KR100696024B1 - 폴리싱면 안정화 장치와 폴리싱 미디어 안정화 방법 및 폴리싱 장치 - Google Patents

폴리싱면 안정화 장치와 폴리싱 미디어 안정화 방법 및 폴리싱 장치 Download PDF

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폴디. 버터필드
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Abstract

본 발명은 폴리싱 공정 동안 폴리싱 미디어가 미끄러지거나 주름지는 것을 방지하도록 폴리싱 미디어 유지 장치를 적용한 폴리싱 장치에 관한 것이다. 이러한 폴리싱 미디어는 폴리싱 미디어와 지지면 사이에 적용된 진공에 의해 지지면에 대해 당겨진다. 또한, 진공을 적용할 때 폴리싱 미디어에 딤플을 형성하도록, 다공성 층이 폴리싱 미디어와 지지면 사이에 배치될 수도 있다. 선택적으로, 폴리싱 장치는 캐리어와 폴리싱될 기판에 대해 폴리싱 미디어를 당길 수도 있다.

Description

폴리싱면 안정화 장치와 폴리싱 미디어 안정화 방법 및 폴리싱 장치{A POLISHING MEDIA STABILIZER AND A METHODE FOR STABILIZING POLISHING MEDIA AND POLISHING APPARATUS}
도 1은 폴리싱 장치와 상기 폴리싱 장치의 기본 부품에 대한 일 예를 도시한 부분 단면도.
도 2는 원형 지지 베이스를 적용한 본 발명의 제 1실시예의 상면도.
도 3은 폴리싱 미디어 연속공급기(magazine)가 적용된 폴리싱 장치의 개략도.
도 4는 폴리싱 미디어 연속공급기를 적용한 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리싱 시스템의 부분 등척도.
도 5a는 진공이 적용될 때 도 4에 도시된 장치의 선 5-5를 따라 취한 단면도.
도 5b는 진공이 적용되지 않을 때 도 4에 도시된 장치의 선 5-5를 따라 취한 단면도.
도 6은 도 4에 도시된 시스템의 변형예를 도시한 부분도.
도 7은 지지 부재와 폴리싱 미디어 사이의 인터페이스에 진공을 적용하기 위한 다른 변형된 배치를 갖는 폴리싱 시스템의 부분도.
도 8은 지지 부재와 폴리싱 미디어 사이의 인터페이스에 진공을 적용하기 위한 또 다른 변형된 배치를 갖는 폴리싱 시스템의 부분도.
도 9는 지지 부재와 폴리싱 미디어 사이의 인터페이스에 진공을 적용하기 위한 배치에서 도 8을 변형한 폴리싱 시스템의 부분도.
도 10은 폴리싱 공정 동안 폴리싱 유체가 고갈되는 문제점을 해결하기 위해 적용된 폴리싱 장치의 배치에 대한 절단도.
도 11은 폴리싱 미디어의 폴리싱면에서의 딤플 형성을 도시한 부분 단면도.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리싱 시스템의 부분 사시도.
도 13은 도 12의 실시예에 사용된 지지 부재를 도시한 도면.
도 14는 도 12에 도시된 시스템의 원리를 적용한 장치의 단면도.
도 15는 도 12에 도시된 시스템의 원리를 적용할 때 사용되는 기판 캐리어의 다른 실시예를 도시한 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
170 : 폴리싱 패드 195 : 실링 배리어
240 : 탄성 패드 250 : 지지 베이스
310 : 폴리싱 미디어
본 발명은 폴리싱, 특히 화학기계식 폴리싱에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 폴리싱하는 동안 폴리싱면의 유지력 및 폴리싱 유체의 유지력을 개선시키는 것에 관한 것이다.
미러와 같은 무결점 표면을 제조하기 위한 가공물의 폴리싱은 여러 분야에서 적용되고 있다. 이러한 폴리싱 공정은 예컨대 반도체 소자의 제조 분야에서 매우 중요하고 폭넓게 사용되고 있다. 반도체 웨이퍼 또는 기판 폴리싱의 중요 단계는 반도체 소자를 제조하기 위해 적용된 여러 공정을 따라 다수의 상이한 스테이지를 요구한다.
화학기계식 폴리싱은 기판을 폴리싱하기 위한 기술, 특히 웨이퍼 또는 기판 상에 반도체 소자를 제조하는데 사용되는 기술로서 빠르게 선택되고 있다. 이러한 장치는 일반적으로 금속화(metalization)로 불리는 공정과 연결되는데, 여기서 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 연결 라인이 진공 증착 또는 다른 적절한 공정에 의해 제공된다.
장치를 연결하는 종래의 단일 금속층을 적용한 반도체 소자의 성능 레벨은 급속하게 부적절하게 되고 있다. 최근에, 고성능 소자는 다중레벨 금속 상호연결부를 사용한다. 다중레벨 연결부는 제 1금속층 위로 유전체 또는 절연층을 증착하고, 유전층을 통과하는 비아홀을 에칭하며, 이후 제 1금속층과 연결되도록 비아홀을 충전하는 제 2금속층을 증착함으로써 제조될 수도 있다. 이들 소자들은 높은 소자 밀도를 제공하며, 소자들 사이에 상호연결부 길이를 짧게 한다.
이들 금속 및 유전층 각각은 상당한 두께를 가지기 때문에, 여러 층이 서로의 상부에서 패터닝될 때 웨이퍼 기판은 비평면형 지형(topography)으로 잔존한다. 이러한 형태의 비평면형 웨이퍼 기판은 종종 고밀도 소자에서 수용되지 못하는데, 이는 웨이퍼 상에 보다 작은 라인폭의 회로를 인쇄하는데 사용되는 리소그래픽 장치의 필드 깊이가 웨이퍼 평면에서의 작은 변화를 보상할 수 있을 정도로 충분한 포커스 깊이를 갖기 못하기 때문이다.
제조된 소자 패턴에 의해 발생한 비평면에 부가하여, 웨이퍼 폴리싱 공정 또는 평탄화 공정은 전체 웨이퍼 평탄도를 변화시키는 것으로 여겨진다. 제조 공정 동안, 예컨대 웨이퍼는 굽혀지거나 휘어질 수도 있다.
따라서, 폴리싱 공정 장치는 이러한 지형적인 웨이퍼 결함 및 변형에도 불구하고 전체적으로 균일한 평면 웨이퍼 표면을 제조할 수 있는 특별한 능력을 요구한다. 화학기계식 폴리싱은 다중층 금속화를 적용한 진보된 장치가 요구하는 전체적인 웨이퍼 표면 평면화를 달성하는 유효한 수단으로써 폭넓게 사용되어 왔다.
일반적인 화학기계식 폴리싱 장치는 단일 기판 또는 웨이퍼를 지지하는 일반적으로 원형인 압력판 또는 캐리어판을 갖춘 웨이퍼 캐리어를 포함하고 있다. 캐리어 필름은 캐리어판과 웨이퍼 사이로 삽입될 수도 있다. 웨이퍼 캐리어는 하방력을 제공하기 위한 수단이 장착되어 있는데, 이러한 수단은 폴리싱 유체가 공급되는 폴리싱 미디어(일반적으로 원형 패드)에 대해 기판을 가압한다. 폴리싱 미디어는 폴리싱판에 의해 지지된다. 폴리싱 유체는 마모용 콜로이드 현탁액을 포함할 수도 있으며, 또한 화학적으로 작용하는 용액을 포함할 수도 있다. 폴리싱 공정 동안 웨이퍼가 캐리어판에서 미끄러지는 것을 방지하기 위해 일반적으로 봉쇄 링(containment ring)이 웨이퍼를 둘러싸고 있다.
일반적으로, 화학적 반응제 및/또는 마모용 폴리싱 유체가 존재하고 웨이퍼 캐리어에 의해 부여된 압력하에서 패드와 관련한 웨이퍼의 이동은 조합된 화학적 및 기계적 힘을 웨이퍼에 가하며, 이에 의해 웨이퍼 표면은 전체적으로 평탄화된다. 일반적으로, 폴리싱판은 캐리어판이 회전함에 따라 회전할 수 있다. 일반적인 폴리싱 장치에서, 패드와 관련한 웨이퍼의 이동은 폴리싱판, 캐리어판, 또는 이들 모두를 회전시킴으로써 달성된다.
회전판 머신에는 일반적으로 원형 폴리싱 패드가 설치되며, 패드가 마모되거나 폴리싱 유체 및 폴리싱 미립자에 의해 반들반들해져서 패드가 수용가능한 결과를 얻을 수 없을 때까지 폴리싱 패드를 사용한다. 이 때에는 폴리싱 공정을 중단하고, 폴리싱 패드를 교체하여야 한다. 다른 머신은 폴리싱 패드가 결코 마모되지 않도록 폴리싱판 위에서 점진적으로 퍼질 수 있는 연속 공급식 폴리싱 패드 재료를 사용할 수도 있다.
