(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明は、ウエハの表面形状の平坦化を行う化学機械平坦化（ＣＭＰ）工程中における端部の不安定性を抑制するための装置およびシステムを提供する。ウエハキャリア（３０８）は、第１の方向に運動するように構成された研磨パッド（３０２）の研磨表面の上でウエハを保持し、回転させる。端部の不安定性を抑制するこの装置は、前方の処理部（３１０）および第２の処理部（３１６）を含む。前面の処理部は、第１の方向を向いているウエハの第１の部分を取り囲むように配置され、ＣＭＰ処理中にウエハとは独立に研磨パッドの研磨表面に位置合わせできるように構成される。後方の処理部（３１６）は、第１の部分の反対側にあるウエハの第２の部分を取り囲むように配置され、ＣＭＰ処理中にウエハとは独立に研磨パッド（３０２）の研磨表面に位置合わせできるように構成される。前方の処理部および後方の処理部が揃っていると、ＣＭＰ処理中のウエハ上の端部効果は大幅に低減される。【選択図】図３Ｄ
2004510336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムにおいて、ウエハの表面形状を平坦化する際に使用される、端部の不安定性を抑制する装置であって、前記ＣＭＰシステムは、研磨パッドの研磨表面の上でウエハを保持し回転させるためのウエハキャリアを含み、前記研磨パッドは、第１の方向に運動するように構成され、前記装置は、
前記第１の方向に向いた前記ウエハの第１の部分を取り囲むように配置され、ＣＭＰ処理中に前記ウエハとは独立に前記研磨パッドの前記研磨表面に対して位置合わせするように構成された前方処理部と、
前記第１の部分の反対側にある前記ウエハの第２の部分を取り囲むように配置され、前記ＣＭＰ処理中に前記ウエハとは独立に前記研磨パッドの前記研磨表面に対して位置合わせするように構成された後方処理部とを備え、
位置合わせされた前記前方処理部および前記後方処理部は、前記ＣＭＰ処理中に前記ウエハ上の端部効果を実質的に低減させる、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の端部の不安定性を抑制する装置であって、
前記前方処理部は、
スラリを受け取るために前記前方処理部に形成された複数の第１のチャネルと、
前記ウエハに隣接するように前記前方処理部の底部に形成され、前記第１のチャネルを通して前記スラリを受け取るように構成された複数の第１のスロットと、を含み、
前記第１のスロットからの前記スラリは、前記ウエハの前記表面形状を平坦化させるために前記ウエハの下に供給される、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の端部の不安定性を抑制する装置であって、
前記前方処理部は、前記前方処理部にかける圧力と、前記前方処理部の位置とを決定するように構成された第１の制御部を含み、前記後方処理部は、前記後方処理部にかける圧力と、前記後方処理部の位置とを決定するように構成された第２の制御部を含む、装置。
【請求項４】
請求項３に記載の端部の不安定性を抑制する装置であって、
第１の処理部は、さらに、前記第１の制御部からの前記圧力と前記位置とを前記前方処理部に適用するように構成された第１のアームを含み、前記後方処理部は、さらに、前記第２の制御部からの前記圧力と前記位置とを前記後方処理部に適用するように構成された第２のアームを含む、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の端部の不安定性を抑制する装置であって、
前記第１の処理部は、さらに、前記研磨パッドの前記研磨表面を調整するための調整部を含む、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の端部の安定性を抑制する装置であって、
前記後方処理部は、
洗浄用化学剤を受け取るために前記後方処理部に形成された複数の第２のチャネルと、
前記ウエハに隣接するように前記後方処理部の底部に形成され、前記研磨パッドの前記研磨表面を洗浄するために前記第２のチャネルを通して前記洗浄用化学剤を受け取るように構成された複数の第２のスロットと、を含む、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の端部の不安定性を抑制する装置であって、
前記前方処理部は、前記ウエハの前記第１の部分を取り囲む半円形リングの形状に構成され、前記後方処理部は、前記ウエハの前記第２の部分を取り囲む半円形リングの形状に構成される、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の端部の安定性を抑制する装置であって、
前記研磨パッドの前記第１の方向は直線的である、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の端部の安定性を抑制する装置であって、
前記研磨パッドの前記第１の方向は環状である、装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の端部の不安定性を抑制する装置であって、
前記前方処理部および前記後方処理部は、それぞれが底面を含んでおり、前記前方処理部および前記後方処理部の前記底面は、前記ＣＭＰ処理中に前記研磨パッドの前記研磨表面に対して位置合わせする、装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の端部の不安定性を抑制する装置であって、
前記前方処理部および前記後方処理部は、前記ＣＭＰ処理中に前記ウエハを保持するように構成される、装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の端部の不安定性を抑制する装置であって、
前記研磨表面に接する前記前方処理部および前記後方処理部の外縁は丸みを帯びている、装置。
