KR100715083B1 - 연마 시트, 기판 연마 장치 및 기판 연마 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 연마 개념(장치 및 방법)이 개시되는데, 연마 시트의 연마 표면이 구동 장치에 의해 선형 방향으로 구동되고, 기판의 표면이 연마 헤드에 의해 연마 시트의 연마 표면에 유지되며, 기판이 모니터링 시스템에 의해 연마 시트를 통해 검사된다.

Description

연마 시트, 기판 연마 장치 및 기판 연마 방법{POLISHING SHEET, SUBSTRATE POLISHING APPARATUS AND SUBSTRATE POLISHING METHOD}
도 1a와 1b은 각각 인-시튜 연마 동작 모니터링 시스템을 포함하는 선형 기판 연마 장치의 투시도 및 단면도.
도 2는 도 1a와 1b의 선형 기판 연마 장치의 측단면도.
도 3a는 광투과 영역을 갖는 선형 연마 시트를 포함하는 선형 기판 연마 장치의 일부에 대한 측단면도.
도 3b는 연마 시트의 길이에 따라 연장되는 가늘고 긴 광투과 영역을 갖는 선형 연마 시트의 평면도.
도 3c는 불연속 광투과 영역을 갖는 선형 시트의 평면도.
도 4a와 도 4b는 각각 다수의 표면 연마 피쳐를 가지는 상이한 선형 연마 시트를 포함하는 선형 기판 연마 장치 일부의 측단면도.
※ 도면의 주요부분에 대한 설명 ※
10 : 선형 기판 연마 장치 12 : 연마 헤드
14 : 연마 시트 16 : 연마 표면
18 : 선형 구동 장치 22 : 모니터링 시스템
24 : 기판 지지체 26 : 샤프트
본 발명은 선형 연마에 관한 것으로서, 선형 기판 연마 동작의 인-시튜 모니터링에 관한 것이다.
연마 동작의 인-시튜 모니터링이 통상적으로 바람직하다. 예를 들면, 화학적 기계적 연마 동작동안, 연마 속도는 시간에 따라 변화하기 때문에 기판층이 요구된 두께로 연마될 때의 시점(엔드 포인트)을 결정하는 것이 바람직하다. 화학적 기계적 연마는 연마 패드와 연마 슬러리에 의해 거의 균일한 레벨로 기판 표면을 평탄화시키는(평면화) 프로세스이다. 연마될 기판은 보통 회전가능한 캐리어 헤드상에 장착되고 이동하는 연마 패드에 대해 가압된다. 연마 패드는 일반적으로 연마제 시트로 구성된다. 연마 화학적 용액(슬러리)이 연마 프로세스를 보조하기 위해 연마 패드상에 유입될 수 있다.
본 발명의 목적은 선형적인 기판 연마 동작의 인-시튜 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 기판 연마 개념(장치 및 방법)에 관한 것으로, 연마 시트의 연마 표면은 구동 장치에 의해 선형 방향으로 구동되고, 기판 표면은 연마 헤드에 의해 연마 시트의 연마 표면에 대해 유지되며, 기판은 모니터링 시스템에 의해 연마 시트를 통해 검사된다.
삭제
일 실시예에서, 모니터링 시스템은 광을 생성하고 연마 시트를 통해 광이 기판을 향하도록 구성되는 광원, 및 기판으로부터 반사되는 광을 검출하도록 구성되는 검출기를 포함한다. 그런 실시예에서, 연마 시트는 광원에 의해 생성되는 광에 대하여 적어도 반투명인 영역을 포함한다. 연마 패드는 광원에 의해 생성된 광에 대하여 적어도 반투명인 재료로 형성될 수 있다. 대안적으로, 연마 시트는 광원에 의해 생성된 광에 대하여 불투명인 재료로 형성될 수 있고, 연마 시트는 광원에 의해 생성된 광에 대하여 적어도 반투명인 불연속 영역을 포함할 수 있다. 불연속 영역은 연마 시트의 길이로 연장하거나 또는 연마 시트의 제한된 길이만 따라 연장할 수 있다.
다른 실시예에서, 연마 시트의 연마 표면은 다수의 돌출 표면 형상을 포함한다. 돌출 표면 형상은 인접한 표면 형상 사이의 균일한 간격으로 연마 표면에 걸쳐 배치되며, 상기 표면 형상은 기판을 검사하는 모니터링 시스템에 대해 충분히 투과될 수 있다. 대안적으로, 상기 표면 형상은 인접한 표면 형상 사이의 간격이 모니터링 시스템이 기판을 검사할 수 있도록 다른 위치에서의 간격보다 더 큰 연마 표면의 검사 영역을 제외하고 인접한 표면 형상 사이의 균일한 간격으로 연마 표면에 걸쳐 배치될 수 있다.
