(57)【要約】  １つの態様では、基板研磨装置が開示される。本装置は、２つ以上のゾーンを有する研磨プラットフォームを有し、各ゾーンは異なるスラリ構成要素を含むように適合される。別の態様では、基板研磨システムは、基板を保持するホルダ、研磨パッドを有する研磨プラットフォーム、並びに、酸化スラリ構成要素、材料除去スラリ構成要素、及び腐食防止スラリ構成要素から成る群から選択される少なくとも２つの異なるスラリ構成要素を時系列的に供給するように適合される分配システム、を有するように提供される。基板を研磨するように適合される研磨方法及びシステムは、多数の他の態様と同様に提供される。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上のゾーンを有する研磨プラットフォームを備える基板研磨装置であって、各ゾーンは異なるスラリ構成要素を含むように適合される基板研磨装置。
【請求項２】
線形研磨プラットフォームを備え、前記２つ以上のゾーンは幅全体にわたって配置される、請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項３】
回転式研磨プラットフォームを備え、前記２つ以上のゾーンは同心環状体として配置される、請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項４】
前記２つ以上のゾーンに少なくとも２つの異なるスラリ構成要素を供給するように適合される分配器を備える、請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項５】
前記分配器は、第１のスラリ構成要素を前記２つ以上のゾーンのうちの１つに分配するように適合される第１の排出口の組、及び第２のスラリ構成要素を前記２つ以上のゾーンのうちの別の１つに分配するように適合される第２の排出口の組を含む、請求項４に記載の基板研磨装置。
【請求項６】
各ゾーンは約２ｍｍ以上の幅を有する、請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項７】
第１のゾーンはその中に供給される酸化スラリ構成要素のみを有する、請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項８】
第２のゾーンはその中に供給される材料除去スラリ構成要素のみを有する、請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項９】
第３のゾーンはその中に供給される腐食防止スラリ構成要素のみを有する、請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項１０】
第１のゾーン及び第２のゾーンは、異なる化学組成を有するスラリ構成要素を含む、請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項１１】
表面改質スラリ構成要素、及び
材料除去スラリ構成要素
から成る群から選択される少なくとも２つの異なるスラリ構成要素を２つ以上のゾーンに供給するように適合される分配システムを含む、請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項１２】
すすぎ液ゾーンが前記２つ以上のゾーンの間に供給される、請求項１に記載の基板研磨装置。
【請求項１３】
基板を保持するように適合される基板ホルダ、及び
２つ以上のゾーンを備える可動式研磨パッドを有する研磨プラットフォームを備え、各ゾーンは異なるスラリ構成要素を受け取るように操作可能である基板研磨システム。
【請求項１４】
基板を研磨する方法であって、
基板ホルダに基板を提供すること、
可動式研磨パッドを有する研磨プラットフォームを提供すること、及び
異なるスラリ構成要素を前記研磨パッド上の２つ以上のゾーンに供給することを含む方法。
【請求項１５】
基板を保持するように適合される基板ホルダ、
前記基板に対して可動な研磨パッドを有する研磨プラットフォーム、及び
表面改質スラリ構成要素、及び
材料除去スラリ構成要素
から成る群から選択される少なくとも２つの異なるスラリ構成要素を時系列的に供給するように適合される分配システム
を備える基板研磨システム。
【請求項１６】
前記表面改質スラリ構成要素は酸化スラリ構成要素を含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記分配システムは、腐食防止スラリ構成要素を時系列的に供給するように適合される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記分配システムは、前記表面改質スラリ構成要素と前記材料除去スラリ構成要素との間に、時系列的にすすぎ液を供給するように適合される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
基板ホルダに基板を提供すること
可動式研磨パッドを有する研磨プラットフォームを提供すること、及び
各々が異なる化学組成を有する２つ以上のスラリ構成要素を時系列的に前記研磨パッドと前記基板との間に供給すること
を含む、基板を研磨する方法。
【請求項２０】
前記２つ以上のスラリ構成要素は、
表面改質スラリ構成要素、及び
材料除去スラリ構成要素
から成る群から選択される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２０１３年１月１１日に出願された「ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ  ＰＯＬＩＳＨＩＮＧ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ」と題する米国仮特許出願第６１／７５１，６８８号からの優先権を主張するものであり、その内容はあらゆる目的のために本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