【請求項１３】
ウエハの表面形状を平坦化させるための化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムであって、
ウエハの前記表面形状を平坦化させるための研磨表面を有し、特定の一方向に運動するように構成された研磨パッドと、
前記研磨パッドの前記研磨表面の上で前記ウエハを保持し回転させるように構成されたウエハキャリアと、
第１の方向に向いた前記ウエハの第１の部分を取り囲むように配置され、ＣＭＰ処理中に前記ウエハとは独立に前記研磨パッドの前記研磨表面に対して位置合わせするように構成された第１の処理部と、
前記第１の部分の反対側にある前記ウエハの第２の部分を取り囲むように配置され、前記ＣＭＰ処理中に前記ウエハとは独立に前記研磨パッドの前記研磨表面に対して位置合わせするように構成された第２の処理部とを備え、
位置合わせされた前記第１の処理部および前記第２の処理部は、前記ＣＭＰ処理中に前記ウエハ上の端部効果を実質的に低減させる、システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のＣＭＰシステムであって、
前記第１の処理部は、
スラリを受け取るように構成された複数の第１のチャネルと、
前記ウエハに隣接するように前記第１の処理部の底部に形成され、前記第１のチャネルを通して前記スラリを受け取るように構成された複数の第１のスロットと、を含み、
前記第１のスロットからの前記スラリは、前記ウエハの前記表面形状を平坦化するために前記ウエハの下に供給される、システム。
【請求項１５】
請求項１３に記載のＣＭＰシステムであって、
前記第１の処理部は、前記第１の処理部に圧力と位置とを適用するように構成された第１の制御部を含み、前記第２の処理部は、前記第２の処理部に圧力と位置とを適用するように構成された第２の制御部を含み、
前記第１の制御部および前記第２の制御部による前記圧力および前記位置の適用により、前記第１の処理部および前記第２の処理部は前記研磨パッドの前記研磨表面に対して位置合わせされる、システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のＣＭＰシステムであって、
前記第１の処理部は、さらに、前記第１の制御部からの前記圧力と前記位置とを前方処理部に適用するように構成された第１のアームを含み、前記第２の処理部は、さらに、前記第２の制御部からの前記圧力と前記位置とを後方処理部に適用するように構成された第２のアームを含む、システム。
【請求項１７】
請求項１３に記載のＣＭＰシステムであって、
前記第１の処理部は、さらに、前記研磨パッドの前記研磨表面を調整するための調整部を含む、システム。
【請求項１８】
請求項１３に記載のＣＭＰシステムであって、
前記第２の処理部は、
洗浄用化学剤を受け取るために前記第２の処理部に形成された複数の第２のチャネルと、
前記ウエハに隣接するように前記第２の処理部の底部に形成され、前記研磨パッドの前記研磨表面を洗浄するために前記第２のチャネルを通して前記洗浄用化学剤を受け取るように構成された複数の第２のスロットと、を含む、システム。
【請求項１９】
請求項１３に記載のＣＭＰシステムあって、
前記第１の処理部は、前記ウエハの前記第１の部分を取り囲む半円形リングの形状に構成され、前記第２の処理部は、前記ウエハの前記第２の部分を取り囲む半円形リングの形状に構成される、システム。
【請求項２０】
請求項１３に記載のＣＭＰシステムであって、
前記第１の処理部および前記第２の処理部は、前記ＣＭＰ処理中に前記ウエハを保持するように構成される、システム。
【請求項２１】
請求項１３に記載のＣＭＰシステムであって、
前記研磨表面に接する前記第１の処理部および前記第２の処理部の外縁は丸みを帯びている、システム。
【請求項２２】
ウエハの表面形状を平坦化させるための化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムであって、
ウエハの前記表面形状を平坦化させるための研磨表面を有し、特定の一方向に運動するように構成された研磨パッドと、
前記研磨パッドの前記研磨表面の上で前記ウエハを保持し回転させるように構成されたウエハキャリアと、
第１の方向に向いた前記ウエハの第１の部分を取り囲むように配置され、ＣＭＰ処理中に前記ウエハとは独立に前記研磨パッドの前記研磨表面に対して位置合わせするように構成された第１の処理部と、
を備えるシステム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のＣＭＰシステムであって、
前記ウエハキャリアは、前記ＣＭＰ処理中に前記ウエハを適所に保持するように構成された保持リングを含む、システム。
【請求項２４】
請求項２２に記載のＣＭＰシステムであって、さらに、
前記第１の部分の反対側にある前記ウエハの第２の部分を取り囲むように配置され、前記ＣＭＰ処理中に前記ウエハとは独立に前記研磨パッドの前記研磨表面に対して位置合わせするように構成された第２の処理部を備え、
位置合わせされた前記第１の処理部および前記第２の処理部は、前記ＣＭＰ処理中に前記ウエハ上の端部効果を大幅に低減させる、システム。
【請求項２５】
請求項２２に記載のＣＭＰシステムであって、
前記第１の処理部は、
スラリを受け取るように構成された複数の第１のチャネルと、
前記ウエハに隣接するように前記第１の処理部の底部に形成され、前記第１のチャネルを通して前記スラリを受け取るように構成された複数の第１のスロットと、を含み、
前記第１のスロットからの前記スラリは、前記ウエハの前記表面形状を平坦化させるために前記ウエハの下に供給される、システム。
【請求項２６】
請求項２２に記載のＣＭＰシステムであって、
前記第１の処理部は、前記第１の処理部に圧力と位置とを適用するように構成された第１の制御部を含み、前記第２の処理部は、前記第２の処理部に圧力と位置とを適用するように構成された第２の制御部を含み、
