(57)【要約】半導体素子の化学機械研磨に使用される研摩パッド（１２０）と定盤（１３０）からなるアセンブリは、溝またはチャネルの付いた表面（１３６）を有する定盤（１３０）を備え、同表面（１３６）定盤（１３０）の周辺の溝無し部分（１３１）により処理環境から密閉される。さらに、定盤（１３０）は大気環境または準大気環境への経路を提供する１または複数の通路（１３２）を備えている。密閉領域（１３１）と通路（１３２）の組み合わせにより液体、蒸気または他の望ましくない汚染物質がパッドと定盤の間に浸入することが防止されると共に、パッドと定盤の間に捕捉されたエアポケットが排出される。
2009507374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研磨の実施に使用される装置であって、
第１の表面と研摩パッドに接着で取り付けられる第２の表面を有する回転式定盤、
前記定盤の上部表面に形成され、前記定盤の上部表面の周辺端までは延びていない所定の溝パターン、および
研摩プロセスから生じた流体または汚染物質を定盤と研摩パッドの間に浸入させることなく、定盤と研摩パッドの間に捕捉された空気が少なくとも１つの通路を通じて排出されるように、前記溝パターンの第１の上部表面開口部を前記定盤の第２の開口部に接続すべく定盤に形成された前記少なくとも１つの通路、
を備えた装置。
【請求項２】
回転式定盤の上部表面が、化学機械的処理環境の流体および湿度の少なくとも一方が研摩パッドと定盤の間に浸入するのを防止する周辺の溝無し部分を備えている請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記通路が、化学機械的処理環境の液体、蒸気または他の望ましくない汚染物質を浸入させない周囲環境に接続されている請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記所定の溝パターンが、前記第１の上部表面開口部と交差すべく配置された、Ｘ字形の溝と組み合わされた複数の同心円からなるパターンを有する請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記所定の溝パターンが、各々が約０．５０８ｍｍ（約０．０２インチ）の幅または深さを有する１または複数の溝を有する請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記通路が、下部表面と上部表面の間の直径３．０４８ｃｍ（約０．１２インチ）の角度をなした孔として形成されている請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記所定の溝パターンは、一つの密封チャネルを有し、同チャネル内に、研摩パッドの定盤への取り付け中に捕捉された空気を前記通路を通じて排出させる多孔質材料の層が形成されている請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記通路が、化学機械的処理環境から生じた液体、蒸気または他の望ましくない汚染物質を定盤と研摩パッドの間に浸入させずに空気を放出させる通気性材料を有する請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記定盤に形成された前記通路が、溝パターンの前記第１の上部表面開口部を、定盤の周辺の側面端の第２の開口部に接続する請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
化学機械研磨を行なう方法であって、
定盤の上部表面の任意の周辺端までは延びておらず外部環境に換気される溝パターンを有する定盤の上部表面に研摩パッドを適用することにより、研摩パッドアセンブリを組み立てること、および
前記研摩パッドアセンブリを、ウェハ構造と研摩接触するよう配置することによりウェハ構造の化学機械研磨を行なうこと、
からなる方法。
【請求項１１】
前記研摩パッドアセンブリを組み立てることが、化学機械研磨から生じた汚染物質が定盤と研摩パッドの間に浸入するのを防止すべく定盤の上部表面の周辺端に対して研摩パッドの周辺端を密閉することを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
