JP4831910B2 - 半導体ウェーハの制御された研磨及びプレーナ化のためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学機械的プレーナ化技術を用いた半導体ウェーハのプレーナ化（planarization）に関する。より詳細には、本発明は、可変的な外面的形態（variable geometry）の接触エリアにわたって、制御されたやり方での半導体ウェーハのプラナー化のための改善されたシステム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハは一般的に、後に分離されて個々のチップに作りこまれることになる、所望の集積回路設計の多数の複製によって製造される。半導体ウェーハ上への回路の形成についての共通の技術は、フォトリソグラフィである。フォトリソグラフィ・プロセスの一部分は、回路の画像がウェーハ上に投影されるために、特別のカメラがウェーハ上に焦点を結ぶことを要求する。ウェーハの表面に焦点を合わせるためのカメラの能力は、しばしば、ウェーハ表面内の不整合あるいは不均一によって不利に影響される。この敏感性は、より小さく、より高集積の回路設計の現在の流れ（これは、ウェーハ上の特定のダイ（die）内の、あるいは複数のダイの間の一定の非均一性を許容できない）によってさらに強調される。ウェーハ上の半導体回路は普通、回路の部分が第１の層上に生成され、導電ヴァイア（vias）がそれを次の層上の回路の一部分に接続するように、層状に作られるので、各層は、次の層を生成する前に平滑化されねばならぬ、ウェーハ上の地形（topography）を追加あるいは生成できる。ウェーハの各層のプラナー化及び研磨のために、化学機械的プラナー化（酸化ＣＭＰ（oxide CMO））技術が用いられる。ダイ内金属プラグ及びワイヤを成形して、余剰金属をウェーハ表面から除去して、ウェーハ上の所望のプラグとトレンチ（trench）内に金属だけを残すために、ＣＭＰ（金属ＣＭＰ）もまた広く用いられる。利用可能なＣＭＰシステム（広くウェーハ研磨機と呼ばれる）は、しばしば、ウェーハを、プラナー化されるべきウェーハ表面の平面内で回転する研磨パッドに接触させる回転ウェーハホルダーを用いる。微小研磨材及び表面修正化学物質を含む化学研磨エージェント（agent）あるいはスラリーが、研磨パッドに塗られて、ウェーハを研磨する。ウェーハホルダーはその後、回転研磨パッドに対してウェーハを押圧し、またウェーハホルダーは回転されてウェーハを研磨及びプラナー化する。いくつかの利用可能なウェーハ研磨機は、軌道運動を用いるか、あるいは、研磨パッドを運搬するために、回転する表面よりはむしろリニアなベルトを用いる。全ての場合において、ウェーハの表面はしばしば完全に、研磨パッドによって覆われ、研磨パッとの接触状態となり、全表面を同時に研磨する。全表面を同時に研磨することの一つの不利な点は、たとえウェーハがＣＭＰプロセスを完全に平坦にしても、ウェーハ上の種々の回路が、ＣＭＰプロセスに対して異なった応答を持ち得ることである。これは、ウェーハの一部分の上に置かれた異なったタイプの材料のため、あるいは、ウェーハの一定の部分の上の材料の密度のためで有り得る。全表面の同時研磨はしばしば、ウェーハのいくつかの箇所を、他のものに比べてより迅速に綺麗にする。その理由は、この差分的、非均一な清浄化の率によるものであり、結果として、ウェーハの一定のエリアの過度の研磨をもたらし得る。ウェーハの成形で用いられる種々の材料プロセスは、ウェーハに均一なＣＭＰ研磨を提供することに対して特別の挑戦を与える。使用されるプロセスの、より最近のものの一つである、銅デュアル食刻プロセス（copper dual damascene process）は、ウェーハの全表面を同時に研磨する研磨機で起こり得る過度の研磨に対して特に敏感で有り得る。また、より大きな直径のウェーハをプロセスする傾向によって、より広い表面エリアにわたって均一性を要求することによる、ＣＭＰプロセスに対する困難さのレベルがより大きくなった。
【０００３】
このような事情から、これらの問題点を伴うＣＭＰを実行する方法及びシステムに対するニーズが存在する。
【０００４】
【発明の実施の形態】
