(57)【要約】研磨用流体を化学的機械研磨表面（１０４）に給付するための方法及びシステムが提供されている。一実施形態において、このシステムは、少なくとも部分的に研磨表面の上方に配置された給付部を有するアーム（１０４）を含んでいる。第１ノズル及び第２ノズルは、このアームの該給付部に配置されている。第１ノズル（１３２）は、研磨用流体を第１の速度で流すように適合しており、一方、第２ノズルは、研磨用流体を第１の速度とは異なる第２の速度で流すように適合している。研磨用流体を化学的機械研磨表面に給付するための方法は、通常、研磨用流体を半導体研磨表面の１位置へ第１の速度で供給するステップと、研磨用流体を研磨表面の別位置へ第１の速度とは異なる第２の速度で供給するステップとを含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的機械研磨表面へ研磨用流体を給付するためのシステムであって、
少なくとも部分的に前記研磨表面の上方に配置された給付部を有するアームと、
前記給付部に配置され、前記研磨用流体を第１の速度で流すように適合した第１ノズルと、
前記給付部に配置され、前記研磨用流体を前記第１の速度とは異なる第２の速度で流すように適合した少なくとも第２ノズルと、
を備える、前記システム。
【請求項２】
前記第１ノズル又は前記第２ノズルの少なくとも１つは、そこに結合された流量制御装置を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記流量制御装置は、オリフィス、ニードル弁、比例弁、ピンチ弁、絞り、質量流量コントローラ及び定量ポンプからなるグループから選択された流量制御装置である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記アームは、前記第１ノズル及び第２ノズルの双方に結合された研磨用流体給付ラインを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１ノズルに結合される第１流体源と、前記第２ノズルに結合される第２流体源とを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
研磨用流体を制御された速度で流すように適合した複数のノズルを更に備え、各ノズルは個々に制御可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
研磨材を支持するように適合した回転プラテンを更に備え、該研磨材は研磨表面を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１ノズルは、研磨パッドの回転の中心に関して前記第２ノズルの半径方向内側に配置されており、第１の流れは第２の流れの少なくとも１.１５倍多い、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
第１の流れは、第２の流れの速度の約１.２〜約２０倍である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ノズルを通る流れの少なくとも１つを制御するのに利用される情報を供給するように適合した計測学装置を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
化学的機械研磨表面へ研磨用流体を給付するためのシステムであって、
前記研磨表面を支持するプラテンと、
該プラテンの上方に配置される研磨ヘッドと、
少なくとも部分的に前記研磨表面の上方に配置された給付部を有するアームと、
前記給付部に配置され、前記研磨用流体を第１の制御可能な速度で流すように適合した第１ノズルと、
前記給付部に配置され、前記研磨用流体を前記第１の制御可能な速度とは異なる第２の制御可能な速度で流すように適合した少なくとも第２ノズルと、
前記ノズルを通る流れの少なくとも１つを制御するのに利用される情報を供給するように適合した計測学装置と、
を備える、前記システム。
【請求項１２】
化学的機械研磨表面へ研磨用流体を給付するためのシステムであって、
前記研磨表面に面するように適合した裏側と複数の管受け部とを有するアームと、
前記アームに結合され研磨用流体を流すように適合すると共に、前記管受け部の少なくとも２つの間に位置決め可能な少なくとも１つの管と、
を備える、前記システム。
【請求項１３】
前記管受け部のうちの少なくとも２つは、
前記アームの第１の側部に沿って間隔をあけた第１組の管受け孔を画成しており、
少なくとも２つの他の管受け部は、
前記第１の側部の反対側に配置された前記アームの第２の側部に等距離で間隔をあけて前記アーム内に形成された第２組の管受け孔を画成している、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
各管受け部中に配置されるコレットを更に備え、該コレットは、それに管を貫通せしめると共に、該管を前記アームに結合させている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記管により占められていない孔に配置された少なくとも１つのプラグを更に備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記プラグは、
中央本体部と、
該中央本体部から延びる支柱とを更に備え、該支柱が前記アームと少なくとも同一平面に配置されるか、或いは前記アームを越えて突き出ており、
各孔は、
ねじ部を有する第１の部分と、
該第１の部分に対して同心状に配置されており、該第１の部分の直径よりも小さな直径を有すると共に、前記プラグの前記支柱が前記第２部分に詰まっている第２の部分と、
前記第１の部分及び前記第２の部分の境界面のところに画成された段部と、
前記ねじ部に係合すると共に、前記プラグの前記中央本体部を付勢して前記段部に当てる止めねじと、
