KR101601281B1

KR101601281B1 - 고속 연마 방법

Info

Publication number: KR101601281B1
Application number: KR1020090128625A
Authority: KR
Inventors: 그레고리 피 멀다우니
Original assignee: 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스, 인코포레이티드
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2016-03-08
Also published as: EP2202031B1; US20100159810A1; JP5453075B2; EP2202031A2; KR20100074046A; JP2010155338A; TW201029802A; CN101758446A; TWI449598B; EP2202031A3; US8057282B2

Abstract

본 발명은 연마 매체의 존재하에서 연마 패드에 의해 자기, 광학 및 반도체 기판 중 적어도 하나를 연마하기 위한 방법을 제공한다. 기판은 채널-없는 표면을 갖는 캐리어 고정구 내에 고정된다. 본 방법은 채널-없는 표면을 갖는 캐리어 고정구 내 기판을 연마 패드의 연마 표면에 인접하고 평행하게 고정하는 단계를 포함한다. 연마 패드는 고속 경로를 갖는 복수의 홈을 포함한다. 본 방법은 연마 매체를 캐리어 고정구에 인접한 연마 패드에 적용하는 단계; 및 연마 패드와 캐리어 고정구를 회전시켜 연마 패드와 연마 매체로 기판을 연마하는 단계로서, 캐리어 고정구의 채널-없는 표면은 기판으로의 연마 매체의 흐름을 방해하도록 연마 패드에 대하여 압착되고, 고속 홈 경로는 기판으로의 연마 매체의 흐름을 촉진하도록 캐리어 고정구를 가로지르는, 기판을 연마하는 단계를 포함한다.

연마 매체, 연마 패드, 연마 표면, 홈, 기판

Description

고속 연마 방법{HIGH-RATE POLISHING METHOD}

본 발명은 일반적으로 화학-기계적 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing)의 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연마 성능을 개선하는 CMP 공정에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 상에 집적 회로 및 기타 전자 디바이스의 제조 시에, 복수의 전도체, 반도체, 및 유전체 재료층이 웨이퍼 상에 증착되고 웨이퍼로 에칭된다. 이러한 재료의 박층은 다수의 증착 기술에 의해 증착될 수 있다. 현대식 웨이퍼 처리에서 통상의 증착 기술은 물리 증착(PVD: 스퍼터링으로도 공지됨), 화학 증착(CVD), 플라즈마 강화 화학 증착(PECVD), 및 전기-화학적 도금을 포함한다. 통상의 에칭 기술은 특히 습식 및 건식의 등방성 및 이방성 에칭을 포함한다.

재료층이 순차적으로 증착 및 에칭됨에 따라, 웨이퍼의 표면은 비평탄화된다. 이후의 반도체 처리(예컨대, 포토리소그래피)는 웨이퍼가 편평한 표면을 가질 것을 요구하기 때문에, 웨이퍼는 주기적으로 평탄화될 필요가 있다. 평탄화는 바람직하지 않은 표면 지형과, 거친 표면, 응집된 재료, 결정 격자 손상, 긁힘 및 오염된 층 또는 재료와 같은 표면 결함을 제거하는 데 유용하다.

화학-기계적 평탄화, 또는 화학-기계적 연마(CMP)가 반도체 웨이퍼 및 다른 작업편을 평탄화하는 데 사용되는 통상의 기술이다. 2-축 회전식 연마기를 사용하는 종래의 CMP에서, 웨이퍼 캐리어 또는 연마 헤드가 캐리어 조립체 상에 장착된다. 연마 헤드는 웨이퍼를 유지하고, 이를 연마기 내에서 연마 패드의 연마층과 접촉하도록 위치시킨다. 연마 패드는 평탄화되는 웨이퍼의 직경의 2배 이상의 직경을 갖는다. 연마 중에, 연마 패드 및 웨이퍼는 웨이퍼가 연마층과 맞물린 동안, 그들 각각의 동심 중심 주위로 회전된다. 웨이퍼의 회전축은 패드의 회전이 패드의 연마층상의 환상의 "웨이퍼 트랙"을 쓸어 내도록 웨이퍼의 반경보다 더 큰 거리만큼 연마 패드의 회전축에 대해 오프셋된다. 웨이퍼의 유일한 운동이 회전 운동인 경우, 웨이퍼 트랙의 폭은 웨이퍼의 직경과 동일하다. 그러나, 몇몇 2-축 연마기에서, 웨이퍼는 그의 회전축에 대해 직교하는 평면 내에서 진동한다. 이러한 경우에, 웨이퍼 트랙의 폭은 진동으로 인한 변위를 고려한 양만큼 웨이퍼의 직경보다 더 넓다. 캐리어 조립체는 웨이퍼와 연마 패드 사이에 제어 가능한 압력을 제공한다. 연마 중에, 슬러리 또는 다른 연마 매체가 연마 패드 상으로 그리고 웨이퍼와 연마층 사이의 갭 내로 유동한다. 웨이퍼 표면은 연마층과 표면상의 연마 매체의 화학적 및 기계적 작용에 의해 연마 및 평탄화된다.

