(57)【要約】【課題】【解決手段】  リニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システム（１１４）において、一対のローラの各ローラ（１６０ａ）、（１６０ｂ）の表面が開示されており、その表面は、ローラの表面の第１の部分にわたって形成された第１の組の溝（１５０ａ）を備えており、第１の組の溝（１５０ａ）は、ローラの第１の外縁部に向かって外向きに角度の付いた第１のピッチ角を有する。その表面は、さらに、ローラの表面の第２の部分にわたる第２の組の溝（１５０ｂ）を備え、第２の組の溝（１５０ｂ）は、ローラの第２の外縁部に向かって外向きに角度の付いた第２のピッチ角を有し、第２のピッチ角は第１のピッチ角と逆方向である。その表面は、さらに、第１の部分に沿って配列された第１の組の外向き通路（２０２ａ）と、第２の部分に沿って配列された第２の組の外向き通路（２０２ｂ）とを備える。第１の組の外向き通路（２０２ａ）は、第１の組の溝（１５０ａ）と交わり、第２の組の外向き通路（２０２ｂ）は、第２の溝（１５０ｂ）と交わる。
2005514215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムにおける一対のローラの表面であって、
前記リニアＣＭＰシステムは、リニアベルトと前記一対のローラとを備え、前記リニアベルトは、前記一対のローラの各々の周りにループを形成するよう構成され、前記一対のローラは、基板の平坦化を実行できるように前記リニアベルトを駆動するよう設計されており、
前記一対のローラの各ローラの表面は、
前記ローラの前記表面の第１の部分にわたる第１の組の溝であって、前記ローラの第１の外縁部に向かって外向きに角度の付いた第１のピッチ角を有する第１の組の溝と、
前記ローラの前記表面の第２の部分にわたる第２の組の溝であって、前記第２の組の溝は、前記ローラの第２の外縁部に向かって外向きに、前記第１のピッチ角とは逆方向に角度の付いた第２のピッチ角を有する第２の組の溝と、
前記第１の部分に配列された第１の組の外向き通路と、
前記第２の部分に配列された第２の組の外向き通路と、
を備え、
前記第１の組の外向き通路は、前記第１の組の溝と交わるように構成され、前記第２の組の外向き通路は、前記第２の組の溝と交わるように構成されている、ローラの表面。
【請求項２】
請求項１に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムにおける一対のローラの表面であって、前記第１の組の溝および前記第２の組の溝は、約０．０５インチから約０．５０インチの間の深さを有する、ローラの表面。
【請求項３】
請求項１に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムにおける一対のローラの表面であって、前記第１の組の溝および前記第２の組の溝は、約０．０５インチから約０．５０インチの間の幅を有する、ローラの表面。
【請求項４】
請求項１に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムにおける一対のローラの表面であって、前記第１の組の外向き通路および前記第２の組の外向き通路は、約０．０５インチから約０．５インチの間の幅を有する、ローラの表面。
【請求項５】
請求項１に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムにおける一対のローラの表面であって、前記第１の組の外向き通路および前記第２の組の外向き通路は、約０．０５インチから約０．５インチの間の深さを有する、ローラの表面。
【請求項６】
請求項１に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムにおける一対のローラの表面であって、前記第１の組の溝は、約０．２インチから約２インチの間の第１のピッチを有し、前記第２の組の溝は、約０．２インチから約２インチの間の第２のピッチを有する、ローラの表面。
【請求項７】
請求項１に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムにおける一対のローラの表面であって、前記第１の組の溝は、前記ローラの第１の縁部に向かってらせんを形成しており、前記第２の組の溝は、前記ローラの第２の縁部に向かってらせんを形成している、ローラの表面。
【請求項８】
リニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムで用いる溝付きローラの製造方法であって、
ローラを準備する工程と、
前記ローラの外面に第１の組および第２の組の溝を形成する工程であって、前記第１の組の溝は、前記ローラの前記表面の第１の部分にわたって形成され、前記ローラの第１の外縁部に向かって外向きに角度の付いた第１のピッチ角を有し、前記第２の組の溝は、前記ローラの前記表面の第２の部分にわたって形成され、前記ローラの第２の外縁部に向かって外向きに前記第１のピッチ角とは逆方向に角度の付いた第２のピッチ角を有するように形成される工程と、
前記ローラの外面に第１の組および第２の組の外向き通路を形成する工程であって、前記第１の組の外向き通路は、前記第１の部分に沿って配列されると共に前記第１の組の溝と交わるよう構成され、前記第２の組の外向き通路は、前記第２の部分に沿って配列されると共に前記第２の組の溝と交わるよう構成される工程と、
を備える、製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムで用いる溝付きローラの製造方法であって、前記第１の組の溝および前記第２の組の溝は、約０．０５インチから約０．５インチの間の深さを有する、製造方法。