本発明は概して半導体デバイス製造に関し、より具体的には、基板表面を研磨するために適用される方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体基板製造では、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスは、シリコン、酸化物、銅などの様々な層を取り除くために使用されることがある。このような研磨（例えば、平坦化）は、基板（例えば、パターン形成されたウエハ）の前方にスラリが適用される間に、ホルダ（例えば、研磨ヘッド又はキャリア）に保持された回転基板を回転研磨パッドに対して押圧することによって実現される。スラリは通常、酸化剤、金属酸化物研磨粒子、エッチャント、錯化剤、及び腐食防止剤の混合物から成る。したがって、研磨中、酸化剤による酸化並びに研磨粒子とエッチャントによる材料除去の連続プロセスは、スラリ及び研磨プロセスによって実行される。この研磨プロセスの間、基板からの材料除去量の正確な制御が求められる。しかしながら、既存のプロセスの限界を考えると、特にわずかな層厚の除去に関しては、均一性を実現することは困難である。
【０００４】
したがって、研磨装置、システム及び方法の改善が求められている。
【発明の概要】
【０００５】
第１の態様では、基板研磨装置が提供される。基板研磨装置は、２つ以上のゾーンを有する研磨プラットフォームを含み、各ゾーンは異なるスラリ構成要素を含むように適合される。
【０００６】
別の態様では、基板研磨システムが提供される。基板研磨システムは、基板を保持するように適用された基板ホルダ、及び２つ以上のゾーンを備えた可動式研磨パッドを有する研磨プラットフォームを含み、各ゾーンは異なるスラリ構成要素を受け取るように操作可能である。
【０００７】
更に別の態様では、基板を処理する方法が提供される。本方法は、基板ホルダに基板を提供すること、可動式研磨パッドを有する研磨プラットフォームを提供すること、及び異なるスラリ構成要素を研磨パッド上の２つ以上のゾーンに供給することを含む。
【０００８】
別の態様では、基板研磨システムが提供される。基板研磨システムは、基板を保持するように適合された基板ホルダ、基板に対して可動な研磨プラットフォーム、並びに、酸化スラリ構成要素、材料除去スラリ構成要素、及び腐食防止スラリ構成要素から成る群から選択される少なくとも２つの異なるスラリ構成要素を時系列的に供給するように適合された分配システム、を含む。
【０００９】
更に別の態様では、基板を処理する方法が提供される。本方法は、基板ホルダに基板を提供すること、可動式研磨パッドを有する研磨プラットフォームを提供すること、並びに各々が異なる化学組成を有する２つ以上のスラリ構成要素を時系列的に研磨パッドと基板との間に供給することを含む。
【００１０】
本発明の他の特徴及び態様は、以下の例示的な実施形態の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面からより詳細に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】実施形態による線形基板研磨装置の概略上面図を示す。
【図１Ｂ】図１Ａのライン１Ｂ−１Ｂに沿って得られた、実施形態による線形基板研磨装置の概略側断面図を示す。
【図１Ｃ】図１Ａのライン１Ｃ−１Ｃに沿って得られた、実施形態による線形基板研磨装置の概略側断面図を示す。
【図２Ａ】実施形態による回転式基板研磨装置の概略上面図を示す。
【図２Ｂ】実施形態による回転式基板研磨装置の概略側面図を示す。
【図３Ａ】実施形態によるスラリ分配器の上面図を示す。
【図３Ｂ】実施形態によるスラリ分配器の側面図を示す。
【図３Ｃ】実施形態によるスラリ分配器の第１端面図を示す。
【図３Ｄ】実施形態によるスラリ分配器の第２端面図を示す。
【図３Ｅ】実施形態によるスラリ分配器の断面図を示す。
【図３Ｆ】実施形態によるスラリ分配器の断面図を示す。
【図３Ｇ】実施形態によるスラリ分配器の断面図を示す。
【図４】実施形態による基板の研磨方法のフロー図を示す。
【図５】実施形態による基板の研磨方法のフロー図を示す。
【図６】実施形態による基板の研磨方法のフェーズ（例えば、パルス）のグラフを示す。
【図７】実施形態による基板の別の研磨方法のフェーズ（例えば、パルス）のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書に記載の実施形態は、半導体デバイス製造において基板表面の研磨に有用かつ適合された装置、システム及び方法に関する。
【００１３】
従来のシステムは、混合したスラリ構成要素のスラリを利用してきた。スラリの構成要素は、基板上の様々なプロセス、例えば、酸化剤による基板表面の酸化プロセスや研磨粒子及びエッチャントによる材料除去のプロセスなど、を実現するように適合されている。約２５０オングストローム未満を除去するように適合された、典型的なわずかの除去プロセスでは、ウエハ除去の変動は、除去される膜厚の５０％から１００％に及ぶことがある。技術が進むにつれて、さらに薄い膜が適用され、研磨が行われるようになる。例えば、インレイド金属ゲートなどのフロントエンド構造体の形成で使用される膜は非常に薄い。これらの膜はデバイス構造体内で提供されるため、このような薄膜は比較的高い精度の均一性と制御によって取り除かれることが望ましい。したがって、膜が厚くなるにつれて、ＣＭＰによって実現される材料除去は少なくなり、除去プロセスにはより高い精度が望まれる。膜厚が原子層単位（例えば、オングストローム）で測定される、原子層堆積（ＡＬＤ）の極端な場合には、材料除去精度も原子層のオーダーとなることが望ましい。
