KR102242320B1 - 연성 폴리싱 패드 및 폴리싱 모듈 - Google Patents

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Abstract

폴리싱 디바이스는 하우징; 하우징에 결합된 가요성 베이스; 및 가요성 베이스의 제1 면 상에 배치된 접촉 영역을 포함하고, 가요성 베이스는, 가요성 베이스의 표면적보다 더 작은 접촉 면적을 제1 면 상에 형성하기 위해 가요성 베이스의 제2 면 및 하우징 내에 포함되는 압력에 기초하여 팽창 및 수축한다.

Description

연성 폴리싱 패드 및 폴리싱 모듈{COMPLIANT POLISHING PAD AND POLISHING MODULE}
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 반도체 기판과 같은 기판을 폴리싱하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용의 실시예들은 전자 디바이스 제조 프로세스에서 기판의 에지를 폴리싱하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
화학 기계적 폴리싱은, 폴리싱 유체가 존재하는 동안 폴리싱 패드와 접촉하는 기판의 피쳐 면(feature side), 즉 퇴적물 수용 표면(deposit receiving surface)을 이동시킴으로써 기판 상에 퇴적된 재료의 층을 평탄화하거나 폴리싱하기 위해 고밀도 집적 회로들의 제조에서 흔하게 이용되는 하나의 프로세스이다. 전형적인 폴리싱 프로세스에서, 기판은 기판의 후면(backside)을 폴리싱 패드를 향하여 압박(urge)하거나 누르는 캐리어 헤드에 유지된다. 화학적 및 기계적 활동의 조합을 통해, 폴리싱 패드와 접촉하는 기판의 피쳐 면으로부터 재료가 제거된다.
캐리어 헤드는 기판의 상이한 영역들에 대해 차분 압력을 인가하는 복수의 개별적으로 제어되는 압력 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판의 중심에서 요구되는 재료 제거와 비교하여 기판의 주변 에지들에서 더 큰 재료 제거가 요구되는 경우, 캐리어 헤드는 기판의 주변 에지들에 더 큰 압력을 인가하기 위해 이용될 수 있다. 그러나, 기판의 강성도(stiffness)는 캐리어 헤드에 의해 기판에 인가되는 압력을 재분배하는 경향이 있고, 그에 의해 기판에 인가되는 압력은 확산되거나 평활화될 수 있다. 평활화 영향은 국소적 재료 제거를 위한 국소적 압력 인가를 불가능하지는 않더라도 어렵게 한다. 또한, 기판들은 처리 동안 비평면(non-planar)이 될 수 있고, 종래의 시스템들에서 폴리싱될 때, 기판 상의 특정 영역들은 재료의 과다 제거(over-removal) 또는 과소 제거(under-removal)를 경험할 수 있는데, 이것은 기판 품질, 폴리싱 제어의 정밀도 또는 다른 인자들로 인한 것일 수 있으며, 이들 각각은 기판 상의 디바이스들의 부분들을 손상시킬 수 있고, 그에 의해 수율을 감소시킬 수 있다.
그러므로, 기판의 국소적 영역들로부터의 재료들의 제거를 용이하게 하는 방법 및 장치가 필요하다.
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 반도체 기판과 같은 기판을 폴리싱하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 폴리싱 디바이스가 제공된다. 폴리싱 디바이스는 하우징; 하우징에 결합된 가요성 베이스; 및 가요성 베이스의 제1 면 상에 배치된 접촉 영역(contact region)을 포함하고, 가요성 베이스는, 가요성 베이스의 표면적보다 더 작은 접촉 면적(contact area)을 제1 면 상에 형성하기 위해 가요성 베이스의 제2 면 및 하우징 내에 포함되는 압력에 기초하여 팽창 및 수축한다.
다른 실시예에서, 폴리싱 모듈이 제공된다. 폴리싱 모듈은 기판 수용 표면과 경계(perimeter)를 갖는 척; 및 척의 경계 주위에 위치된 폴리싱 패드를 포함하고, 폴리싱 패드는 가요성 베이스의 중심 주위에 위치된 접촉 영역을 포함하고, 폴리싱 패드는 가요성 베이스의 후면에 대한 압력 인가에 의해 팽창가능하다.
다른 실시예에서, 기판을 폴리싱하는 방법이 제공된다. 이 방법은 하우징 상에 배치된 폴리싱 패드를 기판의 표면에 대하여 압박하는 단계 - 폴리싱 패드는 가요성 베이스 상에 배치됨 -; 및 가요성 베이스의 후면에 대한 압력을 조정함으로써 폴리싱 패드의 접촉 면적을 조정하는 단계 - 접촉 면적은 가요성 베이스의 표면적보다 더 작음 - 를 포함한다.
위에서 언급된 본 개시내용의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 실시예들만을 예시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다.
도 1a는 처리 스테이션의 일 실시예의 부분 단면도이다.
도 1b는 폴리싱 모듈의 일 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 폴리싱 모듈의 다른 실시예의 측단면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 폴리싱 모듈의 상부 등축도이다.
도 3은 폴리싱 헤드의 일 실시예의 측단면도이다.
도 4는 폴리싱 헤드의 다른 실시예의 측단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 폴리싱 패드의 다양한 실시예들을 도시하는 상부도들이다.
도 6은 도 5a의 라인 6-6을 따른 폴리싱 패드의 일부의 등축 단면도이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예에 개시된 요소들은 구체적인 언급 없이도 다른 실시예들에서 유익하게 이용될 수 있다고 고려된다.
