JP2007520084A - 化学機械的平坦化用多段インサイチュウでのパッド調節システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】
単段化学機械的平坦化（ＣＭＰ）装置でマルチステップ研磨プロセスを実施するための装置は、インサイチュウでの調節操作を使用して、研磨パッドの表面からデブリス及び使用済み研磨スラリを連続的にクリーンにし、排出する。各平坦化サイクルの開始時に、クリーンで実質的に「新しい」研磨パッドを提供することによって、ウエハを移動して研磨源を換えたり、又はウエハを他のＣＭＰ研磨ステーションに移送する必要なく、様々な化学物質、形態、温度等の研磨剤を用いることが出来る。多位置弁を使用して、様々な異なる研磨スラリ及び調節／フラッシング剤を含む様々なプロセス流体の導入を制御することが出来る。様々な調節物質の使用によって、異なるプロセス条件（例えば、先の研磨化学剤を中和すること、研磨速度を制御するためにパッドの表面温度を変更すること、パッドの表面に引き付けられた状態にある粒子を取り除くための界面活性剤の使用等）用に研磨パッドの表面を変更することが出来る。
【選択図】図２、図３

Description

関連出願のクロスリファレンス
本出願は、２００４年１月２６日に出願された暫定出願番号第６０／５３９，１６２号の利益を主張する。

技術分野
本発明は、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）システムで使用される研磨パッド調節用システムに関し、より具体的には、順次多重研磨操作（異なる化学作用及び／又は電解質を使用する）を、単一のステーションで可能にするインサイチュウでの調節技術に関する。

本発明の背景
エレクトロニクス産業は、信頼性及びコストを強化しながら、より高機能なデバイスの実現を半導体製造技術の進歩に依存し続けている。多くの用途について、このようなデバイスの製造は複雑であり、コスト効率の高い製造プロセスを維持していながら、同時に製品品質を維持又は改善することは困難である。デバイス性能及びコストについての要件がより厳しくなるにつれて、結果の良い製造プロセスを実現することはより困難になる。

実際、回路の集積のレベルが増加するにつれて、デバイスはより小さく、より高密度になり、これによってより高水準の写真蝕刻とより多くの処理ステップが必要となる。より多くの層がシリコン出発ウエハに堆積されるにつれて、表面非平担性によって起こる問題は次第に厳しくなり、収率及びチップ性能に影響を及ぼす。事実、平坦化（又は、時には「研磨」）と一般的に称されるプロセスでウエハから過剰材料を除去することが、ますます必要になっている。

シリコンウエハの表面を平坦化するのに使用される一般的な技術は、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）である。ＣＭＰは、シリコンウエハをパッド表面に対して表を下に向けて研磨テーブル及び個別ホルダに取り付けた研磨パッドの使用を含む。研磨剤及び化学添加剤を含有するスラリが、この研磨パッドの表面に送り出され、機械的及び化学的手段の双方によってウエハの表面から凹凸を除去するのに使用される。ＥＣＭＰと称される、このＣＭＰプロセスの延長は、電解質を介して、陰極で望ましくない物質を除去するようにした電気エネルギの使用を含む。研磨パッド自身は、一般的に、研磨されているウエハ表面に対して所望の機械的力を提供する能力と、スラリ（又は電解質）のキャリアとして機能する能力で選択される。

通常、ウエハ及び研磨パッドは、互いに対して回転する。スラリの研磨剤及び化学添加剤に加えて、この回転作用は、ウエハの表面から物質を除去する研磨作用を生じさせる。表面の突起は、凹み部分よりも効率良く浸食し、これによってウエハ表面の扁平化−又は平坦化−がもたらされる。

ウエハを研磨する時間の長さが増加し、及び／又は研磨されたウエハの数が増加するにつれて、研磨パッドは、除去されたウエハ材料、化学反応副生成物、及びスラリからの研磨剤が堆積した結果として、デブリスが充填した状態になる。この付着したデブリスは、研磨パッドがすり減った状態及び／又は不均一な摩耗の原因となり、「すり減り効果」としても知られる。従って、研磨パッドを継続的なウエハ研磨に適した状態に修復することが必要になる。