【００１４】
したがって、非常に高い均一性で実現される薄膜の除去を可能にする研磨装置及び方法が必要となる。さらに、本方法は、除去プロセスの正確な制御、すなわち、相対的な除去量を提示できることが望ましい。１つの態様では、本発明の実施形態は、スラリ構成要素を物理的に分離する。これは材料の除去量についてより正確な制御を提供するために使用されてもよい。物理的に（例えば、空間的に）スラリ構成要素を分離することによって、研磨プロセスには、２つ以上のスラリ構成要素（例えば、酸化、材料除去、及び腐食防止の実現）の間に明確な中断（例えば、異なる化学組成を有するスラリ構成要素の物理的なゾーンとして形成される）がもたらされることがある。
【００１５】
例えば、一又は複数の実施形態では、研磨プラットフォーム（例えば、パッド支持体及びパッドを含む）は、２つ以上のゾーンを有するように分離されてもよく、各ゾーンは異なるスラリ構成要素を含むように適合される。各スラリ構成要素は、異なる化学組成を有することがある。研磨中、基板はゾーン全体にわたってラスター移動され（例えば、並進され）、隣接する各ゾーンは異なるスラリ構成要素を含む。１サイクルをゾーン全体にわたって順に実行することは、例えば、１原子層を効果的に除去するために使用されてもよい。全材料除去は、サイクル数を管理することによって正確に制御され得る。除去は原子レベルで制御されることがある。
【００１６】
一又は複数の実施形態では、研磨表面は複数のゾーンに分離（例えば、分割）されており、各ゾーンは、酸化、材料除去、又は腐食防止のプロセスのうちの１つを実行する個々のスラリ構成要素を含む。これらの分離されたゾーン全体にわたってラスタリング（例えば、スキャニング）することにより、妥当な総研磨時間内に高いサイクルカウントが実現され得る。例えば、酸化スラリ構成要素を含む酸化ゾーン内では、酸化剤は基板の表層を酸化するように機能する。この酸化プロセスは、表層のみが酸化剤に曝露されるため、自己制御的となることがある。例えば、除去及びエッチャントスラリ構成要素を含む材料除去ゾーン内では、研磨剤及びエッチャントはあらかじめ酸化された表層を攻撃する。材料除去ゾーンは酸化ゾーンに隣接してもよい。この材料除去プロセスはまた、酸化層のみが除去されるため、自己制御的となることがある。腐食防止スラリ構成要素（例えば、腐食防止剤を含む）を含む腐食防止ゾーンは、その腐食を制限するため、あらかじめ研磨された表層上で働く。腐食防止ゾーンは酸化ゾーンに隣接して設けられてもよい。
【００１７】
別の態様では、スラリ構成要素の適用は、物理的に分離されるのではなく、時間的に分離される。したがって、１つの態様では、本発明の実施形態は、研磨プロセス（例えば、膜除去プロセス）を開示するが、このプロセスは均一な膜除去に影響を及ぼす複数ステップの反応を利用する。具体的には、本発明の実施形態は、スラリ構成要素を別々に時系列的に導入することによって、スラリ構成要素を時間的に分離する。これは材料の除去量についてより正確な制御を提供するために使用されてもよい。この複数ステップの研磨プロセスは、ＣＭＰが競合反応を含む任意の応用に適用され得る。
【００１８】
したがって、この態様では、研磨プロセスは、酸化、材料除去、及び／又は腐食防止プロセスの実現に使用される様々なスラリ構成要素の投与の間に明確な中断（例えば、時間的な分離）を有することになる。一又は複数の実施形態では、酸化スラリ構成要素は時間的に最初に導入され、その後に材料除去スラリ構成要素（例えば、研磨剤及び／又はエッチャントを含む）が導入されてもよい。幾つかの実施形態では、この後に腐食防止剤スラリ構成要素を順次導入してもよい。幾つかの実施形態では、このシーケンスの後に、すすぎ液（例えば、脱イオン（ＤＩ）水）が導入されてもよい。他の実施形態では、すすぎ液は様々なスラリ導入フェーズの間に導入されてもよい。これらのスラリ構成要素は、本明細書でさらに説明されるように、研磨プロセス中に、基板と研磨パッドの間に投与されてもよい。
【００１９】
本発明の実施形態のこれらの態様及び他の態様は、本明細書の図１Ａ〜７を参照して説明される。
【００２０】
図１Ａ〜１Ｃは、基板研磨装置１００及びその構成要素の様々な図を示す。基板研磨装置１００は、以下の説明から明らかなように、基板１０１を保持し研磨するように適合されている。基板研磨装置１００は、第１のゾーン１０４、第２のゾーン１０６、及び第３のゾーン１０８など、２つ以上の物理ゾーンを有する研磨プラットフォーム１０２を含む。２つ以上のゾーン（例えば、１０４、１０６、及び１０８）は、異なる化学物質（化学組成）を有するスラリ構成要素を含むように適合されている。２つ以上のゾーンは、プラットフォーム１０２の幅「Ｗ」全体にわたって配置されてもよい。図示した実施形態では、９つのゾーンが示されている。但し、これ以上又はこれ以下の数のゾーンが提供されてもよい。隣接していないが、同一の化学物質を有するスラリ構成要素を含む、複数のゾーンがあってもよい。図示した実施形態では、プラットフォーム１０２は、２つ以上のゾーンがパッド１０９の幅「Ｗ」全体にわたって配置され、幅Ｗを大幅に超える長さを有するパッドの長さ「Ｌ」に沿って延在する線形研磨プラットフォームを備える。図示した実施形態では、プラットフォーム１０２のパッド１０９は、方向矢印１１０によって示されているように直線的に移動する。
【００２１】
