(57)【要約】本発明は、ウエハの前面を平坦化する装置および方法である。本発明は、研磨パッド（２０７）を支持するための硬質プラテン（２２１）を含み、これはプラテンを軌道運動させる手段を有する支持台に接続されるか、または前記軌道運動させる手段に接続される。キャリア（２１５）は、個別に制御可能な複数の圧力領域（２０４，２２８）を有する前面基準キャリアであることが望ましく、支持台が硬質プラテンを軌道運動させる間、研磨パッド（２０７）に対してウエハを保持し、これに押圧するのに使用できる。平坦化工程は、４ｍｍ未満の半径で研磨パッドを軌道運動させるか、または４００周回／分を超える速度で研磨パッドを軌道運動させることによって、あるいはその両方によって、さらに最適化できる。
2004505435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハを平坦化する装置であって：
ａ）硬質プラテン；
ｂ）前記プラテンを軌道運動させるために、前記プラテンに接続された支持台；
ｃ）前記プラテン上に取り付けられた研磨パッド；および
ｄ）ウエハを保持し、前記研磨パッドに対して押圧するように構成されるキャリア；
を備える装置。
【請求項２】
前記装置はさらに：
ａ）前記キャリアに接続されたシャフト；および
ｂ）前記シャフトおよび前記キャリアを回転させる、前記シャフトに接続されたモータ；
を備える請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記キャリアが前面基準キャリアであることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記キャリアが裏面基準キャリアであることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記キャリアが、前記ウエハの前記裏面上に、個別に制御可能な複数の圧力領域を設けるように調整できることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項６】
前記支持台は、約４ｍｍ未満の軌道半径により、前記研磨パッドを軌道運動させるように構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記支持台は、約４００周回／分を超える軌道速度で、前記研磨パッドを軌道運動させるように構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
ウエハを平坦化する方法であって：
ａ）ウエハをキャリアに装てんする段階；
ｂ）前記ウエハを、硬質プラテンに取り付けられた研磨パッドに近接して配置する段階；
ｃ）前記ウエハを前記研磨パッドに押圧する段階；
ｄ）前記研磨パッドを軌道運動させる段階；および
ｅ）前記ウエハを前記研磨パッドから取り外す段階；
を含む方法。
【請求項９】
前記方法はさらに：
ａ）前記ウエハを前記研磨パッドから取り外す前に、前記ウエハを回転させる段階；
を含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記方法はさらに：
ａ）前記ウエハを前記研磨パッドから取り外す前に、前記ウエハを時計方向と反時計方向に交互に回転させる段階；
を含む請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記押圧する段階はさらに：
前記ウエハの裏面の中心領域に対して第１圧力をかける段階；および前記中心領域に対して同心の周辺領域に前記第１圧力とは異なる第２圧力をかける段階；
を含む請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記研磨パッドは、約４００周回／分を超える速度で軌道運動することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記研磨パッドは、約４ｍｍよりも小さい半径で軌道運動することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１４】
前記研磨パッドは、約４ｍｍよりも小さい軌道半径で、約４００周回／分を超える速度により、軌道運動することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１５】