폴리싱 패드 형태에 상관없이, 패드가 접착제 또는 다른 고정 수단에 의해 폴리싱판에 고정되지 않을 때 발생하는 공통적인 문제점은 폴리싱력이 웨이퍼 캐리어에 의해 웨이퍼를 통해 폴리싱 패드에 가해질 때 폴리싱 패드가 이동한다는 점이다. 이러한 이동은 적용될 수도 있는 소정의 화학적 폴리싱 미디어와 함께 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이의 마찰력이 폴리싱 패드와 폴리싱판 사이의 마찰력 보다 더 크기 때문에 발생한다. 이러한 이동은 생산성을 감소시키며, 또한 공정에서 사용되는 폴리싱 압력을 적어도 감소시킬 것을 요구하는 폴리싱 공정의 정확성을 감소시킴으로써, 폴리싱 시간을 증가시킨다. 최악의 경우에는 폴리싱 패드가 이동하는 동안 휘어질 수도 있으며, 이에 의해 비평탄 폴리싱이 이루어지거나 전체 공정이 중단될 수도 있다(즉, 기판의 파손됨). 이들 문제점들은 화학적 및 기계적 폴리싱에만 한정되지 않으며, 순수 기계적 폴리싱 공정에서도 발생할 수도 있다.
특별히 화학적 및 기계적 폴리싱 머신에서 발생하는 문제점은 소정량의 폴리싱 작용 후에 폴리싱될 기판과 폴리싱 패드 사이에서 화학적 유체 또는 슬러리가 고갈되는 것이다. 폴리싱 패드/폴리싱판 및 폴리싱될 기판을 포함하는 비교적 부드럽고 편평한 표면에 기인하여, 폴리싱 작용은 화학적 유체/슬러리를 "제거(sweep-out)시키는" 경향이 있으며, 이에 의해 폴리싱될 기판 표면과 폴리싱 패드 사이에 진공 또는 흡입이 발생된다. 따라서, 이러한 문제점은 폴리싱 시간에 따라 점차 악화된다. 공교롭게도, 비록 이러한 문제점이 폴리싱 효율을 감소시키고 공정의 수행을 저하시키지만, 이러한 문제점은 기판 표면이 보다 편평하고 부드럽게될 때 확대된다.
따라서, 본 발명의 목적은 폴리싱 패드의 이동을 방지하는 동시에 연속적으로 또는 간헐적으로 용이하고 신속하게 교체할 수 있는 폴리싱 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 폴리싱될 기판 표면과 폴리싱 패드 사이에서 "슬러리 결핍(slurry starvation)" 현상으로 알려진 화학적 폴리싱제의 제거를 방지할 수 있는 폴리싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 이하의 상세한 설명에서 보다 상세하게 기술될 다른 장점들 뿐만 아니라 상기한 문제점을 해결한다. 폴리싱면을 안정화시키기 위한 장치는 실질적으로 편평한 비가요성 지지 베이스, 이러한 지지 베이스 위에 놓인 가요성 폴리싱 패드, 그리고 폴리싱 패드 아래에 놓인 지지 베이스에 형성된 진공 포트를 포함하고 있다. 진공 포트를 통해 진공이 가해질 때, 폴리싱 패드는 지지 베이스에 대해 당겨져서 소정의 폴리싱 위치에 유지된다. 바람직하게, 지지 베이스 상의 진공 포트 둘레에 둘레부를 형성하도록 시일이 제공된다. 진공이 적용될 때, 지지 베이스와 폴리싱 패드 사이에는 상기한 시일을 따라 기밀한 시일이 형성된다.
본 발명의 다른 실시예는 진공을 보다 균일하게 분포시키기 위해 다수의 진공 포트를 사용한다. 예컨대, 다수의 진공 포트는 지지 베이스의 둘레부 주위에 위치할 수도 있다. 선택적으로, 다수의 진공 포트는 지지 베이스 위에 실질적으로 균일하게 분포될 수도 있다. 다수의 진공 포트는 지지 베이스의 둘레부 주위에 위치된 비교적 큰 진공 포트 그룹과 둘레부 내의 지지 베이스 영역 위에 실질적으로 균일하게 분포된 비교적 작은 진공 포트 그룹을 포함하고 있다.
본 발명은 폴리싱 패드 또는 미디어와 지지 베이스 사이에 위치된 부가층을 더 포함하고 있다. 이러한 부가층은 폴리싱 패드가 진공을 적용함으로써 지지 베이스에 대해 당겨질 때 폴리싱 패드에 비편평면이 형성되도록 제공된다. 이러한 비편평면은 기판을 폴리싱하는 동안 폴리싱 패드의 폴리싱 영역에 폴리싱 유체를 유지시키는데 도움을 준다.
이러한 부가층은 바람직하게는 탄성 패드이다. 부가층은 천공되어 있는데, 폴리싱 패드의 일부가 진공이 적용될 때 작은 구멍으로 당겨지게 된다. 바람직하게, 작은 구멍은 약 0.06 내지 0.25인치의 직경 또는 크기를 갖는다.
폴리싱 공정 동안 폴리싱 패드를 고정시키기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 폴리싱 장치는 실질적으로 편평한 비가요성 지지 베이스와, 이러한 지지 베이스 위에 놓인 가요성 폴리싱 패드, 그리고 미리 결정된 폴리싱 위치 내에 폴리싱 패드를 유지시키기 위해 지지 베이스에 대해 폴리싱 패드를 당기기 위한 수단을 포함하고 있다. 바람직하게, 당김 수단은 지지 베이스에 형성된 적어도 하나의 진공 포트에 연결된 진공 소오스를 포함하지만, 폴리싱 패드를 헤드로 당기기 위한 소오스와 같은 다른 장치가 이하에 기술된 바와 같이 선택적으로 사용될 수도 있다. 또한, 기판 캐리어는 폴리싱 패드 및 지지 베이스와 관련하여 이동가능하게 장착되어 있다.
폴리싱 패드는 가요성 폴리싱 패드와 지지 베이스 사이로 삽입될 수도 있다. 바람직하게, 패드는 천공되어 있거나 다공성이다. 보다 바람직하게는, 패드는 천공된 탄성 패드이다.
또한, 본 발명은 기판을 폴리싱 미디어에 대해 폴리싱하는 동안 폴리싱 미디어를 안정화시키는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 실질적으로 비가요성 지지면 위로 폴리싱 미디어를 제공하는 단계, 지지면을 향해 폴리싱 미디어를 당기기 위해 지지면과 폴리싱 미디어 사이에 진공을 적용시키는 단계를 포함하고 있다. 진공은 약 0.2 내지 3.0psi의 힘으로 적용되며, 바람직하게는 약 1.2psi의 힘으로 적용된다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 지지면과 관련하여 폴리싱 미디어의 이동을 방지하기 위해 진공을 유지하는 동안 폴리싱 미디어에 대해 기판을 폴리싱시키는 단계를 더 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 기판을 폴리싱 미디어와의 접촉으로부터 제거하는 단계, 진공의 적용을 중단하는 단계, 그리고 세정, 컨디셔닝(conditioning) 또는 교체를 위해 폴리싱 미디어를 제거하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 방법은 기판을 정화 및/또는 컨디셔닝한 후 동일한 폴리싱 미디어를 교체하는 단계를 포함할 수도 있다. 동일한 폴리싱 미디어를 교체한 후, 지지면을 향해 폴리싱 미디어를 당기기 위해 지지면과 폴리싱 미디어 사이로 진공이 다시 적용된다. 선택적으로, 다른 폴리싱 미디어가 본래의 폴리싱 미디어를 교체시키기 위해 지지면 상에 위치될 수도 있다. 일단 새로운 폴리싱 미디어가 위치된다면, 이후 지지면을 향해 폴리싱 미디어를 당기기 위해 지지면과 폴리싱 미디어 사이로 진공이 다시 적용된다.
선택적으로, 다공성 층이 진공을 적용하기 전에 폴리싱 미디어와 실질적으로 비가요성 지지면 사이로 제공될 수도 있다. 이후, 진공이 적용될 때, 폴리싱 미디어의 일부분이 다공성층의 작은 구멍들로 부분적으로 당겨져서 폴리싱 미디어의 폴리싱면 상에는 딤플(dimple)이 형성된다.
폴리싱면을 안정화시키기 위한 장치는 실질적으로 비가요성 지지 베이스, 지지 베이스의 적어도 일부분 위에 놓여진 가요성 폴리싱 패드, 그리고 기판을 폴리싱하기 위해 폴리싱 패드에 대해 기판을 적용하기 위한 캐리어를 포함하고 있다. 기판과 관련하여 실질적으로 주름이 없는 가요성 폴리싱 패드를 유지시키기 위한 수단은 폴리싱 패드 하부에 위치하고 지지 베이스에 형성된 진공 포트를 포함하거나, 또는 예컨대 캐리어 및 기판에 대해 가요성 폴리싱 패드를 당기기 위한 기구를 포함할 수도 있다.
