KR102399064B1 - Method, system and polishing pad for chemical mechancal polishing - Google Patents
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Abstract
화학적 기계적 연마는, 기판의 전면 표면의 제한된 영역 상에서 연마가 수행되는 "터치-업 연마"를 위해 사용될 수 있다. 연마 패드와 기판 간의 접촉 영역은, 기판의 반경 표면보다 실질적으로 더 작을 수 있다. 연마 동안, 연마 패드는 궤도 모션을 겪을 수 있다. 연마 패드는, 궤도 모션 동안, 고정된 각 배향으로 유지될 수 있다. 접촉 영역은 아크 형상일 수 있다. 접촉 영역은, 연마 패드의 상부 부분으로부터 하향으로 돌출되는 하나 또는 그 초과의 하부 부분들에 의해 제공될 수 있다. 연마 패드의 둘레 부분은 환형 부재에 수직적으로 고정되고, 연마 패드 중 둘레 부분 내의 나머지 연마 패드는 수직적으로 자유로울 수 있다.Chemical mechanical polishing can be used for “touch-up polishing” in which polishing is performed on a limited area of the front surface of a substrate. The area of contact between the polishing pad and the substrate may be substantially smaller than the radial surface of the substrate. During polishing, the polishing pad may undergo orbital motion. The polishing pad may be held in a fixed angular orientation during orbital motion. The contact area may be arc-shaped. The contact area may be provided by one or more lower portions projecting downwardly from an upper portion of the polishing pad. A peripheral portion of the polishing pad may be vertically fixed to the annular member, and the remaining polishing pads in the peripheral portion of the polishing pad may be vertically free.
Description
본 개시내용은 화학적 기계적 연마(CMP; chemical mechanical polishing) 시스템의 아키텍쳐에 관한 것이다.The present disclosure relates to the architecture of a chemical mechanical polishing (CMP) system.
집적 회로들은 통상적으로, 실리콘 웨이퍼 상에서의 전도성 층, 반도체 층, 또는 절연성 층의 순차적 증착에 의해 기판 상에 형성된다. 일 제조 단계는, 비-평면 표면 위에 충진 층(filler layer)을 증착하는 단계, 및 충진 층을 평탄화시키는 단계를 수반한다. 특정 애플리케이션들의 경우, 충진 층은, 패터닝(pattern)된 층의 최상부 표면(top surface)이 노출될 때까지 평탄화된다. 전도성 충진 층은, 예를 들어, 패터닝된 절연성 층 상에 증착되어 절연성 층에서의 트렌치(trench)들 또는 홀(hole)들을 충진시킬 수 있다. 평탄화 이후, 절연성 층의 상승된(raised) 패턴 간에 남아있는 금속 층의 부분들은, 기판 상의 박막 회로들 간에 전도성 경로들을 제공하는 비아(via)들, 플러그들, 및 라인들을 형성한다. 산화물 연마와 같은 다른 애플리케이션들의 경우, 충진 층은, 비-평면 표면에 걸쳐 미리결정된 두께가 남을 때까지 평탄화된다. 부가하여, 기판 표면의 평탄화는 일반적으로, 포토리소그래피(photolithography)에 대해 요구된다.Integrated circuits are typically formed on a substrate by sequential deposition of a conductive layer, a semiconductor layer, or an insulating layer on a silicon wafer. One fabrication step involves depositing a filler layer over a non-planar surface, and planarizing the fill layer. For certain applications, the fill layer is planarized until the top surface of the patterned layer is exposed. A conductive fill layer may, for example, be deposited on the patterned insulative layer to fill trenches or holes in the insulative layer. After planarization, portions of the metal layer remaining between the raised pattern of the insulating layer form vias, plugs, and lines that provide conductive paths between thin film circuits on the substrate. For other applications, such as oxide polishing, the fill layer is planarized until a predetermined thickness remains over the non-planar surface. In addition, planarization of the substrate surface is generally required for photolithography.
화학적 기계적 연마(CMP)는 용인된 일 평탄화 방법이다. 이러한 평탄화 방법은 통상적으로, 기판이 캐리어(carrier) 또는 연마 헤드(head) 상에 탑재될 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 통상적으로, 회전 연마 패드에 대하여 배치된다. 캐리어 헤드는, 기판 상에 제어가능한 로드(load)를 제공하여 기판을 연마 패드에 대하여 푸시(push)한다. 연마용(abrasive) 연마 슬러리(slurry)는 통상적으로 연마 패드의 표면에 공급된다.Chemical mechanical polishing (CMP) is one accepted planarization method. Such planarization methods typically require that the substrate be mounted on a carrier or polishing head. The exposed surface of the substrate is typically positioned against a rotating polishing pad. The carrier head provides a controllable load on the substrate to push the substrate against the polishing pad. An abrasive polishing slurry is typically applied to the surface of the polishing pad.
본 개시내용은, 기판들의 연마, 예컨대 기판의 전면(front) 표면의 제한된 영역 상에서 연마가 수행되는 "터치-업(touch-up) 연마"를 위한 시스템들 및 장치를 제공한다.SUMMARY The present disclosure provides systems and apparatus for polishing substrates, such as “touch-up polishing,” in which polishing is performed on a limited area of a front surface of a substrate.
일 양상에서, 화학적 기계적 연마 시스템은, 기판 지지부, 이동식(movable) 패드 지지부, 및 드라이브(drive) 시스템을 포함한다. 기판 지지부는, 연마 동작 동안 기판을 실질적으로 고정된 각 배향으로 홀딩(hold)하도록 구성된다. 이동식 패드 지지부는, 기판의 반경보다 크지 않은 직경을 갖는 연마 패드를 홀딩하도록 구성된다. 드라이브 시스템은, 연마 패드가 기판의 상부 표면과 접촉해 있는 동안, 패드 지지부 및 연마 패드를 궤도 모션(orbital motion)으로 이동시키도록 구성된다. 궤도 모션은, 연마 패드의 직경보다 크지 않은 궤도 반경을 갖고, 연마 패드를 기판에 관해 고정된 각 배향으로 유지한다.In one aspect, a chemical mechanical polishing system includes a substrate support, a movable pad support, and a drive system. The substrate support is configured to hold the substrate in a substantially fixed angular orientation during a polishing operation. The movable pad support is configured to hold a polishing pad having a diameter not greater than a radius of the substrate. The drive system is configured to move the pad support and the polishing pad in an orbital motion while the polishing pad is in contact with an upper surface of the substrate. The orbital motion has an orbital radius no greater than the diameter of the polishing pad and maintains the polishing pad in a fixed angular orientation with respect to the substrate.
구현들은 다음의 특성들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 연마 패드는, 기판에 접촉하기 위한 접촉 영역을 가질 수 있다. 접촉 영역의 직경은, 기판 직경의 약 1 내지 10 %일 수 있다. 궤도의 반경은, 접촉 영역의 직경의 약 5 내지 50 %일 수 있다. 드라이브 시스템은, 패드 지지부 헤드의 리세스(recess), 리세스 내로 연장되는 회전가능 캠(cam), 및 캠에 대한 모터를 포함할 수 있다. 링키지(Linkage)들은, 패드 지지부 헤드를 고정된 지지부에 커플링시켜 패드 지지부 헤드의 회전을 방지할 수 있다. 포지셔닝(positioning) 드라이브 시스템은, 패드 지지부 헤드를 기판에 걸쳐 측방향으로(laterally) 이동시킬 수 있다. 포지셔닝 드라이브 시스템은, 패드 지지부 헤드를 2개의 수직 방향들로 이동시키도록 구성되는 2개의 선형 액추에이터(actuator)들을 포함할 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. The polishing pad may have a contact area for contacting the substrate. The diameter of the contact area may be about 1 to 10% of the diameter of the substrate. The radius of the orbit may be about 5 to 50% of the diameter of the contact area. The drive system may include a recess in the pad support head, a rotatable cam extending into the recess, and a motor for the cam. Linkages may couple the pad support head to a fixed support and prevent rotation of the pad support head. A positioning drive system may move the pad support head laterally across the substrate. The positioning drive system may include two linear actuators configured to move the pad support head in two vertical directions.
다른 양상에서, 화학적 기계적 연마 시스템은, 기판 지지부, 연마 패드, 이동식 패드 지지부, 및 드라이브 시스템을 포함한다. 기판 지지부는, 연마 동작 동안 기판을 실질적으로 고정된 각 배향으로 홀딩하도록 구성된다. 연마 패드는 기판에 접촉하기 위한 접촉 영역을 가지며, 접촉 영역은, 기판의 반경보다 크지 않은 직경을 갖는다. 이동식 패드 지지부는, 연마 패드를 홀딩하도록 구성된다. 드라이브 시스템은, 연마 패드의 접촉 영역이 기판의 상부 표면과 접촉해 있는 동안, 패드 지지부 및 연마 패드를 궤도 모션으로 이동시키도록 구성된다. 궤도 모션은, 연마 패드의 직경보다 크지 않은 궤도 반경을 갖고, 연마 패드를 기판에 관해 고정된 각 배향으로 유지한다.In another aspect, a chemical mechanical polishing system includes a substrate support, a polishing pad, a movable pad support, and a drive system. The substrate support is configured to hold the substrate in a substantially fixed angular orientation during a polishing operation. The polishing pad has a contact area for contacting the substrate, the contact area having a diameter no greater than a radius of the substrate. The movable pad support is configured to hold the polishing pad. The drive system is configured to move the pad support and the polishing pad in an orbital motion while the contact area of the polishing pad is in contact with the upper surface of the substrate. The orbital motion has an orbital radius no greater than the diameter of the polishing pad and maintains the polishing pad in a fixed angular orientation with respect to the substrate.
구현들은 다음의 특성들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 연마 패드는 층으로부터의 돌기(protrusion)를 포함할 수 있고, 돌기의 최하부 표면(bottom surface)은 접촉 영역을 제공할 수 있다. 감압성 접착제(pressure sensitive adhesive) 또는 클램프(clamp) 중 적어도 하나가 패드 지지부 상에 연마 패드를 홀딩할 수 있다. 접촉 영역은 디스크 형상(disk-shaped) 또는 아크 형상(arc-shaped)일 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. The polishing pad may include a protrusion from the layer, and a bottom surface of the protrusion may provide a contact area. At least one of a pressure sensitive adhesive or a clamp may hold the polishing pad on the pad support. The contact area may be disk-shaped or arc-shaped.
다른 양상에서, 화학적 기계적 연마 방법은, 연마 패드를 기판의 반경보다 크지 않은 직경을 갖는 접촉 영역에서 기판과 접촉시키는 단계, 및 연마 패드의 접촉 영역이 기판의 상부 표면과 접촉해 있는 동안 연마 패드와 기판 간에 상대적 모션(relative motion)을 생성하는 단계를 포함한다. 상대적 모션은, 연마 패드의 직경보다 크지 않은 궤도 반경을 갖는 궤도 모션을 포함한다. 연마 패드는, 궤도 모션 동안 기판에 관해 실질적으로 고정된 각 배향으로 유지된다.In another aspect, a method of chemical mechanical polishing includes contacting a polishing pad with a substrate at a contact area having a diameter not greater than a radius of the substrate, and contacting the polishing pad with the polishing pad while the contact area of the polishing pad is in contact with an upper surface of the substrate. generating relative motion between the substrates. Relative motion includes orbital motion having an orbital radius that is not greater than a diameter of the polishing pad. The polishing pad is maintained in a substantially fixed angular orientation with respect to the substrate during orbital motion.
구현들은 다음의 특성들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 기판은, 궤도 모션 동안, 고정된 측방향 포지션에 홀딩될 수 있다. 연마 패드는, 궤도 모션의 순간 속도의 약 5%보다 크지 않은 속도로 궤도 모션 동안 기판에 걸쳐 측방향으로 스위핑(sweep)될 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. The substrate may be held in a fixed lateral position during orbital motion. The polishing pad may be swept laterally across the substrate during orbital motion at a rate not greater than about 5% of the instantaneous velocity of the orbital motion.