前記キャリアは前面基準キャリアである、ことを特徴とする請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（産業上の利用分野）
本発明は一般に、半導体の製造に関し、詳しくは、半導体の製造に使用される薄膜の平坦化と除去のための化学機械研磨（ＣＭＰ）法および研磨装置の分野に関する。
【０００２】
（従来の技術）
単結晶シリコンの平板なディスク、すなわち、ウエハは、半導体業界では、集積回路を製造する基礎となる基板材料である。半導体のウエハは通常、長い円筒形またはボウル状に単結晶シリコンを成長させ、ついで、この円筒から個々のウエハにスライスすることによって作製される。このスライシングによって、ウエハの両面は極めて粗くなる。上に集積回路が作製されるウエハの前面は、後にウエハに設けられる材料の各層と高信頼性の半導体接合を実現するために、極めて平板にしなければならない。また、集積回路の相互接続を構築する間に、ウエハに設けられる材料層（通常、導体の場合は金属、絶縁体は酸化物で作られる薄膜が堆積された層）は、均一な厚さに作製しなければならない。
【０００３】
今日製造される集積回路は、半導体基板内に形成されるトランジスタやコンデンサなど、文字通り数百万個の能動素子からなる。集積回路は、能動素子を機能回路に接続するために、高度なメタライゼーション・システムに依存する。図１に、典型的な多層相互接続１００を示す。ＭＯＳトランジスタ１０７などの能動素子は、シリコン基板の上またはウエル１０２の中に形成される。ＳｉＯ２などの層間誘電体（ＩＬＤ）１０４は、シリコン基板１０２の上に形成される。ＩＬＤ１０４は、第１レベルのメタライゼーション、通常はアルミニウムを、基板１０２内に形成される能動素子から電気的に分離するために使用される。金属化接点１０６は、基板１０２内に形成される能動素子を、第１レベルのメタライゼーションの相互接続１０８と電気的に結合する。同様の方法で、金属ビア１１２は、第２レベルのメタライゼーションの相互接続１１４を、第１レベルのメタライゼーションの相互接続１０８と電気的に結合する。接点１０６およびビア１１２は通常、窒化チタン（ＴｉＮ）などのバリア層金属１１８で周囲を囲まれたタングステン（Ｗ）などの金属１１６からなる。さらにＩＬＤ／接点とメタライゼーション層を互いに積み重ねて、所望の相互接続を実現できる。
【０００４】
平坦化は、平板なプレーナ表面を作るために、突起その他の欠陥を局所的にも全体的にも除去するプロセス、および／またはウエハ上の堆積薄膜層を均一な厚さにするために材料を除去することである。半導体のウエハは、平坦化または研磨されて、平滑かつ平板な仕上がりを達成した後に、集積回路または相互接続をウエハの上に作る工程段階を実施する。現代の複雑で高密度の多層相互接続を製造する労力のかなりの部分は、相互接続構造の個々の層の平坦化に費やされる。表面が平坦でないと、続くフォトリソグラフィ処理工程における光学的分解能が悪くなる。光学的分解能が悪いと、高密度の線をプリントする妨げになる。表面の形状が平坦でないことに伴うもう１つの問題に、後から形成するメタライゼーション層のステップ・カバレージがある。段差が大きすぎると、開路（オープンサーキット）が生じる深刻な問題がある。現代の高密度集積回路の製造には、平坦な相互接続表面層が必要とされるのである。このため、構造化されたウエハと未だ構造化されていないウエハの両方の平坦化を調節するためのＣＭＰツールが開発されている。
【０００５】
ウエハを平坦化するための従来のＣＭＰツールでは、ウエハはシャフトに接続されたキャリアに保持される。シャフトは通常、ロードまたはアンロード・ステーションと、プラテン上に取り付けられた研磨パッドに近接する位置との間でウエハを搬送する機械的手段に接続される。ウエハを研磨パッドに押圧するために、ウエハ裏面に、キャリアを介して圧力がかけられる。このときスラリーを介在させるのが普通である。続いてシャフトおよび／またはプラテンに接続されたモータを用いて、ウエハおよび／または研磨パッドを相対移動させ、ウエハ前面から平坦な状態に材料を除去する。
【０００６】