を更に備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
研磨用流体が通って流れる管の組合せを選択的に変更するための手段を更に備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
化学的機械研磨表面へ研磨用流体を給付するためのシステムであって、
アームと、
複数の研磨用流体給付管と、
該研磨用流体給付管を受けるため前記アームに形成された複数の孔とを備え、前記管の各々は、前記孔の１つに通し配置されると共に、前記アームに結合されており、
前記研磨用流体給付管と孔の関係は、
Ａ/Ｂ＞１
で示され、ここで、
Ａは、孔の数
Ｂは、研磨用流体給付管の数
である、前記システム。
【請求項１９】
研磨用流体を化学的機械研磨表面に供給する方法であって、
研磨用流体をパッド上に第１位置で第１の速度で流すステップと、
研磨用流体をパッド上に第２位置で前記第１の速度とは異なる第２の速度で流すステップと、
を備える、前記方法。
【請求項２０】
前記第１の速度は、前記第２の速度に対して別個に制御可能である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記研磨用流体を第１の速度で流すステップは、
研磨基準値に応じて研磨中に前記第１の速度を調整することを含む、
請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
研磨用流体を化学的機械研磨装置の研磨表面に給付するための方法であって、
研磨用流体給付管に結合されると共に、該研磨用流体給付管の数を超える複数の管保持位置を有する研磨用流体給付アームを提供するステップと、
所望の研磨結果を生み出すため、前記複数の管保持位置から、前記アームに沿った少なくとも第１及び第２研磨用流体給付管間の相対的間隔を選択するステップと、
を備える、前記方法。
【請求項２３】
前記研磨用流体給付管の少なくとも１つは、研磨されている基板の表面特性の変化に応じて、前記アームに沿った、異なる位置へ移動される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記研磨用流体給付管の少なくとも１つは、基板の直径の端から端まで局所研磨速度を変えるため、前記アームに沿った、異なる位置へ移動される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
研磨用流体を化学的機械研磨装置の研磨表面に給付するための方法であって、
前記研磨表面の上方に間隔をあけて離れた関係で配置された複数の出口に連絡するマニホルドに研磨用流体を流入させるステップと、
前記出口のうちの少なくとも１つを通る研磨用流体の流れを可能とするステップと、
前記出口のうちの少なくとも１つを通る研磨用流体の流れを防止し、そこを通る研磨用流体の流れにより又は流れのないことにより特徴付けられる状態を有する前記出口の少なくとも１つがその位置で反対の状態に変えられるステップと、
を備える、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、概括的には、化学的機械研磨システムにおいて基板を研磨するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハの処理において、化学機械平坦化、即ちＣＭＰを使用することが、ウェーハのような半導体加工物、即ち基板のデバイス密度を高める能力向上のために、支持を得てきた。化学機械平坦化システムは、一般に、研磨ヘッドを利用して基板を保持すると共に研磨材の研磨表面に押し付けながら、両者間に運動を与えている。ある平坦化システムは、研磨材を支持する静止プラテン上を可動の研磨ヘッドを利用している。他のシステムは、別の構造を利用して、例えば回転プラテンを提供して、研磨材及び基板の間に相対運動を与える。研磨用流体は、研磨中、基板と研磨材との間に置かれて、基板からの材料の除去を助ける化学的活性を与えるのが一般的である。一部の研磨用流体は、研磨剤も含むことがある。
【０００３】
良好な研磨システム及びプロセスを開発する際の難題の１つは、基板の研磨される表面全域にわたる均一な材料の除去を可能にすることである。例えば、基板が研磨表面を横切って移動するときに、基板の縁がしばしばより高い速度で研磨される。これは、基板が研磨表面を交差して移動するときの摩擦力により基板が「ノーズドライブ(nose drive)」する傾向があることも手伝っている。
【０００４】
基板の表面全域にわたる研磨の均一性に影響する別の問題は、ある材料が周囲の材料よりも速く除去される傾向のあることである。例えば、銅は、通常、研磨中に銅材料（代表的には酸化物）を囲む材料よりも迅速に除去される。しばしばわん状変形と言及される銅の迅速な除去は、銅表面の幅が５ミクロンを超えると特にはっきりと分かる。
【０００５】
研磨の結果としての非均一性を緩和するために多くの解決策が利用されてきたが、完全に満足できると検認されるものは何もなかった。従って、より細い線寸法及び高いデバイス密度に向かう傾向のため、均一で高度に平坦化された表面に対する要求は依然と最大の関心事である。
【０００６】
従って、化学機械平坦化システムにおける研磨の均一性の向上に対する必要性が存在する。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の一態様においては、研磨用流体を化学的機械研磨表面に給付するためのシステムが提供されている。一実施形態において、このシステムは、少なくとも部分的に研磨表面の上方に配置された給付部を有するアームを含んでいる。第１ノズル及び第２ノズルは、このアームの該給付部に配置されている。第１ノズルは、研磨用流体を第１の速度で流すように適合しており、一方、第２ノズルは、研磨用流体を第１の速度とは異なる第２の速度で流すように適合している。
【０００８】