「パッド調節」又は「パッド仕上げ」は、研磨パッドの表面を修復し、粒状物を取り払うことによってすり減りを除去し、パッドから研磨スラリを使ってしまうのに使用される技術として公知の方法である。パッド調節も、パッド材料を選択的に除去することによってパッドを平坦化し、研磨パッドの表面を粗面化する。パッド調節は、「現場外で」（すなわち、ウエハ研磨サイクル間で研磨パッドを調節すること）、又は「現場で」（すなわち、ウエハ研磨サイクルと同時に、又はサイクル中に）実施されることが出来る。一般的な先行技術である「インサイチュウでの」パッド調節プロセスでは、固定した研磨ディスクが、パッド表面に沿ってブラッシングされて少量のパッド材料とデブリスを除去し、研磨スラリが自由に流れることを可能にする新しい凹凸が形成される。次いで、除去されたパッド材料とデブリスは、研磨プロセスのスラリの流れと一緒になり、通常のスラリ搬送機構によってパッドと研磨されているウエハから受動的に運び去られる。最終的に、これらの材料は、研磨サイクルの終わりに濯ぎ水で洗流され、研磨機の中心部に集められる。

様々な材料が集積回路の製造に使われ始めるにつれて、このＣＭＰプロセスは、これらの様々な材料と反応し、平坦化する能力に対応しなければならない。例えば、銅は、次第に一般的になった配線用金属の選択肢となり、ある種の用途においてアルミニウム及び／又はタングステンを代替し始めている。銅は、これらの他金属よりも更に導電性が高く、抵抗ロスの低いより細いワイヤの形成が可能である。銅はアルミニウム以上の利点があるが、少なくとも１つの重大な欠点がある：銅はシリコン内に容易に拡散し、深いレベルでの欠陥が生じるので、シリコンに対して特に不利である。従って、銅は、通常好適な「バリア」層金属の使用によって、集積回路デバイスの形成中にシリコンから分離されていなければならない。従って、金属ＣＭＰプロセスは、様々な研磨スラリ及び／又はパラメータを使用して様々な表面材料を除去して、マルチステップ平坦化プロセスを実行することが必要である。例えば、銅ＣＭＰでは、非平坦な銅を除去するのにある化学作用が必要であり、バリアメタルを除去するのにもう一つの化学作用が必要である。過去には、第１研磨ステーションを設定してバルク銅を除去し、第２研磨ステーションを設定してバリアメタルを除去し、第３ステーションを設定して最終バフ研磨操作を実施するようにしていた。何故ならば、単一ステーションを使用しようとする場合には、様々な研磨剤からのクロス汚染は常に起こり得るからである。

従来の誘電ＣＭＰに関して、何人かの製造業者は、各ステーションで「部分研磨」プロセスを実施する複数研磨ステーションの使用を提案している。例えば、第１ステーションは初期の平坦化を実施するのに使用して（おそらく時間に依存して）、大量の不必要な物質を除去し、第２ステーションは、平坦化の仕上げに使用し、第３ステーションは、バフ研磨作業を実施するのに使用する。これらのステーションの各々は、同様の研磨化学作用を使用することが出来るが、プロセス制御（ダウンフォース、速度、終点の検出等）には様々な技術を使用する。この場合の複数ステーションの使用は、ＣＭＰシステムの処理量を向上させる。何故ならば、各研磨ステップはより短いが、処理量の向上は、製造プロセスに同時に含まれる必要がある３つの別個のウエハ／研磨供給／ステーションを犠牲にして達成されるからである。

従って、たとえ複数の研磨ステーションの使用が、ＣＭＰシステムのプロセス改善を提供しても、このような装置は、極めて時間がかかり、資本集約的であり、高価である。従って、この分野では単一のステーションのみを使用するＣＭＰシステムのマルチステップ研磨プロセスを実施する装置が不足している。

本発明の概要
先行技術で残る必要性は、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）システムに使用される研磨パッドを調節するシステムに関し、より具体的には、単一の研磨ステーションで、順次、複数の研磨スラリを使用することが出来るインサイチュウでの調節技術に関する本発明によって対処される。

本発明によれば、デブリスがウエハ表面から研磨され、研磨パッドの上面に堆積するにつれて、ＣＭＰシステムが、開放構造を有する研磨剤調節ディスクを使用してリアルタイムにデブリスを取り除く。真空源は、調節ディスクに連結され、調節ディスクから取り除いたデブリス（又は、研磨剤が関与しない場合は、パッド表面の細孔にある液体を、）を研磨パッドから引き離すのに使用される。これによって、調節プロセスの終わりに新しい均一のパッド表面が形成される。なお、プロセスの最後に追加のフラッシング能力を加えて、調節プロセスをアシストするようにしても良い。本発明の調節プロセスは、パッド表面の全ての材料（すなわち、研磨スラリ及びデブリス）を完全に除去して、クロス汚染を起こすことなく、代替の研磨材料を単一研磨ステーションに導入することが可能であることが分かった。更に、パッド表面から無駄な材料を全て迅速に除去することは、研磨プロセスの副生成物として発生する過剰な水の量を最小にする。この過剰な水がパッド表面に残存していると、研磨スラリに望ましくない希釈が生じる。