【請求項１０】
請求項８に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムで用いる溝付きローラの製造方法であって、前記第１の組の溝および前記第２の組の溝は、約０．０５インチから約０．５０インチの間の幅を有する、製造方法。
【請求項１１】
請求項８に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムで用いる溝付きローラの製造方法であって、前記第１の組の外向き通路および前記第２の組の外向き通路は、約０．０５インチから約０．５インチの間の幅を有する、製造方法。
【請求項１２】
請求項８に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムで用いる溝付きローラの製造方法であって、前記第１の組の外向き通路および前記第２の組の外向き通路は、約０．０５インチから約０．５インチの間の深さを有する、製造方法。
【請求項１３】
請求項８に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムで用いる溝付きローラの製造方法であって、前記第１の組の溝は、約０．２インチから約２インチの間の第１のピッチを有し、前記第２の組の溝は、約０．２インチから約２インチの間の第２のピッチを有する、製造方法。
【請求項１４】
請求項８に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムで用いる溝付きローラの製造方法であって、前記第１の組の溝は、前記ローラの第１の縁部に向かってらせんを形成しており、前記第２の組の溝は、前記ローラの第２の縁部に向かってらせんを形成している、製造方法。
【請求項１５】
リニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）動作を最適化するための装置であって、
ＣＭＰシステム内の研磨ベルトを回転させるよう構成された円筒形ローラと、
前記円筒形ローラの外面に設けられた第１の組の溝であって、前記円筒形ローラの中央部に第１の溝始点を有すると共に、前記円筒形ローラの第１の縁部領域における第１の終点まで、前記円筒形ローラの周りに少なくとも１巻きのらせんを形成する第１の組の溝と、
前記円筒形ローラの前記外面に設けられた第２の組の溝であって、前記円筒形ローラの前記中央部に前記第１の溝始点と異なる第２の溝始点を有すると共に、前記円筒形ローラの前記第１の縁部領域と異なる第２の縁部領域における第２の終点まで、前記円筒形ローラの周りに少なくとも１巻きのらせんを形成する第２の組の溝と、
前記円筒形ローラの前記外面に設けられた複数の外向き通路であって、前記円筒形ローラの前記中央部から前記円筒形ローラの縁部まで或る角度で伸びる複数の外向き通路と、
を備え、
前記複数の外向き通路と、前記第１の組および前記第２の組のらせん溝は、前記円筒形ローラが前記研磨ベルトを回転させた際に、前記円筒形ローラと前記研磨ベルトとの間の接触面から流体を除去するよう構成され、前記第１の組および前記第２の組のらせん溝は、前記円筒形ローラが前記研磨ベルトを回転させた際に、前記研磨ベルトの幅にわたって一貫した張力パターンを発生させるよう構成されている、装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）動作を最適化するための装置であって、前記第１の組の溝および前記第２の組の溝は、約０．０５インチから約０．５インチの間の深さを有する、装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）動作を最適化するための装置であって、前記第１の組の溝および前記第２の組の溝は、約０．０５インチから約０．５インチの間の幅を有する、装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）動作を最適化するための装置であって、前記第１の組の外向き通路および前記第２の組の外向き通路は、約０．０５インチから約０．５インチの間の幅を有する、装置。
【請求項１９】
請求項１５に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）動作を最適化するための装置であって、前記第１の組の外向き通路および前記第２の組の外向き通路は、約０．０５インチから約０．５インチの間の深さを有する、装置。
【請求項２０】
請求項１５に記載の化学機械平坦化（ＣＭＰ）動作を最適化するための装置であって、前記第１の組の溝は、前記ローラの第１の外縁部に向かって外向きに角度の付いた第１のピッチ角を有し、前記第２の組の溝は、前記ローラの第２の外縁部に向かって外向きに前記第１のピッチ角とは逆方向に角度の付いた第２のピッチ角を有している、装置。
【請求項２１】
