(57)【要約】      （修正有）【課題】流量を制御するデバイスを調整する手段とフィードバックループでさらに組み合わせることで、スラリーリザーバの異なる部分内のスラリー濃度を調整してパッド上のスラリー分布を改善する。【解決手段】インジェクタ１０は、凹状の後縁１２を有し、底面が研磨パッドに面し、軽荷重下で該パッドに載り、スラリーが、インジェクタ１０の上部にある１つ又は複数の開口を通して導入されてチャネル２２又はリザーバを通って底部まで進み、複数の開口から出て薄膜状に広がり、ウェハ１４と研磨パッドとの間に導入されるのに十分なほど少ない量でウェハ１４の前縁に沿って研磨パッドの表面とウェハ１４との境目に導入される。流体を導入するための複数の入口２０を利用し、該入口２０に流体の流量制御手段１９を装着し、ウェハ１４の表面へのスラリー送出を調整してウェハ１４の表面における除去率の均一性を改善するように流量制御手段１９の調整を行う、方法。【選択図】図１
2010206167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの化学機械研磨でウェハと研磨パッドとの間にスラリーを注入する方法であって、
固体三日月形インジェクタを用い、該固体三日月形インジェクタは、０インチ〜３インチの隙間を開けて前記ウェハの前縁のサイズ及び形状に合わせた凹状の後縁を有し、底面が前記研磨パッドに面し、軽荷重下で該パッドに載り、ＣＭＰスラリー又はその成分が、前記インジェクタの上部にある１つ又は複数の開口を通して導入されて前記インジェクタの長さに延びるチャネル又はリザーバを通って底部まで進み、前記インジェクタの底面の複数の開口から出て薄膜状に広がり、スラリーの全部又は大半が前記ウェハと前記研磨パッドとの間に導入されるのに十分なほど少ない量で前記ウェハの前記前縁に沿って前記研磨パッドの表面と前記ウェハとの境目に導入され、前記チャネルの種々の点に、且つ前記インジェクタの前記底面を通して前記研磨パッドに直接、流体を導入するための複数の入口を利用して、該入口の一部又は全部に流体の流量制御手段を装着し、前記ウェハの表面へのスラリー送出を調整して前記ウェハの表面における除去率の均一性を改善するように研磨中又は研磨後に前記流量制御手段の調整を行う、方法。
【請求項２】
前記複数の開口の数は２個〜１０個である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記入口の少なくとも１つは、前記チャネルへのスラリーの導入用である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記入口の全部が、スラリー、希釈スラリー、又は希釈剤を前記チャネルに導入する、請求項１に記載の方法
【請求項５】
一部の前記入口は、スラリー、希釈スラリー、又は希釈剤を前記チャネルに導入し、残りの前記入口は、スラリー、希釈スラリー、又は希釈剤を前記インジェクタの前記底面を通して前記研磨パッドに直接導入する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
１つ又は複数の前記入口は、前記チャネルにスラリーを導入し、残りの前記入口は、希釈スラリー又は他の希釈剤を前記インジェクタの前記底面を通して前記研磨パッドに導入する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
さまざまな濃度のスラリー又は希釈剤の前記流量制御手段は弁である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記弁はニードル弁である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記入口の全部がスラリーの導入用である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記入口の全部を通して導入されるスラリーは、均一な濃度及び組成である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
異なるスラリーが異なる入口を通して導入される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記異なる入口を通して導入されるスラリーは、同じスラリーであるが前記入口に応じて異なる濃度又は希釈レベルである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記異なる入口を通して導入されるスラリーは、前記入口に応じて異なる濃度又は希釈レベルである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記スラリーは水で希釈される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記スラリーは水で希釈される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
スラリー用の少なくとも１つの前記入口に流量制御手段が装着されない、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記入口の少なくとも１つ又は前記スラリー用の入口である１つを除く全部が、前記チャネルに希釈剤を導入する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記希釈剤用の入口の全部、及び前記スラリー用の入口を除く全部に、流量制御手段が装着される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
１つ又は複数のスラリーの濃度が、経時的に全体的に又は入口ごとに変わり得る、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記スラリーの濃度が経時的に変わり得る、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記流量制御手段の調整は機械的に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記流量制御手段の調整は手動で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記流量制御手段の調整は、前記研磨パッドの前記表面上のスラリーの量若しくは温度又は前記ウェハの前記表面からの除去率を示すセンサ又はセンサアレイによって得られるデータの解析の結果に従って、ＣＭＰ作業中に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記センサ又はセンサアレイは、前記ウェハと前記インジェクタとの間の前記隙間に注入されたスラリーの温度を測定するための赤外線センサ又はセンサアレイである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記結果は、視覚出力又は音声出力によって前記センサ又はセンサアレイから得られる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記センサデータは、電子信号を用いて前記センサ又はセンサアレイから得られる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記センサデータは、解析され、特定の１つ又は複数の入口の流量の増減がスラリーの分配を、したがって除去率の大きさ及び均一性を最適化することを示す、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
センサデータ解析フィードバックが手動で適用される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
センサデータ解析フィードバックが機械的且つ自動的である、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記流量制御手段は、弁であり、該弁の調整は、前記センサデータに基づくデータ処理フィードバック出力に従って機械的に行われる、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記流量制御手段は、ニードル弁であり、該ニードル弁の調整は、前記センサデータに
基づくデータ処理フィードバック出力に従って機械的に行われる、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記ニードル弁の調整は、マイクロステップモータ（microstepdown motor）によって機械的に行われる、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
