KR100726507B1

KR100726507B1 - 화학 기계적 폴리싱 장치, 화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드, 캐리어 헤드용 유지 링, 및 화학 기계적 폴리싱 장치의 작동 방법

Info

Publication number: KR100726507B1
Application number: KR1020000015495A
Authority: KR
Inventors: 로버트디. 툴레스; 시드니 후에이
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2007-06-11
Also published as: EP1038636A3; EP1038636A2; US6527624B1; KR20000076973A; TW550143B; JP2000317812A; JP4693203B2

Abstract

화학 기계적 폴리싱 장치는 폴리싱 패드에 폴리싱 슬러리를 제공 및 분배하기 위한 것이다. 유지 링은 폴리싱 패드로 플리싱 슬러리를 운반하기 위한 용기부 및 하나 이상의 채널을 포함한다.

Description

화학 기계적 폴리싱 장치, 화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드, 캐리어 헤드용 유지 링, 및 화학 기계적 폴리싱 장치의 작동 방법 {A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS, A CARRIER HEAD FOR THE CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS, RETAINING RING FOR THE CARRIER HEAD, AND METHOD FOR THE CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

도 1은 화학 기계적 폴리싱 장치의 분해 사시도.

도 2는 슬러리를 포함하는 전형적인 용기부(trough)를 가지는 유지 링 및 외부 공급 라인을 가지는 캐리어 헤드의 단면도.

도 3은 도 2의 캐리어 헤드의 유지 링을 통과하는 통로를 도시한 확대도.

도 4는 도 3의 유지 링의 저면 사시도.

도 5는 도 3의 유지 링의 부분 절단 저면 사시도.

도 6은 도 5의 절단 부분의 확대도.

도 7은 슬러리를 포함하는 용기부를 가지는 유지 링의 다른 실시예의 단면도.

도 8a 및 8b는 바닥면에 환형 홈을 가지는 유지 링의 또 다른 실시예의 저면도 및 단면도.

도 9a 및 9b는 캐리어 헤드의 슬러리 용기부에 슬러리를 전달할 수 있는 슬러리 송출 아암의 측면 개략도 및 평면도.

도 10은 유지 링을 둘러싸는 환형 슬러리 공급 부재를 가지는 캐리어 헤드 부분의 단면도.

도 11은 캐리어 하우징의 상부면에 형성된 슬러리 공급 저장조를 가지는 태 리어 헤드 부분의 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 기판 20 : 화학 기계적 폴리싱 장치

22 : 머신 베이스 25 : 폴리싱 스테이션

27 : 전달 스테이션 30 : 회전 플래튼

32 : 폴리싱 패드 34 : 패드 조절 장치

40 : 슬러리 송출 아암 42 : 튜브 배출구

50,312,362 : 슬러리 60 : 회전 다중 헤드 카루젤

66 : 카루젤 지지판 70 : 캐리어 헤드 시스템

72 : 방사형 슬롯 76 : 캐리어 헤드 회전 모터

78 : 구동축 100,100',100" : 캐리어 헤드

102,202" : 하우징 104 : 가요성 막

106 : 로딩 챔버 108,130,306,354,356 : 통로

110,110',110" : 유지 링 112 : 슬러리 용기부

114 : 각도진 립 120 : 내측면

122,310,360 : 바닥면 126 : 주변 리브

128 : 계면 132,308,358 : 채널

134 : 뒷벽 140 : 경사면

142 : 수직부 160 : 공급 튜브

162 : 하우징 플랜지 170 : 수평 구멍

180 : 수직 구멍 182 : 내측 반경부

190,194,314,316,366 : 홈 300 : 슬러리 공급 부재

302,350 : 저장조 304 : 상부면

관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 1999년 3월 26일 출원되고 본원에 참조되는 미국 특허출원 제 09/276,853호의 일부 계속 출원이다. 또한, 본 출원은 1999년 7월 9일 출원된 미국 가출원 제 60/143,060호에 대한 우선권을 향유한다.
본 발명은 기판의 화학 기계적 폴리싱 작업에 관한 것으로서, 상세히 기술하면, 화학 기계적 폴리싱 작업에 사용되는 캐리어 헤드에 관한 것이다.

집적회로들은 통상적으로 도체, 반도체 또는 절연 층의 연속적인 적층에 의해서 기판상에, 특히 실리콘 웨이퍼상에 형성된다. 각 층이 적층된 후에, 회로 미세구조물을 발생하기 위해 에칭된다. 일련의 층들이 연속적으로 적층되고 에칭됨에 따라, 기판의 외측 또는 상부면, 즉 기판의 노출면은 점진적으로 비평탄화(nonplanar)된다. 이러한 비평탄 표면은 집적 회로 제조 공정의 포토리소그래픽(photolithographic) 단계에서 문제점을 발생시킨다. 그러므로, 기판 표면을 주기적으로 평탄화하는 것이 필요하다.

