(57)【要約】化学的機械的研磨（ＣＭＰ）システムの研磨パッドを調整する装置であって、複数の剛毛を様々な所望の構成で支持するよう構成された開口調整ディスクを具える。これらの剛毛は、研磨パッド、特に比較的深い細孔を有する「ソフト」な研磨パッドの深い細孔内に溜まったデブリや汚染物質をかき出す。この調整ディスクの開口は、調整プロセスにおいて発生した廃物を十分に除去するために用いられる。また、この開口は、前記剛毛が表面をブラッシングする際に調整プロセスを補助すべく調整液を導入するのに用いられる。廃物除去に（取り付けられた真空源を介して）開口を用いることにより、パッド表面から取り出された材料が研磨パッドに再び合体する前に即座に除去され、従来技術の課題が解決する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的機械的研磨（ＣＭＰ）システムで用いる研磨パッドの調整装置であって、当該装置が、
調整液を前記研磨パッド上に導入する入口ポートと、前記研磨パッドの調整済み領域から調整の廃物を取り除く出口ポートとを具える調整ヘッドハウジングと、
調整時に研磨パッド表面の頂部の主要面に接触するよう前記ハウジング内に配置された調整ディスクとを具え、
当該調整ディスクが、前記研磨パッドの頂部主要面を一掃してそこからデブリを取り除くブラシと、
前記研磨パッドへ調整液を注ぎ、および調整の廃物を取り除くための複数の開口を具えることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に規定する装置において、前記ブラシが、複数の剛毛を具えることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に規定する装置において、前記調整ディスクが研磨用材料（abrasive material）を含むことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項２に規定する装置において、前記複数の剛毛が、不活性材料を含むことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４に規定する装置において、前記不活性材料が、ナイロンを含むことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項２に規定する装置において、前記複数の剛毛は、研磨剤が入った複合材料を含むことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項２に規定する装置において、前記複数の剛毛が、前記調整ディスクにわたって入れ子状のＶ字パターンで連続的に配置され、前記開口がこれらの間に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項２に規定する装置において、前記複数の剛毛が、前記調整ディスクにわたって同心円状に連続的に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項２に規定する装置において、前記複数の剛毛が、前記調整ディスクの中央領域から発する複数の螺旋アーム状に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項２に規定する装置において、前記複数の剛毛が、前記研磨パッドからの廃物の排出を妨げることなくパッドに前記剛毛が入るよう、前記調整ヘッドの下に所定の距離だけ離れていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１に規定する装置において、前記調整ディスクがさらに、前記調整ディスクと調整ヘッドハウジング間の整列取り付けを実現する六角キー配列構造（hex key alignment structure）であり、前記調整ディスクの複数の開口と前記調整ヘッドハウジングの入口および出口ポートとの間の整列を提供することを特徴とする装置。
【請求項１２】
化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装置で用いられる研磨パッドを清掃するのに用いる調整ディスクであって、前記調整ディスクが、
前記調整パッドの表面に調整液を投与するとともに、そこから廃物を除去するための複数の開口と、
繊維質の前記研磨パッドの全域をスイープしそこからデブリを掻き出すブラシとを具えることを特徴とする調整ディスク。
【請求項１３】
請求項１２に規定する調整ディスクにおいて、前記ブラシが複数の剛毛を具えることを特徴とする調整ディスク。
【請求項１４】