本発明の別の態様においては、研磨用流体を化学的機械研磨表面に給付するための方法が提供されている。一実施形態において、この方法は、研磨用流体を化学的機械研磨表面の一つの位置へ第１の速度で供給するステップと、研磨用流体を化学的機械研磨表面の別の位置へ第１の速度とは異なる第２の速度で供給するステップとを含んでいる。
【０００９】
本発明の前述した特徴を達成する方法がより詳細に理解できるように、上に簡単に概要を述べた本発明のより特定的な説明は、添付図面に例示されたその実施形態を参照して得られる。しかし、添付図面は、本発明の代表的な実施形態を例示するに過ぎず、従って、その範囲を限定するものと考えるべきではなく、本発明については、その他の同等に効果的な実施形態も認めるものであることに留意されたい。
【００１０】
理解を容易にするべく、図面に共通の同一要素を示すために、可能な限り、同一の参照符号が使用されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、研磨材１０８の全域にわたる研磨用流体１１４の分布を制御する研磨用流体給付システム１０２を有する、基板１１２を研磨するための研磨システム１００の一実施形態を表わしている。本発明の種々の態様の恩恵を受けるように適合した研磨システムの実施例は、ビーラン(Birang)等により西暦１９９９年２月４日に出願された米国特許願第０９/１４４,４５６号及びトレス（Tolles)等に対し西暦１９９８年４月１４日に発行された米国特許第５,７３８,５７４号に開示されており、双方は、参照によりその全てがここに組み込まれる。研磨用流体給付システム１０２は研磨システム１００に関連して記載されているが、本発明は、研磨用流体の存在下に基板を処理する他の研磨システムにおいて有用性を有している。
【００１２】
一般に、具体例としての研磨システム１００は、プラテン１０４及び研磨ヘッド１０６を有している。プラテン１０４は、通常、研磨中に基板１１２を保持する研磨ヘッド１０６の下方に配置される。プラテン１０４は、通常、システム１００のベース１２２上に配置されると共に、モータ（図示せず）に結合される。このモータは、プラテン１０４を回転させて、該プラテン１０４上に配置された研磨材１０８と基板１１２との間の相対研磨運動の少なくとも一部を可能にしている。基板１１２及び研磨材１０８の間の相対運動は別の方法で提供されてもよいことが分かる。例えば、基板１１２及び研磨材１０８の間の相対運動の少なくとも一部は、研磨ヘッド１０６を静止プラテン１０４の上で移動させ、研磨材を基板１１２の下方で直線的に移動させ、研磨材１０８及び研磨ヘッド１０６等の双方を移動させることにより、行うことができる。
【００１３】
研磨材１０８は、通常、研磨表面１１６が研磨ヘッド１０６に向かって上向きになるようにプラテン１０４により支持される。研磨材１０８は、処理中、接着剤、真空、機械的クランプ等によりプラテン１０４に固定されるのが典型的である。オプションとして、また、特に研磨材１０８が織布として構成されている適用例において、研磨材１０８は、典型的には、前に組み込まれた米国特許願第０９/１４４,４５６号に記載のように研磨材１０８とプラテン１０４との間に与えられる真空の使用によって、プラテン１０４に解放可能に固定される。
【００１４】
研磨材１０８は、慣用の研磨材料又は固定研磨材料（fixed abrasive material）でもよい。慣用の研磨材１０８は、一般的に、発泡ポリマーから構成されると共に、パッドとしてプラテン１０４上に配置されるのが一般的である。一実施形態において、慣用の研磨材１０８は、発泡ポリウレタンである。このような慣用の研磨材１０８は、デラウェア洲ニューヨーク所在のロデル・コーポレイション(Rodel Corporation)から入手しうる。
【００１５】
固定研磨材料である研磨材１０８は、バッキングシート上に離散成分になって配置されるレジンバインダー中に懸濁した複数の研磨粒子から一般に構成される。固定研磨材料の研磨材１０８は、パッド又は織布の形で利用してもよい。研磨粒子は研磨材自体に含まれているので、固定研磨材料の研磨材を利用するシステムは、研磨剤を含まない研磨用流体を利用するのが通例である。固定研磨材料である研磨材の例は、西暦１９９７年１２月２日にラザフォード（Rutherford）等に対して発行された米国特許第５,６９２,９５０号及びハース（Haas）等に対して西暦１９９５年９月２６日に発行された米国特許第５,４５３,３１２号に開示されており、双方は、参照によりその全てがここに組み込まれる。かかる固定研磨材料の研磨材１０８は、ミネソタ洲セントポール所在のミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリング・カンパニー(３Ｍ：Minnesota Manufacturing and Mining Company)からも入手しうる。
【００１６】
研磨ヘッド１０６は、一般的に、プラテン１０４の上方に支持されている。この研磨ヘッド１０６は、研磨表面１１６に面する凹部１２０内で基板１１２を保持する。研磨ヘッド１０６は、通常、プラテン１０４に向かって移動すると共に、研磨中、基板１１２を研磨材１０８に押し付ける。研磨ヘッド１０６は、静止していてもよく、或いは基板１１２を研磨材１０８に押し付けながら、回転し、分離し、環状に、直線的に、或いは複数の運動を組み合わせて移動しうる。本発明の恩恵を受けるように適合しうる研磨ヘッド１０６の一実施例は、スニガ(Zuniga)等に対し西暦２００１年２月６日に発行された米国特許第６,１８３,３５４号(Ｂ１)に記載されており、その全体は参照によりここに組み込まれる。本発明の恩恵を受けるように適合しうる研磨ヘッド１０６の別の一実施例は、カリフォルニア洲サンタクララのアプライド・マテリアルズ株式会社（Applied Materials, Inc.)から入手可能のチタンヘッド(登録商標：TITAN HEAD)ウェーハキャリアである。