研磨ステーションの何らかの機械設備の再編成や研磨しているウエハを別の研磨ステーションへ移動させることなく、リアルタイムでインサイチュウのパッド調節プロセスの使用によって、「動作中に」平坦化プロセスの化学作用に様々な変化が生じることが、本発明の装置の利点である。例えば、様々な研磨化学作用が順次適用されてよく（例えば、異なる材料を順次除去するために）、様々な粒度又は濃度を研磨スラリに使用してもよく（例えば、研磨プロセスとして固体濃度の割合の減少が継続する）、又は調節プロセスが様々な調節流体温度（例えば、除去率を修正するために）、様々な錯化剤（例えば、溶液中に銅を保持するために）、又は化学的中和剤、界面活性剤及び／又は洗浄剤を使用して、化学的状況を管理してもよい。これらの変形例の全て、及びその他は、インサイチュウでの調節装置を使用することの結果、可能である。

本発明のその他の更なる利点及び態様は、次の説明において及び添付図面を参照することによって明らかになる。

詳細な説明
上記のように、本発明の調節プロセスは、不必要な残留物をはがすや否や研磨パッドから除去することによってインサイチュウで新たな均一の研磨パッド表面を作るように設計されており、以下で詳細に議論されるように、真空援助除去が、追加のフラッシング能力を使用する。従来の浄化／調節機能に加えて、本発明の装置は、研磨されたウエハ表面上の表面欠損の存在を減少させ、「大きい」廃棄量（研磨及び調節プロセス残留物ストリームをその他の処理水と別に集めることによって）を低減し、銅及びバリアメタルの平坦化プロセスを単純化することが分かった。

本発明のシステムは、いずれのＣＭＰプロセスにも適用出来る一方で、余分な金属（例えば、銅）及びその他のバリアメタル材料を、このウエハ表面からきれいにすることが必要な金属ＣＭＰプロセスに、特によく適合する。従って、次の議論は金属ＣＭＰに焦点を当てるものであるが、全てのＣＭＰプロセスに対する本発明のより広範な適用性に留意する必要がある。実際、調節プロセスは、電気化学的ＣＭＰ（ＥＣＭＰ）システムにも同様に適用することが出来る。ここでは、調節プロセスが完了するとすぐに、表面物質を除去するのに利用される電解質も前記研磨パッド表面から排出されてよく、これによって、インサイチュウでの電解質の化学作用の管理による改善された電気化学的制御が可能になる。

金属ＣＭＰに関しては、加工処理したシリコンウエハから過負荷の銅及びバリアメタルを除去することについて、この分野で公知である多数の平坦化スキームがある。これらのスキームの１つは、銅についての高除去率、化学的ソフトランディングのための適度な銅除去率を有する一時的研磨スラリ、及びバリアメタルを除去するためのバリア研磨スラリ（異なる化学的組成物）を有する初期研磨スラリの使用が必要である。これらの様々な除去率は、図１のグラフに示されている。実際、図１は、化学的ソフトランディングを含み、幾つかの段階に分けることが出来る、一の平坦化スキームに関する。例えば、段階１及び２は、銅の固まりの除去に関する（除去率は、それぞれ、７０００Ａ／ｍｉｎ及び３０００Ａ／ｍｉｎ）。段階３は、銅の除去に関連し（２０００Ａ／ｍｉｎ以下の除去率）、段階４は、バリア除去に関する（銅除去率約２００−５００Ａ／ｍｉｎ、及びバリア除去率約５００Ａ／ｍｉｎ）。

上記のように、この多段平坦化スキームの実施についての実際の困難は、最も簡単なアプローチが、各ステーションで使用される異なる研磨スラリを有する複数の研磨ステーションを使用する必要がある。加えて、バリア除去及び／又はバフ研磨プロセスは、ウエハ表面のより柔らかい銅領域に欠陥を作る可能性がある結果、より柔らかい研磨パッドの使用がしばしば必要である。他方、単一の研磨ステーションのみを使用する場合、様々な研磨スキーム間のクロス汚染（及び除去率、選択性及び欠陥性の制御可能性が低い）の可能性は大きな懸念を残す。