적어도 하나의 진공 포트가 지지 베이스에 제공될 때, 진공 포트를 통한 진공의 적용은 지지 베이스에 대해 폴리싱 패드를 당겨서, 폴리싱 패드를 소정의 폴리싱 위치로 유지시킨다. 폴리싱 패드를 유지시키기 위한 수단이 캐리어 및 기판에 대해 가요성 폴리싱 패드를 당기기 위한 기구를 포함하는 경우, 적어도 하나의 진공 포트가 캐리어 내에 형성될 수도 있다. 진공 소오스은 적어도 하나의 진공 포트를 통해 캐리어와 폴리싱 패드 사이로 진공을 적용하기 위해 제공되며, 이에 의해 폴리싱 패드는 소정 시간 동안 캐리어 및 기판 아래에 위치한 적어도 일부분에서 실질적으로 주름이 없이 유지된다.
본 발명을 실행하기 위한 양호한 모드
동일한 부재에 대해 동일한 번호가 사용된 도면들을 참고하여, 본 발명에 대해 일반적으로 폴리싱 장치의 폴리싱 패드에 대한 개선점이 설명된다. 아래의 설명에서 본 발명을 보다 잘 이해하기 위해서, 폴리싱 장치의 기본 부품을 이해하는 것이 유익하다.
도 1을 참조하면, 기판 캐리어(120)는 폴리싱 패드 또는 스트립(220)을 통상적으로 지지하는 지지 베이스(250) 위에 위치설정되어 있다. 기판 캐리어(120)는 일반적으로 웨이퍼 또는 기판을 지지할 수 있으면서 필요한 힘을 공급하므로 폴리싱을 용이하게 한다. 기판 캐리어(120)는 지지 베이스(250)의 평면에 기판(260)을 자체 정렬하는 약간의 능력을 가질 수 있다. 선택적으로, 탄성 패드(240)는 어떠한 환경에서도 개선된 폴리싱을 위해서 지지 베이스(250)와 폴리싱 패드 또는 폴리싱 미디어(220) 사이에 끼워질 수 있다. 기판 캐리어(120)는 필요한 하향력 및 회전력이 가해주는 스핀들(270)을 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 기판 캐리어(120)는 적합하게 폴리싱 미디어(220)에 기판(260)을 정렬하도록 자체 정렬할 수 있다. 다른 많은 가능성이 있지만, 기판 캐리어(120)는 베어링 수단(285) 둘레로 상부 부재(280)에 대한 하부 부재(290)의 회전을 허용할 수 있다. 폴리싱 유체는 폴리싱 유체 노즐(230)에 의해 폴리싱 미디어(220)에 계량된 형태로 적용될 수 있다.
기판(260)과 폴리싱 미디어(220) 사이에 다양한 상대 이동이 제공되어 폴리싱 동작이 유효하게 이루어진다. 예들 들어, 상대적 이동의 한 형태는 그라운드와 관련하여서 지지 베이스(250)를 이동할 수 없게 유지시키고 기판 캐리어(120)를 제어가능하게 이동함으로써 이루어진다. 기판 캐리어는 지지 베이스(250)의 평면에 평행한 방향을 따라서 제어 또는 프로그램화된 이동을 할 수 있는 모션 제어기(도시 생략)에 의해 제어될 수 있다. 변경적으로 또는 추가로, 기판 캐리어는 스핀들(270)에 의해 정의된 축선둘레로 회전될 수 있다. 통상적으로 각 방향에서의 이동은 동시에 일어나도록 프로그램화될 수 있다.
도 2는 환형 지지 베이스(150)를 사용하는 본 발명의 제 1 실시예의 상면도를 도시한다. 가요성 폴리싱 패드(170)는 환형 지지 베이스(150)에 놓여 있다. 상술한 탄성 패드(240)와 유사한 선택적 탄성 패드(도시 생략)는 가요성 폴리싱 패드(170)와 지지 베이스(150) 사이에 사용될 수 있다. 환형 지지 베이스(150)는 기판이 기판 캐리어(180)에 의해 폴리싱 패드(170)에 대해 유지될 때 기판(260)에 대해 폴리싱 힘을 달성하도록 회전될 수 있다. 변경적으로, 지지 베이스(150)가 고정적으로 유지되고, 반면에 캐리어(180)가 이동되어 기판(260)과 폴리싱 패드(170) 사이의 폴리싱 작용을 달성할 수 있다. 기판 캐리어(180)는 적합하게 지지 베이스(150)와 폴리싱 패드(170)와 관련하여 선형, 회전 또는 이들 두 형태의 조합으로 이동되도록 프로그램될 수 있다.
따라서, 지지 베이스(150)와 폴리싱 패드(170)와 관련한 캐리어(180)에 의해 성취될 수 있는 폴리싱의 패턴은 크게 제한되지 않는다. 도 1에 도시한 장치의 다른 변화된 작동은 캐리어(180)와 지지 베이스(150)를 서로에 대해서 동시에 이동하는 것이다. 이것은 일반적으로 지지 베이스(150)를 회전하면서 캐리어(180)를 회전, 선형이동 또는 이들 두 형태의 조합으로 이동함으로써 이루어진다.
회전 지지 베이스를 가지는 많은 종래 폴리싱 장치는 또한 접착제로 지지 베이스에 폴리싱 패드를 고정한다. 이런 장치는 마모 또는 케이킹(caking)에 의해서 폴리싱 패드를 교환하게 될 때 다루기 어렵다. 폴리싱 패드를 제거하는 것은 쉽게 이루어지지 않고 패드의 일부분 또는 접착제는 그대로 남아 있고, 새로운 폴리싱 패드를 부착할 때 지지 베이스를 아주 평면으로 유지하게끔 좀 더 주의를 기울어야 한다. 그러므로, 이런 작업은 매우 지루하고, 중단시간으로 인해 생산율을 저하시키는 시간이 많이 걸리는 공정이다.
그러나, 상술한 바와 같이, 패드가 접착제 또는 다른 고정 수단으로 폴리싱판에 고정되어 있지 않을 때 일어나는 흔한 문제점은 폴리싱 힘이 기판을 통해서 기판 캐리어에 의해 패드에 적용될 때 폴리싱 패드가 정 위치로부터 이탈이동하는 것이다. 이러한 이탈이동은 사용될 수 있는 어떠한 화학 폴리싱 미디어와 함께, 기판과 폴리싱 패드 사이의 마찰력이 폴리싱 패드와 지지 베이스(폴리싱판) 사이에 존재하는 마찰력보다 크기 때문에 생긴다.
도 2의 장치는 접착제를 이용한 폴리싱 패드에서 생긴 문제점 뿐만 아니라 접착제로 고정되지 않는 패드에 대한 상술한 문제점을 극복한다. 진공 포트(190)는 지지 베이스(150) 내에 형성되어 있고 진공 소오스(도 2에 도시 생략)에 연결되어 있다. 회전하는 지지 베이스(150)에서, 진공 소오스는 슬립 링 또는 이 기술분야에 알려진 다른 동일한 장치를 통해서 진공 포트와 접속할 수 있다. 실링 배리어(195), 적합하게 IC1000 재료(RODEL에 의해 공급됨)로 된 스트립과 같은 실링 링, O-링 또는 효과적인 진공 시일을 이루는 약간의 다른 재료는 진공 포트를 둘러싸며 폴리싱 패드(170)의 주변 내측에 있는 형상을 하고 있다. 그러므로, 지지 베이스(150) 상에 폴리싱 패드(170)를 위치설정한 후, 진공은 실링 배리어(195)를 따라서 효과적인 공기 시일을 형성하는 진공 포트(190)를 통해서 이루어진다. 공기 시일이 일단 형성되면, 폴리싱 패드(170)와 지지 베이스(150) 사이에 존재하는 대부분의 공기는 진공 소오스에 의해 제거됨으로써 지지 베이스(150)에 폴리싱 패드(170)가 효과적으로 고정된다.
도 3은 폴리싱 패드가 지지 베이스에 접착식으로 고정되지 않고 이동하는 방식인 폴리싱 장치의 예를 나타내며, 상기 방식의 폴리싱 장치에서는 본원 발명이 보다 중요하게 적용될 수 있다. 이 실시예에서, 폴리싱 미디어 연속공급기(350)(polishing media magazine)는 개별 폴리싱 패드(170)와 달리 사용된다. 폴리싱 미디어 연속공급기(350)는 도 2의 캐리어(180)에 대해서 상술한 바와 같은 어떠한 이동도 제어할 수 있는 관련 기판 캐리어(354)와 함께 도시되어 있다. 선택적인 폴리싱 유체 전달 노즐(352)은 폴리싱 미디어(310)에 폴리싱 유체를 공급할 수 있다. 폴리싱 유체 전달 노즐(352)은 기판 캐리어(354)에 부착되어 함께 이동되거나 따로 위치될 수 있으며 또는 이들 양 장치가 사용될 수 있다. 여기에 도시한 기판 캐리어는 단지 설명을 위한 것이고, 예들 들어 선형 모터에 의해 구동되는 기판 캐리어와 같은 다른 장치로 대체될 수 있다.