１つ又は複数のウェハに関する除去率の均一性を求めた後に、後続のウェハのために前記流量制御手段の調整が行われる、請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
前記除去率の均一性は反射率計によって求められる、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記流量制御手段は弁である、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記弁はニードル弁である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記入口の１つ又は複数にニードル弁が装着されず、ニードル弁が装着されない前記１つ又は複数の入口は、スラリーの導入用であり、ニードル弁が装着される残りの前記入口は、希釈剤又は希釈スラリーの導入用である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
希釈剤又は希釈スラリーを固定流量で導入する第１のニードル弁を除いてすべての前記ニードル弁を閉鎖させた条件下で、１つのウェハを研磨し、それに続いて研磨されるウェハごとに、すべてのニードル弁が実行されるまで前に用いられた前記ニードル弁を閉鎖して次の弁を完全に開放し、その後、前記前に用いられたニードル弁の構成の除去結果の均一性に基づいて、適当に調整された総流量で完全に開放したニードル弁の組み合わせを伴って後続の研磨を実行し、その後、必要であれば最後に、完全に閉鎖したニードル弁、部分的に開放したニードル弁、及び完全に開放したニードル弁を伴う構成によって、最適な除去率を得る、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
調整の結果を、研磨実行の合間で反射率計によって測定し、９０ｍｌ／分の流量に設定された１個のスラリー入口と、前記チャネルの前記前縁からウェハから前記チャネルと反対の方向に１／８インチの位置で前記インジェクタを貫通して該インジェクタの前記底面まで開いてニードル弁が設けられた等間隔の７個の水入口とがあり、前記ニードル弁の調整は手動であり、前記研磨パッドの中心に最も近く３０ｍｌ／分で水を導入する第１のニードル弁を除いてすべての前記ニードル弁を完全に閉鎖させた条件下で、１つのウェハを研磨し、それに続いて研磨されるウェハごとに、７個すべてのニードル弁が試験されるまで前に用いられた前記ニードル弁を閉鎖して前記研磨パッドの中心から順に次の弁を同じ流量で完全に開放し、その後、前記前に用いられたニードル弁の構成の除去結果の均一性に基づいて、適当に調整された総流量で完全に開放した複数のニードル弁の構成にした後続の研磨を実行し、最後に、完全に閉鎖したニードル弁、部分的に開放したニードル弁、及び完全に開放したニードル弁を利用するニードル弁構成にした研磨を実行して、最適な除去率を得る、請求項１に記載の方法。
【請求項４０】
前記入口のすべてが等間隔に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項４１】
前記流量を制御する手段が装着される前記入口は等間隔に配置される、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の可変スラリー入口又は他の流体入口を有するスラリーインジェクタを用いてＣＭＰでのスラリー利用効率及び研磨除去率変化を改善する方法に関する。
＜背景技術＞
【０００２】
化学機械研磨（ＣＭＰ）スラリーは、研磨パッド及びダイヤモンドコンディショナディスクと共に、ＣＭＰプロセスの実行に近年用いられている機器の主要構成要素となっている。これらの研磨パッド及びダイヤモンドコンディショナディスクは、確かな品質及び効果の標準に則って複数の供給業者により生産販売されている。スラリーの機能は、ウェハの表面に機械的研磨粒子及び化学成分を連続的に送出し、研磨表面から反応生成物及びウェハ屑を除去する手段を提供することである。当該技術分野で既知のさまざまな効果及び特性のスラリーが数種類ある。
【０００３】
現在のところ、最も一般的なタイプのＣＭＰツールであるロータリポリッシャの場合、スラリーは、単純な送り管、ノズル、又はスプレーバーを用いて回転する研磨パッドに一定の流量で塗布される。新鮮なスラリーは、重力及び求心加速度の影響下で塗布点（複数可）から流れ去り、使用済みのスラリー又は研磨パッドとウェハとの間を通過して研磨に関与したスラリーと混ざり合う。
【０００４】
古いスラリーは、或る程度化学的に「使用済み」である上に、ウェハ、コンディショナ、及びパッドからの屑をさらに含有し、こうした屑は、ウェハと研磨パッドとの間の隙間に古いスラリーが再び入った場合にウェハ表面に曝されて汚染及び欠陥の増加につながり得る。したがって、研磨パッドから研磨の屑を、ひいては使用済みのスラリーを、発生後直ちに除去すること、及びこれをウェハの下にできる限り再導入しないことが重要である。
【０００５】
最終的に、パッドの回転によってスラリーがウェハの前縁又はウェハ保持リングの前縁と接触し、そこでボウウェーブ（bow wave：先頭波）が形成される。新鮮なスラリーの一部は、この時点でウェハと研磨パッドとの間の１０ミクロン〜２５ミクロンの狭い隙間に移流され、研磨に利用される。隙間は、パッドの表面が粗くウェハの表面が比較的滑らかで、ウェハがパッド表面の最高点のみに接触するため存在する。しかしながら、新鮮なスラリーの大半は、ボウウェーブ中に残り、研磨ヘッド及びパッドの回転が組み合わさることによってパッドの縁に運ばれる。それから、スラリーはパッドの縁を越えて失われる。したがって、実際のスラリー利用率、つまり全塗布スラリーのうち粗いパッド表面とウェハとの間の隙間に入る新しい塗布スラリーの割合は、このような回転ＣＭＰツールでは一般的に極めて低い。スラリー消費及び廃棄物処理がＣＭＰツールの所有及び運転コストの大部分を占めるため、これは深刻な問題である。
【０００６】
ウェハを研磨するときに、当該技術分野の慣行ではＣＭＰ研磨パッドへの脱イオン水の塗布によってウェハごとに研磨パッドから使用済みのスラリーを洗い落とすことになっており、通常はこの水をパッドの中心に加えるため、ウェハからの研磨除去率及び均一性にさらなる影響がある。１つのウェハを取り外してからそれを次のウェハに置き換えるまでの時間が短いため、新しいウェハの研磨の開始時に必然的に大量の水がパッド上に残るのである。
【０００７】
この水は均一に分布せず、その結果、新たに加えたスラリーを不均一に希釈することで、希釈スラリーによる除去率の全体的な低下を引き起こすと共に、パッドの部分ごとにス
ラリー濃度が変わることに起因する除去率の均一性の欠如を引き起こす。この作用は数秒間続くため、ウェハの研磨時間の２５パーセント〜５０パーセント程度に深刻な悪影響を及ぼす可能性があり、これがさらに、プロセス効果及び製品品質の大幅で費用のかかる低下をもたらす可能性がある。
【０００８】
ウェハの下へのスラリーの移流又は進入を促すために、当業者は、ＣＭＰパッドの溝を用いていた。これは、一部のスラリーがパッド−ウェハ界面に達することを確実にするのには有効であったが、使用済みでもないスラリーの大半をパッドから捨て去らせることにもなっていた。スラリーは高価であり、大量のスラリーを供給及び除去する装置、機器、及び手順をＣＭＰプロセスに含まざるを得ず、この供給及び除去が該プロセスを複雑にして煩わしくする。
【０００９】
現在、スラリーの使用量を実質的に減らすか、又はＣＭＰ中にパッドに導入されるスラリーの大半がパッドとウェハとの間に実際に導入されてパッドから捨て去られる前に目的通りに利用されることを確実にするのに利用可能な、効果的方法はなない。さらに、新しい塗布スラリーがウェハとパッドとの間の隙間に入る前に、水、古いスラリー、又は研磨による屑で希釈又は汚染されるのを防止するのに利用可能な、効果的方法はない。また、現在のところ、ウェハからの除去率の変化を最低限に抑えるためにパッドの部分ごとのスラリー濃度を最適化する方法はない。
【００１０】
これまで、これらの問題を解決する方法は、上述のように、ＣＭＰ研磨中にウェハの下にスラリーの一部を導くようにＣＭＰパッドの表面に溝を設けることから成っていた。米国特許第５，２１６，８４３号明細書（Breivogel他、１９９２年９月２４日付で出願、参照により本明細書に援用される）では、「薄膜を研磨する装置」が、「複数個の溝が予め形成された上側表面を有し、これら予め形成された溝によって、パッドと基板との界面での複数個の点接触を形成することによって研磨処理を促進する、テーブルを被覆するパッド」と、「上記基板を研磨中に、複数個のマイクロチャネル溝を上記パッドの上記上側表面中に形成する手段と、を備え、上記マイクロチャネル溝によって、上記基板と上記パッドとの間に上記スラリーを導入することにより上記研磨処理を促進させる」。さらに米国特許第７，１７５，５１０号明細書（Skocypec他、２００５年４月１９日付で出願、参照により本明細書に援用される）には、「研磨パッドが、ウェハと研磨パッドとの間にスラリーを流すと共にウェハから過剰な材料を除去する溝を有することで、ウェハの表面の効率的な研磨を可能にする」、研磨の方法が記載されている。文献Skocypec他ほど最近になっても、パッドとウェハとの間に導入されるスラリーの量を最大にするのに好ましい方法は、研磨パッド表面に溝を設けることであり、当業者による取り組みは、これらの「マイクロチャネル」が適当な方法で確実に再生又は保守されるようにすることに限られていた。
