(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドを支持するための上表面および前記上表面内にアパーチャを有するプラテンと、
前記プラテンの前記上表面内の前記アパーチャの内部に設置された光発生素子または光案内素子と、
前記研磨パッドの研磨表面からの液体の漏れから前記光発生素子または光案内素子を保護するために、前記光発生素子または光案内素子上の前記アパーチャ内に設置された光透過性膜であって、前記プラテンの側面に接触せずに前記アパーチャ内に収まり、及び、前記光発生素子または光案内素子に取り付けられる、光透過性膜と
を備えた、研磨システム。
【請求項２】
前記プラテン上に支持された前記研磨パッドをさらに備え、前記研磨パッドが前記研磨表面および底部表面を有し、前記研磨パッド内に形成された第２のアパーチャが、前記研磨表面から前記底部表面まで前記研磨パッドを貫通して延び、前記第２のアパーチャが、前記プラテンの前記上表面内の前記アパーチャと位置合わせされている、請求項１に記載の研磨システム。
【請求項３】
前記光透過性膜が、前記第２のアパーチャよりも小さい、請求項２に記載の研磨システム。
【請求項４】
前記光透過性膜が、前記アパーチャの全体を覆わない、請求項１に記載の研磨システム。
【請求項５】
前記光透過性膜の中心が、前記光発生素子または光案内素子に支持される、請求項１に記載の研磨システム。
【請求項６】
前記光発生素子または光案内素子が、白熱光素子、発光ダイオード、または光ファイバを備える、請求項１に記載の研磨システム。
【請求項７】
前記光ファイバが二分岐光ファイバを備え、前記光透過性膜が前記光ファイバの幹線部に固定される、請求項６に記載の研磨システム。
【請求項８】
第１のアパーチャを有するプラテンと、
前記プラテン上に支持され、研磨表面および底部表面を有する研磨パッドであって、研磨パッド内に形成された第２のアパーチャが、前記研磨表面から前記底部表面まで研磨パッドを貫通して延びる、研磨パッドと、
前記第１のアパーチャの内部に設置された光発生素子または光案内素子と、
前記研磨表面からの液体の漏れから前記光発生素子または光案内素子を保護するために、前記光発生素子または光案内素子上に設置された光透過性膜であって、前記プラテンあるいは前記研磨パッドの側面と接触せずに前記第１のアパーチャまたは前記第２のアパーチャ内にそれぞれ収まり、及び、前記光発生素子または光案内素子に取り付けられる、光透過性膜と
を備えた、研磨システム。
【請求項９】
前記膜が、前記プラテンの前記側面と接触して前記第１のアパーチャ内に収まる、請求項８に記載の研磨システム。
【請求項１０】
前記膜が、前記研磨パッドの前記側面と接触せずに前記第２のアパーチャ内に収まる、請求項８に記載の研磨システム。
【請求項１１】
前記光透過性膜の中心が、前記光発生素子または光案内素子に支持される、請求項８に記載の研磨システム。
【請求項１２】
前記光発生素子または光案内素子が、白熱光素子、発光ダイオード、または光ファイバを備える、請求項８に記載の研磨システム。
【請求項１３】
前記光ファイバが、二分岐光ファイバを備え、前記光透過性膜が、前記光ファイバの幹線部に固定される、請求項１２に記載の研磨システム。
【請求項１４】
前記光透過性膜が、前記光透過性膜の中心のみにおいて支持される、請求項５に記載の研磨システム。
【請求項１５】
前記光透過性膜が、前記光透過性膜の中心のみにおいて支持される、請求項１１に記載の研磨システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本情報開示は、一般に、窓を具備する研磨パッド、かかる研磨パッドを含有するシステム、およびかかる研磨パッドを作成し使用するためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の半導体集積回路（ＩＣ）を製造するプロセスは、前に形成した層および構造の上方に様々な材料層および構造を形成することをしばしば必要とする。しかしながら、下にあるフィーチャが、インプロセス基板の上表面トポグラフィを、バンプ、不均一な高さの領域、くぼみ、トレンチ、および／または他の表面凹凸のある、非常に凹凸な状態にする場合がある。これらの凹凸は、フォトリソグラフィプロセスにおいて問題を引き起こす可能性がある。したがって、何らかのタイプの基板の平坦化を実行することが望ましい場合がある。