본 개시내용의 실시예들은 폴리싱 시스템과 함께 기판을 폴리싱하기 위해 이용되는 폴리싱 모듈 및 폴리싱 시스템을 제공한다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 폴리싱 모듈의 실시예들은 방사상 방향에서의 미세한 해상도(예를 들어, 약 3 밀리미터(mm) 미만), 및 세타(Θ) 방향 레이트 제어를 제공한다. 본 개시내용의 양태들은 국소적 영역들에서의 제한된 디싱(dishing) 및/또는 침식(erosion)을 갖는 개선된 국소적 폴리싱 제어를 포함한다.
도 1a는 화학 기계적 폴리싱(CMP) 프로세스 또는 전기화학 기계적 폴리싱(ECMP) 프로세스와 같은 폴리싱 프로세스를 수행하도록 구성되는 처리 스테이션(100)의 일 실시예의 부분 단면도이다. 도 1b는, 처리 스테이션(100)과 함께 이용될 때, 폴리싱 시스템의 일 실시예를 포함하는 폴리싱 모듈(101)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 처리 스테이션(100)은 예를 들어 기판(102)의 주면(major side)의 전체 표면을 폴리싱하기 위해 전역적 CMP 프로세스를 수행하는데 이용될 수 있다. 처리 스테이션(100)을 이용하여 기판(102)의 주변 에지와 같은 기판(102)의 국소적 영역들이 충분하게 폴리싱되지 않는 경우, 국소적 영역을 폴리싱하기 위해 폴리싱 모듈(101)이 이용될 수 있다. 폴리싱 모듈(101)은 처리 스테이션(100)에 의해 수행되는 전역적 CMP 프로세스 이전에 또는 이후에 기판(102)의 에지 또는 다른 국소적 영역을 폴리싱하기 위해 이용될 수 있다. 처리 스테이션(100) 및 폴리싱 모듈(101) 각각은 독립형 유닛 또는 더 큰 처리 시스템의 부분일 수 있다. 처리 스테이션(100) 및 폴리싱 모듈(101) 중 하나 또는 둘 다를 이용하도록 적응될 수 있는 더 큰 처리 시스템의 예들은, 다른 폴리싱 시스템들 중에서, 캘리포니아주 산타 클라라에 위치된 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 REFLEXION®, REFLEXION® LK, MIRRA MESA® 폴리싱 시스템들뿐만 아니라, 다른 제조자들로부터 입수가능한 폴리싱 시스템들을 포함한다.
처리 스테이션(100)은 베이스(110) 상에 회전가능하게 지지된 플래튼(105)을 포함한다. 플래튼(105)은 회전 축 A에 대하여 플래튼(105)을 회전시키도록 적응되는 구동 모터(115)에 동작가능하게 결합된다. 플래튼(105)은 폴리싱 재료(122)로 이루어진 폴리싱 패드(120)를 지지한다. 일 실시예에서, 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 재료(122)는 CMP 프로세스들에서 전형적으로 이용되는 폴리머계 패드 재료들과 같이 상업적으로 입수가능한 패드 재료이다. 폴리머 재료는 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 플루오로폴리머(fluoropolymers), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)(PTFE), 폴리페닐렌 술파이드(polyphenylene sulfide)(PPS) 또는 이들의 조합일 수 있다. 폴리싱 재료(122)는 연속 또는 독립 기포형 발포 폴리머(open or closed cell foamed polymers), 엘라스토머, 펠트, 함침 펠트(impregnated felt), 플라스틱, 및 처리 화학물질들(processing chemistries)과 공존가능한 유사 재료들을 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 폴리싱 재료(122)는 다공성 코팅으로 함침된 펠트 재료이다. 다른 실시예들에서, 폴리싱 재료(122)는 적어도 부분적으로 전도성인 재료를 포함한다.
폴리싱 패드(120)의 처리 표면(125) 위에 캐리어 헤드(130)가 배치된다. 캐리어 헤드(130)는 처리 동안 기판(102)을 유지하고 폴리싱 패드(120)의 처리 표면(125)을 향하여 (Z 축을 따라) 기판(102)을 제어가능하게 압박한다. 캐리어 헤드(130)는, 외측 구역 압력 어플리케이터(outer zone pressure applicator)(138A) 및 내측 구역 압력 어플리케이터(138B)(둘 다 팬텀으로 도시됨)로서 도시된 구역화된 압력 제어 디바이스를 포함한다. 외측 구역 압력 어플리케이터(138A) 및 내측 구역 압력 어플리케이터(138B)는 폴리싱 동안 기판(102)의 후면에 가변 압력을 인가한다. 외측 구역 압력 어플리케이터(138A) 및 내측 구역 압력 어플리케이터(138B)는 기판(102)의 중심 영역과 비교하여 기판(102)의 에지 영역에 대하여 더 큰 압력을 제공하도록 조정될 수 있으며 또한 그 반대로 하도록 조정될 수 있다. 따라서, 외측 구역 압력 어플리케이터(138A) 및 내측 구역 압력 어플리케이터(138B)는 폴리싱 프로세스를 튜닝하기 위해 이용된다.