【００１１】
米国特許出願公開第２００７／０２２４９２０号明細書（参照により本明細書に援用される）では、これらの溝が、溝によってウェハの下に導かれるスラリーの量を最適化するのに適したサイズ及び形状にしたパッドの孔によって改善される。しかしながら、これは、ボウウェーブでのスラリーの蓄積により新しいスラリーの無駄が生じるという基本的問題又は一貫した研磨除去率の問題を解決しない。
【００１２】
さらに、Novellus Systems, Inc.は、研磨パッドを通してウェハの直下にスラリーを注入する（米国特許第５，５５４，０６４号明細書、参照により本明細書に援用される）軌道研磨機（米国特許第６，５００，０５５号明細書、参照により本明細書に援用される）を用いて、スラリー利用率の問題に対処している。これは、高いスラリー利用率を保証するが、スラリー分配システムに適応する複雑なプラテン及び特注のパッド、及び注入法を活用するための特殊な研磨ツールを必要とする。同様に、米国特許出願公開第２００７／
０２８１５９２号明細書（参照により本明細書に援用される）では、スラリー及び他のコンディショニング用化学薬品が、多重ステップＣＭＰ処理を促進するためにダイヤモンドコンディショニングディスクの開口を通して導入及び除去されるが、これは、ウェハとＣＭＰパッドとの間に大部分を導くことによってスラリーの利用率を向上することは意図しておらず、また事実上向上しない。
【００１３】
従来技術には、スラリー供給装置を教示している米国特許第５，９６４，４１３号明細書（参照により本明細書に援用される）もある。これは、パッド−ウェハ界面の特定の位置にスラリーを圧送するのではなくパッド上にスラリーをスプレーする装置であり、本発明が求める所望の利益を提供しない。
【００１４】
さらに、米国特許第６，９２９，５３３号明細書（参照により本明細書に援用される）は、ウェハ内ＣＭＰ均一性を高める方法を教示している。該特許は、ウェハトラック全体にスラリーを分配するように複数のノズルを有するスラリー分配バーを用いて、ロータリポリッシャ及びリニアポリッシャの研磨率均一性を高める方法を開示している。スラリー分配バーは、パッドの上方に着座しておりパッドに接触しない。この方法は、本発明と比較した場合、最初に相当量の新しいスラリーをパッドの下に移流するために必須であるウェハ−パッド間の隙間と同じ厚さのスラリー層を作り出すという有益な効果に欠ける。
【００１５】
米国特許第６，２８３，８４０号明細書（参照により本明細書に援用される）は、ケミカルメカニカルポリシング（ＣＭＰ）装置で使用するための洗浄／スラリー散布システムアセンブリを教示している。この装置は、「包囲された区域にスラリーを散布して、この包囲区域内にスラリーの溜め部を形成する流出口を備え、スラリーは、研磨面とリテーナの下面との間を移動することにより、リテーナによって包囲されていない区域に散布される」。しかしながら、スラリーを必要とする特定のランド領域へのスラリーの塗布は教示されておらず、実際には、ウェハと研磨パッドとの間での断面積がランド領域を概して超えるランド領域間の溝を通して、大半のスラリーが失われる。この装置はまた、研磨パッドの中心からの半径に応じた流量の制御について教示も達成もしておらず、新たに塗布されたスラリーから古い使用済みのスラリー、希釈水、又は研磨廃棄物を分離する効果について教示も報告もされていない。
【００１６】
この装置が果たす主要機能は、ポリッシャ上に残留物があると欠陥を引き起こす汚染源となり得るため、スラリー又は洗浄剤からのスプレーがポリッシャに堆積しないようにすることである。これは、該明細書において何度か言及されている。背景部分の最終段落では、スラリー消費量を減らすことに軽く言及しているが、該特許は、装置がこれを達成することも実際にどのように達成するかも教示していない。
【００１７】
米国特許第５，９９７，３９２号明細書は、化学機械研磨のためのスラリー注入技法を教示している。このスラリー塗布法は、圧力下で複数のノズルからパッド上にスラリーをスプレーすることを含むが、該発明は、スラリーの配置及び形態が正確さに欠けることでその効果が大幅に減るという点で、米国特許第６，９２９，５３３号明細書と同じ欠点を有する。
【００１８】
米国特許第４，９１０，１５５号明細書（参照により本明細書に援用される）は、基本的なＣＭＰ処理法を記載しており、研磨パッド及び研磨テーブルの周りの保持壁を利用してパッド上のスラリー溜りを保持する。該特許には、スラリー溜りをパッド−ウェハ間の隙間により効果的に入れるための特定の方法が記載されていない。米国特許第５，４０３，２２８号明細書（参照により本明細書に援用される）は、ＣＭＰ工程において複数の研磨パッドをプラテンに取り付ける技法を開示している。研磨用スラリーの化学的作用に耐性を有する材料のシールが、パッド間の接合部の周辺の周りに配置され、パッドを組み立
てると、ビーズが押し潰され、シールを形成し、上方パッドの周縁が上方に曲がるようにし、かくしてどんぶりのような形状のリザーバを形成することにより、スラリーがパッドの上を流れ去って行く前にパッドの表面にスラリーが滞留する時間を増加させる。
【００１９】
米国特許第３，３４２，６５２号明細書（参照により本明細書に援用される）は、半導体基板を化学的に研磨するプロセスを教示しており、スラリー溶液が流れとして一気にパッドの表面に塗布されて、布と研磨対象のウェハとの間に液体層を形成する。溶液は、分配ボトルから塗布され、エッチング廃棄物を除去するために研磨布の最大限の洗浄を行うようにウェハプレートアセンブリに対して接線方向に塗布される。米国特許第４，５４９，３７４号明細書（参照により本明細書に援用される）は、脱イオン水中のモントモリロナイト粘土を含む、半導体ウェハの研磨用に特別に配合された研磨スラリー」の使用を示している。
【００２０】
米国特許第６，２８４，０９２号明細書（参照により本明細書に援用される）は、ＣＭＰスラリー霧化スラリー分配システムを教示しており、該システムは、「スラリーをパッドに向けて、好ましくはパッド表面に向かう流れ又はより好ましくは滴として分配するように配置される研磨スラリーディスペンサデバイスと、研磨パッド表面又はその付近でスラリーと交差する空気カーテンとを備える。ウェハは、従来技術の研磨装置の研磨率及び研磨均一性を維持しつつも従来の研磨装置よりも少ないスラリーを用いて研磨される。好ましいディスペンサは、それぞれが各自の長手方向軸に沿って複数の離間したスラリー開口及び空気開口を有するスラリー管及び空気管を内部に有する、細長いハウジングであり、管は、研磨パッドの直径の少なくとも１／２にわたって半径方向に配置されることが好ましい。
【００２１】
研磨スラリーは、好ましくは滴の形態でスラリー管からパッドの表面に向けられ、空気管からの空気は、空気カーテンを形成し、この空気カーテンが好ましくはパッド表面又はそのわずかに上方でスラリー滴と交差してスラリーを霧化する」。
【００２２】
このシステムは、スラリーを均一に分配するが、ウェハの前縁におけるスラリー層の厚さが確実に隙間の厚さとなるようには分配しない。
【００２３】
米国特許第６，３９８，６２７号明細書は、複数の調整可能なノズルを有するスラリーディスペンサを教示している。当該技術の教示では、「複数のスラリー分配ノズルが設けられている化学機械研磨装置用のスラリー分配ユニットが開示されている。スラリー分配ユニットは、送り導管、戻り導管、及びスラリー溶液を連続的に流すためにこれらの間に流体連通接続されるＵ字形導管を有するディスペンサ体と、スラリー溶液を分配するために送り導管の流体通路に一体的に接続されてこれと流体連通する複数のノズルとによって構成される。複数のスラリー分配ノズルは、固定開口を有するか、又は各ノズル開口における流量制御弁を利用することによって調整可能な開口を有する」。該特許は、言及した従来技術と同様に、ウェハの前縁におけるスラリー層の厚さがウェハ−パッド間の隙間と同じであることを確実にする特徴を有しない。
【００２４】
米国特許第６，４２９，１３１号明細書（参照により本明細書に援用される）は、ＣＭＰ研磨率（cur rate）均一性に関し、スラリー分布の制御を改善することによって達成される改善されたＣＭＰ均一性を教示している。改善されたスラリー分布は、例えば、複数の分配点からスラリーを分配するスラリーディスペンサの使用によって達成される。スラリーを再分配するためにスラリーディスペンサとウェハとの間に絞りバーを設けることでも、スラリー分布が改善される。この発明は、パッド全体にスラリーを均一に分配することができるが、隙間の厚さと同じ厚さの均一なスラリー層を提供しない。
