KR100389115B1 - 화학적 기계적 연마를 위한 유지링 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼 등의 기판을 화학적 기계적으로 연마하기 위한 방법과 장치는 상기 연마 공정 중에 기판을 적소에 유지시키기 위한 유지링(리테이닝 링)을 사용한다. 상기 유지링은 표면 특성을 갖는데, 상기 표면 특성은 특히 웨이퍼의 주변 영역에서의 연마 균일성을 향상시키기 위해 사용될 수도 있고, 혹은 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing; "CMP") 시스템의 제거율을 향상시키기 위해 사용될 수 도 있다. 상기 표면 특성은 CMP 유지링의 패드와 마주보는 면(face) 상의 리세스들 및/혹은 둘출물들이고, 상기 리세스들 및/혹은 돌출물들은 연마 중에 기판 하부의 CMP 연마 패드와 접촉하여 이를 평탄화시킨다. 에지 근처에서, 상기 표면 특성은 연마 중에 상기 연마 패드 표면을 조절할 수 있고 또한 슬러리 전달을 향상시킬 수도 있다.

Description

화학적 기계적 연마를 위한 유지링{RETAINING RING FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING}

본 발명은 기판의 연마에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 기판을 연마하는 도중에 상기 기판을 유지(retain)하기 위한 유지링(리테이닝 링:retaining ring)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 CMP 시스템의 연마 균일성 및(또는) 제거율을 향상시키기 위한 표면 특성을 갖는 유지링에 관한 것이다.

반도체 제조에 사용되는 실리콘 기판 및 웨이퍼와 같은 얇은 기판들은 CMP 시스템을 사용하여 연마되거나 평탄화된다. 일반적으로, CMP 시스템들은 캐리어 플레이트(carrier plate) 또는 압력판(pressure plate)과 회전 가능한 연마 테이블(polishing table) 또는 플래튼(platen)에 의해 지지되는 연마 패드(polishing pad) 사이에 위치한 기판과 함께 작동한다. 원형의 유지링은 보통 상기 캐리어 플레이트에 연결된다. 연마를 하는 동안, 기판(예를 들면, 반도체 웨이퍼)은 상기 유지링에 의해서 상기 캐리어 플레이트와 연마 패드 사이에 배치된다. 상기 캐리어 플레이트 및(또는) 연마 패드는 밀착하여 서로 다르게 운동하여 연마 운동을 상기 기판에 전달한다. 상기 연마 패드 및(또는) 캐리어 플레이트(기판 포함)는 일반적으로 회전 속도가 달라서 상기 연마 패드와 기판 표면사이에서 상대 운동을 야기한다. 또한 상기 연마 패드와 기판 표면 사이에서 측면, 즉 측면에서 측면으로의 운동 역시 전달된다. 콜로이드 실리카 슬러리(colloidal silica slurry)와 같은 연마 슬러리(abrasive slurry)가 상기 연마 패드와 기판에 제공되어 연마를 촉진하게 된다.

CMP 장비의 헤드 어셈블리(head assembly)는 통상적으로 CMP 시스템의 캐리어 플레이트와 유지링을 포함한다. 상기 캐리어 플레이트는 캐리어 기판 표면에 대하여 기판을 유지(retain)하기 위한 진공 포트들(vacuum ports) 또는 다른 장치들로 구성된다. 유지링은 연마 중에 상기 캐리어 플레이트에서 기판이 이탈(dislodgement)하는 것을 방지한다. 종래에는, 유지링이 캐리어 플레이트에 고착되어 상기 유지링의 패드 면이 연마 중에 상기 연마 패드 표면에 접촉되지 않았다. 대신에 상기 기판이 상기 유지링의 표면 이상으로 연장되어 유지링에 접촉하기 전에 상기 연마 패드에 접촉하여, 상기 기판 표면이 연마되었다. 연마 중에 상기 기판이 상기 유지링 이상으로 연장되기 때문에, 상기 기판이 가끔 상기 유지링과 연마 패드 사이에 있는 틈으로 빠져 나올 수도 있다.

기판이 빠져 나올 가능성을 줄이고 에지의 균일성(edge uniformity)을 향상시키기 위해, 별도로 작동하는 유지링과 캐리어 플레이트 또는 압력판을 갖는 CMP헤드 어셈블리들이 지속적으로 개발되고 있다. 이와 같은 시스템은 "U.S.Pat.No.5,681,215"에 개시되어 있다. 상기 특허에 개시된 시스템에서, 유지링과 이와 연관된 캐리어링은 독립적으로 연마 패드 표면 쪽으로 움직이거나 또는 상기 패드 표면으로부터 멀어지도록 구성되어 있다. 따라서, 상기 연마 공정 중에 상기 연마 패드에 접촉하는 위치에 유지링이 배치되도록 조절될 수 있고 이에 따라 기판이 빠져 나올 가능성을 줄이게 된다. 이와 같은 시스템을 사용하여, 유지링이 기판에 앞서 연마 패드에 접촉하도록 조절되면서 헤드 어셈블리 및 상기 기판이 상기 연마 패드에 밀착하게 된다. 일단 상기 유지링이 상기 연마 패드에 접촉되면, 상기 기판 하부면(또는 연마된 표면)과 상기 연마 패드 표면 사이에 원하는 양의 압력을 생성키 위해 상기 캐리어 플레이트가 상기 연마 패드에 대해 독립적으로 조절될 수 있다.

종래의 CMP 시스템들의 단점은 상기 CMP 공정 중에 기판 에지의 프로파일(profile) 조절이 어렵다는 것이다. 연마 슬러리의 분배 및 압력 하의 상기 연마 패드의 프로파일은 반도체 기판의 CMP 후의 막 두께 프로파일(post-CMP film thickness profile)에 큰 영향을 미친다. 슬러리 분배 및 연마 패드 프로파일에 의한 에지 프로파일 효과(edge profile effects)를 밝히기 위한 시도가 계속되고 있지만, 새로운 서브 미크론 소자 기술에 요구되는 진보가 이루어지지 않고 있다.

도 1은 연마 패드(12)를 지지하는 회전 플래튼(10)을 갖는 종래의 CMP 연마 장치를 보여주는 도면이다. 여기서, 상기 연마 패드(12)는 상기 플래튼(10)에 접착된다. 예를 들어, 물 등의 반응제, 이산화 실리콘(silicon dioxide) 등의 연마 입자, 및 수산화 칼륨(potassium hydroxide) 등의 화학 반응 촉매를 포함하는 슬러리막(14)이 슬러리 주입 포인트(16)에 의해 상기 연마 패드(12) 상에 제공된다. 개별적으로 동작하는 캐리어 플레이트(18)와 유지링(20)을 갖는 헤드 어셈블리(11)가 제공되어 상기 연마 패드(12)의 상부 표면에 대응되도록 기판(22)을 수용하여 지지하게 된다. 상기 기판(22)을 홀딩하기 위한 진공 포트들(24) 또는 다른 장치들이 상기 캐리어 플레이트(18)에 제공된다. 도 1의 화살표에 도시된 바와 같이, 상기 플래튼(10)과 헤드 어셈블리(11)는 개별적으로 움직일 수 있다. 예를 들어, 상기 플래튼(10)과 헤드 어셈블리(11)는 동일한 방향으로 회전할 수 있지만, 그 속도는 다르다. 또한, 상기 헤드 어셈블리(11)는 전후좌우로 움직일 수 있다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 헤드 어셈블리(11)에 대하여 상기 플래튼(10)이 다르게 움직이는 동안에 상기 유지링(20)은 상기 기판(22)을 유지 및 수용하여 상기 캐리어 플레이트(18)에 대해 적소에 놓이게 한다. 상기 유지링(20)의 하부면(또는 패드 면)이 상기 기판(22)의 하부면(또는 패드 면) 이상으로 상기 연마 패드(12) 방향으로 연장되어 상기 기판(22) 외부 주위의 상기 연마 패드(12)의 상부면(또는 연마 면)에 접촉되어 내리누르게 된다. 그리고 나서, 움직일 수 있는 캐리어 플레이트(18)가 상기 유지링(20)과 별도로 조절되어 상기 기판(22)과 연마 패드(12) 사이에 원하는 압력을 가할 수 있게 된다.

도 2는 평탄한 하부면(또는 패드 면)(30)을 보여주기 위해 종래의 유지링(20)을 뒤집어 놓은 도면이다. 도 3은 종래의 CMP 공정을 통해 연마를 수행하는 동안에 연마 패드(12), 기판(22), 및 종래의 평탄화된 표면을 갖는 유지링(20) 사이의 상호 관계를 보여주는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 패드(12)의 상부면(또는 연마 면)은 상기 기판(22)과 유지링(20)으로부터 압력을 받게되며 상기 기판(22)의 외부 주변 에지 및 상기 유지링(20)의 내부 주변 에지에서 압력 불연속성이 야기된다. 이로 인해, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기판(22)의 외부 에지에 인접한 상기 패드(12)의 상부면이 주름지거나 구브러져, 연마 중에 상기 패드(12)의 상부면과 상기 기판(22)의 하부면(또는 패드 면) 사이의 "접촉 면적"이 감소될 수 있다. 이에 따라, 연마 중 프로파일에 의해 평탄한 영역(flat-zone area), 즉 기판 중앙에 인접한 영역이 너무 많이 연마되고(over-polishing), 상기 기판(22)의 에지 영역들, 즉 상기 유지링(20)에 인접한 기판(22)의 에지 영역들은 너무 적게 연마되는(under-polishing) 문제점이 발생한다. 결과적으로, 상기 기판(22)의 중앙에서는 층이 더 얇아지고(얇아지거나) 상기 기판(22)의 에지에서는 층이 더 두꺼워지기 때문에, 예를 들어 반도체 기판의 균일성이 저하된다. 이와 같이 반도체 기판의 균일성이 저하되면 소자의 수율(device yield) 뿐만 아니라 식각 및 사진 공정 동안에 이행되는 반도체 제조 기준(semiconductor fabrication criteria)에 악영향을 끼치게 된다.

따라서, 본 발명은 상술한 제반 문제를 해결하기 위해 제안 된 것으로서, CMP 공정을 수행하는 동안 기판 제거율 및(또는) 기판 제거 균일성을 향상시킬 수 있는 바깥쪽으로 경사진 표면 특성을 갖는 CMP 유지링 및 이를 이용하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다. 본 발명의 특징은 연마 공정 중에 CMP 유지링의 외부로 경사진 표면 형태 및 CMP 폴리싱 패드 사이의 상호 작용에 의해 연마 특성을 향상시킨다.

