KR102535628B1 - 화학적 기계적 연마를 위한 조직화된 소형 패드 - Google Patents

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Abstract

화학적 기계적 연마 시스템은 기판을 유지하도록 구성되는 기판 지지체; 연마 표면을 갖는 연마 패드 부분 및 멤브레인을 포함하는 연마 패드 어셈블리; 연마 패드 캐리어; 및 기판 지지체와 연마 패드 캐리어 사이의 상대적 움직임을 야기하도록 구성되는 구동 시스템을 포함한다. 연마 패드 부분은 연마 표면에 반대되는 측 상에서 멤브레인에 접합된다. 연마 표면은, 기판의 직경의 적어도 4분의 1보다 더 작은, 연마 표면에 평행한 폭을 갖는다. 연마 패드 부분의 외부 표면은 연마 표면을 제공하는 최상부면을 갖는 적어도 하나의 고평탄부 및 적어도 하나의 함몰부를 포함한다. 연마 표면은 적어도 하나의 고평탄부의 최상부면과 적어도 하나의 함몰부의 측벽들 사이의 교차부에 의해 한정된 복수의 에지들을 갖는다.

Description

화학적 기계적 연마를 위한 조직화된 소형 패드{TEXTURED SMALL PAD FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING}
본 개시내용은 화학적 기계적 연마(CMP)에 관한 것이다.
집적 회로는 전형적으로 실리콘 웨이퍼 상에 전도체, 반도체 또는 절연체 층들을 순차적으로 퇴적함으로써 기판 상에 형성된다. 한 제조 단계는 비-평면 표면 위에 필러층을 퇴적하고 그 필러층을 평탄화하는 것을 포함한다. 특정 응용들에 있어서, 필러층은 패터닝된 층의 최상부면이 노출될 때까지 평탄화된다. 예를 들어, 전도체 필러층이 패터닝된 절연체 층 상에 퇴적되어, 절연체 층 내의 트렌치 또는 홀을 채울 수 있다. 평탄화 후에, 절연체 층의 상승된 패턴 사이에 남아있는 금속 층의 부분들은, 기판 상의 박막 회로들 사이의 전도성 경로들을 제공하는 비아, 플러그 및 라인을 형성한다. 산화물 연마와 같은 다른 응용에 있어서, 필러층은 비-평면 표면 위에 미리 결정된 두께가 남을 때까지 평탄화된다. 추가로, 통상적으로 포토리소그래피를 위해서는 기판 표면의 평탄화가 요구된다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 인정되는 평탄화 방법 중 하나이다. 이 평탄화 방법은 전형적으로 기판이 캐리어 또는 연마 헤드 상에 탑재될 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 전형적으로 회전 연마 패드에 맞닿아 놓인다. 캐리어 헤드는 기판 상에 제어가능한 로드를 제공하여, 기판을 연마 패드 쪽으로 민다. 통상적으로는, 연마성 연마 슬러리가 연마 패드의 표면에 공급된다.
본 개시내용은 연마될 기판보다 더 작은 조직화된 연마 패드를 제공한다.
일 양태에서, 화학적 기계적 연마 시스템은 연마 작동 동안 기판을 유지하도록 구성된 기판 지지체; 멤브레인 및 연마 표면을 갖는 연마 패드 부분을 포함하는 연마 패드 어셈블리; 연마 패드 어셈블리를 유지하고 연마 표면을 기판에 대해 누르기 위한 연마 패드 캐리어; 및 기판 지지체와 연마 패드 캐리어 사이의 상대적 움직임을 야기하도록 구성되는 구동 시스템을 포함한다. 연마 패드 부분은 연마 표면에 반대되는 측 상에서 멤브레인에 접합된다. 연마 표면은, 기판의 직경의 적어도 4분의 1보다 더 작은, 연마 표면에 평행한 폭을 갖는다. 연마 패드 부분의 외부 표면은 연마 표면을 제공하는 최상부면을 갖는 적어도 하나의 고평탄부 및 적어도 하나의 함몰부를 포함한다. 연마 표면은 적어도 하나의 고평탄부의 최상부면과 적어도 하나의 함몰부의 측벽들 사이의 교차부들에 의해 한정된 복수의 에지들을 갖는다.
구현예들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 함몰부는 제1 복수의 평행 홈들을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 함몰부는 제1 복수의 홈들에 대해 수직인 제2 복수의 평행 홈들을 포함할 수 있다. 제1 복수의 평행 홈들은 정확히 2개 내지 6개의 홈들일 수 있고, 제2 복수의 홈들은 동일한 개수의 홈들일 수 있다.