【００２５】
最後に、米国特許出願第１２／２６２，５７９号明細書（参照により本明細書に援用される）に記載されているのは、ウェハと研磨パッドとの間にスラリーを注入する方法及び装置であって、該装置は、固体三日月形インジェクタを備え、該インジェクタは、０インチ〜１インチの隙間を開けて研磨ヘッドの前縁のサイズ及び形状に合わせた凹状の後縁を有し、軽荷重下でパッドに載り、底面がパッドに面し、ＣＭＰスラリー又はその成分が、インジェクタの上部にある１つ又は複数の開口を通して導入されてインジェクタの長さに延びるチャネル又はリザーバを通って底部まで進み、インジェクタの底面の複数の開口から出て薄膜状に広がり、スラリーの全部又は大半がウェハと研磨パッドとの間に導入されるのに十分なほど少ない量でウェハの前縁に沿って研磨パッドの表面とウェハとの境目に導入される。これは、使用済みのスラリー、余分な希釈水、又は研磨屑によって比較的汚染されていないスラリーをウェハとパッドとの間の隙間に導入するという課題を解決する。
【００２６】
溝及びマイクロチャネルの形成及び保守は、ＣＭＰ研磨の作業に必須であるが、パッドとウェハとの間にスラリーを導入して、パッド上に導入されるスラリーの大半又は相当な部分を実際にパッドとウェハとの間に導入するようにする効率的な手段を提供するものには依然としてなってない。さらに、パッド上にスラリーを均一に広げるために非常に多くの方法が考案されているが、パッド−ウェハ間の隙間に滑らかに入るのに適した厚さのスラリー層を作製する方法はこれまで教示されていない。スラリーの大半は、ウェハの前縁においてスラリーの波に蓄積し続け、その大部分が前縁に沿って外方に移動してパッドの縁から落とされて無駄になる。さらに、ウェハの下にあって汚染されている使用済みのスラリーが、パッドの回転に伴って戻ってボウウェーブで新しいスラリーと混ざり合うことで、実際のＣＭＰで用いられるスラリーの品質を著しく低下させて廃棄物を著しく増加させる。最後に、従来技術のこれらの方法のいずれも、材料除去及びウェハ間に加えられる残留スラリー洗浄水の均一性に対する悪影響を減らすことがなかった。さらに、ウェハとパッドとの間の隙間にスラリーを注入する、或る装置及び方法は発明されているが、開示されているような上記方法は、ウェハとパッドとの間の隙間へのスラリーの均一な分配を効果的に確保するものではない。これは、ウェハの研磨の不均一性につながる。
＜発明の概要＞
【００２７】
本発明は、半導体ウェハの化学機械研磨でウェハと研磨パッドとの間にスラリーを注入する方法であって、固体三日月形インジェクタを備える米国特許出願第１２／２６２，５７９号明細書に記載の装置を用い、上記インジェクタは、０インチ〜１インチの隙間を開けて研磨ヘッドの前縁のサイズ及び形状に合わせた凹状の後縁を有し、底面がパッドに面し、軽荷重下でパッドに載り、ＣＭＰスラリー又はその成分が、インジェクタの上部にある１つ又は複数の開口を通して導入されてインジェクタの長さに延びるチャネル又はリザーバを通って底部まで進み、インジェクタの底面の複数の開口から出て薄膜状に広がり、スラリーの全部又は大半がウェハと研磨パッドとの間に導入されるのに十分なほど少ない量でウェハの前縁に沿って研磨パッドの表面とウェハとの境目に導入され、スラリーをインジェクタに導入するための複数の開口を利用して、該開口にさまざまな濃度のスラリー又は希釈剤の流量を制御するデバイスを装着し、パッドのランド領域で新しいスラリーの均一な分布を得てさらにウェハ全体でより均一な除去率を得るように研磨中又は研磨後にこれらのデバイスの調整を行う、方法である。
【００２８】
本発明は、より詳細には、半導体ウェハの化学機械研磨でウェハとパッドとの間にスラリーを注入する方法であって、スラリーをインジェクタに導入するための複数の開口を利用して、該開口にさまざまな濃度のスラリー又は希釈剤若しくは他の流体の流量を制御する手段を装着し、パッドのランド領域で新しいスラリーの均一な分布を得てさらにウェハ全体でより均一な除去率を得るように研磨中又は研磨後にこれらのデバイスの調整を行い、このような導入の方法を、流量を制御するデバイスを調整する手段とフィードバックル
ープでさらに組み合わせることで、スラリーリザーバの異なる部分内のスラリーの濃度を調整してパッド上のスラリー分布を改善できるようにする、方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】インジェクタの上面図である。
【図２】パッドの上のインジェクタの側断面図である。
【図３】フィードバックシステムのチャートである。
【図４】スラリー流９０ｍｌ／分及び無水で実行したベースラインのディスクにおける除去率のグラフである。
【図５】スラリー流９０ｍｌ／分及び水流３０ｃｃ／分でニードル弁３を開放した場合の除去率のグラフである。
【図６】スラリー流９０ｍｌ／分及び水流５０ｃｃ／分でニードル弁３、４、及び５を開放した場合の除去率のグラフである。＜発明の詳細な説明＞
【００３０】
本発明の発明者は、ＣＭＰプロセスでスラリーをより効率的に利用することを目指すと共に、より多くの新しいスラリーがウェハの下で移流してそのスラリーの分布が均一になることを確実にすることでウェハ表面の研磨の均一性を改善する、パッドとウェハとの間にスラリーを導入するより効率的な方法を目指す。より詳細には、本発明の発明者は、均一な分布のスラリーがパッド上に注入され得るように米国特許出願第１２／２６２，５７９号明細書に記載のインジェクタの上部にある複数の開口を通るスラリー及び希釈剤の流量を調整する方法、さらにより詳細には、スラリー及び／又は研磨の分布が均一であるか否かを判定して均一でない場合には迅速且つ効率的にそれらを調整するようにインジェクタを測定するセンサ・フィードバックシステムを考案した。
【００３１】
この装置は、より詳細には、固体三日月形インジェクタであって、最大１インチの隙間を開けて設置されたウェハ又は研磨ヘッドの前縁のサイズ及び形状に一致する凹状の後縁を有し、軽荷重下で研磨パッドに載り、本質的に平坦で上記研磨パッドの表面と平行にこれと接触する底面が研磨パッドに面し、ＣＭＰスラリー又はその成分が、一端を通常のスラリー供給システムであり得るスラリー又はスラリー成分源に取り付けられ他端をインジェクタの上部にある入口に取り付けられた複数の管を通して導入されて、固体三日月形インジェクタの長さに延びる内部分配チャネル又はリザーバを通って、固体三日月形インジェクタの底面を通ってウェハと接する研磨パッドの部分にわたって進み、固体三日月形インジェクタの底面の複数の開口から出て研磨パッドの表面にわたって薄膜状に広がり、スラリーの全部又は大半がウェハと研磨パッドとの間に導入されることを確実にするのに十分なほど少ない量でウェハの前縁に沿って研磨パッドの表面とウェハとの境目に導入され、三日月形インジェクタの上部の複数の管には、チャンバへのスラリー又は希釈剤若しくは他の流体の流量を制御するデバイス、特に弁、より詳細には調整可能なニードル弁が取着される、固体三日月形インジェクタと、センサシステム、特にインジェクタの後縁とウェハの前縁との間のパッドの表面上のスラリー濃度を観察するシステムとを備える。
【００３２】
本発明の方法は、当該技術分野の現状に応じて、特に、現在利用可能なＣＭＰツール用のＣＭＰスラリー供給システムによって十分に解決されていない当該技術分野の問題及びニーズに応じて開発された。したがって、従来技術の欠点を改善するＣＭＰスラリー注入法を提供することが、本発明の全体的な目的である。
【００３３】
本方法の目的は、研磨パッドとウェハとの間の空間にスラリーをより効率的に注入できるようにすること、及びその注入が最適ではない場合にはそれを調整して、スラリー使用量が最適化され得ると同時に除去率の均一性が改善されるように最適な状態を得ることである。
【００３４】
ＣＭＰスラリーは、銅又はタングステン若しくは他の材料でめっきされたシリコンウェハ又はシリコン化合物ウェハのような半導体ウェハに関してウェハの金属表面を磨滅させて平坦化した後で、半導体表面自体を平坦化することをより行いやすくするように、新鮮な（予め希釈した）スラリーであるべきである。原理上、古いスラリー又は水を新しいスラリーと大量に無制御で混合させ、この混合物の多くがウェハの下で用いられることすらなく研磨パッドから廃棄されると、相当量のスラリーが無駄になり、最終的にウェハの下に辿り着くスラリーが完全に有効とならない。さらに、スラリーの希釈が制御されないことは、研磨率の不均一性につながる。しかしながら、インジェクタにおいてスラリーの希釈を具体的に制御すれば、均一なスラリー流を得ることができるため、ウェハの前縁の各部分の下に入るスラリーの量を同じにすることができるか又は研磨プロセスのニーズに合うように他の方法で調整することができる。
【００３５】
