(57)【要約】【課題】半導体ウエハ等の製品の材料の膜を平坦化するためのデバイスを提供する。【解決手段】シャフト軸を有し、研磨パッドに連結された研磨ヘッドに接続されたシャフトを備える。研磨パッドは平坦化すべき物体よりも小径である。シャフトは研磨ヘッドおよび研磨パッドをシャフト軸周りに回転させるように回転可能である、軌道ハウジングは、軌道軸から離れた偏心孔を有し、シャフトは偏心孔内を回転可能に通るように配置されている。軌道ハウジングはシャフトと研磨ヘッドと研磨パッドとを軌道軸周りに軌道に乗って移動させるように回転可能である。【選択図】  図１
2004241511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト軸を有し、研磨パッドに連結された研磨ヘッドに接続されたシャフトであって、該研磨パッドは平坦化すべき物体よりも小径であり、該シャフトは該研磨ヘッドおよび該研磨パッドを該シャフト軸周りにスピンさせるように回転可能である、シャフトと、
軌道軸から離れた偏心孔を有する軌道ハウジングであって、該シャフトは該偏心孔内を回転可能に通るように配置され、該軌道ハウジングは該シャフトと該研磨ヘッドと該研磨パッドとを該軌道軸周りに軌道に乗って移動させるように回転可能である、軌道ハウジングと、
を備えた、物体を平坦化する化学機械平坦化装置であって、
該シャフトは、外歯車に接続し、該外歯車は回転可能に内歯車に連結し、該内歯車は回転駆動されて該外歯車を回転させ、それによって該シャフトおよび該研磨パッドを該シャフト軸周りにスピンさせるように構成されている、化学機械平坦化装置。
【請求項２】
前記シャフト軸は、前記研磨パッドの半径の少なくとも約１／１００であるオフセット分だけ、前記軌道軸から離れている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記シャフト軸は、前記研磨パッドの半径の約１／２未満であるオフセット分だけ、前記軌道軸から離れている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記シャフトは、第１のモータによって回転駆動され、前記軌道ハウジングは第２のモータによって回転駆動される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記シャフトは、前記偏心孔内の軸受けによって、前記軌道ハウジングに対して回転するように支持されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
平坦化すべき前記物体を支持するプラテンをさらに備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記プラテンは、前記物体を回転させるように回転可能である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記プラテンは、プラテン回転速度で前記物体を回転させるように構成され、前記軌道ハウジングは、前記研磨パッドを前記軌道軸周りに軌道速度で軌道に乗って移動させるように構成され、該プラテン回転速度と該軌道速度のうちの小さい方に対する、該プラテン回転速度と該軌道速度のうちの大きい方の割合は、整数でない、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記軌道速度は、前記プラテン回転速度よりも大きい、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
シャフト軸を有し、研磨パッドに連結された研磨ヘッドに接続されたシャフトであって、該研磨パッドは平坦化すべき物体よりも小径であり、該シャフトは該研磨ヘッドおよび該研磨パッドを該シャフト軸周りにスピンさせるように回転可能である、シャフトと、
軌道軸から離れた偏心孔を有する軌道ハウジングであって、該シャフトは該偏心孔内を回転可能に通るように配置され、該軌道ハウジングは該シャフトと該研磨ヘッドと該研磨パッドとを該軌道軸周りに軌道に乗って移動させるように回転可能である、軌道ハウジングと、
平坦化すべき該物体を支持し、該物体を回転させるように回転可能である、プラテンと、
を備えた、物体を平坦化する化学機械平坦化装置であって、
該プラテンは、プラテン回転速度で前記物体を回転させるように構成され、該軌道ハウジングは、該研磨パッドを該軌道軸周りに軌道速度で軌道に乗って移動させるように構成され、プラテン回転速度は、軌道速度よりも大きいか、または小さく、該プラテン回転速度と該軌道速度のうちの小さい方に対する、該プラテン回転速度と該軌道速度のうちの大きい方の割合は、整数でない、物体を平坦化する化学機械平坦化装置。
【請求項１１】
前記シャフト軸は、前記研磨パッドの半径の少なくとも約１／１００であるオフセット分だけ、前記軌道軸から離れている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記シャフト軸は、前記研磨パッドの半径の約１／２未満であるオフセット分だけ、前記軌道軸から離れている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記シャフトは、第１のモータによって回転駆動され、前記軌道ハウジングは第２のモータによって回転駆動される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記シャフトは、前記偏心孔内の軸受けによって、前記軌道ハウジングに対して回転するように支持されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記軌道速度は、該プラテン回転速度よりも大きい、請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイスの製造に関する。より詳細には、本発明は、半導体ウエハ等の製品の材料の膜を平坦化するためのデバイスを提供する。例示的な実施形態では、本発明は、半導体集積回路の製造に対して改善された基板支持を提供する。しかし、本発明がより広範囲の利用可能性を有し、さらに、フラットパネルディスプレイ、ハードディスク、未加工のウエハ、ＭＥＭＳウエハ、および高度な平坦性を要求する他の目的物に適用され得ることが理解される。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路デバイスの製造は、しばしば、るつぼ中で回転しているシリコン溶融物から種を引き出すことによって形成される単結晶シリコンのインゴットから切断された半導体ウエハを生成することによって開始する。次いでこのインゴットが、ダイヤモンド切刃を用いて、個々のウエハに切断される。以下の切断動作は、ウエハの少なくとも１つの表面（処理表面）を研磨して、比較的平坦で、ひっかきのない表面にする。このウエハの研磨された表面は、まず複数のダイ領域に細分され、この領域において、集積回路（ＩＣ）が以後形成される。一連のウエハマスキングおよび処理工程が使用されて、各ＩＣを製造する。その後、個々のダイが切断されるかまたはウエハからスクライブされ、そして個々にパッケージングされ、試験されてデバイス製造プロセスを終了する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＣ製造の間、典型的には様々なマスキング工程および処理工程がウエハ表面上の面形状（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃａｌ）不整合の形成を生じる。例えば、面形状表面不整合はメタライゼーション後に生成され、ウエハ表面を導電金属層で被覆する層順序を含み、被覆金属層の望ましくない部分をエッチングして、各ＩＣ上にメタライゼーション相互接続パターンを形成する。この問題は多層相互接続の使用によって悪化される。
【０００４】
半導体ウエハにおける通常の表面不整合は、ステップとして公知である。ステップは金属相互接続と金属が除去されるウエハ表面との間の高さの差である。第１のメタライゼーション層が規定される典型的なＶＬＳＩチップは、数百万のステップを含み得、全体のウエハは数百のＩＣを含み得る。
【０００５】
