JP3123256U - 成形された研磨材パターン及びチャネルを備えた研磨用パッドコンディショナ - Google Patents
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Abstract
【課題】均一で、研磨パッドの反復可能なコンディショニング面を備えたパッドコンディショナを有し、また、コンディショニング処理中、研磨用スラリの過剰損失なく、研磨パッドを調整し、さらに、コンディショニング面で使用される研磨材粒子量を制御しつつ、最適なコンディショニングを有する研磨材粒子の散布を備えたパッドコンディショナを提供する。
【解決手段】スポークは、対称であり、互いに半径方向に間隔を開けて配置され、様々な形状を有することができる。コンディショニング面は、また、コンディショニング面が研磨パッドで擦られるとき研磨用スラリを受けるカットアウト入口用チャネルと、そのカットアウト入口用チャネルから研磨用スラリを受ける為の導管と、受けた研磨用スラリを放出する為にベースの周辺縁部上の出口と、を有する。
【選択図】図10B
【解決手段】スポークは、対称であり、互いに半径方向に間隔を開けて配置され、様々な形状を有することができる。コンディショニング面は、また、コンディショニング面が研磨パッドで擦られるとき研磨用スラリを受けるカットアウト入口用チャネルと、そのカットアウト入口用チャネルから研磨用スラリを受ける為の導管と、受けた研磨用スラリを放出する為にベースの周辺縁部上の出口と、を有する。
【選択図】図10B
Description
本考案の実施形態は、化学的機械研磨用パッドを調整する為のパッドコンディショナに関する。
化学的機械平坦化(CMP)は、後のエッチングや堆積処理の為に、集積回路やディスプレイの製造において、基板の表面地形を円滑にする為に使用される。典型的なCMP装置は、研磨材粒子のスラリが基板を研磨する為に供給される間、研磨パッドに対し基板を押し付け、振動する研磨ヘッドを備える。CMPは、誘電層、ポリシリコン又は酸化シリコン、金属膜、他の層で埋められる深い又は浅いトレンチ上に平坦面を形成する為に使用可能である。CMP研磨は、通常、化学的及び機械的効果の結果として生じると考えられ、例えば、化学的に変更された層は、研磨され磨き去られる材料の表面で反復的に形成される。例えば、金属研磨において、金属酸化物層は、形成され、研磨された金属層の表面から反復的に除去される。
CMP処理中、研磨パッド20は、パッドコンディショナ24により周期的に調整される。数多くの基板研磨の後、研磨パッド20は、図1A及び図1Bに例示されるように、絡み合ったファイバ26、パッド20のファイバ間の空間30を詰める蓄積または捕捉された研磨残留物28から生じる円滑な研磨表面で目つぶれされる。結果として生じる目つぶれパッド20は、効果的に研磨用スラリを保持せず、欠陥の増加、一定の場合、基板の非均一研磨が生じる。パッドの目つぶれを矯正するため、パッド20は、パッドコンディショナ24により周期的に調整されるが、パッドコンディショナ24は、図2に示されるように、研磨パッド20の使用済み研磨面38に押し付けられるダイヤモンド粒子のような研磨材粒子34を備えたコンディショニング面32を有する。パッドコンディショナ24は、アーム36で取り付けられ、点線のアーム36aの第2位置により示されるように前後に振動すると同時に、コンディショナ24は、パッド表面に対し回転するので、研磨破片を除去し、研磨表面38上の孔やファイバの目詰まりをなくし、時には、研磨用スラリを保持するミクロスクラッチを形成することにより、パッド20を調整する。パッドコンディショニング処理は、インシチューコンディショニングとして知られるように研磨処理中に実行可能であるが、或いは、イクスシチューとして知られるようにウエハの研磨処理外に実行可能である。
従来のパッドコンディショナ24は、研磨材粒子34の連続層、またはパターンストリップにより覆われることが可能である。例えば、図3Aは、パッドコンディショナ24を示し、ここでは、研磨材粒子は、その全体のコンディショニング面32を覆う。図3Bに示されるように、コンディショニングパッドの周辺に沿って研磨材粒子の円形ストリップ40も、また、使用されてきた。円形ストリップ40は、また、図3Cに示されるように、研磨材粒子の交互の縞と円滑領域で、区域40a、bに分けられる。他の構成において、研磨材粒子24のウェッジ42は、図3Dに示されるように、互いに間隔が開けられて配置され、コンディショニング面32を横切り接線方向に伸びる。研磨材粒子パターンは、コストを制限し得るダイヤモンド結合面積の品質を制限する為に使用可能である。しかし、これらのパターンの幾つかは、非均一性の、首尾一貫していないパッドコンディショニング効果をしばしば生じるが、これらは、パッド表面にわたり変更可能である。パターン化された研磨材パッド構成は、また、スラリがパッドコンディショナ24の特別な領域内で強制され、内部で捕捉させることを引き起こし、パッドコンディショニングの均一性を減少させる。
従来のパッドコンディショナ24は、それらが研磨パッド表面38から研磨用スラリを拾い上げ、任意にパッドコンディショナ24の縁部からスラリを追い出すとき、飛散した、乾いたスラリの蓄積を生じる。例えば、図2に示されるように、回転するパッドコンディショナ24により発生される遠心力は、矢印44により示されるように、パッドコンディショナ24により拾い上げられるスラリをパッドコンディショナの縁部に沿って排出させる。パッドコンディショナ24により起因した研磨パッド20の表面からのスラリの減損は、研磨パッド表面上の乾燥したスポットの原因になり、粒子欠陥数、全体の/微小なスクラッチ欠陥を増加させる。