前記第１の制御部および前記第２の制御部による前記圧力および前記位置の適用により、前記第１の処理部および前記第２の処理部は前記研磨パッドの前記研磨表面に対して位置合わせされる、システム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のＣＭＰシステムであって、
前記第１の処理部は、さらに、前記第１の制御部からの前記圧力と前記位置とを前方処理部に適用するように構成された第１のアームを含み、前記第２の処理部は、さらに、前記第２の制御部からの前記圧力と前記位置とを後方処理部に適用するように構成された第２のアームを含む、システム。
【請求項２８】
請求項２２に記載のＣＭＰシステムであって、
前記第１の処理部は、さらに、前記研磨パッドの前記研磨表面を調整するための調整部を含む、システム。
【請求項２９】
請求項２４に記載のＣＭＰシステムであって、
前記第２の処理部は、
洗浄用化学剤を受け取るために前記第２の処理部に形成された複数の第２のチャネルと、
前記ウエハに隣接するように前記第２の処理部の底部に形成され、前記研磨パッドの前記研磨表面を洗浄するために前記第２のチャネルを通して前記洗浄用化学剤を受け取るように構成された複数の第２のスロットと、を含む、システム。
【請求項３０】
請求項２４に記載のＣＭＰシステムあって、
前記第１の処理部は、前記ウエハの前記第１の部分を取り囲む半円形リングの形状に構成され、前記第２の処理部は、前記ウエハの前記第２の部分を取り囲む半円形リングの形状に構成される、システム。
【請求項３１】
請求項２２に記載のＣＭＰシステムであって、
前記研磨表面に接する前記第１の処理部の外縁は丸みを帯びている、システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）に関し、具体的には、ＣＭＰによるウエハ処理中に端部効果を減少させるための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハをもとに半導体デバイスを製作するためには、一般に、ウエハの化学機械平坦化（ＣＭＰ）やバフ研磨、洗浄などが必要とされる。今日の集積回路デバイスは、多層構造で形成されるのが通常である。例えば、基板層にはトランジスタデバイスが形成される。次の層には、接続配線がパターン形成され、トランジスタデバイスに電気接続される。これらの接続配線パターンは、所望の機能デバイスを構成する。周知のように、パターン形成された導電性の構造は、二酸化ケイ素などの誘電材料によって互いに隔てられる。形成される配線層およびそれに関連する誘電体層の数が増すにつれ、誘電材料を平坦化させる必要も増す。平坦化を行わないと、表面形状のばらつきが増大するので、配線層を続けて製作することが実質的に困難になる。他の例では、先ず誘電材料の中に配線パターンが形成され、次いで余分な配線の除去を目的とした金属ＣＭＰ操作が実施される。
【０００３】
図１は、半導体ウエハ１０２に対して実施される化学機械平坦化（ＣＭＰ）工程１００を図示している。この工程１００では、先ず、ＣＭＰシステム１０４において半導体ウエハ１０２がＣＭＰ工程を経る。半導体ウエハ１０２は、次いで、ウエハ洗浄システム１０６において洗浄される。半導体ウエハ１０２は、次いでポストＣＭＰ処理１０８に進み、追加層の堆積や、スパッタリング、フォトリソグラフィ、関連のエッチングなどを含む、様々な後続の製作操作を経る。
【０００４】
ＣＭＰシステム１０４は、半導体ウエハ１０２の表面形状の処理および平坦化を行うためのシステムコンポーネントを含むのが通常である。このようなシステムコンポーネントは、例えば、軌道式すなわち回転式の研磨パッドや直線ベルト式の研磨パッドであって良い。研磨パッド自体は、弾性の高分子材料で作成されるのが通常である。半導体ウエハ１０２の表面形状を平坦化するためには、研磨パッドを運動させ、その表面全体にスラリ材料を塗布する。スラリを塗布された研磨パッドの運動が所望の速度に達したら、ウエハキャリアに搭載された半導体ウエハ１０２の位置を下げ、研磨パッドの表面に接触させ、ウエハ表面の形状を平坦化できるようにする。
【０００５】
回転式すなわち軌道式のＣＭＰシステムの場合は、回転している平坦な表面に研磨パッドを設け、その上またはその中にスラリを導入する。軌道式ツールでは、パッドの軌道運動およびウエハキャリアの回転によって速度が導入され、研磨パッドに設けられた複数の穴を通してウエハの下側からスラリが導入される。これらの工程を経て研磨されたウエハ表面は、滑らかで平坦な所望の表面を得られる。半導体ウエハは、次いで、洗浄のためにウエハ洗浄システム１０６に提供される。
【０００６】
ＣＭＰシステムの主な目的の１つは、ウエハ表面の除去率を表面全体で均一にすることである。周知のとおり、除去率は、プレストンの式：除去率＝ＫｐＰＶによって規定される。このとき、材料の除去率は、荷重圧力Ｐおよび相対速度Ｖの関数で表される。Ｋｐは、プレストン係数の項であり、スラリの組成、工程の温度、そして研磨パッドの表面によって決定される定数である。
【０００７】
従来のＣＭＰシステムでは、残念ながら、プレストン方程式の３項の全てに影響を与える端部効果のために、除去率の再分配が生じ、その結果、ウエハ表面における除去率の均一性も崩れることが多い。端部効果は、ＣＭＰ処理中のウエハ端部と研磨パッドとの境界条件が原因で生じるのが通常である。図２Ａは、半導体ウエハ１０２の一部と研磨パッド１０４との間に生じる従来の端部効果の静的モデルを図示した断面図である。この静的モデルでは、ベクトル１０６で示した下向きの力で表される均一な圧力が、半導体ウエハ１０２に作用する。しかしながら、この下向きの力１０６は、ベクトル１１２で示した変形を研磨パッド１０４に生じさせる。この変形は、原則的に横断的（すなわち定常的）であるが、半導体ウエハ１０２の端部１０８の付近では、かなりの縦横断摂動ゾーン（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ−ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ ｚｏｎｅ）が生じる。したがって、端部１０８の付近では、このような変形を原因とした低圧ゾーン１１０が生じる。半導体ウエハ１０２の端部１０８には、ベクトル１１１で示したような高圧が作用するので、端部１０８の付近では、不均一高低圧領域が生じる。