【０００３】
半導体基板平坦化またはトポグラフィ除去を実現するための一方法が、化学機械研磨（ＣＭＰ）である。従来の化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスは、磨き剤スラリなどのスラリの存在下で回転している研磨パッドに対して基板を押し付けることを必要とする。
【０００４】
一般的に、研磨を停止するかどうかを判定するために、所望の表面平坦性または層厚さにいつ達したか、および／または下にある層がいつ露出したかを検出することが、望ましい。ＣＭＰプロセス中に終点をその場検出するために、いくつかの技術が開発されてきている。例えば、層の研磨中に基板上の層の均一性をその場測定するための光学モニタリングシステムが、採用されてきている。光学モニタリングシステムは、研磨中に基板の方に光ビームを向ける光源と、基板から反射した光を測定する検出器と、検出器からの信号を解析し終点を検出したかどうかを計算するコンピュータとを含むことができる。あるＣＭＰシステムでは、光源および／または検出器をスラリから保護するために、研磨パッド内の窓を通して基板の方に光ビームを向ける。
【発明の概要】
【０００５】
一般に、一態様では、研磨システムは、研磨パッドと、プラテンと、光源とを含む。研磨パッドが、研磨表面と底部表面とを有し、研磨表面から底部表面まで研磨パッドを貫通して延びる第１のアパーチャが、研磨パッド内に形成される。プラテンが上表面を有し、プラテンの上表面が研磨パッドの底部表面の下方に設置される。光源が、プラテンの上表面内に形成された第２のアパーチャの内部に設置され、第１のアパーチャが第２のアパーチャと位置を合わせられる。光透過性膜が、研磨表面からの物質の漏れから光源を保護するために、光源上に設置される。
【０００６】
実装形態は、下記のフィーチャのうちの１つまたは複数を含むことができる。光透過性膜は、プラテン表面および研磨パッドの底部表面の両者よりも実質的に小さくてもよい。光透過性膜は、研磨パッドの底部表面とプラテン表面との間に配置することができる。光透過性膜は、第２のアパーチャの一部を覆うことができる。光透過性膜は、第２のアパーチャよりも小さくてもよい。光透過性膜は、例えば、感圧接着剤を使用して光源に取り付けることができる。研磨システムは、光検出器を含むことができる。光検出器は、研磨パッドを使用して研磨している基板の反射性の変化を検出することによって研磨動作をモニタリングすることができる。研磨パッドは、接着剤層を含むことができる。
【０００７】
別の一態様では、研磨システムは、研磨パッドを支持するための上表面および上表面内にアパーチャを有するプラテンと、プラテンの上表面内のアパーチャの内部に設置された光発生素子または光案内素子と、研磨パッドの研磨表面からの液体の漏れから光発生素子または光案内素子を保護するために、光発生素子または光案内素子上のアパーチャ内に設置された光透過性膜であって、膜がプラテンの側面に接触せずにアパーチャ内に収まる、光透過性膜とを含む。
【０００８】
実装形態は、下記のフィーチャのうちの１つまたは複数を含むことができる。研磨表面および底部表面を有する研磨パッドが、プラテン上に支持される場合があり、研磨表面から底部表面まで研磨パッドを貫通して延びる第２のアパーチャが、研磨パッド内に形成される場合があり、第２のアパーチャを、プラテンの上表面内のアパーチャと位置合わせすることができる。光透過性膜は、第２のアパーチャよりも小さくてもよい。光透過性膜は、アパーチャの一部を覆うことができる。光透過性膜は、光発生素子または光案内素子に、例えば、感圧接着剤を使用して取り付けることができる。光発生素子は、白熱光素子または発光ダイオードとすることができる。光案内素子は、光ファイバとすることができる。光ファイバは、二分岐光ファイバとすることができ、光透過性膜が、光ファイバの幹線部に固定されてもよい。