캐리어 헤드(130)는, 캐리어 헤드(130)를 지지하며 폴리싱 패드(120)에 대한 캐리어 헤드(130)의 이동을 용이하게 하는 지지 부재(140)에 장착된다. 지지 부재(140)는 폴리싱 패드(120) 위에 캐리어 헤드(130)를 매다는 방식으로 처리 스테이션(100) 위에 장착되거나, 또는 베이스(110)에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 지지 부재(140)는 처리 스테이션(100) 위에 장착되는 캐러셀, 선형 트랙 또는 원형 트랙이다. 캐리어 헤드(130)는, 적어도 회전 축 B에 대한 캐리어 헤드(130)의 회전 이동을 제공하는 구동 시스템(145)에 결합된다. 구동 시스템(145)은 폴리싱 패드(120)에 대하여 측방향으로(X 축 및/또는 Y 축) 지지 부재(140)를 따라 캐리어 헤드(130)를 이동시키도록 추가적으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 구동 시스템(145)은, 측방향 이동에 추가하여, 폴리싱 패드(120)에 대하여 수직으로(Z 축) 캐리어 헤드(130)를 이동시킨다. 예를 들어, 구동 시스템(145)은, 폴리싱 패드(120)에 대한 기판(102)의 회전 및/또는 측방향 이동을 제공하는 것에 추가하여, 폴리싱 패드(120)를 향하여 기판(102)을 이동시키기 위해 이용될 수 있다. 캐리어 헤드(130)의 측방향 이동은 선형 또는 아크형 또는 스위프 모션일 수 있다.
컨디셔닝 디바이스(150) 및 유체 어플리케이터(fluid applicator)(155)가 폴리싱 패드(120)의 처리 표면(125) 위에 위치된 것으로 도시되어 있다. 컨디셔닝 디바이스(150)는 베이스(110)에 결합되고, 폴리싱 패드(120) 및/또는 베이스(110)에 대하여 하나 이상의 선형 방향으로 컨디셔닝 디바이스(150)를 이동시키거나 컨디셔닝 디바이스(150)를 회전시키도록 적응될 수 있는 액츄에이터(185)를 포함한다. 유체 어플리케이터(155)는 폴리싱 패드(120)의 일부에 폴리싱 유체들을 전달하도록 적응된 하나 이상의 노즐(160)을 포함한다. 유체 어플리케이터(155)는 베이스(110)에 회전가능하게 결합된다. 일 실시예에서, 유체 어플리케이터(155)는 회전 축 C에 대하여 회전하도록 적응되고, 처리 표면(125)을 향하여 지향되는 폴리싱 유체를 제공한다. 폴리싱 유체는 화학 용액, 물, 폴리싱 화합물, 세정 용액 또는 이들의 조합일 수 있다.
도 1b는 폴리싱 모듈(101)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 폴리싱 모듈(101)은 척(167)을 지지하는 베이스(165)를 포함하며, 척(167)은 척(167) 위에 기판(102)을 회전가능하게 지지한다. 일 실시예에서, 척(167)은 진공 척일 수 있다. 척(167)은 모터나 액츄에이터일 수 있는 구동 디바이스(168)에 결합되어, 적어도 축 E에 대한 척(167)의 회전 이동을 제공한다.
기판(102)은 기판(102)의 피쳐 면이 폴리싱 패드(170)를 향하도록 "페이스-업(face-up)" 배향으로 척(167) 상에 배치된다. 폴리싱 패드(170)는 기판(102)의 주변 에지 또는 기판(102)의 다른 영역들을 폴리싱하기 위해 이용된다. 폴리싱 모듈(101) 상에서의 기판(102)의 폴리싱은 도 1a의 처리 스테이션(100)에서의 기판(102)의 폴리싱 이전에 또는 이후에 수행될 수 있다. 폴리싱 패드(170)는 상업적으로 입수가능한 패드 재료, 예컨대 CMP 프로세스들에서 전형적으로 이용되는 폴리머계 패드 재료들, 또는 다른 적합한 폴리싱 패드 또는 폴리싱 재료를 포함할 수 있다. 폴리싱 패드(170)는 기판(102)에 대해 패드를 이동시키는 지지 암(172)에 결합된다. 지지 암(172)은, 지지 암(172)(및 지지 암 상에 장착된 폴리싱 패드(170))을 기판(102) 및/또는 척(167)에 대해 수직으로(Z 방향) 그리고 측방향으로(X 및/또는 Y 방향) 이동시키는 액츄에이터(174)에 결합될 수 있다. 액츄에이터(174)는 기판(102) 및/또는 척(167)에 대해 스위프 모션, 궤도 모션 또는 원형 모션으로 지지 암(172)(및 지지 암 상에 장착된 폴리싱 패드(170))을 이동시키기 위해 또한 이용될 수 있다.
폴리싱 패드(170)는 링 형상의 싱글 패드를 포함할 수 있다. 폴리싱 패드(170)는 기판(102)의 반경과 실질적으로 일치하는 크기를 갖는 반경을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(102)의 반경이 150mm인 경우, 링 형상 폴리싱 패드는 약 120mm 내지 약 150mm의 내부 반경, 및 약 121mm 내지 약 155mm의 외부 반경을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 폴리싱 패드(170)의 반경은, 정정(correction)이 요구되는 기판(102)의 반경(즉, 처리 스테이션(100) 상에서 폴리싱될 때 폴리싱 해상도가 최적이 아닌 영역(들))에 기초하여 결정된다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드(170)는 중심선에서 약 145mm의 반경을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 내부 반경 및 외부 반경은 실질적으로 동등할 수 있다.