上述の先行技術の不利な点に取り組むために、以下に、銅プロセスを用いて生成されたもののような、プラナー化が困難な層を持って生成されたウェーハの過度の研磨を避け、その改善された研磨の均一性を支援することに加えて、改善された研磨動作及び柔軟性を提供可能なウェーハ研磨器が開示される。ウェーハ研磨器10の好ましい実施例が図１に示される。研磨器10は、ウェーハ・キャリア・アセンブリ12，パッド・キャリア・アセンブリ14、及びパッド仕上げアセンブリ16を含む。好ましくは、ウェーハ・キャリア・アセンブリ12及びパッド仕上げアセンブリ16は、フレーム18内に載置される。ウェーハ・キャリア・アセンブリは、モータ24に回転可能に接続されたシャフト22上に載置されたウェーハ・ヘッド20を含む。模範的実施例で、ウェーハ・ヘッド20は、パッド・キャリア・アセンブリ14から研磨圧力が受け取られた際に曲がったりたわんだりする事の無い、硬質のプラナー表面を維持するように設計される。好ましくは、循環ベアリング（circular bearing）26、あるいは他のタイプのサポートが、ウェーハヘッド20に付加的なサポートを提供するために、ウェーハ・ヘッド20の間に配置される。代替的に、ウェーハ・キャリア・アセンブリ20は、いかなるたわみをもを避けるために十分な強度を持つシャフト22とともに構築され得る。
【０００５】
ウェーハ・キャリア・アセンブリ12のウェーハ・ヘッド20について、図２及び３を用いて更に記載する。ウェーハ・ヘッド20は、好ましくは、研磨中に半導体ウェーハを固定位置に受容して維持するためのウェーハ受容領域30を持つ。ウェーハ受容エリア30は、図３に示されるように窪んだエリアで有り得、あるいはウェーハ・ヘッド20の回転の中央に中心を持つエリアで有り得る。ＣＭＰプロセッシング中にウェーハとウェーハヘッド20間の接触を維持するためのいかなる数の既知の方法をもが用いられ得る。模範的実施例で、ヘッド20のウェーハ受容エリア30は、ウェーハを維持あるいはウェーハヘッド20から開放するに際して有用な、空気の流れを提供するため、あるいは真空を受容するための複数のエア通路（air passage）32を含む。真空がウェーハに印加されることを許容するために、多孔性の、あるいは金属の材料もまた使用され得る。例えば接着剤，周囲に方位付けられたクランプ（circumferentially oriented clamp），あるいは液体からの表面張力のようなウェーハ・キャリアに対してウェーハ維持する他の方法が使用され得る。一つあるいはそれ以上のウェーハ・シャフト34が、ウェーハヘッド内の窪んだ位置とヘッド20のウェーハ受容エリア30から離れる方向に延びる位置との間に移動可能に配置され、ウェーハ輸送機構、例えばロボット、からのウェーハのローディング及びアンローディングを支援する。各ウェーハ持ち上げシャフトは、空気式，油圧式，電気的，磁気的，あるいはいかなる他の手段によっても動作され得る。他の模範的実施例では、ウェーハ・ヘッド20は、ウェーハ持ち上げシャフト34無しに製造され得、真空によって支援された方法を用いてウェーハは、ウェーハヘッドからロードあるいはアンロードされ得る。
【０００６】
再び図１を参照する。ここで、パッド・キャリア・アセンブリ14は、パッド・キャリア・ヘッド38のパッド・サポート表面40に付着された研磨パッド36を含む。研磨パッド36は、半導体ウェーハのプラナー化及び研磨に適した、いかなる数の既知の研磨材料でも有り得る。研磨パッドは、デラウェアのRodel Corporationから入手可能なＩＣ1000パッドのような接着スラリーと共に用いられるタイプのパッドで有り得る。代替的にパッドは、研磨剤を含むスラリーを必要としない固定研磨材料で構築され得る。研磨パッド36の直径は好ましくは、ウェーハＷの直径と等しいか、あるいは実質的に等しいが、研磨パッドとウェーハの他の直径比率も考えられる。一つの実施例で、研磨パッドサイズは、ウェーハ上の単一ダイのサイズから、ウェーハのエリアの２倍のエリア、の範囲のいかなるものでも有り得る。例えば研磨パッドが研磨パッドの中央を、ウェーハ中央と、パッド仕上げ表面の中央との間に形成された想像線から離れて配置するやり方で移動されるような場合において、ウェーハのエリアより大きいエリアを有するパッド仕上げ表面が、研磨パッドのより広い動作範囲を得るために有利で有り得る。一つより多いパッド仕上げヘッドが考慮されるような実施例で、パッド仕上げヘッドのエリアは、好ましくは、使用される研磨パッドを調整して支持するために十分である。
【０００７】
パッド・キャリア・ヘッド38は、好ましくは、ツール・チャージャ48の一部である、雄44，雌46を通してスピンドル42に付着される。ツール・チャージャは、好ましくは、異なったＣＭＰプロセスが、ウェーハ・ヘッド及びいかなる対応付けられたタイプの研磨化学物質（abrasive polishing chemicals）を変更することによって同じウェーハに用いられ得るように、パッド・キャリア・ヘッド38の間の交換を可能とする。
【０００８】
図４に示されるように、パッド36は、通路50を通して、パッド・キャリア・ヘッド38及びツール・チェンジャ44，46から研磨スラリー（スピンドル42内に存在し得る、一つあるいはそれ以上のスラリーが与えられたライン52によって供給される）を受容し得る。スピンドルは、スピンドル輸送機構56に載置されたスピンドル・ドライブ・アセンブリ54内に回転可能に載置される。輸送機構は、制御可能な循環動作あるいは軌道動作をする、いかなる数の機械的，電気的あるいは空気的装置、あるいは研磨動作中に研磨パッドをウェーハ上の複数の離散的位置に移動可能な回転機構でもあり得る。