【０００９】
別の一態様では、研磨システムは、第１のアパーチャを有するプラテンと、プラテン上に支持され、研磨表面および底部表面を有する研磨パッドであって、研磨パッド内に形成された第２のアパーチャが、研磨表面から底部表面まで研磨パッドを貫通して延びる、研磨パッドと、第１のアパーチャの内部に設置された光発生素子または光案内素子と、研磨表面からの液体の漏れから光発生素子または光案内素子を保護するために、光発生素子または光案内素子上に設置された光透過性膜であって、プラテンあるいは研磨パッドの側面と接触せずに第１のアパーチャまたは第２のアパーチャ内に収まる光透過性膜とを含む。
【００１０】
実装形態は、下記のフィーチャのうちの１つまたは複数を含むことができる。膜は、プラテンの側面と接触して第１のアパーチャ内に収まることができる。膜は、研磨パッドの側面と接触せずに第２のアパーチャ内に収まることができる。光透過性膜は、光発生素子または光案内素子に、例えば、感圧接着剤を使用して取り付けることができる。光発生素子は、白熱光素子または発光ダイオードとすることができる。光案内素子は、光ファイバとすることができる。光ファイバは、二分岐光ファイバとすることができ、光透過性膜が、光ファイバの幹線部に固定されてもよい。
【００１１】
本発明の実施形態の利点は、下記のうちの１つまたは複数を含むことができる。プラテン内の光学モニタリングシステムの要素、例えば、光ファイバまたは他の光源が、スラリから保護される場合がある。研磨パッド内の窓は、単純な開いたアパーチャとすることができ、典型的には製造コストの低下をもたらす場合がある。
【００１２】
１つまたは複数の実装形態の詳細を、添付した図面および下記の説明中に明記している。他のフィーチャおよび利点は、説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】研磨パッドを含有する化学機械研磨装置の概略的な断面図である。
【図２】穴を具備する研磨パッドの概略的な断面図である。
【図３】研磨パッド内の穴の中へと突き出している光学モニタリングシステムの光ファイバの概略的な断面図である。
【図４】支持層が研磨層内のアパーチャに跨る研磨パッドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
あるＣＭＰシステムでは、研磨パッドは、非常に薄く柔軟であり、そのため、研磨パッド内に窓を形成することが難しい。その上に、研磨パッド内に窓を設けることは、通常、研磨パッドの製造からコストが増加する。それゆえ、１つの技術は、光学モニタリングシステムの要素を研磨表面からのスラリの漏れから保護するために、プラテン内にある光学モニタリングシステムのある種の要素、例えば、光ファイバ、の上方に位置する光透過性膜を置くことである。
【００１５】
図１に示したように、化学機械研磨装置１００は、基板１４０（例えば、任意選択で、１つまたは複数の誘電体層、導電性層、または半導電性層でコーティングされた半導体ウェーハ）を保持するための研磨ヘッド１１４を含む。
【００１６】
それに加えて、研磨装置１００は、プラテン１１０上に配置された研磨パッド１５０を含む。光学モニタリングシステム１２０は、光源１２２（例えば、白色光源、または赤色レーザ、青色レーザ、もしくは赤外レーザなどのレーザ、または赤色発光ダイオード、青色発光ダイオード、もしくは赤外発光ダイオードなどの発光ダイオード）およびプラテン１１０中の凹部１２６内に収容された光検出器１２４（例えば、フォトディテクタ）を含む。光学モニタリングシステム１２０は、プラテン内のアパーチャ１９２と位置合わせされている研磨パッド１５０内のアパーチャ１９０を通して基板１４０の研磨をモニタリングする。
【００１７】