도 1b에 도시된 실시예에서, 폴리싱 패드(170)는 위에서 설명된 바와 같은 반경을 갖는 이산 아크형 세그먼트들(discrete arc segments)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 폴리싱 패드(170)는 지지 암(172) 상에 배치된 패드 재료의 초승달 형상 및/또는 복수의 이산 형상과 같은 아크 형상 세그먼트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드(170)는 가변 압력 용적(162)을 포함하는 멤브레인 폴리싱 패드를 포함한다. 가변 압력 용적(162)은 적어도 일 측에서 폴리싱 패드(170)의 폴리싱 재료에 의해 경계가 정해지는 보이드일 수 있다. 가변 압력 용적(162)은 유체 소스(178)와 유체 소통한다. 유체 소스(178)는 가변 압력 용적(162)에 제공되는 공기 또는 다른 가스들을 포함할 수 있다. 공기 또는 다른 가스들은 폴리싱 패드(170)를 팽창시키기 위해 가변 압력 용적(162)을 가압할 수 있다. 폴리싱 패드(170)의 팽창 메트릭(즉, 인가되는 압력)은 기판에 대한 폴리싱 패드(170)의 요구된 굴곡 속성(flexural property) 또는 컴플라이언스(compliance)에 기초하여 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 가변 압력 용적(162)은 약 0.1 psi(pounds per square inch) 내지 약 10 psi로 가압될 수 있다.
폴리싱 모듈(101)은 폴리싱 유체를 기판(102)의 표면에 제공하기 위한 유체 어플리케이터(176)를 또한 포함한다. 유체 어플리케이터(176)는 노즐들(도시되지 않음)을 포함하고, 도 1a에서 설명된 유체 어플리케이터(155)와 유사하게 구성될 수 있다. 유체 어플리케이터(176)는 축 F에 대해 회전하도록 적응되고, 유체 어플리케이터(155)와 동일한 폴리싱 유체들을 제공할 수 있다. 베이스(165)는 유체 어플리케이터(176)로부터의 폴리싱 유체를 모으기 위한 수반(basin)으로서 이용될 수 있다.
도 2a는 단독으로 또는 도 1a의 처리 스테이션(100)과 함께 이용될 수 있는 폴리싱 모듈(200)의 다른 실시예의 측단면도이다. 도 2b는 도 2a에 도시된 폴리싱 모듈(200)의 상부 등축도이다. 폴리싱 모듈(200)은 본 실시예에서 진공 소스에 결합되는 척(167)을 포함한다. 척(167)은 기판 수용 표면(205)을 포함하고, 기판 수용 표면은 기판 수용 표면(205) 상에 배치된 기판(도 1b에 도시됨)이 고정될 수 있도록 진공 소스와 소통하는 복수의 개구(도시되지 않음)를 포함한다. 척(167)은 척(167)을 회전시키는 구동 디바이스(168)를 또한 포함한다. 폴리싱 유체들을 척(167)에 전달하기 위한 노즐(210)을 포함하는 유체 어플리케이터(176)도 또한 도시되어 있다. 계측 디바이스(215)(도 2b에 도시됨)도 또한 베이스(165)에 결합될 수 있다. 계측 디바이스(215)는 기판(도시되지 않음) 상의 폴리싱되는 금속 또는 유전체 막의 남아있는 두께를 측정함으로써 폴리싱 진행의 인-시튜 메트릭(in-situ metric)을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 계측 디바이스(215)는 금속 또는 유전체 막 두께를 결정하기 위해 이용될 수 있는 와전류 센서, 광학 센서, 또는 다른 감지 디바이스일 수 있다. 엑스-시튜 계측 피드백(ex-situ metrology feedback)을 위한 다른 방법들은, 이용될 하향력뿐만 아니라 웨이퍼 상의 퇴적의 두꺼운/얇은 영역들의 위치, 척(167) 및/또는 폴리싱 패드들(170)에 대한 모션 레시피(motion recipe), 폴리싱 시간과 같은 파라미터들을 미리 결정하는 것을 포함한다. 엑스-시튜 피드백은 폴리싱된 막의 최종 프로파일을 결정하기 위해 또한 이용될 수 있다. 인-시튜 계측은 엑스-시튜 계측에 의해 결정된 파라미터들의 진행을 모니터링함으로써 폴리싱을 최적화하기 위해 이용될 수 있다.
지지 암(172)은 액츄에이터 어셈블리(220)에 의해 베이스(165) 상에 이동가능하게 장착된다. 액츄에이터 어셈블리(220)는 제1 액츄에이터(225A) 및 제2 액츄에이터(225B)를 포함한다. 제1 액츄에이터(225A)는 지지 암(172)을 수직으로(Z 방향) 이동시키기 위해 이용될 수 있고, 제2 액츄에이터(225B)는 지지 암(172)을 측방향으로(X 방향, Y 방향 또는 이들의 조합) 이동시키기 위해 이용될 수 있다. 제1 액츄에이터(225A)는 기판(도시되지 않음)을 향하여 폴리싱 패드(170)를 압박하는 제어가능한 하향력을 제공하기 위해 또한 이용될 수 있다. 도 2a 및 도 2b에는 폴리싱 패드(170)를 위에 갖는 단 하나의 지지 암(172)만이 도시되어 있지만, 폴리싱 모듈(200)은 단일 지지 암(172)에 제한되지는 않는다. 폴리싱 모듈(200)은, 척(167)의 둘레, 및 유체 어플리케이터(176)와 계측 디바이스(215)에 대한 충분한 공간 여유(space allowance)뿐만 아니라, 지지 암(172)(및 지지 암 상에 장착된 폴리싱 패드(170))의 스위프 이동을 위한 공간에 의해 허용되는 대로의 임의의 개수의 지지 암들(172)을 포함할 수 있다.
