特許 6282437 研磨パッドコンディショナ用ダンパ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6282437

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】研磨パッドコンディショナ用ダンパ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20180208BHJP

   B24B 37/005 20120101ALI20180208BHJP

   B24B 53/017 20120101ALI20180208BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 622M

   B24B37/005 Z

   B24B53/017 A

【請求項の数】11

【外国語出願】

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-215091(P2013-215091)

(22)【出願日】2013年10月15日

(65)【公開番号】特開2014-99598(P2014-99598A)

(43)【公開日】2014年5月29日

【審査請求日】2016年9月21日

(31)【優先権主張番号】61/715,750

(32)【優先日】2012年10月18日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100109726

【弁理士】

【氏名又は名称】園田 吉隆

(74)【代理人】

【識別番号】100101199

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 義教

(72)【発明者】

【氏名】ファン， ジェイソン ガーチュン

(72)【発明者】

【氏名】バターフィールド， ポール ディー．

【審査官】 内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１４８０４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０４８１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０３３８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２１７２５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２４Ｂ ３７／００５

Ｂ２４Ｂ ５３／０１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板研磨用のコンディショナ装置であって、
研磨パッドの表面を調整するエンドエフェクタを受けるためのコンディショナヘッドと、
前記コンディショナヘッドを支持するアームと、
前記アームを支持するベースであって、前記アーム及び前記コンディショナヘッドを前記研磨パッドの上方で横方向に移動させるために前記アームに接続されるアクチュエータを含む、ベースと、
前記ベースに固定されるダンパ質量を含むダンパシステムであって、前記ダンパ質量は前記ベースの上及び前記ベースの外縁部内に位置決めされ、前記アームの振動を低減するように構成される、ダンパシステムとを備え、
前記ダンパ質量は複数のダンパによって前記ベースに取り付けられる、装置。

【請求項2】

前記アクチュエータは前記研磨パッドの上方で前記アームを掃引するように構成されるロータリアクチュエータを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記ダンパシステムは前記ロータリアクチュエータに固定され、前記ロータリアクチュエータとともに回転する、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記複数のダンパはダッシュポットを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記複数のダンパは前記アームの主振動モードの軸に対して平行な主軸を規定するように配置される、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記複数のダンパは前記アームの長手軸に対して平行な主軸を規定するように配置される、請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記コンディショナヘッド内にあり、前記エンドエフェクタに接続され、前記エンドエフェクタの垂直位置を制御する垂直アクチュエータを備える、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

研磨システムであって、
研磨パッドを支持する回転可能なプラテンと、
前記研磨パッドに接して基板を保持するキャリアヘッドと、
コンディショナ装置と
を備え、前記コンディショナ装置は、
前記研磨パッドの表面を調整するエンドエフェクタを受けるためのコンディショナヘッドと、
前記コンディショナヘッドを支持するアームと、
前記アームを支持するベースであって、前記アーム及び前記コンディショナヘッドを前記研磨パッドの上方で横方向に移動させるために前記アームに接続されるアクチュエータを含む、ベースと、
前記ベースに固定されるダンパ質量を含むダンパシステムであって、前記ダンパ質量は前記ベースの上及び前記ベースの外縁部内に位置決めされ、前記アームの振動を低減するように構成される、ダンパシステムと
を含み、
前記ダンパ質量は複数のダンパによって前記ベースに取り付けられる、研磨システム。

【請求項9】

前記プラテンは軸の周りを回転し、前記アクチュエータは前記コンディショナヘッドを前記軸に向かう方向と離れる方向に移動させるように構成されている、請求項８に記載の研磨システム。

【請求項10】

前記複数のダンパは前記アームの主振動モードの軸に対して平行な主軸を規定するように配置される、請求項８に記載の研磨システム。

【請求項11】

前記複数のダンパは前記アームの長手軸に対して平行な主軸を規定するように配置される、請求項８に記載の研磨システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は研磨パッドの調整に関する。

【背景技術】

【0002】

集積回路は通常、シリコンウエハ上に導電層、半導体層又は絶縁層を順次に堆積することによって基板上に形成される。種々の製造プロセスは基板上の層の平坦化を必要とする。例えば、特定の応用形態、例えば、パターニングされた層のトレンチ内にビア、プラグ、及びラインを形成するために金属層を研磨する場合、パターニングされた層の上面が露出するまで、上層が研磨される。他の応用形態、例えば、フォトリソグラフィのために誘電体層を平坦化する場合、下層の上方に所望の厚みが残るまで、上層が研磨される。