請求項１２に規定する調整ディスクにおいて、前記ディスクが、前記調整パッドを清掃するのに適した研磨用材料（abrasive material）を含むことを特徴とする調整ディスク。
【請求項１５】
請求項１３に規定する調整ディスクにおいて、前記複数の剛毛が、不活性材料を含むことを特徴とする調整ディスク。
【請求項１６】
請求項１５に規定する調整ディスクにおいて、前記不活性材料が、ナイロンを含むことを特徴とする調整ディスク。
【請求項１７】
請求項１３に規定する調整ディスクにおいて、前記複数の剛毛は、研磨剤が入った複合材料を含むことを特徴とする調整ディスク。
【請求項１８】
請求項１３に規定する調整ディスクにおいて、前記複数の剛毛が、前記調整ディスクにわたって入れ子状のＶ字パターンで連続的に配置され、前記開口がこれらの間に配置されていることを特徴とする調整ディスク。
【請求項１９】
請求項１３に規定する調整ディスクにおいて、前記複数の剛毛が、前記調整ディスクにわたって同心円状に連続的に配置されていることを特徴とする調整ディスク。
【請求項２０】
請求項１３に規定する調整ディスクにおいて、前記複数の剛毛が、前記調整ディスクの中央領域から発する複数の螺旋アーム状に配置されていることを特徴とする調整ディスク。
【請求項２１】
化学的機械的研磨システムに用いる研磨パッドを調整する方法であって、
複数の剛毛と複数の開口を具える開口調整ブラシを前記研磨パッドの頂部主要面に対して配置するステップと、
前記開口調整ブラシに、前記複数の剛毛を前記研磨パッドの細孔へ押すのに十分な下向きの力を加えるステップと、
前記複数の剛毛が前記細孔から蓄積したデブリを掻き出すように前記開口調整ブラシを前記研磨パッドの表面の全域に動かすステップと、
前記掻き出された蓄積デブリを取り除き前記複数の開口を通して前記化学的機械的研磨システムから離すのに十分な真空力を適用するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に規定の方法において、前記方法がさらに、
前記開口調整ブラシが前記研磨パッドの表面を横切って移動する際に、前記研磨パッドの表面上に処理液を投与するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２１に規定の方法において、前記加えられる下向きの力および前記真空力は、前記複数の剛毛が、そこからのデブリの真空制御された排出を妨げることなく、前記研磨パッドの細孔に入るよう制御されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、本書に参照として組み込まれている２００５年１０月１９日出願の米国暫定出願番号６０／７２８，１２６の利益を主張するものである。
【０００２】
技術分野
本発明は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）装置の研磨パッドを清掃する調整ブラシに関し、より具体的には、ディスク状に形成され、剛毛と開口の双方が清掃動作を促進する構成を有する調整ブラシに関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
化学機械的研磨（ＣＭＰ）の分野において、「パッド調整」または「パッド手入れ」として知られる処理が、パッドから粒子や使用した研磨スラリーを除去することにより、研磨パッドの表面の手入れを行い、表面のグレージングを行うのに用いられている。パッド調整は、「現場外（ex-situ）」（すなわち、研磨パッドをウェハ研磨サイクル間に調整する）または「現場内（in-situ）」（すなわち、ウェハ研磨サイクルと同時化その間）に行うことができる。典型的な「現場内」パッド調整プロセスの従来技術では、固定の研磨用調整ディスクをパッド表面の全域に動かして少量のパッド材料とデブリを除去し、これによりパッド表面に新たな凹凸を形成し研磨スラリが自由に流れるようにする。除去されたパッド材料およびデブリはその後、研磨プロセスで投与されたスラリと組み合わさり、受動的にパッドから遠ざけられる。
【０００４】
ＣＭＰ研磨パッドの既知の調整プロセスでは粒子の発生が懸念問題となっており、ＣＭＰ装置、スラリ、ウェハ、パッド、または調整剤のいずれかからの粒子が調整後にパッド表面に残ってしまう。パッド上に粒子が１つでも残ると、研磨の際にウェハを傷つけてしまい、欠陥の可能性が生じるか研磨が不均一となる。例えば、研磨パッド上の粒子は、研磨パッドとウェハの間に局所的に力が集中するハイスポットを生じさせる。研磨パッド上に多くの粒子が存在する場合、研磨レートの局所的な不均衡により研磨が不均一となる。