화학 기계적 폴리싱(CMP)은 평탄화 방법 중의 하나이다. 이러한 평탄화 방법은 기판이 캐리어상에 장착되거나 헤드를 폴리싱하고, 회전형 폴리싱 패드에 대해 압축되는 것이 통상적으로 수반된다. 폴리싱 패드는 마모면을 구비할 수도 있다. 폴리싱 공정을 보조하기 위해 폴리싱 패드 상에 화학적 폴리싱액 또는 슬러리가 도입될 수도 있다. 이러한 슬러리는 폴리싱 패드 전반에 걸쳐 거의 균일한 층으로 분포되어야 한다. 이는 균일한 평탄화를 향상시킨다.

본 발명의 목적은 화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드를 제공하는데 있다. 상기 캐리어 헤드는 기판 수용면, 기판 수용면을 둘러싸는 유지 링(retaining ring), 캐리어 헤드상에 형성된 슬러리 저장조(slurry reservoir) 또는 용기부(trough)를 구비한다. 이러한 슬러리 저장조는 저장조로부터 폴리싱 슬러리를 폴리싱 패드에 공급하기 위해 유체가 유지 링의 바닥면과 소통할 수 있도록 연결된다.

본 발명의 실시예는 다음과 같은 특징을 갖게 된다. 상기 저장조는 캐리어 헤드의 하우징의 상부면, 유지 링을 둘러싸는 슬러리 공급 부재의 상부면, 또는 유지 링의 상부면상에 형성된다. 통로는 하우징, 유지 링 및/또는 슬러리 공급 부재를 통해 형성될 수도 있다. 상기 슬러리는 저장조로부터 유지 링의 바닥면, 또는 슬러리 공급 부재의 바닥면에 제공될 수 있다. 슬러리를 내측으로 제공하기 위해 슬러리 공급 부재 또는 유지 링의 바닥면에는 채널이 형성될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 캐리어 헤드용 유지 링을 제공하는 데 있다. 상기 유지 링은 기판을 유지하기 위해 내측면을 갖는 환형 바디, 유지 링의 상부면에 있는 슬러리 저장조 또는 용기부, 및 유지 링을 통해 용기부로부터 유지 링의 바닥면상에 연장되는 다수의 채널로 구성된다.

본 발명의 실시예는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다. 각 채널은 유지 링의 바닥면상에 있는 홈(groove)에 연결되며 종결된다. 상기 용기부에서의 립(lip)은 유지 링이 회전할때 용기부에서 슬러리를 유지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 기판 수용면, 기판 수용면을 둘러싸는 유지 링, 및 폴리싱 슬러리를 폴리싱 패드에 분배하기 위해 캐리어 헤드상에 형성된 용기부를 유지 링의 바닥면에 유지 링을 통해 유체가 유동할수 있도록 연결하는 하나 이상의 채널로 구성되는, 화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드를 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다. 상기 실시예에는 다수의 채널이 형성되어 있다. 상기 용기부는 캐리어 헤드가 회전될때, 폴리싱 슬러리를 수용하도록 립(lip)을 포함할 수도 있다. 폴리싱 슬러리는 약 25 ~ 100 ㎖/min의 비율로 용기부 속으로 유입되는 것으로 측정될 수도 있으며, 또는 약 25 ~ 100 ㎖/min의 비율로 용기부속으로 제공되는 중력이 측정될 수도 있다. 튜브는 캐리어 헤드 구동축에서의 통로를 용기부에 연결시킨다. 내향 연장 홈(inwradly extending groove)이 유지 링 캐리의 바닥면상에 형성되며, 하나 이상의 통로와 유체가 유동할 수 있도록 연결된다. 원형 홈이 유지 링 캐리의 바닥면상에 형성되며, 적어도 하나의 통로와 유체가 유동할수 있도록 연결된다.

본 발명의 또 다른 목적은 화학 기계적 폴리싱 장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 폴리싱 장치는 폴리싱 패드 및 캐리어 헤드를 구비한다. 상기 캐리어 헤드는 기판 수용면, 기판 수용면을 둘러싸는 유지 링, 및 폴리싱 슬러리를 폴리싱 패드에 분배하기 위해 용기부를 유지 링의 바닥면에 유체가 유동할수 있도록 연결하는 하나 이상의 채널로 구성된다. 폴리싱 슬러리를 용기부속으로 분배하기 위해 폴리싱 패드위로 아암(arm)이 연장되어 있다.