【0003】

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、認められている１つの平坦化方法である。この平坦化方法は通常、基板がキャリア又は研磨ヘッド上に取り付けられる必要がある。基板の露出した表面が通常、回転研磨パッドに接触して配置される。キャリアヘッドは基板に制御可能な負荷をかけ、基板を研磨パッドに対して押し付ける。砥粒研磨スラリは通常、研磨パッドの表面に供給される。

【0004】

或る一定時間にわたってＣＭＰプロセスが実行された後に、スラリ副生成物、並びに／又は基板及び／若しくは研磨パッドから除去された材料の蓄積に起因して、研磨パッドの表面が擦り減って滑らかになる。擦り減って滑らかになるとパッドの粗さが減少し、与える局所圧が小さくなり、それにより研磨速度が低下する。更に、擦り減って滑らかになると、研磨パッドが、スラリを保持する能力を幾分失う場合があり、研磨速度が更に低下する。

【0005】

通常、擦り減って滑らかになった研磨パッドの特性は、パッドコンディショナによる調整プロセスによって復元することができる。パッドコンディショナは、研磨パッド上の望まれない蓄積物を除去し、研磨パッドの表面を所望の粗さに再生するために用いられる。通常のパッドコンディショナは、ダイヤモンド砥粒を全体的に埋め込まれた砥粒ヘッドを含み、擦り減って滑らかになった研磨パッドのパッド面を砥粒ヘッドに擦り付けて、パッドの表面構造を再生することができる。

【発明の概要】

【0006】

幾つかの研磨方式を用いる幾つかの調整システムにおいて、パッドコンディショナ、特にパッドコンディショナアームは、大きな振動を呈する。その振動はアームにとって有害であり、調整プロセスの有効性を低下させる可能性がある。更に、この振動は多くの場合に聞き取ることができ、実際には容認できないほど大きな音を出す可能性がある。しかしながら、コンディショナの底部に同調質量ダンパを配置することによって、振動を著しく低下させることができるか、又は解消することができる。

【0007】

一態様では、基板を研磨する際に用いるコンディショナ装置は、研磨パッドの表面を調整するためのエンドエフェクタを受けるように構築されるコンディショナヘッドと、コンディショナヘッドを支持するアームと、アームを支持するベースと、ベースに固定されるダンパシステムとを含む。ベースは、アームに接続され、アーム及びコンディショナヘッドを研磨パッドの上方で横方向に移動させるアクチュエータを含む。ダンパシステムは、アームの振動を低減するように構成される。

【0008】

複数の実施態様が以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことができる。アクチュエータは、研磨パッドの上方でアームを掃引するように構成されるロータリアクチュエータとすることができる。ダンパシステムは、ロータリアクチュエータに固定され、ロータリアクチュエータとともに回転することができる。ダンパシステムはダンパ質量を含むことができる。ダンパ質量は、少なくとも１つのダンパによってベースに取り付けることができる。その少なくとも１つのダンパは制振材料層とすることができる。ダンパ質量は、複数のダンパによってベースに取り付けることができる。複数のダンパはダッシュポットを含むことができる。複数のダンパは、アームの主振動モードの軸に対して平行な主軸を規定するように配置することができる。複数のダンパは、アームの縦軸に対して平行な主軸を規定するように配置することができる。コンディショナヘッドは、エンドエフェクタに接続され、エンドエフェクタの垂直位置を制御する垂直アクチュエータを含むことができる。別の態様では、機械可読記憶デバイス内に有形に具現される、非一時的コンピュータプログラム製品が、その方法を実行する命令を含む。

【0009】

複数の実施態様がオプションで、以下の利点のうちの１つ又は複数を含むことができる。パッドコンディショナ、特にパッドコンディショナアームの振動を低減することができる。調整プロセスの有効性を改善することができる。パッドコンディショナによって生成される雑音を低減することができる。

【0010】

１つ又は複数の実施態様の細部が添付の図面及び以下の説明において記載される。他の態様、特徴及び利点は、説明及び図面から、また特許請求の範囲から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】研磨装置の一例の概略的な側断面図である。