액츄에이터 어셈블리(220)는, 제2 액츄에이터(225B)에 결합된 슬라이드 메커니즘 또는 볼 스크류일 수 있는 선형 이동 메커니즘(227)을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제1 액츄에이터들(225A) 각각은 지지 암(172)을 수직으로 이동시키는 선형 슬라이드 메커니즘, 볼 스크류, 또는 실린더 슬라이드 메커니즘을 포함할 수 있다. 액츄에이터 어셈블리(220)는 제1 액츄에이터(225A)와 선형 이동 메커니즘(227) 사이에 결합된 지지 암(235)을 또한 포함한다. 지지 암(235)은 제2 액츄에이터(225B)에 의해 작동될 수 있다. 따라서, 지지 암(172)(및 지지 암 상에 장착된 폴리싱 패드(170))의 측방향 이동은 동기화된 방식으로 기판(도시되지 않음) 상에서 방사상으로 스위프하는 것을 포함할 수 있다. 제1 액츄에이터(225A)의 일부일 수 있는 지지 샤프트(242) 주위에 동적 밀봉부(dynamic seal)(240)가 배치될 수 있다. 동적 밀봉부(240)는 지지 샤프트(242)와 베이스(165) 사이에 결합되는 래버린스 밀봉부(labyrinth seal)일 수 있다.
지지 샤프트(242)는 베이스(165)에 형성된 개구(244) 내에 배치된다. 개구(244)는 액츄에이터 어셈블리(220)에 의해 제공되는 이동에 기초하여 지지 암(172)의 측방향 이동을 허용하는 슬롯일 수 있다. (유체 어플리케이터(176)가 기판 수용 표면(205)에서 떨어진 위치로 회전될 때) 지지 암(172)(및 지지 암 상에 장착된 폴리싱 패드(170))이 기판 수용 표면(205)의 경계(246)로부터 중심을 향하여 이동할 수 있도록 개구(244)는 지지 샤프트(242)의 충분한 측방향 이동을 허용하는 크기를 갖는다. 일 실시예에서, 기판 수용 표면(205)은 처리 동안 기판 수용 표면 위에 장착될 기판의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 갖는다. 예를 들어, 기판 수용 표면(205)의 반경이 150mm인 경우, 지지 암(172), 특히 지지 암 상에 장착된 폴리싱 패드(170)는 약 150mm(예를 들어, 경계(246))로부터 중심을 향하여 그리고 다시 경계(246)로 방사상 이동할 수 있다. 추가적으로, 개구(244)는, 지지 암(172)의 단부(248)가 척(167)의 경계(250)를 지나서 이동될 수 있도록 지지 샤프트(242)의 충분한 측방향 이동을 허용하는 크기를 갖는다. 따라서, 유체 어플리케이터(176)가 축 F에 대하여 회전되고, 지지 암(172)의 단부(248)가 경계(250)를 지나가도록(clear) 외측으로 이동될 때, 기판은 기판 수용 표면(205) 상으로 또는 기판 수용 표면으로부터 이송될 수 있다. 기판은, 전역적 CMP 프로세스 이전에 또는 이후에, 도 1a에 도시된 처리 스테이션(100)으로 또는 처리 스테이션으로부터 로봇 암 또는 엔드 이펙터에 의해 이송될 수 있다. 일 실시예에서, 기판은 캐리어 헤드(130)(도 1a에 도시됨)를 이용하여 처리 스테이션(100)으로 또는 처리 스테이션으로부터 이송될 수 있다.
척(167)은 기판 수용 표면(205)으로부터 방사상 외측에 위치된 주변 에지 영역(252)을 추가적으로 포함할 수 있다. 주변 에지 영역(252)은 기판 수용 표면(205)의 평면으로부터 오프셋된(즉, 아래로 리세스된) 평면에 있을 수 있다. 주변 에지 영역(252)은 폴리싱 패드(170)를 컨디셔닝하기 위해 이용되는 컨디셔닝 링(255)을 또한 포함할 수 있다. 컨디셔닝 링(255)의 높이도 또한 기판 수용 표면(205)의 평면으로부터 오프셋된(즉, 아래로 리세스된) 평면에 있을 수 있다. 컨디셔닝 링(255)은, 연마 입자들 또는 재료들로 이루어지거나 연마 입자들 또는 재료들을 포함하는 직사각형 및/또는 아크형 부재들을 포함하는 하나 이상의 이산 연마 요소(260)일 수 있다. 일 실시예에서, 컨디셔닝 링(255)은 아크형 세그먼트로서 각각 성형되는 복수의 이산 연마 요소(260)를 포함한다. 이산 연마 요소들(260) 각각은 기판 폴리싱 프로세스들 사이에서 폴리싱 패드(170)를 컨디셔닝하기 위해 이용되는 다이아몬드 입자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판이 척(167)의 기판 수용 표면(205) 상에 배치되기 이전에 또는 배치된 이후에, 지지 암(172) 상의 폴리싱 패드(170)는 컨디셔닝 링(255)에 인접하게 그리고 기판 수용 표면(205)의 평면 아래로 이동될 수 있다. 다음에, 폴리싱 패드(170)가 이산 연마 요소들(260)에 접촉하도록 하기 위해 폴리싱 패드(170)가 컨디셔닝 링(255)을 향하여 작동 또는 압박될 수 있다. 척(167)은 폴리싱 패드(170)를 컨디셔닝하기 위해 이러한 접촉 동안 회전될 수 있다. 일 실시예에서, 폴리싱 패드(170)를 컨디셔닝하기 위한 시간 기간은 약 2초 미만이고, 이는 폴리싱 모듈(200)의 스루풋을 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 폴리싱 패드(170)의 컨디셔닝은 기판을 척(167)의 기판 수용 표면(205)으로 또는 기판 수용 표면으로부터 이송하는 동안 수행될 수 있다.