【０００５】
例えばタングステンＣＭＰや平滑化後のバフがけなど特定のＣＭＰの種類では、比較的多孔性の研磨パッドが用いられ、この種のパッドは垂直配置された開いた細孔となる微細構造に特徴付けられる。「ソフト」研磨パッドとして広く参照される繊維研磨パッド等は、フェルト基質の上の極微孔性の被膜でなり、この極微孔性の被膜は、より小さな極微孔性のフェルト層の上に垂直配向の大きな細孔を有してなる。これらのパッド内で細孔の下側領域に沈んだ研磨スラリおよびデブリは、停滞し、再循環する渦流となって多くの材料を捕らえパッドの研磨／バフ性能を制限してしまう。時間が経つと、溜まった／再循環した材料は再浮上してウェハを傷つけ、材料を希釈するか、またはその両方である。従来のダイヤモンド研磨調整ディスクは、この深く捕らわれた材料を除去するのに効果的でなく、多孔質パッド材料を早く摩耗させてしまうというさらなる欠点があった。代替的に、調整「ブラシ」を用いて、深く入り込んだ粒子をかき出し廃棄物の流れへと移動させて、多孔性のパッド表面を清掃してもよい。調整ブラシを用いる従来技術のＣＭＰシステムは、しかしながら、これらの粒子を取り除くのに大量のスラリとリンス水を必要とする。
【０００６】
２００２年５月１４日にＳ．Ｋｅｎｊｉ等に発行された米国特許６，３８６，９６３は、研磨面とブラシ剛毛の組合せを支持すべく形成された調整具を開示している。Ｋｅｎｊｉ等の構造では、研磨用調整具が、調整ヘッドの底面に取り付けられたリング状プレートに形成されており、器具の中心領域は開口している。複数のブラシ剛毛が小さなディスク上に形成され、前記研磨リングの中心領域に取り付けられる。しかしながら、この特別な構成の問題の１つは、調整器具の中心領域に剛毛の位置が限定されるため、いくつかの粒子が剛毛の効果がなくパッド内に入り込んだままとなってしまうことである。さらに、研磨材料と剛毛の高さの違いは、パッド材料の調整作用と摩耗速度が往々にして相反することとなる。
【０００７】
別の従来技術の構成が、２００６年４月２５日にＦ．Ｌ．Ｄｕｎｎに発行された米国特許７，０３３，２５３に開示されている。Ｄｕｎｎの構成では、ブラシ剛毛は所望ぬ夫パターンで調整具の底面に配置でき、残りの表面が研磨剤でカバーされている。剛毛と研磨剤の相対的な高度は、特定のパッド材料に最適状態となるよう制御される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＤｕｎｎとＫｅｎｊｉ等の双方の構成は、従来のＣＭＰ調整器具における調整ブラシの実装を改良するものであるが、調整プロセスにおいてデブリを流すタイミングの前に、剛毛（および研磨剤）で取り除かれた材料がパッド表面に再び導入されてしまうことである。
【０００９】
このように、従来の調整器具の技術において、大きな細孔の、繊維性またはソフトな研磨パッド／フェルトであって、研磨パッド表面からデブリを効率的に除去する好適なブラシ動作を提供する需要が残っていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従来技術に残る課題が本発明により取り組まれ、これは化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装置の研磨パッドの清掃に用いる調整ブラシに関し、より具体的には、清掃作用を促進すべく剛毛と開口の配置を具えるディスクとして形成された調整ブラシに関する。
【００１１】
本発明によると、開口調整ディスクが複数のブラシ剛毛を所望の構成で支持するよう形成されている。この調整ディスクの開口は、剛毛で書き出されるデブリと細孔に残ったスラリ材料の双方を含む、調整プロセスで発生する廃物が効率的に除去されるよう利用される。開口はまた、調整プロセスを補助する調整液を導入するのにも用いられる。（接続された真空源を介して）廃物除去に開口を用いると、パッド表面からかき出され、および／または溜まった材料を、研磨パッドに再び合体する前に即座に除去することにより、従来技術の問題が解消される。
【００１２】
本発明の一実施例では、剛毛を、当該剛毛がディスクの底面から僅かに離れるような定位置で支持し、剛毛がパッド材料の細孔に入る際に調整ヘッドが真空を維持しうる剛性材料で形成された調整ディスクが形成される。代替的な実施例では、調整ディスクは、研磨パッド表面の研磨とブラッシングを同時に行いうる研磨材料で形成される。さらなる別の実施例では、剛毛それ自体が研磨剤が入った複合材で形成される。
【００１３】
