JP3825220B2 - 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
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は基板を化学機械的に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。
【0002】
【従来の技術】
集積回路は、通常、導電層、半導電層ま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。
【0003】
ケミカルメカニカルポリシング(CMP)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。
【0004】
効果的なCMPプロセスは、高い研磨速度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。
【0005】
CMP作業の間、研磨パッドは定期的に交換する必要がある。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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
CMPプロセスで遭遇する一つの問題は、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。
【0007】
【課題を解決するための手段】
一つの態様では、本発明は、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。
【0008】
本発明の実施例は、以下の事項を含んでいてもよい。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。
【0009】
第1および第2ローラは、プラテン上のリテーナに(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。
【0010】
プラテン駆動モータはプラテンを駆動してもよい。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。
【0011】
別の態様では、本発明は、複数の研磨ステーションと、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。
【0012】
本発明の実施例は下記を含んでもよい。複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。
【0013】
別の態様では、本発明は、ケミカルメカニ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。
【0014】
本発明の実施例は、下記の事項を含んでいてもよい。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。
【0015】
ある態様では、本発明は、プラテン、第1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。
【0016】
本発明の実施例は、下記の事項を含んでいてもよい。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。
【0017】
別の態様では、本発明は、プラテン、第1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。
【0018】
別の態様では、本発明は、プラテン、第1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。
【0019】
別の態様では、本発明は、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。
【0020】
本発明の実施例は、下記の事項を含んでいてもよい。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。
【0021】
ある態様では、本発明は、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。
【0022】
本発明の実施例は、下記の事項を含んでいてもよい。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。
【0023】
別の態様では、本発明は、第1直線方向に移動可能な第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。
【0024】
本発明の実施例は、下記の事項を含んでいてもよい。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。
【0025】
別の態様では、本発明は、第1ローラおよび第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。
【0026】
本発明の実施例は、下記の事項を含んでいてもよい。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。
【0027】
別の態様では、本発明は、複数の研磨面、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。
【0028】
別の態様では、本発明は、平行かつ同一平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。
【0029】
本発明の実施例は、下記の事項を含んでいてもよい。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。
【0030】
別の態様では、本発明は、回転プラテンの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。
【0031】
本発明の実施例は、下記の事項を含んでいてもよい。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。
【0032】
別の態様では、本発明は、基板を複数の研磨面と接触させ、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。
【0033】
本発明の実施例は、下記の事項を含んでいてもよい。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。
【0034】
本発明の利点には、下記の事項が含まれる。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。
【0035】
他の特徴および利点は、図面および特許請求の範囲を含む下記の説明から明らかになるであろう。
【0036】
【発明の実施の形態】
図1および図2に示されるように、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。
【0037】
各研磨ステーションは回転プラテンを含んでいる。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100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25b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。
【0038】
各研磨ステーション25a、25bおよび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。
【0039】
標準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。
【0040】
更に、オプションの洗浄ステーション45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27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。
【0041】
回転マルチヘッドカルーセル60は、研磨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。
【0042】
各キャリヤヘッドシステムは、キャリヤま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。
【0043】
キャリヤヘッド80は、幾つかの機械的機能を果たす。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。
【0044】
図3、4、および5によれば、研磨カートリッジ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132、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122と未使用部分120との間に延在する。
【0045】
方形プラテン100を(図3において想像線の矢印「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。
【0046】
図6によれば、研磨シート110は、研磨面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。
【0047】
図3、4および5に戻って説明すると、透明ストリップ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100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。
【0048】
送りローラ130および巻取りローラ132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164(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。
【0049】
図3、4および5に戻って説明すると、方形プラテン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150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140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。
【0050】
方形プラテン100はまた、送りローラ130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162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142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。
【0051】
図8に示されるように、各ローラ130、132からの一つのピン164がギヤアセンブリ166a、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。
【0052】
ローラ130および132は、研磨シート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。
【0053】
図9に示すように、方形プラテン100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178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100をテーブルトップ23上に支持する。
【0054】
プラテンモータアセンブリ184は、取付けブラケット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192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170およびハブシース196に対してシールされる。
【0055】
空気圧制御ライン172は、方形プラテン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172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。
【0056】
プラテン真空チャック機構および研磨シート給送機構には、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。
【0057】
真空チャック通路152は、方形プラテン100を通る空気圧ライン172、プラテンベース170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。
【0058】
汎用プログラマブルディジタルコンピュータ280が、バルブ204、プラテン駆動モータ188、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。
【0059】
図8および図10によれば、研磨カートリ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166a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166a内に収容できるので、図8には図示されていない。
【0060】
送りローラ132に隣接するギヤアセンブリ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244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。
