(57)【要約】  本発明は、ＣＭＰ前半導体基板バフ研磨モジュールのための方法および装置を提供する。本発明は、基板の主要面に対して回転するように適合される研磨パッドアセンブリと、基板を保持し、研磨パッドアセンブリが回転するにつれて研磨パッドアセンブリに対して基板を回転させるように適合されるチャックと、回転する基板に対して研磨パッドアセンブリが回転する間に基板の主要面にわたって横方向に研磨パッドアセンブリを振動させるように適合される横方向運動モータとを含む。数多くの追加の特徴が開示される。
2015517923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主要面に対して回転するように適合される研磨パッドアセンブリと、
前記基板を保持し、前記研磨パッドアセンブリが回転するにつれて前記研磨パッドアセンブリに対して前記基板を回転させるように適合されるチャックと、
前記回転する基板に対して前記研磨パッドアセンブリが回転する間に前記基板の前記主要面にわたって横方向に前記研磨パッドアセンブリを振動させるように適合される横方向運動モータと
を備える基板バフ研磨モジュール。
【請求項２】
前記研磨パッドアセンブリにスラリを供給するように適合されるチャネルをさらに備える、請求項１に記載の基板バフ研磨モジュール。
【請求項３】
前記チャックの上に前記横方向運動モータ及び前記研磨パッドアセンブリを支持するためのガントリをさらに備える、請求項１に記載の基板バフ研磨モジュール。
【請求項４】
前記ガントリを引き上げ及び引き下げするように適合されるアクチュエータをさらに備える、請求項３に記載の基板バフ研磨モジュール。
【請求項５】
前記チャックを回転させるように適合され、かつ中空シャフトを含むようにさらに適合される第１のモータをさらに備える、請求項１に記載の基板バフ研磨モジュール。
【請求項６】
前記研磨パッドアセンブリを回転させるように適合され、かつ中空シャフトを含むようにさらに適合される第２のモータをさらに備える、請求項１に記載の基板バフ研磨モジュール。
【請求項７】
前記第２のモータと前記研磨パッドアセンブリとの間に可撓性のリンケージをさらに備え、前記可撓性のリンケージが、前記研磨パッドアセンブリが回転する間に前記研磨パッドアセンブリが前記基板の前記主要面に対して実質的に平行に維持されることを可能にするように適合される、請求項６に記載の基板バフ研磨モジュール。
【請求項８】
基板の主要面に対して研磨パッドアセンブリを回転させることと、
前記研磨パッドアセンブリが回転するにつれて前記研磨パッドアセンブリに対して前記基板を回転させるために前記基板を保持するチャックを回転させることと、
前記回転する基板に対して前記研磨パッドアセンブリが回転する間に前記基板の前記主要面にわたって横方向に前記研磨パッドアセンブリを振動させることと
を含む、基板バフ研磨の方法。
【請求項９】
ガントリを使用して前記チャックの上に前記横方向運動モータ及び前記研磨パッドアセンブリを支持することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
アクチュエータを使用して前記ガントリを引き上げ及び引き下げすることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記チャックを回転させることが、中空シャフトを含む第１のモータを使用して前記チャックを回転させることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記研磨パッドアセンブリを回転させることが、中空シャフトを含む第２のモータを使用して前記研磨パッドアセンブリを回転させることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記研磨パッドアセンブリを回転させることが、可撓性のリンケージを使用して前記第２のモータを前記研磨パッドアセンブリに連結することを含み、前記可撓性のリンケージが、前記研磨パッドアセンブリが回転する間に前記研磨パッドアセンブリが前記基板の前記主要面に対して実質的に平行に維持されることを可能にするように適合される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板をバフ研磨することが、前記研磨パッドアセンブリを回転させること、前記基板を回転させることと、及び前記研磨パッドアセンブリを横方向に振動させることと同時に、前記基板にスラリを適用することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板にスラリを適用することが、前記研磨パッドを通して前記基板にスラリを適用することを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１２年４月２８日に出願された「ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＰＲＥ−ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ  ＰＬＡＮＡＲＩＺＡＴＩＯＮ  ＢＵＦＦＩＮＧ  ＭＯＤＵＬＥ」（代理人整理番号第１７２５９号）と題する米国特許出願第１３／４５９１７７号から優先権を主張し、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、概してケミカルメカニカル平坦化（ＣＭＰ）システムに関し、さらに具体的には、ＣＭＰ処理を実行する前に基板をバフ研磨する方法及び装置を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
既存のケミカルメカニカル平坦化（ＣＭＰ）システムは、基板の表面にくっついた比較的大きいデブリ粒子を有する処理のための基板を時々受け取ることがある。ＣＭＰ前リンスシステム（ｐｒｅ−ＣＭＰ  ｒｉｎｓｅ  ｓｙｓｔｅｍｓ）は、多くの場合、これらのより大きい粒子を効果的に除去することができず、従来のＣＭＰシステムを使用して基板を研磨するとき、粒子が基板の表面に深い傷を生じさせることができる。従来のＣＭＰシステムを使用してこの課題に取り組むために、基板は、種々の膜圧を使用して時々２度研磨される。しかしながら、この解決法は、スループットを減速させる欠点を有する。したがって、必要なのは、ＣＭＰ処理スループットを減速させることなく大きなデブリ粒子の除去を可能にする方法及び装置である。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の方法及び装置は、ＣＭＰシステム用のＣＭＰ前バフ研磨モジュールに対して提供される。いくつかの実施形態では、バフ研磨モジュールは、基板の主要面に対して回転するように適合される研磨パッドアセンブリと、基板を保持し、研磨パッドアセンブリが回転するにつれて研磨パッドアセンブリに対して基板を回転させるように適合されるチャックと、回転する基板に対して研磨パッドアセンブリが回転する間に基板の主要面にわたって横方向に研磨パッドアセンブリを振動させるように適合される横方向運動モータとを含む。
【０００５】
いくつかの実施形態では、本発明は、基板バフ研磨の方法を提供する。この方法は、基板の主要面に対して研磨パッドアセンブリを回転させることと、研磨パッドアセンブリが回転するにつれて研磨パッドアセンブリに対して基板を回転させるために基板を保持するチャックを回転させることと、回転する基板に対して研磨パッドアセンブリが回転する間に基板の主要面にわたって横方向に研磨パッドアセンブリを振動させることとを含む。
【０００６】
さらに他の実施形態では、本発明は、バフ研磨モジュールを使用する方法を提供する。この方法は、バフ研磨モジュールを提供することと、基板をバフ研磨モジュール内にローディングすることと、バフ研磨モジュールの研磨パッドアセンブリを用いて基板上にダウンフォースを適用することと、同時に、研磨パッドアセンブリを回転させること、基板を回転させること、及び研磨パッドアセンブリを横方向に振動させることによって、基板をバフ研磨することとを含む。
【０００７】
数多くの他の態様が提供される。本発明の他の特徴及び態様は、以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面からより完全に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明のいくつかの実施形態による、ＣＭＰシステムのＣＭＰ前バフ研磨モジュールの一例を示す概略ブロック図である。