したがって、均一で、研磨パッドの反復可能なコンディショニングを提供するコンディショニング面を備えたパッドコンディショナを有することが望まれる。また、コンディショニング処理中、研磨用スラリの過剰損失なく、研磨パッドを調整することも望まれる。さらに、コンディショニング面で使用される研磨材粒子量を制御しつつ、最適なコンディショニングを提供する研磨材粒子の散布を備えたパッドコンディショナを有することが望まれる。
一変形例において、本考案に従う研磨パッドコンディショナは、ベースと、そのベース上のパッドコンディショニング面とを備える。コンディショニング面は、中央領域と周辺領域とを備える。実質的に一定の幅の研磨材粒子を有する研磨材スポークは、中央領域から周辺領域まで伸びている。スポークは、対称的であり、互いに半径方向に間隔を開けて配置されている。
他の変形例において、コンディショニング面は、複数の研磨材アークを備え、複数の研磨材アークは、非研磨材ストリップにより間隔を開けて配置されている。研磨材アークは、少なくとも、コンディショニング面の中央から第1半径距離R1で第1セットアークと、コンディショニング面の中央から第2半径距離R2で第2セットアークとを備える。研磨材アークは、異なる円周長を有することができる。
また、他の変形例において、コンディショニング面は、研磨材の正方形アレイを備え、こえらは、互いに間隔を開けて配置され、非研磨材グリッド内に配置されている。アレイは、コンディショニング面にわたり研磨材粒子正方形の均一な飛散を与える為に、研磨材領域と他の非研磨材領域を交互にしている。
更なる変形例において、パッドコンディショニング面は、コンディショニング面が研磨パッドに対し擦られるとき、研磨用スラリを受け取る為に少なくとも一つのカットアウト入口チャネルを備える。導管は、カットアウト入口チャネルから研磨用スラリを受け取る。ベースの周辺縁部のアウトレットは、受け取った研磨用スラリを放出する為に備えられている。この変形例は、スラリを保存する為に研磨用スラリのリサイクルを許容するものである。
本考案の特徴、態様、利点は、本考案の実施例を例示する、以下の説明、添付された
請求項、添付図面に関し良好に理解される。しかし、特徴の各々は、単に特別な図面の内容ではなく一般に本考案に使用可能であり、本考案は、これらの特徴の全ての組合せを含む。
請求項、添付図面に関し良好に理解される。しかし、特徴の各々は、単に特別な図面の内容ではなく一般に本考案に使用可能であり、本考案は、これらの特徴の全ての組合せを含む。
本考案の実施形態に従う研磨パッドは、図4から図8に例示されるように、化学的機械研磨中、パッドを調整する為に研磨パッドに対し擦られる研磨材粒子54を備えたコンディショニング面52を備える。ベース58は、構造的剛性を与え、ステンレス鋼またはアクリル又は酸化アルミニウムのような他の堅い材料で形成可能な支持構造体である。一般的に、ベース58は、ディスクのような平坦な円形体を備える。ベース58は、また、パッドコンディショナ50をCMP研磨装置に保持する為の機構、例えば、研磨装置にベースを保持する為に挿入されるネジやボルトの為にコンディショニング面52を貫通して皿孔が開けられた2つのネジ孔62a、b;または、ベース58の裏面64上にセンタリングされたロック用ソケット(図示せず);を含み得る。パッドコンディショナ50の例示的な実施形態は、本願で説明されているが、他の実施形態も可能であり、請求の範囲は、これらの例示的な実施形態に限定されるものではないことが理解されよう。
コンディショニング面52は、ベース58の前面でもよいが、図8に例示されるように、結合面として機能する裏面と、研磨材粒子を備えた前面とを備えたディスクのような別個の構造体でもよい。結合面46は、通常、比較的に円滑であるか溝(図示せず)で粗く形成されており、ベース58の受容面48に結合可能であり、CMP研磨中にパッドコンディショナ50が研磨パッドに押し付けられるとき生じる強い摩擦力から簡単に外されたり、緩んだりしない安全な結合を形成する。結合面46は、エポキシ接合用接着剤またはニッケル合金のような鑞付け用合金でベース58の受容面48に固着可能である。
一変形例において、コンディショニング面52は、研磨材粒子54を支え、保持するマトリックス材料を備える。例えば、マトリックス材料は、ニッケル又はコバルト合金のような金属合金であって、コンディショニング面52上に所望のパターンで被覆され、後に、研磨材粒子54が熱可塑性被覆に埋め込まれるものでもよい。他の変形例において、研磨材粒子54は、最初にベース58の前部コンディショニング面52に位置決めされ、その後、合金材料が、高温、高圧製造処理で研磨材粒子54間に浸潤され、ベース58を備えた単一構造体を形成するコンディショニング面52を形成する。他の変形例において、マトリックスは、例えば、Birang氏等に共通に譲渡され、その全てが本願に参考として組み込まれる米国特許第6,159,087号に記載されるように、グリッドのX−Y平面に沿って互いに個々の位置を固定するように埋め込まれるメッシュでもよい。メッシュは、ニッケルワイヤまたはポリマーストリングメッシュのようなワイヤメッシュでもよい。