폴리싱 미디어 연속공급기(350)는 적합하게 긴 미디어 롤의 형태로 공급되는 폴리싱 미디어(310)를 사용한다. 폴리싱 미디어(310)는 적합하게 기판의 폭의 적어도 일부분 위에 덮여 있는 폴리싱 패드이든지 또는 고정 접착제를 가지는 얇은 폴리머 필름 기판을 포함한다. 이 필름은 0.001 내지 0.020 인치 두께, 적합하게 약 0.005 내지 0.007 인치 두께를 가질 수 있다. 폴리싱 미디어(310)는 폴리싱 유체에 거의 불침투성이다. 적합하게, 이 재료는 메이러 필름(Mylar film) 또는 폴리에틸렌 그로콜 테레프탈로 만들어져 있다. 새로운 폴리싱 미디어(310)는 적합하게 폴리싱 미디어 연속공급기(350)에 의해 자동적으로 공급되므로 전체 롤이 소비되기 전까지 사용자는 간섭할 필요가 없다.
폴리싱 미디어(310)는 폴리싱 미디어 통로내에서 끼워지기에 바람직한 특징부(feature)와 요구된 형상에 따라서 폴리싱 미디어 연속공급기를 통해서 다양한 통로를 취할 수 있다. 이 통로는 1997년 4월 4일 출원한 발명의 명칭이 "개선된 폴리싱을 위한 폴리싱 미디어 연속공급기"인 미국 특허 출원 제 08/833, 278 호에 상세히 기술되어 있다. 상기 출원은 본 명세서에서 참조로 사용된다. 도 3에서, 미디어는 제 1 롤링 턴바(320) 아래에 그리고 지지체(355)의 상부면(356)을 가로질러 공급롤(300)로부터 공급된다. 폴리싱 미디어(310)는 상부면(356)을 나와 제 2롤링 턴바(325)를 지나서, 컨디션닝 시스템(305)을 지나서 제 3 턴바(330)를 거쳐서 최종적으로 권취롤(340)에 감긴다. 제 3턴바(330)는 적합하게 수직 높이로 권취롤(340)보다 낮게 위치되어 있다. 이런 구조에서의 각도(359)는 제 3 롤링 턴바(330)에 있는 폴리싱 유체를 농축하고 이와 동시에 도시한 바와 같이 폴리싱 미디어(310)로부터 폐기 탱크(358)로 배출시킨다.
폴리싱 미디어의 인장 부분은 정확히 위치된 턴바 부재에 인장 부분을 지지함으로써 폴리싱 미디어 연속공급기의 다른 특성 부재와 관련하여 정확하게 위치설정될 수 있다. 이들 턴바 부재는 통상적으로 베어링에 의해 각 단부에 지지된 긴 원통체 또는 로드와 원통모양으로 연결되어 있다. 이들 롤링 턴바가 통상적으로 시스템내에서의 전체 마찰 및 마모를 감소하는데 사용되는 경우, 다공성 웨브 롤 또는 다공성 부양 롤과 같은 다른 비회전 부재는 예를 들어 바람직한 폴리싱 미디어 통로를 이루는데 사용될 수 있다. 이런 예는 미디어를 전송하는 전체 동시 접촉 방법(totally now-contact method)을 제공한다.
폴리싱 미디어 통로를 형성하는데 어떠한 부재가 사용되든지, 인장 부분은 여전히 폴리싱 동안 일어날 수 있는 이미 상술한 이탈이동 및 버클링(buckling)에 대해서 완전한 내성을 가지지 못한다. 폴리싱 동안 인장 부분을 제 위치에 추가로 고정하기 위해서, 폴리싱 미디어 연속공급기를 사용하는 폴리싱 장치는 또한 본 발명에 따라서 진공 고정 시스템과 함께 사용될 수 있다. 이 시스템은 폴리싱 미디어의 슬러리 또는 무슬러리 형태를 사용하든지 무관하게 이들 장치에 적용될 수 있다. 진공 시스템은 폴리싱 미디어의 인장 부분과 폴리싱 지지면 사이에 진공을 만들어, 인장 부분을 제 위치에 유지하는 힘을 증가시킨다. 결국, 폴리싱 미디어와 기판 사이의 당김력은 사용될 수 있는 약간의 화학 폴리싱 미디어와 함께, 기판과 폴리싱 미디어 사이의 마찰력보다 크므로, 폴리싱 미디어의 이탈이동 또는 버클링은 일어나지 않는다. 이런 형태의 해결책은 화학 기계 폴리싱에만 제한되지 않고, 마찬가지로 기계 폴리싱 장치에 적용될 수 있다. 추가로, 진공 시스템에 의해 공급된 힘은 폴리싱 미디어를 인장할 필요 없이 이탈이동 또는 버클링을 방지하는데 충분하다.
도 3에 도시한 예에서, 진공 소오스(192)는 지지체(355)를 통과하는 진공 포트(190)에 연결되어 있다. 비록 도시되어 있지 않지만, 실링 배리어(195)는 도 2에 대해서 기술한 바와 유사하게 진공 포트(190) 둘레에 위치설정되어 있고 미디어(310)의 인장 부분의 주변 내측에 놓여 있다. 진공 소오스는 적합하게 폴리싱 미디어에서 약 0.2 내지 0.3 psi 진공을 발생하는 고량, 저압 블로워(예, GAST, FUJI 또는 AMETEC에 의해 공급됨)이다. 적용될 적합한 진공은 약 1.2 psi이다. 벤츄리 펌프는 사용된 미디어가 상술한 평균치보다 두꺼울 때 미디어에 약 3-4 psi를 발생시키는데 사용될 수 있다.
도 3의 장치의 통상적인 작동은 표면(356) 위에 미디어의 예정된 부분을 위치설정하도록 미디어(310)를 인덱스하는 단계, 표면(356)위에 미디어(310)의 예정된 부분을 인장하는 단계, 그리고 진공 소오스(192)를 통해서 진공을 적용하는 단계를 포함한다. 실링 배리어를 통해서 미디어(310)와 표면(356) 사이의 시일을 형성할 때, 진공은 미디어(310)와 표면(356) 사이에 존재하는 모든 공기를 빼고 이와 동시에 메니아는 본질적으로 표면(356)에 고정하게 된다. 다음으로 폴리싱 작업은 시작될 수 있다. 진공은 적합하게 조절 또는 세척 목적이든지 또는 폴리싱에 사용되어질 새로운 미디어를 전진시키기 위해서 미디어의 이동을 필요로 할 때 유지된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리싱 시스템의 부분 도면이다. 폴리싱 미디어(310)는 롤러(420)를 지나가지만, 이것은 본 발명에서 중요한 것은 아니다. 이 실시예에서, 폴리싱 미디어(310) 아래에 놓인 지지면의 길이방향 에지는 이동가능한 에지 부재(465)에 의해 지지면의 나머지 부분에 대해서 높이면에서 상승되어 있다. 상술하지는 않았으나, 표면(356)의 길이방향 에지는 표면(356)의 나머지 부분에 대해서 선택적으로 상승될 수 있지만, 에지는 표면(356)의 나머지 부분과 일체형이다. 미디어(310)는 단지 상승 에지 부분들 사이의 평면 부분만큼 넓은 폴리싱의 작업 영역을 가질 필요가 있다. 작동 폭의 외측 영역은 코팅될 필요가 없으며, 그러므로 재료비용을 절약한다.
상승 에지 부분은 폴리싱 미디어(310)의 상승 에지를 만드는데 도움을 준다. 폴리싱 공정에서 슬러리를 사용하는 실시예에서, 상승 에지는 폴리싱 영역 내에 슬러리를 유지하고 재활용이나 처분을 위한 적당한 용기로 슬러리를 보내는데 도움을 준다. 본 발명의 보다 중요한 것으로, 상승 에지는 또한 실링 배리어에 대향해 미디어(310)를 밀기 때문에, 진공 소오스(192)를 통해서 시스템에 진공을 가할 때 진공이 신뢰성 있게 이루어지도록 보장한다.
이동가능한 에지 부재(465)는 특히 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이 폴리싱 미디어(310)를 실링 배리어(495)에 아주 가까운 위치로 유지하는데 효과적이다. 에지 부재(465)는 도 5b에 도시한 바와 같이, 바이어싱 부재(468)에 의해 지지부재(455)에 대해서 상향으로 수직 편향된다. 바이어싱 부재(468)는 적합하게 스프링, 가장 적합하게 코일형 스프링이지만, 동일한 편향 특성을 가진 다른 스프링은 O-링, 블래더(bladder), 공압 또는 유압 장치 등과 같은 다른 탄성 편의 기구와 마찬가지로 쉽게 대체될 수 있다.
