(57)【要約】【課題】化学機械研磨（ＣＭＰ）に適したダミープロセス及び研磨パッドコンディショニング方法を提供する。【解決手段】ＣＭＰ装置は研磨ヘッド２００と、研磨台２２０と、研磨パッド２２２とを含む。研磨ヘッド２００は、保護フード２０２と、基部２０４と、リテーナリング２０６と、ウェハサポートアセンブリ２０８とを含む。ウェハ２０はウェハ収容凹部２０９内の取り付け面に取り付けられる。ウェハサポートアセンブリ２０８を移動させてウェハ２０の底面よりリテーナリング２０６の底面を突出させ、ウェハ２０が研磨パッド２２２の表面に接触しないようにする。これにより多数のダミーウェハを用いる必要性を効果的に回避することができる。【選択図】  図２Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨ヘッドと、研磨台と、研磨パッドとを含む化学機械研磨（ＣＭＰ）装置に適したダミー処理方法であって、前記化学機械研磨装置においては、前記研磨パッドが前記研磨台上に配置され、前記研磨ヘッドが保護フードと、基部と、リテーナリングと、ウェハサポートアセンブリとを備え、前記基部が前記保護フードの下にあり、前記リテーナリングが前記基部のリムの周囲に固定され、前記ウェハサポートアセンブリが前記基部の下に、基部から離間して配置され、ウェハ収容凹部が前記リテーナリングの内面及び前記ウェハサポートアセンブリにより形成されており、前記ダミー処理方法が、
ウェハを提供するステップと、
ウェハ収容凹部の上に前記ウェハを取り付けるステップと、
前記ウェハサポートアセンブリを上方に移動し、前記リテーナリングの底面をウェハの底面より突出させるステップと、
前記研磨台上に前記研磨ヘッドを移動するステップと、
前記リテーナリングが前記研磨パッドの表面に接触させ、前記ウェハは前記研磨パッドの表面に接触しないように前記基部を押し下げるステップと、
前記研磨台を回転するステップと、を有することを特徴とするダミー処理方法。
【請求項２】
前記ウェハサポートアセンブリがサポートボードと可撓性膜を備え、前記サポートボードがサポートボードを通って垂直に伸びる複数の孔部を有し、前記可撓性膜が前記サポートボードに結合され、サポートボードの下に広がり、ウェハの取り付け面となることを特徴とする請求項１記載のダミー処理方法。
【請求項３】
ウェハを取り付ける前記ステップが、可撓性膜の取り付け面に前記ウェハを取り付けることを特徴とする請求項２記載のダミー処理方法。
【請求項４】
ウェハサポートアセンブリを上方に移動する前記ステップが、上方への力が可撓性膜にかけられるように、前記基部と前記ウェハサポートアセンブリ間の中空チャンバ内に負圧を生じさせるステップを有することを特徴とする請求項２記載のダミー処理方法。
【請求項５】
研磨台を回転させる前記ステップの前に、前記研磨パッド上に研磨スラリーを加えるステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載のダミー処理方法。
【請求項６】
コンディショナと、研磨ヘッドと、研磨台と、研磨パッドとを含む化学機械研磨装置に適した研磨パッドコンディショニング方法であって、前記化学機械研磨装置においては、前記研磨パッドが前記研磨台上に配置され、前記研磨ヘッドが保護フードと、基部と、リテーナリングと、ウェハサポートアセンブリとを備え、前記基部が前記保護フードの下にあり、前記リテーナリングが前記基部のリムの周囲に固定され、前記ウェハサポートアセンブリが前記基部の下に、基部から離間して配置され、ウェハ収容凹部がリテーナリングの内面と前記ウェハサポートアセンブリにより形成されており、前記研磨パッドコンディショニング方法が、
前記ウェハ収容凹部上にウェハを取り付けるステップと、
前記ウェハサポートアセンブリを上方へ移動し、前記リテーナリングの底面をウェハの底面より突出させるステップと、
前記研磨台上に前記研磨ヘッドを移動するステップと、
前記リテーナリングを研磨パッドの表面に接触させ、前記ウェハが前記研磨パッドの表面に接触しないように前記基部を押し下げるステップと、