研磨方法の実施中には、スラリ構成要素１、スラリ構成要素２、及びスラリ構成要素３などの様々なスラリ構成要素は、分配器１１２によってパッド１０９に適用されることがある。分配器１１２は、スラリ構成要素を２つ以上のゾーン（例えば、ゾーン１０４、１０６、１０８）に供給することができる、任意の好適な内部構造を有してもよい。スラリ構成要素１、スラリ構成要素２、及びスラリ構成要素３は、例えば、スラリ構成要素サプライ１１４、１１６、１１８からそれぞれ受け取られる。これ以上又は以下の数のスラリ構成要素が提供されてもよい。分配器１１２へのスラリ構成要素の供給は、一又は複数の好適なポンプ又は他の流量制御機構１１５を有する分配システムによって実現されてもよい。本明細書で使用される「スラリ構成要素」は、一又は複数の指定された研磨機能を実行するように適合される処理媒体を意味する。幾つかの実施形態では、すすぎ液（例えば、脱イオン水）は、すすぎ液ソース１２３から供給され、２つ以上のゾーンの間、例えばゾーン１０４と１０６との間、或いは１０６と１０８との間、或いはゾーン１０４及び１０６とゾーン１０６及び１０８との間に挿入される。分配器１１２の任意の好適な構成は、すすぎ液ゾーンによるゾーン１０４、１０６、１０８の分離の実現に使用されてもよい。
【００２２】
例えば、スラリ構成要素１は、酸化、或いは窒化物、臭化物、塩化物、又は水を含む水酸化物の形成などの他の表面改質など、表面改質機能を実行するように適合された材料を含み得る。スラリ構成要素１は、純水などの液体キャリア、並びに、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、又はヨウ素酸カリウムなどの酸化体を含み得る。他の表面改質剤料が使用されてもよい。スラリ構成要素１は、例えば、分配器１１２の第１のチャネル１１９Ａ（図３Ｇ）を通って、構成要素１サプライ１１４からパッド１０９の第１のゾーン１０４まで供給されてもよい。
【００２３】
スラリ構成要素２は、材料除去機能を実行するように適合された材料を含み得る。スラリ構成要素２は、純水などの液体キャリア、並びに、二酸化ケイ素又は酸化アルミニウムなどの研磨媒体を含み得る。研磨剤は、約２０ナノメートルから０．５ミクロンの平均粒子サイズを含み得る。他の粒子サイズが使用されてもよい。スラリ構成要素２はまた、カルボン酸、又はアミノ酸などのエッチャント材料を含み得る。他のエッチャント又は錯化剤材料が使用されてもよい。スラリ構成要素２は、例えば、分配器１１２の第２のチャネル１１９Ｂ（図３Ｆ）によって、構成要素２サプライ１１６からパッド１０９の第２のゾーン１０６まで供給されてもよい。
【００２４】
一又は複数の実施形態では、スラリ構成要素３は、腐食防止機能を実行するように適合された材料を含み得る。スラリ構成要素３は、純水などの液体キャリア、並びに、ベンゾトリアゾール、又は１，２，４−トリアゾールなどの腐食防止剤を含み得る。スラリ構成要素３は、例えば、分配器１１２の第３のチャネル１１９Ｃ（図３Ｅ）によって、構成要素３サプライ１１８からパッド１０９の第３のゾーン１０８まで供給されてもよい。
【００２５】
ゾーン１０４、１０６、１０８は、横並びで配置されてもよく、各ゾーンは約２ｍｍから５０ｍｍの間の幅を有してもよい。幅は互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。他の幅が使用されてもよい。
【００２６】
一又は複数の実施形態では、分配器１１２を含む分配システムは、２つ以上のゾーン（例えば、ゾーン１０４、１０６）に少なくとも２つの異なるスラリ構成要素を供給するように適合されている。スラリ構成要素は、上述のように、表面改質スラリ構成要素、及び材料除去スラリ構成要素からなる群から選択されてもよい。
【００２７】
一又は複数の実施形態では、分配器１１２は一体の部品として形成され、パッド１０９に隣接して（例えば、パッド１０９の直上に）配置されてもよい。分配器１１２は、２つ以上の排出口を経由して（例えば、排出口１２１Ａ、１２１Ｂ、及び１２１Ｃを経由して、）スラリ構成要素の受け渡しを行い得る。例えば、図３Ａ〜３Ｇに示すように、分配器１１２は、分配器本体１１７の長さに沿って延在する第１のチャネル１１９Ａなど、複数のチャネルを含み得る分配システムの一部であってもよい。第１のチャネル１１９Ａは、構成要素１サプライ１１４から、その長さに沿って第１のチャネル１１９Ａと流体結合されている一又は複数の分配排出口１２１Ａに、スラリ構成要素１を分配するように適合されている。
【００２８】
分配器１１２はまた、分配器本体１１７の長さに沿って延在する第２のチャネル１１９Ｂを含み、構成要素２サプライ１１６から、その長さに沿って第２のチャネル１１９Ｂと流体結合されている一又は複数の分配排出口１２１Ｂに、スラリ構成要素２を分配するように適合されてもよい。
【００２９】
分配器１１２はまた、分配器本体１１７の長さに沿って延在する第３のチャネル１１９Ｃを含み、構成要素３サプライ１１８から、その長さに沿って第３のチャネル１１９Ｃと流体結合されている一又は複数の分配排出口１２１Ｃに、スラリ構成要素３を分配するように適合されてもよい。他のチャネル及び相互接続された排出口は、他のスラリ構成要素及び／又はすすぎ液を分配するように設けられてもよい。
【００３０】
幾つかの実施形態では、すすぎ液は、分配されたスラリ構成要素を分離するため、個別の分離ゾーンで受け取られてもよい。排出口１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃは、幾つかの実施形態では、約５ｍｍ未満、又は約１ｍｍから１５ｍｍの間の直径を有してもよい。ピッチ（例えば、隣接する排出口との間隔）は、幾つかの実施形態では、約５０ｍｍ未満、約２５ｍｍ未満、又は約１０ｍｍ未満の直径を有してもよい。幾つかの実施形態では、ピッチは約２ｍｍから５０ｍｍの間であってもよい。他の直径及びピッチが使用されてもよい。