CMP 중에 연마층, 연마 매체, 및 웨이퍼 표면 사이의 상호작용은 연마 패드 디자인을 최적화하기 위한 노력의 일환으로 점점 더 연구되고 있다. 수년에 걸친 연마 패드 개발의 대부분은 본질적으로 실험적이었다. 연마 표면 또는 층의 디자인의 대부분은 이러한 층에, 슬러리 활용도를 향상시키거나 연마 균일성을 조정하 는 것을 목적으로 한 다양한 공극의 패턴 및 홈의 배열을 제공하는 것에 집중되었다. 수년에 걸쳐, 몇 가지 상이한 홈 및 공극 패턴 및 배열이 실시되었다. 종래 기술의 홈 패턴은 특히 방사상, 동심 원형, 직교 격자 및 나선형을 포함한다. 종래 기술의 홈 구성은 모든 홈들의 폭 및 깊이가 모든 홈들 사이에서 균일한 구성 및 홈들의 폭 또는 깊이가 홈마다 변하는 구성을 포함한다. 그러나, 이러한 홈 패턴 및 구성은 능동 웨이퍼 캐리어 링을 갖는 CMP 연마기에 관련된 슬러리의 활용도를 간과한다.

최근에, 지.피. 멀도우니(G.P. Muldowney)는 미국 특허 출원 공개 제2008/0182493호에서, 슬러리 활용도를 증가시키기 위해 복수의 위치에 걸쳐 연마 패드 홈을 캐리어 링 내 채널과 정렬시킴으로써 기능하는 저 슬러리 홈을 개시했다. 상기 특허는 웨이퍼의 선단 에지에서 스퀴지 효과를 감소시키는 연마 패드 및 캐리어 링 조합을 교시하고, 여기서 패드 텍스쳐 상의 액체, 예컨대 슬러리의 필름 중 대부분은 캐리어 링에 의해 쓸려나간다. 이 특허는 아울러 "이러한 잠재적으로 유용한 슬러리의 손실이 상당한 추가의 공정 비용을 발생시키면서, 연마 공정의 효율성 및 예측성을 감소시킬 수 있다"고 기술한다.

멀도우니의 저 슬러리 홈 패턴이 슬러리 활용도를 증가시키고, 채널을 갖는 캐리어 링의 스퀴지 효과를 감소시키지만, 채널이 없는 캐리어 링을 사용하는 경우에는 개선된 연마 성능으로 효과적인 제거율을 제공하는 CMP 연마 공정에 대한 필요가 남아있다. 연마 패드 설계자들은 공구 처리량을 증가시키기 위해 제거율을 증가시키고 웨이퍼 수율을 증가시키기 위해 연마 성능을 개선시키는 홈 패턴 및 연마 방법을 계속해서 모색하고 있다.

본 발명의 한 양상은 연마 매체의 존재하에서 연마 패드에 의해 자기, 광학 및 반도체 기판 중 적어도 하나를 연마하기 위한 방법을 제공하는데, 기판은 캐리어 고정구 내에 고정되고, 캐리어 고정구는 채널-없는 표면을 갖고, 상기 방법은

a) 연마 패드는 복수의 홈을 갖고, 복수의 홈은 고속 경로를 갖고, 고속 경로의 적어도 50%는, 연마 패드의 동심 중심을 기준으로 하며, 이하의 수학식에서, (1) 연마 패드의 동심 중심과 연마되는 기판의 회전 중심 사이의 거리(R), (2) 캐리어 고정구의 반경(R _c ), 및 (3) 캐리어 고정구 내의 가상 홈의 국소각(θ _c ₀)으로 정의되는 극좌표계 내의 홈 궤적(φ(r))의 20% 내에 있고,

채널-없는 표면을 갖는 캐리어 고정구 내 기판을 연마 패드의 연마 표면에 인접하고 평행하게 고정하는 단계;

b) 연마 매체를 캐리어 고정구에 인접한 연마 패드에 적용하는 단계; 및

c) 연마 패드와 캐리어 고정구를 회전시켜 연마 패드와 연마 매체로 기판을 연마하는 단계로서, 캐리어 고정구의 채널-없는 표면은 기판으로의 연마 매체의 흐름을 방해하도록 연마 패드에 대하여 압착되고, 고속 홈 경로는 기판으로의 연마 매체의 흐름을 촉진하도록 캐리어 고정구를 가로지르는, 기판을 연마하는 단계

를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양상은 연마 매체의 존재하에서 연마 패드에 의해 자기, 광학 및 반도체 기판 중 적어도 하나를 연마하기 위한 방법을 제공하는데, 기판은 캐리어 고정구 내에 고정되고, 캐리어 고정구는 채널-없는 표면을 갖고, 상기 방법은

c) 연마 패드와 캐리어 고정구를 동일한 방향으로 회전시켜 연마 패드와 연마 매체로 기판을 연마하는 단계로서, 캐리어 고정구의 채널-없는 표면은 기판으로의 연마 매체의 흐름을 방해하도록 연마 패드에 대하여 압착되고, 고속 홈 경로는 기판으로의 연마 매체의 흐름을 촉진하도록 캐리어 고정구를 가로지르는, 기판을 연마하는 단계

를 포함한다.

두 가지의 홈 타입을 채널 없는 캐리어 링과 함께 사용한 경우, 종래의 동심 원형 홈과 관련하여, 고속 홈은 200 ml/min의 슬러리 유속에서 평균 60% 만큼 그리고 120 ml/min의 슬러리 유속에서 평균 84% 만큼 텅스텐 블랭킷 웨이퍼에 대한 제거율을 증가시켰다. 추가로, 제거율의 웨이퍼 대 웨이퍼 불균일성(WTWNU: wafer-to-wafer non-uniformity)은 200 ml/min의 슬러리 유속에서 2.9%에서 1.7% 그리고 120 ml/min의 슬러리 유속에서 1.1%에서 0.7%로 감소하였다.