진공 포트(190)를 통해서 진공을 적용할 때, 시일은 미디어(310)와 실링 배리어(495) 사이에 형성된다. 그리고 나서 미디어는 지지면(485)에 대향해 편평하게 되고 여기에 도 5a에 도시한 바와 같은 진공압에 의해 부착된다. 진공력이 압축되어 있는 바이어싱 부재(468)의 편향력을 극복하기에 충분하고, 에지 부재(465)는 바이어싱 부재(468)가 도 5a에 도시한 바와 같이, 완전히 눌려질 때 가장 낮은 수직 위치로 눌려진다. 에지 부재의 가장 낮은 위치에서, 에지 부재(465)는 에지 부재(465)로 테두리를 하고 있는 평면 폴리싱면(485)의 전체에 거쳐서 부드럽고 편평한 인터페이스를 보장하도록 폴리싱 미디어(310)를 정렬한다.
진공의 해제시, 바이어싱 부재의 편향력은 미디어(310)의 최소화된 하향력보다 더 크다. 결국, 에지 부재(465)는 도 5b에 도시한 바와 같이 가장 높은 위치로 바이어싱된다. 가장 높은 위치를 보장함으로써, 에지 부재는 길이방향 에지를 따른 실링 배리어가 진공이 부족할 때 도 5b에 도시한 바와 같이 미디어(310)와 접촉한 상태로 남아 있도록 보장한다. 이것은 필요한 시간에 다시 한번 진공을 이루도록 보장하여 시스템의 신뢰성을 크게 개선한다.
도 6에 도시한 폴리싱 시스템(550)의 부분 도면은 지지부재(455)의 지지면(456)과 폴리싱 미디어(310) 사이의 인터페이스에 진공을 적용하기 위한 장치의 변경예들 도시한다. 이 장치에서, 다수의 진공 포트(290)는 실링 배리어(495)에 의해 형성된 주변 내측의 표면(456)을 따라서 이격되어 있다. 도시한 예에서, 진공 포트(290)는 균일하게 분포되어 있고 동일한 크기이다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 진공 포트의 분포는 예들 들어 이들 영역에서 상승된 에지의 부족을 보상하도록 에지 폭을 따라서, 보다 조밀할 수 있다. 변경적으로, 여기에 추가로, 진공 포트는 필요에 따라 진공의 적용분야에 맞추도록 여러 위치에서 다른 크기로 할 수 있다. 또한, 많은 소형 진공 포트는 표면(456) 전체에 분포될 수 있어, 슬러리/액체 결핍의 방지에 도움을 주는 2차적인 목적을 달성할 수 있다. 이에 대해서는 아래에 보다 상세히 설명된다.
도 7은 지지부재(555)의 지지면(556)과 폴리싱 미디어(310) 사이의 인터페이스에 진공을 적용하기 위한 장치의 다른 변경예를 가진 폴리싱 시스템(650)의 부분 도면이다. 이 장치에서, 1/4인치(0.25"), 적합하게 1/8인치(0.125")까지 다수의 초소형 진공 포트(390)는 표면(556)의 전체 작업 영역(폴리싱 미디어의 인장 부분 아래와 실링 배리어(495)의 경계부내에 놓여 있은 영역)에 걸쳐서 분포된다. 도시한 예에서, 진공 포트(390)는 거의 균일하게 분포되어 있고 거의 동일한 크기이다. 그러나 본 발명은 이에 제한 되지 않는다. 진공 포트의 분포는 예들 들어 실링 배리어(495)에 인접한 표면 주변 부근에서 보다 농축될 수 있다. 변경적으로, 또는 여기에 추가로, 진공 포트는 필요에 따라 진공의 적용분야에 맞추어 다른 위치에서 동일하지 않은 크기로 될 수 있다. 예들 들어, 진공 포트는 실링 배리어 내측(표면(556)의 중심에 보다 가까운 측)의 추가의 진공 포트와 비교해서, 실링 배리어(495)의 주변의 내측을 따라서 보다 크게 할 수 있다.
상기 모든 실시예들은 상승하는 일체형 길이방향 에지, 이동가능한 상승 에지 부재, 또는 지지면의 나머지 부분과 동일한 평면을 이루는 에지를 갖도록 구성될 수 있다.
도 8은 지지부재(476)의 지지면(478)과 폴리싱 미디어(310) 사이의 인터페이스에 진공을 적용하기 위한 장치의 다른 변경예를 가지는 폴리싱 시스템(475)의 부분 도면이다. 이 장치에서, 그루브 또는 채널(477)은 지지면(478)의 주변 둘레이지만, 실링 배리어(495)의 경계부 내측에 형성되어 있다. 진공 소오스(도시 생략, 도 3에 대해서 기술한 바와 같음)는 지지체(476)를 통과하는 진공 포트(479)를 통해서 채널(477)에 연결되어 있다.
진공을 적용할 때, 실링 배리어(495) 내측에 놓여 있는 폴리싱면(478)의 일부분과 폴리싱 미디어(310) 사이에 존재하는 공기는 채널(477)과 포트(479)를 통해서 배출되므로 폴리싱면(478)에 대향해서 폴리싱 미디어(310)를 끌어당겨 폴리싱 공정동안 폴리싱 미디어를 제 위치에 확고하게 유지한다. 도시한 예에서, 채널(477)은 거의 전체 주변 둘레로 균일하게 치수형성되어 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 도시한 직사각형 패턴의 코너 또는 단부와 같은 선택 영역에서 보다 넓게 또는 보다 깊게 채널을 형성할 수 있다. 또한, 채널은 타원형, 모래시계형 등으로 다른 형상으로 형성될 수 있다.
도 9는 진공 채널을 사용해서 실행될 수 있는 다른 변경예를 도시한다. 이 실시예에서, 추가의 채널(487)은 채널(477)에 의해 설정된 주변의 내부에 형성된다. 두 채널(477, 478)은 폴리싱면(489) 아래에 놓인 연결 포트(488)에 의해 연결되어 있다. 변경적으로, 채널(477, 478)을 연결하도록 폴리싱면(489) 내에 형성될 수 있지만, 포트(488)가 양호하다. 채널(478)은 다수의 폴리싱면을 크게 파괴하지 않도록, 채널(477)보다 좁게 채널(478)을 형성하기 위해서 일반적으로 폴리싱의 통로내에 놓이는 것이 바람직하지만, 꼭 필요한 것은 아니다. 포트(491)는 진공 소오스(도시 생략)에 채널(477, 487) 및 포트(488)를 연결한다.
상술한 모든 실시예는 상승하는 일체형 길이방향 에지, 이동가능한 상승 에지 부재 또는 지지면의 나머지 부분과 동일한 평면을 이루는 에지를 가지도록 구성될 수 있다.
도 10은 폴리싱 동안 폴리싱될 기판과 폴리싱 패드 사이에 사용된 화학 유체 또는 슬러리 또는 다른 유체의 고갈의 문제점을 해결하도록 채택된 폴리싱 장치의 구조의 단면도이다. 상술한 바와 같이, 약간의 폴리싱 이동이 일어난 후, 유체는 기판과 폴리싱 패드 사이에 거의 유체가 없을 때까지 점점 더 고갈되어지는 경향을 가진다. 폴리싱되는 기판면과 폴리싱 패드/판을 포함하는 상당히 부드럽고 평탄한 면에 의해서, 폴리싱 작용은 화학 유체/슬러리를 " 제거(sweep out)"하고, 폴리싱되는 기판 표면과 폴리싱 패드 사이에 진공 또는 흡입을 이룬다.
폴리싱 장치(750)는 폴리싱 미디어(310)와 지지면(556) 사이의 다공성 탄성층(710)을 포함한다. 진공이 진공 포트(190)를 통해서 적용되면, 폴리싱 미디어(310)는 탄성층(710)을 적어도 부분적으로 압축하기에 충분한 힘으로 지지면(556)을 향해서 밀려진다. 얇은 폴리싱 미디어는 추가로 탄성층(710)으로 끌려가서 공기가 작은 구멍(720)으로부터 고갈될 때 탄성층(710) 내의 작은 구멍(720)으로 부분적으로 들어간다. 그 결과로 다수의 오목부 또는 "딤플(dimple)"이 폴리싱 미디어(310)의 폴리싱면 내에 형성된다. 지지체(555), 탄성층(710), 폴리싱 미디어(310)와 기판(260) 사이의 관계의 부분 단면도는 도 11에 도시되어 있다.
폴리싱 미디어(310) 내의 오목부(810)는 진공이 상술한 바와 같이 적용될 때 탄성층(710)의 작은 구멍(720)에 형성되어 있다. 오목부는 슬러리, KOH, 물 또는 폴리싱 공정 동안 사용되는 액체 매체(840)를 위한 캐패시턴스로서 작용한다. 그러므로, 매우 평탄한 표면(260)이 폴리싱 미디어(310)를 통과할 때라도, 유체(840)는 전혀 폴리싱 영역으로부터 제거되지 않는다. 오히려, 유체/폴리싱 매체의 포켓이 딤플(810)내에 남아서, 폴리싱되어질 기판 아래의 슬러리/유체 결핍의 결과로 종종 관찰되는 슬립핑/스틱킹(예, "스틱션(stiction)") 문제를 방지하는데 도움을 준다.