本発明によれば、複数研磨ステップは、僅か１つの操作に一体化され、僅か１つの研磨ステーションで実施され、従ってキャリアを持ち上げて、他のステーションに移動して研磨スラリを変える必要性がない。更に、迅速なデブリスの除去が、研磨中に、パッド表面がウエハの欠陥を引き起こす可能性を低減するので、全研磨ステップについて、１つのパッドを使用するだけで済む。本発明による複数位置バルブとインサイチュウでの真空調節システムの使用によって、様々な研磨スラリ材料の導入を制御出来ることは、最先端の有意な進歩を提供していることが分かる。

図２は、本発明によるインサイチュウでの真空調節を用いて、マルチステップ平面化プロセスを実施するのに使用することが出来る例示的なＣＭＰシステム１０の側面図であり、図３は平面図である。図２を参照すると、ＣＭＰシステム１０は、プラテン１３に固着した研磨パッド１２を具えるものとして概念的に例示されている。プラテン１３が円形に記載されているが、その他のシステムは線状プラテン、軌道状プラテン、又は半導体ウエハ表面で研磨プロセスを実施するのに適した任意のその他の形状を使用することが出来る。ウエハキャリア（図示せず）は、ウエハ１１の表面１１Ａ上に制御された下向きの圧力を適用するのに使用される研磨ヘッド（示さず）を用いて、システム１０の上に研磨しようとするウエハ１１を「下に向けて」固定するのに使用され、研磨パッド１２の上面１２Ａに接触する。研磨スラリの流れは、分配装置１４によって研磨パッド表面１２Ａに導入される。ここで、分配されたスラリは、一般的に酸化剤、研磨剤及び／又は超純水（ＵＰＷ）を含有する。代替の装置では、電解質の流れが、第１の研磨ステップにおいて使用される。ここでは、電気化学ＣＭＰ（ＥＣＭＰ）を用いて銅の固まりを除去し、次いでバリア用の従来のＣＭＰとそれに続くステップが行われる。一の実施例では、分配装置１４は、調節装置の一部に組み込んでもよい。代替的に、分配装置１４は別個の単独モジュールであっても、又は機械的研磨ユニットの一部に組み込まれていてもよい。いずれの装置も、本発明の課題の実施に同じように好適に使用できる。

図２に戻って参照すると、本発明の調節プロセスは、研磨パッド１２の表面１２Ａに対向して配置された調節装置１５によって実施される。一般的に、調節装置１５は、研磨スラリ、ウエハのデブリス、研磨材料、研磨動作の化学的副生成物等の、ウエハ研磨プロセス中に堆積する各種のデブリスを除去するように機能する。現譲受人に譲渡されている同時係属出願に記載されているように、調節装置１５内の調節ディスクは研磨材で出来ており、それを貫通して形成された多数の開口／開放を含んでいる。研磨材は、研磨パッド表面１２Ａに集まるように、デブリスをはがす働きをする。水又はその他のフラッシング剤（同様に、特に選択された化学物質）等の調節「流体」は、分配装置１４から、次いで、調節装置１５を介して研磨パッド表面１２Ａによって分配されて、デブリスの除去とパッド表面管理及び／又は中和プロセスを援助する。

図３に最もよく例示されているように、調節装置１５を、電動エフェクタアーム１６に取り付けて、調節装置１５が研磨パッド１２の表面を往復して一掃するようにして集めたデブリスをはがす一方で、調節ディスクに対して所定のダウンフォースと回転運動を与える（図３の弧ＡＢによって例示される）。モータ１７は、この特定の実施例では、固定シャフト１８を中心に弧ＡＢ内をエンドエフェクタアーム１６を軸にして回動させるのに使用されており（又は、その他の適当な並進運動によって）、同時に、調節ディスクに対して回転運動を提供し、ダウンフォースを適用する。代替として、装置１５内のパッド調節機は、パッド半径全体を覆うように形成されていてもよく、モータの使用又はエンドエフェクタアームのピボット旋回を必要とせずに交差パッド調節を提供するようにしてもよい。

本発明によれば、第１ホース２１は、調節装置１５の真空出口ポート２２に取り付けられるように例示されている。ここでは、適用された真空力は、デブリスや使用済み研磨液及び調節剤（一般的に「廃液」と称される）を生成されるとすぐに研磨パッドから引き離し、真空設備（示さず）内に（又は、代替的に、調節プロセスのその他の予め決められており制御されたポイントで）引き込むのに使用することが出来る。フラッシング剤と真空除去の併用で、デブリスを取り除くために研磨パッド表面に研磨剤を適用する必要なく、研磨パッドをきれいにするのに十分な場合がある。この場合は、研磨調節ディスクは、研磨パッド１２の表面１２Ａに対して高くなった（又はダウンフォースを「ゼロ」に維持した）位置を維持する。