研磨パッドの表面形状をコンディショニングするために研磨台を回転させるステップと、を備えることを特徴とする研磨パッドコンディショニング方法。
【請求項７】
前記ウェハサポートアセンブリがサポートボードと可撓性膜とを備え、サポートボードがサポートボードを通って垂直に伸びる複数の孔部を有し、前記可撓性膜がサポートボードに結合され、サポートボードの下に広がり、ウェハの取り付け面になることを特徴とする請求項６記載の研磨パッドコンディショニング方法。
【請求項８】
ウェハを取り付ける前記ステップが、前記可撓性膜の取り付け面に前記ウェハを取り付けるステップを含むことを特徴とする請求項７記載の研磨パッドコンディショニング方法。
【請求項９】
ウェハサポートアセンブリを上方に移動する前記ステップが、上方への力が前記可撓性膜上にかけられるように前記基部と前記ウェハサポートアセンブリ間の中空チャンバ内に負圧を生じさせるステップを有することを特徴とする請求項７記載の研磨パッドコンディショニング方法。
【請求項１０】
前記化学機械研磨装置が前記研磨ヘッドと外部で連結されるポンプをさらに有し、
中空チャンバ内に負圧を生じさせる前記ステップが、前記中空チャンバからガスを引き出すためにポンプを使用するステップを有することを特徴とする請求項９記載の研磨パッドコンディショニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）プロセスに関し、さらに詳細にはＣＭＰ装置に好適なダミープロセス及び研磨パッドコンディショニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のサイズが絶え間なく縮小するにつれ、半導体製造工程におけるフォトリソグラフィックの露光解像度が高まり、その結果、露光の焦点深度の減少とともにウェハ表面の滑らかさに対する要求がそれ故より厳しいものになってきている。通常、ウェハの平坦化はＣＭＰプロセスで達成される。ＣＭＰプロセスは異方性研磨特有の特徴を有しているため、ウェハ外面での平坦化のためだけではなく、金属相互接続、シャロウトレンチアイソレーション、マイクロメカニカルシステム及び電気システム並びに平面監視にも適している。
【０００３】
ＣＭＰプロセスでは、ウェハは通常研磨ヘッド上に固定され、研磨対象のウェハの表面は回転する研磨パッドを向いている。次に研磨粒子と化学剤から構成される研磨スラリーが研磨パッド上に供給される。次に、研磨ヘッドをウェハ表面と接触させ、適切な圧力をウェハにかけ、ウェハを研磨パッドの上でしっかりと押す。ウェハ表面の研磨は、ウェハ表面と研磨スラリーの間の化学反応、及びウェハ表面、研磨スラリーの研磨粒子、及び研磨パッドの間の機械的な研磨作用により達成される。このようにＣＭＰプロセスとは、円滑なトポグラフィーを備えた平坦な表面を得るためのプロセスである。
【０００４】
図１は、従来のＣＭＰプロセスにおける研磨ヘッドとウェハ間の相対位置と相互作用を示す。通常、従来の研磨ヘッド１００は保護フード１０２、基部１０４、リテーナリング１０６及びウェハサポートアセンブリ１０８を含んでいる。基部１０４は保護フード１０２の下にあり、ウェハサポートアセンブリ１０８は基部１０４の下にあり、リテーナリング１０６は基部１０４のリムの周囲に固定される。ここで、ウェハサポートアセンブリ１０８はサポートボード１１０と、サポートボード１１０を連結する膜１１２とを含み、膜１１２がサポートボード１１０と連結し、サポートボード１１０の下に広がり、ウェハ１０に対する取り付け面１１４となる。
【０００５】