研磨材粒子54は、研磨パッドまたは研磨用スラリ粒子の材料の硬度より高い硬度値を有する材料から選択される。研磨材粒子の適切な硬度は、少なくとも約6以上であり、好ましくは8モーア(Mohr)である。一般的に使用されている研磨材粒子54は、ダイヤモンド結晶を含み、これらは、工業的に成長可能である。例えば、コンディショニング面52は、ダイヤモンド体積が少なくとも約60%、更には少なくとも約90%のダイヤモンド体積と、粒子54の周りの支持マトリックス材料から構成された残部とを備えてもよい。研磨材粒子54は、立方体または六角形構造体のようなボロンカーバイド結晶の固相でもよく、これは、例えば両方とも全てが参考として本願に組み込まれる、米国特許第3,743,489号および第3,767,371号により教示されている。
通常、研磨材粒子54は、砥粒の大きさや重量のような大きさにより選択され、コンディショニング面52の粗さの所望のレベルを与える。研磨材粒子54は、また、形状(すなわち、比較的に鋭い外形又は結晶劈開面を有する粒子54に対し、比較的にスムーズな外形を有する粒子)により選別される。研磨材粒子54は、また、軸または粒子を通る横断面について実質的に同一の結晶対称性を備えた結晶構造体を有するように選択可能であるが、これは、例えば、全てが本願に参考として組み込まれる、2004年7月8日に出願された、共通に譲渡された特許出願第10/888,941号に説明されている。研磨材粒子54は、粒子54の少なくとも約80%以上、好ましくは少なくとも90%が同一の結晶対称性を有するように選択される。各々の対称粒子54は、対称軸が特定方向(例えば、コンディショニング面52の平面に対し直角)に向くように、個別的にメッシュ(図示せず)間の間隔で位置決めされる。パッドコンディショナ50のコンディショニング面52も同様に、ベース58の表面の、選択された領域で形成される金属被覆内の対称ダイヤモンド粒子のような研磨粒子54を埋め込むことにより、或いは、カプセル封入することにより形成可能である。例えば、ニッケルカプセル封入は、選択された対称ダイヤモンド粒子で最初に混合可能であり、その後、ベース58の前面の所望領域だけに付けられる。適切な金属は、鑞付け合金と他の金属であり、合金は、拡散結合(diffusion bonding)、ホットプレス法、抵抗溶接法等のような接合技術で使用される。鑞付け合金は、低融点金属コンポーネントを含み、これは、通常、約400℃未満の溶融温度、更に、コンディショニング面が接合されるベースの溶融温度以下まで、金属合金の溶融温度を減少させる。適切な鑞付け合金は、ニッケルベースの合金を含む。
現在のパッドコンディショナ50の実施形態は、パッドコンディショニングの均一性、一貫したパッド研磨速度、オプションとして、スラリの損耗のような最適組合せの特性を与えるように設計されている。パッド50のコンディショニング面52の研磨材領域の独特な設計により達成される。例えば、一変形例において、パッドコンディショナ50は、図4に示されるように、コンディショニング面52の中央領域74から周辺領域76まで
伸びる研磨材粒子の実質的に一定な幅を有する脚部を備えた研磨材スポーク70を備えたコンディショニング面52を備える。スポーク70は、対称であり、半径方向に間隔を開けて互いに配置され、研磨材粒子が無いコンディショニング面52で内円78から外側に伸びている。研磨材スポーク70と、スポーク70間の非研磨材領域80とは、内円78から始まるように選択され、スポーク70が互いに交差することを防止し、スラリ流領域または非研磨材領域80を遮断する。スポーク70は、コンディショニング面52を越えてベース58の側壁81の周りで上方に反るように伸びる。側壁拡張部83は、コンディショニングパッドの縁部まで直角に伸びる、より均一なコンディショニングを与える。
伸びる研磨材粒子の実質的に一定な幅を有する脚部を備えた研磨材スポーク70を備えたコンディショニング面52を備える。スポーク70は、対称であり、半径方向に間隔を開けて互いに配置され、研磨材粒子が無いコンディショニング面52で内円78から外側に伸びている。研磨材スポーク70と、スポーク70間の非研磨材領域80とは、内円78から始まるように選択され、スポーク70が互いに交差することを防止し、スラリ流領域または非研磨材領域80を遮断する。スポーク70は、コンディショニング面52を越えてベース58の側壁81の周りで上方に反るように伸びる。側壁拡張部83は、コンディショニングパッドの縁部まで直角に伸びる、より均一なコンディショニングを与える。
一実施形態において、スポーク70は、直線状脚部70aであり、これらは、間隔を開けて配置され、内円78から外側に半径方向に伸びている。例えば、各々の直線状脚部のスポーク70aの中心軸79は、コンディショニング面の全角度範囲である360°にわたり、6から20本のスポーク70aを提供する為に、15から45°の角度θにより分離可能である。直線状脚部のスポーク70aは、非研磨材ウェッジ領域80により分離され、これらは、スムーズであり、研磨材粒子が存在しない。研磨材粒子の直線状脚部のスポーク70aと非研磨ウェッジ80は、共にスラリ流を外側に向けるチャネルを作るので、都合がよい。
他の実施形態において、図6に変形例が例示される、少なくとも2つの弧状形状82a、bを形成するコンディショニング面の表面にわたり曲がりくねって湾曲するS字形状の脚部70bを形成する。隣接したS字形状70bは、それらの弧状形状82a、b、82c、dが、コンディショニング面52にわたり、それぞれ、同一のS字形状を辿るように配置されている。S字形状脚部70bは、外側にスラリが移動する距離が増え、そのため、長時間の間、調整処理の下でスラリを維持できることから、有利である。更なる実施形態において、スポーク70は、正四面体70cを更に備え、これらは、研磨直線状脚部70aで重ね合わされる第2の研磨材領域を形成する。スポークは、第1の研磨粒子54a、正四面体70cは、第2の異なるタイプの研磨領域54bを持ってもよいが、両方とも同一タイプの研磨領域で異なる架空密度、大きさ、形状を備えてもよい。