【０００８】
プレストンの法則にしたがうと、異なった圧力ゾーンの形成は、半導体ウエハの除去率を不均一にする。図２Ｂは、半導体ウエハ１０２の一部と研磨パッド１０４との間に生じる従来の端部効果の動的モデルを図示した断面図である。半導体ウエハ１０２は、半導体ウエハ１０２の運動を制御するウエハキャリア（不図示）の適所に、保持リング１１６の一部によって保持される。この構成では、ベクトルＶｒｅｌで示したように、半導体ウエハ１０２が研磨パッド１０４に対して相対運動する。研磨パッド１０４は、一般に、弾性体である。したがって、半導体ウエハ１０２が研磨パッド１０４の上方を相対速度Ｖｒｅｌで運動すると、研磨パッド１０４の表面には弾性的な摂動が生じる。
【０００９】
従来の波生成理論によると、半導体ウエハ１０２の並進運動および上述した弾性摂動は、パッドを変形させる縦横断的な波を研磨パッド１０４の表面１１６に形成する。変形波は、高速のリラックス波であるのが通常である。これは、ウエハ表面が抑制作用を有し、パッド材料が高粘度であるためである。このため、半導体ウエハ１０２の端部１０８の付近では、荷重および圧力が局所的に再分配される。例えば、研磨パッド１０４の表面１１４に形成される低圧ゾーン１２０，１２２，１２４は、半導体ウエハ１０２の端部１０８からの距離に応じて徐々に高圧化する。
【００１０】
各低圧ゾーン１２０，１２２，１２４は、表面形状の平坦化を不均一にする要因である、局所的な最小圧力領域および最大圧力領域によって規定される。例えば、低圧ゾーン１２０にある局所的な最小圧力領域１２６は、除去率が小さめなので、表面形状の平坦化は、そこでだけ十分に行われない。反対に、低圧ゾーン１２０にある局所的な最大圧力領域１２８は、除去率が大きめなので、表面形状の平坦化は、そこでだけ過度に行われる。したがって、半導体ウエハ１０２の平坦化の全体的効率が、大幅に低下される。
【００１１】
さらに、従来のＣＭＰシステムでは、前線波動の最大値がウエハの端部にシーリング効果を引き起こし、ウエハの下から進入するスラリを大幅に減少させるという問題もあった。図２Ｃは、半導体ウエハ１０２の一部と研磨パッド１０４との間に生じるシーリング効果を図示した断面図である。スラリは、初め、研磨パッド１０４の表面１１４の上に提供される。半導体ウエハ１０２が、研磨パッド１０４に対して相対速度Ｖｒｅｌで運動するとき、ウエハの端部１０８では、ベクトル１５２で示した高圧が生じる。この高圧は、半導体ウエハ１０２の端部１０８にスラリ１５０を集中して供給させ、半導体ウエハ１０２の下でのスラリの移送を制限する。また、スラリが端部１０２に集中的に供給されると、研磨パッド１０４の穴や溝からスラリが押し出されるので、スラリ切れの状態が引き起こされる。したがって、ウエハ表面の内側部分には、効果的なＣＭＰ処理を行うのに充分な量のスラリが供給されない結果となる。
【００１２】
また、低圧ゾーンは、再堆積の工程を誘発する。再堆積の工程は、表面の偏向性を増大させる原因となりえる。具体的に言うと、従来のＣＭＰシステムは、溶解反応および表面改変反応を利用している。これらの反応は、高圧によって誘発される体積型の反応を減少させるように働くのが通常である。これらの反応では、圧力降下による反応の逆転が、溶解された副産物をウエハ表面に戻す再堆積を引き起こす。再堆積された材料の組成は制御不能であるのが通常であり、材料の再堆積は、ウエハ表面に他のパーチクルを付着させる。したがって、半導体ウエハの洗浄は、さらに輪をかけて困難になる。
【００１３】
以上から、ＣＭＰ処理中のウエハ上の端部効果を最小限に抑えるとともに、スラリのシーリング効果を低減させることができる、装置およびシステムが必要とされていることがわかる。
【００１４】
【発明の概要】
本発明は、一般に、ＣＭＰ処理中の端部の不安定性を抑制するための装置およびシステムを提供することによって、これらのニーズを満たすものである。ただし、本発明は、工程、装置、システム、デバイス、または方法を含む種々の形で実現できる点に留意することが望ましい。以下では、本発明の実施形態をいくつか取り上げて説明する。
【００１５】
本発明の実施形態の１つは、化学機械平坦化（ＣＭＰ）システムにおいてウエハの表面形状を平坦化させるために使用される、端部不安定性抑制用の装置を提供する。ＣＭＰシステムは、第１の方向に運動するように構成された研磨パッドの研磨表面の上でウエハを保持し回転させるためのウエハキャリアを含む。端部不安定性抑制用の装置は、前方処理部および第２の処理部を含む。前方処理部は、第１の方向に向いたウエハの第１の部分を取り囲むように配置され、ＣＭＰ処理中にウエハとは独立に研磨パッドの研磨表面に対して位置合わせするように構成される。後方処理部は、第１の部分の反対側にあるウエハの第２の部分を取り囲むように配置され、ＣＭＰ処理中にウエハとは独立に研磨パッドの研磨表面に対して位置合わせするように構成される。そのように前方処理部および後方処理部が位置合わせされることによって、ＣＭＰ処理中のウエハの端部効果は実質的に低減される。
【００１６】
もう１つの実施形態では、ウエハの表面形状を平坦化させるためのＣＭＰシステムが開示される。ＣＭＰシステムは、研磨パッドと、ウエハキャリアと、第１の処理部と、第２の処理部とを含む。研磨パッドは、ウエハの表面形状を平坦化させるための研磨表面を有し、特定の一方向に運動するように構成される。ウエハキャリアは、研磨パッドの研磨表面の上でウエハを保持し回転させるように構成される。第１の処理部は、第１の方向に向いたウエハの第１の部分を取り囲むように配置され、ＣＭＰ処理中にウエハとは独立に研磨パッドの研磨表面に対して位置合わせするように構成される。第２の処理部は、第１の部分の反対側にあるウエハの第２の部分を取り囲むように配置され、ＣＭＰ処理中にウエハとは独立に研磨パッドの研磨表面に対して位置合わせするように構成される。位置合わせされた前方処理部および後方処理部は、ＣＭＰ処理中のウエハの端部効果を実質的に低減する。