ＣＭＰプロセスの間、ウェハ１０は取り付け面１１４の下に設置され、ウェハサポートアセンブリ１０８が下方に移動し、圧力が基部１０４にかけられ、ウェハ１０にしっかりと接触する。次に、研磨ヘッド１００によって保持されるウェハ１０が研磨台１２０に取り付けられる研磨パッド１２２の表面上に移動される。次に、ウェハと研磨パッドは、ウェハが加圧されている研磨パッドの表面に対して保持されるように、互いに相対的に回転される。換言すれば、基部１０４とウェハサポートアセンブリ１０８間の中空のチャンバ１１６は加圧され、その結果上方への力１３２が基部１０４にかけられ、下方への力１３４がウェハサポートアセンブリ１０８にかけられる。したがって、ウェハサポートアセンブリ１０８にかかる下方への力がウェハ１０を研磨パッド１２２上に押し付ける。そして、ウェハ表面を平坦化するために、研磨ヘッド１００を基準にして研磨台１２０を回転させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＣＭＰポリッシャが待機状態の場合、通常、研磨パッドを安定した状態に保つためにダミープロセスが実行される。ダミープロセスは、ウェハがダミーウェハで置換されるという点を除き、ＣＭＰプロセス（図１に図示される）と同じである。したがって、従来のＣＭＰ装置を維持するためには多数のダミーウェハが必要とされ、これらのダミーウェハは、ダミー研磨プロセスでのその使用前に膜でコーティングされていなければならない。
【０００７】
よって明らかなことに、多数のダミーウェハを必要とし、すでに高価なＣＭＰプロセスのコストを間違いなく増加させるであろう。
【０００８】
前記を考慮し、本発明の目的は、実質的に生産コストを削減するための化学機械研磨装置に適したダミー処理方法を提供することにある。
【０００９】
また本発明の別の目的は、ＣＭＰプロセスの生産コストを削減するためのＣＭＰプロセスに適した研磨パッドコンディショニング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施の形態により、ＣＭＰプロセスのダミー処理方法が提供される。化学機械研磨装置は研磨ヘッドと、研磨台に取り付けられる研磨パッドとを備えている。研磨ヘッドは保護フードと、基部と、リテーナリングと、ウェハサポートアセンブリとを含んでいる。基部は保護フードの下にあり、リテーナリングは基部のリムの周囲に固定され、ウェハサポートアセンブリは基部の下に、基部から離間して配置され、ウェハ収容凹部がリテーナリングの内面及びウェハサポートアセンブリにより形成される。本発明の実施形態によるダミー処理方法は、ウェハを提供するステップと、ウェハをウェハ収容凹部に取り付けるステップと、次にウェハサポートアセンブリを上方へ移動し、リテーナリングの底面をウェハの底面より突出させるステップとを含む。次に、基部を押し下げることにより研磨ヘッドを研磨台上に移動させ、ウェハを研磨パッドに接触させないようにリテーナリングを研磨パッドに接触させる。次に、研磨台が回転する。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、基部はウェハサポートアセンブリを保護するためのダミーウェハまたは他の薄板状の基板とすることができる。
【００１２】
本発明の実施形態により、化学機械研磨装置用の研磨パッドのコンディショニング方法が提供される。研磨パッドコンディショニング方法は、コンディショナと、研磨ヘッドと、研磨台と、研磨パッドとを含む化学機械研磨装置に適している。研磨パッドは研磨台の上に配置され、研磨ヘッドは保護フードと、基部と、リテーナリングと、ウェハサポートアセンブリとを含み、基部は保護フードの下にあり、リテーナリングは基部のリムの周囲に固定され、ウェハサポートアセンブリは基部の下に、基部から離間して配置され、ウェハ収容凹部はリテーナリングの内面及びウェハサポートアセンブリにより形成される。本発明の実施の形態よる研磨パッドコンディショニング方法は、ウェハ収容凹部にウェハを取り付けるステップと、次にウェハサポートアセンブリを上方に移動し、リテーナリングの底面をウェハの底面より突出させるステップとを含む。次に、研磨ヘッドの基部を押し下げることにより研磨ヘッドとコンディショナは研磨台上の研磨パッド上に移動し、コンディショナを研磨パッドに接触させ、リテーナリングを研磨パッドに接触させるがウェハは研磨パッドに接触させないようにする。次に、研磨台が回転し、研磨パッドの表面形状をコンディショニングする。