ＣＭＰパッドの製造業者及び使用者は、スラリー廃棄物を最小にし、スラリー注入効率及びスラリーの塗布量（quality）の一貫性を最大にして、ウェハの最も費用効果的且つ高品質の研磨を得ることを必要とする。さらに、製造業者は、ウェハにおける除去率の均一性をできる限り良好にする必要がある。
【００３６】
ＣＭＰでのウェハの種々の区域における表面除去率（surface rate removal）の不均一性の問題は、スラリーの均一な流量又は分布の問題のように当該技術分野で長く知られている。
【００３７】
本発明は、研磨パッド表面上に新たに加えたスラリーからの使用済みのスラリー及び残留水の物理的分離を維持することによって、従来技術の問題を克服するが、これは、新しいスラリーのできる限り多くが、ウェハの前縁の前方でボウウェーブに入って大半ではないにしろ多くが用いられることすらなく求心力によって研磨パッドの縁から剥がれ落ちることにならずに、ウェハと研磨パッドとの間の隙間に入ることを確実にすることによって、また、スラリーがウェハの前縁に沿って、ウェハ表面の均一な研磨をもたらす量及び場所でウェハに送られることに加えて、スラリーをインジェクタに導入するための複数の開口を利用して、該開口にさまざまな濃度のスラリー又は希釈剤若しくは他の流体の流量を制御する手段を装着し、研磨パッドのランド領域で新しいスラリーの均一な分布を得てさらにウェハ全体でより均一な除去率を得るように研磨中又は研磨後にこれらのデバイスの調整を行うことを確実にすることによって、達成される。
【００３８】
本発明のスラリーインジェクタの使用を通して、スラリーの適切な配分及び除去率の均一性の向上と共に、一貫した効果的な少ない使用量を容易に達成することができ、研磨ウェハ品質の改善が得られる。
【００３９】
下記の本発明における各部分の寸法はすべて、直径約２０インチ〜３０インチのパッドサイズ及び直径８インチ〜１２インチのウェハサイズに基づくものであり、用いられる研磨パッド及びウェハのサイズの変化に比例して必要に応じて変更され得る。本明細書に示す具体的な寸法は、限定的なものではなく、例として本発明の効果的な実施形態を示すためのものである。
【００４０】
本発明は、従来技術のＣＭＰ研磨法に特有のスラリーの無駄を大幅に削減する一方で、より純粋な未使用のスラリー原液の使用を、ウェハ研磨均一性を最適にもたらすように調整され得る量で研磨パッド表面において常に可能にし、さらにＣＭＰ研磨機器のオペレータによるウェハと研磨パッドとの間へのスラリーの導入のかなりの制御を可能にする、研磨パッドとウェハとの間にスラリーを効率的に導入する方法を含む。
【００４１】
より詳細には、本発明は、半導体ウェハの化学機械研磨でウェハと研磨パッドとの間にスラリーを注入する方法であって、固体三日月形インジェクタ１０を備える米国特許出願第１２／２６２，５７９号明細書の装置を用い、インジェクタ１０は、０インチ〜１インチの隙間４２を開けてウェハ２８の前縁１４のサイズ及び形状に一致する凹状の後縁１２を有し、軽荷重下で研磨パッド２６に載り、底面１６が本質的に平坦で研磨パッド２６の表面３６と平行であり、ＣＭＰスラリー又はその成分が、流量制御デバイス１９及びさらに固体三日月形インジェクタ１０の上部７６にある入口２０に取り付けられている複数の管１８又は他の適当な送出手段を通して導入されて固体三日月形インジェクタ１０の長さに延びるチャネル又はリザーバ２２を通って該チャネル又はリザーバ２２の底部まで流れ、固体三日月形インジェクタ１０の底面１６の複数の開口２４から出て上記固体三日月形インジェクタ１０の上記底面１６と研磨パッド２６との間に押し挟まれ、薄膜状に広がり、スラリーの全部又は大半がウェハ２８と研磨パッド２６との間に導入されるのに十分なほど少ない量且つ薄い膜で、ウェハ２８の前縁１４に沿って研磨パッド２６の表面３６とウェハ２８との境目に、好ましくはパッドの溝３２間の「ランド」３０領域に導入され、それにより、使用済みのスラリーが固体三日月形インジェクタ１０の前縁３４における第２のボウウェーブ４６中で、新しく注入されたスラリーから濃度によってより効果的に分離される、方法を含む。
【００４２】
スラリー又は流体用の複数の入口２０を用いる場合、これらは、すべてが同じサイズであってもよく、又はサイズ、容量、又は構成が異なっていてもよい。本発明の一実施形態では、主スラリー入口及び複数の他の入口が用いられる。主スラリー入口以外の入口は、それぞれがスラリーを送ってもよく、又は任意の組み合わせ又は構成で水又は他の希釈剤若しくは流体を送ってもよい。本発明の一実施形態では、１つ又は複数の主スラリー入口がインジェクタにスラリーを導入し、残りの入口がインジェクタに水又は他の希釈剤若しくは流体を導入する。この実施形態では、上記他の入口による希釈スラリー又は水の導入が好ましく、水の導入がより好ましい。このような付加的な入口の数は特に限定されず、インジェクタにチャネルが設けられる場合、付加的な入口２０がスラリー、希釈スラリー、水、又は他の希釈剤を上記チャネルに直接導入することを可能にしてもよく、又はこのような入口の一部又は全部がスラリーインジェクタ１０の前縁又は後縁の方向にチャネルを迂回して、スラリー、希釈スラリー、水、又は他の希釈剤を研磨パッド表面に直接導入することを可能にしてもよい。インジェクタには、第２の平行分配チャネルを設けることもできるが、これは、さらなる複雑性を招いて研磨パッドへのスラリーの塗布の調整をより困難にし、場合によっては水等の特に低粘度の希釈剤の局所的塗布の制御を低下させるであろう。本発明の異なる実施形態では、入口の全部がチャネルに直接入ってもよく、入口の全部がインジェクタの底面を通して研磨パッドの表面に流体を直接供給してもよく、又は入口の任意の組み合わせを用いてもよい。チャネルを用いる場合、スラリー原液の少なくとも一部の導入が好ましく、チャネルへのスラリー原液の全部の導入がより好ましい。この場合、希釈剤の一部又は全部が、入口からインジェクタの底面を通して研磨パッド表面に直接導入され得る。第１の又は主スラリー原液入口に加えたこのような入口の数は特に限定されず、１個〜２０個の入口が好ましく、３個〜１０個がより好ましく、５個〜８個が最も好ましい。入口２０のいずれか又は全部に、流量制御デバイス１９が装着され得る。このような入口を作る手段は、特に限定されず、任意の適当な手段を用いることができる。しかしながら、インジェクタに穿孔することによって入口２０を作製することが好ましい。管１８及び流量制御デバイス１９は、任意の適当な手段によって入口に取り付けることができ、接着剤、又は必要に応じて返し又はボルト締めの使用が好ましい。流量制御デバイスがスラリー、希釈スラリー、水、又は他の希釈剤を研磨パッドの表面に直接導入する場合、上記流量制御デバイスは、インジェクタから突出して研磨パッドに接触してはならず、それ自体がスラリー分配を物理的に妨害してもならない。
【００４３】
流量制御デバイス１９は、電力及び信号中継ケーブル（図示せず）に取り付けることが
でき、ケーブルはさらにデータ処理センター（図示せず）につながる。流量制御デバイスの全部が各自で同じ流量を維持するように設定され得る可能性があるが、入口２０間で流量が個別に変わり得ることも本発明では意図される。本発明の重要且つ不可欠な要素は、研磨パッド上のスラリーの最適な分布を得るように流量制御デバイス１９を用いて入口２０において流量を調整して、廃棄物を最小化すると同時に除去率を最適化することである。この調整は、研磨実行後から次の研磨までの間にニードル弁を調整することによって行われてもよく、又は実行中に行われてもよい。調整は、残りの流量制御弁１９を閉鎖したまま、流量制御デバイス１９の１つを完全に又は部分的に開放しておくことによって、又は流量制御デバイス１９の２つ以上を完全に又は部分的に開放しておくことによって行われ得る。調整には、流量制御デバイス１９の１つ、複数、又は全部を部分的に開放することが必要となり得るが、それらはすべてが同じ量だけ開放され得るか又は部分的に開放され得る。調整により、流量制御デバイス１９のいずれか又は全部を閉鎖するか又は部分的若しくは完全に開放するか、そして部分的に開放する場合はどの程度開放するかを変えることができる。調整は、実行の合間又は実行中に行うことができ、実行中の場合、設定制限時間内に又は連続的に行うことができる。
【００４４】
さらに、センサ又はセンサアレイ（図示せず）を隙間の上方に吊下して、電力及び信号中継ケーブルを付属させてもよく、ケーブルはさらにデータ処理センター（図示せず）につながる。スラリー、水、及び他の希釈剤若しくは流体は、無制限に任意の順序又は構成でスラリー入口２０又は流量制御デバイス１９のいずれかを通して導入することができ、導入される流体の組成は、一定であっても経時的に変わってもよい。
【００４５】
研磨ツールとして、任意の適当な回転研磨ツールを用いることができる。特に、既存の回転研磨ツールに本発明の装置を後付けしてもよい。ＣＭＰで用いるのに適した任意の研磨パッド２６を用いることができる。さらに、ＣＭＰで用いるのに適した任意のダイヤモンドコンディショナディスク（図示せず）を用いることができる。