【００１７】
さらに別の実施形態では、本発明は、ウエハの表面形状を平坦化させるためのＣＭＰシステムを提供する。ＣＭＰシステムは、研磨パッドと、ウエハキャリアと、第１の処理部とを含む。研磨パッドは、ウエハの表面形状を平坦化させるための研磨表面を有し、特定の一方向に運動するように構成される。ウエハキャリアは、研磨パッドの研磨表面の上でウエハを保持し回転させるように構成される。第１の処理部は、第１の方向に向いたウエハの第１の部分を取り囲むように配置され、ＣＭＰ処理中にウエハとは独立に研磨パッドの研磨表面に対して位置合わせするように構成される。
【００１８】
前方処理部および後方処理部は、ウエハの端部を効果的に覆うことによって、ＣＭＰ処理中に生じるウエハ上の有害な端部効果を最小限に抑え、除去率の均一性を向上させる。保持部の外縁は、圧力を減少させる丸みを帯びた形状とすることによって、低圧ゾーンの形成を最小限に抑えることが好ましい。これは、望ましくないスラリのシーリング効果を最小限に抑えられるので、除去率の均一性、ひいてはウエハの平坦化の均一性をいっそう向上させる。本発明の原理を例示した添付図面と関連付けながら行う以下の詳細な説明によって、本発明のその他の態様および利点が明らかになる。
【００１９】
添付の図面に関連して行う以下の詳細な説明から、本発明を容易に理解することができる。説明を容易にするため、類似の構成要素を同一の参照符号で示した。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＣＭＰ処理中の端部の不安定性を抑制するための装置およびシステムを提供する。以下の説明では、本発明を完全に理解できるように、多くの項目を特定している。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの項目の一部または全てを特定しなくても実施することが可能である。そのほか、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の工程操作の説明は省略した。
【００２１】
図３Ａは、ウエハの表面形状を平坦化するための代表的なＣＭＰシステム３００を、本発明の実施形態の１つにしたがって図示した概略図である。ＣＭＰシステム３００は、研磨パッド３０２と、調整部３２０と、ウエハキャリア３０８と、前方処理部３１０と、後方処理部３１６とを含む。研磨パッドは、矢印３１８で示した直線方向に運動することによって、ウエハキャリア３０８の下にあるウエハを、スラリ供給部３２４からのスラリで処理する。
【００２２】
ＣＭＰシステム３００では、表面の性能を回復させる機能と、研磨パッド３０２の表面を洗浄する機能とを、調整部３２０が担っている。具体的に言うと、調整部３２０は、研磨パッド３０２の両側に設けられた能動ローラ対３０４と、該ローラ対３０４を回転させるためのモータ部３０６とを含む。研磨パッド３０２が操作されるとき、ローラ対３０４は、表面にある望ましくない材料を掃除して、研磨パッド３０２の表面の穴を回復させる。
【００２３】
ウエハキャリア３０８は、ＣＭＰ処理中にウエハを下方で保持し、そのウエハを環状方向３２２に回転させるように構成されており、エラストマ真空チャックおよび真空ポート３２８を含んでいて良い。真空ポート３２８は、ウエハキャリア３０８の上に設けられており、ウエハに真空圧をかけることによってウエハをしっかりと保持する。ウエハキャリア３０８は、ＣＭＰ処理中に回転することによって、その下のウエハを回転させる。
【００２４】
前方処理部３１０および後方処理部３１２は、ウエハキャリア３０８を取り囲むように配置され、ウエハキャリア３０８から独立した部位を形成している。前方処理部３１０は、研磨パッドの運動の方向を向いているウエハキャリア３０８の前面に設けられ、後方処理部３１２は、ウエハキャリア３０８の後方に設けられている。この構成では、前方処理部３１０および後方処理部３１２は、静止状態を維持し、ウエハとともに回転しないという点で、ともに受動的な装置である。前方処理部３１０および後方処理部３１２は、それぞれの処理部の位置と、それにかかる圧力とを独立して制御するように機能する制御アーム３１４，３１６を、それぞれ含んでいる。ウエハ上の望ましくない端部効果を大幅に低減させるためには、前方処理部３１０および後方処理部３１２は、制御アーム３１４，３１６にかかる圧力を制御し、前方処理部３１０および後方処理部３１２のそれぞれの底面を、ＣＭＰ処理に供されるウエハの底面と実質的に同じ高さ、すなわち同一平面にある状態で維持するように構成されることが望ましい。
【００２５】
実施形態の１つでは、前方処理部３１０および後方処理部３１２は、ＣＭＰ処理中にウエハを適所に保持できるように適合されている。別の実施形態では、前方処理部３１０および後方処理部３１２は、ウエハ保持機能を有していない。代わりに、幅の狭い能動止め輪をウエハキャリア３０８の上に設け、この止め輪によって、ＣＭＰ処理中に必要に応じてウエハを正しく保持して良い。
【００２６】
前方処理部３１０および後方処理部３１２は、ＣＭＰ処理用の多機能を提供するように構成して良い。前方処理部３１０には、スラリ供給部３２４がスラリを供給し、後方処理部３１２には、洗浄用化学剤供給部３２６がパッド洗浄用化学剤を供給することが好ましい。しかしながら、前方処理部３１０および後方処理部３１２は、ＣＭＰ処理中にスラリおよび／または洗浄用化学剤を受け取って、これらを供給できるように、それぞれ構成しても良い。
【００２７】