【００１７】
研磨用流体給付システム１０２は、一般的に、給付アーム１３０と、このアーム１３０に配置された複数のノズル１３２と、少なくとも１つの研磨用流体源１３４とを備えている。給付アーム１３０は、研磨材１０８の研磨表面１１６上の研磨用流体１１４の給付を制御するように構成されている。一実施形態において、給付アーム１３０は、研磨用流体１１４を異なる流量でアーム１３０に沿って調節供給するように構成されている。研磨用流体１１４が単一源から一般に供給されるときに、この研磨用流体１１４は、研磨材１０８の幅（即ち、直径）に沿って変動する量ではあるが均一濃度で研磨材１０８上に配分される。
【００１８】
給付アーム１３０は、一般的に、プラテン１０４の直ぐ近くでベース１２２に結合されている。この給付アーム１３０は、研磨材１０８の上方に懸架された部分１３６を少なくとも一般的に有している。給付アーム１３０は、この部分１３６が研磨用流体１１４を研磨表面１１６に配送するように位置決め可能である限り、システム１００の他の部分に結合されてよい。
【００１９】
複数のノズル１３２は、プラテン１０４の上方に配置された給付アーム１３０の一部１３６に沿って配置される。一実施形態において、ノズル１３２は、少なくとも第１のノズル１４０及び第２のノズル１４２を備えている。第１のノズル１４０は、研磨材１０８の回転の中心に関して第２のノズル１４２の半径方向内側でアーム１３０上に位置決めされるのが典型的である。研磨材１０８の全域にわたる研磨用流体１１４の給付は、第１のノズル１４０からの研磨用流体１１４を第２のノズル１４２からの流れとは異なる速度で流すことによって制御される。
【００２０】
図２に表わしたように、第１のノズル１４０は、一般的に、研磨用流体１１４を研磨表面１１６の第１の部分２０２に第１の速度で流し、一方、第２のノズル１４２は、研磨用流体１１４を研磨表面１１６の第２の部分１０４に第２の速度で流す。このようにして、研磨材１０８の幅方向の端から端まで研磨用流体１１４の給付が調整される。
【００２１】
図１に戻ると、第１及び第２のノズル１４０，１４２を出る流量は、互いに概ね異なっている。これらの流量は、互いに関して固定することができ、或いは制御可能である。一実施形態において、流体給付アーム１３０は、第１及び第２のノズル１４０，１４２の間に配備された研磨用流体供給ライン１２４を含んでいる。Ｔ字形の結合具１２６は、供給ライン１２４に結合されると共に、第１の給付ライン１４４とそこから分岐する第２の給付ライン１４６とを有し、これらがノズル１４０，１４２にそれぞれ結合されている。
【００２２】
ノズル１３２のうちの少なくとも１つは、流量制御機構１５０を含んでいる。この流量制御機構１５０は、ノズル１４０，１４２間に固定の流量比を与える装置でよく、或いは流量制御機構１５０は、流量の動的制御を行うように調節可能でよい。流量制御機構１５０の実施例には、固定オリフィス、ピンチ弁、比例弁、絞り、ニードル弁、絞り弁、定量ポンプ、マスフローコントローラ等がある。或いは、流量制御機構１５０は、各ノズル１４０，１４２及びＴ字形結合具１２６を結合する流体給付ライン１４４，１４６間の相対的な圧力降下の差により提供されていてもよい。
【００２３】
研磨用流体源１３４は、システム１００の外部に設けられるのが典型的である。一実施形態において、研磨用流体源１３４は、一般的に、タンク１５２及びポンプ１５４を含む。ポンプ１５４は、一般的に、研磨用流体１１４をタンク１５２から汲み上げ、供給ライン１２４を経てノズル１３２に注入する。
【００２４】
タンク１５２に収容された研磨用流体１１４は、典型的には、研磨中の基板１１２の表面からの材料の除去に役立つ化学的活動をもたらす化学添加剤を有するイオン除去水である。研磨用流体１１４が単一源（即ち、タンク１５２）からノズル１３２に供給されるときに、ノズル１３２から流れる流体１１４は、実質的に均質であり、即ち、化学試薬又は同伴研磨剤の濃度が変化していない。オプションとして、研磨用流体は、基板の表面からの材料の機械的除去に役立つ研磨剤を含んでいてよい。研磨用流体は、一般的に、例えば、イリノイ洲オーロラのカボット(Cabot)・コーポレイション、デラウェア洲ニューアークのロデル(Rodel)・インコーポレイテッド、日本国の日立化成工業株式会社、デラウェア洲ウィルミントンのデュポン(Dupont)・コーポレイションのような多数の市販源から入手可能である。
【００２５】
作動中、基板１１２は、研磨ヘッド１０６内に位置決めされていて、回転するプラテン１０４により支持された研磨材１０８と接触状態になっている。研磨ヘッド１０６は、基板を静止状態に保持してもよいし、或いは研磨材１０８及び基板１１２間の相対運動を増すように基板を回転させるか又は別の方法で移動させてもよい。研磨用流体給付システム１０２は、研磨用流体を供給ライン１２４を経由して第１及び第２の研磨ノズル１４０，１４２に流す。
【００２６】
図２は、システム１００の平面図を表わし、研磨材１０８の部分２０２及び２０４上への研磨用流体１１４の流れを例示している。研磨用流体１１４の第１の流れ２０６は、第１のノズル１４０から出て第１の速度で第１の部分２０２上に流れ、一方、研磨用流体１１４の第２の流れ２０８は、第２のノズル１４２から出て第２の速度で第２の部分２０４上に流れる。一般的に、第１の流れ２０６は第２の流れ２０８とは異なっており、従って、研磨材１０８の研磨表面１１６の全域にわたる研磨用流体１１４の制御された給付を可能にする。一実施形態において、第１の流れ２０６は、第２の流れ２０８の流量の少なくとも約１.１５倍の流量を有している。研磨材１０８の全域にわたる研磨用流体１１４の制御された分布は、研磨材１０８上への研磨用流体１１４の相対的な流れを制御することにより基板１１２の表面からの材料除去が基板１１２の幅の端から端まで調整されることを許容する。例えば図２を参照すると、より多くの研磨用流体１１４が研磨材１０８の第２の部分２０４よりも第１の部分２０２に供給されてもよい（逆もまた同様）。オプションとして、追加のノズルを利用して、研磨材１０８の少なくとも２つの部分が異なる流量でその上に研磨用流体１１４を配分せしめられている研磨材１０８の他の部分に、異なる量の研磨用流体１１４を供給してもよい。