다른 양상에서, 화학적 기계적 연마 시스템은, 연마 동작 동안 기판을 홀딩하도록 구성되는 기판 지지부, 연마 패드 지지부, 패드 지지부에 의해 홀딩되는 연마 패드, 및 기판 지지부와 연마 패드 지지부 간에 상대적 모션을 생성하도록 구성되는 드라이브 시스템을 포함한다. 연마 패드는, 연마 패드 지지부에 고정되는 상부 부분, 및 상부 부분으로부터 하향으로 돌출(project)되는 하부 부분을 갖는다. 상부 부분의 상부 표면은 연마 패드 지지부에 인접해 있다. 하부 부분의 최하부 표면은, 연마 동안 기판의 최상부 표면에 접촉하기 위한 접촉 표면을 제공한다. 접촉 표면은, 기판의 최상부 표면보다 작다. 상부 부분은 제 1 측방향 치수를 갖고, 하부 부분은, 제 1 측방향 치수보다 작은 제 2 측방향 치수를 갖는다.In another aspect, a chemical mechanical polishing system is configured to create a substrate support configured to hold a substrate during a polishing operation, a polishing pad support, a polishing pad held by the pad support, and relative motion between the substrate support and the polishing pad support. Includes drive system. The polishing pad has an upper portion that is secured to the polishing pad support and a lower portion that projects downwardly from the upper portion. An upper surface of the upper portion abuts the polishing pad support. The lowermost surface of the lower portion provides a contact surface for contacting the uppermost surface of the substrate during polishing. The contact surface is smaller than the top surface of the substrate. The upper portion has a first lateral dimension and the lower portion has a second lateral dimension that is less than the first lateral dimension.
구현들은 다음의 특성들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 연마 패드 지지부는, 연마 패드에 걸친 표면을 갖는 플레이트(plate)를 포함할 수 있고, 연마 패드의 상부 부분의 실질적으로 모든 상부 표면은, 플레이트의 표면에 인접해 있을 수 있다. 접착제가 연마 패드를 패드 지지부 상에 홀딩할 수 있다. 연마 패드 지지부는 환형 부재(annular member)를 포함할 수 있고, 연마 패드의 상부 부분의 상부 표면의 둘레(perimeter) 부분은 환형 부재에 인접해 있을 수 있으며, 상부 표면 중 둘레 부분 내의 나머지 상부 표면은 연마 패드 지지부에 접촉하지 않을 수 있다. 하나 또는 그 초과의 클램프들이 연마 패드의 둘레 섹션(section)을 패드 지지부 상에 홀딩할 수 있다. 연마 패드의 상부 부분은, 접촉 표면 위의 연마 패드의 섹션보다 큰 가요성(flexibility)을 갖는 플렉싱(flexing) 섹션을 포함할 수 있다. 연마 패드의 상부 부분은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 시트를 포함할 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. The polishing pad support may include a plate having a surface that spans the polishing pad, and substantially all of the upper surface of an upper portion of the polishing pad may abut the surface of the plate. An adhesive may hold the polishing pad on the pad support. The polishing pad support may include an annular member, and a perimeter portion of an upper surface of an upper portion of the polishing pad may be adjacent the annular member, the remaining upper surface of the upper surface within the peripheral portion being It may not contact the polishing pad support. One or more clamps may hold a peripheral section of the polishing pad on the pad support. The upper portion of the polishing pad may include a flexing section having greater flexibility than a section of the polishing pad above the contact surface. The upper portion of the polishing pad may include a sheet of polyethylene terephthalate.
슬러리 수송을 위한 복수의 홈(groove)들이 연마 패드의 하부 부분의 접촉 표면 상에 형성될 수 있다. 복수의 홈들은, 하부 부분의 두께보다 작은 깊이를 가질 수 있다. 복수의 홈들 중 적어도 일부는, 연마 패드의 하부 부분에 완전히 연장될 수 있다. 연마 패드 지지부의 내부 챔버에 의해 압력 챔버가 형성될 수 있고, 챔버는 기판-대면 개구부(substrate-facing opening)를 가질 수 있으며, 개구부는, 연마 패드 지지부에 대한 연마 패드의 커플링에 의해 시일링(seal)될 수 있다. 연마 패드의 상부 표면에 복수의 애퍼쳐(aperture)들이 형성될 수 있고, 연마 패드 지지부로부터의 복수의 돌출부들은, 연마 패드 지지부에 관해 하부 부분을 정렬하도록 복수의 애퍼쳐들에 피팅(fit)될 수 있다.A plurality of grooves for transporting the slurry may be formed on the contact surface of the lower portion of the polishing pad. The plurality of grooves may have a depth smaller than a thickness of the lower portion. At least some of the plurality of grooves may extend completely to the lower portion of the polishing pad. A pressure chamber may be defined by an interior chamber of the polishing pad support, the chamber may have a substrate-facing opening, the opening sealed by coupling of the polishing pad to the polishing pad support. can be sealed. A plurality of apertures may be formed in an upper surface of the polishing pad, and the plurality of protrusions from the polishing pad support may fit into the plurality of apertures to align the lower portion with respect to the polishing pad support. there is.
다른 양상에서, 연마 패드는, 상부 부분 및 하나 또는 그 초과의 하부 부분들을 포함한다. 상부 부분은, 패드 캐리어에 대한 부착을 위한 상부 표면을 갖고 그리고 제 1 측방향 치수를 갖는다. 하나 또는 그 초과의 하부 부분들은 상부 부분으로부터 하향으로 돌출된다. 하나 또는 그 초과의 하부 부분들의 최하부 표면은, 화학적 기계적 연마 동안 기판에 접촉하기 위한 접촉 표면을 제공한다. 각각의 하부 부분은, 제 1 측방향 치수보다 작은 제 2 측방향 치수를 갖는다. 하나 또는 그 초과의 하부 부분들로부터의 접촉 표면의 총 표면 면적은 상부 표면의 표면 면적의 10 %보다 크지 않다.In another aspect, a polishing pad includes an upper portion and one or more lower portions. The upper portion has an upper surface for attachment to a pad carrier and has a first lateral dimension. One or more lower portions project downwardly from the upper portion. The lowermost surface of the one or more lower portions provides a contact surface for contacting the substrate during chemical mechanical polishing. Each lower portion has a second lateral dimension that is less than the first lateral dimension. The total surface area of the contact surface from the one or more lower portions is not greater than 10% of the surface area of the upper surface.
구현들은 다음의 특성들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 적어도 하부 부분은, 실질적으로 균일한 조성으로 이루어지고 내부에 분포된 복수의 세공(pore)들을 갖는 폴리머 바디(polymer body)를 포함할 수 있다. 연마 패드는 연마 층을 포함할 수 있고, 하향으로 돌출된 하부 부분은 연마 층에 형성될 수 있다. 패드는, 연마 층보다 연질(soft)인 후면 층(backing layer)을 포함할 수 있다. 슬러리 수송을 위한 그루빙(grooving)은, 하나 또는 그 초과의 하부 부분들의 최하부 표면 상에 형성될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 하부 부분들은, 단일 돌출부로 이루어질 수 있다. 연마 층은, 연마 영역을 구성하는 측방향 섹션보다 얇은 가요성 측방향 섹션을 포함할 수 있다. 하부 부분은, 미소다공성(microporous) 폴리우레탄을 포함할 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. At least the lower portion may include a polymer body of a substantially uniform composition and having a plurality of pores distributed therein. The polishing pad may include a polishing layer, and the downwardly projecting lower portion may be formed in the polishing layer. The pad may include a backing layer that is softer than the polishing layer. A grooving for transporting the slurry may be formed on the lowermost surface of the one or more lower portions. The one or more lower portions may consist of a single projection. The abrasive layer may include flexible lateral sections that are thinner than the lateral sections constituting the abrasive region. The lower portion may comprise microporous polyurethane.
다른 양상에서, 화학적 기계적 연마 시스템은, 연마 동작 동안 실질적으로 원형의 기판을 홀딩하도록 구성되는 기판 지지부, 연마 패드 지지부, 패드 지지부에 의해 홀딩되는 연마 패드, 및 기판 지지부와 연마 패드 지지부 간에 상대적 모션을 생성하도록 구성되는 드라이브 시스템을 포함한다. 연마 패드는 아크 형상 접촉 영역을 갖고, 아크 형상 접촉 영역에 의해 규정되는 아크의 중심점은, 기판 지지부에 의해 홀딩되는 기판의 중심과 실질적으로 정렬된다.In another aspect, a chemical mechanical polishing system comprises a substrate support configured to hold a substantially circular substrate during a polishing operation, a polishing pad support, a polishing pad held by the pad support, and relative motion between the substrate support and the polishing pad support. and a drive system configured to create The polishing pad has an arc-shaped contact region, wherein a center point of the arc defined by the arc-shaped contact region is substantially aligned with the center of the substrate held by the substrate support.
구현들은 다음의 특성들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 아크 형상 접촉 영역에 의해 규정되는 아크의 폭은, 1 mm 내지 3 mm일 수 있고, 아크의 길이는 30 mm보다 크거나 또는 그와 동일할 수 있다. 감압성 접착제 또는 클램프 중 적어도 하나가 패드 지지부 헤드 상에 연마 패드를 홀딩할 수 있다. 기판 지지부와 연마 패드 지지부 간의 상대적 모션은, 연마 패드 지지부를 고정된 각 배향으로 유지하는 궤도 모션일 수 있다. 상대적 모션은, 기판의 중심 주위에서의 회전일 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. The width of the arc defined by the arc-shaped contact area may be between 1 mm and 3 mm, and the length of the arc may be greater than or equal to 30 mm. At least one of a pressure sensitive adhesive or a clamp may hold the polishing pad on the pad support head. The relative motion between the substrate support and the polishing pad support may be an orbital motion that maintains the polishing pad support in a fixed angular orientation. The relative motion may be a rotation around the center of the substrate.
다른 양상에서, 연마 어셈블리는, 연마 패드 지지부, 및 패드 지지부에 의해 홀딩되는 연마 패드를 포함한다. 연마 패드 지지부는, 환형 부재, 및 기판-대면 개구부를 갖는 리세스를 포함한다. 연마 패드는, 연마 동안 기판에 접촉하기 위한 연마 표면을 갖는다. 연마 패드의 둘레 부분은 환형 부재에 수직적으로 고정되고, 연마 패드 중 둘레 부분 내의 나머지 연마 패드는 수직적으로 자유롭다. 연마 패드 지지부의 기판-대면 개구부는, 연마 패드에 의해 시일링되어 가압가능(pressurizable) 챔버를 규정함으로써, 연마 패드의 후면 표면(back surface) 상에 조절가능 압력을 제공한다.In another aspect, a polishing assembly includes a polishing pad support and a polishing pad held by the pad support. The polishing pad support includes an annular member and a recess having a substrate-facing opening. The polishing pad has a polishing surface for contacting the substrate during polishing. A peripheral portion of the polishing pad is vertically fixed to the annular member, and the remaining polishing pads in the peripheral portion of the polishing pad are vertically free. The substrate-facing opening of the polishing pad support is sealed by the polishing pad to define a pressurizable chamber, thereby providing an adjustable pressure on the back surface of the polishing pad.
구현들은 다음의 특성들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 접착제는, 연마 패드의 둘레 부분을 환형 부재에 고정시킬 수 있다. 하나 또는 그 초과의 클램프들이 연마 패드의 둘레 섹션을 환형 부재 상에 홀딩할 수 있다. 연마 패드 지지부는, 베이스, 및 베이스에 고정되는 멤브레인(membrane)을 포함할 수 있고, 베이스와 멤브레인 간의 용적(volume)은, 멤브레인의 외부 표면이 연마 패드의 후면 표면 상에 제 2 조절가능 압력을 제공하도록, 제 2 가압가능 챔버를 규정할 수 있다. 멤브레인 및 제 2 가압가능 챔버는, 제 2 가압가능 챔버 내의 압력이 기판에 대한 연마 표면의 로딩 영역의 측방향 크기를 제어하게 하도록 구성될 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. The adhesive may fix the peripheral portion of the polishing pad to the annular member. One or more clamps may hold the peripheral section of the polishing pad on the annular member. The polishing pad support may include a base and a membrane secured to the base, wherein a volume between the base and the membrane is such that an outer surface of the membrane exerts a second adjustable pressure on a back surface of the polishing pad. to provide a second pressurizable chamber. The membrane and the second pressurizable chamber may be configured such that the pressure in the second pressurizable chamber controls the lateral extent of the loading region of the polishing surface relative to the substrate.
