(57)【要約】  少なくとも２つの基板を同時に研磨するために十分な大きさを有するパッド上で、基板を研磨するための方法である。この方法は、研磨モジュールの単一の研磨面に対して、第１の基板及び第２の基板を同時に押し付けること、第１の基板を研磨面に押し付けながら、第１の基板の前の第１の流体送出アームから研磨流体を供給すること、第２の基板を研磨面に押し付けながら、第２の基板の前に位置する第２の流体送出アームから研磨流体を供給すること、第１の基板を研磨面に押し付けながら、第１の基板の後ろに位置する第１のコンディショナーで研磨面をコンディショニングすること、及び第２の基板を研磨面に押し付けながら、第２の基板の後ろに位置する第２のコンディショナーで研磨面をコンディショニングすることを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッド上で基板を研磨するための方法であって、
研磨モジュールの単一の研磨面に対して、第１の基板及び第２の基板を同時に押し付けること、
前記第１の基板を前記研磨面に押し付けながら、前記第１の基板の前に位置する第１の流体送出アームから第１の研磨流体を供給すること、
前記第２の基板を前記研磨面に押し付けながら、前記第２の基板の前に位置する第２の流体送出アームから第２の研磨流体を供給すること、
前記第１の基板を前記研磨面に押し付けながら、前記第１の基板の後ろに位置する第１のコンディショナーで前記研磨面をコンディショニングすること、及び
前記第２の基板を前記研磨面に押し付けながら、前記第２の基板の後ろに位置する第２のコンディショナーで前記研磨面をコンディショニングすること
を含む方法。
【請求項２】
終点検出を使用して、前記２つの基板のうちの少なくとも１つの基板上の金属層の除去速度を求めることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属層が銅層である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
研磨速度が約３，０００Å／分〜約１２，０００Å／分である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記終点検出が、渦電流終点検出又はその場での除去監視方式（（ＩＳＲＭ））レーザ終点検出を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前に研磨された基板が配置されていた前記研磨パッドの領域を、前記領域が次の基板と接触する前に、追加された研磨流体でコンディショニングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記コンディショナーが約１２ｓｗｐ／分〜約２５ｓｗｐ／分の範囲内の掃引頻度を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記コンディショナーが約８０ｒｐｍ〜約１５０ｒｐｍの範囲内の回転速度を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
スラリー剤を追加の研磨流体として使用する、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記スラリー剤がシリカである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
スラリー送出アームごとのスラリー使用率が、約３００ｓｃｃｍ〜約６００ｓｃｃｍの範囲内の回転率を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記スラリー送出アームが約１０ｓｗｐ／分〜約６０ｓｗｐ／分の範囲内の頻度率で前記研磨面を掃引する、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記スラリー送出アームが約７インチ〜約１３インチの範囲を有する、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、半導体製造で使用するのに適した化学的機械的研磨システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の製造において、化学的機械的研磨即ちＣＭＰを使用することで、集積回路（ＩＣ）の製造時にダマシン相互接続構造が広く使用されることによる恩恵を得た。