도 1은 독립적으로 작동하는 유지링과 캐리어 플레이트 장치를 갖는 종래의 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing; 이하 "CMP") 시스템의 간이 단면도;

도 2는 종래 CMP 유지링의 간이 사시도;

도 3은 반도체 기판을 CMP 공정으로 연마하는 동안 사용되는 종래의 CMP 유지링의 간이 부분 사시도;

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아치형의 홈이 형성된 표면 특성을 갖는 CMP 유지링의 간이 사시도;

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 기판을 CMP 공정으로 연마하는 중 사용되는 아치형의 홈이 형성된 표면 특성을 갖는 CMP 유지링의 간이 부분 사시도;

도 6은 본 발명의 일 시시예에 따른 아치형의 홈이 형성된 표면 특성을 갖는 CMP 유지링의 간이 오버헤드(overhead)도;

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 아치형의 홈이 형성된 표면 특성을 갖는 CMP 유지링의 일부를 보여주는 간이 사시도;

도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 아치형의 홈이 형성된 표면 특성을 갖는 CMP 유지링의 일부를 보여주는 간이 단면도와;

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 바깥쪽으로 태핑된 하부면을 갖는 CMP 유지링의 일부를 보여주는 간이 단면도;

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 안쪽으로 태핑된 하부면을 갖는 CMP 유지링의 일부를 보여주는 간이 단면도;

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 아치형의 홈이 형성된 표면 특성을 갖는 CMP 유지링의 간이 사시도;

도 12는 본 발명의 일 실시에 따른 아치형으로 움푹 들어간(딤플된) 표면 특성을 갖는 CMP 유지링의 간이 사시도;

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 아치형으로 융기된 범프 표면 특성을 갖는 CMP 유지링의 간이 사시도;

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 아치형의 리브형 표면 특성을 갖는 CMP 유지링의 간이 사시도;

도 15는 평탄한 표면을 갖는 종래의 CMP 유지링과 표면 특성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 유지링을 사용했을 때의, 평탄화된 8" BPSG 웨이퍼의 CMP 공정을 위한 직경 스캔 제거율을 보여주는 그래프;

도 16은 종래의 평탄한 표면을 갖는 CMP 유지링을 이용한 CMP 공정 이후의 중앙 및 평탄 두께를 보여주는, 64M SDRAM 층간 절연(interlayer dielectric; 이하 "ILD") 연마 웨이퍼의 오버헤드도;

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 특성을 갖는 유지링을 이용한 CMP 공정 이후의 중앙 및 평탄 두께를 보여주는, 64M SDRAM 층간 절연 연마 웨이퍼의 간이 오버헤드도;

도 18은 도 12의 상기 CMP 유지링의 간이 단면도;

도 19는 도 13의 CMP 유지링의 간이 단면도; 및

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분적으로 연장된 아치형의 홈이 형성된 표면 특성을 갖는 CMP 유지링의 간이 사시도이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 특징에 의하면, CMP 유지링은 내부 주변의 표면; 외부 주변의 표면; 및 상기 유지링의 하부면에서 정해지고 상기 유지링 내부 주변의 표면 또는 인접한 지점으로부터 상기 유지링 외부 주변의 표면 또는 인접한 지점까지 연장된 제 1 표면 특성을 포함한다. 상기 유지링은 상기 유지링 내부 주변의 표면 내에 수용된 기판의 하부면에 대해 화화적 기계적 연마를 수행하는 동안 상기 유지링의 하부 표면은 연마 패드의 상부면과 접촉하고 내리누르도록 조절된다. 상기 제 1 표면 특성은 상기 기판 하부막에 대해 화학적 기계적 연마를 수행하는 동안 상기 유지링 내부 주변의 표면 내에 위치한 상기 패드 상부면을 평탄화시켜 상기 패드 표면과 상기 기판 하부면 사이의 접촉 면적이 증가될 수 있도록 한다. 상기 유지링의 하부 표면은 안쪽으로 또는 바깥쪽으로 태핑될 수 있다. 상기 제 1 표면 특성은 부분적으로 표면 특성을 연장하는 것을 포함한다. 상기 제1 표면 특성은 화학적 기계적 연마 공정 중, 장력(tension)을 상기 패드의 상부 표면에 전달하도록 조절될 수 있다. 상기 장력은 바깥쪽 방향에서 상기 유지링 내부 주변 표면 쪽을 향해 작용하며, 이에 따라 사기 패드의 상부 표면이 평탄해 진다. 상기 제 1 표면 특성은 상기 유지링의 하부 표면 및 상기 패드의 상부 표면 사이의 상대 회전 방향에 대해 바깥쪽으로 경사가 질 수 있다.

상기 제 1 표면 특성은 복수개의 돌출물과 리세스 또는 이들의 혼합 형태를 포함한다. 상기 제 1 표면 특성은 상기 유지링 하부면과 상기 패드 상부면 사이의 상대 회전 방향에 대해 바깥쪽으로 경사짐으로써 동적 주변 스트레칭 운동이, 상기 기판과 인접하는 일부 상기 패드로부터 멀어져 상기 유지링 하부면과 접하는 일부 상기 일부 패드 쪽 방향으로, 상기 패드 상부면으로 전달된다. 상기 제 1 표면 특성은 복수개의 리세스들을 포함하되, 상기 리세스들은 적어도 하나의 홈(구루브), 딤플 또는 이들의 혼합된 형태로 정해진다. 상기 제 1 표면 특성은 복수개의 돌출물을 포함하되, 상기 돌출물은 적어도 하나의 리지(ridge), 범프(bump), 및 상승한 포인트(point) 또는 이들의 혼합된 형태를 포함한다. 상기 제 1 표면 특성은 복수개의 리세스들을 포함하되, 상기 각각의 리세스들은 상기 유지링 하부 표면에 형성된 홈 프로파일을 포함하며, 상기 유지링 내부 주변의 표면에서 정해진 인도 에지로부터 상기 유지링 외부 주변의 표면에서 정의된 꼬리 에지까지 연장되어 형성된다.

상기 홈이 형성된 프로파일은 상기 인도 에지와 상기 꼬리 에지 사이에서 아치 형태를 갖는다. 상기 아치 형태는 상기 유지링의 중앙점으로부터 측정하여 상기 내부 유지링 내부 주변 반경의 약 70% 내지 75% 반경을 갖는 원 위에 위치한 중앙점으로부터 측정하여 상기 유지링 내부 주변 반경의 약 55% 내지 65% 반경을 갖는 것으로 정의된다. 상기 홈이 형성된 프로파일은 상기 홈의 뒷면의 표면 상에서 정해진 각이 진 에지 필렛(fillet)을 포함할 수 있다. 상기 각이 진 에지 필렛이 조절되어 화학적 기계적 연마를 수행하는 도중에 상기 표면 특성과 상기 패드 상부면 사이의 동적 마찰력을 증가시킴으로써 동적 주변 스트레칭 운동을 상기 패드 상부면에 전달한다.

유지링은 상기 유지링 하부면 상에서 정해지고 상기 유지링 외부 주변의 표면 또는 인접한 지점으로부터 상기 유지링 내부 주변의 표면 또는 인접한 지점까지 연장되는 제 2 표면 특성을 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 표면 특성은 상기 유지링 하부면과 상기 패드 상부면 사이의 상대 회전 방향에 대해 안쪽으로 경사진 복수개의 돌출물과 리세스를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 표면 특성은 각각 상기 유지링 하부면 내에서 정해진 홈이 형성된 프로파일을 포함하는 복수개의 리세스들, 상기 유지링 내부 주변의 표면에서 정해진 인도 에지로부터 상기 유지링 외부 주변의 표면에서 정해진 꼬리 에지까지 연장되어 형성된 내부로 경사진 홈이 형성된 상기 제 1 표면 특성; 및 상기 유지링 외부 주변의 표면에서 정해진 인도 에지로부터 상기 유지링 내부 주변의 표면에서 정해진 꼬리 에지까지 연장되어 형성된 내부로 경사진 홈이 형성된 상기 제 2 표면 특성을 포함한다.

유지링은 적어도 하나의 제 1 물질을 더 포함하며 이때, 상기 제 1 표면 특성은 혼합 구조를 갖는 제 1 표면 특성을 형성하기 위해 적어도 하나의 제 2 물질을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 혼합 구조를 갖는 제 1 표면 특성은 다수의 리세스를 포함하며, 상기 각 리세스는 유지링의 하부면에 정해진 홈이 형성된 프로파일을 포함하고, 상기 유지링은 폴리페닐설파이드로(polyphenylsulfide) 형성되고, 상기 홈이 형성된 프로파일의뒤쪽은 카바이드(carbide)로 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, CMP 헤드 어셈블리는 기판으로 하향 압력을 가함으로써 화학적 기계적 연마를 수행하는 동안에 상기 기판의 하부면이 연마 패드의 상부면에 대하여 압력을 받도록 하는 캐리어 플레이트; 상기 화학적 기계적 연마를 수행하는 도중에 상기 유지링의 내부 주변의 표면 안에 상기 기판을 수용하되, 상기 유지링은 적절하게 상기 캐리어 플레이트에 장착되고 상기 캐리어 플레이트의 상부면에 가해진 상기 하향 압력과는 관계없이 상기 연마 패드 상부면에 상기 하향 압력을 가하도록 조절된 하부면을 갖는 유지링; 및 상기 유지링의 하부면 상에서 정해지고 상기 유지링 내부 주변의 표면 또는 인접한 지점에서부터 상기 유지링 외부 주변의 표면 또는 인접한 지점까지 연장된, 상기 화학적 기계적 연마를 수행하는 도중에 상기 패드 상부면에 동적 주변 스트레칭 운동이 전달되어 상기 패드 상부면과 상기 기판 하부면 사이의 압력 균일성이 증가하도록 하는 제 1 표면 특성을 포함한다.