他の変形例において、コンディショニング面は、所定幅を有し、非研磨材の弧状ストリップ86により間隔を開けて配置された複数の研磨材アーク84を備え、その変形例が図5に例示されている。研磨材アーク84は、少なくとも、コンディショニング面の中心85から第1の半径距離R1で第1セットのアーク84a、コンディショニング面の中心85から第2の半径距離R2で(コンディショニング面52の周囲に密接して)第2セットのアーク84bを備える。距離R1は、約6.35mm(0.25インチ)から約25.4mm(1インチ);距離R2は、約50.8mm(約2インチ)から約101.6mm(4インチ)でもよい。好ましくは、コンディショニング面52は、ちょうど3セット以上のアークを備えてもよく、例えば、図示のように、コンディショニング面52の中心85から異なる半径に各々がある研磨材アーク84a−dの一連のセットでもよい。例えば、アーク84は、0.125RのR(Rは、コンディショニング面の半径)で分離可能である。約44.45mm(1.75インチ)から約57.15mm(2.25インチ)の半径Rに対しては、約3.175mm(0.125インチ)から約12.7mm(0.5インチ)が適切なRである。一実施例として、57.15mm(2.25インチ)の半径を有するコンディショニング面52は、コンディショニング面52の中心から周囲までの半径距離にわたり、9個の研磨材アーク84を有することが可能である。
研磨材アーク84の各々は、また、研磨材アーク84の外周の長さを意味する異なる周囲長を持ってもよい。アーク84の内周は、外周の半径の関数である。例えば、図5を参照すると、コンディショニング面52の中心85は、研磨材の円88を有し、これは、コンディショニング面52の中心から半径方向の距離で大きさが徐々に増加する円周長で研磨材アーク84a−dにより囲まれている。中心からの距離が増加すると高い遠心力が生成され、それにより、外側領域に大量のスラリを集中させ、アークサイズが大きくなることにより、より大きなバリアがコンディショニング面下のスラリを保持する為に提供され、これが、研磨パッドの優れたコンディショニングを与えるので、アークのサイズが大きくなると都合がよい。
他の変形例において、コンディショニング面52は、研磨材多面体90のアレイを備え、これは、互いに間隔を開けて配置され、非研磨材グリッド92に配置される。グリッド92は、研磨材多面体90を画成する非研磨材の交差ライン93を有する。例えば、研磨材多面体90は、互いに直角である辺を有する矩形、平行な辺を備えた平行四辺形、さらに五角形のような5辺以上の構造でもよい。一変形例において、グリッド92の非研磨材交差ライン93は、研磨材が無いが、非研磨材ネットワーク間に正方形空間を備えた正方形グリッドを画成するためにX平面およびY平面の両面において等間隔を開けて配置されている。各々の研磨材正方形91は、研磨材粒子54で覆われ、互いに間隔を開けて配置され非研磨材グリッド内に配置された研磨材正方形91のアレイを形成する。各々の正方形91は、例えば、約54.516平方ミリメートル(0.1平方インチ)の表面積を有するコンディショニング面に対し、約2.54mm(0.1インチ)から約25.4mm(1インチ)で寸法が決められている。
パッドコンディショナ50の説明された変形例は、研磨パッドのコンディショニングを最適化するために形状とサイズで調整されるパターン化された研磨材領域を備えることにより、研磨パッドの均一洗浄およびコンディショニングを与える。パターン化された研磨材領域は、非研磨材領域で交差され、最適形状と共に組合せた作用は、相乗効果的に、良好なパッドコンディショニングを提供する。説明された変形例において、パッドコンディショナ50は、所定の周期間隔で対称的に位置決めされた研磨材領域を有し、これらが、研磨パッドの、より均一な、一貫した研磨を提供する。コンディショニング面52は、研磨パッドの表面に対し押し付けられ、その表面にわたり振動されるとき、パッドは、複数方向に沿って摩滅され、研磨パッドの良好かつより均一なコンディショニングを提供する。また、パターン化された領域は、一のコンディショニングパッドと他のコンディショニングパッドで研磨材領域にバラツキが少なく、形状およびサイズが一貫するように選択され、更なる研磨パッドのコンディショニングを改善する。
更なる他の変形例において、パッドコンディショナ50は、研磨用スラリリサイクルシステムを備え、これは、コンディショニングパッド面52又は他の面52(研磨材粒子54の連続した被覆面を有するコンディショニング面52)と組み合わせて使用可能である。パッドコンディショナ50の変形例は、その例示的な実施形態が図9Aから図9Cに示されているが、コンディショニング面52が研磨パッド20に擦られるとき、研磨スラリを受ける為に少なくとも一つのカットアウト入口チャネル94を備える。カットアウト入口チャネル94は、研磨パッド20の表面から研磨用スラリを効率良く回収するように輪郭が付けられている。例えば、図示の変形例において、カットアウト入口チャネル94は、ベース58の周辺領域付近の第1幅を有するテーパ付き内側区域94aと、第1幅より広い第2幅をベース58の周辺領域付近に有する外側区域とを備えて輪郭が付けられている。