定盤と研摩パッドの間に捕捉された空気が、化学機械研磨から生じた汚染物質を定盤と研摩パッドの間に浸入させることなく前記通路を通って排出されるように、前記溝パターンを外部環境と接続すべく定盤に少なくとも１つの通路を形成することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記通路が、化学機械研磨から生じた汚染物質を研摩パッドと定盤の間に進入させずに空気を放出させる通気性の疎水性材料で形成されている請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記定盤に複数の溝を機械加工することにより定盤に溝パターンを形成することをさらに含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前定盤を成形、鋳造、または機械加工することにより定盤に溝パターンを形成することをさらに含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記研摩パッドアセンブリを組み立てることが、
定盤の上部表面に研摩パッドを接着で取り付けること、および
化学機械研磨から生じた汚染物質を定盤と研摩パッドの間に浸入させることなく、前記溝パターンおよび定盤に形成された通路を通じて、定盤と研摩パッドの間に捕捉された空気を排出すること、
を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記溝パターンの内側に通気性の多孔質材料を適用することをさらに含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
化学機械研摩プロセスの実施に使用される研摩パッドアセンブリの組み立て方法であって、
定盤の第１の表面に研摩パッドを接着で取り付けることであって、前記定盤は、
前記定盤の第１の表面上の周辺密封領域により包囲された、定盤の第１の表面に形成された１または複数の相互接続チャネルと、
前記相互接続チャネルと外部環境との間の空気経路を形成する少なくとも一つの通路と、を備えること、および
化学機械研磨から生じた汚染物質を定盤と研摩パッドの間に浸入させることなく、相互接続チャネルおよび前記定盤に形成された通路を通じて、定盤と研摩パッドの間に捕捉された空気を排出すること、
を含む方法。
【請求項１９】
研摩パッドを定盤に接着で取り付けている間に、前記通路に交差すべく前記相互接続チャネルを整列させることをさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記相互接続チャネルを、Ｘ字形の溝と組み合わされた複数の同心円からなる溝パターンとして定盤に形成することをさらに含む請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に半導体製造の分野に関する。１態様では、本発明は集積回路の製造において化学機械研磨（ＣＭＰ）で使用される装置に関する。さらなる用途には基板の研摩、ＭＲヘッドの研摩またはハードディスクの研摩が含まれるがそれらに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ上の集積回路の製造では、種々の層が互いに重ねて形成される。各機能層は、種々の材料がウェハ表面へ加えられ（堆積され）ウェハ表面から除去される（エッチングまたは研摩される）加減法により形成される。各層は、非平坦な表面形態（トポグラフィ）を生じさせるウェハ上の所望のパターンを生成すべく（フォトリソグラフィとエッチング処理の組み合わせにより）選択的に除去される材料を備えている。同様の表面形態を維持する非平坦な表面上に、追加の材料が堆積されてもよい。集積回路の組立てにおける任意の段階で、かかる非平坦な表面は後の処理ステップに悪影響を及ぼす可能性があり、装置の故障につながる可能性があり、また、歩留を減少させる可能性がある。例えば、半導体構造上に金属線が形成される場合、非平坦な表面は、金属が存在すべきでない構造から金属を除去する能力を妨害する恐れがある。
【０００３】