본 발명의 실시예는 다음과 같은 특징을 갖게 된다. 상기 아암은 머신 베이스(machine base)에 피봇 가능하게 연결된다.

본 발명의 또 다른 목적은 화학 기계적 폴리싱 장치의 작동 방법을 제공하는데 있다. 이러한 방법에서는, 폴리싱 슬러리가 유지 링의 통로를 통해 폴리싱 패드 위로 제공된다.

본 발명의 실시예는 다음과 같은 특징을 갖게 된다. 폴리싱 슬러리는 통로와 유체가 유동할 수 있도록 연결되는 유지 링 상의 용기부 속으로 분배될수 있다. 폴리싱 슬러리는 미리 선택된 다수의 기판을 폴리싱 하기 위해 약 25 ~ 100 ㎖/min의 비율로 연속적으로, 또는 충분한 슬러리로 간헐적으로 분배된다.

본 발명은 기판 및 폴리싱 패드사이의 중간면 근처의 영역에 슬러리를 제공하는 장점을 갖고 있다. 슬러리를 포함하는 용기부는 균일하고 공평하게 폴리싱 패드 위에 슬러리를 분배한다. 이러한 슬러리의 분배로 인하여, CMP장치는 상기 기판을 보다 균일하게 평탄화할 것이며, 개선된 평탄화에 따른 다른 장점도 제공한다. 본 발명은 사용된 폴리싱 슬러리를 보존하는 장점도 있다. 폴리싱 슬러리는 값비싼 소모품이므로, 패드의 전체 표면위에 적용되는 것보다 기판/폴리싱 패드 중간면에 적용하는 것이 바람직하다. 패드에 적용되는 슬러리의 량을 감소시키기 위해, 본 발명의 CMP 장치는 상대적으로 깨끗하고 건조되지 않은 슬러리를 남게 하므로, 기판에 대한 파손의 가능성을 감소시킨다.

본 발명은 또 다른 장점 및 특징은 이하 기술되는 실시예들에 의해서 보다 잘 이해될 것이다. 특히, 본 발명의 특징은 첨부된 청구범위에 의해서 이루어진다.

이하 기술되는 본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 기술된다. 그러나, 본 발명은 이하 기술되는 실시예에 한정되는 것이 아니다.

도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 부품을 표시한다. 프라임 부호가 첨가된 도면 부호는 변형된 기능, 작동 또는 구조를 가지는 부품을 표시한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 기판(10)은 화학 기계적 폴리싱(CMP) 장치(20)에 의하여 폴리싱된다. 유사한 CMP 장치의 상세한 설명은 본 명세서의 참조 문헌으로 인용된 미국 특허 제 5,738,574에 공지되어 있다. CMP 장치(20)는 3개의 폴리싱 스테이션(25) 및 전달 스테이션(27)을 지지하는 머신 베이스(22)를 포함한다. 각각의 폴리싱 스테이션은 폴리싱 패드(32)에 배치되는 회전 플래튼(rotatable platen ; 30)을 포함한다. 각각의 폴리싱 스테이션(25)은 폴리싱 패드(32)의 폴리싱 조건을 유지하기 위하여 대응하는 패드 조절 장치를 더 포함할 수 있다.

