(57)【要約】  コンディショニング工具（１４）の研磨表面を電気的に絶縁する電気絶縁体を有するコンディショニング工具（１４）によるウェハ平坦化方法。電気絶縁体は電気化学的に生じる腐食のレベルを低下させることによりコンディショニング工具（１４）の研磨表面の耐用寿命を延ばす。
2007528299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と第２の電極とを有する電源と、
前記第１の電極に接続された研磨パッドキャリアと、
前記第２の電極に接続されたワークピースキャリアと、
前記研磨パッドを調整するように適合された研磨表面を備えるコンディショニング工具と、
前記研磨表面を前記第１の電極および前記第２の電極のうちの少なくとも１つから絶縁するように構成された電気絶縁体と、
を備えるウェハ平坦化システム。
【請求項２】
前記コンディショニング工具が前記電気絶縁体を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ウェハ平坦化システムが電気化学平坦化システムであり、前記第１の電極がカソードであるとともに、前記第２の電極がアノードである請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記コンディショニング工具が、前記研磨表面と、前記研磨表面に近接した基板とを備える電気的絶縁コンディショニングディスクをさらに備える請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記コンディショニングディスクが前記基板に固定されたキャリアをさらに備える請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記キャリアが電気絶縁体である請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記キャリアがポリカーボネートで形成されている請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記基板が導電性である請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
前記基板がニッケルを含む請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記研磨表面が金属マトリックスで前記基板に固定された複数の研磨粒子を備える請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記研磨粒子がダイヤモンドを含む請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記金属マトリックスがニッケルを含む請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
コンディショニング工具の研磨表面を電気的に絶縁するステップと、
前記研磨表面を研磨パッドと接触させるステップと、
前記研磨表面を前記研磨パッドに対して移動させるステップと、
を含む、電気化学機械的研磨パッドの調整方法。
【請求項１４】
前記コンディショニング工具が、前記研磨表面に近接する基板と、前記基板に固定されたキャリアとを備える電気的に絶縁されたコンディショニングディスクをさらに備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記キャリアが電気絶縁体である請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記キャリアがポリカーボネートで形成されている請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
移動研磨パッドを提供するステップと、
ワークピースの第１の側を前記研磨パッドと接触させるステップと、
前記ワークピースの前記第１の側に電流を流すステップと、
前記電流から電気的に絶縁されたコンディショニング工具の研磨表面を提供するステップと、
前記研磨表面を前記研磨パッドと接触させるステップと、
を含む、ワークピースの第１の側の平坦化方法。
【請求項１８】
前記コンディショニング工具が、前記研磨表面に近接する基板と、前記基板に固定されたキャリアとを備える電気的に絶縁されたコンディショニングディスクを備える請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記キャリアが電気絶縁体である請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記キャリアがポリカーボネートで形成されている請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に研磨プロセス、特に半導体デバイスの製造で用いられる平坦化プロセスに関する。特に本発明は電気的絶縁パッドコンディショナを有する平坦化プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