請求項１５に記載のリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）動作を最適化するための装置であって、前記第１の組の溝は、約０．５インチから約４０インチの間の第１のピッチを有し、前記第２の組の溝は、約０．５インチから約４０インチの間の第２のピッチを有する、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）技術に関し、特に、効率的で費用効率のよい改良ＣＭＰ動作に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造では、化学機械平坦化（ＣＭＰ）動作を実行する必要がある。通例、集積回路素子は、マルチレベル構造の形態をとっている。基板レベルには、拡散領域を有するトランジスタ素子が形成される。それに続くレベルには、相互接続メタライゼーション配線がパターニングされると共にトランジスタ素子に電気的に接続されており、それによって、所望の機能素子が実現されている。周知のように、パターニングされた導電層は、二酸化ケイ素のような誘電材料によって他の導電層から絶縁されている。メタライゼーションレベルとそれらに関連する誘電体層が、より多く形成されるほど、誘電材料を平坦化する必要性が増大する。平坦化を行わなければ、表面の形状が多様になるため、さらなるメタライゼーション層の加工がかなり困難になる。他の例として、誘電材料にメタライゼーション配線パターンが形成された後に、余分な金属を除去するために金属ＣＭＰ動作が実行される。
【０００３】
ＣＭＰシステムは、通例、上述のようにウエハを研磨するために用いられる。ＣＭＰシステムは、通例、ウエハの表面を取り扱ったり研磨したりするためのシステム構成要素を備える。そのような構成要素としては、例えば、オービタル式研磨パッドやリニアベルト研磨パッドなどが挙げられる。パッド自体は、通例、ポリウレタン材料から製造されるか、または、ポリウレタンと、ステンレス鋼ベルトなどの他の材料とを組み合わせて製造される。動作時には、ベルトパッドが作動され、次いで、スラリ材料がベルトパッドの表面に供給されて全体に広げられる。表面にスラリを有するベルトが所望の速度になると、ウエハが、ベルトパッドの表面に降ろされる。このように、平坦化を施されるウエハ表面は、サンドペーパを用いて木材を磨いたときのように、十分に滑らかにされる。次いで、ウエハは、ウエハ洗浄システムで洗浄されてよい。
【０００４】
図１Ａは、ＣＭＰシステムで一般的に用いられるリニア研磨装置１０を示す。リニア研磨装置１０は、半導体ウエハ１６の表面の物質を研磨除去する。除去される物質は、ウエハ１６の基板材料であってもよいし、ウエハ１６に形成された１以上の層であってもよい。そのような層は、通例、ＣＭＰプロセス中に形成されるかまたはすでに存在する１以上の任意の種類の材料、例えば、誘電材料、窒化シリコン、金属（例えば、アルミニウムや銅）、合金、半導体材料などを含む。通例、ＣＭＰは、ウエハ１６の１以上の層を研磨してウエハ１６の表層を平坦化するために用いられてよい。
【０００５】
リニア研磨装置１０は、従来技術では、ウエハ１６の表面に対して直線的に動く研磨ベルト１２を用いる。ベルト１２は、ローラ（すなわち、スピンドル）２０の周りを回転する連続的なベルトである。ローラ２０は、複数の平行な溝３０をそれぞれ有しており、それらの溝の方向は、研磨ベルト１２の運動方向と平行になっている。ローラは、通例、モータによって駆動され、そのローラ２０の回転運動により、研磨ベルト１２は、ウエハ１６に対して直線運動２２を行うよう駆動される。通例、研磨ベルト１２は、研磨ベルト１２の様々な部分に継ぎ目１４を有する。
【０００６】
ウエハ１６は、ウエハキャリア１８によって保持される。ウエハ１６は、通例、機械式の保持リングおよび／または真空によって所定の位置に保持される。ウエハキャリアは、ウエハ１６の表面が研磨ベルト１２の研磨面に接触するように、研磨ベルト１２の上にウエハを配置する。
【０００７】
図１Ｂは、リニア研磨装置１０の側面図である。図１Ａを参照して上述したように、ウエハキャリア１８は、研磨ベルト１２の上方の所定の位置にウエハ１６を保持する。研磨ベルト１２は、連続的なベルトであり、通例、支持層の上に重ねられたポリマー材料（例えば、Ｒｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．のＩＣ  １０００など）から製造される。支持層は、一般に、ステンレス鋼のような硬い材料から製造される。研磨ベルト１２は、ウエハ１６に対して直線運動２２するよう研磨ベルトを駆動するローラ２０によって回転される。一実施例では、空気ベアリングプラテン２４が、ウエハ１６の接触する領域の下で研磨ベルトの一部を支持する。プラテン２４は、支持層の下面に空気を送るために用いられてもよい。送られた空気は、このようにして、研磨ベルト１２がウエハ１６の表面に対して押し当てられる圧力の制御を支援する制御可能な空気ベアリングを形成する。
【０００８】
図１Ｃは、リニア研磨装置１０のローラ２０を示す俯瞰図である。ＣＭＰプロセス中には、液体物質（例えば、スラリや水性物質など）が供給されてよい。その結果として、ローラ２０と研磨ベルト１２（図中破線）との間に、液体が浸入することがある。この時、ハイドロプレーニングが起きて、研磨ベルト１２とローラ２０との間で滑りが生じうる。そのような滑りの結果として、ウエハ１６の研磨の精密さと一貫性が損なわれることがある。この問題を軽減するために、ローラ２０は、ローラ２０と研磨ベルト１２との間の接触領域からの液体の除去を実現する複数の平行な溝３０を有する。複数の溝３０の各々は、互いに平行であって、らせん状にはなっていない。残念ながら、複数の溝３０の各々が、ローラ２０の周りに別個の独立した接続のない輪を形成していることにより、研磨ベルト１２には、常に複数の溝の１つの上方に位置して、研磨ベルト１２の回転中に支持されない部分が存在する。
【０００９】
ローラ２０の溝３０は互いに平行であるため、ウエハ研磨位置の中心は、両方のローラの溝部分と一列に並ぶ。ステンレス鋼バンドのような硬い支持体がないと、研磨ベルト１２の張り方は、ローラ表面にわたって一様にならない。非一様な張力プロフィルは、そのまま、ベルト１２上の非一様な研磨圧力となる。ローラ２０表面の平行パターンのために、ベルト１２が研磨中に回転している間、非一様な張力のパターンは、常に、ベルト１２にわたって（ベルトの運動方向と直角な方向について）変化することがない。ウエハ１６が回転するため、この影響は、平均化されうる。しかしながら、ウエハが回転しても、ウエハ１６の中心は、常に、低い圧力に「直面する」ため、ウエハ中心においては、除去率が最も低くなる。