CMP 장치는 4개의 캐리어 헤드 시스템(70)을 지지하는 회전 다중 헤드 카루젤(rotatable multi-head carousel ; 60)도 포함한다. 상기 카루젤(60)은 폴리싱 스테이션(25) 및 전달 스테이션(27) 사이에서 캐리어 헤드 시스템(70) 주위를 궤도를 그리며 회전할 수 있으며, 기판(10)은 상기 헤드 시스템에 부착된다. 각각의 캐리어 헤드 시스템은 폴리싱 또는 캐리어 헤드(100)를 포함한다. 각각의 캐리어 헤드는 자신의 축선에 대하여 독립적으로 회전한다. 또한 각각의 캐리어 헤드(100)는 카루젤 지지판(66)에 형성된 방사형 슬롯(72)에서 독립적 및 측방향으로 진동한다. 캐리어 구동축(78)은 캐리어 헤드 회전 모터[76; 커버(68)의 1/4을 제거함으로써 보여짐]에 연결된 슬롯(72)을 통하여 캐리어 헤드(100)로 연장된다. 상기 모터(76) 및 구동축(78)은 캐리어 헤드(100)를 측방향으로 진동시키는 반지름방향 구동 모터(도시되지 않음)에 의하여 슬롯(72)을 따라 선형적으로 구동되는 슬라이더(도시되지 않음)에 지지될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 캐리어 헤드(100)는 하우징 또는 베이스(102) 및 로딩 챔버(loading chamber ; 106)를 형성하기 위하여 하우징(102)에 고정된 가요성 막(104)을 포함할 수 있다. 하우징(102)은 구동축(78)에 연결되며, 원형상의 기판(10)에 대응하는 형상인 일반적인 원형상일 수 있다. 유체는 로딩 챔버(106)의 기압을 일정하게 유지하기 위하여 하우징(102)의 통로(108)를 통하여 로딩 챔버(106)내로 주입될 수 있다. 유사한 캐리어 헤드에 대한 내용은 본 명세서에 참조 문헌으로 첨부되고 본 발명의 출원인에게 양도된, 발명의 명칭이 "화학 기계적 폴리싱 시스템용 가요성 막을 가지는 캐리어 헤드(A Carrier Head With A Flexible Membrane for a Chemical Mechanical Polishing System)"인 미국 특허 출원 제 08/861,260호에 공개되어 있다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 또한 캐리어 헤드(100)는 볼트(도시되지 않음)등에 의하여 하우징(102)의 외측 엣지에 고정될 수 있는 유지 링(110)을 포함한다. 유지 링(110)은 기판(10)을 결합하며 폴리싱 공정동안 캐리어 헤드(100) 아래로 미끄러지는 것을 방지하기 위한 내측면(120) 및 상기 폴리싱 패드와 접촉 및 압축할 수 있는 바닥면(122)을 갖는다. 채널(132)이 존재하는 영역이 아닌 유지 링(110)의 바닥면(122)은 거의 평평하다.(도 4 참조) 유지 링(110)의 상부면(124)은 기판(10)에 압력을 전달하기 위하여 이용되는 가요성 막을 결합시키는 주변 리브(126)를 포함한다.

하우징(102)을 넘어 외측으로 돌출되는 유지 링의 상부면(124) 부분은 슬러리를 보유하기 위한 슬러리 저장조 또는 용기부(112)를 가진다. 이러한 슬러리 용기부(112)는 캐리어 헤드 모든 주위에 연장되는 환형 함몰부일 수 있다. 슬러리 용기부(112)는 캐리어 헤드가 회전할 때 슬러리를 함유하기 위한 내측으로 각도진 립(inwardly angled lip ; 114)을 포함한다. 상기 립(114)은 원심력에 의하여 상기 용기부 너머로 슬러리가 넘치는 것을 방지하는 캐리어 헤드의 회전 축선을 향하여 내측으로 각도진다. 유지 링(110)의 바닥면(122)에 대하여 슬러리 용기부(112)와 유체가 유동될 수 있도록 연결하기 위하여 유지 링(110)을 통해 다수의 통로(130), 예를 들면 3 내지 12개의 통로가 형성된다. 특히, 중력에 의하여 폴리싱 슬러리는 슬러리 용기부(112) 내의 통로(130)를 통하여 배출되며 폴리싱 패드면에 축적된다. 일 실시예에서, 각각의 통로(130)는 일반적인 경사부(140) 및 일반적인 수직부(142)를 포함할 수 있다. 유지 링은 황화 폴리페닐(polyphenyl sulfide), 스테인레스강 또는 황화 폴리페닐과 스테인레스강의 임의의 조합으로 형성될 수 있으며, 통로는 정밀한 정합 작업에 의하여 형성될 수 있다.

경사 통로(140)의 각도(N) 및 직경(D)에 의하여 슬러리 저장조를 위하여 이용가능한 용적이 결정되며, 또한 상기 저장조에서 배출되는 속도가 결정된다. 각도(N)는 약 5°내지 60°이어야 하며, 직경(D)은 통상적인 홈의 폭, 예를 들면 0.051 내지 0.040 인치,보다 작아야 한다. 통로가 상부로부터 바닥으로 큰 각도(N)로 내측으로 각도졌다면, 원심력에 의하여 슬러리가 통로를 통하여 유동하는 것이 방지됨으로써 슬러리 송출률이 감소된다. 또한 통로의 직경은 슬러리가 매우 빨리 용기부(112)로부터 유동되지 않도록 하기 위하여 신중하게 조절되어야 할 필요가 있다. 통로 직경이 감소됨으로써 슬러리 유동률이 감소되는 반면, 통로 직경이 증가됨으로써 슬러리 유동률이 증가된다.

임의의 채널(132)은 각각의 통로(130)에 대해 바닥면(122)에 형성될 수 있다. 각각의 채널(132)은 관련된 통로(130)의 하부 극한으로부터 유지 링(110)의 내측면(120)으로 연장된다. 또한 채널(132)은 원심력에 의하여 캐리어 헤드(100) 아래로부터 슬러리가 배출되는 것을 방지하기 위한 뒷벽(back wall ; 134)을 포함한다. 채널(132)은 패드 기판 계면으로 슬러리의 유동을 촉진한다.