【００４６】
スラリーとして、任意の適用可能なＣＭＰスラリーを用いることができ、例えばシリカ系又はアルミナ系のスラリーの一方又は両方を用いることができる。
【００４７】
固体三日月形インジェクタ１０は、入口２０、三日月後縁１２及び三日月前縁３４、開口２４、該当する場合はチャネル及びリザーバ２２を含むように任意の適当な手段によって、又は接合される部品として又は層によって、造形された固体ブロックとして、ＣＭＰプロセスに適した金属、プラスチック、セラミック又はガラス等の任意の硬質材料から構成され得る。内部チャネル又はリザーバ２２と、三日月前縁３４及び三日月後縁１２とを組み込むのに適切な形状に切断されたポリカーボネートシーティングの層５６による構成が好ましい。これは、ポリカーボネートシートが費用効果的且つ軽量であり耐久性があること、及び内部チャネル又はリザーバ２２を用いる場合にポリカーボネートの透明性によりオペレータがその中のスラリーの状態を見ることができることの両方を理由とする。層５６を用いる場合、接着剤及びボルト４０を含むがこれに限定されない任意の適当な方法を用いて層５６をまとめることができるが、ボルト４０が好ましい。
【００４８】
固体三日月形インジェクタ１０の凹状の後縁１２は、ウェハ２８の前縁１４のサイズ及び形状に合わせられる。固体三日月形インジェクタ１０の後縁１２は、ウェハ２８の前縁１４に形状及び寸法を一致させてもよく、又は機械的干渉を回避するように湾曲に変化をつけてもよい。特に隙間４２が狭い場合、一致する縁が好ましい。三日月形インジェクタ１０の長さ（ホーン４４の先端間の差）は、ウェハ２８の前縁１４を実質的に覆うのに十分であるか、又は研磨対象のウェハ２８の直径に応じて４インチ〜１８インチとするべきである。任意の造形手段を用いることができるが、ポリカーボネートシートを用いる場合、切断によって造形が行われることが好ましい。
【００４９】
ウェハ２８と固体三日月形インジェクタ１０の後縁１２との間の最も広い地点での距離は、最大１インチとすべきである。固体三日月形インジェクタ１０の前縁３４は、三日月形又は矩形の形状であってもよく、又はＣＭＰプロセスへの干渉が最小であると同時にスラリーチャネル又はリザーバ２２を用いる場合にその十分な容量を可能にし、且つ使用済みのスラリーが新しい未使用のスラリーと混ざり合う前にこれを研磨パッド２６から除去するのに適した第２のボウウェーブ４６を生み出す、任意の他の適当な形状であってもよい。
【００５０】
研磨パッド２６に載る固体三日月形インジェクタ１０の荷重は、１ｌｂ〜１０ｌｂ以上であり、一般的には、固体三日月形インジェクタ１０の底面１６と研磨パッド２６との間の平均隙間４２がウェハ２８とパッド２６との間の平均隙間４２と数倍程度以内で（within a small multiple）同等であるように十分な圧力を加えるのに十分である。後者は、１０ミクロン〜２５ミクロンとなる場合が多いが、それよりも大きいか又は小さい隙間も可能である。
【００５１】
研磨パッド２６に面する固体三日月形インジェクタ１０の底面１６は、平坦且つ滑らかであるが、必要に応じて表面加工されてもよく、溝付きであってもよく、又は造形されてもよい。底面１６は、研磨パッド２６の表面３６と本質的に平行であるが、必要な場合はピッチ又はバンクの変化をつけることもできる。隙間は、固体三日月形インジェクタ１０の底面１６の平坦化によって調整することができる。ＣＭＰスラリー又はその成分は、固体三日月形インジェクタ１０の上部７６にある１つ又は複数の開口２０を通して固体三日月形インジェクタ１０に導入される。底面１６にある開口２４の数及びサイズは限定されないが、０．０１インチ〜０．１２５インチの直径が好ましく、４０個〜１６０個の開口２４が好ましい。上記開口２４の位置及び数が、研磨パッド２６の「ランド」３０領域に対応することが好ましく、各「ランド」３０領域の上に１つの開口２４が配置されることがより好ましい。開口２４の線状配置は限定されないが、開口２４が直線又は曲線に沿って配置されることが好ましい。開口２４は、それらを研磨パッド２６のランド３０の真上にするのに適した場所及び互いからの分離距離で配置すべきである。
【００５２】
スラリー、水、及び他の希釈剤又は流体を固体三日月形インジェクタ１０に導入する手段は、特に限定されないが、ＣＭＰツールのスラリー又は水若しくは他の希釈剤供給システムに接続される管１８が好ましい。１つ又は複数の管１８は、任意の適当な手段によって固体三日月形インジェクタ１０に取り付けることができるが、クイックコネクトカップリング（quick connect coupling：急速連結継手）５４が好ましい。固体三日月形インジェクタ１０の上部にある主スラリー入口開口２０の位置決めには、任意の位置決め又はパターンを用いることができるが、ウェハ２８の下での研磨パッド２６上の一点の通過時間が最長になる半径と一致する位置が好ましい。本発明の流量制御デバイス１９は、特に限定されない。ポンプ及び弁を含む、管内のスラリーの流量を制御するのに適した任意のデバイスが用いられ得る。管１８の一部又は全部に対してニードル弁を用いることが好ましい。ニードル弁の位置は限定されず、管１８のどこにあってもよいが、ニードル弁１９の端を管１８とスラリー入口２０の内側との間に取着することが好ましい。ニードル弁又は他の流量制御手段の位置は、チャネル内に向けられてもよく、又は本明細書に記載のように直接インジェクタを通して研磨パッドへ通じてもよい。インジェクタに沿った流量制御手段又はニードル弁の分配は、特に限定されないが、本明細書で述べたように等間隔であっても任意のパターンで分配されてもよく、等間隔の分配が好ましい。ニードル弁は、任意の妥当な手段によって制御することができ、オペレータが手動で又は機械的に制御してもよく、又は機械的にロボット又はコンピュータ制御されてもよい。
【００５３】
チャネル又はリザーバ２２のサイズ、及びチャネル又はリザーバ２２の狭さは、１つ又
は複数の入口２０の位置決め時に考慮すべきである。
【００５４】
固体三日月形インジェクタ１０は、任意の適当な手段によって作製され得るが、固体三日月形インジェクタ１０を造形又は切断した硬質材料の３つの層５６、好ましくは任意の適当な手段によって接合した３枚のポリカーボネートシートから構成する方法が好ましい。層５６は、同じ厚さでも異なる厚さでもよく、固体三日月形インジェクタ１０をＣＭＰ研磨の厳しさに耐えられないほど脆弱にするほど薄くもなく、扱い難く適用不可能にするほど厚くもない任意の厚さを用いることができ、各層５６で０．１７インチの均一な層５６の厚さが好ましい。
【００５５】
上記層５６を用いる場合、これらは均一な厚さであってもよく、又はこれらに、チャネル又はリザーバ２２を用いる場合は特に中間層に傾斜をつけて、望ましい場合にさまざまな厚さのチャネル又はリザーバ２２を作るようにしてもよい。均一な厚さの層５６が好ましい。スラリーをインジェクタの底面に導入するためのライン又はチャネル２２は、インジェクタを通る直接チャネルであってもよく、分岐させてもよく、又は、特に、３層の場合に中間層のより広範囲に及ぶ部分を除去することによって作られるチャネル又はリザーバ２２を備えていてもよい。このようなチャネル又はリザーバ２２を利用する場合、チャネル又はリザーバ２２の形状は、固体三日月形インジェクタ１０と同じ基本形状であってもよく、又は楕円形、卵形、又は単純なチャネル若しくは任意の他の適当な均一形状であってもよい。チャネル又はリザーバ２２は、スラリーの導入時に空気を除去するために両端にブリード弁を有するべきである。
【００５６】
好ましくは固体三日月形インジェクタ１０への進入点の前でスラリー流を監視するために、流量計又は他の適当なセンサが加えられ得る。
【００５７】
チャネル又はリザーバ２２を用いる場合、インジェクタの中央にセンタリングした本質的に楕円形のリザーバ、又は横方向境界が固体三日月形インジェクタの外側境界１４、３４から固定距離にあるチャネル又はリザーバ２２が好ましい。
【００５８】
チャネル又はリザーバ２２の上面６０及び底面６２は、平行且つ平坦であってもよく、互いに対してわずかに平面角を成していてもよく、又はわずかに丸みを帯びていてもよい。チャネル又はリザーバ２２の上面６０及び底面６２が平行で滑らかな平面状であることが好ましい。
【００５９】
固体三日月形インジェクタ１０の底面１６にあって固体三日月形インジェクタ１０からスラリーを出す開口２４は、任意の形状及びサイズであり得るが、丸形又は楕円形が好ましく、丸形がより好ましい。出口開口２４の直径は、任意の直径であり得るが、固体三日月形インジェクタ１０に合計６８個の開口２４がある場合、約０．０６２５インチの直径が好ましい。開口２４は、底面１６に対して垂直又は斜めにされ得る。開口２４は、任意の適当な手段によって作製することができるが、穿孔が好ましい。任意の位置決め及びパターンを用いることができるが、ランド３０領域の半径に対応して固体三日月形インジェクタ１０の後縁１２の湾曲に従い、その約１／４インチ前方にある、開口２４の曲線状の間隔が好ましい。