外側区域94bの幅が広くなる程、大量の研磨スラリをすくい上げるようにチャネル94が役立ち、その後、中央入口102に向かって内側に向けられ;狭い幅の内側区域94aは、徹底的なスラリ昇速に役立ち、これは、中央入口102内に押し込まれる。図示された一変形例において、カットアウト入口チャネル94の内側区域94aは、半径方向、外側に湾曲されたテーパ付き端子98から、一定幅で平行な壁を有する中間区域94cまで螺旋状に進み、交互にラッパ状に広がり、半径方向に広くなる幅を有するV字状端子99を備えたチャネル94の外側部分94bを形成する。カットアウト入口チャネル94は、単一のチャネルでも、2つのチャネル(図示)でも、複数のチャネルでもよい。
外側区域94bの幅が広くなる程、大量の研磨スラリをすくい上げるようにチャネル94が役立ち、その後、中央入口102に向かって内側に向けられ;狭い幅の内側区域94aは、徹底的なスラリ昇速に役立ち、これは、中央入口102内に押し込まれる。図示された一変形例において、カットアウト入口チャネル94の内側区域94aは、半径方向、外側に湾曲されたテーパ付き端子98から、一定幅で平行な壁を有する中間区域94cまで螺旋状に進み、交互にラッパ状に広がり、半径方向に広くなる幅を有するV字状端子99を備えたチャネル94の外側部分94bを形成する。カットアウト入口チャネル94は、単一のチャネルでも、2つのチャネル(図示)でも、複数のチャネルでもよい。
カットアウト入口チャネル94から研磨スラリを受ける為に、少なくとも一つの導管95がベース58内に備えられている。導管95は、ベース58を通って伸び、ベース58を通り抜ける通路101のネットワークを形成する。例えば、一変形例において、導管95は、複数の通路101を備え、それらは、ベースの中央領域74で中央円形ボア102から星状に外側に放射されている。中央円形ボア102は、星形通路101に飛散する為にカットアウト入口チャネル94から研磨スラリを受ける。通路101は、受けた研磨スラリを放出する為に、ベース58の周辺縁部97で一以上の出口に給水する。出口96は、ベース58の周辺縁部97に配置されているので、研磨スラリは、コンディショニングパッドの周辺縁部97まで再循環される。これにより、研磨スラリはパッドコンディショナ50の周辺縁部97から放出可能になり、下に横たわる調整される研磨パッドの表面に戻される。図9Bに示されるように、導管95a、bは、中央ボア102から、ベース58の反対側端部まで外側に半径方向に伸びている。
本願で説明されたパッドコンディショナ50は、どのようなタイプのCMP研磨装置でも使用可能なので、パッドコンディショナ50の用途を例示する為に本願で説明されたCMP研磨装置は、本考案の範囲を限定する為に使用されるものではない。パッドコンディショナを使用できる化学的機械研磨(CMP)装置100の一実施形態は、図10Aから図10Cに例示されている。一般的に、研磨装置100は、ハウジング104を含み、ハウジング104は、複数の研磨ステーション108a−c、基板搬送ステーション112、回転可能なカルーゼル116を内包し、カルーゼル116は、独立して回転可能な基板ホルダ120を作動させる。基板装填装置124は、タブ126を含み、タブ126は、液槽132を内包し、この中に基板140を内包するカセット136が浸され、基板装填装置124は、ハウジング104に付けられる。例えば、タブ126は、洗浄溶液を含むか、更にはメガソニック洗浄装置でもよく、これらは、研磨前後の基板140を洗浄する為に超音波の音波、更には空気または液体乾燥装置を使用する。アーム144は、リニアトラック148に沿って***し、リストアセンブリ152を支持し、リストアセンブリ152は、保持ステーション155からタブ126内にカセット136を移動する為のカセットの爪154、タブ126から搬送ステーション112まで基板を搬送する為の基板ブレード156と、を含む。
カルーゼル116は、図8A及び図8Bに示されるように、基板ホルダ120のシャフト172が貫通して伸びるスロット162を備えた支持プレート160を有する。基板ホルダ120は、スロット162内で独立して回転し、前後に往復可能であり、均一に研磨される基板表面を達成する。基板ホルダ120は、それぞれのモータ176により回転され、これらは、通常、カルーゼル116の可動側壁178の後方に隠されている。動作において、基板140は、タブ126から搬送ステーション112まで装填され、搬送ステーション112から基板は、最初に真空で保持された基板ホルダ120まで搬送される。その後、カルーゼル116は、基板140を一以上の一連の研磨ステーション108a−cを通って搬送し、最終的に、研磨された基板2を搬送ステーション112まで戻す。
各研磨ステーション108a−cは、図8Bに示されるように、回転可能なプラテン182a−cを含み、これが、研磨パッド184a−cと、パッドコンディショナ188a−cと、を支える。プラテン182a−cとパッドコンディショニングアセンブリ188a−cは、両方とも、研磨装置100の内側のテーブルトップ192に取り付けられている。研磨中、基板ホルダ120は、回転している研磨プラテン182に付けられた研磨パッド184a−cに対し基板140を保持、回転、押し付けるが、基板ホルダ120は、また、プラテン182を囲む保持リングを有し、基板140の研磨中、基板140を保持し、それが滑り出すことを防止する。基板140および研磨パッド184a−cは、互いに反して回転されるので、例えば、コロイドのシリカやアルミナで脱イオンされたウエハ
の、研磨用スラリの測定量は、選択されたスラリレシピに従って供給される。プラテン182と基板ホルダ120の両方は、処理レシピに従い、異なる回転速度および方向で回転するようにプログラム可能である。
の、研磨用スラリの測定量は、選択されたスラリレシピに従って供給される。プラテン182と基板ホルダ120の両方は、処理レシピに従い、異なる回転速度および方向で回転するようにプログラム可能である。