本発明の他の、およびさらなる実施例や態様が、貼付の図面を参照しながら以下の論述に従って明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明により形成される、半導体ウェハ１２の表面Ｓを研磨／平滑化するのに用いられる研磨パッドの表面をブラッシングするための、例示的なＣＭＰシステムの斜視図である。運用において、ウェハ１２の表面Ｓは、図示しない構成（本発明の大正寺光でもない）により研磨パッド１４に対して配置される。ウェハ１２は研磨パッド１４上で、図１に矢印で示すように回転される。研磨パッド１４それ自体は、回転式の軌道式または線形のテーブルに固定されている。一般に酸化剤、研磨剤、および／または超高純度の水（ＵＰＷ）を含む研磨スラリの流れが、従来型の研磨スラリ供給装置（図示せず）から研磨パッド表面１８の上に投与される。この研磨スラリは、ウェハ１２とパッド１４の回転動作と協力して、ウェハ表面の不均一な部分を取り除く。
【００１５】
上述したように、蓄積したデブリや研磨プロセス自体に関連する他の材料を取り除くとともに、パッド表面から研磨スラリのグレーズ／増強剤を除去するために、研磨パッド１４の表面１８を「調整」または「取り除く（redress）」ことが必要である。図１の構成では、エンドエフェクタアーム２０を用いて調整プロセスが行われ、ここでアーム２０は固定シャフト２１を中心とする弧Ａ内で移動し、同時に取り付けられた調整ヘッド２２に回転動作Ｒと下向きの力Ｆを与える。図２は、アーム２０と、調整ヘッド２２と、研磨パッド１４との相対動作を示す平面図であり、特にアーム２０が研磨パッド１４の表面を横切る弧の動作Ａを示す。代替的な実施例では、エンドエフェクタを研磨パッド１４の半径全体をカバーするよう構成して、弧のスイープ動作を必要とすることなく表面１８を調整するようにしてもよい。本発明の開口調整ブラシは、以下に詳述するように、いずれの実施例を用いてもよい。本発明の開口調整ブラシは、研磨パッドの代わりに研磨フェルトを具えるシステムへの利用にも等しく適用可能であり、ここでフェルトは上述の研磨パッドと同程度に柔らかく深いナップ構造を有する。すなわち、本発明の開口ブラシによる調整に最も適した研磨パッドと研磨フェルトは、垂直配置され、開いた細孔（例えば極微孔性被覆）で、上述したようにデブリや再循環する流体流を捕らえることができる特徴を有する。
【００１６】
図１に戻ると、調整ヘッド２２がさらに、本発明により形成された開口調整ブラシ３０を具えて図示されており、これは次の機能を実現する：（１）研磨パッド１４の表面１８をブラッシングしてパッド１４に深く入ったデブリを掻き出す、（２）調整液を排出して、デブリおよび／または使った研磨液（以下、「廃物」と称す。）を研磨パッド１４の近くから取り除く、（３）パッド１４の表面に調整液を導入する。従来の研磨用ディスクは、繊維状の研磨パッドや研磨フェルトのいくつかまたは多くの細孔に深く入り込んだデブリを除去するのがいつも成功するものではない。複数の剛毛が、上述のように、調整ブラシ３０の接触面３１に設けられており、これが繊維状の研磨パッドの深い細孔に入って蓄積しているデブリを掻き出す。調整ブラシ３０内に形成された開口が、排水除去用の真空路へ続くチャネルを提供しており、図１の調整ヘッド２２では真空源５０に接続された真空出口ポート３７を具えて描かれている。調整液は、蓄積したデブリを効果的に除去するように表面ブラシと組み合わせて用いられ、この調整液は調整ヘッド２２の入口ポート３９を通って研磨パッド１８の表面に導入される。
【００１７】
図３は、調整ヘッド２２内に固定された開口調整ブラシ３０の例を示す平面図であり、図示された表面３１は調整中に研磨パッドの表面に接触する。調整ヘッド２２に調整ブラシ３０を取り付けるには様々な構成が存在するが、ブラシ３０と調整ディスク２２の残りの要素との間の開口配列を適切な構成とする特に適切な構成は、２００４年４月７日出願で本願譲受人に譲渡された出願番号１０／８１９，７５４に開示された磁気式六角キー構造を用いることである。図３を参照すると、複数の開口３４が示されており、これらの開口３４は、本発明によるソフトなパッドブラッシングを提供する複数の剛毛で囲まれている。図４は、図３の構成の側部断面図である。剛毛４０は、パッド１４の表面より下の繊維質の細孔（図５）から粒子をかき出すとともに、図４に示すように、開口３４を通して排水を調整ヘッド２２の外周の周りの真空出口３５へ向けて押し出すよう機能する。調整ヘッド２２の回転は、廃物が真空出口３５を取って排出チャネル３６へと移動するのを促進する。その後廃物は真空力によって、調整ヘッド２２の真空出口ポート３７を通って吸引され、研磨パッドの表面１８が効率的に清掃される。図４に示す特定の実施例では、調整ブラシ３０がさらに、開口３４と連結するチャネルシステム３２を具え、所望の場合に、調整ヘッド２２の入口ポート３９を介して調整液を導入することができる。