多くの市販のＣＭＰシステムは、強力な研磨性能を実証してきたが、より狭いライン幅への移行により、向上した処理能力及びより低コストの消耗品の絶えまない必要性と、研磨システムの改善に対する意欲及び持続的な努力と共に、より精密な製造技術が必要となってきている。さらに、大部分の従来の研磨システムは、処理ルーチンの変更に対する柔軟性が比較的限定されており、それによって、単一のツールを使い通す場合があるプロセスの多様性を限定する。したがって、いくつかの新しい処理ルーチンでは、新しい又は専用のツールが必要となる場合、又は大幅なツール構成の変更に関する停止時間により費用がかかる場合がある。
【０００３】
したがって、改良された化学的機械的研磨システムが必要である。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、一般に、少なくとも２つの基板を同時に研磨するために十分な大きさを有するパッド上で基板を研磨するための方法を提供する。一実施形態の研磨方法は、研磨モジュールの単一の研磨面に対して第１の基板及び第２の基板を同時に押し付けること、第１の基板を研磨面に押し付けながら、第１の基板の前の第１の流体送出アームから研磨流体を供給すること、第２の基板を研磨面に押し付けながら、第２の基板の前に位置する第２の流体送出アームから研磨流体を供給すること、第１の基板を研磨面に押し付けながら、第１の基板の後ろに位置する第１のコンディショナーで研磨面をコンディショニングすること、第２の基板を研磨面に押し付けながら、第２の基板の後ろに位置する第２のコンディショナーで研磨面をコンディショニングすること、及び、第１及び第２の送出アームから投入された流体の存在下で第１及び第２の基板を研磨することを含む。
【０００５】
本発明の先に列挙した特徴を詳細に理解することができるように、先に簡潔に要約した本発明のより具体的な説明を、実施形態を参照して行うことができ、その実施形態の一部は添付の図面に示されている。しかし、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態だけを示すものであり、したがって、本発明の範囲を限定しているものとみなされるべきではないことに留意されたい。なぜならば、本発明は他の同様に有効な実施形態を許容することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】化学的機械的研磨システムの一実施形態の上面図である。
【図２】本発明の一実施形態による図１の研磨ステーションの部分側面図である。
【図３】本発明による一実施形態で実施することができる複数の基板を同時に研磨する方法に関する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
理解し易いように、可能な限り、各図に共通している同一の要素を示すために同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴を、さらに記述することなく他の実施形態に有益に組み込めることが考慮されている。
【０００８】
しかし、本発明は、他の同等に有効な実施形態を許容することができるため、添付の図面は、本発明の例示的実施形態を説明しているにすぎず、したがって、本発明の範囲を限定しているものとみなされるべきではないことに留意されたい。
【０００９】
本発明の実施形態は、改良された化学的機械的研磨システムに関する方法及び装置を提供する。
【００１０】