【図２】図２は、本発明のいくつかの実施形態による、ＣＭＰ前バフ研磨モジュールを使用して基板をバフ研磨する方法の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、ＣＭＰ処理の前に基板の表面から大きなデブリ粒子を除去するために半導体基板を前処理する改善された方法及び装置を提供する。本発明は、基板が回転研磨パッドアセンブリによってバフ研磨される間、研磨パッドアセンブリが基板の表面にわたって横方向に動かされることを可能にするモータ駆動ガントリから吊り下げられる回転研磨パッドアセンブリを含む、ＣＭＰ前半導体基板バフ研磨モジュールを含む。基板は、バフ研磨の間に基板を確実に保持し且つ回転させる回転基板チャック上で支持される。モジュールはタンクに収容され、洗浄／研磨スラリが、研磨パッドアセンブリを通して基板の表面に適用されうる。研磨パッドアセンブリを回転させるためのモータ及び基板チャックを回転させるためのモータの両方が中空シャフトモータであることができる。スラリは、研磨パッドアセンブリを回転させるモータの中空シャフトを介して研磨パッドアセンブリの背面に適用されうる。使用済みのスラリは、基板チャックを回転させるモータの中空シャフトを介してタンクから排出されうる。
【００１０】
幾つかの実施形態では、ＣＭＰ前バフ研磨モジュールはＣＭＰシステムの一部であることができ、ＣＭＰ処理される基板は最初にＣＭＰ前バフ研磨モジュール内でバフ研磨される。バフ研磨モジュールは、エンドエフェクタを使用してモジュールのローディング及びアンローディングを容易にするために基板チャックから基板をリフトオフするように適合される基板ホルダを含むことができる。さらに、バフ研磨モジュールは、基板のローディング及びアンローディングをより可能にする（例えば、ロボットのためにより多くの隙間を提供する）ために、ガントリを引き上げる研磨パッドリフティングアクチュエータを含むことができる。
【００１１】
図１を見ると、ＣＭＰ前バフ研磨モジュール１００の実施形態の一例が図解されている。回転研磨パッドアセンブリ１０２は、モータ駆動ガントリ１０４から吊り下げられる。研磨パッドアセンブリ１０２は、研磨パッド、及び研磨パッドを確実に、しかし着脱可能に保持するように適合されるキャリッジを含むことができる。モータ駆動ガントリ１０４は、研磨パッドアセンブリ１０２が基板１０６の表面にわたって横方向に動かされることを可能にする。基板１０６がアセンブリ１０２によってバフ研磨される間の回転研磨パッドアセンブリ１０２のこの横方向の振動運動は、基板１０６のバフ研磨の一貫性を強化し、基板１０６の全表面がバフ研磨されることを確かにする。幾つかの実施形態では、研磨パッドアセンブリ１０２は、基板１０６の直径よりも小さいパッド直径を有する。基板１０６は、回転基板チャック１０８上に支持される。回転基板チャック１０８は、バフ研磨の間、基板１０６を確実に、しかし着脱可能に保持し且つ回転させる。
【００１２】
幾つかの実施形態では、モジュール１００は、タンク１１０内に含まれてもよく、スラリは、バフ研磨の間に基板１０６の表面に適用されてもよい。スラリは、研磨パッドアセンブリ１０２を通して分配することができる。幾つかの実施形態では、研磨パッドアセンブリ１０２を回転させるためのモータ１１２は、スラリを運ぶチャネルが中空シャフト１１３を通して配管されることを可能にするように適合される中空シャフトモータであることができる。同様に、基板チャック１０８を回転させるためのモータ１１４は、使用済みスラリを運ぶチャネルが中空シャフト１１５を通して配管されることを可能にするように適合される中空シャフトモータであることができる。したがって、幾つかの実施形態では、スラリは、研磨パッドアセンブリを回転させるモータ１１２の中空シャフト１１３を介して研磨パッドアセンブリ１０２の背面に適用されうる。使用済みのスラリは、基板チャックを回転させるモータ１１４の中空シャフトを介してタンク１１０から排出されうる。
【００１３】
バフ研磨モジュール１００は、エンドエフェクタを使用してモジュール１００のローディング及びアンローディングを容易にするために基板チャック１０８から基板１０６をリフトオフするように適合される基板ホルダ１１６を含むことができる。基板ホルダリフトアクチュエータ１１８は、基板ホルダ１１６を引上げ及び引き下げするように設けることができる。さらに、バフ研磨モジュール１００は、例えば、ガントリ直立支持体（ｇａｎｔｒｙ  ｕｐｒｉｇｈｔ  ｓｕｐｐｏｒｔ）１２２のうちの１つに組み込まれる、研磨パッドリフティングアクチュエータ１２０を含むことができる。研磨パッドリフティングアクチュエータ１２０は、モジュール１００から基板１０６のローディング及びアンローディングをより可能にするために、ガントリ１０４を引き上げるように適合されうる。ガントリ直立支持体１２２、基板チャックを回転させるモータ１１４、及び基板ホルダリフトアクチュエータ１１８は、すべてベースプレート１２４に連結されうる。
【００１４】