図３を参照すると、第２ホース２３は、調節装置１５の入口ポート１９に取り付けられている。ここでは、第２ホース２３は、調節装置１５の頂部を通って、研磨パッド１２の表面１２Ａの上に追加の調節物質を注入する。図のように、第２ホース２３への投入は、多位置弁２４を介して制御することが出来る。この弁は、分配装置１４内の複数の様々な研磨及び調節源２５−１〜２５−Ｉに接続されている。源２５−１〜２５−Ｉの各々は様々な研磨スラリを含んでおり、ここでは、特定の研磨スラリの適用が、供給ホース２７に導入されるように多位置弁によって制御される。分配装置１４内のその他の源は、図のように、多位置弁２４を介して第２ホース２３に連結し、次いで調節装置１５に連結されている調整剤を含んでいても良い。従って、多位置弁２４の位置を制御することによって、研磨源（或いはいずれかの調節流体剤）を、停止時間（例えば、先行技術で必要な、別の研磨ステーションにウエハを移動させること等）を発生することなく変えることが可能である。更に、分配装置１４は、ウエハ表面の平坦化が進行するにつれて、研磨スラリの流量を調節するように測定されてよい。

本発明によれば、廃液が作られるとすぐに、調節中に研磨パッド表面から廃液を除去するステップによって、単一の研磨ステーションで平坦化プロセスの様々な代替を用いることが出来る。例えば、研磨スラリの化学的性質は、源を切り換えることによって（特に、様々な材料をウエハ表面から除去する必要がある金属ＣＭＰシステムに有益である）変更することが出来、研磨スラリ（又は調節剤）の温度は、「室温」の源から加熱した源−又はその逆−へ変化（従って、化学剤の除去率を変化させる）させることによって変更することが出来、スラリの粒度（又は濃度）は、源を切り換える又は計量しながら供給すること等によって変更することが出来る。従って、図１の線図を参照すると、バリアメタル除去に適切な別のスラリは、平坦化プロセスを中止し、他の研磨ステーションに移動する必要なく段階４で導入することが出来る。本発明によって廃液を除去することがなければ、これらの代替は、研磨パッド表面に使用済みの材料が残る結果として比較的非効率である。

従来技術の調節プロセス及びシステムと比較して、本発明の装置は、より相当に効果的な調節と、それに関連した平坦化プロセスを提供する。特に、本発明の装置は、平坦化、調節及びクリーニング操作を実施するのに、材料（例えば、研磨スラリ、クリーニング／研磨／フラッシング調節材料）が必要な有意により少ない。先行技術の典型的なウエハ平坦化プロセスは、安定した平坦化を提供するために約１４０から２５０ｍｌ／分の研磨スラリのどこかに分配することが必要である。何故なら、反応したスラリの一部は研磨パッドのスポンジ状の細孔に残るからである。インサイチュウで本発明のマルチリソース装置を用いて真空で調節すると、研磨パッドの細孔は、反応したスラリが継続的にきれいになり、これによって、別の研磨スラリの導入用に、新しく、より吸収性の高い「スポンジ」として、パッドのちょうど良く調節された部分を提供する。従って、より少量の研磨スラリで、平坦化プロセスにおいて同様の安定性を提供することが可能である。研究が行われ、酸化物研磨の研磨速度は７５ｍｌ／分から２５０ｍｌ／分の各スラリ供給率で安定を保つことが分かった。実際、廃液の中間除去は、先行技術で不可避的に起こる研磨スラリの希釈量を制限する。何故ならば、標準ＣＭＰプロセスの１つの副生成物は水であるからである。更に、本発明に関連する比較的一定のデブリス除去によって、ＣＭＰシステムの研磨スラリ流量の変動に対する感度がより低いものになる。何故ならば、パッド表面にプロセス材料がほとんど残留しないからである。