図１は、化学的機械的研磨（「ＣＭＰ」）システム１００の一実施形態を示す上面図である。ＣＭＰシステム１００は、ファクトリインタフェース１０２、洗浄手段１０４、及び研磨モジュール１０６を備える。湿式ロボット１０８は、ファクトリインタフェース１０２と研磨モジュール１０６の間に、基板１７０を移動させるように設置される。湿式ロボット１０８は、さらに、研磨モジュール１０６と洗浄手段１０４の間で基板を移動させるように構成されてもよい。ファクトリインタフェース１０２は、１つ又は複数のカセット１１４と１つ又は複数の搬送台１１６の間で、基板１７０を移動させるように構成される乾式ロボット１１０を備えている。図１に示した一実施形態では、４つの基板収納カセット１１４が示されている。乾式ロボット１１０は、４つのカセット１１４と１つ又は複数の搬送台１１６の間で、移動を容易にするのに十分な移動範囲を有する。任意選択で、乾式ロボット１１０は、ファクトリインタフェース１０２の範囲内で横方向にロボット１１０を位置決めするようにレール又はトラック１１２に取り付けられており、これによって、大きな又は複雑なロボット連結機構を必要とすることなく乾式ロボット１１０の移動範囲が増大する。乾式ロボット１１０は、さらに、基板を洗浄手段１０４から受け取り、滑らかに研磨された基板を基板収納カセット１１４に戻すように構成されている。図１に示した実施形態には１つの基板搬送台１１６が示されているが、２つ以上の基板搬送台を設置して、少なくとも２つの基板を並べて湿式ロボット１０８によって同時に研磨モジュール１０６に移動させることもできる。
【００１１】
さらに図１に示すように、研磨モジュール１０６は、複数の研磨ステーション１２４を備えており、その上で基板が、１つ又は複数の研磨ヘッド１２６で保持されながら研磨される。研磨ステーション１２４は、２つ以上の研磨ヘッド１２６と同時に連動するように寸法設定され、それによって単一の研磨ステーション１２４を使用して、２つ以上の基板の研磨を同時に行うことができる。研磨ヘッド１２６はキャリッジ２２０（図２に示す）に連結されており、キャリッジ２２０は、想像線で図１に示した高架式軌道１２８に取り付けられる。高架式軌道１２８により、研磨モジュール１０６の周囲でキャリッジ２２０を選択的に位置決めすることが可能となり、研磨ステーション１２４及びロードカップ１２２上で研磨ヘッド１２６を選択的に位置決めすることが容易になる。図１に示した実施形態では、高架式軌道１２８は円形の形状を有し、それにより、研磨ヘッド１２６を保持するキャリッジ２２０をロードカップ１２２及び研磨ステーション１２４上で及び／又はそれらから離れて、選択的にかつ別々に回転させることが可能になる。高架式軌道１２８は、楕円形の、卵形の、直線的な、又は他の適当な配列を備える他の形状を有してもよく、他の適当なデバイスを使用して研磨ヘッド１２６の動きを容易にすることができる。
【００１２】
図１に示した一実施形態では、２つの研磨ステーション１２４が、研磨モジュール１０６の隅に対向して配置されている。少なくとも１つのロードカップ１２２が、研磨モジュール１０６の隅の、研磨ステーション１２４の間の湿式ロボット１０８に最も近い所にある。ロードカップ１２２は、湿式ロボット１０８と研磨ヘッド１２６の間の移動を容易にする。任意選択で、第３の研磨ステーション１２４（想像線で示す）を、研磨モジュール１２６の隅に、ロードカップ１２２と対向して位置決めすることができる。或いは、ロードカップ１２２の第２の対（同じく想像線で示す）を、研磨モジュール１０６の隅に、湿式ロボットのすぐ近くに位置決めされたロードカップ１２２と対向して配置することができる。追加の研磨ステーション１２４を、より大きい設置面積を有するシステムの研磨モジュール１０６内に実装することができる。
【００１３】
各研磨ステーション１２４は、少なくとも２つの基板を同時に研磨することが可能な研磨面１３０を備え、対応する数の研磨ユニットを基板ごとに備えている。各研磨ユニットは、研磨ヘッド１２６、コンディショニングモジュール１３２、及び研磨流体送出モジュール１３４を備えている。一実施形態では、コンディショニングモジュール１３２は、研磨屑を除去し、パッドの細孔を開放することによってパッドをドレッシングするコンディショナーであってもよい。他の実施形態では、研磨流体送出モジュール１３４は、スラリー送出アームであってもよい。研磨面１３０は、処理時に研磨面１３０を回転させる定盤アセンブリ（図示せず）に支持される。一実施形態では、研磨面１３０は、化学的機械的研磨プロセス及び／又は電気化学的機械研磨プロセスのうちの少なくとも１つに適している。他の実施形態では、定盤を、研磨時、約１０ｒｐｍ〜約１５０ｒｐｍまで、例えば約８０ｒｐｍ〜約１００ｒｐｍなど、約５０ｒｐｍ〜約１１０ｒｐｍの速度で回転させることができる。