도 3은 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 폴리싱 헤드(300)의 일 실시예의 측단면도이다. 폴리싱 헤드(300)는 도 1b에 도시된 폴리싱 모듈(101) 또는 도 2a 및 도 2b에 도시된 폴리싱 모듈(200)에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 헤드(300)는 도 1b에 도시된 폴리싱 모듈(101) 또는 도 2a 및 도 2b에 도시된 폴리싱 모듈(200)의 지지 암(172)에 결합될 수 있다.
폴리싱 헤드(300)는 본 명세서에 설명된 바와 같은 폴리싱 패드(170)를 포함하고, 이 폴리싱 패드는 하우징(305)에 장착된다. 하우징(305)은 공기 또는 다른 가스들과 같은 유체들을 유체 소스(178)로부터 가변 압력 용적(162)으로 전달하기 위해 내부에 형성된 도관(310)을 포함한다. 본 실시예에서, 가변 압력 용적(162)은 폴리싱 패드(170)의 내측 표면(315)과 하우징(305)의 내부 표면 사이에 포함된다. 폴리싱 패드(170)의 처리 표면(즉, 기판(102)의 피쳐 면(320)에 접촉하는 폴리싱 패드(170)의 영역)이 기판(102)의 피쳐 면(320)을 형상추종하도록 폴리싱 패드(170)를 팽창시키기 위해 가변 압력 용적(162)이 가압될 수 있다.
폴리싱 패드(170)의 형상추종 속성들(conformal properties)은 기판(102)의 토포그래피가 균일하지 않거나 비평면일 때 특히 중요할 수 있다. 일례에서, 기판(102)은 도 3에 도시된 바와 같은 하이 스폿(high spot)(325)을 포함할 수 있다. 도 3에 도시되지 않았지만, 기판(102)은 다른 하이 스폿들뿐만 아니라, 로우 스폿들(low spots) 또는 이들의 조합들도 또한 포함할 수 있다.
기판(102)에서의 비평면성(non-planarity), 예컨대 하이 스폿(325)은, 다른 인자들 중에서, 사전 CMP 프로세스에서의 재료의 불균일한 제거와 같이, 사전 처리에 의해 유도되는 왜곡(warping)에 의한 것과 같은 기판(102) 자체에서의 비평탄성(unevenness)에 의해 야기될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 기판(102)에서의 비평면성은 척(167)의 기판 수용 표면(205)에서의 비평탄성에 의해 야기될 수 있다. 일부 경우들에서, 기판(102) 상의 제거될 막(330)은 기판(102)의 비평면성에 상관없이 실질적으로 균일한 두께를 가질 수 있다. 제거될 막(330)은 금속, 예컨대 구리, 텅스텐 또는 다른 금속들, 유전체, 또는 다른 막일 수 있다.
종래의 CMP 시스템들에서, 폴리싱 패드는 기판(102)의 피쳐 면(320)의 토포그래피를 형상추종하지 않을 수 있고, 불균일한 재료 제거가 발생할 수 있다. 불균일한 재료 제거는 수율을 감소시킬 수 있고, 형상추종 폴리싱 패드(170)를 제공하는 폴리싱 헤드(300)를 이용함으로써 최소화된다. 형상추종 폴리싱 패드(170)는 기판(102)의 국소적 영역들에 인가되는 압력을 평활화하기 위해 굴곡되고, 이는 제거될 막(330)의 균일한 제거를 용이하게 한다. 또한, 형상추종 폴리싱 패드(170)는 하이 스폿(325) 및 하이 스폿(325)에 인접한 영역들 주위에 동등하게 힘을 분배한다.
일 실시예에서, 폴리싱 패드(170)의 재료는, 가변 압력 용적(162)에 유체를 담기 위해 독립 기포형 발포체일 수 있다. 다른 실시예들에서, 가변 압력 용적(162)은 하우징(305)과 폴리싱 패드(170)의 내측 표면(315) 사이에 배치된 블래더(bladder)에 의해 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 가변 압력 용적(162)을 밀봉하기 위해 폴리싱 패드(170)의 내측 표면(315) 상에 라이너가 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드(170)의 측벽들(335)은 폴리싱 패드(170)의 처리 표면의 가요성을 최소화하지 않고서 측벽들(335)의 구조적 무결성을 증대시키도록 보강될 수 있다.
도 4는 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 폴리싱 헤드(400)의 다른 실시예의 측단면도이다. 폴리싱 헤드(400)는 도 1b에 도시된 폴리싱 모듈(101) 또는 도 2a 및 도 2b에 도시된 폴리싱 모듈(200)에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 헤드(400)는 도 1b에 도시된 폴리싱 모듈(101) 또는 도 2a 및 도 2b에 도시된 폴리싱 모듈(200)의 지지 암(172)에 결합될 수 있다. 폴리싱 헤드(400)는 다음의 예외들을 제외하고는 도 3에 도시된 폴리싱 헤드(300)와 실질적으로 유사하다.
폴리싱 헤드(400)는 본 명세서에 설명된 바와 같은 폴리싱 패드(170)를 포함하고, 이 폴리싱 패드는 하우징(405)에 장착된다. 일 실시예에서, 폴리싱 패드(170)는 클램프 디바이스(410)에 의해 하우징(405)에 결합될 수 있다. 폴리싱 패드(170) 및 하우징(405)의 내부 표면들은 블래더(420)가 위치될 수 있는 보이드(415)를 정의할 수 있다. 블래더(420)는 유체 소스(178)에 결합되고, 도 3의 폴리싱 헤드(300)와 유사하게 동작할 수 있다.