【００３１】
他の実施形態では、分配器は、パッド１０９上の異なる空間位置に配置され得る各スラリ構成要素に対して、分離された分配器ヘッドから成ってもよい。すすぎ液（例えば、脱イオン水）は、排出口１２１Ａ〜１２１Ｃの一部又はすべてを経由して、或いは、すすぎ液用に個別設計によって分離された排出口を経由して供給されてもよい。すすぎ液は、制御バルブ１１９Ｓによって、すすぎ液サプライ１２３から、各排出口１２１Ａ〜１２１Ｃの一部又はすべてに供給され得る。任意選択により、すすぎ液は、分配器１１２から分離された分配器ヘッド又は分離された排出口によって供給される。
【００３２】
別の実施形態では、分配器はプラットフォーム１０２のパッド支持体１２７に含まれてもよい。この実施形態では、スラリ構成要素１、２、３は、パッド１０９の底部から様々なゾーン１０４、１０６、及び１０８に分配されてもよい。パッド支持体１２７は、パッド１０９の幅全体にわたって配置される分配器１１２内の排出口１２１Ａ〜１２１Ｃと同様の孔を含んでもよい。各孔は、スラリ構成要素サプライ１１４、１１６、１１８の１つに流体結合されてもよい。様々な分離されたスラリ構成要素１、２、３は、パッド１０９がローラ１２４、１２６上で回転されるにつれて、孔及び開気孔につながっている多孔性内部構造を含むパッド１０９を通る芯を通過し得る。芯材は、一又は複数のゾーン１０４、１０６、１０８にそれぞれスラリ構成要素１、２、３を提供する。すすぎ液は、孔の一部又はすべてを経由して分配されてもよい。
【００３３】
図１Ａ〜１Ｃを再度参照すると、スラリ構成要素がパッド１０９のゾーン１０４、１０６、１０８に供給されるにつれて、基板研磨装置１００の基板ホルダ１２０は回転されてもよい。基板ホルダ１２０は、パッド１０９に接触している基板１０１を保持し、研磨が行われるにつれて基板１０１を回転するように適合されている。軌道運動などの回転に加えて、又は回転の代わりに、他の運動が提供されてもよい。回転速度は、例えば、約１０ＲＰＭから１５０ＲＰＭの間であってもよい。回転は、ホルダモータ１２２を備えるホルダ１２０を駆動することによって実現され得る。任意の好適なモータが使用され得る。研磨中に基板１０１に印加される圧力は、例えば、約０．１ｐｓｉから１ｐｓｉの間であってもよい。ばね荷重式機構又は他の好適な垂直動作アクチュエータなど、圧力を印加するための任意の好適な従来の機構が使用され得る。他の回転速度及び圧力が使用されてもよい。基板ホルダ（リテーナ又はキャリアヘッドと称されることもある）は、例えば、本願出願人に対して発行された米国特許第８，２９８，０４７号、第８，０８８，２９９号、第７，８８３，３９７号及び第７，４５９，０５７に記載されている。
【００３４】
スラリ構成要素１、２、３は、各ゾーン１０４、１０６、１０８に適用されるため、パッド１０９は矢印１１０の方向に移動されてもよい。パッド１０９の矢印１１０の方向への線形移動速度は、例えば、約４０ｃｍ／秒から約６００ｃｍ／秒の間となり得る。他の速度が使用されてもよい。図１Ｂ及び１Ｃに最もよく示されているように、パッド１０９は、連続ベルト又はエンドレスベルトの形態で提供されてもよい。パッド１０９は、第１及び第２のローラ１２４、１２６（例えば、円筒ローラ）によって、その端部で、また、パッド１０９の幅に広がるパッド支持体１２７によって、パッド１０９の最上部の下で、支持されてもよい。ローラ１２４、１２６は、例えば、ベアリング又はブッシング、或いは他の好適な低摩擦デバイスによって、フレーム１２８上で回転するように支持されてもよい。ローラの１つ、例えばローラ１２６は、上述のパッド１０９の線形研磨速度を実現するため、適切な回転速度で駆動される、パッド駆動モータ１３０に結合されてもよい。パッド支持体１２７は、一又は複数の箇所でフレーム１２８に結合されてもよく、パッド１０９の上面の長さＬの一部又は大部分の下で、パッド１０９の上部を支持してもよい。
【００３５】
基板ホルダ１２０の回転、及びパッド１０９の運動に加えて、ホルダ１２０は方向矢印１３２の方向に並進されてもよい。並進は、横軸方向１３２に沿った前後の往復運動で、一般的にパッド１０９の線形運動に対して垂直であってもよい。並進は、任意の好適な並進モータ１３４、及び基板ホルダ１２０を支持体ビーム１３６に沿って前後に移動する駆動システム（図示せず）によって引き起こされてもよい。並進を実現するように適合された駆動システムは、ラックとピニオン、チェーンとスプロケット、ベルトとプーリー、ドライブとボールスクリュー、或いは他の好適な駆動機構であってもよい。他の実施形態では、軌道運動は好適な機構によって提供され得る。パッド１０９の回転、基板ホルダ１２０の回転及び並進（例えば、往復運動）、及びスラリ構成要素１、２及び３並びにすすぎ液１２３の分配流は、コントローラ１３８によって制御されてもよい。コントローラ１３８は、任意の好適なコンピュータであってもよく、このような運動及び機能を制御するように適合された駆動構成要素及び／又はフィードバック構成要素に結合されてもよい。
【００３６】
パッド１０９は、例えば、好適な研磨パッドから作られてもよい。パッド１０９は、ポリウレタンなどのポリマー材料であってもよく、開放表面多孔性を有してもよい。表面多孔性は、開放多孔性であってもよく、例えば、２ミクロンから１００ミクロンの間の平均孔径を有し得る。パッドは、ローラ１２４、１２６の中心間で測定した長さＬ、例えば、約３０ｃｍから３００ｃｍの間の長さを有してもよい。他の寸法が使用されてもよい。
【００３７】