製造中に半導体作製で用いられる半導体ウェハは通例、蒸着、パターニングおよびエッチング工程を始めとする多数の処理工程にかけられる。半導体ウェハのこれらの製造工程の詳細は、トンショフ（Ｔｏｎｓｈｏｆｆ）ら「シリコンの砥粒加工（Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）」、国際生産加工学研究会議報（Ａｎｎａｌｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ）（第３９巻１９９０年２月）ｐ．６２１〜６３５により報告されている。各製造工程において、ウェハの露出面を修正または改良してウェハを後続の作製または製造工程用に準備することが必要または望ましいことが多い。
【０００３】
ウェハの露出面を修正または改良する１つの方法は、ウェハ表面を液体中に分散させた複数の遊離研磨粒子を含有するスラリーで処理することを含む。通例このスラリーを研磨パッドに塗布して、その後ウェハ表面をパッドに対して移動させることによりウェハ表面から材料を除去または取り除く。スラリーはウェハ表面と化学反応する薬剤も含有し得る。このタイプのプロセスは一般に化学機械平坦化または研磨（ＣＭＰ）プロセスと称される。
【０００４】
ＣＭＰの種類、電気化学機械平坦化または研磨（ＥＣＭＰ）は電解液およびワークピースの表面へ電流を追加する。例えば化学機械平坦化方法と電気化学平坦化方法とを組み合わせることによりウェハの表面を平坦化する方法を記載している米国特許第５，９１１，６１９号明細書（ウゾ（Ｕｚｏｈ）ら）を参照されたい。
【０００５】
電気化学機械蒸着（ＥＣＭＤ）方法および装置も当該技術で記載されている。例えばウェハ上の導電性材料を同時に蒸着および研磨する方法を記載している米国特許第６，１７６，９９２号明細書（タリー（Ｔａｌｉｅｈ））を参照されたい。例えば処理工程の終点を検出するなどの他の目的のためにウェハ平坦化プロセスで電流を用いることもできる。
【０００６】
ＣＭＰ、ＥＣＭＰ、ＥＣＭＤおよび他のウェハ平坦化および研磨プロセスの１つの問題は、所望のウェハ表面構造を達成するためにプロセスを注意深く監視しなければならないことである。研磨パッドの使用履歴は例えば研磨結果に影響を及ぼし得る。研磨パッド表面は適正な形状に維持されるように調整される。
【０００７】
研磨パッドは一般にパッドコンディショナと称される研磨物品で調整される。繰り返し調整工程の後、パッドコンディショナは研磨パッドを良好な速度および均一性で調整することができなくなる場合がある。パッドコンディショナを頻繁に使用する高腐食環境はコンディショナが消耗する速度を促進させる恐れがある。
【０００８】
ウェハ処理システムにおける消耗パッドコンディショナの交換は生産性に悪影響を与えるとともにウェハ処理条件に望ましくない変化を生じさせる恐れがある。従ってパッドコンディショナの耐用寿命を延ばすことができればウェハ平坦化プロセスの効率を向上させることができる。同様の検討を他のスラリーおよび固定砥粒研磨プロセスに適用する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
他の腐食要素に加えてパッドコンディショナを流れる電流は電気化学的に生じる腐食を引き起こす恐れがある。例えばＥＣＭＰまたはＥＣＭＤプロセスにおいて電流を意図的にウェハプロセスに導入し得る。電流の導入が例えば迷走電流経路を備えるＣＭＰプロセスにおけるように非意図的である場合もある。
【００１０】
本発明は電気的に絶縁された研磨表面を提供する。特に本発明はコンディショニング工具の研磨表面を電気的に絶縁する電気絶縁体を備えたコンディショニング工具によるウェハ平坦化方法を提供する。電気絶縁体は電気化学的に生じる腐食のレベルを低下させることによりコンディショニング工具の研磨表面の耐用寿命を延ばす。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一態様において本発明は、第１の電極と第２の電極とを備えた電源を有するウェハ平坦化システムを提供する。ウェハ平坦化システムは第１の電極に接続された研磨パッドキャリアと、第２の電極に接続されたワークピースキャリアと、を有する。研磨表面を有するコンディショニング工具は研磨パッドを調整する。コンディショニング工具の研磨表面は電気絶縁体で電極のうちの少なくとも１つから電気的に絶縁されている。ある実施形態ではコンディショニング工具は電気絶縁体を有する。