본 명세서에 설명되며 도 4에 예시된 바와 같은 폴리싱 헤드들(300 및 400)의 일 실시예에서, 접촉 면적(425)이 폴리싱 패드(170)의 처리 표면(430) 상에 있는 것으로 도시되어 있다. 접촉 면적(425)은, 기판 상에 퇴적되는 제거될 막(도 3에 도시됨) 또는 기판(도시되지 않음)에 접촉하는 처리 표면(430)의 면적일 수 있다. 접촉 면적(425)은, 기판의 토포그래피에 종속하여, 폴리싱 동안 도 3에 도시된 바와 같이 오목하거나, 폴리싱 동안 볼록하거나, 또는 이들의 조합일 수 있다. 일 양태에서, 접촉 면적(425)은 폴리싱 헤드(400)에 인가되는 하향력 및 압력 P(즉, 도 3의 가변 압력 용적(162) 또는 도 4의 블래더(420)에서의 압력)의 함수이다. 이러한 개념은 아래의 수학식 1에 더 명시된다.
[수학식 1]
접촉 면적 × 압력 = 하향력 + (폴리싱 헤드의) 중량
위의 수학식에서, 중량은 상수이고, 폴리싱 패드(170), 하우징(305 또는 405)뿐만 아니라, 지지 암(172)(도 1b, 도 2a 및 도 2b에 도시됨)의 임의의 부분들을 포함하는 폴리싱 헤드(300 또는 400)의 중량을 포함한다. 일 실시예에서, 접촉 면적(425)은, 하향력을 변화시키고 압력 P를 일정하게 유지함으로써 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 접촉 면적(425)은 약 1mm 내지 약 8mm 또는 그 이상일 수 있다. 일 실시예에서, 접촉 면적(425)은 프로세스 레시피에 기초하여 제어될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 폴리싱 패드(500)의 다양한 실시예들을 도시하는 상부도들이다. 폴리싱 패드(500)는 도 4에 도시된 하우징(405)에 결합될 수 있고, 도 1b에 도시된 폴리싱 모듈(101) 또는 도 2a 및 도 2b에 도시된 폴리싱 모듈(200)에서 이용될 수 있다. 폴리싱 패드(500)는 가요성 베이스(510)의 중심에 또는 그 근처에 배치된 접촉 영역(505A 및 505B)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 접촉 영역들(505A 및 505B) 각각은 도 4에 도시되고 설명된 접촉 면적(425)을 구성할 수 있다. 접촉 영역들(505A 및 505B)은 가요성 베이스(510)로부터 상승될 수 있다.
일 실시예에서, 접촉 영역(505A)은 긴 아크형 세그먼트(515)를 포함하는 한편, 접촉 영역(505B)은 가요성 베이스(510) 상에 아크형으로 배향된 복수의 이산 접촉 패드(520)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 아크형 세그먼트(515) 및 접촉 패드들(520) 둘 다는 그들의 상부 표면에 형성된 홈들(grooves)(525)을 포함한다. 홈들(525)은 폴리싱 패드(500)가 이용 중일 때 폴리싱 유체들의 이송을 도울 수 있다. 가요성 베이스(510)는 도 4에 도시된 폴리싱 헤드(400)와 같은 폴리싱 헤드와 결합되는데 이용되는 경계(530)를 포함한다. 경계(530)는, 경계(530)와 접촉 영역(505A 또는 505B) 사이의 거리(535)가 그 주위에서 실질적으로 동일하도록 아크형 세그먼트(515) 또는 접촉 패드들(520)과 동일한 아크를 따라 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 폴리싱 패드(500)는 원형이다. 예를 들어, 접촉 영역(505A)은 약 10mm 내지 약 100mm의 직경을 가질 수 있다.
가요성 베이스(510)는 접촉 영역들(505A 및 505B)에 대한 가요성 커플링을 제공하는 얇은 멤브레인으로서 구성된다. 가요성 베이스(510)는 기판에서의 비평면성을 형상추종하기 위해 Z 방향(즉, 팽창 또는 수축 방향)에서의 가요성을 촉진하도록 충분히 두껍고 넓다. 가요성 베이스(510)의 두께 및 폭은, 폴리싱 동안 경험될 수 있는 X 및/또는 Y 방향으로의 수평 로딩에 응답하여 가요성 베이스(510)가 접촉 영역들(505A 및 505B)의 위치를 안정적으로 유지하게 접촉 영역들(505A 및 505B)에 대한 구조적 안정성을 제공하도록 또한 구성된다.