모니터링 시스템은 주기적으로 기판을 검사하기 위해 연마 헤드와 구동 장치와 협동하여 동작하도록 구성될 수 있다. 회전 장치가 기판과 관련한 평면으로 선형 구동 장치를 회전시키기 위해 제공될 수 있다.
삭제
도 1a와 도 1b를 참조하면, 선형 기판 연마 장치(10)는 연마 헤드(12), 연마 표면(16)을 가지는 연마 시트(14), 선형 방향으로 연마 표면(16)을 구동시키도록 구성되는 선형 구동 장치(18), 및 모니터링 시스템(22)을 포함한다.
연마 헤드(12)는 축(28)을 중심으로 기판 지지체(24)를 회전시키기 위해 샤프트(26)에 결합되는 기판 지지체(24)를 포함한다. 또한 기판 지지체(24)는 화살표(30, 31)로 표시된 세로 방향, 또는 원형 또는 타원 이동 경로를 달성하는 이들 방향의 조합을 따라 연마 시트(14)의 표면에 대해 이동될 수 있다. 또한 연마 헤드(12)는 외팔보 암 또는 공기압-제어 지지 암(도시안됨)에 의해 연마 표면(16)에 가깝게 이동하고 그 표면으로부터 떨어져 이동될 수 있다. 연마 헤드(12)는 "기판 벨트 연마기"란 명칭으로 1995년 12월 5일에 출원된 공동-계류중인 출원 일련번호 제08/568,188호에 개시된 바와 같이 기판(32)을 유지하기 위한 메커니즘을 포함한다. 또다른 실시예에서, 연마 헤드(12)는 기판(32)을 위한 장착 표면을 제공하는 가요성 시트를 포함한다. 가요성 시트에 의해 형성되는 챔버 가압으로 연마 패드에 대해 기판이 가압된다. 유사한 기판 지지체(24)의 설명은 "화학적 기계적 연마 장치를 위한 가요성 시트를 갖는 캐리어 헤드"란 명칭으로 1996 년 11월 8일 출원된 공동-계류중인 출원 번호 제08/745,679호에서 찾을 수 있다.
선형 구동 장치(18)는 기판(32)과 관련하여 선형 방향으로 연마 시트(14)의 연마 표면(16)이 구동되도록 구성된다. 즉, 선형 구동 장치(18)는 연마될 기판 표면에 대해 평행한 평면으로 그리고 기판(32)의 순간 위치와 관련한 직선 경로에 따라 연마 표면(16)상의 어떤 위치로 이동하도록 구성된다. 도 1a와 도 1b의 실시예에서, 선형 구동 장치(18)는 선형 경로(20)를 따라 연마 표면(16)을 구동하도록 연마 시트(14)에 맞물리는 2개의 롤러(36, 38)를 포함한다. 상기 연마 표면(16)의 이동은 경로(20)에 따른 한방향 이동, 또는 점진적 전후방 이동으로 구성할 수 있다. 롤러(36, 38)는 이들이 연마될 기판 표면과 관련하여 선형 방향으로 연마 표면(16)을 구동하도록 구성될 수 있게 수평 또는 수직적으로 방향이 정해진다. 다른 실시예에서, 롤러(36, 38)는 쌍으로 롤러(36, 38)를 회전시키도록 구성된 플랫폼상에 장착될 수 있고, 그결과 발명의 명칭이 "신형 연마 시트를 사용한 화학적 기계적 연마 장치 및 방법"이고 1999년 2월 4일자에 제출된 특허출원에 개시된 바와 같이 연마 표면(16)은 기판(32)과 관련한 평면으로 선형적으로 동시에 회전되고 구동된다.
연마 시트(14)는 여러가지 재료로 제조될 수 있다. 예를 들면, 하나의 이중-층 연마 시트는 개방 셀이 형성된 폴리우레탄, 또는 홈파인 표면을 갖는 폴리우레탄 시트로 구성되는 커버용 층, 및 우레탄과 용해된 압착 펠트(felt)로 구성되는 후면층을 포함한다. 또한 슬러리는 연마 입자(예를 들어, 산화물 연마를 위한 실리콘 이산화물)를 포함할 수 있다. 연마 시트 컨디셔너가 시간에 관한 연마 표면의 조건을 유지하기 위해 제공될 수 있다.