상기 제 1 표면 특성은 상기 유지링 하부면과 상기 패드 상부면 사이의 상대 회전 방향에 대해 바깥쪽으로 기울어져 있다. 상기 제 1 표면 특성은 복수개의 리세스와 돌출물 또는 이들이 혼합된 형태를 포함하되, 상기 리세스들은 적어도 하나의 딤플, 홈 또는 이들의 혼합된 형태로 정해지고 상기 돌출물은 적어도 하나의 리지, 범프, 및 상승된 포인트 또는 이들의 혼합된 형태로 정해진다. 상기 제 1 표면 특징들은 각각 상기 유지링 하부면 내에 정해진 바깥쪽으로 경사진 홈이 형성된 프로파일을 포함하고 상기 유지링 내부 주변의 표면에서 정해진 인도 에지로부터상기 리테이닝 링 외부 주변의 표면에서 정해진 꼬리 에지까지 연장된 복수개의 리세스들로 구성된다. 상기 홈이 형성된 프로파일은 상기 인도 에지와 상기 꼬리 에지 사이에서 아치 형태를 갖게 된다. 상기 홈이 형성된 프로파일은 상기 홈의 뒷면의 표면 상에서 정해진 각이 진 에지 필렛을 포함한다. 상기 홈이 형성된 프로파일은 상기 인도 에지와 상기 꼬리 에지 사이에서 아치 형태를 갖고 상기 홈의 뒷면의 표면 상에서 정해진 각이 진 에지 필렛을 포함한다.

상기 유지링 하부면 상에서 정의되고 상기 유지링 외부 주변 표면 또는 인접한 지점으로부터 상기 유지링 내부 주변의 표면 또는 인접한 지점까지 연장된 제 2 표면 특성을 더 포함하되, 상기 제 2 표면 특성은 상기 유지링 하부면과 상기 패드 상부면 사이의 상대 회전 방향에 대해 안쪽으로 경사진 복수개의 홈이 형성된 프로파일로 구성되며, 상기 안쪽으로 경사진 홈이 형성된 프로파일들은 각각 상기 바깥쪽으로 경사진 홈이 형성된 프로파일들과 교차한다. 상기 유지링은 적어도 제 1 물질을 포함하고 상기 제 1 표면 특성은 혼합 구조를 가진 제 1 표면 특성을 형성하기 위한 적어도 하나의 제 2 물질을 포함한다. 상기 유지링은 폴리페닐설파이드로 구성되고 상기 홈일 형성된 프로파일의 뒷면은 카바이드로 구성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 화학적 기계적 기판 연마 방법은 CMP 연마 패드의 상부면과 접하고 CMP 유지링 내부 주변의 표면 내에 상기 기판의 하부면을 위치시키는 단계; 상기 CMP 연마 패드 상부면에 접하는 상기 CMP 유지링의 하부면을 위치시키는 단계; 및 상기 CMP 유지링의 하부면과 상기 연마 패드 상부면 사이에서 상대적으로 회전하도록 상기 CMP 유지링과 상기 CMP 연마 패드 상부면을회전시키는 단계를 포함하되, 상기 유지링은 상기 유지링 하부면 상에서 정의된 제 1 표면 특성을 포함하며, 상기 제 1 표면 특성은 상기 유지링 하부면과 상기 패드 상부면 사이의 상대 회전 방향에 대해 바깥쪽으로 기울어져 있다. 상기 제 1 표면 특성은 부분적으로 표면 특성을 연장하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제 1 표면 특성이 조절되어 상기 기판 하부면에 대한 화학적 기계적 연마를 수행하는 동안에 상기 유지링 내부 주변의 표면 내에 위치된 상기 패드 상부면을 평탄화시켜서 상기 패드 상부면과 상기 기판 하부면 사이의 접촉 면적을 증가시킨다. 상기 제 1 표면 특성이 조절되어 상기 화학적 기계적 연마 동안에 상기 패드 상부면에 장력을 전달하되, 상기 장력은 외부 방향에서 상기 유지링 내부 주변의 표면으로 가해져서 상기 패드 상부면이 평탄화된다.

이 방법에 있어서, 상기 제 1 표면 특성은 복수개의 돌출물과 리세스 또는 이들의 혼합 형태를 포함하되, 상기 제 1 표면 특성은 상기 유지링 하부면과 상기 패드 상부면 사이의 상대 회전 방향에 대해 바깥쪽으로 경사짐으로써 동적 주변 스트레칭 운동이, 상기 기판과 인접하는 일부 상기 패드로부터 멀어져 상기 유지링 하부면과 접하는 일부 상기 일부 패드 쪽 방향으로, 상기 패드 상부면으로 전달된다. 상기 제 1 표면 특성은 복수개의 리세스와 돌출물 또는 이들의 결합된 형태로 구성되며, 상기 리세스들은 적어도 하나의 홈, 딤플 또는 이들의 결합된 형태로 정해지며 상기 돌출물은 적어도 하나의 리지, 범프, 및 상승 포인트 또는 이들의 결합된 형태로 정해진다. 상기 제 1 표면 특성은 복수개의 리세스들을 포함하되, 상기 각각의 리세스들은 상기 유지링 하부면 내에서 정해지고 상기 유지링 내부 주변의 표면에서 정해진 인도 에지로부터 상기 유지링 외부 주변의 표면에서 정의된 꼬리 에지까지 연장된다.

이 방법에 있어서, 상기 홈이 형성된 프로파일은 상기 인도 에지와 꼬리 에지 사이에서 아치 형태를 갖는다. 상기 홈이 형성된 프로파일은 상기 홈의 뒷면의 표면 상에서 정해진 각이 진 에지 필렛을 포함한다. 상기 유지링은 상기 리테이닝 하부면 상에서 정의되고 상기 유지링 외부 주변 표면 또는 인접한 지점으로부터 상기 유지링 내부 주변의 표면 또는 인접한 지점까지 연장된 제 2 표면 특성을 더 포함하되, 상기 제 2 표면 특성은 상기 유지링 하부면과 상기 패드 상부면 사이의 상대 회전 방향에 대해 내부로 경사진 복수개의 홈이 형성된 프로파일로 구성되되, 상기 내부로 경사진 홈이 형성된 프로파일들은 각각 상기 외부로 경사진 홈이 형성된 프로파일들과 교차한다.

이 방법에 있어서, 상기 유지링은 적어도 하나의 제 1 물질을 포함하고, 상기 제 1 표면 특성은 혼합 구조를 가진 제 1 표면 특성을 형성하기 위한 적어도 하나의 제 2 물질을 포함할 수 있다. 상기 유지링은 폴리페닐설파이드로 구성되고 상기 홈일 패인 프로파일의 뒷면은 카바이드로 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

개시된 방법 및 장치의 실시에 있어서, 연마 중에 기판 하부의 연마 패드의 상부면(또는 연마 면)을 평탄화시킬 수 있는 바깥쪽으로 경사진 표면 특성이 하부면(또는 패드면)에 형성된 유지링을 제공한다. 연마 패드와 유지링 사이의 상대적 회전 방향에 대해, 상기 바깥쪽으로 경사진 특성을 갖는 표면은 상기 유지링의 내부 주변에 또는 그와 인접한 곳에 정해진 인도 에지(leading edge)와 상기 유지링의 바깥 주위에 또는 그와 인접한 곳에 정해진 꼬리 에지(trailing edge)를 갖는다. 상기 인도 에지와 꼬리 에지 사이에 연장된 표면 특성 프로파일이 정해질 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 상기 연마 헤드 어셈블리 하부와 연마되고 있는 기판 하부의 폴리싱 패드의 상부면을 평탄화시키도록 상기 외부로 경사진 특성을 갖는 표면은 연마 중에 상기 패드 상에 스트레칭(stretching) 및 푸싱(pushing) 운동을 제공한다. 상기 표면의 형태들은 간헐적으로 리세스된 영역들 및(또는) 돌출된 영역들로서 상기 CMP 유지링의 하부면 상에 제공될 수 있다.

이로써, 상술한 유지링의 표면 특성에 따라 연마 패드 상부 표면이 평탄화되고 연마된 기판의 에지 프로파일 및 이와 관련된 두께 균일성(thickness uniformity)을 향상시킨다. 유지링 작동에 대해 특별한 요구 없이도 이런 장점들은 성취될 수 있다. 또한, 웨이퍼의 에지에 관련된 헤드 사이의 편차(head-to-head variation)가 멀티-헤드 장치(multi-head machine) 상에서 감소될 수 있다. 또한, 플랫-존 성능(flat-zone performance)이 향상되어 반도체 기판의 상기 플랫-존이 너무 많이 연마되지도 않고(not over-polishing) 상기 기판의 외부 주변 영역이 너무 조금 연마되지도 않는다(not under-polishing). 다시 말해, 패턴 집적 의존도(pattern density dependency)가 낮으면서 웨이퍼 레벨 및 2-레벨(level and di-level)의 평탄도가 향상된다.

상술한 외부로 경사진 표면 특성을 갖는 유지링이 포함된 CMP 연마 시스템이 사용되면 연마율(polishing rate)이 더 높아지고 작업처리량(throughput)이 향상된다. 이러한 장점은 상술한 특성을 갖는 유지링들의 표면이 연마 패드 상부면과 상호 작용에 의해 어느 정도 달성된다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서는 유지링 표면 부위의 비교적 날카로운 에지들이 사용되어 상기 패드가 조절되고 슬러리의 운송이 용이해진다.

여기에 개시된 방법 및 장치는 연마 공정 동안에 CMP 유지링(retaining ring)이 CMP 연마 패드(polishing pad)에 접촉하는 임의의 CMP 공정 시스템에 사용될 수 있다. 이와 같은 연마 시스템들의 예에서는("Applied Material"로부터 구입할 수 있는) Mirra, Strasbaugh, SpeedFam 등과 같은 개별적으로 작동하는 CMP 유지링들과 캐리어 플레이트(carrier plate)를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 시스템에 대한 더욱 자세한 정보는 여기에서 참조한 "U. S. Pat. No. 5,681,215"에서 얻을 수 있을 것이다.

개시된 방법과 장치가 이용된 CMP 적용의 예는 반도체 기판 또는 다른 형태의 기판의 표면을 제거하는 임의의 CMP 적용을 포함한다. 여기에서 사용된 "기판"은 실리콘 또는 갈륨비소(GaAs)와 같은 반도체 웨이퍼 기판을 포함하는 임의의 반도체 기판을 일컬으나, 여기에 한정도지 않는다. 여기서, "기판"은 특히 반도체 웨이퍼 또는 상기 웨이퍼 상에 형성된 다양한 공정 층들을 갖는 반도체 웨이퍼를 포함한다는 것은 명백하다. 여기서, "층(layer)"은 "막(film)"과 통용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서는 상기 개시된 방법과 장치가 64M SDRAM 제품용 BPSG(borophosphosilicate glass) 막을 CMP 공정으로 연마하는데 사용되어 사진 공정 및 소자 수율(device yield)을 향상시킨다. 적용의 다른 예들은 64M SDRAMSTI-CMP 공정들과 텅스텐, 구리, 폴리실리콘, 알루미늄, 산화물, 및 이들의 화합물을 포함하는 임의의 CMP 공정을 포함하지만, 여기에 한정되지 않는다.