다른 양상에서, 연마 패드는, 상부 부분, 하나 또는 그 초과의 하부 부분들, 및 복수의 애퍼쳐들을 포함한다. 상부 부분은, 패드 캐리어에 대한 부착을 위한 상부 표면을 갖고 그리고 제 1 측방향 치수를 갖는다. 하나 또는 그 초과의 하부 부분들은 상부 부분으로부터 하향으로 돌출된다. 하나 또는 그 초과의 하부 부분들의 최하부 표면은, 화학적 기계적 연마 동안 기판에 접촉하기 위한 접촉 표면을 제공한다. 각각의 하부 부분은, 상부 부분이 하부 부분의 모든 측방향 측부(lateral side)들을 지나 돌출되도록, 제 1 측방향 치수보다 작은 제 2 측방향 치수를 갖는다. 패드 캐리어로부터의 돌출부들을 수용하기 위해 복수의 애퍼쳐들이 상부 부분의 상부 표면에 존재한다. 애퍼쳐들은, 하부 부분의 외향으로의 측방향으로 연마 패드의 상부 부분의 섹션에 포지셔닝된다.In another aspect, a polishing pad includes an upper portion, one or more lower portions, and a plurality of apertures. The upper portion has an upper surface for attachment to a pad carrier and has a first lateral dimension. One or more lower portions project downwardly from the upper portion. The lowermost surface of the one or more lower portions provides a contact surface for contacting the substrate during chemical mechanical polishing. Each lower portion has a second lateral dimension that is less than the first lateral dimension such that the upper portion projects beyond all lateral sides of the lower portion. A plurality of apertures are present in the upper surface of the upper portion to receive protrusions from the pad carrier. The apertures are positioned in a section of the upper portion of the polishing pad laterally outwardly of the lower portion.
구현들은 다음의 특성들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 복수의 애퍼쳐들은, 연마 패드의 모서리(corner)들에 포지셔닝될 수 있다. 연마 패드는 장방형(rectangular)일 수 있다. 하나 또는 그 초과의 하부 부분들은, 아크 형상 접촉 표면을 가질 수 있다. 슬러리 수송을 위한 복수의 홈들이 연마 패드의 하부 부분의 접촉 표면 상에 형성될 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. A plurality of apertures may be positioned at corners of the polishing pad. The polishing pad may be rectangular. The one or more lower portions may have an arc-shaped contact surface. A plurality of grooves for transporting the slurry may be formed on the contact surface of the lower portion of the polishing pad.
본 발명의 이점들은 다음 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다.Advantages of the present invention may include one or more of the following.
궤도 모션을 겪는 소형 패드가 사용되어 비-동심적(non-concentric) 연마 균일성을 보상할 수 있다. 궤도 모션은, 연마되기를 원하지 않는 구역들과의 패드의 겹침(overlap)을 회피하면서 수용가능한 연마 레이트(rate)를 제공할 수 있으며, 그에 따라, 기판 균일성이 개선된다. 부가하여, 회전과는 대조적으로, 기판에 관한 연마 패드의 고정된 배향을 유지하는 궤도 모션은, 연마되는 구역에 걸쳐 더 균일한 연마 레이트를 제공할 수 있다.A small pad that undergoes orbital motion may be used to compensate for non-concentric polishing uniformity. Orbital motion can provide an acceptable polishing rate while avoiding overlap of the pad with areas not desired to be polished, thereby improving substrate uniformity. Additionally, orbital motion, which maintains a fixed orientation of the polishing pad relative to the substrate, as opposed to rotation, can provide a more uniform polishing rate across the area being polished.
연마 패드 지지부에 고정되는 연마 패드의 최상부 부분을 기판과의 접촉을 이루는 최하부 돌기보다 측방향으로 더 넓게 만드는 것은, 예컨대 감압성 접착제에 의한, 패드의 지지부로의 연결에 대해 이용가능한 영역을 증가시킬 수 있다. 이것은, 연마 동작 동안, 연마 패드가 박리(delamination)에 대해 덜 취약하게 할 수 있다.Making the top portion of the polishing pad secured to the polishing pad support laterally wider than the bottom protrusion making contact with the substrate will increase the area available for connection of the pad to the support, such as by a pressure sensitive adhesive. can This may make the polishing pad less susceptible to delamination during polishing operations.
기판에 접촉하기 위한 아크 형상 접촉 영역을 갖는 연마 패드는, 개선된 연마 레이트를 제공하는 한편, 연마 구역에 대한 충분한 방사상 분해능(dial resolution)을 유지할 수 있다.A polishing pad having an arc-shaped contact area for contacting a substrate can provide an improved polishing rate while maintaining sufficient radial resolution for the polishing zone.
정렬 피쳐(feature)는, 연마 패드의 제한된 접촉 영역이 패드 지지부에 관해 측방향으로 알려진 포지션에 배치된다는 것을 보장할 수 있으며, 그에 따라, 기판의 원하지 않은 구역을 연마할 가능성이 감소된다.The alignment feature can ensure that the limited contact area of the polishing pad is positioned laterally in a known position relative to the pad support, thereby reducing the likelihood of polishing undesired areas of the substrate.
연마 패드에 플렉싱되는 부분을 제공하는 것은 연마 패드의 접촉 표면의 부분의 플렉싱을 감소시킬 수 있으며, 그에 따라, 연마되는 영역이 작업자에 의해 예상되는 것과 매칭(match)할 가능성이 개선된다.Providing the polishing pad with a flexing portion may reduce flexing of the portion of the contact surface of the polishing pad, thereby improving the likelihood that the area being polished will match that expected by the operator.
연마 패드의 돌출부에서의 홈들은, 슬러리의 수송을 가능하게 할 수 있으며, 그에 따라, 연마 레이트를 개선할 수 있다.The grooves in the protrusion of the polishing pad may enable transport of the slurry, thus improving the polishing rate.
연마 패드 중 기판에 접촉하지 않는 부분은 더 낮은 비용의 재료로 형성될 수 있으며, 그에 따라, 총 패드 비용이 감소된다. The portion of the polishing pad that does not contact the substrate can be formed of a lower cost material, thereby reducing the total pad cost.
기판에 대해 로딩되는 접촉 영역의 부분의 크기에 대한 제어를 허용하는 패드 캐리어는, 연마될 스폿(spot)의 크기에 로딩 영역이 매칭되는 것을 허용할 수 있으며, 그에 따라, 기판의 원하지 않은 영역을 연마하는 것이 회피되면서 수율(throughput)이 개선된다.A pad carrier that allows control over the size of the portion of the contact area that is loaded with respect to the substrate can allow the loading area to match the size of the spot to be polished, thereby removing unwanted areas of the substrate. The throughput is improved while grinding is avoided.
전체적으로, 기판에 대한 불균일한(non-uniform) 연마가 감소될 수 있고, 기판에 대한 결과적인 편평도 및 마감(finish)이 개선될 수 있다.Overall, non-uniform polishing to the substrate can be reduced, and the resulting flatness and finish to the substrate can be improved.
본 발명의 다른 양상들, 특성들, 및 이점들은, 설명 및 도면들로부터, 그리고 청구항들로부터 명백해질 것이다.Other aspects, features, and advantages of the invention will become apparent from the description and drawings, and from the claims.
도 1은 연마 시스템의 개략적인 측단면도이다.
도 2는, 기판을 홀딩하기 위한 진공 척(vacuum chuck)을 포함하는 연마 시스템의 구현에 대한 개략적인 측단면도이다.
도 3은, 하향 돌출부를 포함하지 않는 연마 패드를 갖는 연마 시스템의 구현에 대한 개략적인 측단면도이다.
도 4는, 기판보다 큰 직경을 갖는 상부 층 및 기판보다 작은 직경을 갖는 하향 돌출부를 갖는 연마 패드를 갖춘 연마 시스템의 구현에 대한 개략적인 측단면도이다.
도 5는, 고정된 각 배향을 유지하면서 궤도로 이동하는 연마 패드를 예시하는 개략적인 단면 평면도이다.
도 6은, 연마 시스템의 연마 패드 지지부 및 드라이브 트레인(train) 시스템의 개략적인 단면 평면도이다.
도 6a는, 기판에 관한 도 6의 시스템의 개략적인 단면 평면도이다.
도 6b는, 도 6a에 관해 1/4 선회 회전(quarter revolution turn)한 도 6의 시스템의 개략적인 단면 평면도이다.
도 7a는, 복수의 클램프들로 연마 패드에 연결되는 이동식 연마 패드 지지부의 개략적인 측단면도이다.
도 7b는, 내부 멤브레인에 의해 인클로징(enclose)되는 내부 가압 공간을 포함하는 이동식 연마 패드 지지부의 구현에 대한 개략적인 단면도이다.
도 8a는, 저압 상태에 있는 도 7b의 이동식 연마 패드 지지부의 개략적인 측단면도이다.
도 8b는, 고압 상태에 있는 도 7b의 이동식 연마 패드 지지부의 개략적인 측단면도이다.
도 9는, 연마 패드의 접촉 영역에 대한 개략적인 저면도이다.
도 10a 및 10b는, 연마 패드의 구현들에 대한 개략적인 측단면도들이다.
도 11은, 이동식 연마 패드 지지부의 다른 구현에 대한 개략적인 측단면도이다.
도 12는, 대응하는 아크 형상 로딩 영역을 형성하는 아크 형상 돌출부 층을 갖는 연마 패드를 갖춘 연마 시스템의 구현에 대한 개략적인 평면도이다.
도 13은, 궤도 모션을 겪는 아크 형상 연마 표면을 갖는 연마 시스템의 구현에 대한 개략적인 측단면도이다.
도 14는, 연마 패드의 개략적인 평면도이다.
다양한 도면들에서 동일한 참조 기호들은 동일한 엘리먼트들을 표시한다.1 is a schematic side cross-sectional view of a polishing system;
2 is a schematic cross-sectional side view of an implementation of a polishing system including a vacuum chuck for holding a substrate;
3 is a schematic cross-sectional side view of an implementation of a polishing system having a polishing pad that does not include a downward protrusion.
4 is a schematic cross-sectional side view of an implementation of a polishing system having a polishing pad having a top layer having a diameter greater than the substrate and a downward projection having a diameter less than the substrate.
5 is a schematic cross-sectional plan view illustrating a polishing pad moving in orbit while maintaining a fixed angular orientation.
6 is a schematic cross-sectional plan view of a polishing pad support and drive train system of a polishing system.
6A is a schematic cross-sectional plan view of the system of FIG. 6 with respect to a substrate;
FIG. 6B is a schematic cross-sectional plan view of the system of FIG. 6 in a quarter revolution turn with respect to FIG. 6A ;
7A is a schematic cross-sectional side view of a movable polishing pad support connected to the polishing pad with a plurality of clamps.
7B is a schematic cross-sectional view of an implementation of a removable polishing pad support comprising an inner pressurized space enclosed by an inner membrane.
8A is a schematic cross-sectional side view of the movable polishing pad support of FIG. 7B in a low pressure state;
8B is a schematic cross-sectional side view of the movable polishing pad support of FIG. 7B in a high pressure condition;
9 is a schematic bottom view of the contact area of the polishing pad.
10A and 10B are schematic cross-sectional side views of implementations of a polishing pad.
11 is a schematic cross-sectional side view of another implementation of a removable polishing pad support.
12 is a schematic plan view of an implementation of a polishing system having a polishing pad having a layer of arc-shaped protrusions defining a corresponding arc-shaped loading region.
13 is a schematic cross-sectional side view of an implementation of a polishing system having an arc-shaped abrasive surface undergoing orbital motion.