表面の凹凸を滑らかにし、過剰積層材料を除去するための一般的なプロセスは、化学機械的な平面化または化学機械研磨（ＣＭＰ）による。「過剰積層材料」とは、ウェハ上の低いすなわち凹んだ表面領域を完全に充填するのに必要な、ウェハの高い表面上に余分に堆積された材料のことを指す。ＣＭＰプロセスは典型的に、抑制圧力での研摩パッドに対する半導体ウェハの押圧を伴い、ウェハとパッドの一方または両方は互いに対して回転している。化学的に活性もしくは摩耗性の物質または液体媒体（スラリー）の存在下で半導体ウェハを研摩パッドに対して押圧しつつ研摩パッドを回転させることにより、半導体ウェハの上部表面は平面化され、過剰積層は所望の目標まで除去される。ＣＭＰ装置に関し、研摩パッドは一般に、パッドを支持定盤（プラテン）構造に取り付けるために使用される圧感接着剤層を備えている。しかしながら、定盤上に研摩パッドを適用している間に、接着剤と定盤の間にエアポケットまたは気泡が生じ、そのため研摩パッドの研摩表面に隆起した領域すなわち膨らみが生じる場合がある。パッドのそのような膨らみは、研摩された表面に不均一な部分を生じさせ、研摩プロセスの間にパッドがウェハを突き破ったり、滑らせたり／破壊したりする恐れがある。さらに、そのような膨らみによってパッドが不均一に摩耗し、これによってパッドの稼働時間が減少したり、コストが増加したり、ツールの休止時間が増大したり、製造サイクル時間が増加したりする可能性がある。ローラでパッドの下から気泡を強制的に追い出したり膨らみを手で穿刺したりすることによる捕捉された気泡を除去するための従来の試みは、有効ではなかった。研摩パッドの下のエアポケットを除去するための他の解決策はエアポケットの形成を防止すべくパッドと定盤の間の溝を使用したが、そのような解決策では定盤とパッドの間に処理環境流体が浸入するのを防ぐことができなかった。かかる定盤とパッドの間への流体の浸入は、パッドと定盤の間の接着に悪影響を及ぼし、終点の信号検出を損なう可能性がある。
【０００４】
従って、定盤と研摩パッドの間での空気の捕捉を無くす改良型のＣＭＰ装置アセンブリが必要である。処理環境流体が研摩パッドと定盤の間に浸入するのを防ぐ必要がある。また、上記に概説した従来技術の課題を克服する改良型の装置が必要である。従来のプロセスおよび技術のさらなる制限および欠点は、図面および以下の詳細な説明を参照しながら本願の残りの部分を参照した後に、当業者には明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
説明を簡単かつ明瞭にするため、図面に示された要素は必ずしも正しい縮尺で描かれていない。例えば、いくつかの要素の寸法は、明瞭さと理解を促進し改善するため、いくつかの別の要素に対して誇張される。さらに、適切であると考えられる場合には、対応するまたは類似する要素を表わすために複数の図面の間で参照符号が繰り返される。
【０００６】
溝付きまたはチャネル付き表面を有する研摩パッドおよび定盤からなるアセンブリを、大気または準大気環境への経路を提供するが研摩プロセスから生じた液体蒸気または他の望ましくない汚染物質を浸入させない１または複数の通路を通じて捕捉エアポケットを排出することにより、研摩パッドと定盤表面の間の泡の形成を防止または低減する目的で説明する。開示された研摩パッドおよび定盤からなるアセンブリは、層間誘電体（ＩＬＤ）、シャロートレンチ分離（ＳＴＩ）、タングステンおよび銅層の研摩プロセスを含むがこれらに限定されない製造の任意の段階で、半導体ウェハの製造に使用される研摩パッドの寿命を増大させるために使用され得る。開示された研摩パッドおよび定盤からなるアセンブリは、パッドと定盤の間の研摩副産物の浸入も防止し、それによりパッド／定盤の接着を維持し、終点信号検出システムの完全性を汚染から保護する。本発明の種々の例証的実施形態を、ここで添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明では種々の詳細が述べられるが、本発明はかかる特定の詳細がなくても実施され得るものとし、装置設計者の特定の目的を達成するためにここで説明する本発明には各実施に応じて変更されるプロセス技術の遵守や設計に関連する制約等の多数の実施に特有の決定を成しうるものとする。そのような開発努力は複雑であったり時間を費やすものであったりし得るが、本開示を利用できる当業者にとっては日常的な作業になろう。例えば、略図に関しては、本発明を制限したり不明確にしたりすることを避けるために、選択された態様を描いた。そのような説明や表示は、当業者が他の当業者に自身の仕事の本質について説明し伝えるために使用されるものである。ここで、図１〜８を参照しながら本発明の種々の例証的実施形態を詳しく説明する。この詳細な説明全体にわたり、図面の中の特定の要素は簡単かつ明瞭にするために図示されており、必ずしも正しい縮尺に描かれていないことに留意する。例えば、図中のいくつかの要素の寸法は、本発明の実施形態の理解をより良くするためにいくつかの別の要素に対して誇張されている。