도 4는 CMP 유지링(50)의 하부면(또는 패드 면)(54) 상에 정해진 아치형의 홈이 형성된 표면 특성(52)을 갖는 상기 유지링(50)의 일 실시예를 보여준다. 도 5는 기판(60)을 CMP 공정으로 연마하기 위해 사용되어진 도 4에 도시된 상기 유지링(50)을 보여준다. 상기 연마 공정 중에, 상기 유지링(50)의 하부면(54)은 CMP 연마 패드(62)의 상부 표면(또는 연마 표면)(64)에 접촉된다. 도시된 바와 같이, 연마 중에는 상기 유지링(50)은 CMP 패드(62)의 상기 상부 표면(64)과 접촉하는 위치 및 연마 패드 표면(64)과 CMP 캐리어 플레이트(도면에 미도시) 사이의 위치 내에 기판(60)이 담겨져 유지되도록 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 캐리어 플레이트(도면에 미도시), 기판(60), 및 유지링(50)이 상술한 바와 같이 연마 패드(64)에 대해 어느 정도 회전할 수 있도록 상기 연마 공정 동안에 연마 패드(64) 및(또는) CMP 헤드 어셈블리가 회전된다. 패드(62)와 상기 헤드 어셈블리의 회전 방향은 반대이거나 동일하며(화살표가 지시하는 바와 같이), 회전축이 다르거나 동일하다. 또는, 상기 패드(62)와 유지링(50) 중에 하나만이 회전할 수 있다. 상기 패드(62)와 유지링(50)에 대하여 사용된 "상대 회전(relative rotation)"은 상기 패드(62) 및(또는) 유지링(50)의 동작이 결합하여 발생된 상기 패드(62)의 상부면과 상기 유지링(50)의 하부면 사이의 상대적인 회전 동작의 차이를 의미한다. 동시에, 상기 헤드 어셈블리는 도 5의 화살표가 보여주는 바와 같이 상기 패드(62)에 대해 전후좌우로 움직일 수 있다. 연마 패드(62)에 대한 헤드 어셈블리와 기판(60) 운동의 임의적 결합은 오직 하나의 헤드 어셈블리 또는 연마 패드(62)의 회전 및(또는) 상기 헤드 어셈블리가 측면으로는 움직이지 않는 상태에서의 헤드 어셈블리 및(또는) 연마 패드(62)의 회전을 포함하지만, 여기에 한정되지 않음은 명백하다. 또한, 상기 패드(62)에 대한 헤드 어셈블리의 타원 운동 및(또는) 전후좌우 운동 역시 이용될 것이다.

도 3으로 돌아가면, 종래의 CMP 공정 동안에 하부 패드 압력 영역(32)과 하부 기판 압력 영역(33)이 유지링(20)의 내부 주변 에지(inner peripheral edge)로부터 기판(22)의 중앙으로(또는 중앙 내부로) 형성되는데, 상기 주변 영역에 간격(gap)이 발생하여 적어도 연마 패드(12)의 상부면(15)과 기판(22)이 접촉하는 지점까지 연장된다. 상기 영역들(32, 33) 내에서 패드 압력과 기판 압력이 낮아지기 때문에, 기판(22)의 표면을 가로지르는 압력의 균일성(pressure uniformity)이 감소하며 심할 경우에는 상기 패드 및 기판 사이에 간격이 발생될 수 있다. 종래의 평탄화된 표면을 갖는 유지링(20)이 사용되어 기판(22)을 연마하면, 두 개의 편향력(deflection force) 중에 적어도 하나에 의해 감소된 상기 패드 압력과 기판 압력의 불필요한 영역들이 형성되기도 한다. 종래의 유지링(20)의 평탄화 표면이 내리누르면, 연마 패드의 상부면(15)의 강도 효과(rigidity effect)에 의해 정적 편향력(static deflection force)이 생긴다. 감소된 상기 압력의 영역들(32, 33) 내에는, 상부면(15)의 강도가 지속적으로 분리되고(분리되거나), 상기 상부면(15)의 강도와 같은 많은 요소들에 의존하는 내부로의 거리를 위한 상기 상부면(15)과 기판(22) 사이의 낮은 압력과 상기 유지링(20) 및/또는 상기 기판(22) 에 의한 압력을 상기 패드 표면(15) 및 상기 패드 표면(15)에 대해서 상기 유지링(20)의 평탄한 면(30)과 상기 기판(22)의 하부 표면(23) 사이 거리에 전달한다.

헤드와 플래튼이 회전하고 있을 때, 상기 패드 표면(15)의 정적 편향력과 더불어 또는 번갈아 가며 동적 편향력(dynamic deflection force)이 발생한다. 이와 같은 경우에, 연마 패드(12)를 가로질러 움직이는 헤드 어셈블리의 방향에 인접한 유지링(20)의 인도 내부 주변(leading inner periphery)의 꼬리 에지(trailing edge)가 분할되어, 간격 영역(gap area)(32)에 도시된 바와 같이, 패드 표면(15)을 하부로 편향시킨다. 상기 연마 패드(12)를 가로질러 움직이는 상기 헤드 어셈블리의 방향에서 멀리 떨어진 상기 유지링(20)의 꼬리 내부 주변(trailing inner periphery)의 인도 측(leading side)도 분할되어, 영역(33) 내의 연마 패드 표면(15)을 하부로 편향시킨다. 상기 유지링(20)의 인도 측의 내부 주변 상에 동적 편향 특성(dynamic deflection characteristics)이 상술한 정적 편향력에 더해져, 감소된 압력 영역(32)의 깊이, 또는 상기 패드 표면(15)이 압력을 회복하고(회복하거나) 기판 하부면(23)과 접촉하는 지점의 길이를 더욱 연장시킨다. 동일하게, 예를 들어, 종래의 유지링(20)의 꼬리 측(trailing side)의 내부 주변에 바로 인접하는 패드 표면(15)의 면적이 증가함으로써, 감소된 압력 영역(33)은 상기 유지링(20)의 꼬리 측의 내부 주변에서 실질적으로 그 길이가 감소하게 된다.

도 3과는 반대로, 상술한 외부로 경사진 표면 특성을 갖는 유지링들은 하부 패드 압력 영역(32)과 하부 기판 압력 영역(33)을 감소시키거나 사실상 제거함으로써, 연마 균일성을 증가시키는 역할을 한다. 기판의 표면(70)을 가로지르는 패드압력이 더 균일하게 분포하기 때문에, 이러한 현상을 "패드/기판 압력 균일성의 증가"라고 말한다. 도 5를 참조하면, 연마 패드(62)의 상부면(64)을 어느 정도 스트레칭(stretching)시키기 위해서 연마 공정을 수행하는 동안, 유지링(50)의 하부면(또는 패드 면)(54) 상의 아치형의 홈이 형성된 표면 형태(52)와 상기 연마 패드(62)의 상부면(또는 연마 표면)(64)의 상호작용을 통해 에지 영역(66)에서 하부 기판(60)을 더욱 평탄하게 만든다. 화살표(68)가 나타내는 바와 같이, 기판(60)의 중앙으로부터 멀어지며 유지링(50) 주변으로의 향하는 바깥쪽으로의 방향 내에서 상기 패드(62)의 상부면(64)에 전달된 장력(tension)에 의해 상기 스트레칭 운동이 상기 패드(62)의 상부면(64)에 전달된다. 상기 에지 영역들(66)에 도시된 바와 같이, 접촉/동일 하강력(downforce) 또는 패드/기판 압력이 상기 연마 패드(62)의 상부면(64)과 상기 기판(60)의 하부면(70) 사이에서 상기 기판(60)의 외부 에지 주변 에지까지 또는 이들 근처까지 유지된다. 따라서, 상기 기판(60)의 하부막(70) 사이의 접촉 면적이 증가되고 상기 플랫 존(66)을 포함하여 기판(60)의 하부 표면(70) 전반에 걸쳐 연마의 균일성을 얻을 수 있다. 이에 따라, 에지 프로파일 두께의 균일성이 향상된다.

도 5를 다시 참조하면, 상기 유지링(50)의 주변 내에 위치한 연마 패드(62)의 표면(64)을 평탄화시키는 패드 표면(64)에 가해진 외부 장력에 의해 동적 및 정적 편향력이 모두 반작용(counteraction)을 한다. 상기 유지링이 상기 패드(62)와 접촉하여 회전할 때, 상기 패드 표면(64)에 가해진 장력이 상술한 특성을 갖는 유지링(50) 표면에 의해 전달된다.

도 4에 있어, 아치형의 홈이 형성된 특성을 갖는 표면(52)은 각각 화살표가 지시하는 바와 같이, 링/패드의 차동 회전 방향(differential direction of rotation)으로 바깥쪽으로 기울어져 있다. 외부로 경사진 특성을 가진 각 표면(52)은 기판 특성 프로파일(57)에 의해 연결된 인도 에지(56)와 꼬리 에지(58)를 가지고있다. 상기 유지링(50)의 하부면(또는 패드 면)(54)과 연마 패드(62)의 상부 표면(또는 연마 표면)(64) 사이의 상대 회전이 화살표에 의해 지시된 방향일 때, 상기 기판 특성 프로파일(57)은 인도 에지(56)가 꼬리 에지(58)에 선행하도록 경사진다. 결과적으로, 바깥쪽으로 경사진 특성을 갖는 각 표면(52)은 패드 표면(64)과 접촉하고 움켜지거나 상기 패드 표면(64)과 마찰을 일으킴으로써, 상기 패드 표면(64)에 대해 경사진 특성을 갖는 상기 표면(52)의 동적인 운동에 의해 상기 유지링(50)의 외부 주변 방향으로 상기 연마 패드 표면(64)을 푸싱(pushing) 및 스트레칭(stretching)시키거나 전위(displacement)시킨다. 이러한 스트레칭 운동을 여기서는 "동적 주변 스트레칭(dynamic peripheral stretching)"이라 한다.