光源１２２からアパーチャ１９０、１９２への光、およびアパーチャ１９０、１９２から光検出器１２４へ戻る光を伝達するために、二分岐光学ケーブル１３０を使用することができる。二分岐光学ケーブル１３０は、アパーチャ１９０、１９２に隣接して位置する「幹線部」１３２およびそれぞれ光源１２２および光検出器１２４に接続された２つの「枝線部」１３４、１３６を含むことができる。
【００１８】
一般に、ＣＭＰプロセスにおいて装置１００の使用中には、化学研磨溶液（例えば、１つまたは複数の化学薬剤および任意選択で磨き剤粒子を含有するスラリ）を、研磨パッド１５０のカバー層１６０の研磨表面１６２へ与える。プラテン１１０、研磨パッド１５０、プラテン１１０中の光学モニタリングシステム１２０の要素が軸１１２の周りを回転するときに、化学研磨溶液を研磨表面１６２に与える。基板１４０の表面１４２がスラリ／研磨表面１６２と接触するように、研磨ヘッド１１４を下げ、研磨ヘッド１１４および基板１４０が、軸１３２の周りを回転し、研磨パッドの全域にわたり横方向に移動する。光源１２２が、表面１４２のところへ光ビーム１２３を向け、光検出器１２４が、基板１４０から（例えば、表面１４２および／または基板１４０内の１つまたは複数の下にある層の表面から）反射する光ビーム１２５を測定する。
【００１９】
光透過性膜１２７は、光学モニタリングシステム１２０の光学構成要素がスラリと接触することから保護する。例えば、スラリがファイバ１３０の端部と接触することを防止するために、光透過性膜１２７を、例えば、光ファイバの上表面に平行な面内で、光ファイバ１３０の幹線端部上に設置することができる。
【００２０】
ビーム１２３および／または１２５内の光の（１つまたは複数の）波長は、検出される特性に応じて変わることがある。一例として、注目の（１つまたは複数の）波長が、（例えば、約４００ｎｍから約８００ｎｍまでの）可視スペクトルに広がることがある。別の一例として、注目の（１つまたは複数の）波長が、（例えば、約４００ｎｍから約４５０ｎｍまで、約６５０ｎｍから約８００ｎｍまで）可視スペクトルのある一定部分の範囲内であることがある。追加の一例として、注目の（１つまたは複数の）波長が、（例えば、（約３００ｎｍから約４００ｎｍまでなどの）紫外線または（約８００ｎｍから約１５５０ｎｍまでなどの）赤外線の）スペクトルの可視部外であることがある。
【００２１】
研磨終点に達したかどうかを判定するために、検出器１２４によって集められた情報を処理する。例えば、コンピュータは、検出器１２４から測定した光強度を受け取り、（例えば、新たな層の露出を指示する基板１４０の反射率の急な変化を検出することによって
、干渉原理を使用して基板１４０の（透明酸化物層などの）外側層から除去した厚さを計算することによって、および／または所定の終点基準についての信号をモニタリングすることによって）研磨終点を判定するためにこの光強度を使用することができる。
【００２２】
研磨パッド１５０は、シリコン基板またはシリコン−オン−インシュレータ（「ＳＯＩ」）基板を研磨するために適していることがある。研磨パッド１５０は、圧縮性の、または「柔らかい」研磨層を含むことができる。
【００２３】
図２に示したように、研磨パッド１５０は、研磨層１６０、支持層１７０、接着剤層１８０を含む。研磨層１６０は、ポリマー発泡体などの圧縮性材料を含むことができ、研磨表面１６２を有する。開口部１９０が、研磨パッド１５０を貫通して延び、したがって、研磨パッド１５０がプラテン１１０上に配置されるときに、研磨パッド内の開口部１９０が凹部１２６へのプラテン内の開口部１９２と重なる。
【００２４】
研磨層１６０を、感圧接着剤（「ＰＳＡ」）の層などの接着剤層によって、支持層１７０へ取り付けることができる。代替として、ＰＳＡ層を支持層１７０と研磨層１６０との間に必要としないように、研磨層１６０を支持層１７０上に作ることができる。例えば、研磨層１６０を形成するために、ポリマー層を支持層１７０上に作ることができる。
【００２５】