一の例示的プロセスにおいて、多位置弁２４の位置決めは、特定の化学物質の第１の「粗」研磨スラリを研磨パッド１２（図１の段階１等）に適用するのに使用することが出来る。ここで、研磨源２５−１が、バルブ２４と供給ホース２７を介して研磨パッド表面１２Ａに連結され、ウエハ１１の表面１１Ａから大きい粒子を除去する。この研磨ステップを実行する研磨パッド１２の部分が調節装置１５の下に移動するにつれて、フラッシング剤／真空が適用され（フラッシング剤は、例えば、源２５−２から多位置弁２４を介して調節装置１５に分配される）、使用済みスラリ及び研磨した粒子を除去して、次の平面化サイクルにきれいな研磨パッド表面１２Ａを提供する。次いで、恐らくより少ない粒子濃度を含有し、研磨源２５−３内に貯蔵されている異なる研磨スラリが、分配装置１４の供給ホース２７を通して研磨パッド１２に送出され、先のスラリからの汚染の恐れ無しに、ウエハ表面１１Ａに一層細かい研磨プロセス（段階２のように）を実行するために使用される。調節装置１５（ここでは、源２５−２内のフラッシング剤が、デブリス除去プロセスで補助されるように使用される）の存在下で移動するときに、研磨パッド１２の表面１２Ａから除去されたウエハ材料及び使用済み研磨剤が再び排出される。次いで、別の平面化を、恐らく研磨源２５−４に保存されていた異なる化学物質で出来た研磨スラリを使用して（段階４等）実施することが出来る。先に使用した研磨スラリ及びその他のデブリスは、調節操作中に、研磨パッド１２の表面１２Ａから完全に除去されるので、研磨スラリ間のクロス汚染が避けられる。

本発明の装置は、平面化プロセスにおいて、スラリが反応する、又は接触するとすぐに、各調節段階中にデブリス及び使用済みスラリを除去する方法を提供するために開発された。上記のように、一のスラリ源から別のスラリ源に変更する能力を提供することに加えて、本発明のシステムは、「中和」材料を調節剤として分配出来るようにして、様々な研磨スラリ源からの化学物質のクロス汚染の可能性を更に低減している。ここで、中和剤は、更に別の源２５−Ｈに保存され、バルブ２４を通って調節装置１５に入るように制御される。別の変形例では、１又はそれ以上の界面活性剤（別の源２５−Ｉから）を、本発明のインサイチュウでの調節プロセス中に研磨パッド表面に導入することが出来る。ある界面活性剤の導入は、現在のｐＨレベルに関連して表面１２Ａの正味の表面電荷（「ゼータ電位」）を変更するように機能する。電荷の変化は、研磨された表面と粒子との間の引力の反転をもたらし、次いで、簡略化した後のＣＭＰクリーニングプロセスを導く。すなわち、界面活性剤は研磨パッド１２（及び／又はウエハ表面１１Ａ）が、表面にとどまっている荷電デブリス粒子を反発するように出来るので、実質的に全ての粒子デブリスが除去される。また、この廃液除去によって、典型的な多段ウエハクリーニング化学物質をパッド表面に適用して、インサイチュウでのウエハを洗い落とすのに使用することが出来る。

本発明の装置の利点は、各プラテンでの多段研磨を可能にして、実質的には研磨ステップ間で中間生成物のハンドリングを除去することである。これによって、終点近くで使用される順次の「ソフトランディング」又はより細かい研磨剤／化学的に選択的なスラリ源を用いて、より積極的な第１研磨ステップを許容することによって、処理量を増加することが出来る。更に、同じＣＭＰシステムを、銅ＣＭＰ及びバリアメタルＣＭＰに用いることが出来る。何故ならば、パッドが、上流側の化学物質できれいにされるので、複数のスラリ源を、クロス汚染無しに、同じ入口システムを通って連結することが出来るからである。

調節プロセスの温度を管理する能力は、本発明のもう一つの有意義な特徴であると考えられる。研磨パッド表面での熱の発生をもたらすＣＭＰプロセスの種々の態様がある。例えば、研磨スラリとウエハ表面物質との間のある種の化学反応は、副生成物として熱を発生する。研磨スラリ、研磨パッド及びウエハ間の研磨作用／摩擦力は、機械的な熱の発生をもたらす。従って、調節プロセス中の特定の温度の材料（ＵＰＷ等）を分配する能力によって、研磨パッド表面温度を安定化することが可能である。