채널-없는 캐리어 링과의 조합으로 복수의 만곡된 방사상 홈을 갖는 연마 패드를 사용하는 CMP 연마는 연마 성능을 개선한다는 점을 발견하였다. 특히, 채널-없는 캐리어 링은 만곡된 방사상 홈을 통해 캐리어 링 아래의 기판으로 슬러리를 향하게 하도록 스퀴지형 방식으로 연마 패드에 대하여 압착된다. 이러한 슬러리의 기판으로의 유동을 제한하는 것은 다른 패드-캐리어 링 조합과 비교하여 높은 제거율이라는 예상치못한 이점을 제공할 수 있다.

이제, 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 방법에 따라 사용하기 위해 만들어진 연마 패드(100)의 일 실시예를 도시한다. 후술하는 바와 같이, 연마 패드(100)는 특히, 채널-없는 캐리어 링 또는 고정구(108)를 갖는, 대응하는 각각의 캐리어(104), 예컨대 웨이퍼 캐리어와 협동하도록 설계된다. 본 명세서의 목적상, 채널-없는 캐리어 링은, 기판(120)을 지지하지만, 링이 평평한 표면상에 그대로 있는 경우에는 캐리어 링 밖에서 캐리어 링 안으로 연마 슬러리(도시하지 않음)와 같은 연마 매체를 이송할 수 있는 통로를 포함하지 않는 구조체를 나타낸다. 통상적으로, 캐리어 링(108)은 100㎛ 미만의 표면 거칠기(Ra)를 갖는다. 유용하게는, 캐리어 링은 50㎛ 미만의 표면 거칠기를 갖는다. 연마 패드(100)가 캐리어(104) 아래를 문지를 때, 연마되는 기판(120), 예컨대 반도체 웨이퍼로의 연마 매체의 흐름을 제어하기 위하여, 연마 패드(100)는 채널-없는 캐리어 링(108)과 협동하도록 구성된 복수의 패드 홈(116)을 포함한다. 특히, 채널-없는 캐리어 링(108)은, 채널- 없는 캐리어 링(108)과 연마 패드(100) 사이의 흐름을 방해하고, 흐름을 패드 홈(116)으로 향하게 하도록 스퀴지형 방식으로 연마 패드(100)에 대하여 압착된다. 패드 홈(116)은 채널-없는 캐리어 링(108)을 가로지르므로, 선단 에지(124)에 기판으로의 슬러리 흐름을 촉진한다. 특히, 채널-없는 캐리어 링(108)과 패드 홈(116)의 이러한 상호작용은 연마 패드(100)와 캐리어(104)가 각각 소정의 방향(D _Pad , D _Carrier )으로 회전할 때 발생한다.

도 1 및 2를 참조하면, 연마 패드(100)는 연마 표면(132)을 갖는 연마층(128)을 포함한다. 일례에서, 연마층(128)은 연마층(128)과 일체로 형성될 수 있거나 연마층(128)으로부터 분리되어 형성될 수 있는 배킹 층 또는 서브패드(136)에 의해 지지될 수 있다. 연마 패드(100)는 전형적으로 연마 표면(132)이 동심 중심(O) 및 원형 외측 주연부(140)를 갖도록 원형 디스크 형상을 갖는다. 후자는 특정 길이의 반경(R _Pad )에 의해 도시된 바와 같이, O로부터 방사상 거리에 위치될 수 있다. 캐리어 양립성 홈(116)의 적어도 일부는 방사상 또는 만곡된 방사상 형상을 갖는다. 본 명세서의 목적상, 방사상 또는 만곡된 방사상 형상은 반경(R _Pad )의 길이를 따라 적어도 하나의 위치에서 연마 패드(100)의 반경(R _Pad )에 접한다. 연마층(128)은 특히 반도체 웨이퍼, 자기 매체 물품, 예컨대 컴퓨터 하드 드라이브의 디스크, 또는 광학체, 예컨대 굴절 렌즈, 반사 렌즈, 평면 반사기 또는 투명 평면 물품과 같은, 연마되는 물품을 연마하기에 적합한 임의의 재료로 제조될 수 있다. 연마층(128)을 위한 재료의 예는 비제한적으로 특히 폴리우레탄, 폴리부타디엔, 폴리카보네이트 및 폴리메틸아크릴레이트와 같은 다양한 중합체 플라스틱을 포함한다. 추가로, 이러한 재료는 다공성을 포함할 수도 있거나 포함하지 않을 수도 있다.