前方処理部３１０および後方処理部３１２は、また、回転式の研磨パッドを使用したウエハのＣＭＰ処理に使用しても良い。例えば、図３Ｂは、矢印３３２で示した方向に回転する回転式の研磨パッド３３０を示している。前方処理部３１０および後方処理部３１２は、回転式の研磨パッド３３０の上に、ウエハキャリア３０８を取り囲むように設けられている。前方処理部３１０は、回転式の研磨パッドの運動の方向を向いているウエハキャリア３０８の前面に設けられ、後方処理部３１２は、ウエハキャリア３０８の反対側に設けられている。図３Ａに示した直線状の研磨パッドと同様に、前方処理部３１０および後方処理部３１２は、制御アーム３１４，３１６にかかる圧力を制御し、前方処理部３１０および後方処理部３１２のそれぞれの底面を、ＣＭＰ処理に供されるウエハの底面と実質的に同じ高さ、すなわち面一である状態で維持するように構成することが望ましい。また、前方処理部３１０および後方処理部３１２は、ウエハキャリア３０８の下にあるウエハをＣＭＰ処理する最中に、スラリおよび／またはパッド洗浄用化学剤の供給を受けて良い。
【００２８】
図３Ｃは、ウエハ３４０の表面形状を平坦化するためのＣＭＰシステムを、本発明の実施形態の１つにしたがって図示した断面図である。ＣＭＰシステム３００では、研磨パッド３０２の両側に円筒状のローラ対３０４Ａ，３０４Ｂが設けられている。上方のローラ３０４Ａは硬い研磨材料であることが好ましく、下方のローラ３０４Ｂはエラストマ材料で形成される。これらのローラ３０４Ａ，３０４Ｂは、研磨パッド３０２が直線方向３１８に運動するときに、研磨パッド３０２の表面の穴の調整および回復を行うように動作する。
【００２９】
ＣＭＰシステムは、また、研磨パッド３０２の下に、幅広の空気軸受け部３４２を有している。幅広の空気軸受け部３４２は、テーブル３４６を含み、このテーブル３４６は、研磨パッド３０２に向かって上向きに流れるエアフロー３４４が通る。ＣＭＰ処理中は、ウエハ３４０と、前方処理部３１０と、後方処理部３１２とが、研磨パッドに圧力を作用させる。この工程のエアフロー３４４は、差動空気軸受けとして機能することによって、研磨パッド３０２上での圧力荷重の再分配を可能にする。このような荷重の再分配によって、空気軸受け部３４２は、ウエハ３４０のＣＭＰ処理中に研磨パッド３０２を実質的に均等に支持することができる。
【００３０】
空気軸受け部３４２の上方では、真空ポート３２８を通して供給される真空圧によって、ウエハキャリア３０８の下方にウエハ３４０が保持されている。ウエハキャリア３０８は、回転するとともに、ウエハ３４０を研磨パッド３０２に押しつける圧力をウエハ３４０にかける。
【００３１】
前方処理部３１０および後方処理部３１２は、ウエハキャリア３０８およびウエハ３４０を取り囲むように配置され、制御アーム３１４，３１６にそれぞれ結合している。制御アーム３１４，３１６は、さらに、圧力・位置制御部ＰＰＣ１　３５０，ＰＰＣ２　３５２にそれぞれ結合している。圧力・位置制御部ＰＰＣ１　３５０，ＰＰＣ２　３５２は、所望の位置および所望の圧力を決定し、それらを、制御アーム３１４，３１６を介して前方処理部３１０および後方処理部３１２にそれぞれ加える。この構成では、前方処理部３１０および後方処理部３１２は、ウエハキャリア３０８と結合せず、ウエハキャリア３０８から独立している点に留意すべきである。したがって、前方処理部３１０および後方処理部３１２は、研磨パッド３０２の研磨表面の平面に対し、それぞれ別個に位置調整できる。前方処理部３１０および後方処理部３１２が有するこのような位置調整機能は、ＣＭＰ処理中にウエハ３１４の端部を効果的に覆うことによって、望ましくない端部効果を実質的に解消し、研磨パッド３０２に生じる望ましくない波を実質的に抑制することができる。
【００３２】
残りの端部効果をさらに解消できるようにするため、前方処理部３１０および後方処理部３１２は、それぞれの端部で生じる端部効果を抑制するように構成して良い。図３Ｄは、前方処理部３１０および後方処理部３１２の変更形態を有したＣＭＰシステム３００を、本発明の別の実施形態にしたがって図示した断面図である。ＣＭＰシステム３００は、前方処理部および後方処理部を除き、あとは図３Ｃに示したシステムと同様である。具体的に言うと、前方処理部３１０および後方処理部３１２の外縁３６０，３６２は、それぞれが丸みを帯びることによって、図３Ｃに示した急な端部を解消している。前方処理部３１０および後方処理部３１２が有する丸みを帯びた端部３６０，３６２の湾曲は、大きい表面積全体に圧力を分配することによって、端部効果を大幅に低減させ、関連の波を実質的に抑制するように機能する。
【００３３】
本発明による前方処理部および後方処理部は、ウエハの端部を覆うこと、そして波を抑制することに加えて、他の追加機能も提供できるように構成して良い。例えば、図４は、ウエハ４０６を取り囲むように配置された前方処理部４０２および後方処理部４０４を、本発明の実施形態の１つにしたがって図示した概略図である。前方処理部４０２は、研磨パッド表面の調整または回復を行うための調整部４２４を含む。調整部４２４は、例えば図３Ａに示した調整部３２０など、研磨パッドを調整するための任意の適切な装置を使用して構成して良い。
【００３４】
前方処理部４０２には、ウエハ４０６に隣接する内側の領域に沿って、複数のスロット４０８（例えばチャンバやキャビティなど）が形成される。各スロット４０８は、それぞれの上方に形成されたチャネル４０８（例えばチューブやアパチャ、開口部、通路など）を通してスラリを受け取るように構成される。チャネル４０８は、スラリ供給部と結合することによって、ＣＭＰ処理中にスロット４０８にスラリを供給することができる。したがって、前方処理部４０２は、スロット４０８を通してウエハ端部の真下にスラリを供給する。ウエハ端部の真下にスラリを供給するための、これらのチャネル４０８およびスロット４０８は、図３Ａ〜図３Ｄに示した前方処理部３１０に導入しても良い。
【００３５】