【００６０】
固体三日月形インジェクタ１０を通るスラリーの流量は、研磨パッド２６の中心からの１つ又は複数の入口２０の半径方向距離に関する該１つ又は複数の入口２０の場所に影響される。その結果、上記１つ又は複数の入口２０の場所、並びに出口２４のサイズ、形状、入射角、及び密度パターンが、流れ状態を最適化するように調整され得る。スラリーは、重力流又は圧送によって、固体三日月形インジェクタ１０のチャネル又はリザーバ２２に導入され得る。スラリーが圧送によって導入される場合、流量は限定されないが、６８
個の開口２４で約５０ｍｌ／分以上、又は開口２４ごとに約０．７３ｍｌ／分以上の流量が好ましい。
【００６１】
研磨パッド２６上の固体三日月形インジェクタ１０の位置は、任意の適当なデバイスを用いて維持することができるが、固体三日月形インジェクタ１０が取り付けられるロッド６６を有するビーム６４が好ましい。ビーム６４又はロッド６６は、ＣＭＰプロセスの厳しさに耐えるのに十分な強度とすべきであり、直径又は厚さを０．２５インチ〜０．７５インチとすべきである。その構成材料としてステンレス鋼が好ましい。固体三日月形インジェクタ１０は、洗浄できるか又は摩耗時に交換できるようにロッド６６から取り外し可能とすべきである。これにより、異なる研磨パッド２６の溝の幾何学的形状に対応する異なる孔パターンを有する固体三日月形インジェクタ１０の交換も可能になる。
【００６２】
固体三日月形インジェクタ１０とロッド６６又は本発明の他の支持手段との間の接点は、固体三日月形インジェクタ１０のピッチ又はバンクが調整され得るか又はわずかに移動し得るようにジンバル６８で支持されている。ロッド６６の上端は、止めねじ７４等の任意の適当な手段によってＣＭＰツールの支持機構に固定され得る。ばね７０及びカラー７２の組み合わせを用いて、ロッド６６用の止めねじ７４を締める前に固定した荷重をかけてもよく、又は止めねじ７４を締める前に荷重をかけるように、固体三日月形インジェクタ１０の上部７６に死重を配置してもよい。カラー７２は、別個の止めねじ７３を用いてロッド６６に固定される。作業中に荷重を求めるために、適当な荷重センサが取り付けられ得る。
【００６３】
スラリー、又は場合によっては水、又は他の希釈剤若しくは流体を固体三日月形インジェクタ１０に圧送する場合、任意の適当な流量を用いることができ、例えば、スラリー又は水、又は他の希釈剤若しくは流体が、３０ｃｃ〜３００ｃｃ／分の流量で圧送され得る。
【００６４】
固体三日月形インジェクタ１０とロッド６６との間の取り付け点にあるジンバル６８デバイスは、ロッド６６の軸周りの回転を許さずにピッチ角及びバンク角の調整を可能する任意の適当なジンバル６８デバイスであり得る。これは、固定調整式であってもよく、又は固体三日月形インジェクタ１０を研磨パッド２６の表面３６に対して平らに載るように自然に調整できるようにしてもよい。このジンバル６８の特徴は、オペレータが非常に薄いスラリー膜を張ることを可能にし、その際に、研磨パッド２６又はその上方に載っているときの固体三日月形インジェクタ１０の底面１６の平坦な向きを損ねることなく、固体三日月形インジェクタ１０の前縁におけるボウウェーブ４６で使用済みスラリーを効果的に隔離することも可能にする。
【００６５】
本発明で用いられるセンサ又はセンサアレイは、研磨中にリアルタイムで各ランド３０上のスラリーの量を正確に観察及び報告することができる任意のセンサ又はセンサアレイであり得る。新しいほど低いスラリーの温度を観察する赤外線センサが好ましい。
【００６６】
本発明の方法は、スラリー消費量を最適化して除去率の均一性を最大化するように、管１８における流量制御デバイス１９を調整してパッド２６の前縁の前でパッドのランド３０上のスラリーの濃度を最適化又は他の形で操作することができる、任意の方法であり得る。スラリー出力の最適化及び除去率の均一性の最大化を求める手段は、特に限定されないが、目視検査及びセンサ検査を用いることができ、スラリー観察にはセンサ検査が好ましく、除去率の測定には反射率計の使用が好ましい。流量制御デバイスの調整の程度の判定は、オペレータが行ってもよく、又はソフトウェアルーチンによって自動化されてもよい。ソフトウェアルーチンが好ましい。実際の調整は特に限定されず、自動であっても手動であってもよく、自動が好ましい。
【００６７】
研磨が始まってスラリー注入を開始するとき、流量制御デバイス１９の初期設定は、管１８を通る等しい流量の希釈剤、又は経験若しくは計算に基づく他の何らかのバランスに基づき得る。流量制御デバイス１９の調整は、順次又は同時若しくはそれらの何らかの組み合わせとすることができ（例えば、選択された流量制御デバイスの群が同時に調整される）、連続的に、間隔をおいて、又は実行完了後から次の実行までの間に行うことができる。データ処理ユニットに調整及び応答を記録することによって、特定のウェハ、スラリー、及び条件に関するデータの本体が蓄積され得る。
【００６８】
本発明の希釈剤の正確な組成は限定されないが、水又は他の何らかの水溶液で希釈されたスラリー、又は単に水若しくは他の何らかの適当な液体だけを用いることができる。複数のスラリー入口２０又は付加的な流量制御デバイス１９を有するスラリー入口２０を用いる場合、ＣＭＰで通常用いられるのと同じ濃度の同じスラリーが、複数のスラリー入口２０又は流量制御デバイス１９を通して塗布され得ることが分かるはずである。このような複数の入口２０及び流量制御デバイス１９の使用には２つ以上の効果がある。スラリーの粘度又は化学的組成若しくは活性を変える可能性がある希釈剤の使用を可能にすることに加えて、複数の入口２０及び流量制御デバイス１９は、これらがなければ主スラリー入口から遠いインジェクタの部分へのスラリーの注入を可能にする役割も果たし、これは、希釈剤が用いられなかった場合でもインジェクタの種々の部分を通るスラリー流に大きな影響を及ぼすことができ、スラリーの濃度、したがって粘度がインジェクタチャネル全体で同じになる。代替形態では、これらの付加的な入口がインジェクタの本体を貫通して配置される場合、チャネル自体の中のスラリーの動き又は濃度はそれ以上影響を受けないが、パッドの表面上のスラリーの濃度が変えられて、さらにパッド上のスラリーの活性を選択的に変えると共に除去率の変化を引き起こす。この場合、インジェクタチャネルの種々の部分を通過するスラリーの量は影響を受けないが、送出後のスラリーの濃度は影響を受ける。重要なのは、パッド上のスラリー濃度を制御することにより除去率を制御することが可能なことである。この実施形態に関して望ましいのは、パッドの特定の領域に接触する水、希釈スラリー、又は他の希釈剤の量をより精密に制御できることで、状況によっては除去率をより具体的に調整できることである。
＜実施例＞
【００６９】
本発明の実施を、以下の実施例を参照して限定のないように行う。
【００７０】
以下の実施例では、Rohm and HaasのＩＣ−１０−Ａ２  ＣＭＰパッドをAraca IncorporatedのＡＰＤ−５００  ２００ｍｍＣＭＰ研磨ツールに取り付け、三菱マテリアル株式会社のＴＲＤコンディショニングディスクも同じく取り付けた。約長さ６．５インチで直径０．３１２５インチのステンレス鋼シャフトを、ＣＭＰツールの支持機構に締結した調整可能なビームの孔に差し込んだ。ロッドに沿ってカラーと支持機構との間にばねを配置して圧縮し、カラーを止めねじでロッドに取り付けた。これには、インジェクタを介してばねからの力をパッドの表面に伝達する効果がある。続いて、調整可能なビームにおけるロッド用の別個の止めねじを用いて、ロッドを支持機構に取り付けて荷重を固定し、ロッドがその軸周りで回転するのを防止した。
【００７１】
インジェクタは、ホーン間が約１０インチで後縁半径が直径１１．１２５インチ且つ幅１インチの研磨ヘッドに対応する３つの同一の三日月形（図１）を作るように、帯鋸を用いて合わせて切断した透明ポリカーボネート（GE PlasticsのＸＬ１０、０．１７インチ厚）の３枚のシートで製造した。形材の凸状（前）縁に近い側に約２インチの間隔で、真中の２個は約４インチ離して、４個のボルト孔を開け、これらのシートの１つ（下）に、圧入ねじ付きアルミニウムナットを受け入れるための直径３／８インチの孔を約０．１インチの深さに凹設した。それ以外の２枚のシート（上及び中間）を貫通して最下シートの
途中まで、ジンバル機構を受け入れるための直径１／２インチの孔を開けた。中間シートには、その凹状後縁の約１／４インチ前方に等距離で、シートの全長にわたってホーンの１／４インチ手前まで長い分配チャネルを切削した。チャネルは、幅１／８インチとした。
【００７２】