슬러리 용기부(112)는 대기에 개방되며, 외부 공급 튜브(160)에 의하여 폴리싱 슬러리가 공급될 수 있다. 일 실시예에서, 공급 튜브(160)는 하우징(102)에 공급된다. 예를 들면, 공급 튜브(160)는 구동축(78)을 관통하는 통로에 연결되는 하우징 플랜지(162)를 통하여 연장될 수 있다. 슬러리(50)는 카루젤(60)에 배치된 계량 펌프(도시안됨)에 의하여 공급 튜브(160)를 통하여 계량될 수 있다. 슬러리는 폴리싱 공정동안 소모된 슬러리를 대체하기 위하여 약 25 내지 100 ㎖/min.의 비율, 약 75 내지 100 ㎖/min.의 비율로 계량될 수 있다. 슬러리(50)는 슬러리 용기부(112)로 배분되며, 통로(130)를 통하여 수평 채널(132)에 의하여 형성된 영역으로 통과한다. 상기 영역에서, 슬러리(50)는 폴리싱 패드에 적용되며 폴리싱 패드와 기판 사이의 계면(128)으로 분배된다.

슬러리(50)는 반응제[예를 들면, 산화 폴리싱용 탈염수(deionized water)] 및 화학 반응 촉매제(예를 들면, 산화 폴리싱용 수산화 칼륨)를 함유할 수 있다. 폴리싱 패드(32)가 표준 패드이며, 슬러리(50)는 콜로이드질 이산화 실리콘(colloidal silica) 또는 연기화된 이산화 실리콘(fumed silica)의 형태의 산화 폴리싱용 이산화 실리콘(silicon dioxide)과 같은 마모 입자를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 통로(130')의 경로는 유지 링의 상부 및 바닥면 사이에서 지그 재그형상이다. 통로(130')는 유지 링의 내측 직경벽(120)으로부터 슬러리 용기부(112)로 상부 수평 구멍(170)이 기계가공에 의하여 형성된다. 수평 구멍(170)은 내측벽(120)으로부터, 슬러리 용기부(112) 아래 유지 링의 짧은 외경벽(136)에 인접한 포인트(174)로 기계가공에 의하여 형성된다. 수평 구멍(170)을 채널(132)로 연결하기 위하여, 수직 구멍(180)은 채널(132)의 뒷벽(134)으로부터 수평 구멍(170)으로 기계가공에 의하여 형성된다. 통로(130')는 금속과 같은 적절한 재료로 수평 구멍(170)의 내측 반경부(182)를 플로깅(plugging)함으로써 완성된다. 일반적으로, 통로의 다양한 다른 실시예 및 형상은 가능하다. 예를 들면, 통로는 직선형 경사 또는 수직 부분일 수 있다. 통로의 경사부는 내측 또는 외측으로 각도질 수 있다.

다른 실시예에서 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 유지 링은 채널(132)을 포함하지 않는다. 대신, 유지 링의 바닥면(122)에 형성된 원형 홈(190)은 통로(130)에 유동적으로 결합된다. 슬러리의 소형 저장조는 홈(190)내에 축적된다. 폴리싱 패드가 화살표(192)에 의하여 표시된 방향에서 캐리어 헤드 아래로 통과할 때, 폴리싱 패드(32)의 구멍(perforations) 또는 홈(194)은 슬러리로 충전된다. 슬러리는 폴리싱 패드가 회전할때 유지 링 및 기판아래 구멍 또는 홈에서 운반된다. 구멍 또는 홈의 크기 및 형상은 통로(130)를 통하여 슬러리의 유동률에 영향을 미칠 수 있다. 특히, 홈은 슬러리가 유지 링 및 폴리싱 패드 사이의 접촉 영역으로부터 신속하게 유동되는 것을 허용한다. 대조적으로, 구멍은 구멍에 충전된 슬러리만 운반시킨다. 일반적으로, 더 넓거나 더 깊은 홈 또는 구멍은 좁거나 얕은 홈 또는 구멍 보다 더 많은 슬러리를 운반한다.