다른 이용가능한 동일 성질의 다공성 및 탄성 재료가 대체될 수 있지만, 양호한 탄성층은 RODEL에 의해 공급된 IC1000 패드이다. 변경적으로, IC1000과 유사한 작은 구멍을 가진 상당히 비탄성인 층은 폴리싱 미디어(310)내의 딤플 형성에 성공적으로 사용될 수 있다. 더욱이, 딤플은 폴리싱 미디어(310)와 지지면(555) 사이의 층이 함께 없어지는 경우라도 지지면(556)에 IC1000의 구멍 크기에 가까운, 도 7에 도시한 것과 유사한 진공 포트(390)가 제공되면, 폴리싱 미디어(310) 내에 형성될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리싱 시스템의 부분도이다. 폴리싱 미디어(310)가 이전의 실시예와 같이 롤러(420, 325)를 지나가지만, 여기서 이것이 중요한 것이 아니고, 본 발명이 다른 미디어 장치, 즉, 폴리싱 미디어의 단일 가요성 시트(sheet)로 실시될 수 있다는 것이다. 이 실시예에서, 지지부재(855)의 지지면(856)은 중심부분(857)에서 중공이거나 부분적으로 홈이 형성되어 있다(도 13에도 도시함).
에지 표면(858)은 폴리싱 미디어(310)를 지지하고 폴리싱 미디어는 적합하게 표면(856) 위에 인장되어, 필요에 따라 폴리싱 미디어의 주변에 진공을 적용하거나 하지 않고 클램프(870)에 의해 에지 표면(858)에 클램프되어 있다. 미디어는 적합하게 미디어 폭의 인치당 적어도 2 lbf로 인장된다. 적합하게 클램핑은 도시한 바와 같이 4개의 클램프(870)를 사용해서 테이블의 4개의 코너 부근에 형성되어 있으나, 더 많거나 적은 클램프가 사용될 수 있다. 변경적으로, 미디어는 아래에 위치한 폼(foam) 또는 다른 소프트 테이퍼링 물질에 의해 연장되는 표면을 긴 클램프를 사용해서 양 측면을 따라서 전체 에지에서 클램프될 수 있다.
기판 캐리어(860)에는 기판(260)의 외측의 봉쇄 링(868) 또는 다른 구조물에 의해서 적합하게 둘러싸인 영역내에 있는 적어도 하나의 진공 포트(865)가 제공되어 있다. 진공 포트(865)는 진공관(890)을 통해서 진공 소오스에 연결되어 있다. 이전의 실시예와 같이, 이 실시예는 단일 진공 포트의 사용으로 제한되지 않지만, 변경 장치로 링 영역의 주변둘레에 다양하게 이격된 동일 또는 다른 크기의 다수의 진공 포트를 포함할 수 있다. 적합하게, 다수의 진공 포트가 사용되면, 진공 포트는 링 영역 둘레에 동일하게 이격되어 있으며, 이것 또한 절대적으로 필요하지 않다.
적어도 하나의 실링 배리어(866)는 기판 캐리어(860)의 주변 둘레에, 적합하게 캐리어(860)의 에지에 매우 가깝게 제공되어 있고 진공 포트(865)를 에워싸고 있다. 적합하게, 폴리싱 미디어(310)와 접촉하는 봉쇄 링(868)의 표면은 실링 배리어(866)로서 작용한다. 선택적으로, 전용 실링 배리어는 봉쇄 링 접촉면상이든지 또는 봉쇄 링(868)의 내원주에 인접해서 위치설정될 수 있다. 진공 포트(865)를 통해서 진공을 적용하면, 시일은 미디어(310)와 실링 배리어(866) 사이에 형성된다. 그리고 미디어는 기판(260)과 기판 캐리어(860)의 바닥면에 대해서 평탄해지고 진공 포트(865)에 의해 생긴 진공압에 의해서 부착된다.
다음으로 기판의 폴리싱은 시작될 수 있다. 기판(260)에 대해서 기판 캐리어(860)에 의해 가해진 압력은 폴리싱될 기판(260)의 표면에 대향해 미디어(310)를 끌어당기는 진공력으로 작용함으로써, 기판을 폴리싱하는데 필요한 작동압(즉, 프레스톤의 방정식에서의 "P"변수)을 제공한다. 이런 장치의 장점은 절대적으로 평탄하고, 평면인 폴리싱 또는 지지면을 필요로 하지 않는데 있다. 추가로, 홈이 나거나 중공 중앙 부분에 의해서 휠씬 가벼운 무게의 지지부재(855)가 가능하다. 이는 중앙 부분이 폴리싱을 위해 지지체를 제공할 필요가 없기 때문이다.
진공 해제시, 인장 미디어(310)의 편향력은 미디어(310)와 기판(260)과 캐리어(860) 사이에 가능하게 남아 있을 수 있는 어떠한 당김력보다 크다. 결국, 미디어(310)는 기판(260)과 기판 캐리어(860)와의 접촉을 분리하고 지지체(855)와 거의 동일한 평면인 실질적으로 평면인 형상으로 다시 돌아간다. 선택적인 특성부는 기판(260)과 캐리어(860)로부터 미디어(310)를 분리하는데 도움을 주도록 진공압을 해제한 후, 캐리어(860)상에 제공될 수 있어 미디어(310)에 대해서 포지티브의 유압(적합하게 공기)과 같은 포지티브 힘을 제공한다.
그리고 나서, 캐리어(860)는 검사 및/또는 교환을 위해 기판(260)을 쉽게 제거할 수 있도록 미디어(310)로부터 상승된다. 기판이 미디어(310)와 캐리어(860) 사이에 한번 재위치되면, 캐리어(860)는 미디어(310) 부근 또는 대향해 재위치된다. 진공을 다시 적용하면 상술한 바와 같은 시일이 이루어지고, 이 때에 폴리싱이 시작된다.
도 14는 도 12와 도 13에 대해서 상술한 진공 기술을 사용하는 시스템의 단면도이다. 또한 기판 캐리어(860)의 일 실시예를 도시한다. 기판 캐리어(860)는 상부 기준 평면을 형성하고 상기 평면으로부터 힘 적용수단(960)이 기판(260)에 힘을 준다. 이 예에서, 힘 적용수단은 가스 및/또는 액체를 제어된 유량을 배출하도록 형상되어 있는 3개의 원심 링(961, 962, 963)을 포함한다. 양호하게, 적용수단(961, 962, 963)은 공기를 배출하여 판(955)과 기판(260) 사이에 가압 공기층(970)을 형성한다. 그러나, 다른 가스, 물, 물과 공기 및/또는 다른 가스의 혼합물 또는 진공도 판(955)과 기판(260) 사이의 베어링 또는 고정층(970)을 형성하는데 사용될 수 있다. 물론, 이러한 형태의 캐리어는 3개의 링만을 사용하는 것에 제한되지 않고, 4개 이상 또는 1개 또는 2개의 링을 사용할 수 있다.
도시한 실시예에서, 압력 라인(964, 965, 966)은 제각기 가압 공기(도시 생략)에 링(961, 962, 963)을 연결한다. 스로틀 밸브(967)는 상기 라인상에 제공되어 단일 압력 입력 라인(968)을 사용하면서도 작업자가 각각의 링(961, 962, 963)을 통해서 유량을 독립적으로 조절할 수 있게 한다. 이런 캐리어의 보다 상세한 설명 및 완전한 설명은 본 출원과 동일자로 출원된 발명의 명칭이 "패드없는 기판 캐리어"(대리인 번호 : 36172-20017.00)에 설명되어 있다. 이 출원은 여기서 참조로 사용되고 있다.
선택적으로, 슬러리 라인(972)은 구동판(971)을 통과할 수 있어, 폴리싱 미디어와 슬러리를 함께 사용하는 시스템에서 슬러리를 연속 또는 자동 제어식으로 공급할 수 있게 허용한다. 본 발명은 도 14에 설명한 캐리어를 사용하는 것으로 제한되지 않지 않고, 기판 백킹 패드를 사용하는 것과 회전하는 것을 포함하는 보다 편리한 캐리어를 사용할 수 있다. 블래더가 구비되고 일치가능한 크라운(bladder-filled, conformalble crown) 및 캐리어의 크라운과 일치하기 위한 다른 압력 장치와 같은 다른 디자인도 사용될 수 있다.