キャリアと研磨パッドとの相対運動が、平坦化工程では重要な要素である。半導体の製造工程では新しい要求条件や材料が使用されるため、キャリアと研磨パッドの動きの改善が引き続き求められる。平坦化工程の目標の１つは、ウエハの前面全体にわたり均一な速度で材料を除去することである。均一な速度で材料の除去を試みる１つの方法は、ウエハ前面のどのポイントにも、研磨パッドに対して、他のポイントと同じ相対運動をさせることである。オービタル・ツール（ｏｒｂｉｔａｌ ｔｏｏｌ）は、軌道全体にわたり研磨パッドの回転方向を継続的に維持しつつ、研磨パッドを、研磨パッドの中心からオフセットされた軸の周囲に軌道運動させるもので、この目標を達成するための１つの考えられる方法である。オービタル・ツールが望ましいのは、ウエハ前面上のどのポイントも、研磨パッドに対して他のポイントと同じ円運動を行わせることができるからである。
【０００７】
従来のオービタル・ツールは、ダイヤフラムにより支持される研磨パッドを使用する。前面基準キャリア（ｆｒｏｎｔ−ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｃａｒｒｉｅｒ）は当該技術分野において、流体またはフレキシブルなダイヤフラム／隔膜によってウエハを支持するものとして知られる。前面基準キャリアは、裏面の形状とは無関係に、ウエハの裏面に均一に圧力をかけることができる。出願人は、前面基準キャリアを従来のオービタル・ツール、すなわち、ダイヤフラムによって支持された研磨パッドを有するものとともに使用すると、結果的に、平坦化工程の安定性が欠如することを発見した。安定性が欠如する理由は全部が解明されてはいないが、出願人は固定された基準面がないことが原因で起きた可能性があると考える。
【０００８】
従来のオービタル・ツールに関するもう１つの問題点は、より速い速度で材料が除去されるウエハ前面の周辺領域では、バンド（帯）が残る傾向があることである。出願人は、このバンドの幅が通常、研磨プラテンの軌道直径と同じであることに注目した。このバンドは、研磨パッドの周辺部が保持リングにより若干コンディションが整えられる一方で、平坦化工程からの残留物が研磨パッドの中心に溜まることが原因で起こる可能性があると出願人は考える。この結果、残留物が溜まった研磨パッドに対応するウエハの中心は研磨速度が遅くなり、一方、研磨パッドのコンディションが整えられた周辺部に対応するウエハの周辺領域では研磨速度が早くなる。
【０００９】
よって、ウエハの周辺部における不均一な材料除去によるバンドを最小化する一方、安定した加工をもたらす、ウエハ前面を高精度に平坦化するためのシステムが必要である。
【００１０】
（発明の概要）
本発明は、ウエハの前面を平坦化する装置および方法である。本発明は、硬質プラテンを含み、すなわち、先行技術のように、研磨パッドを支持するために隔膜またはダイヤフラムを使用しない。このプラテンは、プラテンを軌道運動させる手段を有する支持台（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｂａｓｅ）に接続されるか、または前記軌道運動させる手段に接続される。キャリアは、前面基準キャリアであることが望ましく、支持台がプラテンを軌道運動させる間、ウエハを保持し、研磨パッドに対して押し当てる。
【００１１】
また、平坦化工程の間、ウエハを回転またはその他の運動をさせるため、軸を介して、キャリアをモータに接続することができる。さらに、ウエハ裏面に、複数の異なる圧力ゾーンを適用できるキャリアを使用することにより、平坦化工程に対し一層のフレキシビリティが得られる。軌道半径および／または軌道速度を調整することにより、種々のウエハ、およびウエハ上に堆積された薄膜について平坦化工程を最適化できる。従来の軌道半径よりも小さい半径で研磨パッドを軌道運動させる、または従来の軌道速度より速い速度で研磨パッドを軌道運動させること、好ましくは２つを組み合わせることにより、平坦化の結果を改善できることを出願人は見出した。
【００１２】
本発明は、キャリア、好ましくは前面基準キャリア内にウエハを装てんして、実質的に硬質のプラテンに取り付けられた研磨パッドに近接してウエハを配置することによって、実施できる。ウエハは、研磨パッドに好ましくは４ｍｍ未満の半径、４００軌道／分を超える速度で軌道運動させながら、ウエハを研磨パッドに対して押圧することによって、平坦化される。また、キャリアは、ウエハの前面上に形成されることが多いパターンを平滑化して除去するように回転させることができる。このほかに、キャリアを、時計方向と反時計方向に交互に、好ましくは３６０度未満の角度で回転させて、キャリアへの流体の供給を単純化することもできる。
【００１３】