【図2】研磨装置の研磨ステーションの平面図である。

【図3】コンディショナ装置の断面図である。

【図4】調整装置のベースの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

種々の実施形態における同様の参照番号及び記号表示は同様の要素を示す。

【0013】

図１は、研磨装置１００の一例を示す。研磨装置１００は、回転可能な円板形プラテン１２０を含み、プラテン上には研磨パッド１１０が位置する。プラテン１２０は軸１２５の周りを回転するように動作可能である。例えば、モータ１２２がドライブシャフト１２４を回し、プラテン１２０を回転させることができる。プラテン１２０は約３０〜２００ｒｐｍで回転することができる。

【0014】

研磨パッド１１０は研磨面１１６を有することができる。研磨パッド１１０は、外側研磨層１１２と、それより軟質のバッキング層１１４とを有する２層研磨パッドとすることができる。研磨面１１６を設ける層、例えば、外側研磨層１１２は、多孔性ポリウレタン、例えば、ＩＣ−１０００材料とすることができる。

【0015】

研磨装置１００は、スラリのような研磨液１３２をパッドへの研磨パッド１１０上に分注するポート１３０を含むことができる。スラリ１３２はシリカ研磨材粒子を含むことができ、例えば、スラリはＳＳ−１２とすることができる。

【0016】

研磨装置１００は少なくとも１つのキャリアヘッド１４０を含む。１つのキャリアヘッド１４０のみが示されるが、研磨パッド１１０の表面積を効率的に使用できるように、更なる基板を保持するために、更に多くのキャリアヘッドを設けることができる。

【0017】

キャリアヘッド１４０は、研磨パッド１１０に接して基板１０を保持するように動作可能である。キャリアヘッド１４０は、それぞれの基板に関連付けられる研磨パラメータ、例えば、圧力を独立制御することができる。キャリアヘッド１４０は、基板１０を可撓膜１４４の下に保持する保持リング１４２を含むことができる。膜１４４の背後にある１つ又は複数のチャンバを加圧することによって、基板１０にかけられる圧力を制御する。例示しやすくするために、図１には３つのチャンバのみが示されるが、１つ又は２つのチャンバ、４つ以上のチャンバ、例えば、５つのチャンバが存在することができる。

【0018】

キャリアヘッド１４０は支持構造体１５０、例えば、カルーセル又はトラックから吊り下げられ、キャリアヘッドが軸１５５の周りを回転できるように、ドライブシャフト１５２によってキャリアヘッド回転モータ１５４に接続される。キャリアヘッド１４０は約３０〜２００ｒｐｍで回転することができる。オプションでは、キャリアヘッド１４０は、例えば、カルーセル１５０又はトラック上のスライダ上で、又はカルーセル自体の回転振動によって、横方向に振動することができる。動作時に、プラテンはその中心軸１２５の周りを回転し、キャリアヘッドはその中心軸１５５の周りを回転し、かつ研磨パッドの上面にわたって横方向に並進する。

【0019】

研磨装置は、研磨パッド１１０を一貫した研磨状態に保持するために、研磨パッド１１０を削り取る研磨パッドコンディショナ１６０も含むことができる。研磨パッドコンディショナ１６０は、ベース１６２と、研磨パッド１１０の上方を横方向に掃引することができるアーム１６４と、アーム１６４によってベース１６２に接続されるコンディショナヘッド１６６とを含む。ベース１６２は研磨装置１００のフレーム１０２に取り付けられ、フレーム１０２は、他の構成要素、例えば、プラテン１２０及び支持構造体１５０も支持することができる。コンディショナヘッド１６６は、研磨パッド１１０の表面１１６を調整するように構成される研磨面を含む。研磨面は回転可能とすることができ、研磨パッドに対する研磨面の圧力は制御可能とすることができる。

【0020】

図２を参照すると、１つの動作モードにおいて、研磨パッド１１０がキャリアヘッド１４０に取り付けられた基板１０を研磨している間に、研磨パッド１１０はコンディショナヘッド１６６によって調整される。幾つかの実施態様において、アーム１６４はベース１６２に旋回可能に取り付けられ、研磨パッド１１０にわたる振動掃引運動（矢印Ｓによって示される）においてコンディショナヘッド１６６を移動させるように左右に掃引する。コンディショナヘッド１６６の運動をキャリアヘッド１４０の運動と同期させて、衝突を防ぐことができる。