후면 플레이트(40)는 연마 헤드(12)가 연마 표면(16)을 지나가는 영역의 위치를 직접 마주보는 위치에서 연마 시트(14)에 인접하여 배치된다. 연마 시트(14)는 연마 헤드(12)와 후면 플레이트(40) 사이에 삽입된다. 연마 표면(16)이 선형 경로(20)를 따라 이동하기 때문에, 후면 플레이트(40)는 연마 표면(16)이 실질적으로 균일한 압력으로 기판(32)의 표면을 연마하도록 연마 시트(14)의 하부를 지지한다. 후면 플레이트(40)는 모니터링 시스템(22)이 연마 시트(14)를 통해 기판(32)을 검사할 수 있도록 하는 투명 윈도우(또는 간단히 홀)를 한정한다. 윈도우(42)는 그것이 기판(32)을 바라보도록 배치된다. 모니터링 시스템(22)은 레이저 광의 검사 빔(예를 들어, 약 670 ㎚의 파장을 갖는)이 윈도우(42)와 연마 시트(14)를 통해 기판(32)을 향하도록 하는 레이저, 및 기판(32)으로부터 반사하는 광을 검출하는 검출기를 포함한다. 아래에서 상세히 기술한 바와 같이, 연마 시트(14)는 모니터링 시스템(22)에 의해 생성되는 광에 대해 적어도 반투명인 영역을 포함한다. 이미 언급한 1995년 3월 28일에 제출된 계류중인 출원 일련번호 제08.413,982호 및 1996년 2월 22일에 제출된 계류중인 출원 일련번호 제08/605,769호에 개시된 바와 같이, 모니터링 시스템(22)은 기판(32)의 표면으로부터 제거되는 재료의 양을 결정하도록, 또는 연마 처리의 종말점을 결정하도록 구성된다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에서, 연마 시트(14)는 적어도 모니터링 시스템(22)에 의해 생성된 광에 대하여 반투명인(실질적으로 투과성) 재료(예를 들어, 폴리우레탄)로 형성될 수 있다. 동작중, 모니터링 시스템(22)은 레이저 빔(50)을 생성하는데, 그것의 적어도 일부는 윈도우(42)와 연마 시트(14)를 통과한다. 상기 기판(32)상에 충돌하는 빔(50)의 일부는 기판(32)의 하나 이상의 층으로부터 부분적으로 반사되어 층이 기판(32)에서 제거될 때 변화하는 세기를 가지는 빔(52)을 생성한다. 예를 들면, 상기 표면 층이 부분적으로 반사되고 부분적으로 투과된다면, 빔(52)은 서로 다른 표면으로부터 반사하는 적어도 2개의 빔으로부터 형성될 것이고, 빔(52)의 세기는 구성 빔이 구조적으로 또는 파괴적으로 간섭하는지에 따라 변화할 것이고, 빔 세기의 특성은 주로 표면층의 두께 함수가 된다. 표면층이 실질적으로 반사성을 가진다면, 빔(52)의 세기는 표면층이 연마되었을 때 상당히 감소될 것이다. 모니터링 시스템(22)은 기판(32)의 표면으로부터 제거되는 재료의 양을 결정하기 위해, 또는 연마 처리의 종말점을 결정하기 위해 연마 처리 동안 빔(52)의 세기의 변화를 모니터링한다. 모니터링 시스템(22)의 동작은 모니터링 시스템(22)이 주기적으로 기판(32)을 검사할 수 있도록 기판 지지대(24)의 이동과 조화된다. 특히, 모니터링 시스템(22)은 기판(32)이 윈도우(42)상에 배치될 때 트리거링하도록 구성되고; 대안적으로, 모니터링 시스템(22)은 기판(32)이 윈도우(42)상에 배치될 때 검출기상의 셔터를 개방하도록 구성될 수 있다.
도 3a와 3c를 참조하면, 다른 실시예에서, 연마 시트(14)는 모니터링 시스템(22)에 의해 생성된 광에 대해 적어도 반투명(실질적으로 투과성)인 불연속 영역(60)을 포함한다. 불연속 영역(60)은 약 1㎝의 폭을 가질 수 있다. 이런 실시예는 특히 연마 시트(14)가 모니터링 시스템(22)에 의해 생성된 광에 대하여 실질적으로 불투명한 재료로 제조되는 시스템에 대해 유리하다. 예를 들면, 연마 시트(14)는 레이저 빔(50)의 투과를 금지하는 연마재를 갖는(또는 개방 셀 구조 또는 홈파인 표면을 가진다) 폴리우레탄으로 형성될 수 있으며, 불연속 영역(60)은 폴리우레탄으로부터 제조될 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 불연속 영역(62)은 연마 시트(14)의 길이로 연장될 수 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서, 불연속 영역(64)은 연마 시트(14)의 제한된 길이로 연장될 수 있다. 이런 실시예에서, 모니터링 시스템(22)은 불연속 영역(64)이 후면 플레이트(40)에서 윈도우(42)와 정렬될 때 주기적으로 기판(32)을 검사하도록 구성된다. 필요하다면, 부가적 불연속 영역(64)이 시트(14)의 중심부의 길이를 따라 제공될 수 있다.