個別に制御可能な複数の圧力ゾーンを有する前面基準キャリアを使用する場合には、平坦化工程についてさらなる改善が得られる。ウエハ前面上の、除去する材料の多い領域または少ない領域に応じて、ウエハ裏面に当接させて加える圧力を増減できる。ウエハの平坦化工程は、研磨パッドからウエハを取り外すか、またはウエハと研磨パッドの間の相対的な動きを停止することによって終了できる。
【００１４】
（好適な実施例の説明）
本発明を添付図面と併せて以下に説明する。図面において、同じ番号は同じ要素を表す。
【００１５】
半導体基板とその上に形成される薄膜の研磨に使用される改良された研磨装置および研磨方法を説明する。以下に、多くの具体的詳細を述べて、出願人による本発明の最良の実施態様を明らかにし、当業者が本発明を作製かつ使用できるようにする。しかしながら、当業者には、本発明がこれらの具体的詳細なしでも実施可能なことが明らかであろう。場合によっては、本発明を不必要に曖昧にすることを避けるため、周知の機械および工程段階については特に詳しく述べない。
【００１６】
図２を参照して、本発明を実施する装置について考察する。前面基準キャリア２１５は、平坦化工程の間、ウエハ２１６を保持して、研磨パッド２０７に対してウエハを押圧するのに使用できる。前面基準キャリアは、ウエハ２１６の裏面に突起がある場合でも、ウエハ２１６の裏面に実質的に均一の圧力を加える。このため、裏面基準キャリア（ｂａｃｋ−ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｃａｒｒｉｅｒ）の突起に関わる問題、すなわち、これらの突起と反対側のウエハ前面のスポットに局所的に強い圧力が生じることが回避される。前面基準キャリアは通常、加圧流体（例：ろ過空気、脱イオン水など）、および／またはフレキシブル隔膜（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ）／ダイヤフラム２０３を使用して、ウエハ２１６の裏面に均一に圧力を加える。本発明を実施するのに使用できる前面基準キャリアの数例が、米国特許第５，４２３，７１６号（Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ），米国特許第５，４４９，３１６号（Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ），米国特許第５，６３５，０８３号（Ｂｒｅｉｖｏｇｅｌ等），米国特許第５，８５１，１４０号（Ｂａｒｎｓ等），米国特許第６，０１２，９６４号（Ａｒａｉ等）および米国特許第６，０２４，６３０号（Ｓｈｅｎｄｏｎ等）に開示され、これらはここに参考資料として包含される。
【００１７】
キャリア２１５は、複数の領域２０４，２２８またはゾーンを有することができ、これらは通常互いに同心状であって、複数の均一な圧力領域を生じるように、個別に加圧できる。言い換えれば、各領域は互いに異なる圧力がかけられるが、各領域内の圧力は実質的に均一である。複数ゾーンキャリア２１５は、ウエハ２１６の前面のバルジ（膨らみ：ｂｕｌｇｅ）を有する同心状の領域から余分な材料を迅速に除去するために好適に使用することができる。特に、複数ゾーン・キャリア２１５は、バルジと反対側のウエハ２１６の裏面に対して、より高い均一な圧力を加えることができる。同時に、ウエハ裏面の他の領域、たとえば、バルジ間の領域では、より低い均一な圧力をかけられる。本発明を実施するために使用できる複数ゾーン前面基準キャリアの例は、米国特許第５，９４１，７５８号（Ｍａｃｋ），米国特許出願第０９／５４０，４７６号および米国特許出願第０８／５０４，６８６号に開示され、これらはすべてここに参考資料として包含される。
【００１８】
図２は、本発明を実施するための装置とともに、個別に制御可能な均一圧力領域２０４，２２８を有する前面基準キャリア２１５の１つの実施例を示す。圧力源２２７は、マニホールド２２９を介して２つの圧力調整器２２３，２２４に圧力を供給できる。圧力調整器２２３，２２４は、コンピュータ制御されるのが望ましく、制御システム２３０と接続できる。圧力調整器２２３，２２４は、加圧流体をキャリアシャフト２０１内の対応する回転カップラ（図示せず）に送ることができる。回転カップラはついで、シャフト２０１内のチューブまたはチャネル２２５，２２６を通して、加圧流体を、キャリア２１５内の対応するチューブまたはチャネルに送ることができる。