結果的に製造の間のウエハ表面平坦化を維持することが重要である。典型的には、フォトリソグラフィック処理は、最大回路密度を生成するために、解像度の限界までに近づける。典型的なデバイスジオメトリは、０．５μｍのオーダーの線幅を要求する。これらのジオメトリがフォトリソグラフィによって生成されるため、ウエハ表面がフォーカスの単一面において照射を正確にフォーカスするために高度に平坦であり、ウエハの全体の表面にわたって正確なイメージングを達成することが重要である。十分に平坦ではないウエハ表面が、構造的であるか、またはせいぜい最適な性能よりも低い性能を提示するいずれかの回路によって十分に規定されていない構造を生じる。これらの問題を低減するために、ウエハは処理におけるいくつかの点において「平坦化」され、平面ではない面形状およびそれによる不利な作用を最小化する。さらなるレベルが多層相互接続設計に追加され、回路特性がサブミクロン寸法まで到達し、要求された平坦化の程度が増大する。回路寸法が低減された場合、信頼性のある高密度デバイスを生成するように相互接続レベルが全体的に平坦化されなければならない。平坦化は、導電層または誘電層のいずれかにおいて実現され得る。
【０００６】
高密度集積回路を生成するために必要な平坦化の程度を達成するために、化学機械研磨プロセス（「ＣＭＰ」）が頻繁に使用される。従来の回転ＣＭＰ装置は、半導体ウエハを支持するためのウエハキャリアを含む。軟らかく、弾性のあるパッドは、典型的にはウエハキャリアとウエハとの間に配置され、概してウエハは、部分的な真空によって弾性パッドに対して保持される。このウエハキャリアは駆動モータによって連続的に回転されるように設計される。さらに、典型的には、ウエハキャリアはまた、横方向の運動に対して設計される。この回転運動および横方向の運動は、ウエハの表面にわたる材料の除去速度の変動を低減することを意図する。この装置はさらに、研磨パッドが取り付けられる回転プラテンを含む。このプラテンはウエハと比較して比較的大きく、ＣＭＰプロセスの間、ウエハはウエハキャリアによって、研磨パッドの表面を横切って移動され得る。懸濁された研磨粒子である化学反応性溶液を含む研磨スラリーは、研磨パッドの表面上に供給チューブを介して堆積される。
【０００７】
複数の工程を含み、複雑である過去の平坦化技術とは対照的に、ＣＭＰは１つの工程で実施できるために有利である。さらに、ＣＭＰは、高い表面形状（ｆｅａｔｕｒｅ）の高い材料除去速度および低い表面形状の低い除去速度を維持し、従って均一な平坦化を可能にすることが示されてきた。またＣＭＰは、材料の異なる層および様々な表面欠陥を除去するために使用され得る。従って、ＣＭＰは、ウエハ上に形成されたＩＣの品質および信頼性を向上し得る。
【０００８】
化学機械研磨は、十分に開発された平坦化技術である。本方法の基礎となる化学および物理学が理解されている。しかし、ウエハ中心付近の滑らかさの結果を得ることがなおも非常に困難なままであることが一般的に受け入れられている。この結果は、平坦化されたウエハの中心領域が以後の処理に適切であってもよいし、適切でなくてもよい平坦化されたウエハである。従って、時にはウエハの全体の表面を十分に利用することが不可能である。これは生産量を低減し、チップあたりの製造コストを増大する。最終的には、消費者がより高いコストを被る。
【０００９】
従って、チップ生産量を増大させる半導体ウエハの有用な表面を改良することが望ましい。必要なことは、ＣＭＰを用いて達成され得る全体の平坦化の程度を向上させるＣＭＰ技術の改良である。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体ウエハ等の製品の材料の膜を平坦化するためのデバイスを提供することを目的とする。また、本発明は、半導体集積回路の製造に対して改善された基板支持を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、既知のプロセステクノロジーおよび既知である従来技術のコンテクストにおけるこれらの利点を達成する。本発明は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）の改良された平坦化装置を提供する。特に、本発明は、研磨中に均一性を達成するために、例えば、周回およびスピン動作といった多重動作ＣＭＰを提供する改良された平坦化装置を提供する。
【００１２】
例示の実施形態において、本発明の装置により、研磨ヘッドの周回および純スピン動作が共に可能になる。研磨ヘッドは、研磨パッドを保持し、ウェハ平坦化するウェハよりもサイズが小さい。周回ハウジングは、ベアリングによって所定位置で保持され、モーターによって、あるいはベルトまたはギアを介して直接駆動される。環状のハウジングは、ベアリングを有するシャフトをサポートする、偏心性および補正穴を有する。シャフトは、研磨ヘッドに接続される。外部歯車および摩擦駆動は、シャフトに取り付けられ、内部歯車または摩擦駆動と結合する。内部歯車は、外部の環状ハウジングのベアリングと同軸の別のベアリングによってサポートされる環状ギアであり、第２の直接のモーターあるいは第２のギアまたはベルト駆動によって駆動される。二つのモーターの相対速度を制御することによって、研磨ヘッドは、（軌道モーターの安定性を維持する間）スピンだけする、スピンおよび周回（すなわち、歳差運動）する、または（研磨パッドがウェハに関してスピンしないように二つのモーターの相対運動を制御することによって）周回だけするように作られ得る。
【００１３】
発明者は、平坦化の改善された均一性が優位な周回運動によってウェハの中心を研磨し、優位なスピン運動によってウェハのエッジを研磨することによって達成され得ることに気付いた。発明者はさらに、ウェハの組み合わされた周回運動および回転中に、二つの動作のうちより小さい方の周回速度およびウェハの回転速度の増大する割合が整数でない（ｎｏｎ−ｉｎｔｅｇｅｒ）場合、均一性が改善されることを見つけた。
【００１４】
本発明の局面によると、物体を平坦化するための化学的機械的研磨装置は、シャフト軸を有し、研磨パッドと結合された研磨ヘッドに接続されるシャフトを備える。研磨パッドは、平坦化される物体よりも小さい直径を有する。シャフトは、シャフト軸の周りで研磨ヘッドおよび研磨パッドをスピンさせることができるように回転可能である。周回ハウジングは、周回軸から間隔がある、シャフトが回転できるように設置された周回軸を介する偏心性の穴を有する。周回ハウジングは、シャフト、研磨ヘッド、および周回軸の周りの研磨パッドを周回するように回転できる。いくつかの実施形態において、シャフト軸は、研磨パッドの半径の約１／１００〜１／２の間である設定値によって周回軸から間隔がある。
【００１５】
いくつかの実施形態において、シャフトは、外部歯車に接続される。外部歯車は、シャフト軸の周りでシャフトおよび研磨パッドをスピンするように外部歯車を回転するような回転で駆動されるように構成される内部歯車と回転可能に接続される。プラテンは、平坦化される物体をサポートするために提供される。プラテンは、物体を回転するように回転できる。シャフトは、第１のモーターによって回転するように駆動され、周回ハウジングは、第２のモーターによって回転するように駆動される。
【００１６】
本発明の別の局面によると、研磨パッドを用いる化学的機械的研磨による物体を平坦化する方法は、平坦化される物体の表面に対して垂直である物体の物体軸に関して物体を回転する工程と、および研磨パッドの軸から間隔がある周回軸の周りで研磨パッドを回転する工程とを含む。周回軸の周りで回転中の研磨パッドは、物体の表面と接触される。
【００１７】
いくつかの実施形態において、物体軸は、周回軸と平行であり、かつ、物体軸と間隔がある。物体は、物体のある回転速度で回転し、研磨パッドは、ある周回速度で周回軸の周りで回転される。物体の回転速度および周回速度のうちより小さい方の速度に対する物体の回転速度および周回速度の増大する割合は、整数でない。周回速度は、物体の回転速度より大きくなり得る。
【００１８】
いくつかの実施形態において、研磨パッドは、研磨パッドをスピンするために研磨パッドのパッド軸の周りで回転される。研磨パッドは、あるスピン速度でパッド軸の周りで回転され、ある周回速度で周回軸の周りで回転される。研磨パッドが物体の表面の中心領域に接続されると、周回速度はスピン速度よりも大きくなる。特定の実施形態において、研磨パッドが中心領域に接続されるとき、スピン速度はほぼゼロである。いくつかの実施形態において、研磨パッドが物体の表面のエッジ領域に接触されるとき、スピン速度は周回速度よりも大きい。特定の実施形態において、研磨パッドがエッジ領域と接触されるとき、周回速度はほぼゼロである。
【００１９】