14 is a schematic plan view of a polishing pad.
Like reference signs in the various drawings indicate like elements.
1. 도입부1. Introduction
일부 연마 공정들은, 기판의 표면에 걸쳐 두께의 불균일성을 초래한다. 예를 들어, 벌크(bulk) 연마 공정은, 기판 상에 불충분하게 연마된(under-polished) 구역들을 초래할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 벌크 연마 이후, 불충분하게 연마된 기판의 부분들에 초점을 맞춘 "터치-업" 연마 공정을 수행하는 것이 가능하다.Some polishing processes result in non-uniformity in thickness across the surface of the substrate. For example, a bulk polishing process can result in under-polished areas on the substrate. To solve this problem, after bulk polishing, it is possible to perform a "touch-up" polishing process focusing on the insufficiently polished portions of the substrate.
벌크 연마 공정에서, 연마는, 비록 잠재적으로는 전면 표면의 상이한 구역들에서 상이한 레이트들로 이루어지긴 하지만, 기판의 전면 표면 전부에 대해 발생한다. 벌크 연마 공정에서는 주어진 순간에 기판의 표면 전부가 연마를 겪고 있을 수 있는 것은 아닐 수도 있다. 예를 들어, 연마 패드에서의 홈들의 존재로 인해, 기판 표면의 일부 부분은 연마 패드와 접촉하고 있지 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 부분은, 벌크 연마 공정 동안, 연마 패드와 기판 간의 상대적 모션으로 인해 국부적이지는 않으므로, 기판의 모든 전면 표면은 어느 정도 양의 연마를 겪는다.In a bulk polishing process, polishing occurs over the entire front surface of the substrate, although potentially at different rates in different regions of the front surface. In a bulk polishing process, not all of the surface of the substrate may be undergoing polishing at any given moment. For example, due to the presence of grooves in the polishing pad, some portions of the substrate surface may not be in contact with the polishing pad. Nevertheless, since these portions are not local due to relative motion between the polishing pad and the substrate during the bulk polishing process, all front surfaces of the substrate undergo some amount of polishing.
대조적으로, "터치-업" 연마 공정에서는, 연마 패드가 기판의 전면 표면 전부보다는 덜 접촉할 수 있다. 부가하여, 기판에 관한 연마 패드의 모션의 범위는, 터치-업 연마 공정 동안, 연마 패드가 오직 기판의 국부적인 구역에만 접촉하도록 그리고 기판의 전면 표면의 상당한 부분(예컨대, 적어도 50%, 적어도 75%, 또는 적어도 90%)이 연마 패드에 결코 접촉하지 않음으로써 그에 따라 연마를 겪지 않도록 구성된다. 예를 들어, 터치-업 연마에서, 접촉 영역은 기판의 반경 표면보다 실질적으로 더 작을 수 있다.In contrast, in a “touch-up” polishing process, the polishing pad may contact less than all of the front surface of the substrate. In addition, the range of motion of the polishing pad relative to the substrate is such that, during the touch-up polishing process, the polishing pad only contacts a localized area of the substrate and a significant portion (eg, at least 50%, at least 75%) of the front surface of the substrate. %, or at least 90%) is configured to never contact the polishing pad and thus not undergo polishing. For example, in touch-up polishing, the contact area may be substantially smaller than the radial surface of the substrate.
위에 언급된 바와 같이, 일부 벌크 연마 공정들은 불균일한 연마를 초래한다. 특히, 일부 벌크 연마 공정들은, 불충분하게 연마되는 국부적인 비-동심적이고 불균일한 스폿들을 초래한다. 터치-업 연마 공정에서, 기판의 중심을 중심으로 회전하는 연마 패드는, 불균일성을 갖는 동심적 링(ring)들을 보상하는 것이 가능할 수 있지만, 국부적인 비-동심적이고 불균일한 스폿들, 예컨대 두께 프로파일(profile)에서의 각 비대칭성을 해결하는 것은 가능하지 않을 수 있다. 그러나, 소형 패드, 예컨대 궤도 모션을 겪는 소형 패드가 사용되어 비-동심적 연마 균일성을 보상할 수 있다. 몇몇 구현들의 경우, 연마 동안, 연마 패드는 고정된 각 배향으로 궤도 모션을 겪을 수 있다.As mentioned above, some bulk polishing processes result in non-uniform polishing. In particular, some bulk polishing processes result in localized non-concentric and non-uniform spots that are insufficiently polished. In a touch-up polishing process, a polishing pad rotating about the center of a substrate may be able to compensate for concentric rings with non-uniformities, but localized non-concentric and non-uniform spots, such as thickness profile. Resolving each asymmetry in the profile may not be possible. However, small pads, such as those that undergo orbital motion, may be used to compensate for non-concentric polishing uniformity. For some implementations, during polishing, the polishing pad may undergo orbital motion in a fixed angular orientation.
도 1을 참조하면, 기판의 국부적인 구역들을 연마하기 위한 연마 장치(100)는, 기판(10)을 홀딩하기 위한 기판 지지부(105), 및 연마 패드(200)를 홀딩하기 위한 이동식 연마 패드 지지부(300)를 포함한다. 연마 패드(200)는, 연마되는 기판(10)의 반경보다 작은 직경을 갖는 연마 표면(250)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , a
연마 패드 지지부(300)는, 연마 동작 동안 기판(10)에 관한 연마 패드 지지부(300)의 모션을 제공할 연마 드라이브 시스템(500)으로부터 서스펜딩(suspend)된다. 연마 드라이브 시스템(500)은, 지지 구조(550)로부터 서스펜딩될 수 있다.The
몇몇 구현들에서, 포지셔닝 드라이브 시스템(560)이 기판 지지부(105) 및/또는 연마 패드 지지부(300)에 연결된다. 예를 들어, 연마 드라이브 시스템(500)은, 포지셔닝 드라이브 시스템(560)과 연마 패드 지지부(300) 간의 연결을 제공할 수 있다. 포지셔닝 드라이브 시스템(560)은, 패드 지지부(300)를 기판 지지부(105) 위의 원하는 측방향 포지션에 포지셔닝시키도록 동작가능하다. 예를 들어, 지지 구조(550)는 2개의 선형 액추에이터들(562 및 564)을 포함할 수 있고, 이들은, 포지셔닝 드라이브 시스템(560)을 제공하기 위해, 서로에 대해 수직으로 기판 지지부(105) 위에 배향된다. 대안적으로, 기판 지지부(105)는, 2개의 선형 액추에이터들에 의해 지지될 수 있다. 대안적으로, 기판 지지부(105)는 회전가능할 수 있고, 연마 패드 지지부(300)는, 방사상 방향에 따른 모션을 제공하는 단일 선형 액추에이터로부터 서스펜딩될 수 있다. 대안적으로, 연마 패드 지지부는 로터리(rotary) 액추에이터(508)로부터 서스펜딩될 수 있고, 기판 지지부(105)는 로터리 액추에이터(506)를 이용하여 회전가능할 수 있다.In some implementations, a
선택적으로, 수직 액추에이터(506 및/또는 508로 도시됨)가 기판 지지부(105) 및/또는 연마 패드 지지부(300)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지부(105)를 상승시키거나 또는 하강시킬 수 있는 수직으로 드라이빙가능한 피스톤에 기판 지지부(105)가 연결될 수 있다.Optionally, a vertical actuator (shown as 506 and/or 508 ) may be coupled to the
연마 장치(100)는, 연마용 슬러리와 같은 연마액(65)을 연마될 기판(10)의 표면(12) 상에 분배(dispense)하기 위한 포트(60)를 포함한다. 연마 장치(100)는 또한, 연마 패드(200)를 마모시켜 연마 패드(200)를 일관된 연마용 상태로 유지시키기 위한 연마 패드 컨디셔너(conditioner)를 포함할 수 있다.The polishing
동작 시, 기판(10)은, 예컨대 로봇(robot)에 의해 기판 지지부(105) 상에 로딩된다. 포지셔닝 드라이브 시스템(560)은, 연마 패드 지지부(300) 및 연마 패드(200)를 기판(10) 상의 원하는 포지션에 포지셔닝시키고, 수직 액추에이터(506)는, 기판(10)을 연마 패드(200)와 접촉하게 이동시킨다(또는, 액추에이터(508)를 이용하여 연마 패드(200)를 기판(10)과 접촉하게 이동시킴). 연마 드라이브 시스템(500)은, 연마 패드 지지부(300)와 기판 지지부(105) 간에 상대적 모션을 생성하여 기판(10)의 연마를 야기한다.In operation, the
연마 동작 동안, 포지셔닝 드라이브 시스템(560)은, 연마 드라이브 시스템(500) 및 기판(10)을 서로에 관해 실질적으로 고정되게 홀딩할 수 있다. 예를 들어, 포지셔닝 시스템은, 연마 드라이브 시스템(500)을 기판(10)에 관해 고정(stationary)으로 홀딩할 수 있거나, 또는 연마 드라이브 시스템(500)을 연마될 구역에 걸쳐 (연마 드라이브 시스템(500)에 의해 기판(10)에 제공되는 모션에 비해) 느리게 스위핑할 수 있다. 예를 들어, 포지셔닝 드라이브 시스템(560)에 의해 기판에 제공되는 순간 속도는, 연마 드라이브 시스템(500)에 의해 기판에 제공되는 순간 속도의 5% 미만, 이를테면 2% 미만일 수 있다.During a polishing operation, positioning
연마 시스템은 또한, 제어기(90), 예컨대 프로그래밍가능 컴퓨터를 포함한다. 제어기는, 중앙 프로세싱 유닛(91), 메모리(92), 및 지원 회로들(93)을 포함할 수 있다. 제어기(90)의 중앙 프로세싱 유닛(91)은, 제어기가 환경 및 원하는 연마 파라미터들에 기초하여 입력을 수신하게 하고 그리고 다양한 액추에이터들 및 드라이브 시스템들을 제어하게 하도록, 지원 회로들(93)을 통해 메모리(92)로부터 로딩되는 명령들을 실행한다.The polishing system also includes a controller 90 , such as a programmable computer. The controller may include a
"터치-업" 연마 동작의 경우, 제어기(90)는, 연마 드라이브 시스템(500)이 느리게 스위핑되고 있는 경우라 하더라도, 터치-업 연마 공정 동안 기판의 전면 표면의 상당한 부분(예컨대, 적어도 50%, 적어도 75%, 또는 적어도 90%)이 연마 패드에 결코 접촉하지 않음으로써 그에 따라 연마를 겪지 않도록, 연마 드라이브 시스템(500)의 모션의 범위가 제약되게 포지셔닝 드라이브 시스템(560)을 제어하도록 프로그래밍된다.For a “touch-up” polishing operation, the controller 90 controls a significant portion (eg, at least 50%) of the front surface of the substrate during the touch-up polishing process, even if the polishing
2. 연마 시스템2. Polishing system
A. 기판 지지부A. Substrate support
도 1을 참조하면, 기판 지지부(105)는, 연마 패드 지지부 아래에 위치되는 플레이트 형상 바디이다. 바디의 상부 표면(116)은, 처리될 기판을 수용할만큼 충분히 큰 로딩 영역을 제공한다. 예를 들어, 기판은 200 내지 450 mm 직경 기판일 수 있다. 기판 지지부(105)의 상부 표면(116)은, 기판(10)의 후면 표면(즉, 연마되지 않는 표면)과 접촉하고 자신의 포지션을 유지한다.Referring to FIG. 1 , the
기판 지지부(105)는, 기판(10)과 거의 동일한 반경이거나 또는 그보다 크다. 몇몇 구현들에서, 기판 지지부(105)는, 예컨대, 기판 직경의 1-2%만큼 기판보다 약간 더 좁다(예컨대, 도 2 참조). 지지부(105) 상에 배치되는 경우, 기판(10)의 에지(edge)는 지지부(105)의 에지에 약간 오버행(overhang)될 수 있다. 이것은, 에지 그립(grip) 로봇이 기판을 지지부 상에 배치하기 위한 간극(clearance)을 제공할 수 있다. 몇몇 구현들에서, 기판 지지부(105)는 기판보다 넓다. 이러한 경우에서, 진공 척을 갖는 엔드 이펙터(end effector)를 갖춘 로봇이 기판을 지지부 상에 배치하는데 사용될 수 있다. 어느 경우에서든, 기판 지지부(105)는 기판의 후면측 표면 대부분과 접촉할 수 있다.The
몇몇 구현들에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 지지부(105)는 클램프 어셈블리(111)를 이용하여 연마 동작 동안 기판(10) 포지션을 유지한다. 몇몇 구현들에서, 클램프 어셈블리(111)는, 기판(10)의 최상부 표면의 림(rim)에 접촉하는 단일 환형 클램프 링(112)일 수 있다. 대안적으로, 클램프 어셈블리(111)는, 기판(10)의 대향 측들 상의 최상부 표면의 림에 접촉하는 2개의 아크 형상 클램프들(112)을 포함할 수 있다. 클램프 어셈블리(111)의 클램프들(112)은, 하나 또는 그 초과의 액추에이터들(113)에 의해 기판의 림과 접촉하도록 하강될 수 있다. 클램프의 하향 힘은 연마 동작 동안 기판이 측방향으로 움직이는 것을 억제한다. 몇몇 구현들에서, 클램프(들)는, 기판의 외측 에지를 둘러싸는 돌출 플랜지(flange)(114)를 하향으로 포함한다.In some implementations, as shown in FIG. 1 , the
몇몇 구현들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 지지부(105)는 진공 척(106)이다. 진공 척(106)은, 챔버(122), 및 기판(10)을 지지하는 표면(116)에 챔버(122)를 연결시키는 복수의 포트들(124)을 포함한다. 동작 시, 예컨대 펌프(129)에 의해 에어(air)가 챔버(122)로부터 배기될 수 있고, 그에 따라, 포트들(124)을 통해 흡입력이 가해짐으로써 기판이 기판 지지부(106) 상의 포지션에 홀딩된다.In some implementations, as shown in FIG. 2 , the
몇몇 구현들에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판 지지부(105)는 리테이너(retainer)(131)를 포함한다. 리테이너(131)는, 기판(10)을 지지하는 표면(116)에 부착되고 그 위로 돌출할 수 있다. 통상적으로, 리테이너는 적어도 기판(10)만큼 두껍다(표면(12)에 수직으로 측정된 두께). 동작 시, 리테이너(131)는 기판(10)을 둘러싼다. 예를 들어, 리테이너(131)는, 기판(10)의 직경보다 약간 더 큰 직경을 갖는 환형 바디일 수 있다. 연마 동안, 연마 패드(200)로부터의 마찰이 기판(10)에 대해 측방향 힘을 생성할 수 있다. 그러나, 리테이너(131)는, 기판(10)의 측방향 모션을 제한한다.In some implementations, as shown in FIG. 3 , the
위에 설명된 다양한 기판 지지부 피쳐들은 선택적으로 서로 결합될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지부는, 진공 척 및 리테이너 둘 모두를 포함할 수 있다.The various substrate support features described above may optionally be coupled to each other. For example, the substrate support may include both a vacuum chuck and a retainer.