패드 홈(116)은 임의의 수의 적합한 방식으로 연마 표면(132) 상에 배열될 수 있다. 일례에서, 패드 홈(116)은, 예컨대 일정한 각도 피치를 사용하여, 동심 중심(O) 둘레에서 원주방향으로 단일 홈 형상을 반복한 결과일 수 있다. 도 1에 도시된 다른 예에서, 패드 홈(116)은, 예컨대 일정한 각도 피치로, 동심 중심(O) 둘레에서 원주방향으로 반복되는 적어도 하나의 홈 세트(144)로 배열될 수 있다. 일례에서, 홈 세트(144)는 유사한 형상을 공유하지만 상이한 정도로 연장하는 복수의 개별 패드 홈(116)을 포함한다. 유리하게는, 개별 패드 홈(116)은 인접한 홈들 사이의 간격에 의해 구별된다. 이러한 홈들이 원형, 나선형, 또는 X-Y 홈과 같은 다른 홈과 교차하는 것이 가능하다. 그러나, 유리하게는, 이러한 인접한 홈들은 웨이퍼 트랙 내의 다른 홈과 교차하지 않는다. 이해될 바와 같이, 연마 패드(100)의 원형 특성으로 인해, 패드의 동심 중심(O)으로부터 패드의 외측 주연부(140)로 또는 그 부근으로 연장하며 일정한 각도 피치를 갖는, 복수의 홈들 사이의 간격은 패드의 외측 주연부(140)를 향해 자연적으로 증가한다. 결과적으로, 더 균일한 홈을 제공하기 위해, 몇몇 디자인에서, 간격이 소정량을 초과할 때 더 많지만 더 짧은 패드 홈(116)을 연마 패드(100)에 제공하는 것이 바람직하다. 여러 홈 세트(144)가 필요한 대로, 동심 중심(O) 둘레에 형성될 수 있는 것이 쉽게 이해될 것 이다.

아울러, 도 1에 추가하여 도 2를 참조하면, 복수의 홈(116) 각각은 밀링, 몰딩, 레이저 절삭 등에 의한 것과 같이, 임의의 적합한 방식으로 연마층(132) 내에 형성될 수 있다. 복수의 패드 홈(116) 각각은 특정 세트의 디자인 기준에 부합하는 데 필요한 단면 형상(148)을 갖게 형성될 수 있다. 예로서, 복수의 패드 홈(116) 각각은 삼각형, 정사각형, 직사각형 단면 형상(148a)(도 2) 또는 U-형상을 가질 수 있다. 통상적으로, 정사각형, 직사각형 및 U-형상 단면은 최상의 연마 성능을 제공한다. 다른 예에서, 각각의 패드 홈(116)의 단면 형상(148)은 홈의 길이를 따라 변할 수 있다. 또 다른 예에서, 단면 형상(148)은 패드 홈(116)마다 변할 수 있다. 또 다른 예에서, 복수의 홈 세트(144)가 제공되면, 단면 형상(148)은 홈 세트마다 변할 수 있다. 본 기술 분야의 당업자는 설계자가 패드 홈(116)의 단면 형상(148)을 제작할 때 갖는 광범위한 단면 형상들을 이해할 것이다.

이제 도 1 내지 도 3을 참조하면, 각각의 패드 홈(116: 도 1)은 캐리어 양립성 홈 형상(152)을 갖는다. 높은 수준에서, 캐리어 양립성 홈 형상(152)은 각각의 대응하는 홈(116)의 방향, 위치 및 외형을 기술하는 복수의 지점(156)에 의해 정의될 수 있다. 각각의 지점(156)은 예를 들어 수평 축(160)과 같은 축과 연마 패드(100)의 동심 중심(O)으로부터 돌출하는 반경(r) 사이에 형성된 각도(φ)로 위치될 수 있다. 일례에서, 캐리어 양립성 홈 형상(152)은 연마 표면(132)의 전체 또는 실질적으로 전체 방사상 거리, 즉 R _Pad 에 걸쳐 정의될 수 있다. 다른 예에서, 캐리어 양립성 홈 형상(152)은 연마되는 물품, 예컨대 웨이퍼(120)의 위치에 관련하여 정의될 수 있다. 또 다른 예에서, 캐리어 양립성 홈 형상(152)은 연마 중에, 연마 표면(132: 도 2) 상의 연마 트랙(164)의 일부, 즉 웨이퍼(120) 또는 다른 연마되는 물품과 대면하는 연마 표면의 영역 내에서 정의될 수 있다. 전형적으로, 캐리어 양립성 홈은 중심(O)으로부터 방사상 방향으로 측정될 때 웨이퍼 트랙의 적어도 50%를 점유한다. 유리하게는, 캐리어 양립성 홈은 중심(O)으로부터 방사상 방향으로 측정될 때 웨이퍼 트랙의 적어도 2/3을 점유한다. 가장 유리하게는, 캐리어 양립성 홈은 전체 웨이퍼 트랙을 점유한다. 연마 트랙(164)이 내측 경계(164a) 및 외측 경계(164b)에 의해 한정될 수 있다. 본 기술 분야의 당업자는 내측 및 외측 경계(164a, 164b)가 대체로 원형이지만, 이러한 경계는 피연마 물품 또는 연마 패드(100)에 궤도 또는 진동 운동을 부여하는 연마기의 경우에 파상화될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