【0061】
ラチェット232が送りローラ上の送りギヤホイール230と噛み合っている間、研磨シート110は前進することができない。このため、ねじりバネ242およびスリップクラッチ244は、研磨シート110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232は送りギヤホイールから解放され、巻取りローラ132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。
【0062】
研磨中に生じる可能性のある問題は、研磨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。
【0063】
更に、汚染ガード250を方形プラテンの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130上の研磨シートの未使用部分を汚染するのを防ぐ。
【0064】
図12によれば、開口部または孔154がプラテン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。
【0065】
運転時には、CMP装置は、光学モニタリングシステム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。
【0066】
運転時には、研磨シート110の露出部分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。
【0067】
シートを給送する量は、希望する研磨均一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。
【0068】
図13によれば、第2研磨ステーション25b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−1400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32中には、透明窓269を形成することができる。
【0069】
図14によれば、最終研磨ステーション25c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Rodel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279を形成することができる。
【0070】
CMP装置は研磨シートをプラテンに真空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。
【0071】
また、ローラは、開口部を通して挿入され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。
【0072】
更に、本CMP装置は、固定研削性研磨シ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CMP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。
【0073】
このCMP装置の一つの実施例は、一次研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。
【0074】
図15および図16を参照すると、別の実施例では、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102′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130′、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。
【0075】
四つのリテーナ310(図16で想像線で示す)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310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130′、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。
【0076】
駆動機構320は、ローラ130′および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130′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。
【0077】
研磨中、研磨シート110′は、駆動機構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132′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。
【0078】
研磨シートの適切な速度は、希望する研磨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。
【0079】
図15および図16に戻って説明すると、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。
【0080】
プラテン300は、基板に対する研磨シー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。
【0081】
図18および図19によれば、別の実施例では、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350、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。
【0082】
研磨カートリッジ350、360は、研磨シート356、366の露出部分が比較的狭い隙間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ように、リテーナ371を用いてプラテン370に取り付けることができる。研磨中、プラテン370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354、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。
【0083】
二つの溝376(図18に想像線で示す)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。
【0084】
細長い透明窓374がプラテンに形成され、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。
【0085】
図20によれば、別の実施例では、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、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352′、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。
【0086】
図22によれば、プラテン370′は、第1研磨シート356′の下に位置する第1流体軸受面380、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387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372′を通って研磨中の基板表面に当たるように光線92′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。
【0087】
図20に戻って説明すると、研磨中、研磨シート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392および394が第1対のローラ352′および362′をそれぞれ駆動し、第2対のモータ396および398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。
【0088】
その他に、図21に示されるように、研磨シート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。
【0089】
図23によれば、更に別の実施例において、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400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410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416の露出部分よりも長い。
【0090】
図23に示すように、研磨カートリッジは回転プラテン430に取り付けられ(図18および図19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。
【0091】
その他に、図24に示すように、研磨カー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。
【0092】
図24の実施例では、中央研磨シートは、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。
【0093】
更に、研磨シートを異なる速度で駆動して、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。
【0094】
本発明は図示および説明した実施態様に限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。
【図面の簡単な説明】
【図1】ケミカルメカニカルポリシング装置の概略分解斜視図である。
【図2】図1のCMP装置の平面図である。
【図3】図1のCMP装置の第1研磨ステーションの平面図である。
【図4】方形プラテンおよび研磨カートリッジの概略分解斜視図である。
【図5】方形プラテンに取り付けられた研磨カートリッジの概略斜視図である。
【図6】固定研削性研磨シートの概略断面図である。
【図7】図4の研磨カートリッジの送りローラの概略断面図である。
【図8】方形プラテンに対する送りローラの結合部の概略分解斜視図である。
【図9】図3の研磨ステーションの概略断面図である。
【図10】研磨シート給送システムの概略図である。
【図11】給送可能研磨シートを持つプラテン用の汚染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。
【図12】光学エンドポイント検出システムを有する研磨ステーションの概略断面図である。
【図13】第2研磨ステーションのプラテンと研磨パッドの概略断面図である。
【図14】最終研磨ステーションのプラテンと研磨パッドの概略断面図である。
【図15】研磨時に基板を横切って直線方向に動く研磨シートを含む研磨ステーションの概略平面図である。
【図16】図15の研磨ステーションの概略断面側面図である。
【図17】(a)および(b)は、研磨時の研磨シートの動きを示す概略断面図である。
【図18】二つの研磨カートリッジと一つの回転プラテンを含む研磨ステーションの概略平面図である。
【図19】図18の研磨ステーションのプラテンおよび研磨カートリッジの概略分解斜視図である。
【図20】二つの研磨カートリッジと一つの非回転プラ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。
【図21】二つの研磨カートリッジと一つの非回転プラ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。
【図22】図20の研磨ステーションの概略断面図である。
【図23】三つの研磨カートリッジと一つの回転プラテンを含む研磨ステーションの概略平面図である。
【図24】三つの研磨カートリッジと一つの非回転プラテンを含む研磨ステーションの概略平面図である。
【符号の説明】
10…基板、20…ケミカルメカニカルポリシング装置、22…機械ベース、23…テーブルトップ、25a、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 (7)
- 回転プラテンであって、真空を与えて研磨シートを前記プラテンにチャックするためのチャンネルを備える前記プラテンと、
真空チャックにより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、
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に前記チャンネルに接続された真空ソースであって、前記研磨シートの前記露出部分を前記プラテンに解放可能に固定する、前記真空ソースと、
を備え、
前記チャンネルは、前記プラテンの上面にある溝である、ケミカルメカニカルポリシング装置。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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、
前記プラテンを介してチャンネルに真空を与えて前記研磨シートを前記プラテンに真空チャックすることにより、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、
前記チャンネルは、前記プラテンの上面にある溝である、ケミカルメカニカルポリシング方法。
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