부가하여, 예시의 용이성을 위해 기판 지지부 구성들은 감압성 접착제와 함께 이동식 패드 지지부 구성들로 도시되지만, 이들은 아래에 설명되는 패드 지지부 헤드 및/또는 드라이브 시스템의 실시예들 중 임의의 실시예와 함께 사용될 수 있다.Additionally, for ease of illustration the substrate support configurations are shown as removable pad support configurations with a pressure sensitive adhesive, however, these are shown in conjunction with any of the embodiments of the pad support head and/or drive system described below. can be used
B. 연마 패드B. Polishing Pad
도 1을 참조하면, 연마 패드(200)는, 연마 동안 접촉 영역(로딩 영역으로 또한 지칭됨)에서 기판(10)과 접촉하게 되는 연마 표면(250)을 갖는다. 연마 표면(250)은, 기판(10)의 반경보다 작은 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 연마 표면의 직경은 기판 직경의 약 5-10%일 수 있다. 예를 들어, 직경이 200 mm 내지 300 mm 범위에 있는 웨이퍼의 경우, 연마 표면은 직경이 10 내지 30 mm일 수 있다. 연마 표면이 작을수록 더 높은 정밀도를 제공하지만 수율은 더 낮아진다.Referring to FIG. 1 , a
몇몇 구현들에서, 기판 표면 중 1% 미만의 기판 표면이 임의의 주어진 시간에 연마 표면에 의해 접촉될 수 있다. 일반적으로, 이는 터치-업 연마 동작에 대해서는 유용할 수 있지만, 그러한 작은 면적은 낮은 수율로 인해 벌크 연마 동작에 대해서는 수용가능하지 않을 것이다.In some implementations, less than 1% of the substrate surface may be contacted by the polishing surface at any given time. In general, this may be useful for touch-up polishing operations, but such a small area will not be acceptable for bulk polishing operations due to low yield.
몇몇 구현들에서, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, 전체 연마 패드는, 예를 들어, 패드의 외측 에지에 대해 측정되는 경우 기판(10)의 반경보다 작은 반경을 갖는다. 예를 들어, 연마 패드의 직경은 기판 직경의 약 5-10%일 수 있다.In some implementations, for example, as shown in FIG. 3 , the entire polishing pad has a radius that is less than the radius of the
도 1의 예에서, 연마 패드(200)는 기판(10)의 상부 표면 위에 로케이팅되며, 이동식 패드 지지부(300)의 최하부에 커플링되는 상부 부분(270) 및 연마 동작 동안 기판(10)과 접촉하는 최하부 표면(250)을 갖는 하부 부분(260)을 포함한다. 몇몇 예시들에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 연마 패드(200)의 최하부 부분(260)은, 더 넓은 상부 부분(270)으로부터의 돌기에 의해 제공된다. 돌기(260)의 최하부 표면(250)은, 연마 동작 동안 기판과 접촉하고 연마 표면을 제공한다.In the example of FIG. 1 , a
도 1의 예에서, 이동식 패드 지지부(300)는, 감압성 접착제(231)를 사용하여 연마 패드(200)의 상부 부분(270)에 커플링된다. 연마 패드 지지부(300)의 최하부 표면과 연마 패드(200)의 최상부 표면 사이에 적용되는 감압성 접착제(231)는, 연마 동작 동안 패드 지지부(300)에 대한 연마 패드(200)의 커플링을 유지한다.In the example of FIG. 1 , the
연마 패드(200)의 상부 부분(270)을 하부 부분(260)보다 넓게 함으로써, 접착제(231)에 대한 이용가능한 표면 면적이 증가된다. 접착제(231)의 표면 면적을 증가시키는 것은, 패드(200)와 패드 지지부 간의 접합 강도를 개선할 수 있고, 연마 동안의 연마 패드 박리의 위험성을 감소시킬 수 있다.By making the
도 3을 참조하면, 연마 패드(203)는, 자신의 하부 부분(260)에서 자신의 최상부 부분(273)에서의 반경과 동일한 반경을 가질 수 있다. 그러나, 감압성 접착제(231)가 패드와 이동식 패드 지지부(300) 간의 커플링을 제공하는 경우, 최하부 부분(263)이 최상부 부분(273)보다 좁은 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3 , the
도 5를 참조하면, 연마 패드의 접촉 영역(5)은, 연마 패드의 디스크 형상 최하부 돌기에 의해 형성되는 디스크 형상 기하형상(5)일 수 있다.Referring to FIG. 5 , the
도 9a 및 9b를 참조하면, 기판(10)과 접촉하는 연마 패드(110)의 접촉 영역(901)은, 연마 패드의 아크 형상 돌기(290)에 의해 형성되는 아크 형상 접촉 영역(901)일 수 있다.9A and 9B , the
도 1을 참조하면, 몇몇 구현들에서, 연마 패드(200)의 상부 부분(270)의 직경은 기판(10)의 직경보다 작을 수 있다.Referring to FIG. 1 , in some implementations, the diameter of the
도 4를 참조하면, 몇몇 구현들에서, 연마 패드(204)의 상부 부분(274)의 직경은 기판(10)의 직경보다 클 수 있다.4 , in some implementations, the diameter of the
도 1을 참조하면, 연마 패드(200)는 균일한 조성의 단일 층으로 이루어질 수 있다. 이러한 경우에서, 상부 부분(270), 및 돌기(260)로 또한 지칭되는 하부 부분(260)의 재료 조성은 동일하다.Referring to FIG. 1 , the
도 10b를 참조하면, 몇몇 구현들에서, 연마 패드(200)는, 상이한 조성의 2개 또는 그 초과의 층들, 예컨대 연마 층(1062) 및 더 압축성의(compressible) 후면 층(1052)을 포함할 수 있다. 선택적으로, 연마 층(1062)을 후면 층(1052)에 고정시키기 위해 중간(intermediate) 감압성 접착제 층(1032)이 사용될 수 있다. 이러한 경우에서, 상부 부분(1221)은 후면 층(1052)에 대응할 수 있고, 하부 부분(1222)은 연마 층(1062)에 대응할 수 있다. 연마 패드는, 감압성 접착제 층(231)을 통해 연마 패드 지지부에 커플링될 수 있다.Referring to FIG. 10B , in some implementations, the
도 10a를 참조하면, 몇몇 구현들에서, 연마 패드는 상이한 조성의 2개 또는 그 초과의 층들을 포함할 수 있고, 연마 패드(200)의 상부 부분(1221)은, 연마 층(1062)의 상부 섹션(1064) 및 후면 층(1052) 둘 모두를 포함할 수 있다. 따라서, 연마 층(1062)은, 돌기(1222)를 제공하는 하부 섹션(1066) 및 상부 섹션(1064) 둘 모두를 포함하며, 상부 섹션(1064)은 하부 섹션(1066)보다 넓다.Referring to FIG. 10A , in some implementations, the polishing pad may include two or more layers of different composition, wherein the
연마 패드는, 감압성 접착제 층(321)을 통해 연마 패드 지지부에 커플링될 수 있다.The polishing pad may be coupled to the polishing pad support via a pressure sensitive adhesive layer 321 .