도 4a와 4b를 참조하면, 또다른 실시예에서, 연마 시트(14)의 연마 표면(16)은 기판(32)의 표면 연마를 지지할 수 있는 다수의 돌출 표면 형상(70)을 포함한다. 표면 형상(70)은 다수의 홈 또는 균일한 돌출부 어레이로서 배열될 수 있다. 표면 형상(70)은 연마 시트(14)와 같은 동일 재료로 형성되거나 또는 다른 재료로 형성될 수 있거나 또는 하나 이상의 연마재(예를 들어, CeO2 또는 알루미나)를 포함할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 표면 형상(70)은 빔(52)의 투과에 두드러지게 영향을 끼치지 않아(예를 들어, 표면 형상 밀도가 상당히 낮거나, 또는 표면 형상(70)의 구성물이 빔(50과 52)에 대해 투과성이다), 모니터링 시스템(22)이 표면 형상(70)과의 상당한 간섭(예를 들어, 신호 대 잡음비가 상당히 높다)없이 기판(32)을 검사하도록 한다. 도 4b를 참조하면, 표면 형상(70)이 빔(50과 52)의 투과에 두드러지게 영향을 끼친다면(예를 들어, 표면 형상 밀도가 너무 높고, 또는 각 형상(70)에 의해 초래되는 신호 간섭이 마찬가지로 너무 크다면), 표면 형상(70)의 하나 이상의 로우는 모니터링 시스템(22)이 상당한 간섭(예를 들어, 신호 대 잡음비가 상당히 높다)없이 기판(32)을 검사할 수 있도록 영역(72)에서 제거될 수 있다. 이런 실시예에서, 표면 형상(70)의 하나 이상의 로우는 연마 시트(14)의 전체 길이에 걸쳐 제거되거나(예를 들어, 도 3b의 불연속 영역(62)에 대응하는 영역에 걸쳐), 또는 단지 제한된 길이 영역에 걸쳐(예를 들어, 도 3c의 불연속 영역(64)에 대응하는 영역에 걸쳐) 제거될 수 있다.
다른 실시예들이 청구범위의 범위내에 있다. 본 발명은 다른 선형 기판 연마 설계로 수행될 수 있다. 예를 들면, 이미 언급한 계류중인 특허출원 일련번호 제08/568,188호에 개시된 바와 같이, 3개 이상의 롤러가 연마 시트(14)를 구동하는데 사용될 수 있고 다른 부가적인 특징이 사용될 수 있다. 연마 시트(14)는 도 1a에 도시된 바와 같이 연속적인 벨트의 형태로 구현될 수 있고, 또는 모터 구동 감김 롤러에 의한 연마 재료의 롤로부터 감긴 것이 풀린 선형 연마 시트로서 구현될 수 있다.
본 발명을 사용하여, 선형적인 기판 연마 동작을 인-시튜 모니터링할 수 있는 능력을 향상시킬 수 있다.