또 다른 실시예에서 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 슬러리는 폴리싱 패드(32)의 표면상으로 연장되는 슬러리 송출 아암(40)에 의하여 슬러리 용기부(112)내로 공급될 수 있다. 슬러리 송출 아암(40)은 머신 베이스(22)에 피봇가능하게 장착될 수 있으며, 튜브 배출구(42; 도 9a에 도시됨)가 슬러리 용기부(112)내로 직접 슬러리(50)를 배출할 수 있도록 배치될 수 있다. 슬러리는 캐리어 헤드가 정지되어 있는 동안 배출될 수 있으며, 또는 슬러리 송충 아암(40)의 피봇 운동은 캐리어 헤드(100)가 진동될때 슬러리 용기부(112)내로 슬러리를 배출시키기 위하여 중앙 처리 제어기(도시안됨)에 의하여 캐리어 헤드의 진동이 조화될 수 있도록 제어될 수 있다. 슬러리 송출 아암(40)은 슬러리 송출 작업이 완료될 때 폴리싱 패드로부터 스윙(swing)된다.

슬러리(50)는 머신 베이스(22)내에 배치될 수 있는 계량 펌프(도시안됨)에 의하여 송출 아암(40)을 통하여 계량될 수 있다. 슬러리(50)는 연속적 또는 간헐적 원리로 상기 슬러리 용기부내로 배출될 수 있다. 슬러리가 연속적으로 배출된다면, 배출되는 슬러리의 유동률은 슬러리 소모률로부터 계산될 수 있다. 유동률은 폴리싱 패드(32)가 슬러리로 덮혀지게 하기 위하여 소모율보다 약간 더 빠르다. 예를 들면, 슬러리는 약 25 내지 100 ㎖/min., 예를 들면 75 내지 100 ㎖/min.의 유동률에서 계량될 수 있다. 다른 실시예에서, 슬러리가 간헐적으로 배출된다면, 충분하게 슬러리는 예를 들면 한개의 기판과 같은 일정수의 기판을 폴리시하기 위하여 슬러리 용기부(112)내로 배출될 수 있다. 일정수의 기판이 폴리시되었을 때, 송출 아암(40)은 위치로 이동되며 슬러리 저장조는 재충전된다. 이 슬러리 배출 시스템은 임의의 종래의 유지 링 형상과 조합될 수 있다.

송출 아암(40)은 탈염수와 같은 세척 유체를 슬러리 용기부(112)내로 배출하기 위하여 이용될 수 있다. 슬러리 송출 아암은 건조된 슬러리의 축적을 방지하기 위하여 통로(130)로부터 슬러리를 세척할 수 있다. 캐리어 헤드(또는 적어도 유지 링)는 슬러리 용기부(112)가 세척되기 전에 플로싱 패드로부터 상승될 수 있다. 폴리싱 표면에 의하여 형성된 유지 링의 바닥면에서 장벽(barrier)을 제거함으로써, 슬러리 용기부내의 슬러리는 통로(130)로부터 신속하게 유출되며, 그럼으로써 슬러리 용기부로부터 슬러리가 제거된다.

또 다른 실시예에서 도 10을 참조하면, 환형 슬러리 공급 부재(300)는 유지 링(110')을 둘러싸는 캐리어 헤드(100')에 부착된다. 슬러리 공급 부재는 상부면(304)에 형성된 저장조(302), 및 슬러리 공급 부재(300)의 바닥면(310)에서 저장조(302)로부터 채널(308)로 일반적으로 수직으로 연장되는 통로(306)를 포함한다. 저장조(302)는 폴리싱 패드 상으로 및 채널(308)을 통하여 중력의 작용하에서 유동되는 슬러리(312)의 공급을 유지한다. 저장조(302)에 저장된 슬러리의 용적은 수분동안의 폴리싱 공정용으로 충분하다. 홈(314)(점선으로 도시됨)은 바닥면(310)에 형성될 수 있으며 기판(10)으로 슬러리를 운반하기 위하여 유지 링(110')의 바닥면의 홈(316)(점선으로 도시됨)과 유동적으로 소통할 수 있다.

또 다른 실시예에서 도 11을 참조하면, 저장조(350)는 캐리어 헤드(100")의 하우징(220")의 상부면(352)에 형성될 수 있다. 통로(354)는 유지 링(110")의 통로(356)에 유동적으로 결합되는 하우징(202")을 통하여 연장된다. 통로(354 및 356)는 저장조(350)를 유지 링(110")의 바닥면(360)의 채널(358)에 연결된다. 저장조(350)는 통로(354)를 통하여 및 폴리싱 패드상으로 중력의 작용하에서 유동하는 슬러리(362)의 공급을 유지한다. 홈(366)(점선으로 도시됨)은 기판(10)으로 슬러리를 운반하기 위하여 유지 링(110")의 바닥면에 형성될 수 있다. 이 실시예의 장점은 캐리어 헤드(100")가 캐리어 헤드(100')보다 더 작은 직경을 가진다는 것이다.