各研磨パッド184は、通常、ポリマーから作られた複数の層(例えば、ポリウレタン)を有し、更なる寸法上の安定性の為に充填剤、他の弾力的な層を含んでもよい。研磨パッド184は、消費可能であり、通常の研磨条件下で、約12時間の使用後に交換される。研磨パッド184は、酸化物研磨の為の、堅い非圧縮性パッド、他の研磨処理に使用される、柔らかいパッド、或いは、積み重ねられたパッドアレンジメントでもよい。研磨パッド184は、表面溝を有し、スラリ溶液の分配、粒子の捕捉を容易にする。研磨パッド184は、通常、基板140の直径より少なくとも数倍大きいサイズであり、基板は、研磨パッド184で中心から外れた状態が保たれ、基板140で非平坦面を研磨することを防止する。基板140と研磨パッド184の両方は、互いに平行である回転軸で同時に回転可能であるが、同一直線上ではなく、基板内にテーパを研磨することを防止する。典型的な基板140は、半導体ウエハ、電子フラットパネル用ディスプレイを含む。
CMP装置100の各パッドコンディショニングアセンブリ188は、図11,図12に示されるように、コンディショナヘッド196、アーム200、ベース204を含む。パッドコンディショナ50は、コンディショナヘッド196上に取り付けられる。アーム200は、コンディショナヘッド196に結合される先端部198a、ベース204に結合される基端部198bを有し、これが、研磨パッド表面224にわたりコンディショナヘッド196を一掃するので、パッドコンディショナ50のコンディショニング面52は、汚染物質を除去し、表面をテクスチャー加工する為に研磨表面を摩滅することにより、研磨パッド184の研磨表面224を調整する。また、各々の研磨ステーション108は、カップ208を含み、これが、コンディショナヘッド196上に取り付けられるパッドコンディショナ50をすすぎ、或いは洗浄する為に洗浄液体を含む。
研磨処理中、研磨パッド184は、研磨パッド184が、基板ホルダ120上に取り付けられた基板を研磨する間、パッドコンディショニングアセンブリ188により調整可能である。パッドコンディショナ50は、研磨材ディスク24を有し、研磨材ディスク24は、研磨材粒子52を備えたコンディショニング面52を有し、研磨材粒子52が研磨パッド184を調整する為に使用される。使用において、ディスク24のコンディショニング面52は、往復経路または平行移動経路に沿ってパッド又はディスクを回転または移動する間、研磨パッド184に押し付けられる。コンディショナヘッド196は、研磨パッド184にわたってパッドコンディショナ50を往復運動で一掃し、この往復運動は、研磨パッド184にわたり基板ホルダ120の運動と同期している。例えば、研磨される基板を備えた基板ホルダ120は、研磨パッド184の中央に位置決め可能であり、パッドコンディショナ50を有するコンディショナヘッド196は、カップ208内に含まれた洗浄液体に浸されてもよい。研磨中、カップ208は、矢印212により示されるような方向で旋回可能であり、コンディショナヘッド196のパッドコンディショナ50と、基板を運ぶ基板ホルダ120は、それぞれ、矢印214、216により示されるように研磨パッドを横切り前後に掃引される。3つのウォータジェット220は、基板120が後方に搬送されている間に、水流を、ゆっくりと回転する研磨パッド184の方に向け、研磨又は上部パッド表面224からのスラリをすすぐ。研磨装置100の典型的な動作および一般的な特徴は、Gurusamy氏などにより1998年3月31日に出願され、共通に譲渡された米国特許第6200199号に更に説明されているが、その全ては本願に参考の為に組み込まれている。
図12を参照すると、コンディショナヘッド196は、起動及び駆動機構228を含み、これが、ヘッドの中央垂直配向長軸254の周りで、パッドコンディショナ50を運ぶコンディショナヘッド196を回転させる。起動及び駆動機構は、パッドコンディショナ50のコンディショニング面52がパッド184の研磨表面224と係合される低い延長位置(図示せず)と高い後退位置との間で、パッドコンディショナ50とコンディショナヘッド196の運動をまかなう。起動及び駆動機構228は、垂直延長駆動シャフト240を含み、これは、熱処理された440Cステンレス鋼で形成可能であり、アルミナ製プーリー250で終わる。プーリー250は、固定され、アーム長に沿って伸び、長軸254の周りにシャフト240を回転させる為のリモートモータ(図示せず)に結合されている。ステンレス鋼製カラーは、上片及び下片260、262を有するが、それぞれ、駆動シャフト240と同軸である。シャフト、プーリー、カラーは、一般的に堅い構造体を形成し、これが、単体として、長軸254の周りを回転する。ステンレス鋼の概略環状の駆動スリーブ266は、コンディショナヘッド196を駆動シャフト240に結合させ、パッドコンディショナホルダ274に水圧または空気圧を作用させる。駆動シャフト240は、トルクと回転をプーリーからスリーブに伝達するが、ベアリングが、それらの間に入れられてもよい(図示せず)。
光学的な、取り外し可能なコンディショナホルダ274は、図12に示されるように、パッドコンディショナ50とバッキングプレート270との間に入れられてもよい。ハブ278から半径方向、外側に伸びているのは、環状リム284に固定される先端部を有する4つの、概略平坦なシート状スポーク282である。スポーク282は、弾性的に上方および下方にフレキシブルなので、自然に水平配向から軸254に対し、リムの傾斜を許容するが、これらは、実質的に軸254に対し側方に柔軟性がないので、ハブ278からリム284に、軸254の周りにトルク及び回転を効率良く伝達する。スポークの下方に、バッキングプレート240は、半径方向、外側に伸びる、堅い、概略円盤状の、ポリエチレンテレフタラート(PET)プレート270を含む。パッドコンディショナ50は、ネジや円筒状マグネットによりパッドコンディショナホルダ274上に取付け可能であるが、これは、ホルダ274の整合円筒ボア内に配置される。