上記課題を解決するため、本発明は、シャフト軸を有し、研磨パッドに連結された研磨ヘッドに接続されたシャフトであって、該研磨パッドは平坦化すべき物体よりも小径であり、該シャフトは該研磨ヘッドおよび該研磨パッドを該シャフト軸周りにスピンさせるように回転可能である、シャフトと、軌道軸から離れた偏心孔を有する軌道ハウジングであって、該シャフトは該偏心孔内を回転可能に通るように配置され、該軌道ハウジングは該シャフトと該研磨ヘッドと該研磨パッドとを該軌道軸周りに軌道に乗って移動させるように回転可能である、軌道ハウジングと、を備えた、物体を平坦化する化学機械平坦化装置であって、該シャフトは、外歯車に接続し、該外歯車は回転可能に内歯車に連結し、該内歯車は回転駆動されて該外歯車を回転させ、それによって該シャフトおよび該研磨パッドを該シャフト軸周りにスピンさせるように構成されているものである。
【００２０】
上記本発明の装置において、前記シャフト軸は、前記研磨パッドの半径の少なくとも約１／１００であるオフセット分だけ、前記軌道軸から離れていることが好ましい。
【００２１】
上記本発明の装置において、前記シャフト軸は、前記研磨パッドの半径の約１／２未満であるオフセット分だけ、前記軌道軸から離れていることが好ましい。
【００２２】
上記本発明の装置において、前記シャフトは、第１のモータによって回転駆動され、前記軌道ハウジングは第２のモータによって回転駆動されることが好ましい。
【００２３】
上記本発明の装置において、前記シャフトは、前記偏心孔内の軸受けによって、前記軌道ハウジングに対して回転するように支持されていることが好ましい。
【００２４】
上記本発明の装置において、平坦化すべき前記物体を支持するプラテンをさらに備えることが好ましい。
【００２５】
上記本発明の装置において、前記プラテンは、前記物体を回転させるように回転可能であることが好ましい。
【００２６】
上記本発明の装置において、前記プラテンは、プラテン回転速度で前記物体を回転させるように構成され、前記軌道ハウジングは、前記研磨パッドを前記軌道軸周りに軌道速度で軌道に乗って移動させるように構成され、該プラテン回転速度と該軌道速度のうちの小さい方に対する、該プラテン回転速度と該軌道速度のうちの大きい方の割合は、整数でないことが好ましい。
【００２７】
上記本発明の装置において、前記軌道速度は、前記プラテン回転速度よりも大きいことが好ましい。
【００２８】
また、本発明は、シャフト軸を有し、研磨パッドに連結された研磨ヘッドに接続されたシャフトであって、該研磨パッドは平坦化すべき物体よりも小径であり、該シャフトは該研磨ヘッドおよび該研磨パッドを該シャフト軸周りにスピンさせるように回転可能である、シャフトと、軌道軸から離れた偏心孔を有する軌道ハウジングであって、該シャフトは該偏心孔内を回転可能に通るように配置され、該軌道ハウジングは該シャフトと該研磨ヘッドと該研磨パッドとを該軌道軸周りに軌道に乗って移動させるように回転可能である、軌道ハウジングと、平坦化すべき該物体を支持し、該物体を回転させるように回転可能である、プラテンと、を備えた、物体を平坦化する化学機械平坦化装置であって、該プラテンは、プラテン回転速度で前記物体を回転させるように構成され、該軌道ハウジングは、該研磨パッドを該軌道軸周りに軌道速度で軌道に乗って移動させるように構成され、プラテン回転速度は、軌道速度よりも大きいか、または小さく、該プラテン回転速度と該軌道速度のうちの小さい方に対する、該プラテン回転速度と該軌道速度のうちの大きい方の割合は、整数でないものである。
【００２９】
上記本発明の装置において、前記シャフト軸は、前記研磨パッドの半径の少なくとも約１／１００であるオフセット分だけ、前記軌道軸から離れていることが好ましい。
【００３０】
上記本発明の装置において、前記シャフト軸は、前記研磨パッドの半径の約１／２未満であるオフセット分だけ、前記軌道軸から離れていることが好ましい。
【００３１】
上記本発明の装置において、前記シャフトは、第１のモータによって回転駆動され、前記軌道ハウジングは第２のモータによって回転駆動されることが好ましい。
【００３２】
上記本発明の装置において、前記シャフトは、前記偏心孔内の軸受けによって、前記軌道ハウジングに対して回転するように支持されていることが好ましい。
【００３３】
上記本発明の装置において、前記軌道速度は、該プラテン回転速度よりも大きいことが好ましい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態による、平坦化装置１００の簡略化された図である。この図は、単なる例示であって、本明細書の請求項の範囲に制限するべきではない。当業者は、多くの他の変更、改変、および代替を認識する。特定の実施形態において、平坦化装置１００は、化学的機械的平坦化装置である。
【００３５】
（ウエハガイドおよびスピンアセンブリ）
装置１００は、エッジサポート、またはガイドおよびスピンアセンブリ１１０を含んでおり、これは、対象物（ｏｂｊｅｃｔ）またはウエハ１１５のエッジに結合している。この特定の実施形態における対象物はウエハであるが、対象物は、等のプロセス中のウエハ（ｉｎ−ｐｒｏｃｅｓｓ）、コーティングされたウエハ、フィルムを備えるウエハ、ディスク、パネル等の他のアイテムであり得る。ガイドアセンブリ１１０は、平坦化プロセスの間ウエハ１１５を支持および配置する。
図１は、さらに、研磨パッドアセンブリ１１６を示しており、この研磨パッドアセンブリ１１６は、研磨パッド１１７、およびデュアルアーム１１９に付着された背面サポート１１８を有している。パッドアセンブリ１１６、背面サポート１１７、デュアルアーム１１８は、以下に詳細に記載されている。
【００３６】
特定の実施形態において、ガイドアセンブリ１１０は、ローラ１２０を含んでいる。ローラ１２０のそれぞれは、平坦化の間ウエハ１１５を定位置に固定するために、ウエハ１１５のエッジに結合している。図１の実施形態は、三つのローラを示している。しかしながら、実際のローラの数は、各ローラの形状および大きさ、ウエハの形状および大きさ、およびローラ−ウエハの接触の性質等の種々の要因に依存する。さらに、ローラ１２０のうちの少なくとも一つは、ウエハ１１５を駆動する、すなわち、ウエハを回転またはスピンさせる。残りのローラ１２０は、ガイドとして機能し、ウエハが研磨されたときに支持を提供する。ローラ１２０は、ウエハ外周部に沿った種々のポイントに配置される。図１に示されるように、ローラ１２０は、ウエハ１１５にウエハ外周部に沿う等間隔のポイントで付着する。ローラ１２０は、ウエハ外周部に沿う任意の位置に配置され得る。各ローラ間の間隔は、ローラの数、および特定の適用に関連する他の要因に依存する。
【００３７】
図１の実施形態は、一つのガイドおよびスピンアセンブリ１１０を示している。このようなアセンブリの実際の数は、特定の適用に依存する。例えば、図１Ａは、本発明の一実施形態による複数のウエハ１１５を処理するために複数のガイドおよびスピンアセンブリ１１０を支持するカラセル（ｃａｒｏｕｓｅｌ）１２１の簡略化された平面図を示している。この特定の実施形態において、カラセル（図１Ａ）は、多くのウエハを平坦化するために複数のガイドアセンブリと共に用いられ得る。カラセルの実際の大きさ、形状、および構成は、特定の適用に依存する。さらに、複数のガイドアセンブリが用いられる場合、全てのガイドアセンブリが、同一に構成される必要はない。より高いスループットのために、ウエハは、一つ以上の他のウエハの平坦化の間キュー（ｃｕｅ）にあるガイドアセンブリ上に取り付けられる。さらにより高いスループットのために、このようなウエハカラセルは、操作可能に複数の平坦化装置に結合するように構成される。
【００３８】
図２は、本発明の実施形態による図１のローラ１２０の模式図である。この模式図は、単なる例示に過ぎず、特許請求項の範囲を限定するものではない。当業者は、多くの他の変形例、変更例および代替例を認識している。図示されたように、それぞれのローラ１２０は、下部１２５、上部１３０およびローラの周りに完全に伸長し、下部と上部との間に配置されている環状ノッチ１３１とを有する。ノッチ１３１の深さおよび形状は、特定のローラの目的に応じて変わる。ウェハ１１５の回転を駆動させるために設計されたローラは、ウェハ１１５と接触するより大きな表面積を提供するために、より深いノッチを有する。または、ウェハをガイドのみのために設計されたローラは、より浅いノッチを有する（十分なサポートを提供するための十分な深さを有する）。
【００３９】