【０００７】
図１は、窓開口１２２が形成された研摩パッド１２０の平面図を示す。研摩パッド１２０は、使用される材料の種類や厚みに依存するが、１または複数の発泡性または多孔質材料から形成され得る。窓開口１２２は、パッド１２０の残りの部分と同じ材料から形成されるか異なる材料から形成された透明または半不透明な終点窓を備え得る。どのように形成されたとしても、終点窓はレーザ光線または他の光源が研摩されている半導体ウェハ構造の表面にアクセスすることを可能にする。すべての研摩プロセスが必ずしも窓開口１２２の存在を必要とするとは限らず、その場合、開口領域はパッドの残りの部分と同じ材料で構成されるだろう。
【０００８】
図２は図１の研摩パッド１２０の側面図を示す。パッド１２０は特定の研摩動作に適した任意のパッド構造を備えてよい。例えば、１実施形態では研摩パッドは単一のパッド層であるが、開口１２６が形成された下部層１２４に取り付けられた研摩パッド１２０の上部層１２３を示す図２では１または複数の追加パッド層が含まれ得る。使用可能なＣＭＰ研摩パッドの例にはＩＣ１０００があるが、他のパッドも使用可能である。下部層１２４に上部層１２３を取り付けるために圧感接着剤（図示しない）が使用されてもよい。多数のパッド層が提供される場合、各パッド層（例えば１２４）は他のパッド窓開口（例えば１２２）と整列するよう形成された開口（例えば１２６）を有する。選択された実施形態では、研摩パッド層１２４中の開口部またはスリットにより開口１２６が形成されてもよい。
【０００９】
図３は、研摩パッド１２０および定盤１３０の組立または動作中に、第１の経路１３２を通じて捕捉された空気を逃すように形成された本発明の第１の例証的実施形態による溝付き定盤１３０の側面図を示す。経路１３２は、研摩環境から離れて周囲環境へ捕捉空気（気体）を排出する通路を供給する。動作の際、研摩パッド（例えば１２０）は圧感接着剤層（図示しない）を介して定盤１３０に取り付けられる。定盤は、下にある研摩装置アセンブリ（図示しない）に取り付けられ、アセンブリ全体が中心軸を中心に回転する。さらに、定盤１３０は、ＣＭＰ動作のその場での（インサイチュ）モニタリングを提供するために使用される終点検知窓およびセンサ装置のうちの少なくとも一方（図示しない）を空洞または開口１３４に備え得る。
【００１０】
図に示されるように、定盤１３０は定盤１３０の上方面の内部に、定盤１３０の周辺の溝が付いていない部分（溝無し部分）１３１により処理環境から密閉されたチャネルすなわち溝１３６を備えるように形成されている。定盤１３０に溝１３６を形成するために、定盤は、旋盤、レーザまたは他の切断機で定盤に溝を切断することにより鋳造、成形、または機械加工され得る。溝無し部分１３１があるため、溝またはチャネル１３６は定盤１３０の上部表面の端まで延びず、そのため、ＣＭＰプロセスから生じた液体、蒸気または他の望ましくない汚染物質がパッド１２０と定盤１３０の間の領域に浸入することが防止される。しかしながら、パッド１２０と定盤１３０の間に捕捉されたエアポケットを放出し、および／または摩耗動作により起こる空気圧の増加を放出または軽減するために、定盤１３０に経路１３２が設けられる。描かれた実施形態では、経路１３２は、定盤１３０を貫通して研摩装置（図示しない）の下部制御領域のアクセス穴（図示しない）に至る角度をなした孔として形成される。経路１３２は、研摩環境から離れた大気または準大気環境に気体を放出する。
【００１１】