그러므로, 본 발명은 슬러리를 기판과 회전하는 폴리싱 패드 사이의 계면에 근접한 영역에 제공함으로써 상기 패드에 적용되는 슬러리의 양을 감소시키는 장점이 있다. 본 발명은 또한 기판의 평탄화를 개선 및 강화시킴으로써, 개선화 평탄화의 부수적인 이익을 준다.

본 발명은 많은 실시예로서 상술된다. 그러나, 본 발명은 도시되며 상술된 실시예로 제한되지 않는다. 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에 의하여 한정된다.

본 발명은 기판 및 폴리싱 패드 사이의 중간면 근처의 영역에 슬러리를 제공하는 장점을 갖고 있다. 슬러리를 포함하는 슬러리 용기부는 균일하고 평평하게 폴리싱 패드 위에 슬러리를 분배한다. 이러한 슬러리의 분배로 인하여, CMP장치는 기판에 보다 양호하며 평평한 균일성을 제공하며, 평평한 균일성의 증가에 따른 다른 장점도 제공한다. 본 발명은 사용된 폴리싱 슬러리의 량을 보존하는 장점도 있다. 폴리싱 슬러리는 값비싼 소모품이므로, 패드의 전체 표면위에 적용되는 것보다 기판/폴리싱 패드 중간면에 적용하는 것이 바람직하다. 패드에 적용되는 슬러리의 량을 감소시키기 위해, 본 발명의 CMP 장치는 상대적으로 깨끗하고 비 건조된 슬러리를 남게 하므로, 기판에 대한 파손의 가능성을 감소시킨다.

Claims

화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드로서,

기판 수용면,

상기 기판 수용면을 둘러싸며, 관통하여 연장하는 하나 이상의 통로를 구비하는 유지 링, 및

상기 캐리어 헤드 상에 형성되는 슬러리 저장조로서, 상기 슬러리 저장조로부터 폴리싱 패드로 폴리싱 슬러리를 인도하도록 상기 유지 링 내의 상기 통로를 통해 상기 유지 링의 바닥면과 유체 소통 상태인 슬러리 저장조를 포함하는

화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드.
제 1항에 있어서,

하우징을 더 포함하며,

상기 캐리어 헤드 내의 상기 하우징의 상부면에 상기 슬러리 저장조가 형성되는

화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드.
제 2항에 있어서,

상기 통로는 상기 슬러리 저장조로부터 상기 유지 링의 바닥면으로 슬러리를 인도하도록 상기 하우징을 통해 형성되는

화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드.
제 3항에 있어서,

상기 통로는 상기 슬러리 저장조로부터 상기 유지 링의 바닥면으로 폴리싱 슬러리를 인도하도록 상기 유지 링을 통해 추가로 형성되는

화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 유지 링을 둘러싸는 슬러리 공급 부재를 더 포함하며,

상기 슬러리 공급 부재의 상부면에 상기 슬러리 저장조가 형성되는

화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드.
제 5항에 있어서,

상기 슬러리 공급 부재는 환형 부재인

화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드.
제 5항에 있어서,

상기 통로는 상기 슬러리 저장조로부터 상기 슬러리 공급 부재의 바닥면으로 폴리싱 슬러리를 인도하도록 상기 슬러리 공급 부재를 통해 형성되는

화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드.
제 7항에 있어서,

상기 유지 링 내측으로 폴리싱 슬러리를 인도하도록 상기 슬러리 공급 부재의 바닥면에 형성되는 채널을 더 포함하는

화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 슬러리 저장조는 상기 유지 링의 상부면에 형성되는

화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드.
제 9항에 있어서,

상기 통로는 상기 슬러리 저장조로부터 상기 유지 링의 바닥면으로 폴리싱 슬러리를 인도하도록 상기 유지 링을 통해 형성되는

화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드.
제 10항에 있어서,

상기 유지 링의 바닥면에 형성되며 상기 통로와 유체 소통 가능한 내향 연장 홈을 더 포함하는

화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 슬러리 저장조는 상기 캐리어 헤드가 회전할 때 상기 폴리싱 슬러리를 수용하기 위한 립을 포함하는

화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드.
삭제
캐리어 헤드용 유지 링으로서,

상부면 및 바닥면을 구비하는 환형 바디,

상기 상부면에 배치되는 폴리싱액 저장조,

상기 폴리싱액 저장조로부터 상기 하부면으로 유지 링을 통해 연장하는 복수의 통로, 및

기판에 내측으로 슬러리를 인도하도록 상기 하부면 상에 형성되는 채널을 포함하는

캐리어 헤드용 유지 링.
화학 기계적 폴리싱 장치로서,

폴리싱 패드,

기판 수용면을 포함하는 캐리어 헤드,

상기 기판 수용면을 둘러싸며, 관통하여 연장하는 하나 이상의 통로를 구비하는 유지 링,

상기 캐리어 헤드 상에 형성되는 슬러리 저장조로서, 상기 슬러리 저장조로부터 상기 폴리싱 패드로 폴리싱 슬러리를 인도하도록 상기 유지 링 내의 상기 통로를 통해 상기 유지 링의 바닥면과 유체 소통 상태인 슬러리 저장소, 및