図２Ａ及び２Ｂは、基板研磨装置２００及びその構成要素の代替的な実施形態の様々な図を示している。前と同様に、基板研磨装置２００は、以下の説明から明らかになるように、基板１０１を保持及び研磨するように適合されている。基板研磨装置２００は、パッド２０９及びパッド支持体２２７（例えば、プラテン）を有する研磨プラットフォーム２０２を含む。研磨プラットフォーム２０２は、第１のゾーン２０４、及び第２のゾーン２０６、さらに第３のゾーン２０８など、２つ以上の物理的ゾーンを有する。この実施形態では、ゾーン２０４、２０６、２０８は、同心環状に配置されており、プラットフォーム２０２は回転可能である。
【００３８】
各ゾーン２０４、２０６、２０８は、上述のスラリ構成要素１〜３のように、異なる化学物質を有する、異なるスラリ構成要素を含むように適合されている。スラリ構成要素は、構成要素サプライ１１４、１１６、１１８、ビアバルブ、又は前述のようにコントローラ２３８に委ねられている他の流量制御機構に結合されている分配器２１２によって、様々なゾーン２０４、２０６、２０８に供給されてもよい。２つ以上のゾーン２０４、２０６、２０８は、プラットフォーム２０２の直径「Ｄ」全体にわたって配置されてもよい。各円環ゾーンの幅は、同じであっても、或いは異なっていてもよく、前述のようであってもよい。図示した実施形態では、９つの円環ゾーンが示されている。但し、これ以上又はこれ以下の数のゾーンが提供されてもよい。さらに、互いに隣接していないが、同じ化学物質（例えば、化学組成）を有するスラリ構成要素を含む複数のゾーンがあってもよい。例えば、２０４と標識されたゾーンはいずれも、同じスラリ化学物質を受け取り保持する。２０６と標識されたゾーンはいずれも、同じスラリ化学物質を受け取り保持し、また、２０８と標識されたゾーンはいずれも、同じスラリ構成要素の化学物質を受け取り保持する。しかしながら、ゾーン２０４、２０６及び２０８の各々の化学物質は、互いに比較すると、異なるスラリ構成要素の化学物質を有してもよい。
【００３９】
図示した実施形態では、プラットフォーム２０２は、２つ以上のゾーン（例えば、ゾーン２０４、２０６、或いはゾーン２０４、２０６及び２０８）がパッド２０９の直径Ｄ全体にわたって配置されている回転式研磨プラットフォームを含む。プラットフォーム２０２及びパッド２０９は、プラットフォームモータ２３０によって、方向矢印２１０の方向に、約１０ＲＰＭから約２００ＲＰＭの間の回転速度で回転されてもよい。前と同様に、基板ホルダ２２０は、研磨が行われるにつれて、基板１１０を回転するため、好適なホルダモータ２２２によって回転されてもよい。ホルダ２２０の回転速度は、例えば、約１０ＲＰＭから２００ＲＰＭの間であってもよい。同様に、ホルダ２２０は、横方向２３２に沿って前後に並進（例えば、往復運動）され、一般的にパッド２０９の接線運動に対して垂直であってもよい。並進は、任意の好適な並進モータ２３４及び上述の駆動システム（図示せず）によって引き起こされてもよい。
【００４０】
研磨中に基板１０１上に印加される圧力は、例えば、上述のようであってもよい。ばね荷重式機構又はアクチュエータなど、圧力を印加するための任意の好適な従来の機構が使用されてもよい。他の回転速度及び圧力が使用されてもよい。基板ホルダ２２０は、例えば、米国特許第８，２９８，０４７号、第８，０８８，２９９号、第７，８８３，３９７号、及び第７，４５９，０５７号に記載されているとおりであってもよい。
【００４１】
図４は、基板（例えば、基板１０１）の処理方法、及び特に、基板１０１（例えば、パターン形成された又はパターン形成されていないウエハ）の表面（例えば、表面又は裏側）の研磨方法に関する。方法４００は、４０２で基板ホルダ（例えば、基板ホルダ１２０、２２０）に基板を提供すること、４０４で可動式研磨パッド（例えば、研磨パッド１０９、２０９）を有する研磨プラットフォーム（例えば、研磨プラットフォーム１０２、２０２）を提供すること、及び４０６で研磨パッド上の２つ以上のゾーン（例えば、ゾーン１０４、１０６、１０８）に異なるスラリ構成要素を供給することを含む。研磨パッドは、線形移動式１０９又は回転移動式２０９となることがある。スラリ構成要素は、パッド１０９の上方又はパッド１０９の下方のゾーン（例えば、ゾーン１０４、１０６、１０８）に、（例えば、吸い上げ動作又は他の毛細管作用によって）分配されてもよい。
【００４２】
別の態様では、図１Ａ〜１Ｃ或いは２Ａ及び２Ｂのいずれかに記載されているように、基板研磨システムが提供される。基板研磨システム１００、２００は、基板１０１を保持するように適合された研磨ホルダ１２０、２２０、基板１０１に対して可動な研磨パッド１０９、２０９を有する研磨プラットフォーム１０２、２０２、並びに、酸化スラリ構成要素、材料除去スラリ構成要素、及び腐食防止スラリ構成要素からなる群から選択される、少なくとも２つの異なるスラリ構成要素を供給するように適合された分配システム、を含む。この態様では、２つ以上のスラリ構成要素は、パッド１０９、２０９の幅Ｗ又は直径Ｄの全体にわたって配置されたゾーンに分散されるのではなく、時系列的に順次供給される。
【００４３】
この態様に従って、酸化スラリ構成要素、材料除去スラリ構成要素、及び腐食防止スラリ構成要素から成る群から選択された第１のスラリ構成要素は、最初にパッド（例えば、パッド１０９、２０９）上に供給される。所定の時間が経過した後、第１のスラリ構成要素の供給は停止され、酸化スラリ構成要素、材料除去スラリ構成要素、及び腐食防止スラリ構成要素から成る群から選択された第２のスラリ構成要素が、次にパッド（例えば、パッド１０９、２０９）上に供給される。別の所定の時間が経過した後、第２のスラリ構成要素の供給は停止され、酸化スラリ構成要素、材料除去スラリ構成要素、及び腐食防止スラリ構成要素から成る群から選択された第３のスラリ構成要素が、次にパッド（例えば、パッド１０９、２０９）上に供給されてもよい。第３の所定の時間が経過した後、第１のスラリ構成要素を再び供給することによって、時間的な手順を最初からやり直してもよい。所望の量の膜除去など、所望の結果を実現するのに必要な回数だけ手順は反復されてもよい。研磨手順に続いて、パッド１０９、２０９は、そこにすすぎ液を供給することによってすすがれてもよい。