１のプロセスに銅除去スラリとバリア除去スラリを一体化する実施可能性を実証するために、３つの一連のインサイチュウでの調節実験を実施した。第１調節実験は、「先行技術」のパラメータを使用して、調節中に「真空無し」及び「フラッシュ無し」で実施された。銅除去率は３０００Ａ／分に設定した。次の２つの調節実験は、「真空有り／フラッシュ無し」及び「真空有り／フラッシュ有り」でそれぞれ実施された。これらの２つの場合、材料除去率はそれぞれ３０００Ａ／分及び２１００Ａ／分であることが分かった。このことは、フラッシュ無しでの真空の導入は、材料除去率に少しも影響を及ぼさないことを示す。これらの実験の表面品質の結果を図４に示す。ここで、図４Ａは、真空無し及び脱イオン水（ＤＩ）によるフラッシュ無しでのインサイチュウでの調節を例示するものであり、図４Ｂは、真空有り及びＤＩフラッシュ無しでのインサイチュウでの調節を例示しており、図４Ｃは、真空及びＤＩフラッシュ共に有りでのインサイチュウでの調節を例示している。光学プロファイルメータ画像は、研磨プロセス中、スラリ化学物質を変更することによって単一ステーションでマルチステップ研磨プロセスを実施することは、いかなる腐食スポット又は明白な欠陥をも生成しないことを示す。実際、真空及びフラッシュ双方を含む調節プロセスで、研磨が実施されるとき、表面品質の僅かな改善が観察される。図４の画像は、３つの異なる調節について表面品質に有意な変化を示していない。

上記の研究に基づいて、図１に例示される段階に従って、研磨シークエンスを確立することが出来る。この実行可能性調査では、段階１は無視して、銅とバリア材料との間の遷移段階中に目標に対する除去速度を評価するために、２つの試験が確立された。第１試験の主要な点は、段階２−４であり、２つの異なる調節を段階４で使用した。段階２の研磨は、従来のインサイチュウでの調節（真空オフ、フラッシュオフ）を用いて、段階１で使用したスラリ強度以下のスラリ強度で実施された。銅スラリは段階３でスイッチを切り、バリアスラリを導入して、段階４を開始した。段階４の間は、真空及びフラッシュ共に「オン」であった。以下の表１に示すように、本発明の一体化スキームは、研磨結果を改善するのに有益である。更に具体的には、銅の全除去量（段階２から４まで）は、４つの段階の全部をまとめたものとほとんど同じである。これは、銅とバリア除去双方を、１つのプロセスに一体化すること可能であるが、全研磨率を更に最適化出来ることを明確に示している。

表１ 一体化スキームを示す実験についての銅材料の除去

本発明はいくつかの特定の例示的実施例に言及している一方で、当業者は多くの変形例が出来ることを認識するであろう。実際、本発明の主題は、ここに添付される特許請求の範囲によってのみ限定されるものと考えられる。

図１は、マルチステップ研磨プロセスに必要な過負荷の銅及びバリアメタルの除去率のプロットを含み、この特定のプロセスは、４つの別個のステップ（段階）を具える。 図２は、本発明によるマルチリソースＣＭＰ研磨を実施するための例示的な装置を示す図である。 図３は、図２の装置の一部分の平面図である。 図４は、本発明の多段研磨／調節プロセスを行った種々のウエハの表面品質画像を含む。

Claims (24)