【００１２】
他の態様においてウェハ平坦化システムは電気化学平坦化システムである。電気化学平坦化システムはカソードに接続された研磨パッドキャリアと、アノードに接続された加工品キャリアと、を有する。研磨表面を有するコンディショニング工具は研磨パッドを調整する。コンディショニング工具の研磨表面は電気絶縁体で電極のうちの少なくとも１つから電気的に絶縁されている。
【００１３】
他の態様においてコンディショニング工具は、研磨表面と基板とを有する電気的絶縁コンディショニングディスクを有する。コンディショニングディスクは基板に固定されたキャリアを有し得る。キャリアは電気絶縁体であり得る。
【００１４】
電気化学機械的研磨パッドの調整方法も提供する。この方法はコンディショニング工具の研磨表面を電気的に絶縁するステップを含む。研磨表面を研磨パッドと接触させて配置するとともに研磨パッドに対して移動させる。
【００１５】
本発明の他の態様において、ウェハの第１の側平坦化方法を提供する。この方法は移動研磨パッドを設けるステップを含む。ウェハの第１の側を研磨パッドと接触させて配置する。その後ウェハの第１の側に電流を流す。電流から電気的に絶縁されたコンディショニング工具の研磨表面を研磨パッドと接触させて配置する。
【００１６】
上記の概要は本発明の各開示実施形態またはすべての実施を説明しようとするものではない。図および以下の詳細な説明がこれらの例示的実施形態をより具体的に例示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は電気的に絶縁された研磨表面を提供する。特に本発明はコンディショニング工具の研磨表面を電気的に絶縁する電気絶縁体を備えたコンディショニング工具によるウェハ平坦化方法を提供する。電気絶縁体は電気化学的に生じる腐食のレベルを低下させることによりコンディショニング工具の研磨表面の耐用寿命を延ばす。
【００１８】
用語「電気的に絶縁された」は、本出願で用いるように本質的に基準電源から識別品目への電流がないことを意味する相対語である。例えば基準電源との電気的接続がなければ研磨表面は「電気的に絶縁されている」。例えばワイヤ、導電性流体、金属板または固定具、導電性研磨粒子、導電性金属マトリックス、およびそれらの組み合わせを始めとする任意の手段により電気的接続を形成することができる。また電源の１つの電極にしか接続されておらず本質的に研磨表面と研磨表面に接続された任意の他の電源との間に電位差がない（すなわち約１００ｍＶ未満）場合に、研磨表面は電源から「電気的に絶縁されている」と考えられる。換言すれば本質的に基準電源からの電流が研磨表面に流れることができない場合には研磨表面は「電気的に絶縁されている」。
【００１９】
図１は電気的絶縁コンディショニング工具１４を備えた例示的な電気化学機械的平坦化システム１０の概略図を示す。図１に示すように研磨パッド２４に対してウェハキャリア１２を移動させて、ウェハキャリア１２に保持されたウェハの表面を修正する。研磨パッド２４は研磨パッドキャリア２６に固定されている。第１の電極２０と第２の電極２２とを有する電源１８を用いてワークピースを通る電流を生成し、この電流は電流計１９により概略的に示される。第１の電極が通例研磨パッドキャリア２６に接続されているとともに、導電性流体を用いて研磨パッド２４の表面およびワークピースへ電流を流す。
【００２０】
研磨パッド２４はコンディショニング工具１４により調整される。コンディショニング工具１４は研磨パッド２４と接するコンディショニングディスク３４を含む。電流計２１は研磨パッド２４と接する任意の導電性流体を始めとする研磨パッド２４の表面とコンディショニング工具１４との間に本質的に電流が流れていないことを概略的に示す。換言すればコンディショニング工具１４はワークピース中を流れる任意の電流から電気的に絶縁されている。
【００２１】
電気化学機械的平坦化方法において、例えば第１の電極２０はカソードになり（すなわち電源の負極に接続される）、第２の電極２２はアノードになる（すなわち電源の正極に接続される）。他の構成において極性は反対または逆であってもよい。めっき工程では例えば第１の電極２０はアノードになり、第２の電極２２はカソードになる。
【００２２】
図２は例示的コンディショニングディスクアセンブリの断面側面図を示す。コンディショニングディスクアセンブリはコンディショニングディスクホルダ３２内に装着されたコンディショニングディスク３４を含む。コンディショニングディスクホルダ３２は装着用チャック３０を備えたコンディショニング工具１４に取り付けられている。コンディショニングディスク３４は基板３６上に研磨表面１６を含む。
