネルを含む、請求項1記載の装置。
- 前記複数のチャネルは、前記研磨材料の縁部に対して垂直に向けられた少なくとも一つのチャネルを含む、請求項1記載の装置。
- 前記複数のチャネルは、交差するチャネル格子を含む、請求項1記載の装置。
- 前記一以上のポートは、前記チャネルに結合された複数の真空用ポートを備える、請求項4記載の装置。
- 前記上面は、前記プラテン内に配置されたサブパッドを含み、前記チャネルの少なくとも一部が前記サブパッド内に形成されている、請求項4記載の装置。
- 前記サブパッドを通って配置され、前記チャネルに結合された複数の真空用ポートを更に備える、請求項6記載の装置。
- 前記上面は、前記研磨領域の外側に形成された周囲の溝を更に備える、請求項1記載の装置。
- 前記周囲の溝の外側に配置された追加の真空用チャネルを更に備える、請求項8記載の装置。
- 前記追加の真空用チャネルの幅は、前記周囲の溝の内側に配置されたチャネルの幅より広い、請求項9記載の装置。
- 前記プラテン内に配置されたサブパッドを更に備え、前記サブパッドは、前記サブパッド内に前記チャネルの一部が形成され、前記チャネルの少なくとも一つが前記周囲の溝と流体連通状態になっている、請求項8記載の装置。
- 前記チャネルの深さは、約40ミル未満である、請求項1記載の装置。
- 前記チャネルの幅は、約20ミル未満である、請求項1記載の装置。
- 前記チャネルは、あるパターン内に配列されている、請求項1記載の装置。
- 前記パターンは、格子、一方向チャネル、放射状チャネル、同心チャネル、円形チャネル、交差する放射状の同心チャネル、曲線からなるチャネル、チャネル網、又は、これらの組合せを備える、請求項14記載の装置。
- 前記チャネルは、第1端部で前記ポートに結合され、第2端部で前記プラテンの周囲内部に配置された外接溝に結合されている、請求項14記載の装置。
- 研磨材料を保持する為の装置において:
前記研磨材料を支持するように適合された上面を有するプラテンと;
前記プラテン周囲の近傍にある前記上面内に配置された溝と;
前記溝の内側にある前記上面の研磨領域内に形成された複数のチャネルであって、少なくとも一つのチャネルが前記溝と流体連通状態になっている、前記チャネルと;
前記プラテン内に配置された一以上の真空用ポートであって、前記ポートの少なくとも一つが前記チャネルの少なくとも一つと連通状態になっている、前記真空用ポートと;
を備える、前記装置。 - 前記上面の前記研磨領域は、更にサブパッドを備える、請求項17記載の装置。
- 前記一以上の真空用ポートは、前記溝内に配置された一つのポートと、前記チャネルに結合された複数の真空用ポートを備える、請求項17記載の装置。
- 前記一以上のチャネルは、第1端部と第2端部を更に備え、前記第1端部は前記溝の一部に結合され、前記第2端部は、前記溝の他の部分に結合されている、請求項17記載の装置。
- 前記チャネルに結合された複数の真空用ポートを更に備える、請求項18記載の装置。
- 前記チャネルは、前記上面の少なくとも一部に格子を形成する、請求項19記載の装置。
- 前記チャネルは、約20ミル未満の幅と、約40ミル未満の深さを有する、請求項17記載の装置。
- 溝によって制限されたチャネル網を含む上面を有するプラテンに研磨材料を保持する方法であって:
前記上面内に配置された溝に真空を適用するステップと;
複数のチャネルを通して、前記溝の内部で前記プラテンと前記研磨材料との間に捕捉された流体の一部を前記溝へと引き出すステップと;
前記チャネルに結合された複数の真空用ポートを通して、前記研磨材料とプラテンとの間に捕捉された流体の他の部分を引き出すステップと;
を備える、前記方法。
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