図２Ａは、図２の下部と同様の下部１２５ａを有する別のローラ１２０ａを示す。上部１３０ａは、図２の上部１３０より小さな断面積を有し、好ましくは、図２のノッチ１３１より浅い環状ノッチ１３１ａに向かって細くなる先細の、または傾きのある表面１３２ａを含む。浅いノッチ１３１は、ウェハ１１５のエッジにローラ１２０ａを接続させるには十分である。上部１３０ａおよび浅いノッチ１３１ａは、ローラ１２０ａとウェハ１１５のエッジとの係合を容易にする。ウェハ１１５の交換はまた、上部１３０ａに対してより小さい部分を有するローラ１２０ａ（ｒｏｌｌｅｒ  １２０ａ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅ  ｓｍａｌｌｅｒ  ｔｏ  ｐｏｒｔｉｏｎ  １３０ａ）が図２のローラ１２０のように遠くに引かれる必要はないので、より十分にかつ速く実行され得る。下部１２５ａの表面１３３ａはまた、破線１３３ｂによって示されるように、ウェハの係合をさらに容易にするために、小さな角度（例えば、約１−５°）で傾けられてもよい。
【００４０】
ウェハ１１５のエッジは、ウェハ１１５のプロセス面が研磨パッド１１７と対面するように、それぞれのローラのノッチに配置されている。ウェハ１１５を壊さないように、それぞれのローラの下部は、ウェハの背面１５０に上向きの力１４０を与えたまま、ローラの上部は、ウェハのプロセス面１７０（研磨される面）に下向きの力１６０を与える。さらなるサポートに関して、ノッチの内部壁１７１は、ウェハのエッジに内向きの力１９０を与える。上部１３０および下部１２５は、１つの部材から構成されている。または、上部１３０および下部１２５は、複数の部材を含み得る。例えば、上部１３０は、スクリューキャップまたは他の締め付け具または等価物等の分離部材であり得る。それぞれのローラ１２０は、中心軸２０１を有し、それぞれがこの中心軸に対して回転し得る。回転は、時計方向または反時計方向であり得る。回転はまた、加速または減速し得る。
【００４１】
ガイドおよびスピンアセンブリ１１０はまた、ローラをサポートするローラベース（図示せず）を有する。ベースのサイズ、形状および構成は、平坦化装置（ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｐｐａｒａｔｕｓ）の実際の構成に依存する。例えば、ベースは、平坦化装置に取り付けられるか、または一体化している１つのフラットな平面であり得る。ベースは、いくつかのローラをサポートする一方で、少なくとも１つのローラがウェハ１１５の挿入および除去を可能にするために十分に引かれ得ることが必要であり、ウェハ１１５のエッジに加える力を制御するために、ウェハ１１５のエッジに対して調整可能であることが必要である。
【００４２】
動作中、平坦化中に、ガイドアセンブリ１１０は、研磨パッド１１７に対して様々な方向にウェハ１１５を並進移動させ得る。例えば、ガイドアセンブリは、固定された平面にて、横方向にウェハを並進移動させ得るか、または、並進移動を行い得る。固定された平面は、研磨パッド１１７の処理表面（ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｓｕｒｆａｃｅ）およびバックサポート１１８に実質的に並行である。ガイドアセンブリはまた、固定された平面にて、ウェハの軸の周りにウェハを回転またはスピンさせ得る。この結果、ガイドアセンブリ１１０は、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向またはこれらの組合せの方向にウェハ１１５を移動させ得る。実際の平坦化中（すなわち、研磨パッドがウェハに接触しているとき）に、ガイドアセンブリが固定された平面にてウェハを横方向に移動し得る。ガイドアセンブリは、研磨パッドに対して任意の数の所定のパターンでウェハを移動し得る。このような所定のパターンは、変わり、特定の用途に依存する。例えば、パターンは、実質的に放射状、線形等であり得る。また、少なくとも研磨パッドが平坦化中に対象物に接触するときには、このようなパターンは、連続的か、または断続的か、または、これらの組合せであり得る。
【００４３】
ｘ方向移動、ｙ方向移動、ｚ方向移動の従来の並進機構は、ガイドアセンブリを制御し得、横切り得る。例えば、別の機構は、滑車駆動装置および含気的に動作される機構を含む。ガイドアセンブリおよびウェハは、様々なパターンの研磨パッドを横切り得る。例えば、横方向パスは、放射状、線形、環状、段階状等または特定の用途に依存する任意の組合せであり得る。ウェハの回転方向は、時計方向または反時計方向であり得る。回転速度はまた、加速または減速し得る。
【００４４】
図２を再度参照して、上述したような横方向の運動に加えて、ガイドアセンブリは、固定された平面にて、ウェハの中心軸２０２の周りにウェハ１１５を回転またはスピンし得る。固定された平面は、研磨パッド２０２の処理平面に実質的に並行である。回転運動を提供する一つの方法は、上述のようにローラ１２０を使用することによって行われる。上述したように、少なくとも１つのローラは、ウェハの中心軸の周りに回転するようにウェハを駆動させるために、ローラの中心軸の周りに回転する。他のローラはまた、ウェハを回転するように駆動させ得る。このローラはまた自由に回転し得る。上述したように、それぞれのローラは、時計方向または反時計方向のいずれかでローラの中心軸２０１の周りに回転し得る。ウェハが駆動ローラの反対方向に回転する。
【００４５】
特に、１つ以上の駆動ローラが動作中に駆動ローラの回転軸２０１に沿ってスピンするので、ノッチ１３１の内部壁とウェハのエッジとの間の摩擦により、ウェハ１１５をウェハ自体の軸２０２に沿って回転させる。ローラ自体は、摩擦を与え得る。例えば、ノッチは、リブ、リッジ、溝等を含み得る。または、十分な摩擦係数を有する任意の公知の材料の層（ゴムまたはポリアミド材料等）がまた摩擦を与え得る。当業者は、多くの他の変形例、変更例および代替例を認識している。例えば、それぞれのローラは、移動可能または移動不可能なようにベース（図示せず）に固定され得、それぞれのローラのノッチ内のホイールがスピンし得、ウェハをスピンさせ得る。
【００４６】
ウェハを回転またはスピンさせるために、１つ以上の従来の駆動モータ（図示せず）または等価物がウェハ、ローラまたはローラベースに動作可能に結合され得る。駆動装置は、従来の駆動ベルト（図示せず）を介して１つ以上のローラに結合され得、ウェハをスピンさせる。あるいは、駆動装置は、さらに、ガイドアセンブリ全体が中心軸を中心として回転し、それによってウェハがガイドアセンブリの中心軸を中心として回転するように、ガイドアセンブリに結合され得る。すべての実施形態について、モータは両方向で使用可能であるので、軸２７０を中心とする研磨パッド１１７の回転方向２７５（図１）は、時計回りまたは反時計回りであり得る。駆動モータは、さらに、可変速度デバイスであり得、パッドの回転速度を制御する。さらに、パッドの回転速度は、特定の用途に依存して、加速または減速され得る。
【００４７】
あるいは、エッジサポートは、さらに、平坦化中、静止し得、他方、研磨パッドは、回転するか、またはウェハに対して横に移動する。この変形は、さらに後述される。平坦化中、このような動作は、少なくとも、研磨パッド１１７がウェハに接触するときに、固定された平面において生じる。平坦化プロセスの任意の部分の間、またはプロセス全体の間、上述の動作の任意の組み合わせが可能である。
【００４８】
図１を参照して、平坦化装置１００は、さらに、ウェハ１１５を研磨するための研磨ヘッドまたは研磨パッドアセンブリ１１６を備える。パッドアセンブリ１１６は、研磨パッド１１７を保護および支持するための研磨パッド１１７、研磨パッドチャック２５０を備え、軸２７０を中心としてパッド１１７を回転させるために、研磨パッドスピンドル２６０はチャック２５０に結合される。特定の実施形態によれば、パッドの直径は、実質的に、ウェハの直径よりも小さく、通常、ウェハの直径の２０％である。
【００４９】
ウェハを回転またはスピンさせるために、１つ以上の従来の駆動モータ（図示せず）または等価物が、従来の駆動ベルト（図示せず）を介して研磨パッドスピンドル２６０に、動作可能に結合され得る。モータは、両方向で使用可能であるので、研磨パッド１１７の回転方向２７５は、時計回りまたは反時計回りであり得る。駆動モータは、さらに、可変速度デバイスであり得、研磨パッドの回転速度を制御する。さらに、研磨パッドの回転速度は、特定の用途に依存して、加速または減速され得る。
【００５０】
（研磨およびバックサポートアセンブリ）