【発明の効果】
【００１３】
要約すれば、本発明の実施の形態により、基部のリムに固定されるリテーナリング及びウェハの位置が、リテーナリングが研磨パッドに接触し、ウェハが研磨パッドに接触しないように制御されるため、ダミー処理方法または研磨パッドコンディショニングプロセスにおける処理工程中、多数のダミーウェハを用いる必要性を効果的に回避することができる。したがって、生産コストを大幅に削減することができる。
【００１４】
前記の概要と続く詳細な説明は共に例示であり、特許請求の範囲に記載される本発明をさらに説明するためのものと理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の好適な実施形態に関する以下の説明は、添付図面に示されているように、本発明の十分な理解を提供するために、限定を目的とするものではなく説明を目的とするものである。
【００１６】
これより本発明の実施形態に関する詳細な言及がなされ、その実施例が添付図面に示される。同じ部材または類似の部材を言及するにあたり、可能な限り同一符号を図中にて用いる。
【００１７】
本発明の実施形態によるダミープロセスは、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置に好適である。
【００１８】
本発明の第１の実施形態を、図２Ａと図２Ｂを参照して説明する。図２Ａと図２Ｂはダミープロセス中の研磨ヘッドとウェハの機能上の関係を示している。図２Ａを参照すると、研磨ヘッド２００、研磨台２２０、及び研磨パッド２２２を含むＣＭＰ装置が提供される。研磨パッド２２２は研磨台２２０の上に配置される。研磨ヘッド２００は保護フード２０２と、基部２０４と、リテーナリング２０６と、ウェハサポートアセンブリ２０８とを含む。基部２０４は保護フード２０２の下にあり、リテーナリング２０６は基部２０４のリムの周囲に固定され、ウェハサポートアセンブリ２０８は基部２０４の下に、基部２０４から離間して配置され、ウェハ収容凹部２０９はリテーナリング２０６の内面とウェハサポートアセンブリ２０８とにより形成される。加えて、研磨ヘッド２００から流体（例えばガス）を除去するためにＣＭＰ装置の研磨ヘッド２００に外部ポンプ（図示せず）を連結することができる。さらに、ここに示すＣＭＰ装置とその部材の図面は実在するＣＭＰ装置を比例的に反映してはおらず、当業者にとって公知のいくつかの詳細な構造を省いて示しており、例えば、流体を取り出す又は注入するためのいくつかの経路が通常は保護フード２０２、基部２０４、リテーナリング２０６、及びウェハサポートアセンブリ２０８内に配置されていることが注記されなければならない。
【００１９】
再度図２Ａを参照すると、研磨ヘッド２００内の保護フード２０２の形状は通常円形であり、基部２０４は保護フード２０２の下の円形の本体であり、基部２０４はアルミニウム、ステンレス鋼または強化繊維プラスチックなどの剛体材料から作られている。基部２０４の下のウェハサポートアセンブリ２０８上にウェハを取り付けるために基部２０４を通過する経路（図示せず）が真空システムに連結され、ウェハを吸引状態に保つ。加えて、ウェハサポートアセンブリ２０８は、例えば、サポートボード２１０及び該サポートボード２１０に結合される可撓性膜２１２を含んでおり、可撓性膜２１２は例えば高強度シリコン膜である。サポートボード２１０は、例えば、可撓性膜２１２の一表面に取り付けられたサポートボード２１０を通って垂直に伸びる複数の孔部（図示せず）を備え、可撓性膜２１２はリテーナリングに連結される。可撓性膜２１２の他の表面はウェハのための取り付け面２１４になる。
【００２０】
図２Ａを参照すると、研磨ヘッド２００のリテーナリング２０６は円形の本体であり、平らな下部を有する。基部２０４が押し下げられると、リテーナリング２０６も押し下げられ、研磨パッド２２２の表面に負荷がかかる。さらに、リテーナリング２０６はハードプラスチックまたは磁器等の材料から形成することができる。