動作の際には、ＣＭＰ前バフ研磨モジュール１００は、研磨パッドリフティングアクチュエータ１２０及び基板ホルダリフトアクチュエータ１１８それぞれを使用して、ガントリ１０４及び基板ホルダ１１６を引き上げる。基板１０６は、基板チャック１０８（例えば、真空チャック又は任意の他の実用的なタイプのチャック）にロードされる。ガントリ１０４及び基板ホルダ１１６は、研磨パッドリフティングアクチュエータ１２０及び基板ホルダリフトアクチュエータ１１８それぞれによって引き下げられる。
【００１５】
所定量の下向きの圧力が、研磨パッドアセンブリ１０２によって基板１０６に印加される。研磨パッドアセンブリ１０２が基板１０６の主要面に対して平行に維持されることを保障するために、可撓性のリンケージ１２６（例えば、ジンバル、ボールジョイント、等）が、モータ１１２と研磨パッドアセンブリ１０２との間に使用されうる。幾つかの実施形態では、基板１０６上の研磨パッドアセンブリ１０２の下向きの圧力を制限するために、ハードストップ１２８を設けることができる。
【００１６】
スラリは、研磨パッドアセンブリ１０２を回転させるモータ１１２の中空シャフト１１３を介して研磨パッドアセンブリ１０２に適用される。研磨パッドアセンブリモータ１１２は研磨パッドアセンブリ１０２を回転させ、同時に、基板チャックモータ１１４は基板１０６を回転させる。さらに、ガントリ１０４上に取り付けられる横方向運動モータ１３０も、基板１０６にわたって横方向に往復して振動する研磨パッドアセンブリ１０２を動かす。バフ研磨は、所定の時間、又は所望のエンドポイントに達するまで（例えば、トルク測定センサをモータに連結することができ、印加トルクにおいて検出された変化に基づいてエンドポイントを特定することができる）継続する。使用済みのスラリは、基板チャックモータ１１４の中空シャフト１１４を通してチャネルを介してタンク１１０から流出する。
【００１７】
バフ研磨が完了すると、ＣＭＰ前バフ研磨モジュール１００は、モータ１１２、１１４、１３０を停止し、研磨パッドリフティングアクチュエータ１２０及び基板ホルダリフトアクチュエータ１１８それぞれを使用して、ガントリ１０４及び基板ホルダ１１６を引き上げる。基板１０６は、チャック１０８から取り外され、ＣＭＰ処理のためにＣＭＰ研磨機に持ってこられ、移される。幾つかの実施形態では、プログラムを実行するように適合されるコントローラ１３２（例えば、コンピュータ）は、モータ１１２、１１４、１３０、アクチュエータ１１８、１２０、及び他の制御可能な部品（例えば、スラリバルブ及びポンプ、等）の各々に電子的に連結される。制御プログラムは、当該方法を実施し、本発明のＣＭＰ前バフ研磨モジュール１００を操作するように適合される。
【００１８】
これより図２を参照すると、基板をＣＭＰ前バフ研磨する方法の一例２００を示すフロー図が提供される。ステップ２０２では、ＣＭＰ前バフ研磨モジュール１００が提供される。ステップ２０４では、基板１０６がＣＭＰ前バフ研磨モジュール１００内にローディングされる。ステップ２０６では、基板１０６上にダウンフォースを適用するために研磨パッドアセンブリ１０２が基板１０６上に引き下げられる。ステップ２０８では、基板１０６は、研磨パッドアセンブリ１０２を介してスラリを適用し、研磨パッドアセンブリ１０２を回転させ、基板１０６を回転させ（すなわち、研磨パッドアセンブリ１０２に対して回転させ）、及び研磨パッドアセンブリ１０２を横方向に往復して動かすことによって、バフ研磨される。これらすべては、同時に行うことができる。研磨パッドアセンブリ１０２及び基板１０６の回転のレート及び方向は、バフ研磨を最適化し且つデブリ粒子の除去を確かにするために、変更することができる。基板１０６を繰返し横切って掃引するために研磨パッドアセンブリ１０２が横方向に動かされる頻度、及びスラリが基板上に流されるレートは、さらに、バフ研磨を強化し且つデブリ粒子の除去を確かにするために最適化することができる。
【００１９】
ステップ２１０では、コントローラ１３２は、バフ研磨の進捗を監視し、エンドポイント又はエンドタイムに達したかを決定する。ステップ２１２では、モータ１１２、１１４、１３０が停止され、基板がアンロードされる。
【００２０】
したがって、本発明は、その好適な実施形態に関連して開示されたが、以下の特許請求の範囲によって定義されるように他の実施形態が本発明の範囲内に含まれうると理解されるべきである。
【図１】
2015517923.tif 000003
【図２】
2015517923.tif 000004
【国際調査報告】
2015517923.tif 000005
2015517923.tif 000006
2015517923.tif 000007