【００２７】
例えば動作の一形態において、システム１００により研磨されている基板１１２は、第１のノズル１４０及び第２のノズル１４２から供給される研磨用流体１１４で処理される。研磨用流体１１４は、第１の流量で第１のノズル１４０から研磨材１０８上に配分される。研磨用流体１１４は、同時に、第２の流量で第２のノズル１４２から研磨材１０８上に配分される。一実施形態において、第１の流量は第２の流量の約１.２から２０.０倍である。研磨用流体給付システム１０４を利用する処理から結果として得られる研磨の均一性４０２は図４に表わされている。同一の総研磨用流体流量を有する従来の研磨用流体給付システム（即ち、研磨用流体が単一のノズル又はチューブからのみ研磨材に給付されているシステム）を利用して達成された従来の基板研磨の均一性４０４は、比較のために提供されている。図４に例示されているように、均一性４０２は、従来の結果４０４を超えて向上されている。
【００２８】
比例弁、ニードル弁、マスフローコントローラ、定量ポンプ、蠕動ポンプ等のような動的（即ち、調節可能）な制御機構１５０を有する構成において、研磨材１０８上の研磨用流体１１４の給付は、プロセス中に調節してよい。例えば、第１のノズル１４０からの研磨用流体の流れは、プロセスの一部分の間に第１の流量で研磨材１０８に適用され、プロセスの他の部分の間に第２の流量に調節されうる。第２のノズル１４２からの研磨用流体１１４の給付の速度もまた研磨プロセス中に変更しうる。どちらのノズル１４０，１４２からの研磨用流体の流れの調節は無限であることに留意すべきである。第１のノズル１４０及び第２のノズル１４２間に配置される追加のノズルの使用は、第１のノズル１４０及び第２のノズル１４２間に配置されたノズルのところで多かれ少なかれ研磨用流体１１４を供給することにより、均一性のプロフィールが更に改良されると共に局部的に整形されることを可能にする（図３に関する以下の記載を参照）。
【００２９】
オプションとして、ノズル１４０，１４２からの流量を超える動的制御を有する研磨用流体給付システムには、研磨用流体の分布のリアルタイムな調節のためプロセスフィードバックを行う計測学装置１１８を含んでもよい。計測学装置１１８は、研磨の時間、研磨されている基板の表面膜の厚み、表面トポグラフィー、又はその他の基板特性のような研磨基準値を検出するのが通例である。
【００３０】
一実施形態において、研磨材１０８は、計測学装置１１８が研磨材１０８に対峙し配置された基板１１２の表面を観察することを可能にする窓１６０を含んでもよい。計測学装置１１８は、通常、窓１６０を経て基板１１２へと通るビーム１６４を発するセンサ１６２を含んでいる。ビーム１６４の第１の部分は、基板１０８の表面で反射され、一方、ビーム１６４の第２の部分は、基板１０８の研磨される表面の下側にある材料の層により反射される。これらの反射ビームはセンサ１６２で受信され、反射ビームの２つの部分の波長差が解析されて基板１１２の表面上にある材料の厚さを測定する。一般的に、この厚さ情報は、コントローラ（図示せず）に供給され、これが研磨材１０８上の研磨用流体分布を調整して、基板の表面上に所望の研磨結果を生み出す。有利に使用しうる監視システムの一例は、ビラン（Birang)等により西暦１９９６年８月１６日に出願された米国特許願第０８/６８９,９３０号に記載されており、その全体は参照によりここに組み込まれる。
【００３１】
オプションとして、計測学装置１１８は、基板１１２の全幅にわたり研磨パラメータを監視するため追加のセンサを含んでもよい。追加のセンサは、多かれ少なかれ材料が基板１１２の一部分で別の部分に関して除去されるように基板１１２の全幅にわたり研磨用流体１１４の分布が調整されることを考慮に入れている。更に、ノズル１４０，１４２からの流量を調節するプロセスは、いかなる時点でも基板１１２の全域にわたる材料除去の速度を動的に制御するため研磨シーケンスの経過に伴って繰り返し行われてもよい。例えば、基板１１２の中央は、研磨シーケンスの初期に基板１１２の中央まで、より多くの研磨用流体を供給することにより一層速く研磨しうるのに対して、基板１１２の周囲は、周囲領域へより多くの研磨用流体を供給することによって、研磨シーケンスの終期により速く研磨することができる。
【００３２】
図３は、複数のノズル３０２を有する研磨用流体給付システム３００の別の実施形態を表わしている。このシステム３００は、図１の流体給付システム１０２と同様に構成されてよく（即ち、単一の研磨用流体供給ラインを有する）、或いは各ノズル３０２が専用の供給ライン３０４を流体源３０６に連絡せしめるように構成されてもよい。各供給ライン３０４は計測学装置３０８に流体的に結合されている。この計測学装置３０８は、歯車ポンプ、蠕動ポンプ、容積式ポンプ、ダイヤフラムポンプ等のような計量型ポンプとすることができる。各計測学装置３０８は、システム３００の各ノズル３０２に供給される研磨用流体１１４の量を制御するコントローラ（図示せず）に結合されている。各計測学装置３０８が個別に制御可能であるので、複数のノズル３０２の各々からの研磨用流体１１４の流れは他のノズルから独立して制御され、研磨材１０８上の研磨用流体１１４の給付は実用的に無数の形でアレンジすることができる。
【００３３】
上述したように、各計測学装置は、研磨の間に研磨材１０８に配送される研磨の流量を変更しうる。例えば、ノズル３０２のうちの１つは、そこを通る研磨用流体１１４の流量を、基板が研磨されている間に、増加することができる。ノズルのうちの別の１つは、研磨中に研磨用流体１１４の流量を減少させることができる。もちろん、任意の時点でのノズル流量の制限のない変更は、所望の研磨結果を生ずるように設定しうる。研磨用流体の流量は各ノズル３０２を通じて個々に制御可能であるから、研磨特性は、基板処理の期間中、基板の幅の端から端まで調整しうる。