平坦化装置は、さらに、ベースまたはデュアルアーム１１９を備える。ベースは、任意の数の構成を有し得、示された特定の実施形態は、デュアルアームである。パッドアセンブリ１１６は、デュアルアーム１１９を介してバックサポート１１８に結合する。デュアルアーム１１９は、パッドアセンブリ１１６を支持する第１のアーム３１０と、バックサポート１１８を支持する第２のアーム３２０とを有する。アーム３１０、３２０は、一緒に動作するように構成され得、より好適には、独立して動作し得る。アーム３１０、３２０は、パッドまたはパックを交換するための異なったステーションに別々に移動され得、研磨動作用の構成要素の組立てを容易にし得る。
【００５１】
本発明の特定の実施形態によれば、バックサポート１１８は、研磨パッド１１７を追跡し、平坦化中、ウェハ１１５に支持を提供する。これは、デュアルアームを用いて達成され得る。特定の実施形態において、パッドアセンブリ１１６は、第１のアーム３１０に取り付けられ、バックサポート１１８は、第２のアーム３２０に取り付けられる。デュアルアーム１１９は、バックサポート１１８の支持面が研磨パッド１１７に面するように、およびバックサポート１１８および研磨パッド１１７の支持面が、実質的に、互いに平面であるように、パッドアセンブリ１１６およびバックサポート１１８を配置するように構成される。さらに、本発明により、研磨パッドの中心とバックサポートの面は、正確に位置合わせされる。この正確な位置合わせは、予測可能および正確な平坦化を可能にする。正確な位置合わせは、第１のアームおよび第２のアームが１体をなす場合に保証される。あるいは、両方のアームは複数の構成要素を含み得、別々に動作可能であり得る。このように、構成要素は、実質的に安定しているので、正確な位置合わせは維持される。
【００５２】
特に、１実施形態によれば、デュアルアーム１１９は、スピンドル２６０が第１のアーム３１０を通って、第２のアーム３２０によって支持されるバックサポート１１８に向かって回転可能に通るように、パッドアセンブリ１１６を支持する。パッド１１７の回転軸２７０は、スピンドル２６０の回転軸に相当する。回転軸２７０は、バックサポート１１８、好適には、バックサポート１１８の中心を通るように配置される。パッドアセンブリ１１６は、ウェハ１１５の方向に移動するように構成される。図１は、実質的に水平に配置され、上方を向くウェハのプロセス面を示す。
【００５３】
本発明の特定の実施形態により、平坦化システム全体は、種々の位置にてウェハを研磨するように構成され得る。平坦化中、例えば、デュアルアーム１１９は、ウェハ１１５が、水平位置または垂直位置で、あるいは任意の角度で制御可能に研磨されるように配置され得る。これらの変形は可能である。なぜなら、ウェハ１１５は重力によってではなく、ローラ１２０によって支持されるからである。このような適応性（ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）は、例えば、スラリが少ない（ｓｌｕｌｌｙ−ｌｅｓｓ）研磨システムにおいて有用である。
【００５４】
動作中、デュアルアーム１１９は、ウェハ１１５に対してパッドアセンブリ１１６を多様に動かし得る。例えば、デュアルアーム１１９は、ピボットシャフトを中心にして旋回し得、ウェハ１１５を放射状に横切ってパッド１１７を移動（ｔｒａｖｅｒｓｅ）する。別の実施形態において、両方のアーム３１０および３２０は入れ子式に延び得（図示せず）、ウェハ１１５を水平方向に直線的に横切ってパッドを移動する。半径方向の運動および直線運動は、さらに、組合され得、ウェハ１１５に対する種々の移動経路（ｔｒａｖｅｒｓａｌ  ｐａｔｈｓ）またはパターンを生成する。このようなパターンは、例えば、半径方向、直線、軌道、階段式、連続、不連続、またはこれらの任意の組み合わせであり得る。実際の横断経路は、当然、特定の用途に依存する。
【００５５】
図３は、本発明の実施形態による図１のバックサポート１１８の詳細な図である。この図は、単なる例であり、本明細書中の特許請求の範囲を制限するべきではない。当業者は、多くの他の変形例、改変例、および代替例を認識する。バックサポート１１８は、平坦化の際にウェハ１１５を支持する。具体的には、バックサポート１１８は、研磨パッド１１７を動的に追跡して、平坦化の際のウェハ１１５に対する局所的な支持を提供する。このような局所的な支持によって、平坦化の際にウェハにかかる研磨パッドの力によるウェハの変形が削除される。さらに、これによって、均一な研磨および平坦化が行われる。特定の実施形態において、バックサポート１１８は、デュアルアーム１１９を介して、パッドアセンブリ１１６に動作可能に連結する。特定の実施形態において、バックサポート１１８は、デュアルアームの第２のアーム３２０に取り外し可能に埋め込まれる。図１を参照して、研磨パッド１１７の回転軸２７０およびスピンドル２６０は、バックサポート１１８を通過する。
【００５６】
図３を再び参照して、バックサポート１１８は、平坦化の際にウェハ１１５を支持するために、任意の数の方法で構成され得る。特定の実施形態において、バックサポート１１８は、平坦化の際にウェハの裏側１５０と接する平坦な部分またはサポート表面３５０を有する。サポート表面３５０は、望ましくは、テフロン（Ｒ）などの低摩擦の固形材料を用いることによって、表面３５０とウェハの裏側１５０との間に、実質的に摩擦のない境界面を提供する。あるいは、サポート表面３５０は、裏側１５０との摩擦のない境界面として、流体ベアリングを支持し得る。流体は、ウェハの裏側１５０を洗浄する更なる役割を果たすために有益であり得る空気などの気体または水などの液体であり得る。この摩擦のない境界面によって、ウェハは、バックサポートの表面を動き回ることができる。
【００５７】
サポート表面３５０は、ウェハ１１５およびパッド１１７と実質的に平行である。表面の直径は、平坦化の際に物体の適切な支持を提供するほど十分に大きい必要がある。特定の実施形態において、バックサポート表面は、研磨パッドの直径と実質的に同じサイズの直径を有する。図３において、示されるバックサポート１１８は、球形の空気ベアリングであり、第２のアーム３２０に簡単に挿入されることを可能にする球形の部分３４０を有する。球形の部分３４０を第２のアームに対して回転させることによって、バックサポート１１８は、研磨パッド１１７を追跡することが可能になり、サポート表面３５０によってウェハ１１５を支持することが可能になる。図３のバックサポート１１８は、第２のアームの空隙に突出部３４１を有する。突出部３４１は、研磨パッド１１７を追跡する際の第２のアーム３２０に対するバックサポート１１８の回転を制限する役割を果たし得る。別の実施形態において、バックサポート１１８は、概して、突出部のない半球形であり得る。
【００５８】
ウェハ１１５の処理表面１７０は、パッド１１７に面し、ウェハ１１５の裏側１５０は、バックサポート１１８に面する。さらに、ウェハ１１５は、パッド１１７およびバックサポート１１８の両方と実質的に平行である。別の実施形態において、バックサポート１１８は、両側研磨のために、第２の研磨パッドアセンブリによって取って代わられ得る。このような実施形態において、第２のパッドアセンブリは、第１のアーム上に、第１のパッドアセンブリと同様に構成され得る。それぞれの研磨パッドは、相互にかつウェハ１１５に対して、実質的に平行である。
【００５９】
特定の実施形態において、バックサポートはベアリングである。この特定の実施形態において、ベアリングは、低摩擦の固形材料（例えば、テフロン（Ｒ））、空気ベアリング、液体ベアリング、または均等物であり得る。ベアリングのタイプは、特定の用途および利用可能なベアリングのタイプによる。
【００６０】