【００１８】
図５は、パッド１４と、調整ヘッド２２と、剛毛４０との関係を示す簡略図である。上述のように、剛毛４０が調整ヘッド２２の下に所定の距離だけ離して形成され、パッド１４と調整ヘッド２２間の真空接続またはシールの完全性を維持しつつ、剛毛４０が調整時に研磨パッド１４の深く柔軟な壁の細孔に入るようにしている。図示するように、剛毛４０は、パッド１４に垂直配置された開いた細孔Ｐに十分深く延在するため、調整ブラシ３０がパッド面をスイープするごとに蓄積されたデブリが掻き出される。剛毛４０の長さは、しかしながら、調整ヘッド２２の側壁２２Ｗが研磨パッド１４の表面１８と接触したままとなるよう制御される。剛毛の特定の寸法は、限定しないが、繊維質の研磨材料の細孔の深さ、パット材料自体、調整ヘッドから研磨パッドへ加えられる下向きの力、などの機能パラメータとなることを理解されたい。表面１８と調整ヘッドの側壁２２Ｗは接触する必要があり、これにより真空力／漏れが制御可能で、調整ブラシ３０を通って調整ヘッド２２の真空出口ポート３７からデブリを連続的にパッド表面１８から吸い上げることができる。剛毛４０は、研磨スラリ、調整液、ウェハのデブリ材料など、パッド表面に存在しうるいかなる化学物質にも反応しない例えばナイロンなどの不活性な材料を具える。特定の実施例では、剛毛４０は、調整パッドの表面１８により多くの清掃エネルギを提供する、研磨剤を充填した複合材料で構成される。
【００１９】
図６は、代替的な調整ブラシ６０の平面図であり、この特定の実施例では、剛毛４０がブラシ６０の表面６１にわたってＶ字型に配置されている。明確化のために、剛毛４０の一部のみを図６でその位置に示す。図７は、剛毛４０の完全なセットを設けた調整ブラシ６０の平面図を示す。図６に戻ると、開口３４のセットが剛毛の各Ｖ字パターン６２の間に設けられている。開口３４は、上述したように機能し、調整液を供給し、排水を研磨パッド１４の表面１８から取り除く。
【００２０】
図８は、本発明により構成される開口調整ブラシのさらなる別の実施例の平面図である。この構成では、調整ブラシ７０が、ブラシ７０の中央領域７４から発する螺旋アーム７２の群として構成された剛毛４０を具えている。開口３４は螺旋アーム構造内で同様に構成されており、別の開口３４のセットが隣接する剛毛４０のセットの間に配設されている。図４に関連して上述した構成と同様に、ブラシ７０の剛毛４０と開口３４は、デブリを外周方向に運んで排出時に効率的に除去されるよう設計されている。
【００２１】
本発明の開口調整ブラシは、様々な種類の研磨パッド、または研磨フェルトに用いることができるが、パッド内の深い部分に渦流を生成してデブリや使用済みスラリを捕らえるのに適した深く、柔軟な側壁の、垂直配置された細孔からなる、上述した繊維質の研磨および／またはバフパッドに用いることが好ましい。本発明の開口調整ブラシはまた、研磨用剛毛が十分な表面研磨を行い、従来の摩耗調整ディスクよりパッドの摩耗速度が低い、従来の（すなわち、比較的「硬い」）研磨パッドに用いることができる。さらに、調整ブラシの表面にわたる剛毛および開口の構造は、必要に応じて、特定のＣＭＰシステムに適合するように変更してもよい。特に、本発明の主題は、本書に添付のクレームの範囲によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明により形成された調整ブラシを具えるＣＭＰシステムの例を示す。
【図２】図２は、図１のシステムの平面図である。
【図３】図３は、本発明により形成される調整ヘッド／調整ブラシの平面図であり、ブラシ内に複数の剛毛と個別の複数の開口を具えている。
【図４】図４は、図３の調整ブラシの側部断面図である。
【図５】図５は、図４の構成の簡略図であり、特に研磨パッドの細孔内への剛毛の挿入を示す。
【図６】図６は、本発明の代替実施例の平面図であり、剛毛がＶパターンで配置され、その間に開口が設けられているが、図６はいくつかの剛毛のみを示す。
【図７】図７は、図６と同じ実施例の平面図であり、このケースでは剛毛の完全なセットが配置されている。
【図８】図８は、本発明により形成される調整ブラシのさらなる別の実施例であり、このケースでは、剛毛と開口が、中心から螺旋パターンに構成された複数の枝として配置されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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