【００３４】
流体給付源３０６は、研磨されている基板１１２の表面３１８からの材料除去の速度又は場所を制御するために計測学装置３０８と協力して使用可能である。通常、基板１１２の表面３１８上にある材料の除去速度又は残留厚さは、計測学装置３０８によって検出しうると共に、コントローラに供給され、このコントローラが次いで各ノズル３０２から出る種々の流量を調節して所望の研磨結果、例えば、基板１１２の周囲に対するより速い研磨をもたらす。
【００３５】
一実施形態において、研磨材３０８は、計測学装置３０８が研磨材１０８に向かい配置された基板１１２の表面３１８を観察することを可能にする窓３１０を含むことができる。計測学装置３０８は、通常、窓３１０を経て基板１１２へと通るビーム３１６を発するセンサ３１４を含んでいる。ビーム３１６の第１の部分は、基板１０８の表面３１８で反射され、一方、ビーム３１６の第２の部分は、基板１０８の研磨される表面３１８の下側にある材料の層３２０により反射される。これらの反射ビームはセンサ３１４で受信され、反射ビームの２つの部分の波長差が解析されて基板１１２の表面３１８上にある材料の厚さを測定する。一般的に、この厚さ情報は、コントローラに供給され、これが研磨材１０８上の研磨用流体分布を調整して、基板の表面３１８上に所望の研磨結果を生み出す。
【００３６】
オプションとして、計測学装置３０８は、基板１１２の全幅にわたり研磨パラメータを監視するため追加のセンサを含むことができる。追加のセンサは、多かれ少なかれ材料が基板１１２の一部分で別の部分に関して除去されるように、基板１１２の全幅にわたり研磨用流体１１４の給付が調整されることを考慮に入れている。更に、ノズル３０２からの流量を調節するプロセスは、いかなる時点でも基板１１２の全域にわたる材料除去の速度を動的に制御するため研磨シーケンスの経過に伴って繰り返し行われてもよい。例えば、基板１１２の中央は、研磨シーケンスの初期に基板１１２の中央へより多くの研磨用流体を供給することにより一層速く研磨しうるのに対して、基板１１２の周囲は、周囲領域へより多くの研磨用流体を供給することにより研磨シーケンスの終期により速く研磨することができる。
【００３７】
図５は、研磨用流体給付システム５００の別の実施形態を表わしている。このシステム５００は、研磨表面５７０の上方に複数の研磨用流体給付管５０６を配置させるように適合したアーム５０２を含んでいる。このアーム５０２は、研磨用流体を研磨表面５７０の異なる諸部分に選択的に供給し、それにより研磨表面５７０の幅（又は直径）の端から端までの研磨用流体の分布、従って、研磨速度を制御するように構成されている。一実施形態において、研磨表面５７０の全域にわたる研磨用流体の給付は、研磨用流体を所定の場所に流すように管５０６を位置決めすることにより制御することができる。別の実施形態において、これらの管５０６を通る流れは、選択的に出したり止めたりすることができる。
【００３８】
図５に表わされた実施形態において、アーム５０２は、複数の研磨用流体管受け部、例えば孔５０４を有しており、その中に管５０６が選択的に配置されている。一般的に、アーム５０２は、管５０６よりも多くの数の孔５０４を有しており、それにより個々の管５０６がアーム５０２に沿って選択的に配置されることを可能にしている。アーム５０２に沿った管５０６の位置は、研磨表面５７０のどの部分が研磨中に研磨用流体を受けるかを決定づけるので、管５０６を配置するのにどの孔５０４を使用するかの選択が研磨表面５７０上の研磨用流体の給付を制御し、基板５７４（仮想線で図示）の幅全域での局部的な研磨速度の制御を可能にする。管５０６の位置は、例えばクランプ、スライダ、ストラップ、スロット等のようなその他の装置又は方法によってアーム５０２に沿って固定及び調節することが考えられる。
【００３９】
アーム５０２は、研磨表面５７０に対して垂直に方向付けられるのが典型的な、第１の側部５０８と反対側の第２の側部５１０とを有している。先端面５１２は側部５０８，５１０を結合している。研磨用流体給付管を受ける孔５０４は、側部５０８，５１０の少なくとも一方に沿って配置されている。アーム５０２は、処理中に基板５７４（仮想線で図示）を研磨表面５７０に接触し保持する研磨ヘッド５７２に余裕を与えるため、その長さに沿って湾曲部を含むことができる。
【００４０】
図５に図示した実施形態において、孔５０４は、アーム５００の側部５０８，５１０及び端面５１２に沿って配列されている。孔５０４の第１組５１４は、第１の側部５０８に沿って配置され、孔５０４の第２組５１６は、第２の側部５１０に沿って配置され、孔５０４の第３組５１８は、端面５１２に沿って配置されている。孔５０４の数と位置は、所定間隔での管５０６の位置決めを許容して研磨しながら所定の研磨均一性をもたらすために、変更しうる。例えば、第１組５１４は半インチの間隔で離間した９個の孔５０４を含み、第２組５１６は半インチの間隔で離間した１０個の孔５０４を含み、一方、第３組５１８は２個の孔５０４を含むことができる。従って、アーム５０２に沿った管５０６の位置は、研磨用流体を研磨表面の個々の部分に流し、それにより基板の幅全体にわたり局所研磨速度を制御するように、選択しうる。
【００４１】