同様に、後方処理部４０４にも、ウエハ４０６に隣接する内側の領域に沿って、複数のスロット４１２が形成される。各スロット４１２は、後方処理部４０４に形成されたチャネル４１４を通し、洗浄用化学剤供給部からパッド洗浄用化学剤を受け取るように構成される。スロット４１２がウエハ４０６に隣接しているので、スロット４１２からの洗浄用化学剤は、スラリがウエハ４０６の下から排出された直後に研磨パッド表面の洗浄を行う。また、後方処理部４０４は、ＣＭＰ副産物の除去を促進する。研磨表面の洗浄が、ウエハ４０６の下からスラリが排出された直後に行われるので、研磨表面と、スラリおよび他のＣＭＰ処理副産物とが接触する時間および面積は減少する。したがって、パッドの腐食および副産物の再堆積が、大幅に低減される。
【００３６】
なお、前方処理部４０２および後方処理部４０４が、他の機能も同様に提供できるように構成することも望ましい。例えば、後方処理部４０４は、スロット４１２を通して洗浄用化学剤を供給するだけでなく、ウエハにスラリを供給するために使用しても良い。代替の実施形態の１つでは、後方処理部４０４の機能が、前方処理部４０２の機能を反映していて良い。また、本発明によるＣＭＰシステムは、後方処理部を使用せず、前方処理部のみを使用して構成しても良い。この場合は、ウエハキャリアの周囲に小型の能動止め輪を提供し、ＣＭＰ処理中にウエハを適所に保持できるようにして良い。
【００３７】
本発明によるＣＭＰシステムは、従来のＣＭＰシステムと比べて、幾つかの点で有利である。例えば、本発明によるＣＭＰシステムと異なり、従来のＣＭＰシステムでは、ウエハから幾らか離れた位置からスラリを供給するのが通常である。これらのシステムでは、この距離が原因で、ウエハの中心でスラリが欠乏するという現象が生じる。本発明による前方処理部は、ウエハ４０６に隣接するスロット４０８を介し、ウエハの端部の真下にスラリを供給することによって、従来のＣＭＰシステムで生じるスラリ欠乏の問題に対処している。これらのスロット４０８を使用すると、各成分が別々に供給される場合に、その場でより精度良くスラリを混合することも可能になる。したがって、前方処理部４０２は、ウエハ４０６の下でのスラリ分配の均一性を大幅に高めるとともに、全体の除去率を大幅に増大させることができる。この構成は、さらに、スラリ分配の強化によって、スラリの消費量を減らすこともできる。
【００３８】
前方処理部および後方処理部に設けられたスロット４０８，４１２およびチャネル４１０，４１４は、スラリおよび／または洗浄用化学剤の供給を促進できる任意の適切な形で構成して良い。例えば、図５は、本発明の実施形態の１つにしたがって、前方処理部３１０を図示した斜視図である。前方処理部３１０には、複数のスロット５０２，５０４，５０６，５０８，５１０にそれぞれスラリを供給できるように、複数のチャネル５１２，５１４，５１６，５１８，５２０が形成されている。スロット５０２〜５１０は、スラリの受け取りおよび引き渡しをウエハの下で行えるように、前方処理部３１０の下部５２２に形成されている。前方処理部３１０の外縁５２４の構造を一様にするためには、スロット５０２〜５１０を、前方処理部３１０の下部５２２に含まれるように形成することが好ましい。スロット５０２〜５１０は、例えば、前方処理部の幅５２６の約半分の幅であって良い。なお、スロット５０２〜５１０およびチャネル５１２〜５２０は、ウエハの下でのスラリの供給を促進するのに適した任意の形で構成して良い点に留意すべきである。例えば、スロット５０２〜５１０を斜めの角度で形成することによって、回転するウエハに対するスラリの供給を強化して良い。また、後方処理部にも、スロット５０２〜５１０およびチャネル５１２〜５２０を同様な構成で設けることによって、洗浄用化学剤および／またはスラリの供給を促進しても良い。
【００３９】
図６Ａは、ウエハ６０２の端部効果を遮断するように構成された、ウエハ６０２の一部と前方処理部６０４とを、本発明の実施形態の１つにしたがって図示した断面図である。ウエハ６０２および前方処理部６０４は、研磨パッド６０６の上に配置される。この構成では、前方処理部６０４とウエハ３０８とが結合されておらず、いずれも研磨パッド６０６の研磨表面６０８の平面に対して位置合わせされている。前方処理部６０４の存在は、高圧の端部をウエハ６０６から遠ざけて、前方処理部６０４の外縁６１０（すなわち前縁）に移動させる。同様に、独立した前方処理部６０４の存在は、低圧ゾーン６１２をウエハ６０２から遠ざけて、前方処理部６０４の外縁６１０付近に移動させる。したがって、ベクトル６１４で示した下向きの力が加わったとき、ウエハ３０８の下には、大きさおよび方向が実質的に均一な定常圧力ベクトル６１６が加わる。前方処理部６０４は、このように、ウエハ６０２の端部から前方処理部６０４の外縁６１０へと端部効果を移動させることによって、ウエハ６０２の端部を望ましくない端部効果から効果的に遮断する。ウエハ６０２の下での端部効果が解消されると、ウエハ６０２の下でのスラリの供給も、より均一化する。したがって、半導体ウエハ６０２の平坦化の効率が、大幅に向上する。本発明による後方処理部も、同様にして、ウエハ６０２の下での端部効果を低減させるように機能する。
【００４０】
また、本発明による前方処理部および後方処理部の外縁は、平坦化の効率をいっそう高められるように構成することもできる。図６Ｂは、端部効果を減少させ且つ圧力波を抑制するように構成された、ウエハ６０２の一部と前方処理部６０４とを、本発明のもう１つの実施形態にしたがって図示した断面図である。ウエハ６０２および前方処理部６０４は、研磨パッド６０６の上に配置されており、研磨パッド６０６の研磨表面６０８の平面に対し、それぞれ別個に位置合わせすることができる。前方処理部６０４の外縁６５０は、圧力を最小化する形状をとっている。図示された実施形態では、圧力を減少させられるように外縁６５０が丸みを帯びているので、前方処理部６０４の下での低圧波ゾーンの形成が最小限に抑えられ、ウエハ５０８の平坦化の均一性がいっそう高まる。
【００４１】