캐리어 양립성 홈 형상(152)은 3개의 기하학적 파라미터의 함수로서 정의된다. 제1 파라미터는 연마 패드(100)의 동심 중심(O)과 연마되는 기판(120)의 회전 중심(O') 사이의 거리(R)이다. 캐리어(104)가 그의 회전축에 대해 직교하는 평면 내에서 진동하는 경우에, 거리(R)는 시간의 주기 함수이고, 캐리어 양립성 홈 형상(152)을 결정하기 위해 사용되는 R의 값은 최소, 최대, 또는 중간 값일 수 있고; 바람직하게는 R의 시간 평균 값이 사용된다. 제2 파라미터는 캐리어(104)의 반경(R _c )이다. 전형적으로, 캐리어 반경(R _c )은 회전 중심(O')으로부터 측정될 때의 캐리어 링(108)의 외측 반경을 표시할 것이다. 그러나, 본 기술 분야의 당업자는 캐리어 반경(R _c )이 대안적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 중심(O')으로부터, 예를 들어 캐리어 링(108)의 중간 폭 또는 캐리어 링(108)의 내측 반경과 같은 캐리어 링(108) 상의 다른 위치까지의 방사상 거리를 표시할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 제3 파라미터는 가상 캐리어 홈(112)의 각도(θ _c ₀)이다. 가상 캐리어 홈(112)은 연마 패드(100) 내 캐리어 양립성 홈 형상(152)을 정의하는 데만 사용하는 기하학 구조이지만, 본 발명에 따라 이용하는 경우 캐리어 링(108) 내에 실제로 존재하지는 않는다. 가상 캐리어 홈(112)은 예를 들어 수평 축(160)과 같은 축과 국소각(θ _c )을 형성하는 방식으로 캐리어 링(108) 상에 배향되도록 고려될 수 있다. 가상 캐리어 홈(112)이 도시된 바와 같이 배향되는 경우에, 가상 캐리어 홈(112a)의 국소각(θ _c )은 0°이고, 가상 캐리어 홈(112b)의 국소각(θ _c )은 45°이고, 가상 캐리어 홈(112c)의 국소각(θ _c )은 -45°이다. 본 기술 분야의 당업자는 도시된 가상 캐리어 홈(112)들 중 나머지 홈들에 대한 국소각(θ _c )을 어떻게 결정할지를 쉽게 인식할 것이다. 대안적인 가상 캐리어 홈 배향을 갖는 대안적인 캐리어 링의 가상 캐리어 홈의 국소각(θ _c )은 동일한 방식으로 쉽게 결정될 수 있다. 캐리어 양립성 홈 형상(152)을 결정하기 위해 사용되는 기본 국소각(θ _c ₀)은 가상 캐리어 홈(112)이 캐리어 반경(R _c )에 대응하는 거리에서 수평 축(160)을 가로지르는 교차 지 점(114)에서 형성된 각도이다. 정의된 바와 같이, 기본 국소각(θ _c ₀)은 양, 음, 또는 0일 수 있다. 캐리어 링(108) 및 연마 패드(100)가 회전함에 따라, 각각의 가상 캐리어 홈(112)은 유리하게는 웨이퍼(120)의 선단 에지에 인접한 복수의 위치에서 다양한 패드 홈(116)과 정렬된다. 예를 들어, 가상 캐리어 홈(112)은 상이한 시점들에서 웨이퍼 트랙(164) 내의 여러 별개의 위치에서 웨이퍼(120)의 선단 에지에 인접한 패드 홈(116)과 정렬할 수 있다. 연마 패드(100) 및 캐리어 링(108)이 모두 반시계 방향으로 회전할 때, 패드 홈(116) 중 주어진 하나와 연속된 가상 캐리어 홈(112)들 사이의 정렬의 순간 지점은 유리하게는 동심 중심(O) 근처에서 개시하여, 웨이퍼 트랙(164)을 가로질러 외측으로 이동한 다음, 주연부(140)에 접근할 것이다. 유사하게, 연마 패드(100) 및 캐리어 링(108)이 모두 시계 방향으로 회전할 때, 패드 홈(116) 중 주어진 하나와 연속된 가상 캐리어 홈(112)들 사이의 정렬의 순간 지점은 유리하게는 동심 중심(O) 근처에서 개시하여, 웨이퍼 트랙(164)을 가로질러 외측으로 이동한 다음, 주연부(140)에 접근할 것이다.

캐리어 양립성 홈 형상(152)은 연마 트랙(164)의 폭 내의 어디에서나, 즉 내측 경계(164a)의 반경 이상이고 외측 경계(164b)의 반경 이하인 임의의 반경에서 잘 정의된다. 내측 경계(164a)는 동심 중심(O)으로부터 그려진 반경(r = R - R _c )에 의해 정의될 수 있고, 여기서 r 및 R은 캐리어(104)가 진동하면 시간 평균 값이고, 그렇지 않으면 고정된 값이다. 외측 경계(164b)는 동심 중심(O)으로부터 그려진 반경(r = R + R _c )에 의해 정의될 수 있고, r 및 R은 캐리어(104)가 진동하면 시간 평균 값이고, 그렇지 않으면 고정된 값이다. 캐리어 양립성 홈 형상(152)을 정의하는 동심 중심(O)으로부터 그려진 r의 값들은 따라서 (R - R _c )에서 시작하여 (R + R _c )에서 종료하는 반경의 간격에 걸친다. 이러한 반경의 간격 외부에서, 즉 (R - R _c ) 미만 또는 (R + R _c ) 초과의 r의 값에서, 패드 홈(116)은 바람직하게는 연마 트랙(164)의 대응하는 더 근접한 경계에서의 기울기와 동일하거나 유사한 기울기에서 캐리어 양립성 홈 형상(152)을 외삽함으로써 얻어진 궤적을 따른다.