【０００９】
スピンドル・ドライブ・アセンブリ54は、研磨パッド36を研磨パッド・キャリア・ヘッド38上で回転するように設計され、スピンドルが研磨パッドをウェーハＷの平面に向けて、あるいはウェーハＷの平面から離れる方向に動かすような移動を可能とするように、そして、ＣＭＰプロセッシング中にウェーハへの、全体的に制御された研磨圧力の印加を可能とするように設計される。それはまた、パッド・キャリアへの容易なアクセス、及び装置アセンブリが自動的に研磨パッドを置換することを可能する。このタスクを達成するために、カリフォルニア州FremontのLam Research Corporationから入手可能なＴＥＲＥＳ（登録商標）研磨器で用いられるもののような適切なスピンドルドライブアセンブリが使用され得る。スピンドル輸送機構56は、研磨されているウェーハＷと同一平面方向へのスピンドルの輸送が可能な、いかなる数の機械的あるいは電気的装置でもあり得る。このやり方で、研磨パッド36は、正確に配置され、及び／又は、必要であれば、ウェーハＷの半径に沿った位置においてリニアな方向に振動され得る。
【００１０】
パッド仕上げアセンブリ16は、好ましくは、ウェーハキャリアアセンブリに隣接して、パッドキャリアアセンブリ14の反対に配置される。パッド仕上げアセンブリ16は、元の位置で（in-situ）及び外の位置で（ex-situ）、研磨パッド36の調整及び清浄を提供するように設計される。
【００１１】
一つの実施例で、パッド仕上げアセンブリ16のアクティブ表面58のサイズは、好ましくは実質的に、研磨パッドのエリアと同じである。パッド仕上げアセンブリのアクティブな表面はまた、他の実施例の研磨パッドのエリアより大きく、あるいは小さく成り得る。付加的に、パッド仕上げアセンブリはまた、他の実施例の多数の回転可能な表面から成り得る。
【００１２】
好ましくは、パッド仕上げアセンブリ16は、プロセスされているウェーハＷの表面と同一平面上の表面58を持つ。パッド仕上げアセンブリのアクティブなエリアのサイズは、少なくとも、単一のあるいはより小さな多数のヘッドからなる研磨パッド36のそれと同じ位大きい。パッド仕上げアセンブリ16の表面58は、モータ64内に回転可能に載置されたシャフト62に付着されたパッド仕上げヘッド60に固定される。ウェーハＷに対するパッド仕上げ表面58の平面化（planarity）を維持することを援助するために、パッド仕上げアセンブリ16の位置を調整するための平面調整機構66が使用され得る。
【００１３】
一つの実施例で、平面調整機構66は、ＣＭＰプロセッシングが行われる間、緩められて、高さ変動を補償するために調節され得、そして、再び締めつけられ得る、機構装置であり得る。一つの代替的実施例で、平面調節機構は、パッド仕上げ表面58に対するパッドキャリアアセンブリ14の圧力が、ウェーハ・キャリア・アセンブリ12の上に載置されたウェーハＷとパッド仕上げ表面が同一平面的関係になるように維持するように、継続して上向きの圧力をパッド仕上げヘッド60にかける、ばね、あるいは空気圧シリンダのような、アクティブな（active）機械的，あるいは電気的に駆動される装置であり得る。更に他の実施例で、３つの別々の高さ調節シャフトを持つ３点バランシング装置が、パッド仕上げ表面、及び／又はウェーハ・キャリア・ヘッドの平面を調節するために使用され得る。ウェーハ・キャリア・アセンブリ12に対するように、パッド仕上げヘッド60は、円形ベアリングによって支持され得るか、あるいは、シャフト62のみによって支持され得る。
【００１４】
図５Ａ−Ｄを参照する。ここで、パッド仕上げヘッド60上に配置された模範的パッド仕上げ表面の複数の実施例が示される。図５Ａで、パッド仕上げ表面は、３Ｍ及びDiamonexから入手可能なアルミナ，セリア，及びダイヤモンドのような固定された研磨媒体70で完全に覆われ得る。更に、脱イオン水，スラリー，あるいは他の所望の化学スプレーのような液体を輸送するための複数のオリフィス72が表面にわたって散在される。
【００１５】
パッド仕上げアセンブリのアクティブな表面は、ダイヤモンド被覆されたプレートあるいはパッドのような単一の仕上げ特性から成り得るか、あるいは、異なった材料の複数の部分の組合わせから成り得る。他の模範的実施例で、パッド仕上げヘッドの表面は、セクションに分割され、固定された研磨ユニット，ブラシ及びスプレーユニット，吹き付け器及び他のタイプの既知のパッド仕上げサービスのような種々の標準サイズのパッド調整セクションの組を含む。所望のパッド仕上げ性能によって、パッド仕上げヘッドの表面の各セクションは、回転可能で上下動作を提供する、独立に制御可能なアクチュエータ、及び液体供給ポートを持ち得る。