特定の実施形態において、図１に示すように、デュアルアーム１１９は、突出したジンバルポイント（ｇｉｍｂａｌ  ｐｏｉｎｔｓ）を有するＣ字状の形をしたクランプであり、突出したシンバルポイントは、デュアルアーム１１９の屈曲を可能にし、かつ、ウェハの表面と研磨パッド１１７との良好な接触を維持する。突出したジンバルポイントは、図３Ａにより明確に示される。研磨パッドチャック２５０は、第１のアーム３１０によって支持され、バックサポート１１８は、第２のアーム３２０によって支持される。研磨パッドチャック２５０は、ウェハ１１５の上面またはその近くに好適に配置される転心（ｐｉｖｏｔ  ｐｏｉｎｔ）またはジンバルポイント２５２を中心とする半球形の表面２５１を有する。ジンバルポイント２５２をウェハ１１５の表面またはその近くに配置することによって、上ぞり（ｃｏｃｋｉｎｇ）の問題なく、第１のアーム３１０に対して、ジンバルモーション、または、チャック２５０を回転させることができる。上ぞりは、突出したジンバルポイントがウェハ表面より上にある場合に生じ、その結果、研磨パッド１１７の前方端はウェハ表面に突っ込み、後方端は持ち上がる。上ぞりは、本来、不安定である。突出したジンバルポイントをウェハ表面に配置することによって、上ぞりは回避される。ジンバルポイントがウェハの表面より下に突出する場合、研磨パッド１１７とウェハ表面との間の摩擦によって、スキー効果（ｓｋｉｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）が生じ、スキー効果は、研磨パッドがウェハ表面に対して動くと、研磨パッド１１７の前方端を持ち上げ、かつ、後方端をウェハ表面に突っ込む。これは、上ぞりより安定している。突出したジンバルポイントとウェハ表面との間の所望の最大距離は、研磨パッド１１７のサイズによる。例えば、研磨パッドの直径が約１．５インチである場合、距離は約０．１インチ未満であり得る。距離は、研磨パッドの直径と比較して、望ましくは、約０．１倍未満であり、より望ましくは、約０．０２倍未満である。同様に、バックサポート１１８の球形の表面３４０は、望ましくは、ウェハ１１５の下面またはその近くに配置された突出した転心２５４を有する。
【００６１】
図３Ｂ〜図３Ｅは、研磨パッドチャック２５０を第１のアーム３１０に結合するジンバル機構を示す。チャック２５０は、デュアルアーム１１９の第１のアーム３１０によって支持される外部カップ２５８に接続された内部カップ２５６に接続される。ねじれ駆動モータが外部カップ２５８に結合されることにより、ジンバル機構を介して、研磨パッド１１７がｚ軸回りを回転させられ得る。一対の内部駆動ピン２６２が、チャック２５０から、内部カップ２５６に設けられ、一般にｙ軸方向に延びたラジアルスロット（ｒａｄｉａｌ  ｓｌｏｔ）２６４内へと延びている。ラジアルスロット２６４は、円周方向において内部駆動ピン２６２を拘束し、チャック２５０は、内部カップ２５６とともに、ｚ軸回りを円周方向に移動する。内部駆動ピン２６２は、ラジアルスロット２６４に沿って移動することにより、チャック２５０が内部カップ２５６に対してｘ軸回りを回転することを許容し得る。
【００６２】
一対の外部駆動ピン２６６は、内部カップ２５６から、外部カップ２５８に設けられ、一般にｘ軸方向に延びたラジアルスロット２６８内へと延びている。ラジアルスロット２６８は、円周方向において外部駆動ピン２６６を拘束するため、内部カップ２５６は、外部カップ２５８とともに、ｚ軸回りを円周方向に移動する。外部駆動ピン２６６は、ラジアルスロット２６８に沿って移動することにより、内部カップ２５６が外部カップ２５８に対してｙ軸回りを回転することを許容し得る。
【００６３】
半球状駆動カップ２５６および２５８は、２つの運動軸を分離することにより、ジンバルポイントまたは旋回ポイント２５２の回りでジンバル機構による最大限のジンバルを可能にする。ジンバル機構は、ウエハ表面との接点で研磨パッド１１７上のトルクモーメントにスキー効果（ｓｋｉｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）を生じさせることなく、研磨パッド１１７がねじれ駆動をｚ軸回りに伝達することを可能にする。研磨パッド１１７は、ｘ−ｙ平面からオフセットし得るウエハ１１５の表面に対して自動調心となる。
【００６４】
図３Ｂ〜図３Ｅに示すジンバル機構は、単なる例示である。異なる実施形態では、駆動ピンは、機械加工された突起物と置き換えられ得る。ぴったりと適合し、溝をわたるボールまたはローラーが、機構の可動部材間で低摩擦の回転接触を提供するために用いられ得る。図示される実施形態はｘ方向の単一のトラック、およびｙ方向の単一のトラックを含むが、さらなるトラックが設けられ得る。アセンブリの部材は、球形部材とは異なる形状を有し、なおもジンバル動作または球状駆動運動を提供し得る。ウエハを支持する他の方法および研磨パッドに追従する他の方法が、所望の位置に所定のジンバル点を提供し得ることが理解される。
【００６５】
平坦化装置１００は以下のように動作する。図１を参照して、アセンブリ１１０は、研磨パッド１１７とバックサポート１１８の間にウエハ１１５を配置する。研磨パッドは、ウエハ１１５の処理面１７０上へと下げられる。パッドアセンブリ１１６は、従来のアクチュエータ（図示せず）、例えば、パッド１１７の処理面１７０に対する下降圧力を制御する可変力制御を有するピストン駆動機構によって駆動される。アクチュエータは、通常、パッド圧力読取り値に容易に変換され得る下方向の力の測定を行う力トランスデューサを備える。関連技術分野で公知の多数の圧力感知アクチュエータ設計が用いられ得る。
【００６６】
図４は、本発明の実施形態による平坦化装置１００の簡略化された平面図である。この図は、単なる一例であり、特許請求の範囲を制限するものではない。当業者は、他の多くの改変、修正、および代替物を認識する。特定の実施形態では、デュアルアーム１１９は、旋回シャフト３６０の回りを旋回することにより、パッドアセンブリ１１６、および研磨パッド１１７のガイド、およびスピンアセンブリ１１０、およびウエハ１１５に対して横方向のずれをもたらすように構成される。旋回シャフト３６０は、平坦化装置システム（図示せず）に固定される。
【００６７】
研磨パッドスピンドル２６０もまた、図４Ａに示すように、回転することにより、研磨パッド１１７を回転させ得る。それ自体の軸２７０の回りのスピン回転２７６に加えて、スピンドル２６０はまた、方向２７８の軌道軸２７７の回りを軌道を描いて回ることにより、波線で示すような研磨パッド１１７の軌道を生成する。軌道軸２７７は、ウエハ１１５のサイズおよび研磨パッド１１７のサイズに基づいて選択され得る距離だけ、スピン軸２７０からオフセットする。例えば、このオフセット距離は、約０．０１インチから数インチの範囲であり得る。特定の例では、この距離は、約０．２５インチである。この軌道回転を図４Ａにより明確に示す。スピンドル２６０をスピンさせるために用いられるモータとスピンドル２６０を軌道回転させるために用いられるモータは異なり得る。
【００６８】
図４Ｂに、ウェハを平坦化する、ウェハ６０６より小さいサイズの研磨パッド６０４を保持する研磨ヘッド６０２の軌道運動および純粋なスピン運動の両方を可能にする装置６００を示す。軌道ハウジング６１０が、ベアリング６１４によって、アームフレーム６１２に対して適切な位置に保持されており、直接型軌道モーターによって直接駆動されるか、または、軌道ベルトもしくは軌道歯車を介して駆動される。図４Ｂには、軌道モーター６１８に結合された軌道駆動ベルト６１６を示す。軌道ハウジング６１０は、ベアリング６２４とともにシャフト６２２を支える偏心またはオフセットホール６２０を有する。シャフト６２２は、軌道ハウジング６１０の中心線から、所望の量（例えば、約０．５インチ）に設定され得るオフセット６２５で、相殺されている。シャフト６２２は、研磨ヘッド６０２に結合されている。外歯歯車６２６（または摩擦駆動など）は、シャフト６２２に取り付けられ、内歯歯車６２８（または摩擦駆動）に嵌合する。内歯歯車は、外側軌道ハウジングベアリング６１４の同心円上にある他のベアリング６３０によって支持されている環状歯車６２８であり、直接型スピンモーターによって、または、スピン歯車もしくはシャフト駆動ベルトを介して駆動される。図４Ｂには、スピンモーター６３４に結合されたスピン駆動ベルト６３２を示す。軌道モーター６１８およびスピンモーター６３４の相対的速度を制御することによって、研磨ヘッド６０２は、（軌道モーター６３４を静止させたままで）スピン運動のみを行うようにされてもよいし、スピンおよび軌道運動（すなわち、歳差運動）を行うようにされてもよいし、あるいは、（研磨パッド６０４がウェハ６０６に対してスピンしないように、２つのモーター６１８および６３４の相対的な運動を制御することによって）軌道運動のみを行うようにされてもよい。図４Ｂに、供給通路６４２を介して、研磨パッド６０４に化学／流体／スラリーを供給する、化学／流体／スラリー供給源６４０も示す。
【００６９】