キャリア２１５内のチューブまたはチャネルはついで、加圧流体を、キャリア２１５内のプレナム（ｐｌｅｎｕｍ）２０４，２２８に流通させ、ウエハ２１６の裏面上の対応する領域に加えられる圧力を制御する。プレナム２０４，２２８は、１つまたは複数のリング形状のバリヤ２０５によって分離されて、各プレナムが別個の内圧を有することができるようにする。このため、本発明のこの実施例では、制御システム２３０は、ウエハ２１６の裏面上の２つの領域２０４，２２８に加えられる圧力を個別に制御できる。ウエハ裏面上に所望の圧力をかけることを容易にするため、他にも種々のキャリアを使用できることを理解されたい。特に前面基準キャリア２１５について詳しく記載しており、本発明は前面基準キャリアを用いて実施することが望ましいが、本発明は種々の前面基準キャリアおよび裏面基準キャリアを使用しても実施可能である。
【００１９】
キャリア２１５は、静止状態に保持するか、または種々の運動を行わせることができ、たとえば、研磨パッド上で線形運動、軌道運動、振動または回転運動させることができる。たとえば、キャリア２１５は、シャフト２０１を介して、モータ２２２により回転可能である。キャリア２１５が回転する場合には、約１０から２０ｒｐｍで回転することが望ましい。キャリア２１５を回転させることにより、研磨パッド２０７の軌道運動の周期性によって、ウエハ前面上に生じがちなパターンを平滑化または除去することが認められた。また、キャリア２１５を、時計方向と反時計方向に交互に回転させることができる。複数のチャンバを有する前面基準キャリアを使用する場合には、これは特に利点がある。どのチャンバも、動作するには追加の流体供給路（ｆｌｕｉｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐａｔｈ）が必要である。キャリア２１５が１つの方向にのみ回転する場合には、ロータリーカップリング（Ｒｏｔａｒｙ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）など複雑な流体供給手段を必要とする。しかしながら、キャリア２１５が、時計方向と反時計方向に交互に回転する場合、さらに好ましくは３６０度まで回転しない場合には、従来のチューブなどの複雑性の低い流体供給手段を使用できる。
【００２０】
平坦化工程の間、ウエハ２１６の前面は、一般にはスラリーが存在するなかで、硬質プラテン２２１に固定された研磨パッド２０７へと押圧される。研磨パッド２０７は、たとえば、ＩＣ１０００、またはＳｕｂａ ＩＶ研磨パッドによって支持されるＩＣ１０００でよい。両方の製品とも、アリゾナ州フェニックスに本社を置くＲｏｄｅｌ Ｉｎｃ．により製造かつ商業的に提供される。使用する具体的な研磨パッド２０７は、ウエハ２１６の特性に応じて変更できるが、通常はウレタン・ベースの材料からなる。図３に示すように、研磨パッド２０７は、スラリーを研磨パッド２０７の表面に供給するための穴３２２を具備することができる。スラリーは一般に、研磨する材料の種類に依存して異なる添加剤を入れたシリカ・ベースの溶液である。また、研磨パッド２０７は、研磨パッド２０７の表面全体にスラリーが行き渡るのを支援するために、溝（図示せず）を具備することもできる。
【００２１】
図２に戻って参照して、プラテン２２１は、研磨パッド２０７を載置するために、実質的に平坦な表面を有する硬質材料から作製できる。本発明のプラテン２２１は、研磨パッドを支持するために加圧ダイヤフラムまたは隔膜を使用する先行技術のオービタル・ツールの従来型プラテンよりも、硬質にすべきである。たとえば、プラテン２２１は、アルミニウム，ステンレス鋼，セラミック，チタンまたはその他の硬質かつ好ましくは非腐食性の材料から構成される。
【００２２】
平坦化工程の間、プラテン２２１は、支持台２２０により軌道運動することができる。図４ａを参照して、研磨パッドの軌道運動について詳述する。研磨パッドは時間１，時間２，時間３および時間４において、それぞれ位置２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄに移動し、その結果、研磨パッド上の「Ｘ」は円４００ａを描いて移動する。研磨パッドは軌道運動時には回転しないことに注意されたい。軌道半径は円４００ａまたは研磨パッド上の１つの軌道運動ポイントにより描かれる他の円の半径と同じである。円４００ａにより示される軌道運動の大きさは、軌道運動を説明しやすくするために、通常所望される大きさよりも大きめである。