여기에 사용된 "경사진 표면 특성 프로파일(inclined surface characteristics profile)"은 표면 특성의 인도 에지와 꼬리 에지 사이의 직선형, 아치형, 또는 다양한 프로파일 형태를 가진 표면 특성 프로파일들을 포함한다. 상기 다양한 프로파일 형태들은 직선형 및 아치형 프로파일들이 결합된 형태들, 다른 아치형 프로파일 형태들이 결합된 형태들, 불규칙 프로파일 형태들(예를 들어, 비직선형 및 비아치형) 등을 포함한다. 또한, 여기의 "바깥쪽으로 경사진 표면 특성 프로파일(outwardly inclined surface characteristics profile)"은 유지링의 내부주변에서 정의된 인도 에지와 상기 유지링의 외부 주변에 정해진 대응되는 꼬리 에지를 갖는 표면 특성 프로파일을 말한다. 상기 인도 및 꼬리 에지는 유지링의 하부면과 연마 패드의 상부면 사이의 상대 회전 방향에 대하여 정해지며, 상대 회전 방향으로 회전할 때, 인도 에지가 상기 연마 패드의 상부면에 대해 동일한 프로파일을 갖는 상기 대응되는 꼬리 에지보다 선행한다. "안쪽으로 경사진 표면 특성 프로파일(inwardly inclined surface characteristics profile)"은 유지링의 외부에 정해진 인도 에지와 상기 유지링의 내부 주변에 정해진 대응되는 꼬리 에지를 갖는 표면 특성 프로파일을 말한다. 상기 인도 및 꼬리 에지는 상술한 링/패드 상대 회전 방향에 대하여 정해진다. 상기 표면 특성 프로파일이 실제로 유지링의 주어진 주변에 교차하든지 상기 주어진 주변에 인접한 곳에만 정해진 단부(end)를 갖든지, 본 발명에서는 인도 또는 꼬리 에지가 상기 주어진 주변에 가장 근접하게 배치된 표면 특성 프로파일의 일부 일 때, 상기 인도 또는 꼬리 에지는 상기 유지링의 상기 주어진 영역에 정해진("defined at") 것으로 간주한다.

표면 특성(52)에 의해 연마 패드 표면(64)에 가해진 바깥쪽으로의 장력의 양은 상기 패드 표면(64)에 대한 유지링(50)의 압력, 상기 유지링(50)과 패드 표면(64) 사이의 상대 회전 속도, 상기 표면 특성(52)의 경사도, 상기 표면 특성(52)의 형태, 상기 표면 특성(52)의 수효 및 집적도 등과 같은 요소에 의해 결정된다. 따라서, 본 발명의 특징에 있어서, 표면 특성의 수효와 치수를 변화시켜 개별적 환경들과 연마 패드 물질에 맞는 최적의 장력을 얻을 수 있음은 이 분야에 통상적인 지식을 가진 자들에게는 명백하다.

도 6은 아치형의 바깥쪽으로 경사진 표면 특성(52)을 갖는 유지링(50)의 일 실시예, 예를 들면 도 4에 도시된 아치형의 홈이 형성된 유지링(50)의 표면 특성을 보여준다. 바깥쪽으로 경사진 표면 특성(52)은 상기 유지링(50)의 내부 주변 벽(90)에 정해진 인도 에지(56)와 상기 유지링(50)의 외부 주변 벽(92)에 정해진 꼬리 에지(58)를 갖는다. 도 4에 도시된 홈(groove 또는 trench)과 같은 아치형 프로파일(57)은 각 인도 에지(56)와 꼬리 에지(58) 사이에 정해진다. 도 6에 도시된 실시예에 있어서, 36개의 표면 특성(예를 들어, 홈)이 약 8"의 내부 주변 직경과 약 10"의 외부 주변 직경을 갖는 유지링 안에 정의되어 8" 직경 반도체 웨이퍼를 홀딩하도록 배열된다. 홈이 형성된 표면 특성을 포함한 표면 특성은 폭과 깊이를 변화시켜 배열될 수 있을 것이다. 도 6의 실시예에 있어서, 홈이 형성된 표면 특성은 각각 약 1/4"의 폭과 약 1/4"의 깊이를 갖는데, 이들 용어들은 아래에서 더 정의된다.

치수들은 개별적 표면 특성(예를 들어, 각각 간헐적인 범프와 딤플(dimple) 등의 치수)이라 용어로 표현되거나, 전 표면 특성 프로파일 치수들(예를 들어, 간헐적인 다중 특성(multiple characteristics)으로 구성된 프로파일의 전 치수들 또는 홈이나 리지 등의 단일 특성(single characteristic)으로 구성된 프로파일의 전 치수들)이라는 용어로 표현될 수 있다.

여기서, 자연적으로 융기하고(융기하거나) 리세스 되었는지에 상관없이, 표면 특성 또는 표면 특성 프로파일의 "폭"은 개별적 표면 특성의 앞뒤 경계면 사이(예를 들어, 도 8b에 도시된 홈이 패인 특성(52)을 가진 표면의 앞면(99)과뒷면(95) 사이)에서의 수평 거리로 정의된다. 일 실시예에 있어서, 8" 반도체 웨이퍼를 연마하도록 배열된 CMP 유지링을 사용하기 위한 홈이 형성된 표면 특성 프로파일의 폭은 약 1/8" 내지 1/2"이며, 이 값은 더 크거나 적더라도 또한 개별적 표면 특성 내에서 변하더라도 무방하다.

여기서, 리세스된 표면 특성 또는 표면 특성 프로파일의 깊이는 표면(54)으로부터 가장 먼 상기 리세스된 표면 특성의 경계와 유지링의 하부면(패드 면)(54) 사이의 수직 거리(예를 들어, 도 8b나 도 18에 도시된바와 같이 표면(54)과 홈이진 또는 딤플된 표면 특성의 바닥(102) 사이의 수직 거리)로 정의된다. 이와 동일하게, 융기된 표면 특성 또는 표면 특성 프로파일의 높이는 표면(54)으로부터 가장 먼 상기 융기된 표면 특성의 경계와 유지링의 하부면(또는 패드 면)(54) 사이의 수직 거리(예를 들어, 도 14와 도 19에 도시된 표면(54)과 융기된 표면 특성의 정점(top 또는 apex) 사이의 수직 거리)로 정의된다.

일 실시예에 있어서, 8" 반도체 웨이퍼를 연마하도록 배열된 CMP 유지링을 사용하기 위한 홈이 형성된 표면 특성 프로파일의 깊이는 약 1/8" 내지 1/2"이다. 융기된 표면 특성을 갖는 다른 실시예에서는, 이와 유사한 치수도 가능하다. 이들에 있어, 깊이나 높이가 더 작거나 더 크더라도, 그리고 개별적 표면 특성 내에서 깊이나 높이의 값이 변해도 무방하다. 또한, 동일한 유지링 상에 융기된 표면 특성과 리세스된 표면 특성이 혼합되거나, 더욱이 표면 특성 프로파일 내에서 그 값들이 변해도 역시 무방하다. 폭, 깊이, 및 높이의 치수가 다르더라도, 8" 링들에 사용된 표면 특성의 폭, 깊이, 및 높이는 12" 링들에도 사용될 수 있다.

이 실시예에서는 유지링(50)이 8" 반도체 웨이퍼에 사용되었지만, 여기에 개시된 방법 및 장치는 상술한 CMP 방법과 유사한 방식으로 유지링들과 연마 패드들을 사용하여 연마된 반도체 웨이퍼와 임의의 다른 기판 형태를 포함한, 다른 치수를 갖는 기판들(예를 들어, 12", 6", 4" 등의 직경을 가진 반도체 웨이퍼들 및 다른 기판들)을 연마하기 위해 크기 별로 배열된 유지링들을 사용할 수 있음은 명백하다. 또한, 임의의 특별한 응용에서 표면 특성 프로파일들의 개수는 필요에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어, 8" 반도체 웨이퍼를 연마하기 위해 사용된 개시된 방법 및 장치의 다른 실시예는 도 6에 도시된 바와 같은 치수를 가진 CMP 유지링 내에 30개의 표면 특성 프로파일(예를 들어, 홈)을 사용할 수 있다.

도 6은 일 예로서, 아치형의 표면 특성을 가지는 8" I. D. 유지링을 개략적으로 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 아치형의 안쪽으로 경사진 프로파일(52)은, 유지링(50)의 중점(center point)으로부터 측정할 때 상기 유지링(50)의 내부 주변 반경의 대략 70% 내지 75% 정도의 반경을 갖는 원 상에 위치한 중점으로부터 측정할 때, 상기 유지링(50)의 내부 주변 반경의 약 55% 내지 65% 정도의 반경을 갖는다. 도 6에 도시된 실시예에 있어서, 아치형 프로파일들(52)은, 유지링(50)의 중점으로부터 약 2.89"의 반경(또는 상기 유지링(50)의 내부 주변 반경의 약 72% 정도의 반경)을 갖는 원 상에 위치한 중점으로부터 측정할 때, 약 2.44"의 반경(또는 상기 링(50)의 내부 주변 반경의 약 61% 정도의 반경)을 갖는다. 이 관계는 8"보다 크거나 작은 내부 주변 직경을 가지며 리세스 또는 돌출된 구조의 표면 특성을 갖는 유지링에 적용될 수도 있다. 또한, 이 관계는 단지 예시에 불과하며 상기반경 값은 주어진 백분율 범위의 상한 값과 하한 값 중 어느 하나 또는 모두를 벗어나도 무방하다.

계속 도 6을 참고하면, 표면 특성 프로파일들은 주어진 각에서 유지링(50)의 내부 주변 표면과 외부 주변 표면의 접선(tangent)과 교차하는 형태를 가진 것으로 설명될 수 있다. 예를 들어, 각 B-1은 아치형 프로파일(57)의 접선이 상기 유지링(50)의 외부 주변의 접선과 교차하는 곳에서의 각을 나타낸다. 마찬가지로, 각 B-2는 아치형 프로파일(57)의 접선이 상기 유지링의 내부 주변의 접선과 교차하는 곳에서의 각을 나타낸다. 비아치형 직선형 프로파일에 있어, 상기 각 B-1과 B-2는 단지 직선 프로파일형이 상기 링(50)의 주변 에지의 접선과 교차하는 각이다.