1. 化学機械的平坦化（ＣＭＰ）プロセスで使用される研磨パッドの表面を調節するためのインサイチュウでのプロセスを提供する方法において、前記インサイチュウでの調節プロセスが、
   ａ）研磨パッドの表面を加工処理して、前記ＣＭＰプロセスに関連する汚染物質をはがすステップと；
   ｂ）前記はがした汚染物質を前記研磨パッドから排出させて浄化した研磨パッド表面を準備するステップと；
   ｃ）その後の平坦化操作用に前記浄化した研磨パッド表面を提供するステップと；
   を具えることを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、ステップａ）及びｂ）が、汚染物質を除去し、平坦化操作間のクロス汚染を防止するように各平坦化操作の後に実施されることを特徴とする方法。
3. 請求項１記載の方法において、ステップａ）を実施する際に、前記研磨パッドの表面を研磨して、その結果前記汚染物質をはがすことを特徴とする方法。
4. 請求項１記載の方法において、ステップｂ）が、前記研磨パッド表面に調節剤を導入して、前記調節プロセスを援助するステップを更に具えることを特徴とする方法。
5. 請求項４記載の方法において、超純水（ＵＰＷ）を調節剤として適用することを特徴とする方法。
6. 請求項４記載の方法において、前記研磨パッド表面の温度に影響を及ぼすように、前記導入された調節剤の温度を制御することを特徴とする方法。
7. 請求項４記載の方法において、前記調節剤の化学的性質を選択して、いずれかの先に適用したＣＭＰプロセス物質をウエハ表面との反応を中和することを特徴とする方法。
8. 請求項７記載の方法において、前記先に適用したＣＭＰプロセス物質が研磨スラリを含むことを特徴とする方法。
9. 請求項１記載の方法において、ステップｂ）を実施する際に、真空力を適用して、前記はがした汚染物を排出することを特徴とする方法。
10. 請求項１記載の方法において、前記浄化した研磨パッドを提供した後に、研磨スラリが、先に適用したＣＭＰ物質の化学的性質を伴うクロス汚染作用をもたらすことなく前記浄化した研磨パッド上に導入されることを特徴とする方法。
11. 請求項１０記載の方法において、前記先に適用したＣＭＰ物質が、先に適用した研磨スラリを含むことを特徴とする方法。
12. 請求項１１記載の方法において、その後の研磨スラリが、先に適用した研磨スラリとは異なる化学特性を示すことを特徴とする方法。
13. 請求項１１記載の方法において、その後の研磨スラリが、先に適用した研磨スラリとは異なる研磨剤粒子濃度を示すことを特徴とする方法。
14. 請求項１１記載の方法において、その後の研磨スラリが、先に適用した研磨スラリとは異なる研磨剤粒度を示すことを特徴とする方法。
15. 請求項１０記載の方法において、前記先に適用したＣＭＰ材料が、先に適用した調節剤を含むことを特徴とする方法。
16. 請求項１記載の方法において、ステップａ）を実施する際に、ダイアモンド表面の調節ディスクが前記研磨パッド表面上で回転して、前記研磨パッド表面から汚染物をはがすことを特徴とする方法。
17. 単一の研磨ステーションで多段研磨を実施するための化学機械的平坦化（ＣＭＰ）システムにおいて、前記システムが、
    半導体ウエハ表面と相互作用して、その表面から不要な物質を除去するための研磨パ ッドと；
    前記研磨パッドの少なくとも一部分の上に配置された調節装置であって、前記状態調 節装置が、研磨パッドを研磨してデブリスをはがすための研磨用開口付調節ディスクと
    、生成したようなはがしたデブリスを除去するための真空援助部材とを具える調節装置 と；
    制御された態様で、前記浄化した研磨パッド上に多数の研磨スラリを導入するための ディスペンサであって、前記調節装置によって実施される調節が、各研磨操作間で前記 研磨パッドから汚染物を除去する働きをし、これによって、各平面化操作に対してきれ いな研磨パッド表面を提供し、研磨スラリ間のクロス汚染を防止するディスペンサと；
    を具えることを特徴とするシステム。
18. 請求項１７記載のＣＭＰシステムにおいて、前記ディスペンサが、前記研磨パッド表面での浄化操作を援助するように前記調節装置に種々の調節剤を導入することが更に出来ることを特徴とするシステム。
19. 請求項１７記載のＣＭＰシステムにおいて、前記ディスペンサが、少なくとも中和用調節剤を具え、様々な化学的性質を持つ研磨スラリ間のクロス汚染を防止することを特徴とするシステム。
20. 請求項１７記載のＣＭＰシステムにおいて、前記ディスペンサが、前記研磨パッド表面で所望の操作温度を維持することに関連した予め決められた温度を示す調節剤を含むことを特徴とするシステム。
21. 請求項１７記載のＣＭＰシステムにおいて、前記ディスペンサが、界面活性成分を含む調節剤を含み、デブリス粒子と前記研磨パッド表面との間の電気的引力を低減することを特徴とするシステム。
22. 請求項１７記載のＣＭＰシステムにおいて、前記ディスペンサが、多数の源から研磨スラリを導入することを特徴とするシステム。
23. 単一の研磨ステーションでの多段研磨を実施するための化学機械的平坦化（ＣＭＰ）システムにおいて、前記システムが、
    半導体ウエハ表面と相互作用して、その表面から不要な物質を除去するための研磨パ ッドと；
    前記研磨パッドの少なくとも一部の上に配置された調節装置であって、
    制御した態様で、前記研磨パッド表面上に研磨又は調節材料を導入するためのディ スペンサと；
    デブリスをはがし、前記研磨パッド表面を浄化するための前記研磨パッドを研磨す るための研磨用開口調節ディスクと；
    デブリスが作られるような開口調節ディスクによってはがしたデブリスを除去する ための真空援助部材であって、前記調節装置が、各研磨操作間の汚染物を除去する真 空援助部材と；
    を含む調節装置と；
    を具えることを特徴とするシステム。
24. 請求項２３記載の化学機械的平坦化（ＣＭＰ）システムにおいて、前記調節装置が、多段研磨プロセスにおける各順次ステップについてきれいな研磨パッド表面を提供するよう機能し、これによって、前記研磨パッド表面上に分配される研磨又は調節物質間のクロス汚染を防止することを特徴とするシステム。

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