【0021】

オプションで、研磨装置１００は洗浄用カップ１６８を含むことができ、洗浄用カップはフレーム１０２上に支持され、アーム１６４がカップ１６８内にコンディショナヘッド１６６を位置決めすることができるような場所に位置決めされる。洗浄用カップ１６８は、コンディショナヘッド１６６を洗浄するための流体を含むことができるか、又は１組のノズルをカップに取り付けて、コンディショナヘッド１６６上に洗浄液を噴霧することができる。調整動作の前後に、洗浄のために洗浄用カップ１６８内にコンディショナヘッド１６６を位置決めすることができる。

【0022】

図３を参照すると、コンディショナヘッド１６６は、回転可能で、かつ垂直方向に移動可能なエンドエフェクタ１７０を含み、エンドエフェクタ１７０が調整ディスク１７２を保持する。調整ディスク１７２はダイヤモンド砥粒を埋め込まれた底面を有し、底面を研磨パッドの表面に対して擦り付けて、パッドの表面構造を再生することができる。調整ディスク１７２は、磁石によって、又は機械的な締め具によってエンドエフェクタ内に保持することができる。エンドエフェクタ１７０とコンディショナヘッド１６６との間にジンバル機構を結合することができ、ジンバル機構によって、エンドエフェクタ１７０がアーム１６４に対して或る角度で傾斜できるようにする。

【0023】

エンドエフェクタ１７０の垂直運動及び調整ディスク１７２の圧力の制御は、コンディショナヘッド１６６内の垂直アクチュエータ、例えば、エンドエフェクタ１７０に下方圧力をかけるように位置決めされる加圧可能チャンバ１７４によって与えることができる。代替的には、垂直運動及び圧力制御は、アーム１６４及びコンディショナヘッド１６６の全体を持ち上げるベース１６２内の垂直アクチュエータによって、又はアーム１６４の傾斜角を、それゆえ、研磨パッド１１０の上方のコンディショナヘッド１６６の高さを制御できるようにする、アーム１６４とベース１６２との間のピボット接続によって与えることができる。

【0024】

エンドエフェクタ１７０の回転はベース１６２内のモータによって与えることができ、モータはベルトドライブによって接続され、ベルトドライブはアーム１６４を通って延在し、エンドエフェクタ１７０に接続されるドライブシャフト１７４と係合する。コンディショナヘッドの記述は、参照により本明細書に援用される米国特許第６，０３６，５８３号において見いだすことができる。

【0025】

コントローラ１９０（図１を参照）、例えば、コンピュータを調整装置１６０に接続して、アーム１６４の横方向掃引、エンドエフェクタ１７０の回転速度、及び研磨パッドにかかるエンドエフェクタ１７０の下方への力を制御することができる。

【0026】

ベース１６２はフレームに固定された支持体１８２上に保持されるロータリアクチュエータ１８０を含む。アーム１６４はロータリアクチュエータ１８０に固定され、アクチュエータ１８０が回転するによって、アーム１６２が研磨パッドにわたって横方向に掃引される。

【0027】

ダンパシステム１９０がコンディショナ装置１６０のベース１６２に取り付けられる。例えば、ダンパシステム１９０は、ロータリアクチュエータ１８０に取り付けることができる。この場合、ダンパシステム１９０はアクチュエータ１８０とともに回転することができる。

【0028】

ダンパシステム１９０はダンパ質量１９２を含む。ダンパ質量１９２は、例えば、金属から形成される重い物体である。ダンパ１９２の質量はアームの安定化しきい値を高めるように選択される。カバー１８４がダンパ質量１９２の上方にわたって延在し、スラリ及び他の汚れからダンパ質量１９２を保護することができ、例えば、腐食を防ぐことができる。

【0029】

ダンパ質量１９２は、例えば、機械的な締め具によってベース１６２への硬質の接続を用いて固定することができるか、又はダンパ質量１９２とベース１６２との間に１つ又は複数のダンパ１９４を位置決めすることができる。