도 10a 또는 도 10b에 도시된 어느 구현에서든, 연마 층(1062)은 균일한 조성의 단일 층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 10a 또는 도 10b에 도시된 어느 구현에서든, 기판에 접촉하는 패드의 부분은, 종래의 재료, 예컨대 폴리우레탄과 같은 미소다공성 폴리머로 이루어질 수 있다.10A or 10B, the
도 10a를 참조하면, 후면 층(1052)은, 불균일한 기판 표면 스폿을 연마하는 경우에 더 양호한 연마 패드 가요성을 허용하기 위해 비교적 연질일 수 있다. 연마 층(1064)은 경질(hard) 폴리우레탄일 수 있다.Referring to FIG. 10A , the
도 10b를 참조하면, 후면 층(1052)은 비교적 연질일 수 있지만, 또한, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 예컨대 MylarTM와 같은 재료로 제조된 가요성의 비압축성 층일 수 있다. 예를 들어, 그러한 패드 구성은, 도 10b의 연마 패드가 도 11의 가압 챔버 연마 패드 지지부에 커플링되는 구현에서 사용될 수 있다. 연마 층(1062)은 경질 폴리우레탄일 수 있다.Referring to FIG. 10B , the
도 11을 참조하면, 몇몇 구현들에서, 연마 패드(205)는 상부 부분(275) 및 하부 부분(260)을 포함할 수 있다. 연마 패드(205)는, 결합된 하부 부분(260)과 상부 부분(275)을 포함하는 더 두꺼운 측방향 섹션(267)을 갖는다. 상부 부분(275)은, 더 두꺼운 섹션(267)의 양측 상에서 측방향으로 연장되어 측방향 측부 섹션들(285)을 제공한다. 측방향 측부 섹션들(285)은, 더 두꺼운 섹션(267) 상에서의 압력에 반응하여 플렉싱된다. 더 두꺼운 섹션(267)은 연마 영역에서 약 2 mm의 패드 두께를 가질 수 있는데, 이는 큰 크기의 패드와 유사하다. 플렉싱 측방향 섹션들(285)에서의 패드 두께는 약 0.5 mm일 수 있다.Referring to FIG. 11 , in some implementations, the polishing pad 205 can include an
몇몇 구현들에서, 연마 패드(200)의 하부 부분의 최하부 표면(250)은, 연마 동작 동안 슬러리의 수송을 허용하기 위한 홈들을 포함할 수 있다. 홈들(299)은, 하부 부분(260)의 깊이보다 얕을 수 있다(예컨대, 도 11 참조). 그러나, 몇몇 구현들에서, 하부 부분은 홈들을 포함하지 않는다. 연마 패드가 홈들을 포함하면, 홈들(299)은, 하부 부분(260)의 측방향 폭에 걸쳐 완전히 연장될 수 있다. 부가하여, 홈들은 하부 부분(260)의 수직 두께보다 얕을 수 있는데, 즉, 홈들은, 하부 부분(260)을 부분적으로 수직으로 통과하지만 완전히 통과하지는 않는다.In some implementations, the
도 9를 참조하면, 연마 패드(200)의 최하부 표면(1900)은 아크 형상 영역일 수 있다. 연마 패드가 홈들을 포함하면, 홈들(299)은, 아크 형상 영역의 측방향 폭에 걸쳐 완전히 연장될 수 있다. 홈들(299)은, 아크 형상 영역의 길이를 따라 균일한 피치(pitch)로 이격될 수 있다. 각각의 홈들(299)은, 홈 및 아크 형상 영역의 중심(1903)을 통과하는 반경을 따라 연장될 수 있거나, 또는 반경에 대해 비스듬히, 예컨대 45°로 포지셔닝될 수 있다.Referring to FIG. 9 , the
도 14를 참조하면, 몇몇 구현들에서, 연마 패드(200)는, 연마 패드(200), 및 접촉 영역(250)을 제공하는 하부 부분(260)이 패드 지지부(300)에 관해 알려진 측방향 포지션에 있는 것을 보장하기 위해, 패드 지지부(300) 상의 매칭 피쳐들과 결합(mate)하는 정렬 피쳐들을 포함한다.Referring to FIG. 14 , in some implementations, the
예를 들어, 연마 패드(200)는, 연마 패드(200)의 후면 표면에 형성되는 리세스들(1402)을 포함할 수 있다. 리세스들(1402)은, 접촉 영역(250)에 관해 알려진 포지션에서 연마 패드 내로 기계가공 드릴링(machine drill)될 수 있다. 리세스들(1402)은, 연마 패드(200)의 상부 부분(270)의 외측 측방향 부분(285) 또는 얇은 플랜지에 포지셔닝될 수 있다. 리세스들은, 연마 패드를 통해 부분적으로 또는 완전히 연장될 수 있다. 패드 지지부(300)는, 리세스들(1402)에 피팅되는, 예컨대 플레이트로부터 하향으로 돌출되는 핀(pin)들(1404)을 포함할 수 있다.For example, the
다른 예로서, 연마 패드(200)의 에지들(1406) 중 적어도 일부는, 연마 패드(200) 상에 접촉 영역(250)이 규정된 후에 기계가공될 수 있다. 패드 지지부(300)는, 지지 플레이트에 기계가공된 리세스를 포함할 수 있다. 리세스의 에지들은 정렬 표면들을 포함하고, 연마 패드의 에지들(1406)은 플레이트 내의 리세스의 정렬 표면에 인접하도록 포지셔닝된다.As another example, at least some of the
기판에 접촉하는, 연마 패드(200)의 하부 부분(260)은, 고품질의 재료, 예컨대 강성, 다공성 등의 고정밀 규격들을 충족시키는 재료로 형성될 수 있다. 그러나, 기판과 접촉하지 않는, 연마 패드의 다른 부분들은, 그러한 고정밀 규격들을 충족시킬 필요가 없으며, 따라서, 더 낮은 비용의 재료들로 형성될 수 있다. 이것은 총 패드 비용을 감소시킬 수 있다.The
C. 드라이브 시스템 및 패드의 궤도 모션C. Orbital motion of drive system and pads
도 1 및 도 5를 참조하면, 연마 드라이브 시스템(500)은, 연마 동작 동안, 커플링된 연마 패드 지지부(300)와 연마 패드(200)를 기판(10) 위에서 궤도 모션으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 특히, 도 5에 도시된 바와 같이, 연마 드라이브 시스템(500)은, 연마 동작 동안, 연마 패드를 기판에 관해 고정된 각 배향으로 유지하도록 구성될 수 있다.1 and 5 , a polishing
도 5를 참조하면, 기판과 접촉해 있는 연마 패드의 궤도(20)의 반경은 바람직하게는, 접촉 영역의 직경(22)보다 작다. 예를 들어, 궤도의 반경은, 접촉 영역의 직경의 약 5-50%, 예컨대 5-20%일 수 있다. 20 내지 30 mm 직경 접촉 영역의 경우, 궤도의 반경은 1-6 mm일 수 있다. 이것은, 로딩 영역(5)에서의 더 균일한 속도 프로파일을 달성한다. 연마 패드는, 1000 내지 5000 분당 회전수("rpm")의 레이트로 자신의 궤도에서 리볼빙(revolve)할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the radius of the
도 6을 참조하면, 드라이브 트레인은, 단일 액추에이터(915)로 궤도 모션을 달성하는 기계적 시스템 베이스(910)를 포함할 수 있다. 모터 출력 샤프트(shaft)(924)는, 연결가능하게 캠(922)에 커플링된다. 캠(922)은, 연마 패드 홀더(920) 내의 리세스(928) 내로 연장된다. 연마 동작 동안, 모터 출력 샤프트(924)가 회전 축(990)을 중심으로 회전하여 캠(922)으로 하여금 연마 패드 홀더(920)를 리볼빙시키게 한다. 복수의 회전-방지 링크들(912)이 기계적 시스템 베이스(910)로부터 연마 패드 홀더(920)의 상부 부분으로 연장되어 패드 홀더(920)의 회전을 방지한다. 캠의 모션(922)과 함께 회전-방지 링크들(912)은 연마 패드 지지부의 궤도 모션을 달성하며, 여기서, 연마 패드 홀더(920)의 각 배향은 연마 동작 동안 변하지 않는다.Referring to FIG. 6 , the drive train may include a
도 6a 및 도 6b에 도시된 궤도 모션은, 연마 동작 동안, 기판에 관한 연마 패드의 고정된 각 배향을 유지할 수 있다. 중앙의 모터 출력 샤프트(620)가 회전함에 따라, 캠(625)은, 위의 기계적 시스템 베이스를 연마 패드 지지부에 연결시키는 회전-방지 링크들(630)과 결합하여, 회전 모션을 연마 패드(610)에 대한 궤도 모션으로 변환한다. 이것은, 단순 회전보다 균일한 속도 프로파일을 달성한다.The orbital motion shown in FIGS. 6A and 6B may maintain a fixed angular orientation of the polishing pad with respect to the substrate during the polishing operation. As the central
몇몇 구현들에서, 연마 드라이브 시스템 및 포지셔닝 드라이브 시스템은 동일한 컴포넌트들에 의해 제공된다. 예를 들어, 패드 지지부 헤드를 2개의 수직 방향들로 이동시키도록 구성되는 2개의 선형 액추에이터들을 (단일 드라이브 시스템이) 포함할 수 있다. 포지셔닝을 위해, 제어기는, 액추에이터들로 하여금 패드 지지부를 기판 상의 원하는 포지션으로 이동시키게 할 수 있다. 연마를 위해, 제어기는, 예컨대 2개의 액추에이터들에 위상 오프셋 사인파(phase offset sinusoidal) 신호들을 인가함으로써, 액추에이터들로 하여금 패드 지지부를 궤도 모션으로 이동시키게 할 수 있다.In some implementations, the abrasive drive system and positioning drive system are provided by the same components. For example, it may include two linear actuators (a single drive system) configured to move the pad support head in two vertical directions. For positioning, the controller may cause the actuators to move the pad support to a desired position on the substrate. For polishing, the controller may cause the actuators to move the pad support in orbital motion, such as by applying phase offset sinusoidal signals to the two actuators.
도 1을 참조하면, 몇몇 구현들에서, 연마 드라이브 시스템(500)은 2개의 로터리 액추에이터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 패드 지지부는 로터리 액추에이터(508)로부터 서스펜딩될 수 있고, 로터리 액추에이터(508)는 차례로, 제 2 로터리 액추에이터(509)로부터 서스펜딩된다. 연마 동작 동안, 제 2 로터리 액추에이터(509)는, 연마 패드 지지부(300)를 스위핑하는 암(arm)(510)을 궤도 모션으로 회전시킨다. 제 1 로터리 액추에이터(508)는, 예를 들어, 제 2 로터리 액추에이터(509)와 동일한 회전 레이트로, 그러나 반대 방향으로 회전하여 회전 모션을 상쇄함으로써, 연마 패드 어셈블리가 기판에 대해 실질적으로 고정된 각 포지션을 유지하면서 궤도운동하게 된다.Referring to FIG. 1 , in some implementations,
D. 패드 지지부D. Pad support
이동식 패드 지지부(300)는, 연마 패드를 홀딩하고 그리고 연마 드라이브 시스템(500)에 커플링된다.The
몇몇 구현들에서, 예컨대 도 1-4에 도시된 바와 같이, 패드 지지부(300)는 단순한 강성 플레이트이다. 플레이트의 하부 표면(311)은, 연마 패드(200)의 상부 부분(270)을 수용할만큼 충분히 크다.In some implementations, for example, as shown in FIGS. 1-4 , the
그러나, 패드 지지부(300)는 또한, 기판(10)에 대한 연마 패드(200)의 하향 압력을 제어하기 위한 액추에이터(508)를 포함할 수 있다.However, the
도 7a의 예에서, 연마 패드(200) 상에 조절가능한 압력을 가할 수 있는 패드 지지부(300)가 도시된다. 패드 지지부(300)는, 연마 드라이브 시스템(500)에 커플링되는 베이스(317)를 포함한다. 베이스(317)의 최하부는 리세스(327)를 포함한다. 패드 지지부(300)는, 연마 패드(200)의 림을 베이스(317) 상에 홀딩하는 클램프(410)를 포함한다. 연마 패드(200)는, 리세스(327)를 커버함으로써 가압가능 챔버(426)를 규정할 수 있다. 챔버(426) 내로 또는 밖으로 유체를 펌핑(pump)함으로써, 기판(10)에 대한 연마 패드(200)의 하향 압력이 조절될 수 있다.In the example of FIG. 7A , a
몇몇 구현들에서, 도 7b, 도 8a, 및 도 8b에서와 같이, 패드 지지부(300)는, 멤브레인(405)과 베이스(317) 사이에서 제 1 가압가능 챔버(406)를 규정하는 내부 멤브레인(405)을 가질 수 있다. 멤브레인은, 연마 표면(258)으로부터 더 먼 쪽의 연마 패드(200)의 면(275)에 접촉하도록 포지셔닝된다. 멤브레인(405) 및 챔버(406)는, 연마 동작 동안 패드 지지부(300)가 연마 패드(200)를 홀딩하는 경우, 챔버(406) 내의 압력이 기판(10) 상에서의 연마 패드(200)의 로딩 영역(809)의 크기를 제어하도록 구성된다. 챔버 내부의 압력이 증가하는 경우, 멤브레인은, 자신의 반경을 확장시킴으로써 패드의 최하부의 돌기 층의 더 큰 부분에 압력을 가하고, 그에 따라, 로딩 영역(810)의 면적이 증가된다. 압력이 감소하는 경우, 더 작은 크기의 로딩 영역(809)이 초래된다.In some implementations, as in FIGS. 7B , 8A, and 8B , the
도 11을 참조하면, 몇몇 구현들에서, 연마 패드 지지부(315)는, 연마 패드 지지부(315)의 벽들(320)에 의해 형성되는 내부 가압가능 챔버(325)를 포함할 수 있다. 챔버(325)는 기판-대면 개구부(327)를 가질 수 있다. 개구부(327)는, 예컨대 클램프(410)에 의해 연마 패드(200)를 연마 패드 지지부(315)에 고정시킴으로써 시일링될 수 있다. 압력 챔버(425) 내의 압력은, 연마되는 불균일한 스폿을 조절하기 위해, 연마 동작 동안, 예컨대 제어기 및 유체정역학 펌프(hydrostatic pump)에 의해 동적으로 제어될 수 있다.Referring to FIG. 11 , in some implementations, the
도 12를 참조하면, 몇몇 구현들에서, 연마 패드(20)의 접촉 영역(1301)은 아크 형상 영역일 수 있다. 예를 들어, 돌기가 아크 형상일 수 있다. 드라이브 시스템(500)은, 기판(10)의 중심(1302) 주위에서 아크를 회전시킬 수 있다.Referring to FIG. 12 , in some implementations, the
도 13을 참조하면, 몇몇 실시예들에서, 연마 패드(200)의 접촉 영역(901)은, 기판(10)에 대해 궤도 모션을 겪는 아크 형상 영역일 수 있다.Referring to FIG. 13 , in some embodiments, the
3. 결론3. Conclusion
기판 상에서 불균일성을 갖는 스폿의 크기는, 그 스폿을 연마하는 동안의 접촉 영역의 이상적인 크기를 좌우할 것이다. 접촉 영역이 너무 크면, 기판 상에서의 일부 영역들에 대한 불충분한 연마의 보정은, 다른 영역들에 대한 과도한 연마를 초래할 수 있다. 반면, 접촉 영역이 너무 작으면, 패드는 불충분하게 연마되는 영역을 커버하기 위해 기판에 걸쳐 이동될 필요가 있을 것이며, 그에 따라, 수율이 감소된다.The size of the spot with non-uniformity on the substrate will dictate the ideal size of the contact area while polishing the spot. If the contact area is too large, correction of insufficient polishing for some areas on the substrate may result in excessive polishing for other areas. On the other hand, if the contact area is too small, the pad will need to be moved across the substrate to cover the insufficiently polished area, thus reducing the yield.