【００１４】
図２は、図１の研磨ステーション１２４のうちの１つの一実施形態を示す部分側面図である。説明を簡単にするために、２つ又はそれ以上の研磨ユニットのうちの１つだけを図２に示す。図２に示した実施形態では、定盤アセンブリ２００は、誘電体研磨パッド２０４を支持している。パッド２０４の上部表面は研磨面１３０を形成している。定盤２０２は、内側フレーム２０３上に、１つ又は複数のベアリング２１２によって可動に支持されている。定盤２０２は、シャフト２０６によって、定盤アセンブリ２００を回転させる働きをするモータ２０８に連結されている。モータ２０８は、ブラケット２１０によって内側フレーム２０３に連結されてもよい。一実施形態では、モータ２０８はダイレクトドライブモータである。他のモータを使用してシャフト２０６を回転させることもできる。図２に示した一実施形態では、モータ２０８を使用して定盤アセンブリ２００を回転させることによって、基板１７０が研磨ヘッド１２６によって研磨面１３０に接して保持されながら、定盤アセンブリ２００上に保持されたパッド２０４が処理時に回転する。
【００１５】
一実施形態では、研磨ヘッド１２６は、約１０ｒｐｍ〜約１５０ｒｐｍ、例えば約８０ｒｐｍ〜約１００ｒｐｍなど、約５０ｒｐｍ〜約１１０ｒｐｍの範囲の速度で回転する。例えば、研磨ヘッド１２６は、約０．５ｐｓｉ〜約５．０ｐｓｉ、例えば約１．５ｐｓｉ〜約４．０ｐｓｉなど、約１ｐｓｉ〜約４．５ｐｓｉの範囲の圧力で、基板１７０をパッド２０４に押し付けることができる。研磨ヘッド１２６は、好ましくは約１０インチ〜１４インチの移動範囲を有することができる。研磨ヘッド１２６は、毎分約１掃引（ｓｗｐ／分）〜約４０ｓｗｐ／分、例えば約１２ｓｗｐ／分〜約２５ｓｗｐ／分など、約５ｓｗｐ／分〜約３０ｓｗｐ／分の頻度で掃引している場合がある。各掃引は、約１０インチ〜約１４インチとすることができる。
【００１６】
定盤アセンブリ２００は、異なる研磨ヘッド１２６によって保持されて、異なる研磨ユニットによって扱われる少なくとも２つの基板の研磨を行う研磨パッド２０４を支持するために十分な大きさを有する。一実施形態では、誘電体研磨パッド２０４は、約３０インチより大きく、例えば４２インチなど、約３０インチ〜約５２インチの直径を有する。誘電体研磨パッド２０４を使用して２つの基板を同時に研磨することができるが、上で同時に研磨される基板の数当たりのパッドの単位面積は、従来の単一の基板パッドよりはるかに大きく、それによってパッドの耐用年数をかなり延ばすことができる。
【００１７】
処理時、さもなければ望ましい時、コンディショニングモジュール１３２を起動して研磨面１３０と接触させ、研磨面１３０をコンディショニングすることができる。さらに、研磨流体が、処理時に研磨流体送出モジュール１３４を通って研磨面１３０に送り込まれる。研磨流体送出モジュール１３４によって提供される研磨流体の配給は、研磨面１３０の水平方向の表面全体に亘る研磨流体の配給を制御するように選択することができる。１個だけの研磨ヘッド１２６、コンディショニングモジュール１３２、及び研磨流体送出モジュール１３４が図２に示されているが、より多くの数の研磨ヘッド及びコンディショニングモジュール、研磨流体送出モジュールが可能であることに留意されたい。わかりやすくするために、図１に示すように、パッド２０４上には少なくとも１つの追加された研磨ユニットに対応するのに十分な空間がある。一実施形態は、少なくとも２組の研磨ヘッド１２６、コンディショニングモジュール１３２、及び研磨流体送出モジュール１３４を備え、それらは１つの研磨パッド２０４上での少なくとも２つの基板の同時研磨を実行するように同時に動作する。
【００１８】