図５に図示された実施形態において、管５０６は、基板５７４に対して所望の研磨均一性をもたらすために所定グループの孔５０４に配置しうる。第１の管５０６Ａは、第１組５１４の孔５０４のうちの１つに配置されて研磨用流体を研磨表面５７０の第１の部分５６２に流す。第２の管５０６Ｂは、第１組５１４の孔５０４のうちの別のものに配置されて研磨用流体を研磨表面５７０の第２の部分５６４に流す。第３の管５０６Ｃは、第２組５１６の孔５０４のうちの１つに配置されて研磨用流体を研磨表面５７０の第３部分５６６に流す。第４の管５０６Ｄは、第３組５１８の孔５０４のうちの１つに配置されて研磨用流体を研磨表面５７０の第１の部分５６２に流す。管５０６Ａ〜Ｄのどれか１つを別の孔５０４に移動させることにより、研磨表面５７０上の研磨用流体の分布は変化し、それに応じて、表面５７４の直径方向の端から端まで材料除去の速度を変える。管５０６Ａ〜Ｄの位置は、単一の基板を研磨しながら（即ち、原位置）所望の研磨結果を実現し、異なる材料を研磨するときのシステムの柔軟性を高め、そして基板の確定した研磨均一性又は研磨プロフィールをもたらすべく特定プロセスを最適化するようもっと大きな自由度のプロセス制御を可能とするため、アーム５０２に沿って移動させうる。例えば、管５０６Ａ〜Ｄは、酸化物から銅研磨への変化、受入れ基板間の表面プロフィールの変化、又はフィーチャー幅の変化等のような基板表面特性の変化に応じて、第１組の孔５０４から第２組の孔５０４へ再配置させうる。
【００４２】
代替え案として、研磨表面５７０上の研磨用流体の分布は、これらの管５０６に研磨用流体を順次に流すことにより変えることができる。例えば、研磨用流体は、研磨プロセスの第１の部分の間、管５０６Ａ〜Ｃを経由し供給されて、基板の直径の端から端まで所定の研磨速度プロフィールで基板５７４を研磨可能である（即ち、研磨の速度は基板の直径の端から端まで異なっている）。研磨プロセスの第２の部分において、第４の管５０６Ｄを通る流れが供給されて、研磨表面５７０上の研磨用流体の給付が変わり、研磨速度プロフィールを変更する。管５０６Ａ〜Ｄを通る流れは、多様な組合せで出すか又は止めて、対応する研磨特性を発生させる。管５０６Ａ〜Ｄを通る流れの順序は、上述したように、検出された研磨基準値に応じて制御可能である。或いは、管５０６Ａ〜Ｄを通る流れの順序は、局所研磨速度に影響するその他のプロセス特性もしくはパラメータの変化に対して補償することにより、基板の均一な研磨をもたらすように選択可能である。
【００４３】
図６を参照すると、アーム５０２は、このアーム５０２が研磨表面５７０の上方で回転するのを容易にする支柱６０２により支持されるのが通例である。アーム５０２は、支柱６０２に対して垂直に方向付けられており、そして一実施形態において、その長さに沿ってオフセットもしくは湾曲されている。支柱６０２は更に、管５０６をアーム５０２に引き回す導管を提供する。
【００４４】
アーム５０２に形成された孔５０４は、ねじ切りされた上部６０６と下部６０４とを含むのが典型的である。下部６０４は、上部６０６の直径よりも小さい直径を有していて、孔５０６内に段部６０８を形成している。下部６０４は、管５０６がそこにフィットして通るのを許容するように構成されるのが通例である。上部６０６はねじ部６１２を含んでいる。各管５０６は、コレット６１０により、孔５０４の１つ内に保持される。
【００４５】
図５を更に参照すると、コレット６１０は、ねじが切られた外面５０２をもつ概して先細の柱形状を有している。このコレット６１０は、中央リング５０６から細い端部５０４へと先細になっている。コレット６１０の細い端部５０４は、中央リング５０６から延びる指状部５１０を画成する複数のスロット５０８を含んでいる。リング５０６は管５０６にぴったり嵌合するように構成されている。管５０６を孔５０４内に所望の深さまで挿入した後、コレット６１０は孔５０４のねじ部６１２に係合する。コレット６１０の先細形状は、コレット６１０が孔５０４の上部６０６にねじ込まれたときに、指状部５１０が管５０６との接触状態に付勢されるのを可能とし、それにより管５０６を孔５０４内にクランプする。
【００４６】
コレット６１０は、管５０６が所定の長さまでアーム５０２の下方に延びるのを許容する。従って、管５０６の出口６１４を研磨表面の直ぐ近くに確実に位置決めしながら、アーム５０２が、アーム５０２上に堆積して後から研磨中に基板を汚染及び／又は損傷させるかもしれない汚染物質及びその他の塵埃を避けて、研磨表面からもっと大きな距離のところに維持される。一実施形態において、管５０６の出口６１４はアーム５０２の下方へ少なくとも１インチ延びている。
【００４７】
図６及び図８は、どの管５０６によっても占められていない孔５０４に研磨用流体及びその他の汚染物質が入るのを防止するために利用されているプラグ６２０の一実施形態を表わしている。このプラグ６２０は、第１端部６２８から延びる同心状の支柱６２４と、第２端部６３２に同心状に形成されたねじ穴６３０とを有する円筒形本体部６２２を含んでいる。支柱６２４は、研磨用流体及びその他の汚染物質が孔５０４に入るのを防止するため孔５０４の下部６０４にぴったり収まるように構成されている。支柱６２４は、研磨表面５７０に臨むアーム５０２の下側６４４と同一平面で延びるか或いはそこから若干突き出るように延びるのが典型的である。止めねじ６２６は、孔５０６の上部６０６にねじ込まれ、プラグ６２０を付勢して段部６０８に当て、プラグ６２０を孔５０４内に固定する。このプラグ６２０は、止めねじ６２６を取り出し、そしてねじが切られた物体（図示せず）をプラグ６２０のねじ穴６３０に挿入することにより、孔５０４から除去しうる。プラグ６２０は、その後、孔５０４から引き出される。
【００４８】
図６に戻って参照すると、アーム５００は、自由選択のスプレー装置６４０を含んでいてよい。このスプレー装置６４０は、一般的に、アーム５００の下側６４４に結合される管６４２を含んでいる。管６４２は、離間した間隔でこの管６４２に結合されるか或いは形成される複数のノズル６４６を含んでいる。管６４２は、支柱６０２を通って経由された導管６５０によって洗浄用流体源６４８に結合されている。この洗浄用流体源６４８は、通常、イオン除去水のような加圧洗浄用流体をノズル６４６を介して研磨表面５７０に供給し、汚染物質又はその他の塵埃を研磨表面から除去する。本発明の恩恵を受けるのに適合した１つのスプレー装置は、ケネディー（Kennedy)に対し西暦２０００年１０月５１日に発行された米国特許第６,１３９,４０６号に記載されており、その全体は参照によりここに組み込まれる。