【００４４】
図５および６は、基板を研磨する別の方法５００を示している。方法５００は、５０２で基板ホルダ（例えば、基板ホルダ１２０、２２０）に基板を提供すること、及び５０４で可動式研磨パッドを有する研磨プラットフォームを提供することを含む。５０６では、本方法は、各々が異なる化学組成を有する２つ以上のスラリ構成要素を、研磨パッドと基板との間に時系列的に供給することを含む。
【００４５】
図６に示すように、スラリ構成要素は、パッド（例えば、パッド１０９、２０９）と基板１０１との間に、時系列的に分散されてもよい。第１の時間増分６５０では、第１のスラリ構成要素（例えば、酸化スラリ構成要素）が供給される。第２の時間増分６５１に対しては、第２のスラリ構成要素（例えば、材料除去スラリ構成要素）がこれに続く。第１及び第２のスラリ構成要素の化学組成は異なる。第３の時間増分６５２に対しては、第３のスラリ構成要素（例えば、腐食防止スラリ構成要素）の供給がこれに続き得る。これらの２つ以上の供給フェーズは６５３から６５５で反復されてもよい。これらに加えて、又は代わりに、他のフェーズが実行されてもよい。３つ以上の供給手順は、１つの基板上で所望の回数だけ反復されてもよい。これは、上述のように、基板が移動パッド（例えば、パッド１０９、２０９）に対して往復運動及び回転される間に、実施されてもよい。これらの研磨フェーズが完了した後、パッド（例えば、パッド１０９、２０９）はすすぎフェーズを実行し、６５６でパッド（例えば、パッド１０９、２０９）にはすすぎ液（例えば、脱イオン水又は他の不活性溶液）が供給されてもよい。すすぎ液（例えば、脱イオン水）の分配は、最後に適用された化学物質を希釈するために使用されてもよい。次いで、方法５００は停止され、基板ホルダ（例えば、基板ホルダ１２０、２２０）には新しい基板が配置され、前述の方法５００は６５７から始まって第２の基板上で実装されてもよい。
【００４６】
各フェーズは、約１秒から約６０秒の時間を要する。別の長さの時間が使用されてもよい。幾つかのパルスは１秒未満であってもよい。各フェーズは同じ長さであってもよく、異なる長さであってもよい。スラリ構成要素の一部は、１つのパルスに複数の処理フェーズを設定するため、幾つかの実施形態では結合されてもよい。例えば、酸化及び腐食防止剤のフェーズは１つのスラリ構成要素として結合され、幾つかの実施形態で１つのパルスとして供給されてもよい。他の実施形態では、錯化剤は１つのフェーズで研磨剤（例えば、金属酸化物研磨剤）と結合されてもよい。酸化剤は過酸化水素であってもよい。腐食防止剤はトリアゾールであってもよい。錯化剤は、有機酸、有機酸塩、又はアミノ酸であってもよい。他の種類の酸化剤、腐食防止剤、錯化剤、及び研磨剤が使用されてもよい。
【００４７】
図６は、（例えば、個々のスラリ構成要素のパルスとして）時系列的に分配される一連のスラリ構成要素を利用する、方法６００の別の実施形態を示している。時間的に分離された研磨化学物質の導入を利用することにより、化学薬剤（例えば、２つ以上のスラリ構成要素）の使用の柔軟性を高めることができる。例えば、酸化化学物質は概して自己制御的である。表面膜は約２０オングストロームの深さまで酸化され得るが、そこで停止する。スラリ構成要素を時間的に分けることにより、さらに強力な酸化化学物質が使用可能となり、酸化の深さは、基板に供給される化学的なスラリ構成要素のパルスの長さによって制御され得る。
【００４８】
特に、個々のフェーズは、基板の表面上に改質された層を形成するため、特定の反応に影響を及ぼすように設定されてもよい。幾つかの従来の材料除去プロセスでは、システムは低い研磨圧力で除去を抑制し得るスラリ添加物を使用する。これらの従来の研磨システムは、トポグラフィが一度取り除かれると除去速度が劇的に低下するため、ダイ内（ＷＩＤ）厚みの制御を改善することができる。その結果、低密度のダイの領域内のトポグラフィは迅速に取り除かれ、次いで誘電除去は停止し、一方、ダイの他の領域内のトポグラフィ除去は、領域が平坦化されるまで研磨を継続する。しかしながら、主要なトポグラフィが一旦平坦化されると、これらのシステムは（設計上）非常に低い除去率に影響される。これらは、完全に除去されなかった大きな特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）にも影響される。スラリ構成要素（例えば、添加物、添加物を含まない研磨剤、並びに場合によっては途中に組み込まれる及び／又はその後のすすぎ液）の段階的な（例えば、時系列的な）導入を有する、本発明に基づく複数ステップの方法は、このような従来の限界を克服するために使用され得る。例えば、最初に添加物が導入され、次に添加物を希釈する研磨剤溶液が導入されることによって、限定的な膜除去が可能になる。さらなる除去は、添加物を迅速に希釈するすすぎ液の導入によって実現され得るため、研磨剤スラリ構成要素の補充が尽きるまで、限定的な膜除去が可能になる。
【００４９】
複数ステップの方法及びシステムの実施例を以下に示す。本方法は金属膜除去に有用となりうるもので、膜の酸化を含む酸化フェーズ、防止剤吸収のフェーズ、及び錯化剤を援用した酸化表面の研磨を含むことがあり、反応サイクルごとに膜除去を実現するため、連続的な方法で実行される。この実施形態では、スラリ構成要素の各々は、パッド（例えば、パッド１０９、２０９）と基板１０１との間に、時系列的に分散されてもよいが、すすぎフェーズは、図７に示すように、各スラリ構成要素の分配の間に設定される。したがって、スラリ構成要素（例えば、酸化、防止剤、錯化剤、材料除去剤）の各パルスは、パッド（例えば、パッド１０９、２０９）及び基板１０１の表面をすすぐためのすすぎ剤（例えば、脱イオン水）のパルスによって分離され得る。