도 6은 도 5a의 라인 6-6을 따른 폴리싱 패드(500)의 일부의 등축 단면도이다. 접촉 영역(505A)의 일부는 가요성 베이스(510) 상에 배치된 것으로 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 접촉 영역(505A)은 가요성 베이스(510)에 일체형이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 접촉 영역(505A)은 별개의 요소 또는 요소들(도 5b에 도시된 접촉 패드들(520)의 경우)일 수 있다. 접촉 영역(505A)이 분리될 때, 접촉 영역(505A 및 505B)은 쉽게 교체될 수 있다. 접촉 영역(505A)이 폴리싱 패드(500) 중에서 기판에 접촉하고 마모될 수 있는 유일한 부분이기 때문에, 가요성 베이스(510) 상의 접촉 영역(505A)의 교체는 폴리싱 패드(500)의 비용을 감소시킨다. 추가적으로, 제거가능한 접촉 영역(505A)은, 기판으로부터의 재료들의 제거를 증대시키기 위해 접촉 영역(505A)에 대해 상이한 재료들을 이용하는 것을 허용할 수 있다. 예시적인 부착 피쳐는 폴리싱 패드(500)의 내측 표면(315)으로부터 접촉 영역(505A) 내로 연장되는 파스너들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 감압성 접착제(pressure sensitive adhesive)와 같은 접착제들이 부착 피쳐로서 또한 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 접촉 영역(505A)은 가요성 베이스(510)로부터 거리(605)만큼 상승된다. 거리(605)는 약 0.5mm 내지 약 4mm, 예컨대 약 2mm일 수 있다. 접촉 영역(505A)의 폭(610)은 약 1mm 내지 약 20mm 또는 그 이상, 예컨대 약 2mm 내지 약 6mm일 수 있다. 다른 것들 중에서, 가요성 베이스(510)의 요구된 가요성 및/또는 폭과 같은 인자들에 종속하여, 가요성 베이스(510)의 두께(615)는 약 0.1mm 내지 약 3mm일 수 있다. 일부 실시예들에서, 가요성 베이스(510)의 경계(530)는 도 4에 도시된 하우징(405)과 같은 하우징에 대한 폴리싱 패드(500)의 클램핑을 용이하게 하기 위해 이용될 수 있는 상승된 립(raised lip)(620)을 포함한다. 립(620)을 포함하는 경계(530)는 약 0.1mm 내지 약 6mm, 예컨대 약 0.1mm의 두께를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 립(620)을 포함하는 경계(530)의 두께는 가요성 베이스(510)의 두께(615)의 약 2배이다.
전술한 것은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 실시예들 및 추가 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (19)

  1. 폴리싱 디바이스로서,
    원형 척 위에서 상기 척의 경계(perimeter)로부터 제1 방향으로 연장되는 지지 암;
    상기 지지 암에 결합된 이동 메커니즘;
    상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 상기 지지 암에 고정된 하우징;
    상기 하우징에 결합된 가요성 베이스; 및
    상기 가요성 베이스의 제1 면 상에 배치되고 상기 가요성 베이스로부터 돌출하는 접촉 영역
    을 포함하고,
    상기 접촉 영역은 상기 지지 암이 상기 원형 척 위에 배치될 때 상기 원형 척의 회전 축을 따라 실질적으로 위치되는 중심을 갖는 반경을 갖는 아크 형상으로 성형되고, 상기 가요성 베이스는, 상기 가요성 베이스의 표면적보다 더 작은 접촉 면적(contact area)을 상기 제1 면 상에 형성하기 위해 상기 가요성 베이스의 제2 면 및 상기 하우징 내에 포함되는 압력에 기초하여 팽창 및 수축하며,
    상기 접촉 영역은 복수의 접촉 패드를 포함하는, 폴리싱 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접촉 영역은 아크형 세그먼트(arc segment)를 따라 상기 베이스 상에 위치되는, 폴리싱 디바이스.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가요성 베이스는 그것의 경계에서 상승된 립(raised lip)을 포함하는, 폴리싱 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접촉 면적은 조정가능한, 폴리싱 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 접촉 면적의 조정은 프로세스 레시피(process recipe)에 기초하는, 폴리싱 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접촉 영역은 아크 형상(arc-shaped)인, 폴리싱 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 접촉 영역은 원형인, 폴리싱 디바이스.
  9. 폴리싱 모듈로서,
    기판 수용 표면 및 경계를 갖는 회전 가능한 척;
    상기 척에 대해 이동 가능하고, 상기 척의 상기 경계 위에서 제1 방향으로 연장되는 지지 암;
    상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 상기 지지 암에 고정된 하우징; 및
    상기 하우징 상에 배치되는 폴리싱 패드
    를 포함하고,
    상기 폴리싱 패드는 상기 하우징에 결합된 가요성 베이스의 중심 주위에 위치되고 상기 가요성 베이스로부터 돌출하는 접촉 영역을 포함하고, 상기 접촉 영역은 상기 척의 상기 경계와 적어도 동심인 아크 형상으로 배치되고, 상기 폴리싱 패드는 상기 가요성 베이스의 후면에 대한 압력 인가에 의해 팽창 가능하며,
    상기 접촉 영역은 복수의 접촉 패드를 포함하는, 폴리싱 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 접촉 영역은 상기 가요성 베이스에 분리가능하게 결합되는, 폴리싱 모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 접촉 영역은 아크 형상인, 폴리싱 모듈.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 접촉 영역은 원형인, 폴리싱 모듈.
  13. 기판을 폴리싱하는 방법으로서,
    척의 경계 주위에 위치되고 상기 척에 대해 선형으로 이동 가능한 지지 암을 제공하는 단계;
    상기 척 상에 위치된 기판의 표면에 대하여 상기 척 위에 외팔보 배향으로 위치된 상기 지지 암 상에 배치된 폴리싱 패드를 압박하는 단계 - 상기 폴리싱 패드는 가요성 베이스 상에 배치되고 상기 기판의 에지와 동심인 아크 형상으로 성형됨 -; 및
    상기 가요성 베이스의 후면에 대한 압력을 조정함으로써 상기 폴리싱 패드의 접촉 면적을 조정하는 단계
    를 포함하고, 상기 접촉 면적은 상기 가요성 베이스의 표면적보다 작고 상기 가요성 베이스로부터 돌출하며,
    상기 접촉 면적은 복수의 접촉 패드를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 접촉 면적의 조정은 프로세스 레시피에 기초하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 접촉 면적은 상기 기판의 표면을 형상추종하는, 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 접촉 면적은 아크 형상인, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 접촉 면적은 상기 기판의 표면을 형상추종하는, 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 접촉 면적은 원형인, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 접촉 면적은 상기 기판의 표면을 형상추종하는, 방법.
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