【００１６】
図５Ｂに示されるように、パッド仕上げ表面は、表面の半分の上に固定された研磨剤74を、クリーン・パッド76を表面の反対側半分の上に、そして、クリーン・パッド・セクションに沿って配置された液体分配オリフィス78のアレイ（array）を持ち得る。クリーン・パッドは、Rodel Corporationから入手可能なPolytexのようなポロメリックの材料で有り得る。図５Ｃに示されるように、他の模範的実施例で、パッド仕上げ表面は、ダイヤモンド・グリットのストリップ（strip），他の半径に沿って配置されたナイロンブラシ82、及び、ナイロンブラシとダイヤモンド媒体のストリップに垂直の複数の液体オリフィス84を含み得る。他の模範的実施例が図５Ｄに示される。ここでは、複数の液体オリフィス88及びクリーンパッド90が各々対応する、表面の残りの２つの1/4部分の一つの上に配置される一方、固定された研磨材料86が、表面の反対の1/4部分の上に配置される。パッドを研磨して調整するための研磨材料の複数の構成のいずれか、パッドをすすぐための液体、及び／又はクリーンパッド材料、利用され得る。付加的に、いかなる適切な固定された研磨剤あるいは液体が使用され得る。
【００１７】
図１−５の研磨器10は、好ましくは、それらの対応する表面の間で同一形面関係を持つ、ウェーハ・キャリア・アセンブリ及びパッド仕上げアセンブリで構成される。上述のように、同一平面は、相互に調節され得、あるいは自己調節され得る。また、パッド仕上げヘッド及びウェーハ・キャリア・ヘッドは、研磨パッド材料の最大量が調節されることになるように、好ましくは、可能な限り互いに半径方向で（radially）近接するように配置される。全体の研磨パッドが、一つの完全なパッドの回転の後に調節されるように、好ましくは、パッド仕上げヘッドの表面は、十分に大きく、ウェーハ・キャリアに近接して配置される。他の実施例で、パッドの同じ、あるいは異なった部分を調節するために、多数のパッド仕上げ装置が、使用され得る。これらの代替的パッド仕上げ実施例で、各パッド仕上げアセンブリの表面は、ウェーハ・キャリア・ヘッドに対して放射状に配列され得るか、あるいは、他のいかなる所望のやり方でも配列され得る。
【００１８】
模範的実施例で、ウェーハ・キャリア，パッド・キャリア，及びパッド仕上げアセンブリ，の各々は、ジンバルされないヘッドを有して構築され得る。他の実施例で、パッド・キャリア・ヘッドは、相互作用ウェーハ表面，研磨パッド，及びパッド仕上げ表面のアラインメントでの小さな不正確さを補償するために、業界で広く知られるもののようなジンバルされたヘッドで有り得る。また、パッド・キャリア表面が下向きである一方、ウェーハ・キャリア・ヘッド及びパッド仕上げヘッドは、好ましくは、上側方向に面する、それらのそれぞれの表面で方向付けられる。このウェーハを上に向ける構成の利点は、これによって、改善された元の位置の表面検査，端部ポイント検知，及び液体のウェーハ表面への直接供給を支援できることである。他の実施例で、ウェーハ及びパッド仕上げヘッド，及び対向するキャリア・ヘッドは、垂直平面のような非水平平面に平行に方向付けられ得るか、あるいは、空間制約と据え付け制約によって、むしろ完全に逆転され（即ち、研磨パッドが上向きで、ウェーハとパッド仕上げ表面が下向き）得る。
【００１９】
図６に示されるように、研磨器10は、プログラム可能なメモリ67に記憶された命令に基づいてマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）65によって制御可能である。命令は、研磨器の種々の構成要素によって検知あるいは維持されるべき動作パラメータの組合わせに基づいてユ−ザによって、エンターされあるいは計算される、ウェーハに特有の研磨スキームに関連するコマンドのリストであり得る。これらのパラメータは、パッド，ウェーハ，及びパッド仕上げ構成要素に対するキャリア・ヘッドの回転可能な速度、スピンドル・ドライブ・アセンブリ54からの位置／力情報、スピンドルリニア輸送機構56からの放射（radial）パッド位置情報、及び、ＣＰＵによって維持されて、エンド・ポイント検知器61からの情報によってプロセスで調節される研磨時間を含み得る。ＣＰＵは、好ましくは、研磨器の異なった構成要素の各々と通信状態にある。
【００２０】
図１−６の研磨器10を参照して、研磨器の動作が以下に示される。ウェーハがウェーハ・キャリアの上にロードされた後、図７に示されるように、研磨パッドがウェーハの表面の一部分にみにオーバラップするように、スピンドル・ドライブ・アセンブリによって研磨パッドが下降させられる。研磨器は、ウェーハの表面をパッドで完全にカバーするように動作され得るが、いかなる時点でも、パッドは好ましくは、ウェーハ表面の一部分だけをカバーし、接触する。また、ウェーハをカバーしない研磨パッドの一部分は、好ましくは、パッド仕上げアセンブリの表面をカバーし、接触する。このようにして、研磨パッドの一つの部分が回転して回転ウェーハの一部分に対して押圧するにつれて、パッドの各回転において研磨パッドを清浄化して調節するために、研磨パッドの他の部分が、パッド仕上げアセンブリの回転する表面に対して回転する。好ましくは、全体の研磨パッドが、研磨及びパッド調整のこの連続的プロセスの中で利用される。