아치형 프로파일들의 실시예에 있어, 각 B-1의 범위는 대략 30°내지 60°이고 각 B-2의 범위 역시 대략 30°내지 60°이다. 이때, 상기 각 B-1과 B-2는 일정 아크 프로파일(constant arc profile)에 대해서는 동일하지만 가변 아크 프로파일(variable arc profile)에 대해서는 그 값이 달라진다. 직선형 프로파일들의 다른 실시예에 있어, 각 B-1의 범위는 대략 80°내지 10°이고 각 B-2의 범위 역시 대략 80°내지 10°이다. 이때, 상기 각 B-1과 B-2는 직선형 프로파일들에 대해서는 동일하지만 가변적 직선형 프로파일(variable linear profile)에 대해서는 그 값이 달라진다.

직선형 또는 아치형 프로파일이던 간에, 상기 각 B-1과 B-2가 변하여, 예를 들어, 외부 꼬리 에지보다 좁은 내부 인도 에지를 갖는 프로파일(예를 들어 홈)을 제공할 수 있다. 또는 그 반대의 경우 즉 내부 인도 에지보다 좁은 외부 꼬리 에지를 갖는 프로파일을 제공할 수 있다. 역방향의 내부로 경사진 슬러리 전송 홈들(slurry transfer grooves)을 갖는 실시예들에 있어서, 내부 꼬리 에지 홈보다 넓은 외부 인도 에지 홈이 사용되어 내부로 슬러리가 전송되는 것을 도울 수 있다. 상술한 각에 대한 값은 단지 예시적인 것에 지나지 않으며, 각 B-1 및 B-2 보다 다소 작거나 큰 값을 가지는 경우도 가능하다. 또한 직선형 및 아치형 각의 조합도 가능하다. 예를 들어, 내부 주변에서의 아치형 프로파일 각이 외부 주변에서의 직선형 프로파일 각이 결합되거나 그 반대의 경우도 가능하다.

8" 반도체 웨이퍼들을 연마하기 위한 CMP 유지링에 사용된 표면 특성 프로파일들은, 예를 들어 총 30 내지 36 개 정도이다. 이에 관해서, 개별적 "프로파일"은 유지링의 하부면 상에 정해진 홈, 융기(ridge) 또는 다른 형태인 일 수 있다. 이와 같은 형태들은, 예를 들어 범프(bump) 같은 더 작은 융기들, 만입(indentation), 돌출물(protrusion) 등의 단속적인 특성으로 이루어질 수 있다. 도면에 있어서, 참조번호 52로 라벨링된 점선 원은 개별적 표면 형태 또는 프로파일을 나타낸다. 직경 12" 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 CMP 유지링들에 사용된 프로파일은, 예를 들어 총 44 내지 52 개 정도이다. 이에 관해, 상기 직경 12" 반도체 웨이퍼를 연마하는데 사용된 CMP 유지링은 약 12" 정도의 내부 주변 직경과 약 14" 정도의 외부 주변 직경을 갖는다. 가능한 다른 실시예에 있어, 8" 와 다른 직경(예를 들어, 12" 직경)의 링들은 8" 직경의 링들에 주어진 프로파일의 개수와 동일한 만큼의 많은 프로파일을 가지지만, 8" 링과 상기 다른 직경을 갖는 링(의 직경) 둘레 사이의 둘레(또는 직경)의 비율에 따르는 프로파일의 개수는 커질 수도 적어질 수도 있다.

상술한 프로파일 총 개수의 범위는 단지 예시적인 것에 불과하며, 임의의 주어진 CMP 유지링의 프로파일 개수가 상기 범위의 값보다 적거나 커도 무방함은 명백하다. 또한, 여기에 설명된 임의의 리세스 또는 둘출 형태의 표면 특성 실시예들은 그 개수와 형태에 있어 도 6에 관련하여 도시되고 설명된 것과 유사하게 적용될 수 있다. 이는 돌출(예를 들어, 범프, 리지 등)된 표면 특성과 리세스(예를 들어, 홈, 트렌치, 딤플 등)된 표면 특성을 모두 포함한다.

도 4와 도 6이 아치형 및(또는) 홈이 형성된 표면 특성(52)을 갖는 몇몇 실시예이지만, 본 발명에 있어서 패드 표면과 반대로 유지링이 회전하는 동안에 상기 연마 패드 표면에 외부 장력(outward tension)을 전달하는데 적합한 외부로 경사진 표면 특성을 가진 임의의 프로파일 및(또는) 구성이 사용될 수 있음은 명백하다. 이와 같은 표면 특성의 예들은 비아치형 및 직선형 또는 불규칙 특성들을 포함하지만, 여기에 한정되지는 않는다. 여기서, 상기 불규칙 특성들은 유지링이 연마 패드 표면과 반대로 회전하는 동안에 외부 링 꼬리 에지에 선행하는 내부 링 인도 에지를 갖는다. 다른 가능한 구성들은 도 12와 도18에 도시된 복수개의 딤플(dimple)(80)로 구성된 딤플된 표면 특성, 도 13과 도 19에 도시된 복수개의 융기된 점들(raised points)(82)로 융기점 표면 특성, 도 14에 도시된 복수개의 연속된 리지(ridge)(84)로 구성된 리지 표면 특성 등을 포함하지만, 여기에 한정되지는 않는다. 이와 관련하여, 도 12 내지 도 14는 각각 내부 링 인도 에지(56)가 각 표면 특성(52)의 외부 꼬리 에지(58)에 선행하도록 회전하는 방향을 나타낸다. 따라서, 도 13의 융기된 프로파일과 같은 단속적 표면 특성이 제공되어 슬러리가 잘 전송되도록 한다. 도시된 본 실시예들은 개시된 방법과 장치를 실행할 때 사용될 수 있는 다양한 표면 특성 프로파일, 구성, 크기 및 집적도 중에서 단지 몇 개의 예에 불과하다.

또 다른 예시적 실시예에 있어, 도 11은 앞서 설명한 방식에 따라 연마 패드 상으로 장력을 전달하기 위한 바깥쪽으로 경사진 표면 특성(52)을 가진 유지링(50)을 보여준다. 도 11에 있어서, 상기 유지링(50)은 또한 역방향의 안쪽으로 경사진 표면 특성(61)이 제공되어 CMP 슬러리가 상기 유지링(50) 주변 내의 연마 영역 내로 잘 전송되도록 한다. 따라서, 연마 균일성과 연마율이 더욱 향상된다. 바깥쪽으로 경사진 표면 특성(52)의 인도 에지와 마찬가지로, 안쪽으로 경사진 표면 특성(61)의 인도 에지(66)는 상기 링의 내부 주변이 아닌 외부 주변 상에서 정해짐은 도 11을 통해 알 수 있다. 동일하게, 안쪽으로 경사진 표면 특성(61)의 꼬리 에지는 상기 링(50)의 내부 주변 상에 정해진다. 연마를 수행하는 중에, 안쪽으로 경사진 표면 특성(61)은 슬러리를 상기 인도 에지(66)로부터 각 홈들(61)의 꼬리 에지(69)로 바로 전송하거나 또는 상기 링(50)의 내부 주변 방향으로 전송함으로써, CMP 슬러리의 연마 영역으로의 이동을 촉진한다.

역방향 표면 특성을 가진 유지링(50)의 하나의 특별한 실시예가 도 11에 도시되었지만, 안쪽으로 경사진 표면 특성(61)이 바깥쪽으로 경사진 표면 특성(52)의 개수 보다 많거나 작을 수 있다. 물론, 외부로 경사진 표면 특성(52)의 개수가 내부로 경사진 표면 특성(61) 보다 많아서 상술한 방식으로 연마를 수행하는 동안에패드 표면에 가해진 적합한 장력을 확보하는 것이 바람직하다.

개시된 외부로 경사진 표면 특성(52)은 많은 다른 유지링 구성들과 결합하여 사용됨으로써, CMP 공정 동안 연마 패드에 전달된 장력(tension 또는 stretch)의 양을 변화시키거나 증가시킨다. 예를 들어, 도 9와 도 10은 톱니 형태의 단면과 점점 가늘어지는 단면을 가진 유지링 표면(68)의 예를 보여준다. 이와 관련하여, 톱니 형태가 아닌 단면과 가늘어지지 않는 단면 역시 가능하며, 가늘어지는 각은 유지링의 외부 주변을 향해 안쪽 또는 바깥쪽일 수 있다. 상술한 바와 같이, 도 9에 도시된 유지링의 표면(68)이 상기 유지링의 평면으로부터 약 10°의 각도("C")에서 바깥쪽으로 점점 가늘어진다. 도 10의 유지링의 표면(68)은 상기 유지링의 평면으로부터 약 10°의 각도("D")에서 안쪽으로 점점 가늘어진다. 따라서, 이와 같은 가늘어지는 단면을 바깥쪽으로 경사진 표면 특성과 결합하여 사용함으로써, CMP 공정 중에 연마 패드에 전달되는 장력을 증가시킨다.

안쪽으로 또는 바깥쪽으로 가늘어지는(태핑되는) 유지링 표면에 톱니 형태의 표면을 결합하여 사용함으로써, 바깥쪽 스트레칭 특성을 부가적으로 제공할 수 있다. 톱니 형태의 가늘어지는 유지링 표면이 도 9와 도 10에 도시되어 있지만, 평탄한 표면 및 다양한 크기의 톱니 형태도 가능하다. 일 실시예에 있어, 수평면으로부터, 예를 들어, 약 5°내지 15°정도의 각도를 이루어 바깥쪽으로 점점 가늘어질 수도 있고 안쪽으로 점점 가늘어질 수 도 있지만 이 범위를 넘어서는 각도들도 무방하다. 가늘어지지 않는 톱니 형태의 표면들도 역시 무방하다.