【００１０】
図１Ｄは、非一様な研磨プロフィルが、そのまま、研磨ベルト１２における非一様な研磨圧力となる様子を示す。ｙ軸は、研磨圧力を表し、ｘ軸は、ウエハ１６の中心からの距離を表す。曲線３２は、研磨圧力に対してプロットされたウエハ１６の半径からの距離を示す。ローラ２０における平行パターンのために、ベルト１２が研磨中に回転している間、非一様な張力のパターンは、ベルトにわたって変化することがない。複数の平行な溝３０の領域においては支持がないため、例えば０．５インチずつ離れた１組の同心の輪が、研磨されるウエハ上で観察される。一般に、ウエハの中心から縁部への除去率の変動は、研磨ベルト１２上で視覚的に見られる輪に対応する。研磨の際にウエハが回転されても、ウエハ１６の中心は、通例、ウエハ１６の他の領域に比べて低い研磨率を有する。
【００１１】
したがって、研磨ベルト１２の様々な部分が、異なる張力を有することがあり、その結果として、ウエハ１６の部分によって研磨率が異なる場合がある。それにより、ウエハ処理の一貫性が損なわれ、より多くのウエハが損傷を受けることがある。
【発明の開示】
【００１２】
概して、本発明は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）処理において研磨ベルトを回転させるための装置を改良することにより、これらの要求を満たす。その装置は、ＣＭＰ中に研磨ベルトを回転させるローラの外面に設けられたらせん溝と外向き通路とを備える。本発明は、処理、装置、システム、デバイス、または方法を含む種々の手段で実施できることを理解されたい。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。
【００１３】
一実施形態では、リニアベルトと一対のローラとを備えるリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムであって、リニアベルトは、一対のローラの各々の周りに輪を形成するよう構成され、一対のローラは、基板の平坦化を実行できるようにリニアベルトを駆動するよう設計されており、このリニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムにおいて、一対のローラの各々の表面が提供されている。その表面は、ローラの表面の第１の部分にわたる第１の組の溝を備え、第１の組の溝は、ローラの第１の外縁部に向かって外向きに角度の付いた第１のピッチ角を有する。その表面は、さらに、ローラの表面の第２の部分にわたる第２の組の溝を備え、第２の組の溝は、ローラの第２の外縁部に向かって外向きに、前記第１のピッチ角とは逆方向に角度の付いた第２のピッチ角を有する。その表面は、さらに、第１の部分に沿って配列された第１の組の外向き通路と、第２の部分に沿って配列された第２の組の外向き通路とを備える。第１の組の外向き通路は、第１の組の溝と交わり、第２の組の外向き通路は、第２の溝と交わる。
【００１４】
別の実施形態では、リニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムで用いる溝付きローラの製造方法が開示されており、その方法は、ローラを準備する工程を備える。その方法は、さらに、ローラの外面に第１の組および第２の組の溝を形成する工程を備えており、第１の組の溝は、ローラの表面の第１の部分にわたって形成され、ローラの第１の外縁部に向かって外向きに角度の付いた第１のピッチ角を有する。第２の組の溝は、ローラの表面の第２の部分にわたって形成され、ローラの第２の外縁部に向かって外向きに第１のピッチ角とは逆方向に角度の付いた第２のピッチ角を有している。その方法は、さらに、ローラの外面に第１の組および第２の組の外向き通路を形成する工程を備えており、第１の組の外向き通路は、第１の部分に沿って配列され、第２の組の外向き通路は、第２の部分に沿って配列される。第１の組の外向き通路は、第１の組の溝と交わり、第２の組の外向き通路は、第２の溝と交わる。
【００１５】
さらに別の実施形態では、リニア化学機械平坦化（ＣＭＰ）動作を最適化するための装置が提供されている。その装置は、ＣＭＰシステム内の研磨ベルトを回転させる円筒形ローラを備える。その装置は、さらに、円筒形ローラの外面に設けられた第１の組の溝を備えており、第１の組の溝は、円筒形ローラの中央部に第１の溝始点を有すると共に、円筒形ローラの第１の縁部領域における第１の終点まで、円筒形ローラの周りに少なくとも１巻きのらせんを形成する。その装置は、さらに、円筒形ローラの外面に設けられた第２の組の溝を備えており、第２の組の溝は、円筒形ローラの中央部に第１の溝始点と異なる第２の溝始点を有する。第２の組の溝は、円筒形ローラの第１の縁部領域と異なる第２の縁部領域における第２の終点まで、円筒形ローラの周りに少なくとも１巻きのらせんを形成する。その装置は、さらに、円筒形ローラの外面に設けられた複数の外向き通路を備え、複数の外向き通路は、円筒形ローラの中央部から円筒形ローラの縁部まで或る角度で伸びている。複数の外向き通路と、第１の組および第２の組のらせん溝は、円筒形ローラが研磨ベルトを回転させた際に、円筒形ローラと研磨ベルトとの間の接触面から流体を除去し、第１の組および第２の組のらせん溝は、円筒形ローラが研磨ベルトを回転させた際に、研磨ベルトの幅にわたって一貫した張力パターンを発生させる。
【００１６】