【００２３】
研磨表面１６は研磨パッドを調整するのに適した折り目模様付き表面である。研磨表面は例えば本明細書に引用して援用する米国特許第６，１２３，６１２号明細書（ゴアーズ（Ｇｏｅｒｓ））に記載された、研磨粒子とマトリックス材料とを含むことができる。例えば電気めっき、焼結およびろう付けを始めとする当該技術で既知の他の技術を用いて研磨粒子を裏地に付着させて研磨表面を作製することができる。
【００２４】
研磨粒子のサイズおよび形状は意図する用途に基づいて選択される。適当な研磨粒子には例えば溶融酸化アルミニウム、セラミック酸化アルミニウム、熱処理酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、アルミナジルコニア、酸化鉄、ダイヤモンド（天然および合成）、セリア、立方晶窒化ホウ素、ガーネット、カーボランダム、亜酸化ホウ素、およびそれらの組み合わせがある。ある好適な実施形態において研磨粒子は少なくとも約８のモース硬度を有する。他の実施形態においてモース硬度は少なくとも約９である。さらに他の実施形態においてモース硬度は少なくとも約１０である。
【００２５】
本発明で有用な研磨粒子は少なくとも約３マイクロメートルの平均粒度を有する。ある実施形態において研磨粒子は少なくとも約２０マイクロメートルの平均粒度を有する。他の実施形態において研磨粒子は少なくとも約４０マイクロメートルの平均粒度を有する。さらに他の実施形態において研磨粒子は少なくとも約８０マイクロメートルの平均粒度を有する。本発明で有用な研磨粒子は約１０００マイクロメートル未満の平均粒度を有する。ある実施形態において研磨粒子は約６００マイクロメートル未満の平均粒度を有する。他の実施形態において研磨粒子は約３００マイクロメートル未満の平均粒度を有する。
【００２６】
ある実施形態において研磨粒子は互いに接着して単位微粒子を形成する複数の個々の研磨粒子を備える砥粒集塊の形状であり得る。砥粒集塊を不規則な形状に形成してもよく、または所定の形状を有してもよい。研磨粒子は例えば結合剤もしくは金属またはセラミックコーティングなどの表面処理をさらに含み得る。
【００２７】
研磨粒子を固定するために砥粒層で用いられるマトリックス材料は例えばスズ、青銅、銀、鉄などの金属および合金またはそれらの組み合わせを含み得る。マトリックス材料は例えばステンレス鋼、チタニウム、チタニウム合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、クロム、およびクロム合金を始めとする他の金属および合金も含み得る。基板３６を例えばステンレス鋼箔、ニッケル、またはイリノイ州シカゴのマックマスタカー・サプライ社（ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒ  Ｓｕｐｐｌｙ  Ｃｏ．（Ｃｈｉｃａｇｏ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ））から商品名「インコネル（ＩＮＣＯＮＥＬ）」で入手可能なニッケルクロム鉄合金などの任意の好適な材料で作製することができる。
【００２８】
研磨表面１６はそれぞれ第１および第２の電極２０および２２のうちの少なくとも１つから電気的に絶縁されている。ある好適な実施形態において、研磨表面は第１および第２の電極２０および２２の各々から電気的に絶縁されている。研磨表面は例えば研磨表面を電気的絶縁された基板３６、電気的された絶縁キャリア４０または電気的された絶縁コンディショニング工具１４に固定することにより電気的に絶縁することができる。
【００２９】
例えばプラスチック、ゴム、木、紙、コルク、ガラス、セラミック等を始めとする様々な材料および材料の組み合わせを用いて、物体を電気的に絶縁することができる。例えば研磨表面を非導電性プラスチック基板に固定することで研磨表面を電気的に絶縁することができる。
【００３０】
ある実施形態において研磨表面はそれぞれ第１および第２の電極２０および２２のうちの少なくとも１つから電気的に絶縁されているコンディショニングディスク３４によって電気的に絶縁されている。ある実施形態においてコンディショニングディスクは第１および第２の電極２０および２２の各々から電気的に絶縁されている。コンディショニングディスクを、電気的に絶縁されたコンディショニングディスクホルダ３２、電気的に絶縁された装着用チャック３０、または電気的絶縁コンディショニング工具１４によって電気的に絶縁することができる。装着用チャック３０は例えば非導電性プラスチックで作製することができる。
【００３１】