以上では、幾つかの好ましい実施形態に関連して本発明の説明を行ったが、当業者ならば、発明の詳細な説明および添付の図面を参照することによって、様々な代替の形態、追加、変更、および等価の形態を考え付けることがわかる。したがって、本発明は、このような代替の形態、追加、変更、および等価の形態の全てを、発明の真の趣旨および特許請求の範囲の範囲内に含むものとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体ウエハに対して実施される化学機械平坦化（ＣＭＰ）工程を図示した説明図である。
【図２Ａ】半導体ウエハの一部と研磨パッドとの間に生じる従来の端部効果の静的モデルを図示した断面図である。
【図２Ｂ】半導体ウエハの一部と研磨パッドとの間に生じる端部効果の動的モデルを図示した断面図である。
【図２Ｃ】半導体ウエハの一部と研磨パッドとの間に生じるシーリング効果を図示した断面図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態の１つにしたがって、代表的なＣＭＰシステムを図示した概略図である。
【図３Ｂ】回転する研磨パッドを有した代表的なＣＭＰシステムを、本発明の実施形態の１つにしたがって図示した概略図である。
【図３Ｃ】ウエハにＣＭＰ工程を実施するためのＣＭＰシステムを、本発明の実施形態の１つにしたがって図示した断面図である。
【図３Ｄ】改良された前方および後方処理部を有したＣＭＰシステムを、本発明の実施形態の１つにしたがって図示した断面図である。
【図４】ウエハを取り囲むように配置された前方および後方処理部を、本発明の実施形態の１つにしたがって図示した概略図である。
【図５】本発明の実施形態の１つにしたがって、前方処理部を図示した斜視図である。
【図６Ａ】ウエハの端部効果を遮断するように構成された、ウエハの一部と前方処理部とを、本発明の実施形態の１つにしたがって図示した断面図である。
【図６Ｂ】端部効果を減少させ且つ圧力波を抑制するように構成された、ウエハの一部と前方処理部とを、本発明のもう１つの実施形態にしたがって図示した断面図である。
【符号の説明】
１００…化学機械平坦化（ＣＭＰ）工程
１０２…半導体ウエハ
１０４…ＣＭＰシステム
１０４…研磨パッド
１０６…ウエハ洗浄システム
１０６…下向きの力ベクトル
１０８…ポストＣＭＰ処理
１０８…ウエハの端部
１１０…低圧ゾーン
１１１…高圧ベクトル
１１２…変形ベクトル
１１４…研磨パッドの表面
１１６…保持リング
１２０…低圧ゾーン
１２２…低圧ゾーン
１２４…低圧ゾーン
１２６…最小圧力領域
１２８…最大圧力領域
１５０…スラリ
１５２…高圧ベクトル
３００…ＣＭＰシステム
３０２…研磨パッド
３０４…ローラ対
３０４Ａ…ローラ
３０４Ｂ…ローラ
３０６…モータ部
３０８…ウエハキャリア
３１０…前方処理部
３１２…後方処理部
３１４…制御アーム
３１６…制御アーム
３１８…直線運動方向
３２０…調整部
３２２…環状運動方向
３２４…スラリ供給部
３２６…洗浄用化学剤供給部
３２８…真空ポート
３３０…回転式の研磨パッド
３３２…回転方向
３４０…ウエハ
３４２…空気軸受け部
３４４…エアフロー
３４６…テーブル
３５０…圧力・位置制御部　ＰＰＣ１
３５２…圧力・位置制御部　ＰＰＣ２
３６０…前方処理部の外縁
３６２…後方処理部の外縁
４０２…前方処理部
４０４…後方処理部
４０６…ウエハ
４０８…スロット
４１０…チャネル
４１２…スロット
４１４…チャネル
４２４…調整部
５０２…スロット
５０４…スロット
５０６…スロット
５０８…スロット
５１０…スロット
５１２…チャネル
５１４…チャネル
５１６…チャネル
５１８…チャネル
５２０…チャネル
５２２…前方処理部の下部
５２４…前方処理部の外縁
５２６…前方処理部の幅
６０２…ウエハ
６０４…前方処理部
６０６…研磨パッド
６０８…研磨パッドの研磨表面
６１０…前方処理部の外縁
６１２…低圧ゾーン
６１４…下向きの力ベクトル
６１６…法線圧力ベクトル
６５０…前方処理部の外縁
【図１】
2004510336.tif 000003
【図２Ａ】
2004510336.tif 000004
【図２Ｂ】
2004510336.tif 000005
【図２Ｃ】
2004510336.tif 000006
【図３Ａ】
2004510336.tif 000007
【図３Ｂ】
2004510336.tif 000008
【図３Ｃ】
2004510336.tif 000009
【図３Ｄ】
2004510336.tif 000010
【図４】
2004510336.tif 000011
【図５】
2004510336.tif 000012
【図６Ａ】
2004510336.tif 000013
【図６Ｂ】
2004510336.tif 000014
【国際公開パンフレット】
2004510336.tif 000015
2004510336.tif 000016
2004510336.tif 000017
2004510336.tif 000018
2004510336.tif 000019
2004510336.tif 000020
2004510336.tif 000021
2004510336.tif 000022
2004510336.tif 000023
2004510336.tif 000024
2004510336.tif 000025
2004510336.tif 000026
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2004510336.tif 000040
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2004510336.tif 000042
2004510336.tif 000043
2004510336.tif 000044
2004510336.tif 000045
【国際調査報告】
2004510336.tif 000046
2004510336.tif 000047