本発明には、数多くの利点がある。特に、本発明の実施形態のいずれかに従って、らせん溝ローラを用いることにより、研磨ベルトは、ウエハ表面にわたって、より効率的かつ効果的な研磨動作を提供できるようになる。さらに、改良ローラを用いるＣＭＰ動作によって処理されるウエハは、より良好な再現性およびより高い一貫性で研磨されるため、このＣＭＰ動作により、ウエハの歩留まりが向上する。具体的には、研磨パッドとローラとの間の接触面から流体が除去されると同時に、研磨パッドの幅にわたって、より一貫した張力が提供され、その結果、ウエハ処理が最適化される。本発明の原理を例示した添付図面に沿って行う以下の詳細な説明から、本発明のその他の態様および利点が明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ＣＭＰ動作を最適化するために、らせん溝を有するローラと、外向き通路とを備える装置の発明が開示されている。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細の一部もしくはすべてがなくとも実施可能である。そのほか、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の説明は省略した。
【００１８】
概して、本発明は、角度の付いた外向き通路と、らせん溝とを備えたローラ（ドラムと呼んでもよい）を提供することで、ローラと研磨ベルトとの間の接点から流体を排除することを可能にする。らせん溝付きのローラは、ローラと研磨ベルトとの間の接触面から適切に流体を除去すると共に、研磨ベルトの非一様な張力パターンを平均化することを可能にする。本発明は、例えば、単層のポリマーパッド、ステンレス鋼の層を備えた単層ポリマーパッド、多層パッド（例えば、ステンレス鋼の層によって支持されたクッション層を下に備える単層ポリマーパッド）など、任意の種類または構造の研磨ベルトにおける非一様な張力パターンを補正するために用いられてよい。また、本明細書に記載されたらせん溝と外向き通路とを備える改良ローラは、例えば、２００ｍｍ半導体ウエハ、３００ｍｍ半導体ウエハなど、任意のサイズまたは種類のウエハの研磨動作を最適化するために用いられてよい。異なるサイズのウエハを処理する際には、ローラのサイズが変更されることを理解されたい。好ましい実施形態では、ローラは、角度の付いた外向き通路と、互いに１８０°オフセットされた２つのらせん溝とを有する。かかる実施形態では、カリフォルニア州フレモントのＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社製造のＴｅｒｅｓ  ＣＭＰ  ｐｏｌｉｓｈｅｒなどのリニアＣＭＰシステムにおいて、１組のらせん溝を備えたローラを用いてよい。１組のローラは、研磨ベルトを駆動するために用いることができ、その際、ローラの溝は、研磨ベルトの軌道を改善できる。平行な溝を用いる研磨ベルトで通例見られる同心の輪は、ローラにおいてらせん溝が用いられた場合には観察されない。したがって、本発明のローラは、研磨されたウエハにおいて観察される一様な間隔の同心の輪を排除することにより、ＣＭＰ動作を最適化する。
【００１９】
図２Ａは、本発明の一実施形態に従って、ＣＭＰシステム１１４を示す側面図である。研磨ヘッド１５５は、処理中にウエハ１０１を所定の位置に固定および保持するために用いられてよい。研磨ベルト１５６は、回転するローラ１６０ａおよび１６０ｂの周りに連続的なループを形成する。研磨ベルト１５６は、ＣＭＰ動作で用いることのできる任意の材料から製造されたものでよい。一実施形態では、研磨ベルト１５６は、ポリウレタンなどのポリマー材料で製造されることが好ましい。別の実施形態では、研磨ベルト１５６は、研磨層と、補強層（例えば、ステンレス鋼の層など）とを有してよい。さらに別の実施形態では、研磨層は、ステンレス鋼層の上に取り付けられたクッション層の上に取り付けられてもよい。
【００２０】
研磨ベルト１５６は、一般に、矢印１５３で示された方向に毎分約４００フィートの速度で回転する。ただし、この速度は、個々のＣＭＰ動作によって異なる。ベルトが回転すると、研磨スラリが、研磨パッド１５６の表面に供給され、その表面にわたって広げられてよい。次いで、研磨ヘッド１５５は、回転する研磨ベルト１５６の表面にウエハ１０１を降ろすために用いられてよい。このようにして、平坦化が必要とされるウエハ１０１の表面は、十分に滑らかにされる。
【００２１】
ＣＭＰ動作は、銅（または、その他の金属）などの材料を平坦化するために用いられてもよいし、誘電体の層または誘電体と銅を含む層を除去するために用いられてもよい。平坦化の速度は、研磨圧力１５２を調節することによって変更することができる。研磨率は、一般に、研磨パッドスタビライザ１５８へ向かって研磨ベルト１５６に加えられる研磨圧力１５２の大きさに比例する。研磨パッドスタビライザ１５８は、プラテンと呼んでもよい。一実施形態では、研磨パッドスタビライザは、空気ベアリングを用いてもよい。研磨パッドスタビライザ１５８は、例えば、流体ベアリングなど、任意の種類のベアリングを用いてよい。所望の量の物質がウエハ１０１の表面から除去された後、研磨ヘッド１５５は、研磨ベルト１５６からウエハ１０１を引き上げるために用いられてよい。これで、ウエハは、ウエハ洗浄システムに進む準備が整う。
【００２２】
一実施形態では、ローラ１６０ａ，１６０ｂの各々は、研磨ベルト１５６に接触するローラ１６０の外面１５７に設けられた複数のらせん溝１５０を有する（図２Ｂで詳細に示す）。複数のらせん溝１５０を有することにより、ローラ１６０ａ，１６０ｂが回転すると、研磨ベルト１５６とローラ１６０ａ，１６０ｂの外面１５７との間の接触面に蓄積しうる流体が、複数の溝１５０を通して除去され、それにより、ハイドロプレーニングが低減されて滑りが低減される。したがって、滑りが低減されることにより、非一様な研磨によるウエハの損傷が低減されると共に、ウエハの歩留まりが改善され、ウエハの生産コストが抑えられる。