【００４９】
図９は、研磨用流体給付装置９００の別の実施形態の断面図を表わしている。この装置９００は、第１の側部９０４と、反対側の第２の側部９０６と、側部９０４，９０６の間に配置され研磨表面９１０に臨む下側面９０８とを有するアーム９０２を含んでいる。側部９０４，９０６は、一般的に、アーム９０２の長さを規定しており、その一部は研磨表面９１０の上方に延在するように適合している。
【００５０】
研磨用流体源（図示せず）に結合されるマニホルド９１２は、アーム９０２の長さに沿って延びている。このマニホルド９１２は、アーム９０２に結合されるか、アーム９０２中に配置されるか、或いはアーム９０２と一体的に形成されうる。マニホルド９１２は、一般的に、このマニホルド９１２の長さに沿って離間した関係で配置された複数の出口９１４を含んでいる。該出口９１４は、マニホルド９１２からの研磨用流体を研磨表面９１０の個々の部分に流すように適合されている。
【００５１】
各出口９１４は、そこに流量制御機構９１６を結合せしめている。この流量制御機構９１６は、特にピンチ弁、比例弁、ニードル弁、遮断弁、定量ポンプ及び質量流量コントローラのような手動又は自動の流量制御装置とすることができる。流量制御機構９１６は、研磨表面９１０の全幅にわたる研磨用流体の給付を制御するため各出口９１４の流れを選択的に出したり或いは止めたりすることを可能とし、それにより表面９１０に関し研磨された基板の研磨プロフィールの制御というそれ相応の結果になる。
【００５２】
一実施形態において、例えば電磁弁である流量制御機構９１４は、コントローラ９１８に結合されている。このコントローラ９１８は、研磨されている基板の直径の端から端まで材料除去の速度を調整するのを容易にするため、各流量制御機構９１４が所定の順序で開放又は閉止されるのを可能にする。コントローラ９１８の使用は、流量プロフィールがその場で調整されるのを可能にする。例えば、コントローラ９１８は、研磨の時間、研磨されている基板上の表面膜の厚さ、表面トポグラフィー、又はその他の基板特性のような研磨基準値に応じて研磨プロフィールを変えるため、図１に記載したような計測学装置１１８に結合されうる。
【００５３】
スプレー装置９２０もまた、アーム９０２に結合することができ、洗浄用流体を研磨表面９２０上に噴霧するようになっている。このスプレー装置９２０は、図６に関連して記載したスプレー装置６４０と概ね同様である。
【００５４】
従って、研磨用流体給付システムは、研磨表面の種々の部分への研磨用流体の給付を制御することにより、研磨中の材料除去の速度が基板の全幅にわたり調整されることを可能にする。研磨用流体の給付は、アームに沿って種々の位置から送り出される研磨用流体の相対的な量を制御するか、研磨表面の上方を延びるアームに沿う研磨用流体給付管の位置を変えるか、或いは管からの流れを選択的に出したり止めたりして基板の一領域において他よりも相対的に速く研磨することにより、制御されることができる。より適合性のあるプロセス窓が形成されているが、研磨用流体の給付を制御することは、研磨中に消費される研磨用流体の量を減少させ、これにより処理コストを低減させる利点がある。
【００５５】
本発明の教示内容が図示され詳細に記載されてきたが、技術的に習熟した者は、教示内容を依然として含み且つ本発明の範囲及び精神から逸脱しないその他の多様な実施形態を考え出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】研磨用流体給付システムの一実施形態を有する研磨装置の簡略化した概略図である。
【図２】図１の装置の平面図である。
【図３】別の研磨用流体給付システムの簡略化した概略図を表わしている。
【図４】従来の研磨装置及び図１の装置で研磨された基板に関する研磨の均一性の比較である。
【図５】研磨用流体給付装置の、別の実施形態の平面図である。
【図６】断面線６−６に沿った図５の研磨用流体給付装置の断面図である。
【図７】研磨用流体給付管を研磨用流体給付装置の保持するための、コレットの一実施形態の部分等角平面図である。
【図８】断面線８−８に沿った図５の研磨用流体給付装置の部分断面図である。
【図９】研磨用流体給付装置の、別の実施形態の破断等角図である。
【符号の説明】
【００５７】
１００…研磨システム、１０２…研磨用流体給付システム、１０４…プラテン、１０６…研磨ヘッド、１０８…研磨材、１１２…基板、１１４…研磨用流体、１１６…研磨表面、１１８…計測学装置、１２４…給付流体供給ライン、１３０…アーム、１３２…ノズル、１３４…研磨用流体源、１３６…ノズルが配置される研磨材の部分、１４０…第１アーム、１４２…第２アーム、１５０…流量制御機構、３００…研磨用流体給付システム、２０２…パッドの第１の部分、２０４…パッドの第２の部分、３０２…ノズル、３０８…計測学装置、３１８…基板の表面、５００…研磨用流体給付システム、５０２…アーム、５０４…孔、５０８…第１の側部、５１０…第２の側部、５６２…パッドの第１の部分、５６４…パッドの第２の部分、５０６…研磨用流体給付管、５７０…研磨表面、５７２…研磨ヘッド、５７４…基板、６０４…下側部、６０６…ねじ切りされた上側部、６０８…段部、６１０…コレット、６１２…ねじ部、６２０…プラグ、６２２…円筒形本体部、６２４…ピン、６２６…止めねじ、６４２…管、６４６…ノズル、９００…研磨用流体給付装置、９０２…アーム、９０４…第１の側部、９０６…第２の側部、９１０…研磨表面、９１２…マニホルド、９１４…出口、９１６…流量制御機構。
【図４】
2004536717.tif 000003
【図６】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004536717.tif 000037
2004536717.tif 000038
2004536717.tif 000039