아울러, 캐리어 양립성 홈 형상(152)의 부분 또는 전체를 따른 각각의 지점(156)은 또한 수평 축(160) 상에 위치된 웨이퍼 캐리어(104)의 회전 중심(O')에 대해 측정되고 캐리어 반경(R _c )에 의해 정의되는, 캐리어 각도(φ _c )에 의해 기술될 수 있다. 따라서, 주어진 지점(156)은 동심 중심(O)을 기준으로 한 전체 극좌표(r, φ)의 측면에서 또는 회전 중심(O')을 기준으로 한 국소 극좌표(R _c , φ _c )의 측면에서 위치될 수 있다. 이러한 기하학적 등가성으로부터, 연마 성능의 개선을 제공하는 캐리어 양립성 홈의 궤적에 대한 다음의 수학식을 개발하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 연마는 캐리어 고정구 또는 링(108) 및 연마 패드(100)가 동일한 방향으로 회전하면서 발생한다. φ _c (r)이 음인 경우에, 연마 패드(100) 및 캐리어 링(108)은 모두 연마 표면(132) 위로부터 보았을 때 반시계 방향으로 회전한다. φ _c (r)이 양인 경우에, 연마 패드(100) 및 캐리어 링(108)은 모두 연마 표면(132) 위로부터 보았을 때 시계 방향으로 회전한다. 유리하게는, 연마는 고속 홈 경로가 -90 내지 90°의 θ _c ₀에서 상기 홈 수학식의 20% 내에 있으면서 발생한다. 본 명세서의 목적상, 수학식의 20% 이내는 동심 중심(O)을 기준으로 한 주어진 반경(r)에서의 홈 경로의 전체각(φ)의 값이 동일한 반경(r)에서 상기 수학식을 사용하여 계산된 전체각(φ)의 값의 0.8 내지 1.2배 사이라는 것을 의미하고, 수학식의 10% 이내는 동심 중심(O)을 기준으로 한 주어진 반경(r)에서의 홈 경로의 전체각(φ)의 값이 동일한 반경(r)에서 상기 수학식을 사용하여 계산된 전체각(φ)의 값의 0.9 내지 1.1배 사이라는 것을 의미한다.

가장 유리하게는, 연마는 고속 홈 경로가 -30 내지 90°의 θ _c ₀에서 상기 홈 수학식의 10% 내에 있으면서 발생한다. 또한, 유리하게는 각각의 고속 홈 경로의 적어도 50%가 고속 홈 수학식의 20% 내에 유지된다. 본 명세서의 목적상, 수학식 내에 유지되는 고속 홈 경로의 백분율은 동심 중심(O)으로부터 외측 주연부(140)까지 측정될 때의 방사상 백분율을 말한다. 또한, 가장 유리하게는 각각의 고속 홈 경로의 적어도 50%가 고속 홈 수학식의 10% 내에 유지된다. 더 유리하게는, 연마 는 고속 경로가 0 내지 90°의 θ _c ₀에서 홈 수학식의 20% 내에 있으면서 발생한다. 가장 유리하게는, 연마는 고속 경로가 40°, 45°, 또는 47.5°와 같은 30 내지 60°의 θ _c ₀에서 홈 수학식의 20% 내에 있으면서 발생한다. 특히, 연마는 고속 경로가 40 내지 50°의 θ _c ₀에서 홈 수학식의 20% 내에 있을 때 우수한 결과를 입증하였다.

도 4 내지 6은 채널-없는 캐리어 링(408)과 함께 연마 매체를 웨이퍼(420)로 향하게 하는 기능이 있는 다양한 예시적인 패드 홈(116)을 상세하게 도시한다. 도 4를 참조하면, 연마 패드(400)는 홈 세트(444)를 반복하도록 구성한 만곡된 방사상 홈(426, 428, 430 및 432)을 포함한다. 각각의 홈 세트(444)는, 연마 패드의 중심(O)(도 3)으로부터 측정하는 바와 같이 고르지 않은 시작 위치를 갖는 (1) 426, (1) 428, (2) 430 및 (4) 432 만곡된 방사상 홈을 포함한다. 집합적으로, 이러한 홈은 웨이퍼 트랙에 걸친 연마 패드의 홈 대 표면적 비의 균형을 맞추는 기능을 한다. 홈(426)은 연마 패드(400)의 외측 주연부로부터 웨이퍼 트랙(도시하지 않음)의 내측 경계 내 위치까지 연장된다. 홈(428)은 연마 패드(400)의 외측 주연부로부터 웨이퍼 트랙의 내측 경계에 인접한 위치까지 연장된다. 홈(430)은 연마 패드(400)의 외측 주연부로부터 웨이퍼 트랙의 중심 영역 내 위치까지 연장된다. 홈(432)은 연마 패드(400)의 외측 주연부로부터 웨이퍼 트랙의 외측 경계 내 위치까지 연장된다.

도 5의 연마 패드(500)는 홈 세트(544)를 반복하도록 구성한 만곡된 방사상 홈(526 내지 532)을 포함한다. 각각의 홈 세트(544)는 (1) 526, (1) 527, (1) 528, (2) 529, (1) 530, (1) 531 및 (1) 532 만곡된 방사상 홈을 포함한다. 이러한 홈은 캐리어 링(508)과 집합적으로 상호작용하여 웨이퍼(520)의 연마 제거율을 증가시킨다. 연마 패드(500)는 중심(O)을 갖고, 중심(O)으로부터의 파상 반경으로 개시하는 고속 경로를 갖는 복수의 홈으로 연마가 발생한다. 집합적으로, 이러한 홈은 웨이퍼 트랙에 걸친 연마 패드의 홈 대 표면적 비의 균형을 맞추는 기능을 한다. 추가로, 홈 세트 내 각각의 홈은 홈을 개시하기 위한 파상 전이 점을 갖는다. 예를 들어, 이러한 홈은 웨이퍼 트랙(도시하지 않음) 내 시작점으로부터 웨이퍼 트랙의 외측 경계 내 위치까지 연장된다.