動作中、コンディショナヘッド196は、前述したように、研磨パッド20の上方に位置決めされ、駆動シャフト240は、回転され、パッドコンディショナ50の回転を引き起こす。コンディショナヘッド196は、その後、後退位置から延長位置までシフトされ、パッドコンディショナ50のコンディショニング面52を研磨パッド184の研磨表面224と係合させる。パッドコンディショナ50をパッド184に加圧する下方の力は、例えば、シリンダ266内部で作用される水圧または空気圧を調節することにより、制御可能である。下方の力は、駆動スリーブ266、ハブ278、バッキングプレート270を介してパッドコンディショナホルダ274に、その後、パッドコンディショナに伝達される。研磨パッド184に対しパッドコンディショナ50を回転させるトルクは、駆動シャフト240からバッキングプレート270のハブ278、スポーク282、リム284に供給される。回転するパッドコンディショナ50の下面は、回転する研磨パッド184の研磨面と係合するが、前述したように、回転する研磨パッドに沿った経路で往復運動される。この処理中、パッドコンディショナ50のコンディショニング面52は、研磨パッド184の頂上で研磨スラリの薄い層内に沈ませられる。
パッドコンディショナ50を洗浄する為に、コンディショナヘッドはすすがれ、パッドコンディショナ50は研磨パッドから外される。カップ208は、その後、ヘッド及び延長されたコンディショナヘッド196の下方の場所まで旋回され、カップ208内の洗浄液内にパッドコンディショナ50を浸す。パッドコンディショナ50は、洗浄液(パッドコンディショナはパッドに係合されているので、回転は変更不要である。)の中身の内部にある軸254の周りに回転される。回転は、パッドコンディショナ50を過ぎた洗浄液流に、パッドからの材料摩耗、研磨の副産物などを含む汚染物質のパッドコンディショナを洗浄させる。
パッドコンディショナ50の前述した変形例は、表面224が次第に反復研磨によりスムーズになるにつれて、均一に研磨パッド184の研磨表面224を粗くする。また、パッドコンディショナ50は、一掃及びヘッド圧力のパターンが研磨パッド184の不均等な摩耗を引き起こすとき、パッド184の表面224を、一層、平面に保つ。表面224は、パッド184の大いに不均等なエリアを研削することにより、スムーズに維持される。パッドコンディショナ50の対称的な研磨材粒子54は、研磨材粒子54の、より均一な形状および対称性のため、より一貫した研磨材速度を提供することにより、パッドの研磨面にわたりコンディショニングの均一性を改善する。パッドコンディショナ50は、また、互いに、より一貫した、再現性のある結果を提供するが、これは、同様の研磨材粒子54を備えたパッドコンディショナ50が、良好かつ大いに均一なコンディショニング速度を提供するからである。
本考案は、その好ましい一定の実施形態を参照して説明されたが、他の変形例も可能である。例えば、パッドコンディショナは、他のタイプの応用例(例えば、サンディング表面)で使用可能であり、これは、当業者にとって明らかであろう。CMP研磨装置の他の構成も使用可能である。さらに、代替え的なチャネル構成や前述されたものと等価の研磨材パターンも、前述された実施例のパラメータに従い、使用可能であり、これは、当業者にとって明らかであろう。したがって、添付された請求項の精神および範囲は、本願に含まれる好ましい変形例の記述に限定されるものではない。
20…研磨パッド、24…パッドコンディショナ、26…ファイバ、28…研磨残留物、30…空間、32…コンディショニング面、34…研磨材粒子、36…コンディショナアーム、36a…点線のアーム、38…研磨表面、40…円形ストリップ、40a、b…区分、42…ウェッジ、44…矢印、46…結合面、48…受容面、50、50a−c…パッドコンディショナ、52…コンディショニング面、54、54a、b…研磨材粒子、58…ベース、62a、b…ネジ孔、64…裏面、70…研磨材スポーク、70a…直線状脚部、70b…S字状脚部、70c…正四面体、74…中央領域、76…周辺領域、78…内円、79…中心軸、80…非研磨材ウェッジ領域、81…側壁、82a−d…弧状形状、83…側壁延長部、84,84a−d…研磨材アーク、86…非研磨材弧状ストリップ、85…中央、87…周辺、88…研磨材円、90…研磨材多面体、91…研磨材正方形、92…グリッド、93…交差ライン、94…カットアウト入口チャネル、94a…内側区域、94b…外側区域、94c…中間区域、95、95a、b…導管、96…出口、97…周辺縁部、98…湾曲したテーパ付き端子、99…V字状端子、100…化学的機械研磨装置、101…通路、102…中央円形ボア、104…ハウジング、108、108a−c…研磨ステーション、112…基板搬送チャンバ、116…回転カルーゼル、120…回転基板ホルダ、124…基板装填装置、126…タブ、132…液槽、136…カセット、140…基板、144…アーム、148…リニアトラック、152…リストアセンブリ、154…カセットの爪、155…保持ステーション、156…基板ブレード、160…支持プレート、162…スロット、164…平坦な本体、172…シャフト、176…モータ、178…取り外し可能な側壁、182、182a−c…回転可能なプラテン、184、184a−c…研磨パッド、188、188a−c…コンディショニングアセンブリ、192…テーブルトップ、196…コンディショナヘッド、198a、b…先端部、基端部、200…アーム、204…ベース、208…カップ、212…矢印、214…矢印、216…矢印、220…水噴射、224…研磨パッド表面、228…駆動機構、240…垂直延長駆動シャフト、250…プーリー、254…長軸、258…プーリー、260…上部カラー片、262…下部カラー片、266…駆動スリーブ、270…バッキング要素、274…取り外し可能なディスクホルダ、278…ハブ、282…シート状スポーク、284…環状リム。