【００２３】
さらに、ローラ１６０ａ，１６０ｂの複数のらせん溝１５０は、ローラ１６０ａ，１６０ｂの中央部分（例えば、第１の溝始点１５１）から第１の縁部領域１５９ａにおける第１の終点まで、らせんを形成している。図２Ａに示すローラの反対側に位置する第２の溝始点（図示せず）からは、第２の縁部領域１５９ｂにおける第２の終点に向かって、らせんが形成されている。結果として、ＣＭＰ動作中にローラ１６０ａ，１６０ｂが回転すると、図２Ｂおよび図３Ａを参照して詳細に説明するように、研磨ベルト１５６の下側において（溝が存在するために）支持の存在しない位置が、研磨ベルト１５６の中央から研磨ベルト１５６の縁部へ移動する。その結果、ローラが回転すると、非一様な張力パターンは、溝がらせん形になっている場合には、ローラを横切って移動する。したがって、研磨の際に、平均化する効果が自動的に生じ、円筒形のローラが研磨ベルトを回転させる間、研磨ベルトの幅にわたって一貫した張力パターンが提供される。したがって、時間とともに、研磨ベルト１５６の幅に沿った張力は一貫したものになる。その結果、研磨ベルト１５６の幅にわたって、張力が、より一貫したものとなるため、ウエハ１０１に加わる研磨圧力は、より一貫したものとなる。
【００２４】
図２Ｂは、本発明の一実施形態に従って、複数のらせん溝１５０を備えたローラ１６０を示す。ローラ１６０は、図２Ａに示すローラ１６０ａ，１６０ｂのいずれであってもよい。本実施形態では、ローラ１６０は、ローラの中央部分から縁部領域１５９ａに至るらせんを形成する第１の組の溝１５０ａを有する。図２Ｂに示すように、第１の組の溝１５０ａは、第１の溝始点１５１ａを始点とする外向きのらせんを形成している。ローラ１６０は、さらに、第１の組の溝１５０ａから１８０°オフセットされてローラの中央部分から外向きのらせんを形成する第２の組の溝１５０ｂを有する。第２の組の溝１５０ｂは、ローラ１６０の反対側に位置する第２の溝始点（図２Ｂでは図示せず）をらせんの始点としている。ローラ１６０は、ローラ１６０から研磨ベルトに掛かる張力が平均化され、一貫したウエハ研磨を実現できる限りは、任意の適切な数のらせん溝を有していてよく、複数組の溝は、任意の適切な量だけオフセットされてよい。第１の組の溝および第２の組の溝１５０ａおよび１５０ｂは、溝がらせんを形成できる限り、任意の適切な大きさのピッチ角を有してよい。ピッチ角は、各々の溝が、研磨ベルトの運動方向に沿った軸に関して有する角度の大きさである。溝のピッチは、約０．２インチから約２．０インチの間であってよい。一実施形態では、第１の組の溝１５０ａは、ローラの第１の外縁部に向かって外向きに角度の付いた第１のピッチ角を有し、第２の組の溝１５０ｂは、ローラの第２の外縁部に向かって外向きに角度の付いた第２のピッチ角を有しており、第２のピッチ角は、第１のピッチ角とは逆方向である。
【００２５】
溝１５０ａ，１５０ｂは、任意の適切な方法で表面１５７に設けられてよい。溝は、溝１５０を通して水の除去が可能である任意の適切な形状を有してよい。一実施形態では、溝１５０は、「Ｖ」または「Ｕ」の形状を有してよい。一実施形態では、溝１５０ａ，１５０ｂは、ローラ１６０の外面１５７に機械加工される。ローラ１６０の外面は、研磨ベルトをグリップして回転させることが可能であり、溝を有すると共にそれらの溝を保持できるように操作されることが可能な任意の種類の材料であってよい。一実施形態では、ローラ１６０の表面は、ポリマー材料（例えば、ポリウレタン）であってよい。別の実施形態では、ローラ１６０の表面は、ゴム化合物であってよい。
【００２６】
溝１５０は、ローラ１６０と研磨ベルト１５６との間の接触面から水を排出することができる限りは、任意の適切な深さを有してよい。一実施形態では、溝の深さは、約０．０５インチから約０．５インチの間であり、約０．１２５インチであることが好ましい。さらに、溝１５０は、ローラ材料が、研磨パッドを効果的に回転させるのに十分なだけ研磨パッドに接触できる限り、任意の適切な幅を有してよい。一実施形態では、溝１５０の幅は、約０．０５インチから約０．５インチの間でよく、約０．１２５インチであることが好ましい。
【００２７】
本発明のローラ１６０の溝は、ローラの中央から外向きにらせんを形成しているため、ローラ１６０が回転すると、研磨ベルト１５６に接触しないローラ１６０の溝部分は、矢印１６２で示すように、ウエハ研磨中に研磨パッドの幅に沿って移動する。したがって、らせん状ではない平行な溝を備え、それら平行な溝が、独立しており、ローラの周囲に別個の平行な輪を形成する従来のローラと異なり、本発明は、研磨ベルトの一部がローラ１５６の溝部分の上に存在する時間を平均化することにより、研磨ベルト１５６の張力を一様にすることができる。研磨パッドの張力を平均化することにより、より一貫した一様なウエハ研磨プロフィルが実現される。その結果、より一貫したウエハ生産を行うことが可能となり、ウエハの歩留まりが向上する。
【００２８】