도 6의 연마 패드(600)는 홈 세트(644)를 반복하도록 구성한 만곡된 방사상 홈(616)을 포함한다. 이러한 홈 세트는 캐리어 링(608)과 집합적으로 상호작용하여 웨이퍼(620)의 연마 제거율을 증가시킨다. 각각의 홈 세트(644)는 고르지 않은 각도 간격이 있는 만곡된 방사상 홈을 포함하고; 고속 경로를 갖는 복수의 홈(616) 간의 고르지 않은 각도 간격으로 연마가 발생한다. 예를 들어, 홈 세트(644)는 좁은 각도 간격(650)부터 넓은 각도 간격(652)까지의 범위인 각도 홈 간격을 포함한다. 특히, 각각의 홈 세트는 고르지 않은 각도 이격된 홈만을 또는 고른 각도 이격된 홈과 고르지 않은 각도 이격된 홈의 조합을 포함할 수도 있다. 추가로, 각각의 홈 세트(644)는 고르지 않은 방사상 간격이 있는 홈을 포함하는데, 홈은 변경된 전이 또는 시작점을 갖는다. 예를 들어, 이러한 홈은 웨이퍼 트랙(도시하지 않음) 내 시작점으로부터 웨이퍼 트랙의 외측 경계 내 위치까지 연장된다. 집합적으로, 이러한 홈은 웨이퍼 트랙에 걸친 연마 패드의 홈 대 표면적 비의 균형을 맞추는 기능을 하고, 웨이퍼 내 불균일성(WIWNU: within-wafer-non-uniformity)을 줄일 수 있고, CMP 공정의 제거율을 개선할 수 있다.

도 7은 웨이퍼(708)와 같은 물품을 연마하기 위한, 도 1 내지 6의 연마 패드(100, 400, 500 및 600) 중 하나 또는 본 명세서의 다른 연마 패드일 수 있는, 연마 패드(704)와 함께 사용하기에 적합한 연마기(700)를 도시한다. 연마기(700)는 연마 패드(704)가 장착되는 플래튼(712)을 포함할 수 있다. 플래튼(712)은 (도시되지 않은) 플래튼 구동기에 의해 회전축(A1)에 대해 회전 가능하다. 연마기(700)는 플래튼(712)의 회전축(A1)에 대해 평행하며 그로부터 이격된 회전축(A2)에 대해 회전 가능하며 연마 중에 웨이퍼(708)를 지지하는 웨이퍼 캐리어(720)를 추가로 포함할 수 있다. 웨이퍼 캐리어(720)는 웨이퍼(708)가 연마 패드(704)의 연마 표면(724)에 대해 아주 약간 평행하지 않은 자세를 취하도록 허용하는 (도시되지 않은) 짐벌식 링키지를 특징으로 할 수 있고, 이러한 경우에 회전축(A1, A2)들은 서로에 대해 아주 약간 비스듬할 수 있다. 웨이퍼(708)는 연마 표면(724)과 대면하여 연마 중에 평탄화되는 피연마 표면(728)을 포함한다. 웨이퍼 캐리어(720)는 웨이퍼(708)를 회전시키고, 원하는 압력이 연마 중에 피연마 표면과 패드 사이에 존재하도록 연마 패드(704)에 대해 피연마 표면(728)을 압착하기 위한 하향력(F)을 제공하도록 되어 있는 (도시되지 않은) 캐리어 지지 조립체에 의해 지지될 수 있다. 연마기(700)는 연마 매체(736)를 연마 표면(724)에 공급하기 위한 연마 매체 입구(732)를 또한 포함할 수 있다.

본 기술 분야의 당업자가 이해할 바와 같이, 연마기(700)는 무엇보다도, 시스템 제어기, 연마 매체 저장 및 분배 시스템, 가열 시스템, 헹굼 시스템, 그리고 (1) 웨이퍼(708) 및 연마 패드(704)의 회전 속도 중 하나 또는 모두를 위한 속도 제어기 및 선택기, (2) 연마 매체(736)의 패드로의 전달 속도 및 위치를 변화시키기 위한 제어기 및 선택기, (3) 웨이퍼와 연마 패드 사이에 인가되는 힘(F)의 크기를 제어하기 위한 제어기 및 선택기, 및 (4) 패드의 회전축(A1)에 대한 웨이퍼의 회전축(A2)의 위치를 제어하기 위한 제어기, 구동기 및 선택기와 같은, 연마 공정의 다양한 태양을 제어하기 위한 다양한 제어부와 같은 (도시되지 않은) 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 본 기술 분야의 당업자는 이러한 구성요소들이 어떻게 구성되고 실시되는지를 이해할 것이어서, 그들의 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 이해하고 실시하기 위해 필요치 않다.

연마 중에, 연마 패드(704) 및 웨이퍼(708)는 그들 각각의 회전축(A1, A2)에 대해 회전되고, 연마 매체(736)가 연마 매체 입구(732)로부터 회전하는 연마 패드로 분배된다. 연마 매체(736)는 웨이퍼(708)와 연마 패드(704) 사이의 갭을 포함하여, 연마 표면(724)에 걸쳐 확산된다. 연마 패드(704) 및 웨이퍼(708)는 전형적이지만 필수적이지는 않게, 0.1 rpm 내지 750 rpm의 선택된 속도에서 회전된다. 힘(F)은 전형적이지만 필수적이지는 않게, 웨이퍼(708)와 연마 패드(704) 사이에서 0.1 psi 내지 15 psi(6.9 내지 103 kPa)의 원하는 압력을 유도하도록 선택된 크기이다. 패드 홈과 캐리어 링의 상호작용은 기판 제거율을 실질적으로 증가시킬 수 있고, 웨이퍼 대 웨이퍼 비균일성을 개선할 수 있다.