기판 처리 동작에서, 기판은 먼저, 기판의 전면 표면 전체에 걸쳐 연마가 수행되는 벌크 연마 공정을 겪을 수 있다. 선택적으로, 벌크 연마 동작 이후, 예컨대 인-라인(in-line) 또는 독립형(stand-alone) 계측 스테이션에서, 기판의 불균일성이 측정될 수 있다. 그 후, 기판은 연마 장치(100)로 수송되어 터치-업 연마 공정을 겪을 수 있다. 연마 장치에서 연마될 구역의 제어는, 이력 데이터, 예컨대 품질관리 동안 행해진 두께 측정들, 또는 인-라인 또는 독립형 계측 스테이션에서의 기판의 측정들 중 어느 하나로부터의, 기판의 불충분하게 연마된 구역들의 식별에 기초할 수 있다.In a substrate processing operation, a substrate may first be subjected to a bulk polishing process in which polishing is performed over the entire front surface of the substrate. Optionally, after a bulk polishing operation, for example, at an in-line or stand-alone metrology station, the non-uniformity of the substrate can be measured. Thereafter, the substrate may be transported to the
전체 연마 시스템은, 기판의 전면 표면이 (중력에 대해) 수직으로 또는 하향으로 향하도록 포지셔닝되게 배열될 수 있다. 그러나, 기판의 전면 표면이 상향으로 향하게 하는 것의 이점은, 이것이 슬러리가 기판의 면 상에 분포되는 것을 허용한다는 것이다. 연마 패드의 연마 표면에 비해 더 큰 사이즈의 기판으로 인해, 슬러리 보유력(retention)이 개선될 수 있고, 그에 따라, 슬러리 사용이 감소될 수 있다.The entire polishing system may be arranged to be positioned so that the front surface of the substrate faces either vertically (with respect to gravity) or downwards. However, an advantage of having the front surface of the substrate facing upward is that it allows the slurry to be distributed over the surface of the substrate. Due to the larger size of the substrate relative to the polishing surface of the polishing pad, slurry retention may be improved, and thus slurry usage may be reduced.
본 발명의 다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 기판 지지부는, 몇몇 실시예들에서, 기판을 연마 패드에 대한 포지션으로 이동시키는 것이 가능한 자신 고유의 액추에이터들을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 위에 설명된 시스템은, 기판이 실질적으로 고정된 포지션에 홀딩되어 있으면서 연마 패드를 궤도 경로로 이동시키는 드라이브 시스템을 포함하지만, 대신, 연마 패드가 실질적으로 고정된 포지션에 홀딩되고 기판이 궤도 경로로 이동될 수 있다. 이러한 상황에서, 연마 드라이브 시스템은 유사할 수 있지만, 연마 패드 지지부가 아니라 기판 지지부에 커플링된다. 일반적으로 원형 기판이 가정되지만, 이것이 요구되지는 않으며, 지지부 및/또는 연마 패드는 장방형과 같은 다른 형상들일 수 있다(이러한 경우에서, "반경" 또는 "직경"에 대한 논의는 일반적으로 장축(major axis)에 따른 측방향 치수에 적용될 것임).A number of embodiments of the invention have been described. Nevertheless, it will be understood that various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. For example, the substrate support may, in some embodiments, include its own actuators capable of moving the substrate into position relative to the polishing pad. As another example, the system described above includes a drive system that moves the polishing pad into an orbital path while the substrate is held in a substantially fixed position, but instead, the polishing pad is held in the substantially fixed position and the substrate is held in the substantially fixed position. It can be moved in an orbital path. In this situation, the polishing drive system may be similar, but coupled to the substrate support rather than the polishing pad support. Although a circular substrate is generally assumed, this is not required, and the support and/or polishing pad may be of other shapes, such as a rectangle (in this case, discussion of "radius" or "diameter" is generally major axis)).
따라서, 다른 실시예들이 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.Accordingly, other embodiments are within the scope of the following claims.
Claims (25)
연마 동작 동안 기판을 홀딩(hold)하도록 구성되는 기판 지지부;
연마 패드(pad) 지지부 ― 상기 연마 패드 지지부는, 환형 부재(annular member), 및 기판-대면 개구부(substrate-facing opening)를 갖는 리세스를 갖는 베이스를 포함함 ―;
상기 연마 패드 지지부에 의해 홀딩되는 연마 패드 ― 상기 연마 패드는, 상기 연마 패드 지지부에 고정되는 상부(upper) 부분 및 상기 상부 부분으로부터 하향으로 돌출(project)되는 하부(lower) 부분을 갖고, 상기 상부 부분의 상부 표면은 상기 연마 패드 지지부에 인접해 있고, 상기 하부 부분의 최하부(bottom) 표면은, 연마 동안 상기 기판의 최상부(top) 표면에 접촉하기 위한 접촉 표면을 제공하고, 상기 접촉 표면은, 상기 기판의 상기 최상부 표면보다 작고, 상기 상부 부분은 제 1 측방향(lateral) 길이를 갖고, 상기 하부 부분은, 상기 제 1 측방향 길이보다 작은 제 2 측방향 길이를 갖고, 상기 연마 패드의 상부 부분의 둘레(perimeter) 부분은 상기 환형 부재에 수직으로 고정되고, 상기 둘레 부분 내의 연마 패드의 나머지 부분은 수직으로 고정되지 않으며(vertically free), 그리고 상기 연마 패드 지지부의 기판-대면 개구부는, 제 1 가압가능(pressurizable) 챔버를 규정하여 상기 연마 패드의 후면 표면의 제 1 부분 상에 제 1 조절가능 압력을 제공하도록, 상기 연마 패드에 의해 시일링(seal)됨 ―;
상기 리세스에서 상기 베이스에 고정되는 멤브레인(membrane) ― 상기 베이스와 상기 멤브레인 간의 용적은 제 2 가압가능 챔버를 규정하고, 상기 멤브레인의 외부 표면은 상기 연마 패드의 후면 표면의 제 2 부분과 접촉하고 상기 연마 패드의 후면 표면의 제 1 부분으로부터 분리되며, 상기 멤브레인은 상기 연마 패드의 후면 표면의 제 2 부분 상에 제 2 조절가능 압력을 제공함 ―; 및
상기 기판 지지부와 상기 연마 패드 지지부 간에 상대적 운동을 생성하도록 구성되는 드라이브(drive) 시스템;을 포함하는,
화학적 기계적 연마 시스템.A chemical mechanical polishing system comprising:
a substrate support configured to hold a substrate during a polishing operation;
a polishing pad support, the polishing pad support comprising an annular member and a base having a recess having a substrate-facing opening;
a polishing pad held by the polishing pad support, the polishing pad having an upper portion secured to the polishing pad support and a lower portion projecting downwardly from the upper portion, an upper surface of the portion abuts the polishing pad support, and a bottom surface of the lower portion provides a contact surface for contacting a top surface of the substrate during polishing, the contact surface comprising: less than the top surface of the substrate, the upper portion having a first lateral length, the lower portion having a second lateral length less than the first lateral length, the top portion of the polishing pad being a perimeter portion of the portion is vertically fixed to the annular member, the remainder of the polishing pad in the perimeter portion is vertically free, and the substrate-facing opening of the polishing pad support comprises: 1 sealed by the polishing pad to define a pressurizable chamber to provide a first adjustable pressure on a first portion of a back surface of the polishing pad;
a membrane secured to the base in the recess, the volume between the base and the membrane defining a second pressurizable chamber, the outer surface of the membrane in contact with a second portion of the back surface of the polishing pad and separate from the first portion of the back surface of the polishing pad, the membrane providing a second adjustable pressure on a second portion of the back surface of the polishing pad; and
a drive system configured to create relative motion between the substrate support and the polishing pad support;
Chemical mechanical polishing system.
상기 연마 패드 지지부는, 상기 연마 패드에 걸친 표면을 갖는 플레이트(plate)를 포함하고, 상기 연마 패드의 상부 부분의 모든 상부 표면이 상기 플레이트의 표면에 인접해 있는,
화학적 기계적 연마 시스템.The method of claim 1,
the polishing pad support comprising a plate having a surface spanning the polishing pad, wherein all top surfaces of an upper portion of the polishing pad are adjacent to the surface of the plate;
Chemical mechanical polishing system.
상기 연마 패드의 상부 부분 중 상부 표면의 둘레 부분은 상기 환형 부재에 인접해 있고, 상기 둘레 부분 내의 상부 표면의 나머지 부분은 상기 연마 패드 지지부에 접촉하지 않는,
화학적 기계적 연마 시스템.The method of claim 1,
a perimeter portion of an upper surface of the upper portion of the polishing pad is adjacent the annular member, and a remainder of the upper surface within the perimeter portion does not contact the polishing pad support;
Chemical mechanical polishing system.
상기 연마 패드의 둘레 섹션(section)을 상기 연마 패드 지지부 상에 홀딩하는 하나 또는 그 초과의 클램프(clamp)들을 더 포함하는,
화학적 기계적 연마 시스템.4. The method of claim 3,
one or more clamps holding a peripheral section of the polishing pad on the polishing pad support;
Chemical mechanical polishing system.
상기 연마 패드의 상부 부분은, 상기 접촉 표면 위의 상기 연마 패드의 섹션보다 큰 가요성(flexibility)을 갖는 플렉싱(flexing) 섹션을 포함하는,
화학적 기계적 연마 시스템.4. The method of claim 3,
an upper portion of the polishing pad comprising a flexing section having greater flexibility than a section of the polishing pad above the contact surface;
Chemical mechanical polishing system.
상기 연마 패드의 하부 부분의 상기 접촉 표면 상의, 슬러리(slurry) 수송을 위한 복수의 홈(groove)들을 더 포함하며,
상기 복수의 홈들 중 적어도 일부는 상기 연마 패드의 하부 부분 전체에 걸쳐 연장되는,
화학적 기계적 연마 시스템.The method of claim 1,
a plurality of grooves on the contact surface of the lower portion of the polishing pad for transporting slurry;
at least some of the plurality of grooves extend throughout the lower portion of the polishing pad;
Chemical mechanical polishing system.