図３Ａは、本発明の一実施形態に従って、最適化された溝パターンをローラ１６０上に有するローラ溝パターン２００を示す。ローラ溝パターン２００は、図２Ａに示したローラ１６０ａ，１６０ｂの一方または両方で用いられてよい。図３に示すローラ溝パターン２００の図は、斜視したものであり、円周の溝パターンの一部をローラ１６０の外面から切り取り、平坦なシートとして示している。本実施形態では、ローラ溝パターンは、図２Ｂを参照して説明したように、第１の組のらせん溝１５０ａと、第２の組のらせん溝１５０ｂとを有する。本実施形態は、さらに、複数の外向き通路２０２を備えている。一実施形態では、複数の外向き通路２０２は、第１の組の外向き通路２０２ａと、第２の組の外向き通路２０２ｂとを含む。第１および第２の組の外向き通路２０２ａおよび２０２ｂは、円筒形のローラの外面上に設けられ、ほとんどのらせん溝２０６の中心からほぼ横方向に伸びている。一実施形態では、第１および第２の組の外向き通路２０２は、基準線２１０と角度θ208をなすようにローラ１６０の中央部から伸びている。角度θ208は、研磨ベルト１５６とローラ１６０との間の接触面から最適に流体を除去できるものであれば、任意の適切な角度であってよいことを理解されたい。一実施形態では、角度θ208は、基準線２１０に関して計測して、約０°から約８０°の間でよく、約３０°であることが好ましい。
【００２９】
ローラ１６０は、方向２１２に回転してよく、それにより、矢印２１４および２１６によってそれぞれ示すように、第１および第２の外向き通路２０２ａおよび２０２ｂを通してローラ１６０から流体を除去することができる。図３Ｂには、ローラ溝パターン２００を有するローラ１６０の部分２６０が詳細に示されている。したがって、図３に示す実施形態では、ＣＭＰ動作で用いうる流体を研磨パッドとローラ１６０との接触面から除去することにより、ＣＭＰ動作を最適化できる。流体の除去は、らせん溝および外向き通路の両方を有することによって実現されてよい。
【００３０】
両方のタイプの溝を有することは、例えば、銅またはタングステンの研磨動作で大きな研磨圧力を用いる可能性がある場合に、極めて最適である。ウエハに掛かる研磨圧力が増大すると、研磨ベルトを回転させにくくなる。研磨ベルトを回転させにくくなると、ローラは、より強く研磨ベルトをグリップする必要がある。ウエハと研磨ベルトとの間の摩擦が、ベルトとローラとの間の摩擦を超えると、研磨ベルトとローラとの間で滑りが生じやすくなる。したがって、ローラ表面に外向きの溝とらせん溝とを備えることにより、研磨パッドとローラとの間の接触面から、最適な量の流体が排出され、その結果、研磨ベルトに対するローラのグリップが最適化されて、滑りが生じる可能性が大幅に低減される。
【００３１】
図３Ｂは、本発明の一実施形態に従って、図３に示した部分２６０を示す立体図である。部分２６０は、第１の組のらせん溝１５０ａと、第１の組の外向き通路２０２ａとを備える。部分２６０は、さらに、第１の組のらせん溝１５０ａと、第１の組の外向き通路２０２ａとの拡大図を表す部分２８０を含む。部分２６０は、さらに、ＣＭＰ動作中の流体除去の方向２１６を示す。外向き通路２０２ａ，２０２ｂ（図３Ａ）は、ローラ１６０の外面から最適に流体が流れ出る限りは、任意の適切な深さを有してよい。一実施形態では、外向き通路２０２ａ，２０２ｂの深さｄ262は、約０．０５インチから約０．５インチの間であり、約０．１２５インチであることが好ましい。
【００３２】
第１の組のらせん溝１５０ａおよび第２の組のらせん溝１５０ｂ（図３Ａ）の深さは、ローラ１６０の外面から最適に流体が流れ出る限りは、任意の適切な深さであってよい。一実施形態では、第１および第２の組のらせん溝１５０ａ，１５０ｂの深さｄ264は、約０．０５インチから約０．５インチの間でよく、約０．１２５インチであることが好ましい。
【００３３】
図３は、第１の組のらせん溝１５０ａと、第１の組の外向き通路２０２ａとの拡大図を表す部分２８０を示したものである。第１の組のらせん溝１５０ａおよび第２の組のらせん溝１５０ｂ（図３Ａ）は、最適な流体除去と研磨ベルトのグリップとを実現できる限りは、任意の適切な幅を有してよい。一実施形態では、第１の組のらせん溝１５０ａおよび第２の組のらせん溝１５０ｂの幅ｗ282は、約０．０５インチから約０．５インチの間でよく、約０．１２５インチであることが好ましい。
【００３４】
第１の組の外向き通路２０２ａおよび第２の組の外向き通路２０２ｂ（図３Ａ）は、最適な流体除去と研磨ベルトのグリップとを実現できる限りは、任意の適切な幅を有してよい。一実施形態では、外向き通路２０２ａ，２０２ｂの幅ｗ284は、約０．０５インチから約０．５０インチの間であり、約０．１２５インチであることが好ましい。
【００３５】
溝１５０および外向き通路２０２は、ローラ１６０と研磨パッド１５６との間の接触面から流体を除去できると共に、研磨パッド１５６にわたって張力を一様にすることができるものであれば、任意の適切な構成と配置とを有してよい。一実施形態では、第１の組の外向き通路２０２ａおよび第１の組のらせん溝１５０ａは、ローラ１６０の表面の第１の部分に設けられ、第２の組の外向き通路２０２ｂおよび第２の組のらせん溝１５０ｂは、ローラ１６０の表面の第２の部分に設けられる。第１の組の外向き通路２０２ａおよび第１の組のらせん溝１５０ａは、互いに交わってよく、第２の組の外向き通路２０２ｂおよび第２の組のらせん溝１５０ｂは、互いに交わってよい。したがって、外向き通路２０２と溝１５０とを有することにより、ローラ１６０の溝１５０に沿って流体を除去するだけでなく、ローラ１６０の縁部を通して外向き通路２０２から最適に流体を除去できる。
【００３６】
図３Ｄは、本発明の一実施形態に従って、ローラ溝パターン２００を有するローラ１６０’を示す詳細な立体図である。本実施形態では、ローラ１６０’は、第１の組のらせん溝１５０ａおよび第２の組のらせん溝１５０ｂと、第１の組の外向き通路２０２ａおよび第２の組の外向き通路２０２ｂとを備える。本実施形態では、ローラ溝１６０’は、図２Ａに示したＣＭＰ装置１１４の備えるローラ１６０ａ，１６０ｂの一方または両方として用いられてよい。ローラ１６０’を用いることにより、流体を排出すると共に、ウエハに大きな圧力が加わった場合でも研磨パッドに対するグリップを維持することができる。