【００５０】
具体的には、第１の時間増分６５０の間に、第１のスラリ構成要素（例えば、酸化スラリ構成要素）が供給されてもよい。６５７では、これにすすぎが続く。次いで、第２の時間増分６５２に対しては、第２のスラリ構成要素（例えば、材料除去スラリ構成要素）が分配され得る。６５７では、これに別のすすぎが続いてもよい。第１及び第２のスラリ構成要素の化学組成は異なる。第３の時間増分６５３に対しては、この第２のすすぎ６５７に、第３のスラリ構成要素（例えば、腐食防止スラリ構成要素）が続いてもよい。６５７では、これに別のすすぎが続いてもよい。この手順が完了した後、所望の材料除去を実現するため、同一基板１０１上で所望の回数反復されてもよく、或いは、基板ホルダ（例えば、１２０、２２０）に新しい基板が挿入され、方法７００による基板の研磨が新しい基板上で開始されてもよい。研磨プロセスの各フェーズに対して、時間は同じであってもよく、又は異なっていてもよい。
【００５１】
手順では、防止剤吸着フェーズ、錯体形成研磨フェーズなど、他のステップが順次使用されてもよい。幾つかの実施形態では、２つ以上のフェーズが結合されてもよい。各フェーズの相対的な持続時間は、特定のフェーズの反応速度論によって決定され得る。例えば、酸化フェーズは銅の研磨に対しては比較的短く、一方、ルテニウムやさらに貴金属に対しては比較的長くなり得る。腐食防止剤フェーズ（防止剤吸着を含む）のパルス持続時間もまた、吸着の反応速度論に基づいて長さが変動し得る。同様に、錯体形成研磨フェーズは、その反応速度論に基づいて長さが変動し得る。幾つかの実施形態では、酸化スラリ構成要素（例えば、酸化溶液）のパルスに、腐食防止剤スラリ構成要素（例えば、防止剤溶液）のパルスが続き、さらに錯化剤スラリ構成要素（例えば、錯化剤）が続く。これらの順次パルスは、基板１０１がパッド（例えば、パッド１０９、２０９）の移動面に対して押圧されている間に提供される。
【００５２】
時系列的なスラリ構成要素の段階的な指示の別の実施例は、以下のようになる。本明細書に記載されているように、基板（例えば、ウエハ）がパッド（例えば、パッド１０９、２０９）の移動面に対して押圧されている間に、酸化剤と防止剤を混合したスラリ構成要素の第１のパルスに錯化剤の分離されたパルスが続く、銅の膜除去プロセスが提供される。幾つかの実施形態では、酸化剤と防止剤溶液の混合スラリ構成要素のパルス、及び錯化剤の分離されたパルスは、すすぎ液のすすぎパルスによって途中に組み込まれてもよい。任選択により、すすぎパルスは２つのフェーズ手順の終了時であってもよい。
【００５３】
金属酸化物膜の研磨及び除去に適合された別の方法の実施形態では、２つのフェーズの方法は酸化スラリ構成要素の第１のパルスを含み、その後に金属酸化物研磨剤及び錯化剤を有する混合スラリ構成要素の分離された順次パルスが続いてもよい。任意選択により、錯化剤スラリ構成要素及び金属酸化物研磨剤スラリ構成要素は、３フェーズ研磨プロセスで順次分離されたフェーズとして設定されてもよい。すすぎフェーズは、フェーズ間又は手順の終了時に設定されてもよい。
【００５４】
スラリ構成要素の時系列的導入の重要な利点の１つは、各ステップ又はパルスが自己制御的であり、厚みが小さい場合であっても、具体的には５００オングストローム未満であっても、特に２００オングストローム未満であっても、比較的均一に除去され得ることである。例えば、表面（例えば、銅表面）の表面酸化フェーズが幾つかの原子層（約２５オングストロームから３０オングストロームの間）まで完了すると、酸化速度は劇的に低下することがある。その結果、錯体形成研磨フェーズが次に実行されると、フェーズの長さ及び膜除去均一性が除去速度とは比較的独立に決定され得るにもかかわらず、膜除去は約２５オングストロームから３０オングストロームまでに自動的に制限されることがある。
【００５５】
本明細書に記載の方法の各々において、スラリ構成要素の分配は、本明細書に記載のシステム及び装置によって提供される。任意選択により、スラリ構成要素及び場合によってはすすぎ液の時系列的な供給を実行するように適合された、他の好適なシステムが使用されてもよい。したがって、本発明は、その例示的な実施形態に関連して開示されたが、他の実施形態が、以下の特許請求の範囲によって定義される、本発明の範囲に含まれ得ると理解されたい。
【図１Ａ】
2016507896.tif 000003
【図１Ｂ】
2016507896.tif 000004
【図１Ｃ】
2016507896.tif 000005
【図２Ａ】
2016507896.tif 000006
【図２Ｂ】
2016507896.tif 000007
【図３Ａ】
2016507896.tif 000008
【図３Ｂ】
2016507896.tif 000009
【図３Ｃ】
2016507896.tif 000010
【図３Ｄ】
2016507896.tif 000011
【図３Ｅ】
2016507896.tif 000012
【図３Ｆ】
2016507896.tif 000013
【図３Ｇ】
2016507896.tif 000014
【図４】
2016507896.tif 000015
【図５】
2016507896.tif 000016
【図６】
2016507896.tif 000017
【図７】
2016507896.tif 000018
【国際調査報告】
2016507896.tif 000019
2016507896.tif 000020