大気または準大気環境に至るまでの経路１３２を提供することにより、任意の捕捉エアポケットおよび／またはパッド１２０と定盤１３０の間の空気圧の増加は容易に除去または放出される。しかしながら、経路１３２は、真空機器の使用を必要とすることなく空気圧またはポケットを放出するように使用されてもよく、それよりＣＭＰアセンブリ全体のコストおよび複雑さが低減される。
【００１２】
図４は、経路１３２に至る開口部と交差すべく例証的溝パターン１３６が形成された、図３の溝付き定盤１３０の平面図を示す。種々の設計事項（例えば研摩パッドの直径、厚み、および／または柔軟性）に基づいて、経路１３２と溝１３６の物理的寸法（例えばサイズおよび間隔）が、定盤１３０の上部表面と任意の適用研摩パッド１２０または接着層との間の泡または捕捉エアポケットの形成を防止または除去するように構成される。第１の例証的実施形態では、アルミニウム製の定盤１３０が、約１．２７ｃｍ（半インチ）の間隔で離間し、約０．５０８ｍｍ（約０．０２インチ）（例えば約０．５０８ｍｍ±０．０７６２ｍｍ（０．０２±０．００３インチ））の幅を有し、約０．５０８ｍｍ（約０．０２インチ）（例えば約０．５０８ｍｍ±０．０７６２ｍｍ（０．０２±０．００３インチ））の深さを有し、かつ定盤１３０の外端で約２．５４ｃ（１インチ）の溝無し領域１３１で密閉された複数の溝１３６を備えるように形成される。別の例証的実施形態では、セラミック製の定盤１３０が、約１．２７ｃｍ（半インチ）の間隔で離間し、約０．７６２〜１．０１６ｍｍ（約０．０３〜０．０４インチ）の幅を有し、約０．５０８ｍｍ（約０．０２インチ）（例えば約０．５０８ｍｍ±０．０７６２ｍｍ（０．０２±０．００３インチ））の深さを有し、定盤１３０の外端で約２．５４ｃ（１インチ）の溝無し領域１３１で密閉された複数の溝１３６を備えるように形成される。
【００１３】
さらに、溝１３６は、任意の最小の泡離間寸法をカバーまたは同寸法に交差するように設計されたすべての所定のパターン（例えばＸ−Ｙグリッド、放射状パターン、中心から星形に伸びる形状、同心円またはそれらの任意の組み合わせ）に形成され得る。例えば、約１．２７ｃｍ（半インチ）またはそれより大きな泡の生成を防止するために、同心の複数の溝１３６からなるパターンが、定盤１３０の中心から溝無し部分１３１までの約１．２７ｃｍ（半インチ）の径方向の離間を用いて形成される。放射状の溝を横断し、かつ第１の経路１３２と交差するＸ字形の溝をパターンに含めることにより、経路１３２を通じた放射状溝１３６の換気が提供される。
【００１４】
いかなる溝またはチャネル１３６のパターンが定盤１３０の表面で使用されたとしても、パターンは定盤経路１３２へ至る１または複数の開口部に重なるか同開口部と交差するように位置しなければならず、それによりエアポケットまたは泡の形成を低減または除去する大気または準大気環境への換気または経路が提供される。パッドと定盤の間のエアポケットを除去または低減することにより、パッドの摩耗の局在化や関連するパッドの変形は最小限にされ、不均一な研摩特性が低減され、早期のパッドの故障が防止され、製造サイクル時間が短縮され、それによりコストが低減され、収率が向上する。さらに、定盤の溝１３６を定盤１３０の上部表面の周辺端から密閉することにより、ＣＭＰプロセスから生じた液体、蒸気または他の望ましくない汚染物質が、パッド１２０と定盤１３０の間の溝付き領域に進入することが防止される。
【００１５】
理解されるように、種々の異なる溝付きおよび換気付きの定盤構成が、本発明の種々の利点を得るために使用され得る。例えば、図５は、本発明の第１の別の例証的実施形態による定盤１５０の側面図を示し、この実施形態は１または複数の経路１５５−１５８を通って研摩パッドおよび定盤１５０の組立または動作中に捕捉空気が排出されるように構成されている。図示されるように、定盤１５０は、ＣＭＰ動作のその場でのモニタリングを提供するために使用される終点検知窓およびセンサ装置の少なくとも一方（図示しない）を開口１５４に備えている。さらに、定盤１５０は、多孔性の通気性材料１５２の剛性層が形成されおよび／または取り付けられた空隙、くぼみ、またはへこみ１５３が形成された単一のチャネルまたは溝を備えるように形成されるが、（図３−４に形成されるような）複数の溝に多孔質材料がさらに形成されてもよい。そのような多孔質材料の例には精度を合わせた多孔性セラミックが含まれる。多孔層１５２は定盤１５０の上方面の内部に配置され、その結果、研摩パッドが定盤１５０に取り付けられるか接着されると、任意の捕捉された空気が多孔層１５２を通って経路１５５−１５８へと通過する。さらに、多孔層１５２は定盤１５０の周辺の溝無し部分１５１によって処理環境から密閉されているため、ＣＭＰプロセスから生じた液体、蒸気または他の望ましくない汚染物質はパッドと定盤１５０の間の領域に到着できないようになっている。