Claims (13)
- 研磨パッド用コンディショナにおいて:
(a)ベースと;
(b)前記ベース上のコンディショニング面であって、
(i)中央領域と周辺領域;
(ii)前記中央領域から前記周辺領域まで伸びた実質的に一定幅の研磨材粒子を備える前記研磨材スポークであり、互いに離れて半径方向に配置された前記研磨材スポーク;
を備える、前記コンディショニング面と;
を備える、研磨パッド用コンディショナ。 - 前記研磨材スポークは、以下の特徴の少なくとも一つを備え、前記特徴は:
(1)前記研磨材スポークは、直線状またはS字状であること;
(2)各研磨材スポークは、中心軸を備え、隣接したスポークの中心軸は、約15度から約45度の角度で離れていること;
(3)6本から20本のスポークがあること;
(4)研磨材スポークは、四面体の第2研磨材粒子を備えること;
(5)スムーズかつ研磨材粒子がない研磨材スポーク間に非研磨材ウェッジ領域があること;
(6)研磨材スポークは、前記ベースの側壁の周りで上方に反るように表面を越えて伸びていること、
である、請求項1記載の研磨パッド用コンディショナ。 - 前記研磨材粒子は、ダイヤモンド粒子を備える、請求項2記載の研磨パッド用コンディショナ。
- 前記研磨材粒子の少なくとも約80%は、実質的に同一結晶対称性を備えた結晶構造を有する、請求項2記載の研磨パッド用コンディショナ。
- 研磨用コンディショナを備える化学的機械装置において:
(i)研磨パッドを保持する為のプラテン、前記研磨パッドに対し基板を保持する為の支持体、前記プラテン又は支持体に電力を供給する為の駆動装置、前記研磨パッド上にスラリを投与する為のスラリディスペンサ、を備える研磨ステーションと;
(ii)請求項1記載のパッドコンディショナを受容する為のコンディショナヘッドと;
(iii)前記コンディショナに電力を供給する為の駆動装置であって、前記パッドコンディショナのコンディショニング面は、前記パッドを調整する為に前記研磨パッドで擦られる、前記駆動装置と;
を更に備える、化学的機械装置。 - 非研磨材ストリップにより間隔を開けて離れて配置された複数の研磨材アークを備えるコンディショニング面を有するベースであって、前記研磨材アークは、前記コンディショニング面の中心から第1半径距離R1で第1セットアークを備え、前記コンディショニング面の前記中心から第2半径距離R2で第2セットアークを備える、研磨パッド用コンディショナ。
- 以下の特徴の少なくとも一つを備える研磨材アークであって、前記特徴は:
(1)Rがコンディショニング面の半径であるとき、研磨材アークが0.125Rだけ離されていること;
(2)研磨材アークが異なる円周長を有すること;
である、請求項6記載のパッドコンディショナ。 - 特徴(1)において、Rが約3.175(0.125インチ)から約12.7mm(0.5インチ)である、請求項7記載のパッドコンディショナ。
- 特徴(2)において、円周長が、前記コンディショナ面の中心から半径方向の距離で増加する、請求項7記載のパッドコンディショナ。
- 互いに離れて配置され、非研磨材グリッド内に配置された研磨材四角形のアレイを備える、コンディショニング面を有するベースを備える、研磨パッド用コンディショナ。
- 研磨パッド用コンディショナにおいて:
(a)少なくとも一つのカットアウト入口用チャネルを備えるコンディショニング面であって、前記コンディショニング面が研磨面で擦られるとき、研磨用スラリを受ける、前記コンディショニング面と;
(b)前記カットアウト入口用チャネルから前記研磨用スラリを受ける為の少なくとも一つの導管と;
(c)受けた研磨用スラリを放出する為の、ベースの周辺縁部上の少なくとも一つの出口と;
を備える、前記研磨パッド用コンディショナ。 - 前記カットアウト入口用チャネルが以下の特徴の少なくとも一つを備えるパッドコンディショナであって:前記特徴は:
(1)前記カットアウト入口用チャネルは、前記コンディショニング面の中央領域の第1幅から、前記コンディショニング面の前記周辺領域の第2幅までテーパが形成され、前記第2幅は前記第1幅より広いこと;
(2)前記カットアウト入口用チャネルの少なくとも一部は、前記ベースの中央領域から前記周辺領域まで外側で半径方向に螺旋形になっていること;
(3)前記カットアウト入口用チャネルは、半径方向に広くなる幅を有するV字状終点を備えること;
(4)前記カットアウト入口用チャネルは、湾曲され、テーパが形成された入口を備えること;
(5)前記カットアウト入口用チャネルは、一定半径幅を有する中間区域を備えること、
である、請求項11記載のパッド用コンディショナ。 - 前記研磨材粒子は、ダイヤモンド粒子を備える、請求項11記載のパッドコンディショナ。
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