発明者らは、軌道運動を優勢にしてウェハの中心部を研磨し、スピン運動を優勢にしてウェハの端部を研磨することによって、平坦化における均一性が改善され得ることを発見した。ウェハの中心部における優勢な軌道運動は、ウェハの中心部が理論的には速度０である場合の、研磨パッド表面全体に対する、比較的均一な表面速度運動を引き起こす。これによって、より良好な平面性を維持しながら、ウェハの中心部における良好な均一性が得られる。純粋なスピン運動によってウェハの端部における非常に精密な平衡配置が可能になり、良好な除去を達成するために充分なほど作用の中心が近くなり得る前に軌道運動によってパッドが端部を遠すぎる位置で落とす場合に、より良好な端部除外研磨結果が得られる。これによって、より良好な平坦化結果を維持しながら、ウェハの端部における良好な均一性が得られる。いくつかの実施形態において、軌道運動のスピードは、研磨パッドがウェハの中心領域に接触している場合、スピン運動のスピードよりも速い。特定の実施形態において、スピン運動のスピードは、中心領域においてほぼ０である。いくつかの実施形態において、スピン運動のスピードは、研磨パッドがウェハの端部領域に接触している場合に、軌道運動のスピードよりも速い。特定の実施形態において、軌道運動のスピードは、端部領域においてほぼ０である。
【００７０】
また、発明者らは、均一性が、相対的なウェハ回転スピードおよび研磨パッドの軌道運動スピードによって影響され得ることも発見した。例えば、組み合わせられた軌道運動およびウェハの回転の間、軌道運動のスピードおよびウェハ回転スピードのうちの速い方と、二者のうちの遅い方との比が整数である場合、研磨パターンは、ロゼットパターンで繰り返され、非均一な研磨が引き起こされる。典型的には、軌道運動のスピードは、ウェハ回転スピードより速い。従って、２つのスピードの比を非整数にして、平坦化の間、均一性を改善することが所望される。例えば、軌道運動のスピードが１０００ｒｐｍである場合、ウェハ回転スピードは、６３ｒｐｍであり得る。
【００７１】
図５は、本発明の他の実施形態による、平坦化装置１００の別の図である。この図は例示に過ぎず、本明細書中の特許請求の範囲を限定するものではない。当業者であれば、他の多くの変形例、改変例および代替例を認識する。特定の実施形態においては、平坦化の間、ウェハ１１５の処理表面に研磨スラリー（図示せず）を供給するスラリー送達機構４００が設けられる。図５には、単一の機構４００またはディスペンサー４００を示しているが、ウェハの研磨要件に依存して、さらなるディスペンサーが設けられてもよい。研磨スラリーは、当該技術分野において公知である。例えば、典型的なスラリーには、コロイド状ケイ酸の混合物、またはＫＯＨ、ＮＨ４ＯＨ、またはＣｅＯ２のような、アルカリ溶液中に分散したアルミナが含まれる。あるいは、スラリーがないパッドシステムが用いられてもよい。
【００７２】
研磨流体を受け止め、平坦化の間用いられ得るあらゆるスラリーの腐食特性から周囲の機器を保護するスプラッシュシールド４１０が設けられる。シールド材料は、ポリプロピレンまたはステンレススチール、あるいは、研磨流体の腐食性の性質に対して耐性がある何らかの他の安定化合物であり得る。スラリーは、ドレイン４２０を介して処理され得る。
【００７３】
データ格納部４４０と通信するコントローラ４３０は、平坦化装置の上記の部材に対して、各種の制御信号４５０を送出する。コントローラは、メカニックに順序制御および手動信号を提供して、平坦化動作を実行させる。データ格納部４４０は、外部からアクセス可能である。これによって、ユーザ供給データが、データ格納部４４０にロードされることが可能になり、平坦化装置に平坦化用のパラメータが提供される。本発明のこの局面は、以下でより詳細に説明される。
【００７４】
あらゆる種類のコントローラ構成が、本発明において考えられる。特定の構成は、スループット要件、装置のために利用可能な設置面積、本発明に特有の機能以外のシステム機能、実施コストなどのような考慮すべき点に依存する。特定の実施形態において、コントローラ４３０は、制御ソフトウェアがロードされたパーソナルコンピュータである。パーソナルコンピュータは、装置１００の各部材に対する各種のインターフェース回路を含む。制御ソフトウェアは、インターフェース回路を介して、これらの部材と通信し、平坦化の間、装置１００を制御する。この実施形態において、データ格納部４４０は、所望の平坦化パラメータを含む内部ハードドライブであり得る。ユーザ供給パラメータは、キーボード（図示せず）を介して、手動でキー入力され得る。あるいは、データ格納部４４０は、フロッピー（Ｒ）ドライブであってもよく、この場合、パラメータが他の場所で決定され、フロッピー（Ｒ）ディスクに格納され、パーソナルコンピュータに伝えられ得る。さらに他の代替例において、データ格納部４４０は、ローカルエリアネットワークを介してアクセスされる遠隔ディスクサーバである。さらに別の代替例において、データ格納部４４０は、例えば、ワールドワイドウェブによって、または、ＦＴＰ（ファイル転送プロトコル）サイトを介するなど、インターネットを介してアクセスされる遠隔コンピュータである。
【００７５】
別の実施形態において、コントローラ４３０は、本発明に従い、協同して平坦化シーケンスを実行する１つ以上のマイクロコントローラを含む。データ格納部４４０は、外部からマイクロコントローラに提供されるデータのソースとして機能し、マイクロコントローラは、ユーザ供給平坦化パラメータに従って研磨を実行し得る。ユーザ供給平坦化パラメータを提供するのに可能な構成が多数あることは明らかである。同様に、平坦化装置の構成要素を制御するのに可能なアプローチが多数あることは明らかである。
【００７６】
（平坦化キャリブレーションシステム）
図６は、本発明の平坦化キャリブレーションシステムの簡略ブロック図である。なお、本図は、本発明の平坦化装置の構成要素に注目する簡略ブロック図表現である。図示されるシステムは、例示であって本明細書中で特許請求の範囲を過度に制限しない。当業者は、本発明の範囲および精神を逸脱せずに多くの変形、代替および変更を認識し得る。平坦化システム８００は、平坦化動作を実行するための平坦化ステーション８０４を含む。平坦化ステーション８０４は、ネットワークインタフェースカード（図示せず）を使用して他のシステム構成要素（ウェハ供給部、測定ステーション、搬送デバイス、など）とのインタフェースをとる。ブランクのテストウェハを提供し且つ製造ウェハを提供するためのウェハ供給部８０２がある。表面測定を行い、その測定から除去プロフィールが生成されるための測定ステーション８０６が提供される。平坦化ステーション８０４、ウェハ供給部８０２および測定ステーション８０６は、ロボット搬送デバイス８０８によって動作可能に共に結合される。コントローラ８１０は、協同してシステム８００の構成要素を共に結合する制御線およびデータ入力線８１４を含む。コントローラ８１０は、少なくともあるユーザ供給平坦化パラメータを格納するためのデータ格納部８１２を含む。あるいは、データ格納部８１２は、ローカルエリアネットワークにおいてネットワークを介して利用可能な遠隔アクセスデータサーバであり得る。
【００７７】
コントローラ８１０は、技術者がシステム８００の構成要素と相互作用し且つ制御することを可能にするユーザインタフェースを有する自己完結型コントローラであり得る。例えば、コントローラ８１０は、システム８００の要素と連絡し且つ制御するための１つ以上のソフトウェアモジュールを内部に含むＰＣ型コンピュータであり得る。データ格納部８１２は、コントローラ８１０とのデータ交換のための通信路８２０（データバスなど）を介して結合されるハードドライブであり得る。
【００７８】
別の構成において、中央コントローラ（図示せず）は、通信路８２０を介してコントローラ８１０にアクセスする。そのような構成は、中央化コントローラが種々のそのようなコントローラを担う製造施設において見出され得る。通信路８２０は、ローカルエリアネットワークの物理層であり得る。明らかに、本発明を実施する際には多くのコントローラ構成が想定される。特定の実施形態は、エンドユーザの要求、システム要件、システムコストなどの事項に依存し得る。
【００７９】
図６に図示されるシステムは、製造モードおよびキャリブレーションモードで動作され得る。製造実行中は、ウェハ供給部８０２が製造ウェハを含む。キャリブレーション実行中は、ウェハ供給部８０２にテストウェハが装填される。測定ステーション８０６は、主にキャリブレーション実行中に使用され、研磨されたテストウェハに対して測定を行って除去プロフィールを生成する。しかし、測定ステーション８０６はまた、製造実行中に研磨動作の品質をモニタしてプロセスの経時変化をモニタするように使用され得る。
【００８０】
別の実施形態において、測定システム８０６は、平坦化ステーション８０４に一体化され得る。この構成は平坦化プロセスの現場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）測定を提供する。平坦化が進行しながら、測定が行われ得る。これらのリアルタイム測定は、平坦化パラメータの微調整を可能とし、フィルム材料のより高度に均一な除去を提供する。