【0030】

各ダンパ１９４はダッシュポット、例えば、液圧式又は機械式ダンパとすることができるか、又は単に粘弾性材料層とすることができる。

【0031】

通常、主振動モードは、アーム１６４の縦軸に対して平行である。したがって、ダンパ１９４は、このモードにおける振動を優先的に低減するように位置決めすることができる。図４に示されるように、ダンパ１９４は、ダンパ１９４によって画定される形状（透視で示される）の主軸Ａがアーム１６４の縦軸と平行であり、かつ同じ垂直面内にあるように位置決めすることができる。

【0032】

一般に、ダンパ質量１９０が、減衰することなく、又は最小限の減衰で固定される場合には、コンディショナアーム１６４の振動が著しく低減されるように、アーム１６４の固有振動数を変更することができる。例えば、コンディショナ装置１６０は、消耗品セットが異なる場合でも、及び下方に働く力の範囲が異なる場合でも、許容可能な程度の振動で動作することができる。一般的に、ダンパ質量１９０が十分なダンパ１９２によってベース１６２に接続される場合には、問題振動は著しく低減することができるか、又は実質的に解消することができる。したがって、ダンパシステム１９０の使用は、いかなる問題振動も引き起こすことなく、アームを使用することができる適用範囲を大幅に拡大する。

【0033】

上記の説明はコンディショナヘッドに焦点を合わせているが、そのダンパシステムは、振動を受けやすい研磨システム内の他のカンチレバー部品に適用することもできる。例えば、ダンパシステムは、研磨ヘッドを保持するアームに適用することができる。

【0034】

上記の研磨装置及び方法は、種々の研磨システムにおいて適用することができる。研磨面と基板との間の相対運動を与えるために、研磨パッド、キャリアヘッドのいずれか、又は両方を移動させることができる。例えば、プラテンは、回転するのではなく、周回することができる。研磨パッドは円形以外の形状を有することができる。終点検出システムの幾つかの態様は、線形研磨システム、例えば、研磨パッドが直線的に動く連続ベルト又はリールツーリールベルトであるシステムに適用可能である場合がある。研磨層は標準的な（例えば、充填材あり、又はなしのポリウレタン）研磨材料、軟質材料又は固定砥粒材料とすることができる。アームは、角度掃引ではなく、直線的な伸長運動を受けることができる。

【0035】

本明細書において用いられるように、用語「基板」は、例えば、製品基板（例えば、複数のメモリ又はプロセッサダイを含む基板）、試験基板、ベア基板及びゲーティング基板を含むことができる。基板は、集積回路製造の種々の段階にあることができ、例えば、基板はベアウエハとすることができるか、又は基板は１つ又は複数の堆積され、及び／又はパターニングされた層を含むことができる。用語「基板」は、円形ディスク及び長方形シートを含むことができる。

【0036】

本発明の実施形態及び本明細書において記述される全ての機能的動作は、デジタル電子回路において、又はコンピュータソフトウェア、ファームウェア、若しくは本明細書において開示される構造的手段及びその構造的均等物を含む、ハードウェアにおいて、又はそれらの組み合わせにおいて実現することができる。本発明の実施形態は、１つ又は複数のコンピュータプログラム製品として、すなわち、データ処理装置、例えば、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータによって実行するために、又はデータ処理装置の動作を制御するために、非一時的な機械可読記憶媒体内に有形に具現される１つ又は複数のコンピュータプログラムとして実現することができる。

【0037】

本発明の特定の実施形態が記述されてきた。他の実施形態も添付の特許請求の範囲内にある。

【符号の説明】

【0038】

１０ 基板
１００ 研磨装置
１０２ フレーム
１１０ 研磨パッド
１１２ 外側研磨層
１１４ バッキング層
１１６ 研磨面
１２０ プラテン
１２２ モータ
１２４ ドライブシャフト
１２５ 軸
１３０ ポート
１３２ 研磨液
１３２ スラリ
１４０ キャリアヘッド
１４４ 可撓膜
１５０ 支持構造体
１５０ カルーセル
１５２ ドライブシャフト
１５４ キャリアヘッド回転モータ
１５５ 軸
１６０ コンディショナ
１６２ ベース
１６４ アーム
１６６ コンディショナヘッド
１６８ 洗浄用カップ
１７０ エンドエフェクタ
１７２ 調整ディスク
１７４ 加圧可能チャンバ
１７４ ドライブシャフト
１８０ ロータリアクチュエータ
１８２ 支持体
１８４ カバー
１９０ ダンパシステム
１９２ ダンパ質量
１９４ ダンパ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】