【００３７】
図４は、本発明の一実施形態に従って、外向き通路を備えた溝付きローラを形成するための方法を示すフローチャート３００である。その方法は、ローラを準備する動作から始まる。ローラは、リニアＣＭＰ装置において研磨ベルトを回転させるために用いることのできる任意の適切なローラであってよい。一実施形態では、ローラは、２００ｍｍウエハ用のリニアＣＭＰ装置において動作するよう構成されている。別の実施形態では、ローラは、３００ｍｍウエハ用のリニアＣＭＰ装置において動作するよう構成されている。ローラは、ポリウレタン、ゴムなど、耐久性が高く、研磨ベルトをグリップできるものであれば、任意の適切な材料から形成されてよい。
【００３８】
動作３０２の後、その方法は、第１の組および第２の組の溝を、ローラの外面に形成する動作３０４に進む。この動作では、図２Ａないし３Ｃを参照して説明したように第１および第２の組のらせん溝１５０ａ，１５０ｂとして構成された溝が、ローラ上に形成される。それらの溝は、機械加工、成型加工など、任意の適切な方法でローラ上に形成されてよい。
【００３９】
次に、その方法は、第１の組および第２の組の外向き通路を、ローラの外面に形成する動作３０６に進む。この動作では、図３Ａないし３Ｃを参照して説明したように第１の組の外向き通路２０２ａおよび第２の組の外向き通路２０２ｂとして構成された外向き通路が、ローラ上に形成される。それらの外向き通路は、機械加工、成型加工など、任意の適切な方法でローラ上に形成されてよいことを理解されたい。
【００４０】
要約すると、ローラ上にらせん溝と外向き通路とを有効に配置して上手く利用することにより、研磨パッドに対する最適なローラのグリップを実現すると共に、研磨ベルトにわたって張力を一様にすることが可能になり、ＣＭＰ動作の一貫性を大幅に向上させることができる。
【００４１】
本発明は、いくつかの好ましい実施形態に沿って説明されているが、当業者が、上述の明細事項と図面から、様々な変更、追加、置き換え、および等価物を実現することは明らかである。したがって、本発明は、本発明の真の趣旨および範囲内での変更、追加、置き換え、および等価物の全てを含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】ＣＭＰシステムで一般的に用いられるリニア研磨装置を示す図。
【図１Ｂ】リニア研磨装置を示す側面図。
【図１Ｃ】リニア研磨装置のローラを示す俯瞰図。
【図１Ｄ】非一様な研磨プロフィルが、そのまま、研磨ベルトにおける非一様な研磨圧力となる様子を示す図。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に従って、ＣＭＰシステムを示す側面図。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に従って、複数のらせん溝を備えたローラを示す図。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に従って、最適化された溝パターンをローラ上に有するローラ溝パターンを示す図。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に従って、図３に示した部分を示す立体図。
【図３Ｃ】第１の組のらせん溝と、第１の組の外向き通路との拡大図を表す部分を示す図。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態に従って、ローラ溝パターンを有するローラを示す詳細な立体図。
【図４】本発明の一実施形態に従って、外向き通路を備えた溝付きローラの製造方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４３】
１０…リニア研磨装置
１２…研磨ベルト
１４…継ぎ目
１６…半導体ウエハ
１８…ウエハキャリア
２０…ローラ
２２…直線運動
２４…空気ベアリングプラテン
３０…溝
１０１…ウエハ
１１４…ＣＭＰシステム
１５０…らせん溝
１５０ａ…第１の組のらせん溝
１５１…第１の溝始点
１５２…研磨圧力
１５３…研磨ベルト回転方向
１５５…研磨ヘッド
１５６…研磨ベルト
１５７…外面
１５８…研磨パッドスタビライザ
１５９ａ…縁部領域
１６０…ローラ
１６０ａ…ローラ
１６０ｂ…ローラ
１６０’…ローラ
２００…ローラ溝パターン
２０２…外向き通路
２０２ａ…第１の組の外向き通路
２０６…らせん溝
２１０…基準線
２１４…流体除去方向
２１６…流体除去方向
２６０…ローラの部分
２８０…ローラの部分
θ208…外向き通路の角度
ｄ262…外向き通路の深さ
ｄ264…らせん溝の深さ
ｗ282…らせん溝の幅
ｗ284…外向き通路の幅
【図１Ａ】
2005514215.tif 000003
【図１Ｂ】
2005514215.tif 000004
【図１Ｃ】
2005514215.tif 000005
【図１Ｄ】
2005514215.tif 000006
【図２Ａ】
2005514215.tif 000007
【図２Ｂ】
2005514215.tif 000008
【図３Ａ】
2005514215.tif 000009
【図３Ｂ】
2005514215.tif 000010
【図３Ｃ】
2005514215.tif 000011
【図３Ｄ】
2005514215.tif 000012
【図４】
2005514215.tif 000013
【国際調査報告】
2005514215.tif 000014
2005514215.tif 000015