【００１６】
本発明のさらに別の代替例証的実施形態が図６に示される。図６は、パッドと定盤１６０の間に捕捉されたエアポケットを解放するか、研摩動作によって起こった空気圧の増加を放出または軽減するかの少なくともいずれか一方のために、定盤表面の溝またはチャネル１６２を定盤１６０の周辺側面開口部１６８に接続させる１または複数の経路１６７を備えた溝付き定盤１６０の側面図を示す。図示されるように、定盤１６０は、ＣＭＰ動作のその場での（インサイチュ）モニタリングを提供するために使用される終点検知窓およびセンサ装置のうちの少なくとも一方（図示しない）を開口１６４に備えている。さらに、定盤１６０は、定盤１６０の上方面の内部に、定盤１６０の周辺の溝無し部分１６１により処理環境中の流体および／または湿度から密閉されたチャネルまたは溝１６６を備えるように形成されている。パッドと定盤１６０の間に捕捉されたエアポケットや、研摩動作により引き起こされた溝の空気圧の増加が、１または複数の経路１６７を通じて放出される。経路１６７は、ＣＭＰプロセスから生じた液体、蒸気または他の望ましくない汚染物質がパッドと定盤１６０の間の領域に入るのを許容しないが空気は放出する通気性の疎水性材料から形成されている。そのような材料は、例えばPorex Corporationから購入することができる。更にまたは代わりに、経路１６７は、ＣＭＰ処理環境から生じた液体蒸気または他の望ましくない汚染物質が溝付き領域１６６に進入するのを防止すべく通常は閉じているが、内圧が所定の圧力閾値を超えた時には開いて溝１６６からの空気を排出する微小逆止め弁を備えてもよい。
【００１７】
ここで図７を参照すると、研磨機装置の一部であるサブ定盤１８０と、密閉領域１７１内に収容された溝またはチャネル１７６の所定のパターンを有する定盤１７０とを備えた溝付き定盤アセンブリ１７５が正面図で示される。ここで説明されるように、溝またはチャネル１７６の特定の構成および寸法が、パッドと定盤１７０の間の捕捉エアポケットまたは空気圧を十分に排出するために選択される。
【００１８】
示された溝付き定盤アセンブリ１７５は、圧力換気システム１９０をさらに備えており、また、任意選択で終点検出システム１９２を備えていてもよい。理解されるように、種々の終点検出システムのうちの任意のものが、本発明の種々の実施形態に関連して使用されてよい。例えば、光学終点システムは、定盤中の開口１７４を通じて研摩中の半導体ウェハ構造の表面にアクセスするために、レーザ光線または他の光源を使用し得る。代わりに、研摩作業がある層から別の層にいつ移動したかを決定すべくモータを測定するために摩擦終点システムが使用されてもよいし、実時間の金属厚さを測定するために渦電流終点システムが使用されてもよい。別の実施形態では、白色光検知器終点検出システムは、開口１７４の中でまたは定盤の端でセンサを使用し得る。この場合、測定のためにウェハはパッドから話して移動される。さらに別の実施形態は、研摩プロセス中にスラリー内の層の存在を検出するために（例えばＳＴＩ研摩中の窒化物の検知）定盤上にプローブを配置することにより、研摩状態を検知すべく探知機終点検出システムを使用する。さらに別の実施形態では、積層膜遷移中のパッドの温度変化を測定するために膜の温度に基づく終点検出システムが使用され得る。次のウェハのためにどの程度の研摩が必要であるかを予想し、および／または追加の研摩が現時点で必要かを決定すべく、カンマ後のウェハを測定するためにNova型の測定システムが使用されてもよい。図７に示される例証的実施形態では、定盤１７０は、開口１７４内に適合し、かつ定盤１７０に取り付けられたパッド（図示しない）の開口部を通じてＣＭＰ動作のその場でのモニタリングを提供するよう設計された終点検知窓およびセンサ装置の少なくとも一方（図示しない）を備えている。
【００１９】