光透過性膜１２７を、光学モニタリングシステム１２０の光発生光学部品または光案内光学部品の上面上に配置して、スラリとの接触を防止する。光発生光学部品の例は、白熱電球、蛍光灯、発光ダイオードを含む。光案内光学部品の例は、光ファイバおよび長方形導波管を含む。例えば、光透過性膜を、光ファイバの端部上に支持することができる。膜１２７は、すべての側面上に光学部品を張り出させることができ、例えば、膜は、光ファイバの幹線部１３２の対応する寸法よりも大きな（研磨パッド表面に平行な）横方向寸法を有することができ、光ファイバ１３０は、膜１２７のほぼ中心で膜１２７と接触することができる。膜１２７を、ＰＳＡなどの接着剤によって光学部品に固定することができる。
【００２６】
図１および図３に示したように、光学モニタリングシステム１２０の光学部品、例えば、光ファイバ１３０は、プラテンの上表面の上方に突出し、研磨パッド１５０内の穴１９０の中へと一部が突き出す。したがって、膜１２７を、研磨パッド１５０内の穴１９０の中に設置することができる。あるいは、光ファイバ１３０の上面を、プラテンの上表面の下方で終わらせることができ、したがって、膜１２７を、プラテン中のアパーチャ１９２内で研磨パッド１５０の完全に下方に設置することができる。膜１２７を、研磨パッド１５０またはプラテンの側面に接触させずに、穴１９０またはアパーチャ１９２内にはめ込むことができる、例えば、膜は、膜がその中に置かれる穴１９０またはアパーチャ１９２の対応する寸法よりも小さな横方向寸法を有することがある。
【００２７】
膜１２７を、ポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）またはマイラー（登録商標）、ポリウレタンまたはハロゲン化ポリマー（例えば、ポリクロロトリフロロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、またはポリテトラ−フルオロエチレン（ＰＴＦＥ））などの１つまたは複数のポリマー材料から形成することができる。
【００２８】
ある種の実装形態では、膜１２７が作られる材料は、ＣＭＰプロセス中に膜が曝される条件に対して比較的耐性がある。膜１２７が作られる材料が、スラリ材料および基板材料に対して比較的化学的に不活性であることがある。それに加えて、窓は、スラリ（例えば、１つまたは複数の化学薬剤および任意選択で磨き剤粒子を含む）、基板、またはパッドコンディショナによって引き起こされるスクラッチ形成および／または研磨に対して比較的耐性があることがある。
【００２９】
ある実装形態では、膜１２７が作られる材料は、注目の（１つまたは複数の）波長の範囲内のエネルギーに対して実質的に透過性である。
【００３０】
ある種の実装形態では、膜１２７が作られる材料は、比較的低い屈折率を有する。例えば、膜１２７が作られる材料は、約１．４８以下（例えば、約１．４５以下、約１．４以下、約１．３５以下、水の屈折率とほぼ同じ）の屈折率を有することができる。理論に縛られることを望まないが、比較的低い屈折率を有する材料を使用すると、膜１２７の表面からの反射（例えば、空気、水（スラリ）、膜１２７の干渉）を減少させることができ、注目の（１つまたは複数の）波長を有するエネルギーの透過を向上させることができることが考えられており、これがＣＭＰプロセス中に集められるデータの信号対雑音比を改善すると考えられている。
【００３１】
膜１２７が作られる材料を、親水性または疎水性とすることができる。親水性材料は、基板と窓との間にスラリまたは水の層があることを確実にするために役立つことがある。スラリまたは水の層の存在は、著しい信号歪を引き起こすことがある界面の形成を防止する。あるポリマー材料がどちらかといえば疎水性であるが、粗面化またはエッチングなどの表面処理を使用して、これらのポリマー材料を疎水性から親水性へと変えることができる。しかしながら、ある種の応用例に対しては、比較的疎水性の窓から形成することが、膜１２７にとって有用であり得る。例えば、研磨される基板が、疎水性層（多結晶シリコン、単結晶シリコン、等）の上面上に親水性層（ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、等）を有する場合には、親水性層が研磨して除去されるにつれて、水をはじく基板の性質が増加するであろう。この遷移は、検出器からの信号強度をモニタリングすることによって検出可能とすることができる。