도 14의 실시예에서, 링(961, 962, 963)을 통한 흐름은 동일한 공기/액체의 유속/압력 또는 일정한 압력 프로파일을 전달하도록 설정될 수 있으며, 또는 양자가 동시에 일어날 수 있다. 추가로, 최외각 링(961)은 압력파를 페이스판의 에지에 가깝게 거의 일정한 값으로 연장할 수 있도록 페이스판(955)의 에지에 매우 근접하게 형성될 수 있다. 베어링 층(970)은 추가로 페이스판(955)에 대해서 기판을 "부유" 또는 전진시킬 수 있다. 이는 페이스판(955)은 층(970)이 한번 형성되면 기판의 후측면과 접촉하지 않기 때문이다. 기판(260)의 반경은 페이스판의 반경과 다소 유사하고, 기판은 봉쇄 링(868)의 존재에 의해 페이스판(955)과 폴리싱 미디어(310) 사이의 제 위치에 유지된다.
기판의 후측면의 전체 표면에 거의 균일한 로드압력을 가하는 능력과 봉쇄 링의 범위내에서 기판을 전진 또는 부유시키는 능력을 조합하면, 기판의 에지로부터 중심까지 재료를 일괄적으로 제거하는 매우 균일한 폴리싱 공정을 만들 수 있다.
변경적으로, 압력 프로파일의 형상화 또는 구조화가 요구되는 사항에서, 링(961, 962, 963)을 통한 흐름은 압력 프로파일의 원하는 구조를 달성하도록 변경될 수 있다.
도 14의 장치로 폴리싱하는 동안, 상술한 바와 같은 캐리어에 의해 적용기(960)에 의해서 힘을 적용하는 것외에, 폴리싱 미디어와 캐리어(860) 내에 라인(890)을 통해서 가해진 진공은 기판(260)에 대향해 폴리싱 미디어(310)를 끌어당기고, 그의 후측면은 균일한 압력으로 폴리싱 미디어(310)에 대향해 가압하는 대기압(Pa)의 힘에 의해 제 위치에 유지되며, 반면 기판(260)의 후면은 캐리어(860)에 의해 공급된 유체/공기 압력에 의해 또는 예들 들어 완전한 다공 시트를 통해서 캐리어에 대해 기판을 진공함으로써 지지된다.
양호하게, 이런 장치는 지지체(856)에 대해서 캐리어(860)의 수직 힘을 적용할 필요가 없다. 그러므로, 구동판(971)은 단지 폴리싱 동안 수평힘을 제공하는데 필요하다. 실제 폴리싱 작용이 지지체(856)와 접촉하지 않고 수행되고, 폴리싱 미디어(310)가 기판(260)의 폴리싱 미디어(310)에 대향해 가압되기 때문에, 정확한 폴리싱면은 요구되지 않는다. 이것은 폴리싱 처리 기계의 필요한 중량을 크게 감소할 뿐만 아니라 지지체(856)의 비용을 감소한다. 추가로, 지지체(856)가 보다 적은 부피와 보다 적은 무게로 만들어 질 수 있으며, 이것은 다중 유닛 또는 모듈이 기판의 평행 처리를 위해, 휠씬보다 쉽게 적층될 수 있게 한다. 이런 모듈은 상향 수평 형태, 하향 수평 형태 또는 수직 또는 다른 "오프-수평" 형태로 웨이퍼의 폴리싱면과 같이 적층 또는 방위설정될 수 있다.
캐리어(860)의 다른 선택적인 특정 부재는 예들 들어 표면에 정전기 필름을 가진 폴리카본과 같은 투명 재료로 형성되어지는 페이스판(955)을 제공하는 것이다. 투명 페이스판(955)을 제공하여 관찰자가 폴리싱 동안 기판이 완전히 처리된 것을 확인할 수 있게 한다.
도 15는 캐리어판에 의해 기판 연장의 제어 뿐만 아니라 캐리어에 대해서 기판을 유지하기 위한 고정 힘을 적용하기 위해서 진공을 사용하는 기판 캐리어(1060)의 다른 양호한 실시예의 단면도이다. 이 장치에서, 캐리어판(1155)은 시일 판(1120)을 통해서, 캐리어 로딩 칼럼(1110)에 장착되어 있고 캐리어판 하향 멈춤부(1172)는 봉쇄 링 지지체(1170)로부터 연장한다. 격판(1148)은 시일 판(1120)과 캐리어판(1155) 사이에 장착되어 가압가능한 챔버(1145)를 형성한다.
캐리어 로딩 칼럼(1110)의 위치는 캐리어의 대략적인 위치설정을 근거로 정해진다. 캐리어 로딩 칼럼(1110)의 위치는 폴리싱 동안 기판의 측 로드 베어링 제어를 제공하는 봉쇄 링(1180)의 주 로드 제어를 제공한다.
진공 소오스(1130)는 봉쇄 링 지지체(1170)내의 진공 홀(1147)에 연결되어 있는 주 진공 라인(1132)을 통해서 제 2 가압가능한 챔버(1134)에 연결되어 있다. 캐리어판(1155)내의 진공 웨이퍼 픽업 홀(1182)은 진공관 및 고정물(도시 생략)에 의해 적어도 하나의 진공 포트(1166)에 결합된 매니폴드(1184)를 통해서 독립적으로 제어가능한 진공/압력 소오스(도시 생략)에 연결되어 있다. 진공 홀(1182)을 통해 진공을 적용하여 캐리어판(1155)에 대향해 기판의 후측면을 고정한다. 이 예에서, 진공 홀의 4개의 링은 추가로 캐리어판(1155)의 페이스(1155')를 통해서 중심에 위치된 진공 홀을 제공한다. 그러나, 다른 형태의 진공 홀도 변경적으로 사용될 수 있다. 추가로, 모니터링 홀(1192)은 진공 홀(1182) 장치의 중간에 제공될 수 있어 이들 위치에서 압력 및/또는 유량을 모니터하기 위해 사용된다. 모니터링 홀은 개별 모니터링 압력/유량 센서(도시 생략)에 독립적으로 연결되거나 매니폴드(1194)를 통해 중앙 감지 유닛(도시 생략)에 연결될 수 있다.
별도의 진공 라인(1160)은 가압가능한 챔버(1145)와 연결하고 오리피스(1162)는 대기압에 노출된 진공 라인(1160)의 맞은편 단부에 제공되어 있다. 밸브(1164), 적합하게 블리드 밸브는 주 진공 라인(1132)과 별도의 진공 라인(1160)을 상호연결한다. 밸브(1164)는 진공 소오스(1130)로 별도의 진공 라인(1160)을 폐쇄하도록 조정될 수 있으며, 이 경우에, 가압가능한 챔버(1145)는 오리피스(1162)를 통해서 대기압으로 될 것이다. 이런 상당히 높은 압력은 가압가능한 챔버를 팽창시켜 격막(1148)을 구동하고 이로써 캐리어판(1155)과 페이스(1155')를 도 15내의 하향으로 이동시킨다. 캐리어판 하향 멈춤부(1172)는 캐리어판(1155)의 하향 이동을 제한함으로써 하향 방향으로 캐리어 페이스(1155')의 과도한 연장을 방지한다.
밸브(1164)는 별도의 진공 라인(1160)을 진공 소오스(1130)로 개방하고 유량을 가변적으로 조정하도록 조정될 수 있으며, 이 경우에, 가압가능한 챔버(1145)는 주위 압력보다 적은 압력값을 취할 것이다. 이것은 가압가능한 챔버를 수축하여 격막(1148)을 끌어들이고 그러므로 캐리어판(1155)을 도 15에서 상향으로 이동하며, 기판에 보다 적은 폴리싱 힘을 효과적으로 제공한다. 상향 이동 정도는 상술한 바와 같이 밸브(1164)의 조정을 통해서 유량을 변경함으로써 제어가능하다.
이 장치로 폴리싱하는 동안, 도 14의 장치와 유사하게, 진공은 또한 폴리싱 미디어에 적용되어 기판(260)에 대해서 폴리싱 미디어(310)를 끌어당기고, 폴리싱 미디어는 그의 후측면에서 균일한 압력으로 폴리싱 미디어(310)에 대향해 가압하는 대기압(Pa)의 힘에 의해 제 위치에 유지되며, 반면 기판(260)의 후면은 상술한 바와 같이, 캐리어 페이스판(1155')을 통해서 가해진 진공에 의해 유지된다.
도 14의 실시예에 대해서 설명한 것과 유사한 장점은 이 실시예에서도 존재한다. 기판의 마모와 기판과 폴리싱 미디어 사이의 마찰력에 의해 생기는 열의 발생을 제어하기 위해서, 공기 스프레이는 폴리싱 미디어(310)의 후측면에 대해서 스트림을 냉각하는 적어도 하나의 흐름을 적용하는데 사용되며, 즉, 폴리싱 미디어 측면은 직접 기판과 접촉하지 않는다. 변경적으로, 물 베드는 폴리싱 미디어(310)의 후측면과 접촉한 상태로 제공될 수 있다.
또한 미디어의 후측면에 얇은 폴리카본 시트(예, 약 0.060 인치 두께)를 진공함으로써 폴리싱 미디어(310) 상에 보다 단단한 백킹(backing)을 제공하는 것이 바람직하다. 변경적으로, 견고성은 폴리싱 미디어 자체의 두께를 간단히 증가함으로써 증가될 수 있다. 추가로 또는 변경적으로, 백킹 시트는 기판의 균일성과 평탄성을 보강하도록 폴리싱 미디어의 후측면과 접촉하는 측면상에 그루브로 슬릿될 수 있다.