상기 멤브레인 및 상기 제 2 가압가능 챔버는, 상기 제 2 가압가능 챔버 내의 압력이 상기 기판에 대한 상기 연마 패드의 로딩 영역의 측방향 크기를 제어하도록 구성되는,
화학적 기계적 연마 시스템.The method of claim 1,
wherein the membrane and the second pressurizable chamber are configured such that a pressure in the second pressurizable chamber controls a lateral extent of a loading region of the polishing pad relative to the substrate;
Chemical mechanical polishing system.
연마 패드 지지부 ― 상기 연마 패드 지지부는, 환형 부재, 및 기판-대면 개구부를 갖는 리세스를 갖는 베이스를 포함함 ―;
상기 연마 패드 지지부에 의해 홀딩되는 연마 패드 ― 상기 연마 패드는 연마 동안 기판에 접촉하기 위한 연마 표면을 갖고, 상기 연마 패드의 둘레 부분은 상기 환형 부재에 수직으로 고정되고, 상기 둘레 부분 내의 연마 패드의 나머지 부분은 수직으로 고정되지 않으며, 그리고 상기 연마 패드 지지부의 기판-대면 개구부는, 제 1 가압가능 챔버를 규정하여 상기 연마 패드의 후면 표면의 제 1 부분 상에 제 1 조절가능 압력을 제공하도록 상기 연마 패드에 의해 시일링됨 ―; 및
상기 리세스에서 상기 베이스에 고정되는 멤브레인 ― 상기 베이스와 상기 멤브레인 간의 용적은 제 2 가압가능 챔버를 규정하고, 상기 멤브레인의 외부 표면은 상기 연마 패드의 후면 표면의 제 2 부분과 접촉하고 상기 연마 패드의 후면 표면의 제 1 부분으로부터 분리되며, 상기 멤브레인은 상기 연마 패드의 후면 표면의 제 2 부분 상에 제 2 조절가능 압력을 제공함 ―;을 포함하는,
연마 어셈블리.An abrasive assembly comprising:
a polishing pad support, the polishing pad support comprising an annular member and a base having a recess having a substrate-facing opening;
a polishing pad held by the polishing pad support, the polishing pad having a polishing surface for contacting a substrate during polishing, a peripheral portion of the polishing pad fixed perpendicular to the annular member, the polishing pad in the peripheral portion the remaining portion is not vertically fixed, and wherein the substrate-facing opening of the polishing pad support is configured to define a first pressurizable chamber to provide a first adjustable pressure on a first portion of the back surface of the polishing pad. sealed by a polishing pad; and
a membrane secured to the base in the recess, the volume between the base and the membrane defining a second pressurizable chamber, the outer surface of the membrane in contact with a second portion of the back surface of the polishing pad and the polishing pad separated from a first portion of the back surface of the polishing pad, wherein the membrane provides a second adjustable pressure on a second portion of the back surface of the polishing pad;
grinding assembly.
상기 멤브레인 및 상기 제 2 가압가능 챔버는, 상기 제 2 가압가능 챔버 내의 압력이 상기 기판에 대한 상기 연마 표면의 로딩 영역의 측방향 크기를 제어하도록 구성되는,
연마 어셈블리.9. The method of claim 8,
wherein the membrane and the second pressurizable chamber are configured such that a pressure within the second pressurizable chamber controls a lateral extent of a loading region of the polishing surface relative to the substrate;
grinding assembly.
연마 동작 동안 기판을 고정된 각 배향(angular orientation)으로 홀딩하도록 구성되는 기판 지지부;
연마 패드 지지부 ― 상기 연마 패드 지지부는, 환형 부재, 및 기판-대면 개구부를 갖는 리세스를 갖는 베이스를 포함함 ―;
상기 연마 패드 지지부에 의해 홀딩되는 연마 패드 ― 상기 연마 패드는 상기 기판에 접촉하기 위한 접촉 영역을 갖고, 상기 접촉 영역은 상기 기판의 반경보다 크지 않은 직경을 갖고, 상기 연마 패드의 둘레 부분은 상기 환형 부재에 수직으로 고정되고, 상기 둘레 부분 내의 연마 패드의 나머지 부분은 수직으로 고정되지 않으며, 그리고 상기 연마 패드 지지부의 기판-대면 개구부는, 제 1 가압가능 챔버를 규정하여 상기 연마 패드의 후면 표면의 제 1 부분 상에 제 1 조절가능 압력을 제공하도록 상기 연마 패드에 의해 시일링됨 ―;
상기 리세스에서 상기 베이스에 고정되는 멤브레인 ― 상기 베이스와 상기 멤브레인 간의 용적은 제 2 가압가능 챔버를 규정하고, 상기 멤브레인의 외부 표면은 상기 연마 패드의 후면 표면의 제 2 부분과 접촉하고 상기 연마 패드의 후면 표면의 제 1 부분으로부터 분리되며, 상기 멤브레인은 상기 연마 패드의 후면 표면의 제 2 부분 상에 제 2 조절가능 압력을 제공함 ―; 및
상기 연마 패드의 접촉 영역이 상기 기판의 상부 표면과 접촉해 있는 동안 상기 연마 패드 지지부 및 상기 연마 패드를 궤도(orbital) 운동으로 이동시키도록 구성되는 드라이브 시스템;을 포함하며,
상기 궤도 운동은, 상기 연마 패드의 직경보다 크지 않은 궤도 반경을 갖고, 상기 연마 패드를 상기 기판에 관해 고정된 각 배향으로 유지하는,
화학적 기계적 연마 시스템.A chemical mechanical polishing system comprising:
a substrate support configured to hold the substrate in a fixed angular orientation during a polishing operation;
a polishing pad support, the polishing pad support comprising an annular member and a base having a recess having a substrate-facing opening;
a polishing pad held by the polishing pad support, the polishing pad having a contact area for contacting the substrate, the contact area having a diameter no greater than a radius of the substrate, and a perimeter portion of the polishing pad being the annular fixed vertically to the member, wherein the remainder of the polishing pad in the peripheral portion is not vertically fixed, and the substrate-facing opening of the polishing pad support defines a first pressurizable chamber to provide sealed by the polishing pad to provide a first adjustable pressure on a first portion;
a membrane secured to the base in the recess, the volume between the base and the membrane defining a second pressurizable chamber, the outer surface of the membrane in contact with a second portion of the back surface of the polishing pad and the polishing pad separate from the first portion of the back surface of the polishing pad, the membrane providing a second adjustable pressure on a second portion of the back surface of the polishing pad; and
a drive system configured to move the polishing pad support and the polishing pad in an orbital motion while the contact area of the polishing pad is in contact with the upper surface of the substrate;
wherein the orbital motion has an orbital radius no greater than a diameter of the polishing pad and maintains the polishing pad in a fixed angular orientation with respect to the substrate;
Chemical mechanical polishing system.
상기 드라이브 시스템은, 상기 연마 패드를 1000 내지 5000 분당 회전수(rpm)의 속도로 궤도를 회전(revolve)시키도록 구성되는,
화학적 기계적 연마 시스템.11. The method of claim 10,
wherein the drive system is configured to revolve the polishing pad at a rate of 1000 to 5000 revolutions per minute (rpm).
Chemical mechanical polishing system.
상기 접촉 영역의 직경은 상기 기판의 직경의 1 내지 10 %인,
화학적 기계적 연마 시스템.11. The method of claim 10,
The diameter of the contact area is 1 to 10% of the diameter of the substrate,
Chemical mechanical polishing system.
상기 궤도 반경은 상기 접촉 영역의 직경의 5 내지 50 %인,
화학적 기계적 연마 시스템.11. The method of claim 10,
wherein the orbital radius is 5 to 50% of the diameter of the contact area;
Chemical mechanical polishing system.
상기 드라이브 시스템은, 상기 연마 패드 지지부 내의 리세스(recess), 상기 리세스 내로 연장되는 회전가능 캠(cam), 및 상기 캠을 회전시키기 위한 모터를 포함하는,
화학적 기계적 연마 시스템.11. The method of claim 10,
wherein the drive system includes a recess in the polishing pad support, a rotatable cam extending into the recess, and a motor for rotating the cam.
Chemical mechanical polishing system.
상기 드라이브 시스템은, 상기 연마 패드 지지부의 회전을 방지하기 위해 상기 연마 패드 지지부를 고정된 지지부에 커플링시키는 링키지(linkage)들을 더 포함하는,
화학적 기계적 연마 시스템.15. The method of claim 14,
wherein the drive system further comprises linkages coupling the polishing pad support to a fixed support to prevent rotation of the polishing pad support.
Chemical mechanical polishing system.
상기 드라이브 시스템은, 상기 연마 패드 지지부를 2개의 수직 방향들로 이동시키도록 구성된 2개의 선형 액추에이터들, 및 상기 2개의 선형 액추에이터들에 연결되고 상기 2개의 선형 액추에이터들에 의해 상기 연마 패드 지지부를 상기 궤도 운동으로 이동시키도록 구성된 제어기를 포함하는,
화학적 기계적 연마 시스템.11. The method of claim 10,
The drive system includes two linear actuators configured to move the polishing pad support in two vertical directions, and connected to the two linear actuators and configured to move the polishing pad support by the two linear actuators. a controller configured to move in orbital motion;
Chemical mechanical polishing system.
상기 드라이브 시스템은, 상기 궤도 운동의 순간 속도의 5%보다 크지 않은 속도로 상기 궤도 운동 동안 상기 기판에 걸쳐 측방향으로 상기 연마 패드를 스위핑(sweep)시키도록 구성되는,
화학적 기계적 연마 시스템.11. The method of claim 10,
wherein the drive system is configured to sweep the polishing pad laterally across the substrate during the orbital motion at a rate not greater than 5% of an instantaneous velocity of the orbital motion.
Chemical mechanical polishing system.
상기 기판의 반경보다 크지 않은 직경을 갖는 상기 접촉 영역에서 상기 연마 패드를 상기 기판과 접촉시키는 단계;
상기 연마 패드의 접촉 영역이 상기 기판의 상부 표면과 접촉해 있는 동안, 상기 연마 패드와 상기 기판 간에 상대적 운동을 생성하는 단계 ― 상기 상대적 운동은, 상기 연마 패드의 직경보다 크지 않은 상기 궤도 반경을 갖는 상기 궤도 운동을 포함함 ―; 및
상기 궤도 운동 동안 상기 연마 패드를 상기 기판에 관해 상기 고정된 각 배향으로 유지하는 단계;를 포함하는,
화학적 기계적 연마 방법.18. A method for chemical mechanical polishing using the system according to any one of claims 10 to 17, comprising:
contacting the polishing pad with the substrate at the contact area having a diameter not greater than a radius of the substrate;
creating relative motion between the polishing pad and the substrate while the contact area of the polishing pad is in contact with the upper surface of the substrate, the relative motion having the orbital radius not greater than a diameter of the polishing pad including said orbital motion; and
maintaining the polishing pad in the fixed angular orientation with respect to the substrate during the orbital motion;
Chemical mechanical polishing method.
상기 궤도 운동 동안, 상기 기판을 고정된 측방향 포지션에 홀딩시키는 단계를 포함하는,
화학적 기계적 연마 방법.19. The method of claim 18,
holding the substrate in a fixed lateral position during the orbital motion;
Chemical mechanical polishing method.
상기 궤도 운동의 순간 속도의 5%보다 크지 않은 속도로 상기 궤도 운동 동안 상기 기판에 걸쳐 측방향으로 상기 연마 패드를 스위핑(sweep)시키는 단계를 더 포함하는,
화학적 기계적 연마 방법.20. The method of claim 19,
sweeping the polishing pad laterally across the substrate during the orbital motion at a rate not greater than 5% of the instantaneous velocity of the orbital motion;
Chemical mechanical polishing method.
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