【００３２】
図２に示したように、アパーチャ１９０が、研磨パッド１５０のすべての層を貫通して延び、光学モニタリングシステムが基板をモニタリングすることを可能にする。しかしながら、図４に示したように、ある研磨パッドでは、支持層１７０が開口部のないままである。支持層１７０を、透明材料から作って、その材料を通して研磨の進行をモニタリングすることを可能にする。したがって、化学研磨溶液は、開口部を通り光学モニタリングシステム１２０上へと漏れる可能性がないであろう。支持層材料１７０が開口部のないままであるケースでは、スラリから光源１２２を保護するために、膜１２７を付けることが必要ないことがある。
【００３３】
支持部材１７０を、非圧縮性で流体不浸透性ポリマーから形成することができる。例えば、支持材料１７０を、ポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）またはマイラー（登録商標）から形成することができる。
【００３４】
接着剤層１８０を、ＰＳＡから形成することができる。アパーチャ１９０が研磨パッド１５０のすべての層を貫通して延びるケースでは、研磨パッドを形成する際に使用するＰＳＡを、黄色い色であるＰＳＡなどの透明でない材料とすることができる。典型的な黄色ＰＳＡは、光を散乱し吸収する。例えば、６７０ｎｍのビームに対して、初期強度（「Ｉ０」）の約１０％が接着剤層１８０を通過することができるが、４０５ｎｍビームに対しては、Ｉ０の２％未満が接着剤層１８０を通過することができる。光学モニタリングシステムからのビーム１２３、１２５が接着剤層１８０を２回通過する必要があるので、光検出器１２４によって観察される結果としての強度は、６７０ｎｍビームに対して１％Ｉ０未満であり、４０５ｎｍビームに対して０．０４％未満であることがある。したがって、検出器中へと接着剤層１８０から散乱して戻る強度が、基板からの信号１２５よりも大きくなることがある。
【００３５】
様々な実装形態を説明してきた。それにもかかわらず、様々な変形を本開示の精神および範囲から乖離せずに行うことができることが、理解されるであろう。一例では、研磨ヘッド１１４および半導体基板１４０を、装置１００の動作中に移動させることができる。一般に、ヘッド１１４の移動する位置とは無関係に、プラテン１１０の回転の一部の間に光源１２２および光検出器１２４が基板１４０を見るように、光源１２２および光検出器１２４を設置する。さらなる一例として、光学モニタリングシステム１２０を、プラテン１１０の下方に置かれた静止システムとすることができる。光ファイバを使用せずに光を基板上へと向けるために、光源、例えば、ＬＥＤを、凹部１２６内に設置することができ、膜１２７を光源に取り付けることができる。
【００３６】
別の一例として、研磨層を、耐久性のあるマイクロポーラスポリウレタン層、繊維質層、固定砥粒層、またはある別の種類の層とすることができる。追加の一例として、支持層１７０がアパーチャ１９０に広がるが、全体の研磨パッド幅の全域にわたって広がらないように、支持層１７０を置くことができる。さらに別の一例として、支持層１７０を、アパーチャ１９０に広がる部分だけを光透過性とすることができ、支持層１７０の残りの部分を、光透過性でない異なる材料とすることができる。
【００３７】
したがって、他の実装形態は、別記の特許請求の範囲の範囲内である。
【図１】
0005722310.tif 000002
【図２】
0005722310.tif 000003
【図３】
0005722310.tif 000004
【図４】
0005722310.tif 000005