【００２１】
好ましくは、研磨器10は、ウェーハ毎に、均一性における部分的変動を扱うことが可能である。この機能は、第１に、各ウェーハ上のプロファイル情報を得て、各ウェーハの特定の非均一性を扱うために、研磨器に対する研磨戦略を計算することによって達成される。ウェーハプロファイル情報は、特定のウェーハの早期の層の処理中に決定された早期の測定から獲得され得るか、あるいは、ウェーハが処理される前に明白に測定され得る。多くの既知のプロファイル測定技術のいずれの一つもが、必要なプロファイルデータを得るために使用され得る。例えば、ウェーハの中央から、端部へのポイントにおいて、プロファイル特性を決定するために、４点プローブを用いた持続測定（persistance measurement）が行われ得る。ベストの研磨スキーム（例えば、研磨パッド経路，ウェーハとパッドの回転速度，パッドに印加された下向きの力，及び，研磨パス上の各点での時間）を計算して、ＣＰＵによる実行のためにこれらの命令を研磨器メモリに記憶するために、これらの特性は、先に測定された、研磨パッドの特性（例えば、研磨パッドの半径に沿った種々のポイントでの、測定された研磨応答）とともに使用され得る。
【００２２】
ウェーハの研磨に先だって、及び、その後に、ウェーハ・キャリア・アセンブリ12のウェーハ持ち上げシャフト38が起動されて、ウェーハ受容表面からウェーハを持ち上げて、ウェーハをウェーハ運搬ロボットに、あるいは、そこから移動させる。更に、特定のウェーハのＣＭＰプロセス中に、ウェーハ、研磨パッド，及びパッド仕上げ表面全てが、同じ方向に回転することが好ましい。回転方向の他の組合せが考慮され、特定の研磨動作中に、個々のアセンブリの回転速度は変動し得、意図的に変動され得る。
【００２３】
一旦研磨スキームが決定されて記憶され、ウェーハが適切にウェーハ・キャリア上に載置されると、研磨は、予め決定された研磨スキームに従って進展し得る。パッド，ウェーハ，及び仕上げ表面は、所望の速度で回転されることになる。パッド，ウェーハ，及びパッド仕上げ表面についての適切な回転速度は、0-700ｒｐｍ（毎分回転数）の範囲内で有り得る。いかなる回転速度の組合わせ、及び700ｒｐｍ以上の回転速度がまた、考慮される。スピンドルについてのリニアの輸送機構は、パッドの端部を、ウェーハの半径に沿った第１の点に配置することになり、スピンドル・ドライブ・アセンブリは、パッドユニットを、それがウェーハの表面に達して所望の圧力が印加されるまで下降させる。研磨パッドは、好ましくは、ウェーハの部分だけをカバーして、所望の研磨時間が終了するまでウェーハの研磨を継続する。好ましくは、一つあるいはそれ以上の送信機／受信機ノード63を有する再終点検知器61（図１）であり得る、プロセス状態検査システムは、ウェーハのターゲット領域に対する研磨進捗上の元の位置の情報を提供して、オリジナルの研磨時間予測をアップデートするためにＣＰＵと通信する。いかなる数の既知の表面検査及び終端検知方法（光学的，音響的，熱的）もまた採用され得る。予め決定された研磨戦略が各個々のウェーハに適用され得る一方、各位置での研磨パッドによって消費された時間の正確な調節のために、表面検査ツールからの信号が使用され得る。
【００２４】
ウェーハの第１の領域を研磨した後、リニア・インデックス機構は、研磨パッドを次の位置に移動させ、その領域を研磨する。研磨パッドは、好ましくは、それが次の半径位置に移動するに際して、ウェーハの表面との接触を維持する。付加的に、研磨パッドの端部がウェーハの中央で、半径方向で中央から離れた、引き続く位置に、ウェーハ端部が到達されるまで、連続的な順序で（動作）開始する際に、研磨器が研磨パッドを第１の位置から移動させ得る一方、他のリニアなパスに移動させることによって、特定のウェーハのプロファイルは最良に取り扱われ得る。例えば、第１の研磨動作は、ウェーハの中央と端部との間のポイントで、研磨パッドの端部で開始し得、研磨器は、研磨パッドを、端部に向かってウェーハ半径に沿った位置に移動させ得、ウェーハの中央においてパッドの端部で最終研磨を終了させ得る。
【００２５】
研磨中、研磨パッドは好ましくは常に、パッド仕上げアセンブリの表面と接触する。パッド仕上げアセンブリは、パッドを調整して、所望の表面を提供し、研磨プロセスによって生成された副次生成物（by-product）を清浄化する。加圧脱イオン水あるいは他の適切な化学清浄物が、表面内のオリフィスにわたって、そしてパッドに対してスプレーされる一方、パッド仕上げアセンブリの表面上の研磨材料は、好ましくはパッド表面を活性化する。