【００２３】
図４ｂを参照して、ウエハ２１６を、複数の円運動４００ｂとともに示す。円運動４００ｂは、軌道運動中にウエハ２１６の前面上の各ポイントがたどる動きを表す。円運動４００ｂを生じる軌道の半径は、円運動４００ａを生じる軌道の半径よりも大幅に小さい。軌道半径は、軌道運動を生じるために使用される機構によって制御でき、ここではその幾つかの例を考察する。
【００２４】
米国特許第５，５８２，５３４号（Ｓｈｅｎｄｏｎ）および米国特許第５，９３８，８８４号（Ｈｏｓｈｉｚａｋｉ等）は、キャリアの軌道運動を生じるための幾つかの機構を開示する。軌道運動を生じるために開示されたこれらの機構の原理は、当業者をして、プラテン２２１を軌道運動させることができる支持台２２０を作製するために応用でき、ここに参考資料として包含される。
【００２５】
図５は、プラテン２１１の軌道運動を生じさせるのに使用できる典型的な支持台２２０の断面図である。この支持台は概ね、米国特許第５，５５４，０６４号（Ｂｒｅｉｖｏｇｅｌ等）に開示され、ここに参考資料として包含される。支持台２２０は、地面にしっかりと固定できる剛体のフレーム５０２を具備する。固定フレーム５０２は、運動生成器５０２を支持し、そのバランスをとるために使用される。下方ベアリング５０６の外側リング５０４は、クランプによって固定フレーム５０２にしっかりと固定される。固定フレーム５０２は、下方ベアリング５０６の外側リング５０４が回転するのを防ぐ。円形で中空の硬質ステンレス鋼の本体により形成される波動生成器（ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）５０８は、下方ベアリング５０６の内側リング５１０に取り付けられる。波動生成器５０８はまた、上方ベアリング５１４の外側リング５１２に取り付けられる。波動生成器５０８は、上方ベアリング５１４を下方ベアリング５０６と平行に配置する。波動生成器５０８は、上方ベアリング５１４の中心軸５１５を、下方ベアリング５０６の中心軸５１７からオフセットする。アルミニウムの円形プラテン２１１は、上方ベアリング５１４の内側リング５１９に対して対称に配置されて、これにしっかりと固定される。研磨パッドまたは研磨パッド・アセンブリは、プラテン２１１の上面の外側端の周囲に形成されるリッジ（ｒｉｄｇｅ）５２５にしっかりと固定できる。２つのピボット・ポイント５２０ａ，５２０ｂを有する自在継手５１８は、固定フレーム５０２と、プラテン２１１の下面とにしっかりと固定される。波動生成器５０８の下方部分は、中空かつ円筒形のドライブ・スプール（ｄｒｉｖｅ ｓｐｏｏｌ）５２２と硬く接続されて、これは、ついで、中空かつ円筒形のドライブ・プーリ５２３と接続される。ドライブ・プーリ５２３は、ベルト５２４によりモータ５２６と結合される。モータ５２６は、可変速度の３相２馬力ＡＣモータとすることができる。
【００２６】
プラテン２１１の軌道運動は、波動生成器５０８をスピンさせることによって生じる。波動生成器５０８は、可変速モータ５２６によって回転される。波動生成器５０８が回転するにつれ、上方ベアリング５１４の中心軸５１５が、下方ベアリング５０６の中心軸５１７の周囲を回る。上方ベアリング５１７の軌道半径は、上方ベアリング５１４の中心軸５１５と、下方ベアリング５０６の中心軸５１７とのオフセット（Ｒ）５２６に等しい。上方ベアリング５１４は、波動生成器５０８の回転に等しい速度で、下方ベアリング５０６の中心軸５１７の周囲を回転する。波動生成器５０８が回転するにつれ、上方ベアリング５１４の外側リング５１２が軌道運動すると同時に回転（スピン）することに注意されたい。自在継手５１８の機能は、プラテン２１１の回転またはスピンによるトルクを防ぐことである。自在継手５１８の２つのピボット・ポイント５２０ａ，５２０ｂにより、プラテン２１１は、回転方向を除く全方向に動くことができる。プラテン２１１を上方ベアリング５１４の内側リング５１９に接続し、かつ自在継手５１８をプラテン２１１と固定フレーム５０２とに接続することによって、内側リング５１９とプラテン２１１の回転運動が妨げられて、プラテン２１１は所望の軌道運動のみを行う。プラテン２１１の軌道速度は、波動生成器５０８の回転速度に等しく、プラテン２１１の軌道半径は、上方ベアリング５１４の中心５１５の、下方ベアリングの中心５１７からのオフセットに等しい。研磨パッドの軌道運動を容易にするために、他にも種々の周知の手段を使用できることを理解されたい。軌道運動を生じさせる具体的な方法を詳しく述べたが、本発明は、プラテン２１１上の研磨パッドを軌道運動させるための種々の技術を使用して実施できる。