Claims (25)

  1. 기판 연마 장치로서,
    연마될 표면을 갖는 기판을 유지하도록 구성된 연마 헤드;
    연마 표면을 갖는 연마 시트 - 상기 연마 시트는 불투명하고, 상기 연마 시트의 길이를 따라 연장하는 불연속 영역을 포함하며, 상기 불연속 영역은 적어도 반투명함 - ;
    상기 연마 시트의 연마 표면이 대체로 선형인 방향으로 구동되도록 구성된 구동 장치; 및
    상기 연마 시트를 통해 상기 기판을 검사하도록 구성된 모니터링 시스템
    을 포함하며, 상기 모니터링 시스템은 상기 연마 시트의 불연속 영역을 통과하도록 광을 지향시키는 광원 및 상기 기판으로부터 반사된 광을 검출하는 검출기를 포함하는, 기판 연마 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 연마 시트는 연속적인 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 연마 시트는 선형 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  4. 기판 연마 장치로서,
    연마될 표면을 갖는 기판을 유지하도록 구성된 연마 헤드;
    균일한 간격으로 상기 연마 표면에 걸쳐 배치된 돌출하는 표면 피쳐들을 가진 제 1 영역 및 인접하는 상기 피쳐들 간의 간격이 상기 제 1 영역의 간격보다 큰 제 2 영역 - 상기 제 2 영역의 연마 표면은 적어도 반투명함 - 을 갖는 연마 표면을 구비하는 연마 시트;
    상기 연마 시트의 연마 표면이 대체로 선형인 방향으로 구동하도록 구성된 구동 메커니즘; 및
    상기 연마 시트의 제 2 영역을 통해 상기 기판을 검사하도록 구성된 모니터링 시스템
    을 포함하며, 상기 모니터링 시스템은 상기 연마 시트의 제 2 영역을 통과하도록 광을 지향시키는 광원 및 상기 기판으로부터 반사된 광을 검출하는 검출기를 포함하는, 기판 연마 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 2 영역은 상기 연마 시트의 길이를 따라 연장하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 제 2 영역은 상기 연마 시트의 제한된 길이만을 따라 연장하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 모니터링 시스템은 상기 기판을 주기적으로 검사하기 위해 연마 헤드 및 상기 구동 메커니즘과 함께 작동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  8. 기판 연마 방법으로서,
    연마 시트 - 상기 연마 시트는 불투명한 재료로 형성되고 상기 연마 시트의 길이를 따라 연장하는 불연속 영역을 포함하며, 상기 불연속 영역은 적어도 반투명함 - 의 연마 표면을 대체로 선형인 방향으로 구동하는 단계;
    상기 연마 시트의 연마 표면에 대해 기판을 표면을 유지시키는 단계; 및
    상기 연마 시트의 불연속 영역을 통과하도록 광을 지향시키고 상기 기판으로부터 반사된 광을 검출함으로써 상기 연마 시트를 통해 상기 기판을 검사하는 단계
    를 포함하는, 기판 연마 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 연마 시트는 연속적인 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 연마 시트는 선형 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 방법.
  11. 기판 연마 방법으로서,
    연마 시트의 연마 표면 - 상기 연마 표면은 균일한 간격으로 상기 연마 표면에 걸쳐 배치된 돌출하는 표면 피쳐들을 갖는 제 1 영역 및 인접하는 상기 피쳐들 사이의 간격이 상기 제 1 영역의 간격보다 큰 제 2 영역을 가지며, 상기 제 2 영역의 연마 표면은 적어도 반투명함 - 을 대체로 선형인 방향으로 구동하는 단계;
    상기 연마 시트의 연마 표면에 대해 기판의 표면을 유지시키는 단계; 및
    상기 연마 시트의 제 2 영역을 통과하도록 광을 지향시키고 상기 기판으로부터 반사된 광을 검출함으로써 상기 연마 시트를 통해 상기 기판을 검사하는 단계
    를 포함하는, 기판 연마 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 제 2 영역은 상기 연마 시트의 길이를 따라 연장하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 제 2 영역은 상기 연마 시트의 제한된 길이만을 따라 연장하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 기판은 주기적으로 검사되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 방법.
  15. 폴리싱 표면을 포함하는 연마 시트로서,
    상기 연마 시트는 불투명한 재료로 형성되고 상기 연마 시트의 길이를 따라 연장하는 불연속 영역을 포함하며, 상기 불연속 영역은 적어도 반투명한, 연마 시트.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 연마 시트는 연속적인 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 시트.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 연마 시트는 선형 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 시트.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 폴리싱 재료는 혼합제를 가진 폴리우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 시트.
  19. 제 15항에 있어서, 상기 불연속 영역은 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 연마 시트.
  20. 제 15항에 있어서, 상기 연마 시트는 다수의 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 시트.
  21. 제 15항에 있어서, 상기 불연속 영역은 폭이 대략 1 센티미터인 것을 특징으로 하는 연마 시트.
  22. 제 15항에 있어서, 상기 불연속 영역은 상기 연마 시트의 중심에서 대략 아래로 연장하는 것을 특징으로 하는 연마 시트.
  23. 폴리싱 표면을 갖는 연마 시트로서,
    상기 폴리싱 표면은 상기 폴리싱 표면에 걸쳐 균일한 간격으로 배치된 돌출하는 표면 피쳐들을 갖는 제 1 영역 및 인접하는 상기 피쳐들 사이의 간격이 상기 제 1 영역의 간격보다 큰 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 2 영역의 폴리싱 표면이 적어도 반투명한, 연마 시트.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 제 2 영역은 상기 연마 시트의 길이를 따라 연장하는 것을 특징으로 하는 연마 시트.
  25. 제 23항에 있어서, 상기 제 2 영역은 상기 연마 시트의 제한된 길이만을 따라 연장하는 것을 특징으로 하는 연마 시트.
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