【００２６】
スピンドルによってパッド・キャリア・ヘッドに印加された加圧をモニターするために、そして、パッド・キャリア・ヘッドとウェーハを制御可能に回転させるためにＣＰＵを用いて、研磨プロセスは、終端点検知器が研磨器がその領域を終了したことを示すまで進捗する。終端ポイント検知器から情報を受信すると、ＣＰＵはスピンドル・リニア輸送機構56に、研磨パッドをウェーハの中央から引っ張って引き離し、ウェーハの次の輪状の領域に集中させるために、研磨パッドを、ウェーハの中央に対して放射状に移動させるよう命令する。パッドが放射状にウェーハの端部方向に引っ張られる間、好ましくは、パッドとウェーハは接触を維持する。模範的実施例で、スピンドルリニア輸送機構（spindle linear transport mechanism）56は、単に離散的ステップでパッドの移動をインデックスし（index）得る。他の模範的実施例で、スピンドル機構56は、位置の間を（between positions）示し得、ウェーハ上の複数の研磨領域の間のスムーズな遷移を支援するために、インデックスされた位置（index position）に対して放射状に前後に振動し得る。
【００２７】
他の実施例で、パッドとウェーハとの間での振動タイプの移動を提供するために、リニア・スピンドル輸送機構は離散的ステップで移動し得、各ステップの後にスピンドルを固定された放射状位置に維持し得、研磨パッドキャリアの回転の中央からオフセットされた研磨パッドを利用し得る。図から明白なように、研磨パッド仕上げは、ウェーハとの不断の接触を維持するのみならず、パッド仕上げアセンブリの表面との不断の接触をも維持する。研磨パッドの各回転は、それに、まずウェーハに亘って、次に、パッド仕上げアセンブリの表面の種々の部分との接触状態を、もたらすことになる。
【００２８】
研磨器10は、パッドが完全にウェーハにオーバーラップすることを可能とするように構成され得るが、ウェ−ハの非均一性を避けることを支援するために、パッドは好ましくは、ウェーハに対する、種々の部分的にオーバラップする位置の間をインデックスする（index）。この構成及びプロセスの利点には、ウェーハの種々の輪状の部分において、より大きな研磨制御を提供して、同時にウェーハの全表面の研磨を行う場合にしばしば付き物である、過度の研磨問題を避けるために、除去レートに集中する能力が含まれる。更に、部分的オーバラッピング構成によって、連続的、元の位置での、パッド調節が可能となる。
【００２９】
単一のパッド仕上げアセンブリが示されるが、多数のパッド仕上げアセンブリもまた使用され得る。この研磨器10の利点は、ウェーハと研磨パッドが好ましくは完全にはオーバーラップしないという事実に基づき、元の場所での終端点検知に加えて、元の位置でのパッド調節が実行され得ることである。付加的に、研磨パッドの半径以下のポイントにおいて、パッドとウェーハのオーバーラップを開始することによって、研磨パッドは、各回転を完全に調節し得る。更に、研磨パッドの表面を完全に利用することによって、コスト削減が達成され得る。複数の先行技術のシステムと異なり、研磨されるウェーハに比べて研磨パッドが非常に大きい際には、研磨パッドの全体の表面が潜在的に利用される。
【００３０】
他の実施例で、図1-7に示される研磨器10は、図8に示されるように、より大きなウェーハ処理システム110モジュール100として使用され得る。図８のシステムにおいて、ウェーハスループットを増加させるために多数のモジュ−ルが直列にリンクされる。ウェーハ処理システム110は、好ましくは、プラナー化と研磨を要求する標準入力カセット112にロードされた半導体ウェーハ受容するために構成される。ウェーハ輸送ロボット114が、カセットから第１のモジュール100に、研磨のために個々のウェーハを輸送するために使用され得る。図1の研磨器10で示されるような第１のモジュールでの処理の完了によって、ウェーハを次のモジュールに輸送するために、第２のウェーハ輸送ロボットが使用され得る。システム110は、ウェーハの特定の研磨ニーズを取り扱うために必要とされるだけ多くのモジュール100を持ち得る。例えば、各モジュールは、同じタイプのパッドとスラリーの組合わせとともに実装され得るか、あるいは、もし固定された研磨技術が用いられるならば、スラリー無しに実装され得る。そして、各ウェーハは、個々の研磨器の累積的効果が、ウェーハが最終モジュールで、その最終部分研磨を受容した後に、結果として完全に研磨されたウェーハをもたらすように、各モジュールにおいて部分的にプラナー化されることとなろう。
【００３１】