次に、本発明の方法を詳細に説明する。本発明の各方法は、単一の又は複数のパッドシステム上で実施することができることを理解されたい。この方法を使用して、金属のさまざまな層を研磨することができることにも留意されたい。一実施形態では、金属層は、銅層であってもよい。図３は、本明細書に記載した全ての研磨ステーションの実施形態で実施することが可能な、単一の研磨面上で複数の基板を同時に研磨するための方法に関する流れ図である。この研磨方法は、多くの機器製造業者製のシステムを含む他の適切に適合させたシステムで実施することができる。方法３００は、第１の基板及び第２の基板を、研磨モジュール１０６の単一の研磨面１３０に対して押し付けて、表面１３０を回転させるステップ３１０から始まる。ステップ３２０では、第１の基板を研磨面１３０に押し付けながら、第１の基板の前の第１のスラリー送出アーム１３４が、第１の基板の前の表面１３０に研磨液を送り込む。判断の基準として、基板の下で回転させられるパッドの領域が「表」であり、基板の下方で回転しているだけのパッドの領域が「裏」である。一実施形態では、第１のスラリー送出アーム１３４からパッド面１３０に、約１００ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍの速度で、例えば、各アームから約３００ｓｃｃｍ〜約６００ｓｃｃｍなど、約２００ｓｃｃｍ〜約８００ｓｃｃｍの速度で、研磨流体を送り込むことができる。ステップ３３０では、第２の基板を研磨面１３０に押し付けながら、第２の基板の前の第２のスラリー送出アーム１３５が、第２の基板の前の領域へ研磨流体を送り込む。第２のスラリー送出アーム１３５は、第１のアーム１３４と実質的に同じ速度で流体をパッドに供給することができる。
【００１９】
さらに、基板とパッドの両方を同じスラリー剤で研磨するため、基板ごとに使用するスラリーの全体的な量を減らすことができる。その結果、使用するスラリーの量を減らして、次の基板を研磨することができる。一実施形態では、シリカをスラリー剤として使用することができる。スラリー送出アームごとのスラリー使用率のパラメータは、約１００ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍ、例えば、約３００ｓｃｃｍ〜約６００ｓｃｃｍなど、約２００ｓｃｃｍ〜約８００ｓｃｃｍの範囲とすることができる。スラリー送出アームは、約１ｓｗｐ／分〜約７０ｓｗｐ／分、好ましくは、約５ｓｗｐ／分〜約６０ｓｗｐ／分、より好ましくは例えば、約１０ｓｗｐ／分〜約６０ｓｗｐ／分の範囲の頻度で、研磨面を掃引することができる。スラリー送出アームの動きは、約２インチ〜約１８インチ、例えば、約７インチ〜約１３インチなど、約６インチ〜約１６インチの範囲とすることができる。
【００２０】
ステップ３６０では、第１及び第２の基板を研磨流体の存在下で研磨する。コンディショニングは、研磨の前、研磨時、又は研磨後に行うことができる。研磨しながらのコンディショニングは良好な結果を示した。基板を研磨流体の存在下で研磨している最中に、研磨ステーションと連結した終点検出デバイスを使用して、金属層の除去速度を求めることができる。一実施形態では、渦電流終点検出を使用して、金属層の除去速度を監視することができる。他の実施形態では、その場での除去監視方式（Ｉｎ  Ｓｉｔｕ  Ｒｅｍｏｖａｌ  Ｍｏｎｉｔｏｒ（ＩＳＲＭ））レーザ終点検出などの光学的技法を使用して、基板からの材料の除去速度の監視、及び／又は研磨終点の検出を行うことができる。
【００２１】
ステップ３４０では、第１の基板を研磨面１３０に押し付けたまま、研磨面１３０を、第１の基板の後ろに位置する第１のコンディショナー１３２でコンディショニングする。ステップ３５０では、第２の基板を研磨面１３０に押し付けたまま、研磨面を、第２の基板の後ろに位置する第２のコンディショナー１３３でコンディショニングする。
【００２２】