さらに他の実施形態において研磨基板をそれぞれ第１および第２の電極２０および２２のうちの少なくとも１つから電気的に絶縁されたコンディショニング工具１４により電気的に絶縁することができる。ある実施形態においてコンディショニング工具は第１および第２の電極２０および２２の各々から電気的に絶縁されている。例えば電気的絶縁材料または材料の組み合わせを用いてコンディショニング工具をその支持体に固定することにより、コンディショニング工具を第１および第２の電極のいずれかから電気的に絶縁することができる。例えばコンディショニング工具を非導電性ゴムまたはプラスチック支持体で装着することができる。
【００３２】
図３はキャリア４０を有する例示的コンディショニングディスク３８の断面側面図である。図３に示すようにコンディショニングディスク３８はキャリア４０に固定された基板３６に固定された研磨表面１６を含む。ある実施形態においてキャリアは例えばプラスチックまたはゴムなどの電気的絶縁材料である。ある好適な実施形態においてキャリアはポリカーボネートで作製されている。キャリアを例えばセラミクス、エポキシ、ポリスルホン、フェノール類、ポリアクリレート類、ポリメタクリレート類、ポリオレフィン類、スチレンおよびそれらの組み合わせなどの充填および非充填プラスチック類を始めとする他の材料で作製することもできる。他の実施形態においてキャリアは例えばステンレス鋼などの金属である。
【００３３】
本発明の利点と他の実施形態とを以下の例によりさらに説明するが、それらの例で挙げるその特定な材料および量、ならびに他の条件および詳細は、本発明を必要以上に限定するものとして解釈されるべきではない。例えば砥粒層は基板と一体でもよく、または基板に固定してもよい。特に示さない限り、部分およびパーセントはすべて重量単位である。
【００３４】
比較例１
名称Ａ１６０および部品番号６０−９８００−３４２９−６で、ミネソタ州セントポールのスリーエム（３Ｍ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））から入手したダイヤモンドパッドコンディショナを用いて、パッドコンディショナの砥粒層を電気的に絶縁せずにＣＭＰ装置上の研磨パッドを調整した。使用時間後パッドコンディショナは腐食を示した。
【００３５】
比較例２
名称Ａ１６０および部品番号６０−９８００−３４２９−６で、ミネソタ州セントポールのスリーエム（３Ｍ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））から入手したダイヤモンドパッドコンディショナを加熱して、砥粒用素をステンレス鋼のベースプレートに接着している接着剤を軟化させた。スパテラを用いてダイヤモンド砥粒要素を除去し、その後約３．８ｃｍ×１０ｃｍに切り取った。その砥粒片を０．７５モルリン酸、３．７５％過酸化水素水、および十分な水酸化ナトリウムを含有するふたなしビーカ中に浸漬して、ｐＨを２．０まで上げた。砥粒片を定電流電源の正出力端子に接続した。第２のニッケル電極もビーカに配置して１．０アンペア電流を得られた電池に通した。テストを約１６時間行うと蒸発により、電流にさらされた砥粒片の面積が減少するとともに電解液の濃度および電流密度の両方を増加した。電流密度が最低であるプレートの上部は緑色であり、ダイヤモンド周辺で若干の金属マトリックスの損失を示した。最高電流密度の領域にあるプレートの底部付近は金属マトリックスおよびダイヤモンドはなくなり、それらを支持する基板は溶解し始めていた。当初の緑色腐食生成物は比較例１で示した腐食と類似していた。
【００３６】
実施例１
本発明のパッドコンディショナを用意して、電流を印加しなかった以外は比較例２と同様にテストした。テストを約１６時間行った後、腐食は出現しなかった。
【００３７】
上記の説明および実施例に記載した本発明の多数の特徴と利点においても本発明の構造および機能の詳細と共に、この開示は例示に過ぎないことは理解されよう。細部に対して、特に電気的絶縁パッドコンディショナの形状、サイズおよび配置ならびに本発明の原理内での使用方法の点で、添付の特許請求の範囲が表現された用語の意味およびそれらの構造および方法の同等物により示される最大限度まで変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】電気的絶縁コンディショナを備えた例示的な電気化学機械的平坦化システムの概略図である。
【図２】例示的コンディショニングディスクアセンブリの断面側面図である。
【図３】キャリアを有する例示的コンディショニングディスクの断面側面図である。
【図１】
2007528299.tif 000003
【図２】
2007528299.tif 000004
【図３】
2007528299.tif 000005
【国際調査報告】
2007528299.tif 000006
2007528299.tif 000007