研磨パッドを用いて構成した別個のテンプレートを用いて、チャネルの進路に沿って下シートにパッドのランド領域と一致するのに必要な可変間隔で６８個の孔を開けた（直径１／１６インチ）。孔は、シートの表面に対して垂直にした。最後に、直径３／８インチの入口孔を上シートに開け、アルミニウム入口管、４インチの管材片、及びポリッシャと共に用いる管材への取り付けに適したクイックコネクタを嵌めた。直径０．０８９インチの孔をさらに７個、チャネルの前縁よりもスラリーインジェクタの前縁に約１／８インチ近い位置でインジェクタを貫通して等間隔で開けることにより、内部チャネルへのスラリー流動アクセスを迂回させ、したがって妨害することも影響を及ぼすこともないようにした。第４の孔は、内部チャネルに平行な曲線のほぼ中点に位置した。第１の孔及び第７の孔は、内部チャネルの内端及び外端に平行な同じラインの約半インチ手前に位置した。これらの孔のそれぞれに、同じ直径のAirtrolのモデルＮＶ−３０−３−Ｋニードル弁を配置した。このニードル弁には、挿入後にこれをしっかりと保持するように出口側すなわち挿入される部分に返し又はリップがある。これらの弁のすべてを、実施例の開始に当たって閉鎖し、表１に示すように開放した。弁を完全に閉鎖させない場合は完全に開放し、これらの試験では部分的に閉鎖させた弁は用いなかった。
【００７３】
縁が互いに揃うようにしてシートを貼り合わせ、下シートの凹部にナットを入れてボルトで留めてインジェクタを作製した。組立前に、防水ガラス繊維強化両面接着布（3M）から切断したガスケットを、中間シートの上下に取り付けた。バンク及びピッチの自由調整を可能にするがロッドの軸周りの回転を可能にしないジンバル機構を、インジェクタの上部にある半インチ孔に入れ、金属ピンで固定し、ロッドに取り付けた。スラリー送り管を上シートの入口管に取り付け、第７のニードル弁に、外径０．１７５インチのプラスチック管材を取り付け、これら７個の管すべてを配水マニホルドに接続し、配水マニホルドをさらに上水道に接続した。これらの管及びニードル弁を通る水の流量は、配水マニホルド用の脱イオン水源として蠕動ポンプを用いて求めた。インジェクタの後縁を、研磨ヘッドの前縁から約０．５インチになるように調整し、インジェクタの底面の孔がパッドの「ランド」領域と一致するようにその位置をさらに調整した。
【００７４】
[実施例１〜１３]
５０ｃｃ／分〜２００ｃｃ／分の水流量及び１０ＲＰＭ〜８０ＲＰＭのプラテン回転速度を用いた、インジェクタの完全性及び安定性の予備試験の成功後に、研磨試験を以下のように実行した。パッドの寿命を通してパッド表面の平面度を最適化するように設計された「最もよく知られた方法」であるコンディショニングスイープを用いて、Araca IncorporatedのＡＰＤ−５００ポリッシャで脱イオン水及び新しい3MのＡ１６５  １００グリットコンディショニングディスクを用いて新しいRohm and HaasのＩＣ−１０−Ａ２パッドを１時間コンディショニングした。続いて、テトラエトキシシラン源から堆積させた二酸化ケイ素の層を有する２００ミリメートル径ウェハ（ＴＥＯＳウェハとして知られている）を、５５ＲＰＭのプラテン回転速度及び５３ＲＰＭのキャリア回転速度でフジミのＰＬ４０７２ヒュームドシリカスラリーの９０ｃｃ／分塗布を用いたｉｎ  ｓｉｔｕコンディショニング（研磨中のコンディショニング）によって、４ＰＳＩで１分間研磨した。ウェハ間ですすぎは用いなかった。
【００７５】
除去率の測定用に用いるウェハ（「レートウェハ」）を研磨する前に、使用済みの（「ダミー」）ＴＥＯＳウェハを数分間処理してから、一連の１１個のＴＥＯＳダミーをそれぞれ１分間、平均摩擦係数（ＣＯＦ）が安定するまで研磨した。レートウェハを無水流且
つ９０ｃｃ／分スラリー流で実行して、ベースライン、及びＣＯＦ、剪断力分散（Shear Force Variance）、除去率を得た。絶対不均一性及び不均一性パーセントを計算し、表１に報告した。２つのレートウェハのそれぞれに対して、他のニードル弁を閉鎖したままニードル弁のそれぞれに水を３０ｍｌ／分の流量で通した処理、弁２で４０ｍｌ／分及び５０ｍｌ／分の流量にした処理、弁４で４０ｍｌ／分及び５０ｍｌ／分の流量にした処理を施して、反射率計を用いて２度の直径走査を行って測定した平均除去率を記録し、ＣＯＦ、剪断力分散、絶対不均一性、及び不均一性パーセントを計算した。これを実施例１〜１１として表１に報告する。続いて、レートウェハを無水流且つ９０ｃｃ／分スラリー流で再度実行して、ベースライン、及びＣＯＦ、剪断力分散、除去率を得た。絶対不均一性及び不均一性パーセントを計算し、表１に報告した。続いて、弁３、４、及び５を開放して５０ｍｌ／分の総水流量を３つの弁に同時に通過させ（実施例１２）、弁３、４、及び５を開放して７５ｍｌ／分の総水流量を３つの弁に同時に通過させ（実施例１３）、結果を表１に記録した。
【００７６】
【表１】
2010206167.tif 000003
＜本発明の効果＞
【００７７】
本発明は、特に、インジェクタと、スラリー又は他の流体、特に希釈剤用の複数の入口とを用いて、ウェハのＣＭＰの除去率を改善する方法である。実施例が示すように、単一
のスラリー入口を有する標準的なインジェクタに７個の水弁を加えた場合、インジェクタにスラリーのみを導入して研磨されるウェハと比較して、どの弁を開放するかに応じて表１に示すように除去率の大きな変化が観察される。しかしながら、除去率の変化だけでは、均一性に関してオペレータには何も分からず、これは、研磨の終了時にディスク表面の反射率計によって求められる。図４、図５、及び図６から、弁構成を変えることによって、ウェハの２つの垂直方向の向きで測定した場合にウェハ直径にわたってより均一である除去率が明らかに得られることが容易に分かる。不均一性及び不均一性パーセントの数値は表１に示されている。一連の研磨試験及び反射率計観察を通してニードル弁を調整することによって、特定の流量で導入される特定のスラリーに最適な弁設定を求め、最適な除去率性能を提供するようにインジェクタを本質的に較正することが可能となるはずである。この要因は、本来果たされるスラリー廃棄物の削減及び新鮮なスラリーの浪費の低減と共に本発明を従来技術と比べて大幅に改良されたものにする。
【００７８】
機械化したフィードバックループの付加及び希釈剤の濃度及び組成の融通性の拡大等のさらなる変更は、ＣＭＰ性能を最適化又は改善する付加的な手段となる。最適な性能を提供する特定の設定が場合によって変わるものでありそれほど重要でないことが、強調されるべきである。こうした設定を特定のシステムにおいて発見するプロセスが重要であり、本発明の要素の１つである。
【符号の説明】
【００７９】
１０  固体三日月形インジェクタ
１２  固体三日月形インジェクタ１０の凹状後縁
１４  ウェハ
１６  固体三日月形スラリーインジェクタ１０の底面
１８  スラリー供給管
１９  流量制御デバイス
２０  固体三日月形スラリーインジェクタ１０の上部のスラリー入口
２１  流量制御デバイス用の配管
２２  固体三日月形スラリーインジェクタ１０内にスラリーを導くチャネル又はリザーバ（本実施形態では固体三日月形スラリーインジェクタ１０の本体が透明ポリカーボネートシート製であるため可視である）
２３  水又はスラリー若しくは希釈剤供給マニホルド
２４  固体三日月形スラリーインジェクタ１０の底面１６の開口
２６  研磨パッド
２８  ウェハの前縁
３０  研磨パッドの上面のランド領域
３２  ランド領域３０間の溝
３４  固体三日月形インジェクタの前縁
３６  研磨パッド２６の上面
４０  固体三日月形スラリーインジェクタ１０をまとめるボルト
４２  ウェハ２６の前縁１４と固体三日月形スラリーインジェクタ１０の後縁１２との間の隙間
４４  固体三日月形スラリーインジェクタ１０の端のホーン
４６  固体三日月形スラリーインジェクタ１０の前縁３４の前方における第２のボウウェーブ（本発明が普通なら隙間４２から生じる第１のボウウェーブを事実上なくすことに留意）
５２  固体三日月形スラリーインジェクタ１０にスラリーを入れるための開口
５４  管１８をスラリー源（図示せず）に接続するクイックコネクタ
５６  本実施形態の固体三日月形スラリーインジェクタ１０を構成する層
６０  チャネル又はリザーバ２２の上面
６２  チャネル又はリザーバ２２の底面
６４  インジェクタを支持する研磨ツール（図示せず）からのビーム
６６  固体三日月形スラリーインジェクタ１０を保持するロッド
６８  固体三日月形スラリーインジェクタ１０に取り付けられてロッド６６が着座するジンバル
７０  固体三日月形スラリーインジェクタ１０の全体に荷重をかけるばね
７２  ロッド６６上でばね７０を保持するカラー
７３  カラー７２用の止めねじ
７４  ビーム６４にロッド６６を留める止めねじ
７６  固体三日月形スラリーインジェクタ１０の上部
【図１】
2010206167.tif 000004
【図２】
2010206167.tif 000005
【図３】
2010206167.tif 000006
【図４】
2010206167.tif 000007
【図５】
2010206167.tif 000008
【図６】
2010206167.tif 000009
【外国語明細書】
2010206167000001.pdf