このように、１つの基板が現在押し付けられて研磨されているパッド２０４のある領域が回転してその１つの基板の下から離れた時、パッド２０４のこの同じ領域を、次の基板と接触する前にコンディショニングする。一実施形態では、コンディショナーは、ダイヤモンドを含有する表面を備えてもよく、この表面は、研磨面の全体で約１ｓｗｐ／分〜約４０ｓｗｐ／分、例えば、約１２ｓｗｐ／分〜約２５ｓｗｐ／分など、約５ｓｗｐ／分〜約３０ｓｗｐ／分の頻度で掃引される。コンディショナーは、約０．５インチ〜約２１インチ、例えば、１．０インチ〜約２０インチの掃引距離を有することができる。例えば、コンディショナーは、ダイヤモンドを含有する表面をパッド２０４に押し付けて、約１０ｒｐｍ〜約３００ｒｐｍ、例えば、約８０ｒｐｍ〜約１５０ｒｐｍなど約５０ｒｐｍ〜約２００ｒｐｍの回転速度で回転させることができる。
【００２３】
一実施形態では、各基板を、２つのステップのプロセスを使用して研磨することができる。第１のステップは銅のバルク厚さの除去ステップを含み、続いて銅の排除ステップが行われる。バルク除去ステップは、下にある材料が銅層を通って露出し始めた時点で又は概ねその時点で、終了する。一実施形態では、バルク除去ステップは、約９，０００Å／分〜約１０，０００Å／分の研磨速度で銅を除去することができる。定盤速度は、毎分約８３回転〜１１３回転（ｒｐｍ）に維持することができ、ヘッドは、毎分約７７回転〜約１０７回転で回転する。研磨ヘッドは、１０インチ〜約１４インチの距離を通って、毎分約１９回の掃引の頻度で振動させることができる。基板は、約２．２ｐｓｉ〜約２．９ｐｓｉの圧力で研磨面に押し付けられる。中性のｐＨを有するシリカ含有量が低いスラリーを、スラリー送出アームごとに約３００ｓｃｃｍで使用することができる。スラリー送出アームを、約９インチ〜１１インチの間を、毎分１９回〜約３８回の掃引頻度で掃引することができる。研磨時には、コンディショナーを、約１０８ｒｐｍで回転させながら約３ｐｓｉ〜約５ｐｓｉの力でパッドに押し付けることができる。コンディショナーは、約１．５インチ〜約２０インチの距離にわたって掃引することができる。
【００２４】
銅の排除ステップは、４，０００Å／分〜５，０００Å／分の速度で、銅を除去してバリア層を露出させることができる。銅の排除ステップ時に、定盤を、毎分約８３回転〜１１３回転の回転数で回転させることができ、研磨ヘッドは、毎分約７７回転〜約１０７回転の間で回転する。基板は、研磨パッドに対して１．１ｐｓｉ〜約１．３ｐｓｉの力で押し付けられ、ヘッドは約１０インチ〜約１４インチの距離にわたって、毎分約１９回の掃引頻度で掃引される。中性のｐＨを有するシリカ含有量が低い研磨スラリーを、スラリー送出アームごとに約２ｓｃｃｍの率で供給することができる。スラリー送出アームを、約９インチ〜約１２インチの距離にわたって、毎分１９回〜約３８回の掃引頻度で掃引することができる。コンディショナーは、基板を約３ｐｓｉ〜約５ｐｓｉの力で処理している時に、コンディショナーを約１０８ｒｐｍで回転させると同時に、コンディショナーを約１．５インチ〜約２０インチの距離にわたって掃引しながら研磨面に押し付けることができる。
【００２５】
本発明は、少なくとも２つの基板を同時に研磨するために十分な大きさを有するパッドを提供すると共に、さらに、基板をそれぞれ研磨した後で滑らかでコンディショニングされた研磨面を提供することによって、ＣＭＰプロセス用の方法を改良する。毎分約２０，０００オングストローム（Å／分）以下の銅研磨速度を得ることができ、基板と基板とが十分に適合した結果、例えば、約３，０００Å／分改善された約１２，０００Å／分など、例えば約２，０００Å／分〜約１５，０００Å／分の銅研磨速度が実現される。したがって、研磨面の研磨繰返し精度が改善されて寿命が延びるので有利である。
【００２６】
上記の説明は、本発明の実施形態を対象とするものであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく他の実施形態及びさらに他の実施形態を考案することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
2011530423.tif 000003
【図２】
2011530423.tif 000004
【図３】
2011530423.tif 000005
【国際調査報告】
2011530423.tif 000006
2011530423.tif 000007