상기 슬러리 저장조 안으로 폴리싱 슬러리를 분배시키도록 상기 폴리싱 패드에 걸쳐 연장하는 슬러리 분배 라인을 포함하는

화학 기계적 폴리싱 장치.
제 15항에 있어서,

상기 슬러리 분배 라인은 머신 베이스에 피봇 가능하게 연결되는 아암에 의해 지지되는

화학 기계적 폴리싱 장치.
화학 기계적 폴리싱 장치의 작동 방법으로서,

슬러리 저장조 안으로 폴리싱 슬러리를 분배하는 단계, 및

상기 슬러리 저장조 내의 상기 폴리싱 슬러리를 캐리어 헤드의 유지 링 내부의 통로를 통해 상기 유지 링의 아래 또는 외부로 폴리싱 패드의 일부분 상으로 인도하는 단계를 포함하는

화학 기계적 폴리싱 장치의 작동 방법.
제 17항에 있어서,

상기 통로와 유체 소통 상태인 상기 캐리어 헤드의 상부면 상의 용기부 안으로 폴리싱 슬러리를 분배하는 단계를 더 포함하는

화학 기계적 폴리싱 장치의 작동 방법.
제 18항에 있어서,

상기 폴리싱 슬러리가 상기 용기부 안으로 지속적으로 분배되는

화학 기계적 폴리싱 장치의 작동 방법.
제 18항에 있어서,

상기 폴리싱 슬러리가 상기 용기부 내로 간헐적으로 분배되는

화학 기계적 폴리싱 장치의 작동 방법.
화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드로서,

기판 수용면,

상기 기판 수용면을 둘러싸는 유지 링, 및

상기 캐리어 헤드 상에 형성되는 슬러리 저장조로서, 상기 슬러리 저장조로부터 폴리싱 패드로 폴리싱 슬러리를 인도하도록 상기 유지 링의 바닥면과 유체 소통 상태인 슬러리 저장조를 포함하며,

상기 슬러리 저장조는 상기 유지 링의 상부면에 형성되며,

상기 슬러리 저장조로부터 상기 유지 링의 바닥면으로 슬러리를 인도하도록 상기 유지 링을 통해 통로가 형성되고,

상기 기판으로 내측으로 슬러리를 인도하도록 상기 유지 링의 바닥면에 채널이 형성되는

화학 기계적 폴리싱 장치용 캐리어 헤드.
캐리어 헤드용 유지 링으로서,

기판을 유지시키기 위한 내부면을 갖는 환형 바디,

상기 유지 링의 상부면 내의 용기부, 및

상기 용기부로부터 상기 유지 링을 통해 상기 유지 링의 하부면으로 연장하는 복수의 통로를 포함하는

캐리어 헤드용 유지 링.
화학 기계적 폴리싱 장치로서,

폴리싱 패드,

기판 수용면을 포함하는 캐리어 헤드,

상기 캐리어 헤드의 상부면 상에 위치하는 슬러리 저장조, 및

상기 슬러리 저장조 안으로 폴리싱 슬러리를 분배하도록 상기 폴리싱 패드 위로 연장하는 아암을 포함하는

화학 기계적 폴리싱 장치.
제 23항에 있어서,

상기 슬러리 저장조 안으로 상기 폴리싱 슬러리를 간헐적으로 분배하기 위한 슬러리 펌프를 더 포함하는

화학 기계적 폴리싱 장치.
제 24항에 있어서,

상기 슬러리 펌프는 상기 슬러리 저장조 안으로 미리선택된 개수의 기판을 폴리싱하기에 충분한 양의 폴리싱 슬러리를 분배하는

화학 기계적 폴리싱 장치.
제 23항에 있어서,

상기 아암은 피봇식으로 이동가능한

화학 기계적 폴리싱 장치.
제 23항에 있어서,

상기 기판 수용면을 둘러싸는 유지 링으로서, 상기 슬러리 저장조로부터 상기 폴리싱 패드로 상기 폴리싱 슬러리를 인도하도록 상기 슬러리 저장조가 상기 유지 링의 바닥면과 유체 소통 상태인, 유지 링, 및

상기 슬러리 저장조에 유체 소통가능하게 연결되는 상기 유지 링의 바닥면 내에 형성된 원형 홈을 더 포함하는

화학 기계적 폴리싱 장치.