도 7, 도 8c는 홈(57) "뒷면"의 영역 상에서 정해진 각이 진 에지 필렛(edgefillet), 즉 "나이프 에지(knife edge)"를 갖는 아치형의 홈이 형성된 표면 특성의 다른 실시예를 보여준다. 이와 관련하여, 홈 또는 다른 표면 특성의 "뒷면"은 도 7과 도 8c의 화살표가 나타내는 바와 같이, 회전 방향에 대한 프로파일의 다른 면을 따르는 개별적 프로파일의 면을 가리킨다. 마찰이 증가하기 때문에, 도 7과 도 8c에 도시된 각이 진 에지 필렛이 사용된다. 따라서, 장력이 더욱 증가하게 된다. 도 8c은 유지링(50)의 평면에서부터 약 45°의 각 "A"에서 정해진 각이 진 에지 필렛(98)을 갖는 홈(52)의 단면도이다. 일 실시예에서, 약 60°이상 또는 30°이하의 각들도 사용될 수 있지만, 각 "A"의 범위는 약 30°내지 60°이다. 그리고, 상기 각 "A"는 유지링(50)의 인도 에지(56)에서는 더 큰 값을 갖고 꼬리 에지(58)에서는 그 각이 점점 줄어들 수 있다. 또는, 상기 각 "A"는 인도 에지에서 꼬리 에지까지 일정할 수도 있고, 반대 방향으로 점점 줄어들 수도 있다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 각이 진 에지 필렛이 홈이 형성된 표면 특성의 뒷면의 일부에서 정해진다. 또는, 상기 각이 진 에지 필렛이 유지링(50)의 패드 면(54)으로부터 홈이 형성된 표면 특성(57)의 밑면(102)까지 상기 뒷면의 전면을 가로질러 연장될 수 있다.

또 다른 실시예에 있어, 에지 필렛이 나뉘어 두 개 이상의 단면 각도들을 갖고(갖든지) 아치형이 되어 뒷면의 표면이 오목 및(또는) 볼록하게 될 수 있다. 또 다른 실시예에 있어, 홈(52) 앞면의 표면(99)이 동일한 방식으로 가늘어지거나 상기 에지 필렛과 각을 이룰 수 있다. 또한, 개시된 특징에 있어, 뒷면 및(또는) 앞면 에지 필렛들이 상술한 아치형, 비아치형, 및 직선형 표면 특성을 가지고 사용될수 있다.

개시된 표면 특성을 가진 유지링(50)이 임의의 물질 또는 연마 동작을 수행할 때 유지링에서 사용되는 것으로 알려진 물질들의 혼합물로 형성된다. 예를 들어, 유지링(50)은 폴리페닐설파이드(polyphenylsulfide; "PPS") 등의 단일 물질로 형성되거나 상기 PPS와 스테인레스 스틸의 화합물로 형성될 수 있다. 따라서, 개별적 표면 특성도 단일 물질 또는 화합물로 형성된다. 예를 들어, 도 8a는 홈이 형성된 표면 특성을 가진 화합물을 사용하는 개시된 방법 및 장치의 일 실시예를 보여준다. 도 8a에 도시된 실시예에 있어, 홈이 형성된 뒷면이 상기 유지링(50)의 다른 부분에 비해 상대적으로 단단한(또는 마모되지 않는) 표면(94)을 가진다. 예를 들어, 뒷면(94)이 PPS CMP 연마 링(50)에 근접하거나 부착된 또는 상기 연마 링(50) 상에 위치한 카바이드막(carbide layer)으로 구성된다. 그러므로, 이와 같이 뒷면의 비교적 단단한 마모 표면(94)이 사용되어 유지링(50)의 수명과 마모 특성을 증가시킨다. 예를 들어, 비교적 단단한 마모 물질로는 PPS, 새라믹(ceramic), 및 이들의 혼합물 등이 포함되지만, 여기에 한정되지는 않는다.

도 8a는 일렬로 벽을 이루는 홈이 형성된 표면 특성(52)을 가진 뒷면의 표면(96) 상에 위치한 비교적 단단한 마모 표면(94)을 도시하고 있지만, 이와 같은 혼합물질 구조는 상술한 임의의 다른 표면 특성 형태들 또는 구조들을 사용하여 형성될 수 있음은 자명하다. 예를 들어, 상기 뒷면의 막(94)이 도 7과 도 8c에 도시된 바와 같이 에지 필렛(98)을 갖는 홈이 형성된 표면 특성에 제공될 수 있다. 다른 예로서, 비교적 단단한 마모 혼합물 표면들이 마모(또는 연마)되기 쉬운 표면특성 프로파일의 임의의 다른 영역 상에 제공될 수 있다. 여기서, 상기 표면 특성은 돌출물(ridge, bump 등) 표면 특성이나 리세스(딤플 등) 표면 특성을 포함하지만, 여기에 한정되지는 않는다.

또 다른 실시예에 있어, 개시된 상기 표면 특성이 연마 패드 상태(condition)를 향상시킬 수 있다. 따라서, 연마 공정 중에 연마 패드의 상부면에 대한 유지링의 표면 특성이 상호작용하여 CMP 시스템의 제거율 특성이 향상된다. 게다가, 혼합 물질들이 선택되어 예를 들면 연마 중에 연마 패드 상부면과 접촉하는 혼합 물질 표면의 거칠기(roughness)를 증가시킴으로써, 상기 패드 상태 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 연마제 또는 다른 패드 상태 특성이 유지링의 하부면(또는 패드 면)에 전달되어 혼합 물질들을 사용하지 않고도 패드 상태를 향상시킬 수 있다. 따라서, 하나 이상의 개시된 표면 특성이 본 분야에 통상적인 기술을 가진 자들에게 적절하다고 판단되는 임의의 방식으로 결합되어 연마를 수행하는 중에 연마된 기판 에지 프로파일 및(또는) 제거율이 향상됨은 명백하다. 또한, 상술한 임의의 물질 또는 기판 특성 구성들이 다른 요소들과 결합되어 적절한 개별적 응용도 가능하다.

또 다른 실시예에 있어서, 불완전 표면 특성 프로파일들이나 유지링의 내부 주변으로부터 외부 주변까지 상기 유지링 하부 표면을 부분적으로 가로질러 단지 부분적으로 연장된 표면 특성 프로파일들이 제공될 수 있으며, 도 20은 도시된 아치형의 홈이 형성된 표면 특성 프로파일들(112)이 부분적으로 연장된 것을 도시하고 있다. 도 20에 도시된 바와 같이, 표면 특성 프로파일들(112)이 링(50)의 외부주변으로부터 내부로 연장되나, 상기 프로파일들(112)은 상기 링(50)의 내부 주변과 교차하지 않고, 대신에 내부 주변에서 바깥쪽으로 인접한 지점에서 멈춘다. 도시된 부분적으로 연장된 표면 특성은 단지 예시적인 것에 지나지 않는다. 예를 들어, 표면 특성 프로파일들이 링의 내부 주변으로부터 외부로 연장되나, 외부 주변에서 안쪽으로 인접한 지점에서 멈춰 상기 프로파일들이 상기 링의 외부 주변과 교차하지 않을 수 있다. 또는, 부분적으로 연장된 표면 특성 프로파일이 링의 내부 주변이나 외부 주변과 교차하지 않고 상기 유지링(50)의 내부 주변과 외부 주변 사이에서 정해지고, 대신에 상기 내부 주변에서 바깥쪽으로 인접한 지점의 일단 및 상기 외부 주변이 안쪽으로 인접한 타단에서 그 연장이 종료될 수 있다. 그리고, 상기 부분적으로 연장된 표면 특성 프로파일들은 하나 이상의 형태들(embodiments 또는 features), 예를 들어 돌출된 표면 특성, 직선형 표면 특성 프로파일들, 단속적 표면 특성, 기타의 혼합 특성들 등을 포함하지만, 여기에 한정되지는 않는다. 상기 부분적으로 연장된 표면 특성 프로파일들은 또한 동일한 유지링의 표면에서 완전히 연장된 내부 특성 프로파일들과 결합될 수 있다.

단지 몇 가지의 결합 예들은 비교적 많은 총수의 표면 특성 프로파일들(8" 웨이퍼들을 연마하기 위한 유지링 상에 약 35 내지 37 개의 프로파일들)을 갖는 비교적 큰 각도의 에지 플렛들(약 40°내지 50°의 에지 플렛들), 비교적 적은 총수의 표면 특성 프로파일들(8" 웨이퍼들을 연마하기 위한 유지링 상에 약 28 내지 32 개의 프로파일들)에 결합된 (상술한 바와 같은) 비교적 큰 각도의 에지 필렛들, (상술한 바와 같은) 비교적 많은 총수의 프로파일들에 결합된 비교적 적은 각도의에지 필렛들(약 40°내지 50°의 에지 필렛들), 및 (상술한 바와 같은) 비교적 적은 총수의 프로파일들을 갖는 (상술한 바와 같은) 비교적 작은 각도의 에지 필렛들을 갖는 직선형 또는 아치형 표면 특성을 포함한다.

본 발명의 특징에 의하면, 개시된 표면 특성에 제공된 CMP 유지링들은 연마 중에 상기 유지링의 하부면(또는 패드 면)과 상기 연마 패드가 접촉하면 임의 형태의 CMP 연마 시스템, 패드 물질 및(또는) 연마 슬러리로 이용될 수 있음은 자명하다. 적절한 연마 패드 물질의 예들은 Rodel의 "IC 1000", Polytex의 "SUPREME" 등을 포함하지만, 여기에 한정되지는 않는다. 적적한 CMP 슬러리의 예들은 Cabot "SS25", Cabot "SS12" 등을 포함하지만, 여기에 한정되지는 않는다.

《예》

이하의 예들은 단지 예시적인 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위나 청구 범위를 한정하지는 않는다.

비교 예 A-통상적인 연마

두 개의 실리콘 웨이퍼를 비교한 다음 예에 있어서, 8" BPSG 패터닝된 웨이퍼와 8" 블랭크막 웨이퍼는 종래의 유지링을 사용하여 연마되었다. 각각의 경우에, "IC1000" 패드를 갖는 Applied Materials의 "MIRRA" CMP 연마 시스템과 표면이 평탄한 종래의 Applied Material의 "AEP" 유지링을 사용하여 연마가 수행된다. Cabot "SS25"로 구성된 CMP 슬러리가 사용되었다. 막과 유지링 사이에서 1.4 psi 압력차로 84 초 간 연마가 수행된다.

연마 후, 각 실리콘 웨이퍼의 두께는 "optiprobe 2600 UV"를 사용하여 구해졌다. 상기 패터닝된 웨이퍼의 두께에 대한 간단한 예시가 도 16에 도시되어 있고, 상기 블랭크막에 대한 결과가 표 1에 제시되어 있다.