예
1. 폴리싱 지지면에는 약 22"×19"의 직경을 갖는 실질적인 직사각형 시일 배리어가 제공된다. 단일 진공 포트는 시일 배리어의 둘레부 내에 한정된 폴리싱면의 일단부 및 중앙에 제공된다. 약 2psig의 진공 압력을 가함으로써, 대략 418in2 는 지지면 위에 위치된 폴리싱 미디어에 대략 836파운드의 인력을 제공하며, 시일 배리어와 함께 진공 시일을 제공한다. 이러한 여분의 하중은 폴리싱 미디어의 스트레치, 이동 및 휨을 방지하고, 폴리싱 미디어를 신장시킬 필요성을 제거하기 위해 사용될 수도 있다. 폴리싱 미디어는 폴리싱 영역 상에 고정 마모제를 갖는 "MYLARTM" 박막이며, 이는 3M 사 또는 듀폰(DuPont) 사에 의해 공급된다.
2. 상기 1에서와 동일한 조건에 부가하여, IC1000층이 폴리싱 미디어 아래에 그리고 지지면 위에 보조패드로써 위치된다. 진공이 진공 포트를 통해 가해질 때, 폴리싱 미디어의 폴리싱 영역은 보조패드 및 지지면에 대해 아래로 당겨진다. 폴리싱 미디어, 보조패드, 및 지지면 사이의 공간으로부터 공기가 고갈되며, 이에 의해 보조패드에 압력이 가해지고, 보조패드의 기공 위에 위치된 폴리싱 미디어의 일부가 기공 내로 부분적으로 당겨지게 된다. KOH와 물의 혼합물이 폴리싱 미디어의 폴리싱면에 공급될 때, 폴리싱 공정이 개시된다. 웨이퍼 캐리어, 웨이퍼 유지링, 및 폴리싱 미디어에 대향하는 웨이퍼의 이동은 폴리싱 영역으로부터 KOH/물 폴리싱 용액을 쓸어내는 경향이 있다.
그렇지만, 진공에 의해 보조패드의 기공 내로 부분적으로 당겨지는 보조패드의 기공 위에 위치된 폴리싱 미디어의 일부분에 의해 형성된 폴리싱 미디어에서의 딤플은 KOH/물 폴리싱 유체의 작은 풀(pool)을 형성하며, 이에 의해 폴리싱 유체가 폴리싱될 웨이퍼 표면에서 연속적으로 사용할 수 있게 된다.
본 발명의 폴리싱 장치는 폴리싱 패드의 이동을 방지하는 동시에 연속적으로 또는 간헐적으로 용이하고 신속하게 교체할 수 있으며, 또한, 폴리싱될 기판 표면과 폴리싱 패드 사이에서 "슬러리 결핍" 현상으로 알려진 화학적 폴리싱제의 제거를 방지할 수 있다.

Claims (44)

  1. 폴리싱면을 안정화시키기 위한 장치로서,
    실질적으로 평면인 비가요성 지지 베이스;
    상기 지지 베이스 위에 위치한 가요성 및 전진가능한(advanceable) 폴리싱 패드;
    상기 폴리싱 패드와 상기 지지 베이스 사이에 삽입된 탄성 패드; 및
    상기 폴리싱 패드 아래에 위치하고 상기 지지 베이스에 형성된 진공 포트
    를 포함하며, 상기 폴리싱 패드를 미리 설정된 폴리싱 위치로 유지시키기 위하여 상기 진공 포트를 통해 진공을 적용함으로써 상기 지지 베이스에 대해 상기 폴리싱 패드가 당겨지는 폴리싱면 안정화 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 베이스 상의 진공 포트 주위에 둘레부를 형성하는 시일(seal)을 더 포함하며, 상기 진공을 적용할 때 상기 시일을 따라 상기 지지 베이스와 상기 폴리싱 패드 사이에 기밀한 시일이 형성되는 것을 특징으로 하는 폴리싱면 안정화 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 진공 포트는 다수의 진공 포트들 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 폴리싱면 안정화 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 다수의 진공 포트들은 상기 지지 베이스의 둘레부 주위에 위치하는 것을 특징으로 하는 폴리싱면 안정화 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 다수의 진공 포트들은 상기 지지 베이스 위에 실질적으로 균일하게 분포된 것을 특징으로 하는 폴리싱면 안정화 장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 다수의 진공 포트들은 상기 지지 베이스의 둘레부 주위에 위치된 비교적 큰 진공 포트들의 그룹과 상기 둘레부 내 상기 지지 베이스의 영역 위에서 실질적으로 균일하게 분포된 비교적 작은 진공 포트들의 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱면 안정화 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 천공된 패드는 직경이 약 0.25인치 미만인 구멍들을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱면 안정화 장치.
  10. 삭제
  11. 폴리싱 장치로서,
    실질적으로 평면인 비가요성 지지 베이스;
    상기 지지 베이스 위에 위치한 가요성 및 전진가능한 폴리싱 패드;
    상기 가요성 폴리싱 패드와 상기 지지 베이스 사이에 삽입된 탄성 패드; 및
    상기 폴리싱 패드를 미리 설정된 폴리싱 위치로 유지시키기 위해 상기 지지 베이스에 대해 상기 폴리싱 패드를 당기는 당김 수단을 포함하는 폴리싱 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 당김 수단은 상기 지지 베이스 내의 적어도 하나의 진공 포트에 연결된 진공 소오스를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 폴리싱 패드 및 상기 지지 베이스에 대해 이동가능하게 장착된 기판 캐리어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 폴리싱 미디어(media)에 대해 기판을 폴리싱하는 동안 상기 폴리싱 미디어를 안정화시키는 방법으로서,
    실질적으로 비가요성 지지면 위로 전진가능한 폴리싱 미디어를 제공하는 단계;
    상기 전진가능한 폴리싱 미디어와 실질적으로 비가요성인 지지면 사이에 다공 성 천공층 중 적어도 하나를 제공하는 단계; 및
    상기 지지면을 향해 상기 폴리싱 미디어를 당기기 위해 상기 지지면과 상기 폴리싱 미디어 사이에 진공을 적용시키는 단계; 및
    상기 지지면과 관련하여 상기 전진가능한 폴리싱 미디어의 이동을 저지하도록 진공을 유지하면서 상기 전진가능한 폴리싱 미디어에 대해 기판을 폴리싱하는 단계
    를 포함하는 폴리싱 미디어 안정화 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 진공은 약 0.2 내지 3.0psi의 힘으로 적용되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 미디어 안정화 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 진공은 약 1.2psi의 힘으로 적용되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 미디어 안정화 방법.
  20. 삭제
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 기판이 상기 폴리싱 미디어와 접촉하지 않게 상기 기판을 제거하는 단계;
    상기 진공의 적용을 중단시키는 단계와; 및
    세정, 컨디셔닝 또는 교체를 위해 폴리싱 미디어를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 미디어 안정화 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 세정 및/또는 컨디셔닝한 후 상기 폴리싱 미디어를 교체하는 단계; 및
    상기 지지면을 향해 상기 폴리싱 미디어를 당기기 위해 상기 지지면과 상기 폴리싱 미디어 사이로 진공을 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 미디어 안정화 방법.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 지지면 상에 다른 폴리싱 미디어를 위치시키는 단계; 및
    상기 지지면을 향해 상기 다른 폴리싱 미디어를 당기기 위해 상기 지지면과 상기 다른 폴리싱 미디어 사이로 진공을 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 미디어 안정화 방법.
  24. 제 17항에 있어서,
    상기 기판이 상기 폴리싱 미디어와 접촉하지 않게 상기 기판을 제거하는 단계;
    상기 진공의 적용을 중단시키는 단계; 및
    상기 지지면에 대해 상기 폴리싱 미디어를 재위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 미디어 안정화 방법.
  25. 제 21항에 있어서,
    상기 지지면을 향해 상기 폴리싱 미디어를 당기기 위해 상기 지지면과 상기 폴리싱 미디어 사이로 진공을 다시 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 미디어 안정화 방법.
  26. 제 17항에 있어서,
    상기 진공을 적용하는 단계에서, 상기 전진가능한 폴리싱 미디어의 폴리싱면 상에 딤플(dimple)들이 형성되도록 상기 전진가능한 폴리싱 미디어의 일부분이 상기 다공성층의 작은 구멍들 내로 부분적으로 당겨지는 것을 특징으로 하는 폴리싱 미디어 안정화 방법.
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  43. 제 1항에 있어서,
    상기 탄성 패드는 적어도 하나가 천공되고 다공성인 것을 특징으로 하는 폴리싱면 안정화 장치.
  44. 제 11항에 있어서,
    상기 탄성 패드는 적어도 하나가 천공되고 다공성인 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
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