定盤１７０は、溝１７６を周囲空気または圧力換気システム１９０に接続するための換気経路１７２をさらに備えている。そのような接続の例が図８に描かれており、図８は図７の溝付き定盤アセンブリ１７５の側面図を示す。示されているように、定盤１７０中の換気経路１７２は、定盤１７０中の溝１７６をサブ定盤１８０の第２の角度をなしたアクセス孔１８２に接続する第１の角度をなした孔であり、アクセス孔１８２が次に周囲空気または圧力換気システムに接続される。理解されるように、追加の換気経路が使用されてもよく、追加の換気経路は任意の所望の度および／または幅で形成されてもよいが、換気経路１７２の形状は、周囲空気または圧力換気システム１９０にアクセスするサブ定盤１８０の孔と交差するために選択されるべきである。例えば、換気経路１７２は、直径が約３．０４８ｍｍ（約０．１２インチ）で中心軸が定盤１７０の上部または下部水平面から約４０度だけ傾けられた孔として形成されてもよいし、代わりに、換気経路１７２は、直径が約４．７７５２ｍｍ（約０．１８８インチ）で中心軸が定盤１７０の上部または下部水平面から約２７度だけ傾けられた孔として形成されてもよい。
【００２０】
動作の際、研磨機（200 Mirra 研磨機）によりその中心軸の代わりで回転またはスピンさせられる研摩パッドアセンブリを形成するために、研摩パッド（図示しない）は定盤１７０に接着により取り付けられる。溝１７６と定盤通路１７２が存在するため、パッドと定盤の間のエアポケットは排出され、接着剤と定盤の間に泡が生ずることはない。次に、研摩されるべき構造体（例えば中間層誘電体または金属層が形成された部分的に完成した集積回路またはウェハ構造）が、回転中の研摩パッドアセンブリと研摩接触するように配置される。例えば、研摩スラリーの存在下で、回転する研摩パッドに対して構造体を押圧しつつ、構造体は同構造体を回転させ前後に移動させる研摩アームに取り付けられる。これは、研摩中の構造体の上の堆積層すなわち上部層の平面化を効果的に達成する。
【００２１】
１つの形式では、化学機械研磨の実施に使用される回転式定盤装置が提供される。定盤はディスク形状であってよく、周辺側方端、下部表面および研摩パッドが接着で取り付けられる上部表面を備えている。さらに、定盤は、上部表面に形成された溝パターンを有すると共に、定盤に形成された１または複数の通路をさらに有する。溝パターンが通路へ至る開口部と交差する限り、溝パターンは任意の所望のパターンで形成されてもよい。例えば、溝パターンは、Ｘ−Ｙグリッド、放射状パターン、中心から星形に伸びる形状、同心円またはそれらの任意の組み合わせであってよく、溝は所望の寸法（例えば約０．５０８ｍｍ（約０．０２インチ））を有し得る。代わりに、溝パターンは、研摩パッドの定盤上への取り付け時に捕捉空気を通路を通じて排出させる多孔質材料の層が中に形成された単一の密封チャネルであってもよい。さらに、溝パターンは、例えば研摩パッドを定盤に取り付けたときに化学機械処理環境から生じた研摩物質（例えば研磨材料、流体および／または湿度）による浸入から溝付きパターンを密閉する周辺の溝無し部分を上部表面に備えることにより、定盤の周辺端まで延びない溝パターンが形成される。通路は、それが上部表面の溝パターンの開口部を定盤の第２の開口部と接続させる限り、所望の形状（例えば下部表面と上部表面の間の直径３．０４８ｃｍ（約０．１２インチ）の角度をなした孔）で形成され得る。選択された実施形態では、通路は、化学機械処理環境から生じた液体蒸気または他の望ましくない汚染物質を定盤と研摩パッドの間に浸入させずに空気を放出させる通気性の疎水性材料を備えている。これらの実施形態では、通路が、上部表面の溝パターンを、定盤の周辺側面端の上の開口部と接続するように、定盤に形成され得る。この通路を通って、定盤と研摩パッドの間に捕捉された空気は、研摩プロセスから生じた流体、蒸気または汚染物質を定盤と研摩パッドの間に浸入させることなく、周囲環境に排出することができる。
【００２２】