【００８１】
制御ソフトウェアを構成するプログラムコードは、多くの方法のいずれかで表現され得る。Ｃプログラミング言語が常用される言語である。なぜなら、Ｃプログラムの高レベル命令を使用される特定ハードウェアの対応のマシン語に翻訳するためのコンパイラが多く存在するからである。例えば、ソフトウェアのいくつかは、ＰＣ系プロセッサに常駐し得る。他のソフトウェアは、個々のステーション（平坦化ステーション８０４および測定ステーション８０６など）の下位の制御ハードウェアに常駐し得る。そのような場合、Ｃプログラムは、これらのステーションにおいて使用されるマイクロコントローラのマシン語にまでコンパイルされ得る。１つの特定の実施形態において、システムは、ソフト論理プログラミング制御を有するＰＣ系ローカルまたは分散制御方式を使用する。
【００８２】
Ｃプログラミング言語の代わりとして、オブジェクト指向プログラミング言語が使用され得る。例えば、Ｃ＋＋は、常用のオブジェクト指向プログラミング言語である。特定のプログラミング言語の選択は、本発明の範囲および精神を逸脱せずにされ得る。むしろ、特定のプログラミング言語の選択は通常、目的のハードウェアのためのコンパイラの利用可能性、関連のソフトウェア開発ツールの利用可能性、およびソフトウェア開発チームの好みに依存する。
【００８３】
以上に説明したように、本発明の特定の実施形態は、シャフト軸を有し、研磨パッドに連結された研磨ヘッドに接続されたシャフトを備えた、物体を平坦化する化学機械平坦化装置を提供する。研磨パッドは平坦化すべき物体よりも小径である。シャフトは研磨ヘッドおよび研磨パッドをシャフト軸周りに回転させるように回転可能である、軌道ハウジングは、軌道軸から離れた偏心孔を有し、シャフトは偏心孔内を回転可能に通るように配置されている。軌道ハウジングはシャフトと研磨ヘッドと研磨パッドとを軌道軸周りに軌道に乗って移動させるように回転可能である。いくつかの実施形態では、物体は物体回転速度で回転し、研磨パッドは軌道速度で軌道軸周りを回転する。物体回転速度と軌道速度のうちの小さい方に対する、物体回転速度と軌道速度のうちの大きい方の割合は、整数でない。軌道速度は、物体回転速度よりも大きいことがあり得る。いくつかの実施形態では、研磨パッドは回転速度でシャフト軸周りを回転し、軌道速度で軌道軸周りを回転する。研磨パッドが物体表面の中央部に接触しているとき、軌道速度は回転速度よりも大きい。特定の実施形態では、研磨パッドが中央部に接触しているとき、回転速度はほぼゼロである。いくつかの実施形態では、研磨パッドが物体表面の端部に接触しているとき、回転速度は軌道速度よりも大きい。特定の実施形態では、研磨パッドが端部に接触しているとき、軌道速度はほぼゼロである。
【００８４】
上記は特定の実施形態を十分に記載するものであるが、当業者に公知の種々の変更、代替の構築物および均等物が使用され得る。例えば、上記は半導体ウェハに関するが、表面などを有するほとんど任意のタイプの物に対して本発明を実施し得る。したがって、上記の記載および例示は、本発明の範囲を制限するものとして理解されるべきでない。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義される。
【００８５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、シャフト軸を有し、研磨パッドに連結された研磨ヘッドに接続されたシャフトを備えた、物体を平坦化する化学機械平坦化装置を提供する。研磨パッドは平坦化すべき物体よりも小径である。シャフトは研磨ヘッドおよび研磨パッドをシャフト軸周りに回転させるように回転可能である、軌道ハウジングは、軌道軸から離れた偏心孔を有し、シャフトは偏心孔内を回転可能に通るように配置されている。軌道ハウジングはシャフトと研磨ヘッドと研磨パッドとを軌道軸周りに軌道に乗って移動させるように回転可能である。
【００８６】
また、他の発明では、物体は物体回転速度で回転し、研磨パッドは軌道速度で軌道軸周りを回転する。物体回転速度と軌道速度のうちの小さい方に対する、物体回転速度と軌道速度のうちの大きい方の割合は、整数でない。軌道速度は、物体回転速度よりも大きいことがあり得る。
【００８７】
さらに他の発明では、研磨パッドは回転速度でシャフト軸周りを回転し、軌道速度で軌道軸周りを回転する。研磨パッドが物体表面の中央部に接触しているとき、軌道速度は回転速度よりも大きい。特定の実施形態では、研磨パッドが中央部に接触しているとき、回転速度はほぼゼロである。いくつかの実施形態では、研磨パッドが物体表面の端部に接触しているとき、回転速度は軌道速度よりも大きい。特定の実施形態では、研磨パッドが端部に接触しているとき、軌道速度はほぼゼロである。
【００８８】
これら構成により本発明は、半導体ウエハ等の製品の材料の膜を平坦化するためのデバイスを提供することができる。また、本発明は、半導体集積回路の製造に対して改善された基板支持を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による平坦化装置の簡略化された図である。
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態による、複数のガイドおよびスピンアセンブリを支持するカラセルの簡略化された平面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による、ガイドおよびスピンローラの詳細な図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の別の実施形態による、ガイドおよびスピンローラの図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による、研磨パッド背面サポートの詳細な図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一実施形態による、突出したジンバルポイントを有するウエハを支持する支持機構の簡略化された図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、突出したジンバルポイントを有するパッドを研磨するジンバル駆動サポートの平面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ｂのジンバル駆動サポートの１−１に沿う断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図３Ｂのジンバル駆動サポートの２−２に沿う断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、図３Ｂのジンバル駆動サポートの分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による、平坦化装置の簡略化された平面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、研磨パッドおよびスピンドルの簡略化された平面図であり、スピンおよび軌道回転を示している。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の一実施形態による、研磨ヘッドのための軌道およびスピン機構の部分図である。
【図５】図５は、本発明の別の実施形態による、平坦化装置の代替図である。
【図６】図６は、本発明の平坦化較正システムの簡略化されたブロック図である。
【符号の説明】
１００  平坦化装置
１１０  スピンアセンブリ
１１５  ウエハ
１１６  研磨パッドアセンブリ
１１７  研磨パッド
１１８  デュアルアーム
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図３Ａ】
2004241511.tif 000008
【図３Ｂ】
2004241511.tif 000009
【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
2004241511.tif 000011
【図３Ｅ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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