代替的に、異なったパッドあるいはスラリーが、各モジュールで使用され得る。図１の研磨器との関係で上述したように、各研磨器モジュール100は、ツールチェンジャの使用を通じて研磨パッドキャリアを変更し得る。この付加的な柔軟性が、複数のパッドの間を、全システムを分解する必要無しに自動的にスイッチするために、各モジュールのスピンドル・ドライブ・アセンブリと協働し得るパッド・ロボット118の使用を通じて図８のシステムで達成され得る。新しいパッド120及び使用されたパッド122のための、多数の区画（compartment）のパッド・キャリア・ヘッド格納ビン（bin）は、使い古したパッドに付着されたパッド・キャリア・ヘッドの、新しいパッドを持つパッド・キャリア・ヘッドへの、効率的な取替を可能とするために、各モジュールに隣接して配置され得る。システム100でパッドの膨大な組合せが組み立てられ得るように、単純なバーコード走査技術のようなカタロギング機構（cataloging mechanism）を利用することによって、異なったタイプのパッドを有するウェーハ・パッド・キャリアが、カタログ化され得、各モジュールに配置され得る。
【００３２】
プラナー化の後、清浄化及びバッフィング（buffing）のために、第２のウェーハ・ロボット116がウェーハを、種々のポストＣＭＰモジュール124の上に渡し得る。ポストＣＭＰモジュールは、回転バッファ（rotary buffer）,両面具備スクラバー（scrubber）あるいは他の所望のポストＣＭＰ装置で有り得る。第３のウェーハ・ロボット126は、ポストＣＭＰモジュールから各ウェーハを除去し、研磨及びクリーニングが完了したとき、それらを出力カセットに配置する。
【００３３】
以上の詳細な記述は、限定のためではなくむしろ、説明の目的のためのものと考えられるべきことが意図される。そして、全ての均等物を含む特許請求の範囲が、本発明のの範囲を規定することが意図されていることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 模範的実施例の半導体ウェーハ研磨システムの側面カッタウェイ図。
【図２】 図１のシステムでの使用に適したウェーハ・キャリア・アセンブリの上面図。
【図３】 図２の線3-3に沿った断面図。
【図４】 図１のシステムで使用するための研磨パッド・キャリア・アセンブリ及びツール交換器の分解断面図。
【図５Ａ】 図１のシステムでの使用に適したパッド仕上げ（dressing）アセンブリの表面の実施例の真上から見た外観を示す図面。
【図５Ｂ】 図１のシステムでの使用に適したパッド仕上げ（dressing）アセンブリの表面の実施例の真上から見た外観を示す図面。
【図５Ｃ】 図１のシステムでの使用に適したパッド仕上げ（dressing）アセンブリの表面の実施例の真上から見た外観を示す図面。
【図５Ｄ】 図１のシステムでの使用に適したパッド仕上げ（dressing）アセンブリの表面の実施例の真上から見た外観を示す図面。
【図６】 図１の研磨器のマイクロプロセサと個々の構成要素との間の通信ラインを示すブロック図。
【図７】 図１のシステムの構成要素の移動を示す、真上から見た外観を示す図面。
【図８】 図１のウェーハ研磨器を備えたウェーハ・プロセッシング・システムを示す図。
【符号の説明】
10 ウェーハ研磨器
12 ウェーハ・キャリア・アセンブリ
14 パッド・キャリア・アセンブリ
16 パッド仕上げアセンブリ
20 ウェーハ・ヘッド
22 シャフト
24 モータ
26 循環ベアリング
30 ウェーハ受容領域
32 エア通路
34 ウェーハ・シャフト
36 研磨パッド
38 パッド・キャリア・ヘッド
40 パッド・サポート表面
42 スピンドル
44 雄
46 雌
48 ツール・チャージャ
52 ライン
54 スピンドル・ドライブ・アセンブリ
56 スピンドル輸送機構
58 アクティブな表面
60 パッド仕上げヘッド
61 エンド・ポイント検知器
62 シャフト
63 送信機／受信機ノード
64 モータ
65 マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）
66 平面調整機構
67 メモリ
70 研磨媒体
72 オリフィス
74 研磨剤
76 クリーン・パッド
78 液体分配オリフィス
82 ナイロンブラシ
84 液体オリフィス
86 研磨材料
88 液体オリフィス
90 クリーンパッド
100 モジュール
110 ウェーハ処理システム
112 標準入力カセット
114 ウェーハ輸送ロボット
116 第２のウェーハ・ロボット
118 パッド・ロボット
120 パッド
122 パッド
124 ポストＣＭＰモジュール
126 第３のウェーハ・ロボット

Claims (14)