別の形式では、化学機械研磨を行なう方法が説明される。予備の工程として、定盤の周辺端までは延びない定盤の上部表面に形成された溝パターンを有する定盤が設けられる。溝パターンは、定盤に溝を成形、鋳造、または機械加工し、次に、任意選択で溝パターンの内側に通気性の多孔質材料を適用することにより形成され得る。さらに、定盤は、溝パターンを外部環境に接続するために定盤に形成された通路を備えている。定盤の形状に基づいて、通路は定盤の開口部または孔として形成されてもよいし、または化学機械研磨から生じた汚染物質を研摩パッドと定盤の間に浸入させずに空気を放出する通気性の疎水性材料で形成されてもよい。その後、研摩パッドアセンブリは、定盤の上部表面に研摩パッドを接着で取り付けることにより構築される。定盤に研摩パッドを適用している間、および研摩動作の最中に、定盤とパッドの間に捕捉された空気は溝パターンおよび通路を介して外部環境へ排出することができる。さらに、研摩パッドの周辺端を定盤の上部表面の周辺端に対して密閉することにより、化学機械研磨から生じた汚染物質が定盤と研摩パッドの間に浸入することが防止される。最後に、研摩パッドアセンブリを、ウェハ構造と研摩接触するよう配置することにより、ウェハ構造の化学機械研磨が行われる。
【００２３】
さらに別の形式では、化学機械研摩プロセスの実施に使用される研摩パッドアセンブリの組み立て方法が説明される。かかる方法では、前記定盤の第１の表面上の周辺密封領域により包囲された１または複数の相互接続チャネルが上部表面に形成された定盤が提供される。定盤中の相互接続チャネルは、Ｘ字形の溝と組み合わされた複数の同心円からなるパターン等の任意の所望の溝パターンに形成され得る。定盤は、相互接続チャネルと外部環境との間の空気経路を形成する通路をさらに備える。その後、研摩パッドは、定盤の上部表面に接着により取り付けられ、定盤に接着により研摩パッドを取り付けている間に通路に交差すべく相互接続チャネルを整列させる必要があり得る。取り付けの間に、定盤と研摩パッドの間に捕捉された空気は、化学機械研摩プロセスから生じた汚染物質を定盤と研摩パッドの間に浸入させることなく、チャネルと通路を介して排出される。
【００２４】
ここに開示した説明された例証的実施形態は、化学機械研磨を行なうために使用される装置の種々の例を対象とするが、本発明は必ずしも例証的実施形態に制限されない。したがって、本明細書における教示を利用できる当業者にとって明らかな、異なるが等価な様式で本発明は修正し実施することができるため、上記の特定の実施形態は単なる例示であって、本発明に対する限定とみなされるべきではない。例えば、換気経路および溝パターンについての代替形状および寸法が使用されてもよい。従って、上記の説明は、発明を記載した特定の形式に限定するのではなく、請求項により定義された発明の趣旨および範囲内に含まれ得る代替物、修正物、および等価物を含むものであって、当業者には最も広い形式の本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに種々の変更、置換、および代替を成し得る。
【００２５】
効果、他の利点および課題解決策を、特定の実施形態に関して上述した。しかしながら、任意の効果、利点または解決策を生じさせ得るかそれ自体より顕著になり得る、そのような効果、利点、課題解決策は、任意またはすべての請求項の重要な、必要な、または必須の特徴もしくは要素と解釈すべきではない。本明細書で使用する場合、用語「〜有する、含む、備える」やその変化形は、非排他的な包含物をその範囲内に入れるものとし、ある要素のリストを含むプロセス、方法、物、または装置は、その要素のみを含むわけではなく、明示的に列挙されていない他の要素やそのようなプロセス、方法、物、または装置に固有の要素を含みうる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】研摩パッドの平面図。
【図２】図１の研摩パッドの側面図。
【図３】本発明の第１の例証的実施形態による溝付き定盤の側面図。
【図４】図３の溝付き定盤の平面図。
【図５】本発明の第１の別の例証的実施形態による溝付き定盤の側面図。
【図６】本発明の第２の別の例証的実施形態による溝付き定盤の側面図。
【図７】圧力換気システムおよび終点検出システムを有する溝付き定盤アセンブリの正面図。
【図８】図７の溝付き定盤アセンブリの側面図。
【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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