실시예

본 실시예에서, 종래의 동심 원형 홈 또는 본 발명에 따른 고속 홈을 갖는, 미국 델라웨어주 뉴왁 소재의 롬 앤 하스 일렉트로닉 매티리얼즈 씨엠피 테크놀러지스(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies)에 의해 제조된 77.5 cm 직경의 IC1000 경질 폴리우레탄 연마 패드는, 채널 없는 캐리어 링과 함께 사용할 때 제거율을 높이는 고속 홈의 효율을 입증한다. 동심 원형 홈은 3.1 mm의 일정한 피치상에 0.76 mm의 깊이 및 0.51 mm의 폭으로 기계가공되었고; 고속 홈은 전체 웨이퍼 트랙에 걸쳐 적용되는 고속 경로를 위한 수학식에 의해 지시되는 패턴과 곡률로 0.76 mm의 깊이 및 0.76 mm의 폭으로 기계가공되었다. 채널 없는 캐리어 링과 함께 각각의 홈 타입을 사용하여 26.6 kPa의 하향력, 120 rpm의 패드 회전 속도, 113 rpm의 캐리어 회전 속도, 및 120 mL/min의 슬러리 유속으로 텅스텐 300 mm 블랭킷 웨이퍼를 연마하여 표 1의 결과를 생성하였다. 평균값은 각 세트의 4개의 개별 웨이퍼에 걸쳐 얻은 결과의 대수 평균을 의미한다.

도 1은 본 발명의 방법에 따라 채널 없는 캐리어 링과 함께 사용하도록 만들어진 연마 패드의 개략적인 평면도.

도 2는 도 1의 라인 2-2를 따라 얻은 도 1의 연마 패드의 확대 단면도로서, 본 발명의 방법에 따라 홈 경로를 결정하는 캐리어 홈을 예시한다.

도 3은 본 발명의 방법을 위한 홈 경로를 발생시키기 위해 사용되는 가상 홈을 갖는 캐리어와 연마 패드의 홈의 기하학적 특징을 예시하는 개략적인 평면도.

도 4는 본 발명의 방법과 함께 사용하도록 만든 다양한 길이를 갖는 홈이 있는 또 다른 연마 패드의 개략적인 평면도.

도 5는 본 발명의 방법과 함께 사용하도록 만든 다양한 파상 길이를 갖는 홈이 있는 또 다른 연마 패드의 개략적인 평면도.

도 6은 본 발명의 방법과 함께 사용하도록 만든 다양한 파상 길이와 고르지 않은 간격의 조합인 홈이 있는 또 다른 연마 패드의 개략적인 평면도.

도 7은 본 발명에 따라 연마 시스템의 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 연마 패드

104 : 캐리어

112 : 캐리어 홈

116 : 패드 홈

120 : 웨이퍼

132 : 연마 표면

Claims

연마 매체의 존재하에서 연마 패드에 의해 자기, 광학 및 반도체 기판 중 적어도 하나를 연마하기 위한 방법으로서,

기판은 캐리어 고정구 내에 고정되고, 캐리어 고정구는 채널-없는 표면을 갖고, 상기 방법은

a) 연마 패드는 복수의 홈을 갖고, 복수의 홈은 방사상 또는 만곡된 방사상 형상을 가지는 고속 경로를 갖고, 고속 경로는, 연마 패드의 동심 중심을 기준으로 하며, 이하의 수학식에서, (1) 연마 패드의 동심 중심과 연마되는 기판의 회전 중심 사이의 거리(R), (2) 캐리어 고정구의 반경(R_c ), 및 (3) 캐리어 고정구 내의 가상 홈의 국소각(θ_c ₀)(여기서, 국소각(θ_c ₀)은 가상 홈이 반경(R_c )에서 연마 패드의 수평 축을 가로지르는 교차 지점에서 형성된 각도임)으로 정의되는 극좌표계 내의 홈 궤적(φ(r))의 20% 내에 있고,

채널-없는 표면을 갖는 캐리어 고정구 내 기판을 연마 패드의 연마 표면에 인접하고 평행하게 고정하는 단계;

b) 연마 매체를 캐리어 고정구에 인접한 연마 패드에 적용하는 단계; 및

c) 연마 패드와 캐리어 고정구를 회전시켜 연마 패드와 연마 매체로 기판을 연마하는 단계로서, 캐리어 고정구의 채널-없는 표면은 기판으로의 연마 매체의 흐름을 방해하도록 연마 패드에 대하여 압착되고, 고속 홈 경로는 기판으로의 연마 매체의 흐름을 촉진하도록 캐리어 고정구를 가로지르는, 기판을 연마하는 단계

를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

연마 패드는 중심이 있고, 중심으로부터의 파상 반경으로 개시하는 복수의 홈으로 연마가 발생하는, 방법.
제1항에 있어서,

φ _c (r)이 음인 경우에는 연마 패드가 반시계 방향으로 회전하고, φ _c (r)이 양인 경우에는 연마 패드가 시계 방향으로 회전하면서 회전이 발생하는, 방법.
제1항에 있어서,

0 내지 90°의 θ _c ₀를 갖는 홈 궤적의 20% 이내인 고속 경로로 연마가 발생하는, 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제