이를 통해 알 수 있는 바와 같이, 종래의 유지링을 가지고 패터닝된 웨이퍼를 연마하면, 중앙의 두께가 8827Å이 되고 에지의 두께 범위는 6503Å 내지 7572Å이 된다. 다시 말하면, 2324Å의 두께 차이가 난다. 연마 중에 평균 제거율이 "5300Å/분" 이었다. 종래의 유지링을 가지고 블랭크막을 연마하면, 중앙의 두께가 5746Å이 되고 에지의 두께 범위는 4723Å이 된다. 다시 말하면, 1023Å의 두께 차이가 난다. 연마 중에 평균 제거율은 "5326Å/분" 이었다.

상기 예에서, CMP 시스템의 성능을 알아보기 위해 다양한 조건하에서 상기 BPSG 패턴막 및 블랭크막 웨이퍼에 대해 측정되었다. 이와 관련하여, 패터닝된 웨이퍼 상에서의 향상된 연마 성능이 평탄면에서 더 잘 나타날 것이다. 블랭크막 웨이퍼는, 더욱 민감한 막들 및(또는) CMP 공정을 통해 주어진 CMP 유지링이 어떻게 동작하는 지를 알기 위한, 에지에서 더욱 정밀하게 측정되는 것을 가능케 한다.

예 1

본 예1은 " 비교 예 A"와 동일한 공정, 동일한 형태의 CMP 시스템, 및 동일한 형태의 패터닝된 BPSG 실리콘을 사용하여 " 비교 예 A"의 공정을 되풀이한다. 그러나, 본 예1은 일 실시예서 개시된 표면 특성을 갖는 유지링을 사용한다. 특히, 상기 유지링은 도 4에 도시된 것과 동일한 표면 특성과 45°의 에지 필렛을 가지고 있다.

도 17은 상술한 표면 특성을 가진 유지링으로 얻어진 웨이퍼의 두께를 간단히 보여주는 도면이다. 연마가 끝난 후에 웨이퍼의 두께를 측정하면, 중간 두께는 8824Å인 반면 에지 두께는 6838Å 내지 7430Å의 두께 범위를 갖는다. 다시 말하면, 1986Å의 두께 차이를 나타낸다. 연마 중에, 평균 제거율은 "5800Å/분" 이었다.

이러한 결과를 통해 개시된 표면 특성을 가진 유지링은 종래의 유지링과 비교하여 향상된 제거율과 향상된 두께 균일성을 제공하게 됨을 알 수 있다. 특히, 에지 프로파일 두께가 향상된다.

예 2

본 예2는 "비교 예 A"와 동일한 공정, 동일한 형태의 CMP 시스템, 및 동일한 형태의 블랭크막 웨이퍼를 사용하여 "비교 예 A"의 공정을 되풀이한다. 그러나, 본 예2는 본 발명의 일 실시예서 개시된 표면 특성을 갖는 유지링을 사용한다. 특히, "예 1"에서 사용된 것과 동일한 유지링이 "예 2"의 연마 동작에서 사용된다.

도 15는 8" 블랭크막 웨이퍼 상에 수행된 연마 동작의 결과를 보여주는 도면이다. 표 1은 종래의 유지링과 본 발명의 일 실시예에 개시된 표면 특성을 갖는 유지링에 대한 블랭크막 연마 결과를 보여준다.

[표 1] 블랭크막의 웨이퍼들 상에 수행된 연마의 결과

(5mm 에지를 제외하여 41 포인트의 직경을 스캐닝)

	평균 제거율(Å/분)	표준 편차	최소두께 (Å)	최대 두께(Å)	두께 범위(Å)	표준 편차율(%)
종래의 유지링	5326	264	4723	5746	1023	4.96
본 발명의 개시된 표면 특성을 갖는 유지링	6013	124	5840	6349	509	2.06

본 예2의 결과를 통해 패터닝된 웨이퍼들 상의 평면을 보호하고 있는 블랭크막에서 에지 성능이 향상됨을 알 수 있다. 도 15와 표 1에 의하면, 상기 표면 특성을 갖는 유지링으로 제거율이 증가됨을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 개시된 표면 특성에 의해 웨이퍼 두께 균일성이 향상된다. 이로써, 종래 유지링에서의 평균 두께 범위가 1023Å인 반면에, 평균 두께 범위는 509Å이 된다. 다시 말해, 종래의 평탄한 표면 특성을 갖는 유지링에서의 표준 편차율이 4.96%인 반면에, 본 발명의 개시된 표준 특성을 갖는 상기 유지링에서의 표준 편차는 2.06%이다. 따라서, 본 발명의 개시된 표면 특성이 제공되어 연마된 웨이퍼의 두께 균일성이 향상되고 연마 제거율도 높아진다.

이와 같이, 상술한 표면 특성을 갖는 유지링을 사용함으로써 연마된 웨이퍼의 두께 균일성이 향상된다. 또한, 연마 공정을 수행하는 도중에 연마 제거율이 증가하게 된다.

Claims (40)

1. 연마 패드를 사용하여 기판을 연마하는 CMP 장치의 유지링에 있어서:

   내부 원주면;

   외부 원주면; 및

   상기 유지링의 하부면에 있으며, 상기 내부 원주면 또는 상기 내부 원주면의 부근으로부터 상기 외부 원주면 또는 상기 외부 원주면 부근으로 뻗어나가 형성되는 제 1 표면 특성부를 포함하되,

   상기 유지링의 하부면은 안쪽 또는 바깥쪽으로 경사지게 이루어지는 것을 특징으로 하는 유지링.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 표면 특성부는 상기 유지링의 하부면을 가로질러 형성되지 않고 부분적으로 형성된 것을 특징으로 하는 유지링.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 표면 특성부는 상기 기판을 화학물리적으로 연마하는 동안 상기 연마 패드의 상부면으로 인장력을 배분하도록 조절되며, 상기 인장력은 상기 연마 패드의 상부면이 평평해지도록 상기 유지링의 상기 내부 원주면 쪽으로 향하는 바깥방향으로 존재하는 것을 특징으로 하는 유지링.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 1 표면 특성부는 상기 유지링의 하부면과 상기 연마 패드의 상부면이 상대 회전하는 방향에 상응하여 바깥방향으로 휘어져 형성된 것을 특징으로 하는 유지링.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 1 표면 특성부는 다수의 돌출부 또는 다수의 리세스 또는 다수의 돌출부와 다수의 리세스의 조합으로 형성되며, 상기 기판 부근에 인접한 상기 연마 패드의 부분으로부터 상기 유지링의 하부면과 접촉하는 상기 연마 패드의 부분쪽으로 동적 인장 작용을 배분할 수 있도록 상기 제 1 표면 특성부가 상기 연마 패드의 상부면과 상기 유지링의 하부면이 상대 회전하는 방향에 상응하여 바깥방향으로 휘어져 형성되는 것을 특징으로 하는 유지링.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 표면 특성부는 다수의 리세스들로 구성되며, 상기 리세스는 적어도 하나의 홈 또는 적어도 하나의 딤플 또는 적어도 하나의 홈과 적어도 하나의 딤플의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유지링.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 표면 특성부는 다수의 돌출부로 구성되며, 상기 돌출부는 적어도 하나의 리지 또는 적어도 하나의 범프 또는 적어도 하나의 융기된 포인트 또는 이들의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유지링.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 표면 특성부는 다수의 리세스들로 구성되며, 각각의 상기 리세스는 상기 유지링의 하부면에 형성된 홈 프로파일로 이루어지고 상기 내부 원주면 부근의 도입부에서 상기 외부 원주면 부근의 꼬리부로 형성된 것을 특징으로 하는 유지링.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 홈 프로파일은 상기 도입부와 꼬리부 사이에서 아치 형상을 갖는 것을특징으로 하는 유지링.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 아치 형상의 상기 프로파일은 상기 유지링의 중심에서 상기 내부 원주면의 반경 길이의 70~75%의 거리만큼 떨어진 위치에서 상기 내부 원주면의 반경 길이의 55 ~ 55%를 반경으로 하는 원주상에 형성되는 것을 특징으로 하는 유지링.
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14. 제 6 항에 있어서,

    상기 유지링의 하부면에 형성되며, 상기 외부 원주면 또는 상기 외부 원주면의 부근에서 상기 내부 원주면 또는 상기 내부 원주면 부근쪽으로 형성된 제 2 표면 특성부를 포함하되,

    상기 제 2 표면 특성부는 상기 연마 패드의 상부면과 상기 유지링의 하부면 사이의 상대 회전 방향에 상응하여 내부쪽으로 휘어져 형성된 다수의 돌출부들 또는 다수의 리세스들로 구성되는 것을 특징으로 하는 유지링.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 제 1 표면 특성부와 상기 제 2 표면 특성부는 다수의 리세스들로 구성되며, 각각의 상기 리세스는 상기 유지링의 하부면에 형성되는 홈 프로파일로 이루어지며, 상기 유지링의 외부 방향으로 휘어져 형성된 상기 제 1 표면 특성부의 홈 프로파일은 상기 내부 원주면 부근의 도입부에서 상기 외부 원주면 부근의 꼬리부로 이어지며, 상기 유지링의 내부 방향으로 휘어져 형성된 상기 제 2 표면 특성부의 홈 프로파일은 상기 외부 원주면 부근의 도입부에서 상기 내부 원주면 꼬리부으로 이어지는 것을 특징으로 하는 유지링.
16. 제 6 항에 있어서,

    상기 유지링은 적어도 하나의 제 1 물질로 제조되며, 상기 제 1 표면 특성부는 적어도 하나의 제 2 물질로 제조되어 제 1 표면 특성부는 복합 재질 구조인 것을 특징으로 하는 유지링.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 복합 재질 구조를 갖는 상기 제 1 표면 특성부는 다수의 리세스들로 이루어지며,

    각각의 상기 리세스는 상기 유지링의 하부면에 형성된 홈 프로파일로 구성되며, 상기 유지링은 폴리페닐설파이드로 만들어지고 상기 홈 프로파일의 후면은 카바이드로 만들어진 것을 특징으로 하는 유지링.
18. 제 1 항에 있어서,

    상기 제1표면 특성부는 홈 프로파일을 갖으며,

    이 홈 프로파일은 화학 물리적 연마 공정이 진행되는 동안, 상기 제1표면 특성부와 상기 연마 패드의 상부면 사이에 동적 마찰력을 증가시킴으로써, 상기 연마 패드의 상부면에 증가된 동적 인장 작용을 배분하도록 각진 엣지 필릿을 갖는 것을 특징으로 하는 유지링.
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