1. 半導体ウェーハを開放可能に維持するためのウェーハ受容表面を有する回転可能なウェーハ・キャリアであって、上記回転可能なウェーハ・キャリアが、第１の位置と第２の位置との間で移動可能に配置可能な複数のウェーハ持ち上げシャフトを備え、当該第１の位置では当該ウェーハ持ち上げシャフトが上記ウェーハ・キャリア・アセンブリに格納され、当該第２の位置では当該ウェーハ持ち上げシャフトが上記回転可能なウェーハ・キャリアの上記ウェーハ受容表面から距離を離される、回転可能なウェーハ・キャリアと、
   実質的に上記ウェーハ受容表面に平行に方向付けられて、上記半導体ウェーハに対して複数の部分的にオーバラップする位置において研磨パッドを移動可能に配置するように構成された当該研磨パッドを有する回転可能な研磨パッド・キャリアであって、当該研磨パッドが、上記半導体ウェーハの表面の一部分に対して接触し回転する、研磨パッド・キャリアと、
   研磨パッド調整材料であって、研磨パッド仕上げアセンブリの表面が上記ウェーハ・キャリアの上に、実質的に上記半導体ウェーハの表面と同一平面に配置され、回転可能なパッド仕上げアセンブリが回転して上記研磨パッドの第１の部分に接触する一方、上記パッドの第２の部分が上記半導体ウェーハを研磨する、研磨パッド調整材料、を備える上記表面、を有する回転可能なパッド仕上げアセンブリを備えた半導体ウェーハ研磨器。
2. 上記パッド仕上げアセンブリの上記研磨パッド調整材料が、複数の並列された材料セクションを備え、当該材料セクションの各々が異なった材料構成を有する、請求項１に記載の研磨器。
3. 上記研磨パッド・アセンブリと通信状態のプロセッサ、
   上記半導体ウェーハに隣接して配置されたもとの場所の端部ポイント検知器、及び、
   上記プロセッサのための命令を含むメモリを更に備え、
   上記元の場所の端部ポイント検知器からの情報に基づいて、上記プロセッサが、上記研磨パッド・アセンブリにリニアにインデックスするように命令するような動作する、請求項１に記載の研磨器。
4. 上記回転可能な研磨パッド・キャリアが 上記研磨パッドを、上記半導体ウェーハに対してリニアに、半径方向に移動させるように構成されたリニア・インデックス機構を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の研磨器。
5. 上記研磨パッド・キャリアが更に、取外し可能にスピンドルに付着された研磨パッド・キャリア・ヘッドを備える、請求項４に記載の研磨器。
6. 上記研磨パッド・キャリアが更に、上記インデックス機構と上記スピンドルに接続されたスピンドル・ドライブ・アセンブリを備え、当該スピンドル・ドライブ・アセンブリが、上記スピンドルを回転させて、上記半導体ウェーハに対して上記研磨パッドを移動させるように構成される、請求項５に記載の研磨器。
7. 上記回転可能なウェーハ・キャリアの上記ウェーハ受容表面が、真空と加圧された液体の一つを受容するための複数の液体オリフィスを備え、上記半導体ウェーハが上記ウェーハ受容表面に取外し可能に付着される、請求項１から３のいずれか１項に記載の研磨器。
8. 上記インデックス機構が上記研磨パッドを、上記ウェーハの上記表面及び上記パッド仕上げ表面と部分的にオーバラップする複数の位置に移動させるように構成される研磨器であって、
   当該研磨器が上記研磨パッドを、
   上記研磨パッドが、上記パッド仕上げ表面と接触する面積よりも、上記ウェーハの上記表面と接触する面積の方がより広い部分を持つ、第1の位置から、
   研磨パッドが上記ウェーハの上記表面の上に配置される部分より、研磨パッドのより広い部分が上記パッド仕上げ表面の上に配置される、第２の位置に移動させるように構成される、請求項６に記載の研磨器。
9. 上記回転可能なウェーハ・キャリアが、
   上記半導体ウェーハを固定されたプラナー位置に維持するために配置されたサポートを備え、
   上記回転可能なウェーハ・キャリアが、上記パッド・キャリア・アセンブリからの研磨圧力を受けても撓まない、請求項１から３のいずれか１項に記載の研磨器。
10. 上記サポートが、循環ベアリングを備える、請求項９に記載の研磨器。
11. 上記研磨パッドが、固定された研磨剤を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の研磨器。
12. 上記研磨パッドが、研磨用スラリーと共に使用されるように構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の研磨器。
13. 上記研磨パッド調整アセンブリの上記表面が更に、上記研磨パッドの研磨表面に対して液体を輸送するために配置された少なくとも一つの液体輸送オリフィスを備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の研磨器。
14. 上記リニア・インデックス機構が、各々の上記複数の部分的にオーバーラップした位置において、上記研磨パッド・アセンブリをリニアなやり方で振動させるように動作可能である、請求項８に記載の研磨器。

Images