【００２１】
ダミープロセスを実行する前に、図２Ｂを参照すると、ウェハ２０は、例えばダミーウェハであるか、あるいはウェハサポートアセンブリ２０８を保護するために適した他の薄板状の基板が提供される。次に、ウェハ２０は、図２Ａに図示されるようにウェハ収容凹部２０９内の取り付け面２１４上に取り付けられる。次に、可撓性膜２１２がウェハ２０に面し、可撓性膜とウェハ間に流体密効果が生じるようにサポートボード２１０が押し下げられる。
【００２２】
図２Ｂを参照すると、例えば基部２０４とウェハサポートアセンブリ２０８間の中空のチャンバ２１６が負圧を受け、その結果可撓性膜２１２が押し上げられ、リテーナリング２０６の底部表面をウェハ２０の底表面より突出させておくように、ウェハサポートアセンブリ２０８が上方へ移動される。例えば、基部２０４とウェハサポートアセンブリ２０８間の中空チャンバ２１６内で負圧を生じさせる方法としては、研磨ヘッド２００に取り付けられている外部真空ポンプ（図示せず）を用いることにより達成することができ、ポンプを用いて中空チャンバ２１６から空気を吸い出し、それにより上方への力２２８を生じさせる。
【００２３】
再度図２Ｂを参照すれば、研磨ヘッド２００が研磨台２２０の上に降ろされ、基部２０４は例えば下方への力２３０により下方に押されることになり、基部２０４のリムの周囲に固定されたリテーナリング２０６が研磨パッド２２２の表面に接触し、ウェハ２０は研磨パッド２２２の表面に接触しない。その後、研磨台２２０を回転させる。研磨台２２０を回転させる前に、研磨粒子を含むスラリーを研磨パッド２２２上に供給することができる。
【００２４】
本実施形態では、基部のリム上に固定されるリテーナリングとウェハの位置が、リテーナリングが研磨パッドの表面に接触し、ウェハが研磨パッドの表面に接触しないように制御されているため、ウェハは多数のダミープロセスに使用することができる。換言すれば、多数のダミーウェハを用いる必要性は効果的に回避することができる。したがって生産コストは大幅に削減することができる。
【００２５】
本発明の他の実施形態により、ＣＭＰ装置に適した研磨パッドコンディショニング方法が提供される。図３は本発明の第２の実施形態によるＣＭＰプロセスのコンディショニングプロセス中の研磨ヘッドとウェハの機能上の関係を示している。
【００２６】
図３を参照すると、この実施形態で使用されるＣＭＰ研磨装置は、コンディショナ（conditioner）３００を追加で用いる点を除き、図２Ａに図示されものと同じである。通常、ＣＭＰプロセスが一定の期間実施されると、研磨パッド２２２をコンディショニングするためにコンディショニングステップが実行される。コンディショニングステップを実行する前に、ウェハ２０はウェハ収容凹部２０９内の取り付け面２１２に取り付けられる。次に、ウェハサポートアセンブリ２０８が上方に移動され、リテーナリング２０６の底部をウェハ２０の底面より突出させる。研磨ヘッド２００とコンディショナ３００は次に、コンディショナ３００が研磨パッド２２２の表面に接触させられるように研磨台２２０の上に移動される。次に、リテーナリング２０６が研磨パッド２２２の表面に接触し、ウェハ２０が研磨パッドの表面に接触しないように、研磨ヘッド２００の基部２０４が押し下げられる。その後、研磨台２２０は研磨パッド２２２の表面形状をコンディショニングするために回転される。
【００２７】
好適な実施の形態では、基部のリムに固定されるリテーナリング及びウェハの位置が、リテーナリングが研磨パッドに接触し、ウェハが研磨パッドの表面に接触しないように制御されるため、ウェハは多くの研磨パッドコンディショニングプロセスに使用することができる。換言すれば、多数のダミーウェハを用いる必要性は効果的に回避することができる。したがって全体的な生産コストは大幅に削減することができる。
【００２８】