【００２７】
図２と図６とを参照して、本発明の典型的な動作方法を説明する。第１段階は、ウエハ２１６をキャリア２１５に装てんすることである（段階６００）。裏面基準キャリア２１５も使用可能であるが、本発明では、前面基準キャリア２１５を使用すると、良好な結果が得られた。ウエハ２１６が、その前面に１つまたは複数の同心のバルジを有する場合には、個別に制御可能な複数の圧力領域を有する前面基準キャリア２１５を使用するのが適切である。個別に制御可能な圧力領域は、ウエハの凹部または低いポイントに当接してかけられる圧力よりも、バルジに当接するウエハ裏面に高い圧力をかけることができる。バルジの数と位置は、たとえば、その場（ｉｎ ｓｉｔｕ）で測定を行うか、または前処理工程により生じた一般的なウエハの形状を知ることによって決定できる。
【００２８】
ついで、ウエハ２１６を、硬質プラテン２２１に固定された研磨パッド２０７に近接して配置する（段階６０１）。ウエハ２１６を研磨パッド２０７に近接する位置に移動する機械的手段は、当該技術分野で知られており、本発明を不必要に曖昧にすることを避けるため言及しない。ウエハ２１６の裏面に加えられる圧力により、ウエハは研磨パッド２０７へと押圧される（段階６０４）。ウエハ２１６裏面に加えられる最適圧力は、ウエハ２１６の特性，研磨パッド２０７，スラリー，所望の除去速度およびその他の要素に依存して変化しうる。しかしながら、約３ｐｓｉから約７ｐｓｉの間の圧力が極めて良好な結果を生じた。ただし、本発明はこれより低いまたは高い圧力でも容易に使用し得る。
【００２９】
ウエハ２１６が研磨パッド２０７に押し当てられる（段階６０４）とほぼ同時に、研磨パッド２０７は、軌道運動を開始することができ（段階６０２）、キャリアは回転を開始できる（段階６０３）。研磨パッド２０７は、４００周回／分を超える速度で軌道運動することが望ましく、出願人は、軌道半径１６ｍｍ、軌道速度約６００回／分において、極めて良好な平坦化を得た。また、研磨パッドの軌道半径は、６ｍｍ未満にすることができ、出願人は、軌道回転周波数約６４００周回／分、軌道半径約１．５ｍｍにおいて、極めて良好な平坦化を得た。小さい軌道半径では一般に、ウエハ前面から材料を除去する所与の速度を保つために、軌道周期を高くする必要がある。キャリアは３０ｒｐｍより低い速度で回転することができ、約１０から約２０ｒｐｍの間の速度が望ましい。キャリア２１５が、時計方向または反時計方向に、３６０度まで回転せずに、交互に回転する場合には、流体供給路２２５，２２６を簡素化できる。
【００３０】
終点検出システムからの入力に基づき、または経験により割り出された具体的な平坦化工程で要する時間に基づき、ウエハ２１６を研磨パッド２０７から取り外し、平坦化工程を終了することができる。
【００３１】
本発明を特定の実施例に関して説明してきたが、当業者であれば、本発明の意図および範囲を逸脱せずに、形態および細部に変更を加えられることがわかるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体の集積回路に使用される標準的な多層相互接続構造の断面図である。
【図２】ウエハを、硬質プラテンに取り付けられた研磨パッドに対して保持する前面基準キャリアの断面図である。
【図３】軌道運動する研磨パッドに近接するウエハの平面図である。
【図４ａ】研磨パッドの軌道運動中の４つの異なる時間における軌道運動する研磨パッドとともに示された、静止状態のウエハの平面図である。
【図４ｂ】軌道運動のみによってウエハ前面のあらゆる点で経験される動きを示す、ウエハの前面の図である。
【図５】研磨パッドの軌道運動を生じさせる１つの考えられる機構の断面図である。
【図６】本発明を実施する１つの考えられる方法を示すフローチャートである。
【図１】
2004505435.tif 000003
【図３】
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【図４ａ】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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