本発明の効果を示すために、本発明のダミープロセス及び従来のダミープロセスの効果を検討する実験が実施され、これらの効果が比較された。前記検討では、ＣＭＰ装置は、本発明のダミープロセスを実施するために前述のように構成され、ダミープロセス後にＣＭＰ装置は多数のバッチ処理に対しシャロウトレンチアイソレーション構造の製造用に使用され、ＣＭＰ装置は従来のダミープロセスを実施するように構成され、従来のダミープロセス後、ＣＭＰ装置は多数のバッチ処理に対しシャロウトレンチアイソレーション構造の製造用に使用される。図４は、本発明によるダミープロセスの後にシャロウトレンチアイソレーション構造の製造に必要とされる研磨スラリーの量に対するバッチ番号を示す曲線を示しており、従来のダミープロセスを実施した。図４を参照すると、シャロウトレンチアイソレーション構造の製造に使用される研磨スラリーの量はｙ軸に沿ってプロットされ、バッチ番号Ａ１〜Ａｎは、本発明のダミープロセス後のバッチ番号を示し、Ｂ１〜Ｂｎはｘ軸に沿ってプロットされる従来のダミーを示す。ＣＭＰプロセス動作パラメータでは、例えば、リテーナリングの圧力が０．５〜１５ｐｓｉ間に設定され、研磨スラリーの流量は毎分５０〜５００ｍｌ間に設定され、研磨パッドの回転速度は１０〜２００ｒｐｍの間であった。したがって、図４よりバッチの番号Ａｎ番により必要とされるスラリー量がバッチのＢｎ番により必要とされるスラリー量と比較してほぼ同じであることが推察できる。したがって、本発明のダミープロセスは実際的な適用が可能である。
【００２９】
要約すれば、基部のリムに固定されるリテーナリングとウェハの位置が、リテーナリングが研磨パッドに接触し、ウェハが研磨パッドの表面に接触しないように調整されるため、それにより多数のダミープロセスまたは研磨パッドコンディショニングプロセスに対し単一のウェハを用いることができる。換言すれば、ダミープロセスと研磨パッドコンディショニング方法に多数のダミーウェハを用いる必要性は効果的に回避することができる。したがって全体的な生産コストは大幅に削減することができる。
【００３０】
本発明の範囲または精神を逸脱することなく、本発明の構造に多様な変型及び変化を加えることは可能であることが当業者には明らかとなるであろう。前記よりすれば、本発明が添付の特許請求の範囲に記載の発明およびその均等物の範囲内に該当する限り、本発明は本発明のその変型及び変形を含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来のＣＭＰプロセスにおける研磨ヘッドとウェハの機能上の関係を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態によるダミープロセスにおける研磨ヘッドとウェハの機能上の関係を示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施形態によるダミープロセスにおける研磨ヘッドとウェハの機能上の関係を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるコンディショニングプロセスにおける研磨ヘッドとウェハの機能上の関係を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態による通常のＣＭＰプロセスと関連してダミープロセス後にシャロウトレンチアイソレーションを製造するプロセスのバッチ数対研磨量の曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
２００  研磨ヘッド
２０２  保護フード
２０４  基部
２０６  リテーナリング
２０８  ウェハサポートアセンブリ
２０９  ウェハ収容凹部
２１０  サポートボード
２１２  可撓性膜
２１６  中空チャンバ
２２０  研磨台
２２２  研磨パッド
３００  コンディショナ
【図１】
2005217389.tif 000003
【図２Ａ】
2005217389.tif 000004
【図２Ｂ】
2005217389.tif 000005
【図３】
2005217389.tif 000006
【図４】
2005217389.tif 000007