멤브레인 및 연마 패드 부분은 일체형 바디일 수 있거나, 연마 패드 부분이 접착제에 의해 멤브레인에 고정될 수 있다. 멤브레인은 더 적은 가요성을 갖는 제2 부분에 의해 둘러싸인 제1 부분을 포함할 수 있고, 연마 패드 부분은 제1 부분에 접합될 수 있다.
다른 양태에서, 연마 패드 어셈블리는 연마 작동 동안 기판과 접촉하기 위한 연마 표면을 갖는 원형 연마 패드 부분 및 원형 멤브레인을 포함한다. 연마 패드 부분은 멤브레인의 직경의 적어도 5분의 1보다 더 작은 직경을 가질 수 있다. 연마 패드 부분은 원형 멤브레인의 대략 중심에 위치될 수 있다. 연마 패드 부분의 상부 표면은, 연마 표면을 제공하는 최상부면을 갖는 하나 이상의 고평탄부 및 하나 이상의 함몰부를 포함할 수 있다. 연마 표면은 하나 이상의 고평탄부의 최상부면과 하나 이상의 함몰부의 측벽들 사이의 교차부들에 의해 한정된 복수의 에지들을 가질 수 있다.
구현예들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
하나 이상의 함몰부는 제1 복수의 평행 홈들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 함몰부는 제1 복수의 홈들에 대해 수직인 제2 복수의 평행 홈들을 포함할 수 있다. 제1 복수의 평행 홈들은 정확히 2개 내지 6개의 홈들일 수 있고, 제2 복수의 홈들은 동일한 개수의 홈들일 수 있다.
하나 이상의 함몰부는, 연마 패드 부분의 원형 경계로부터 내측으로 방사상으로 연장되는 복수의 함몰부들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 함몰부는 복수의 동심 환형 홈들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 고평탄부는 복수의 분리된 돌출부들을 포함할 수 있다. 돌출부들은 원형일 수 있다. 돌출부들은 갭들에 의해 분리될 수 있고, 고평탄부들의 연마 패드 표면에 평행한 방향으로의 폭은, 인접한 고평탄부들 간의 갭들의 폭의 약 1 내지 5배이다. 하나 이상의 고평탄부는 상호 연결된 직사각형 그리드를 포함할 수 있다.
멤브레인 및 연마 패드 부분은 일체형 바디일 수 있거나, 연마 패드 부분이 접착제에 의해 멤브레인에 고정될 수 있다.
다른 양태에서, 연마 패드 어셈블리는 연마 작동 동안 기판과 접촉하기 위한 연마 표면을 갖는 볼록한 다각형 연마 패드 부분 및 멤브레인을 포함한다. 연마 패드 부분은 멤브레인의 폭의 적어도 5분의 1보다 더 작은 폭을 갖는다. 연마 패드 부분은 원형 멤브레인의 대략 중심에 위치된다. 연마 패드 부분의 상부 표면은, 연마 표면을 제공하는 최상부면을 갖는 하나 이상의 고평탄부 및 하나 이상의 함몰부를 포함한다. 연마 표면은 하나 이상의 고평탄부의 최상부면과 하나 이상의 함몰부의 측벽들 사이의 교차부들에 의해 한정된 복수의 에지들을 갖는다.
장점들은 임의로, 이하의 내용 중 하나 이상을(그러나 이에 제한되지는 않음) 포함할 수 있다.
비-동심 연마 균일성을 보상하기 위해, 예를 들어, 궤도 운동을 겪는 소형 패드가 이용될 수 있다. 궤도 운동은 연마되도록 요구되지 않는 영역들에 패드가 겹쳐지는 것을 회피하면서, 허용가능한 연마율을 제공할 수 있고, 그에 따라 기판 균일성을 개선한다. 부가적으로, 회전에 대조적으로, 기판에 대한 연마 패드의 고정된 배향을 유지하는 궤도 운동은 연마 중인 영역에 걸쳐 더 균일한 연마율을 제공할 수 있다.
패드의 조직화는 증가된 연마율을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 양태들, 특징들, 및 이점들은 설명 및 도면으로부터, 그리고 청구항들로부터 분명해질 것이다.
도 1은 연마 시스템의 개략적인 측단면도이다.
도 2는 기판 상의 연마 패드 부분의 로딩 영역을 도시하는 개략적인 상부도이다.
도 3a - 도 3e는 연마 패드 어셈블리의 개략적인 단면도들이다.
도 4a는 연마 패드 어셈블리의 연마 표면의 개략적인 하부도이다.
도 4b는 연마 패드 어셈블리의 개략적인 하부도이다.
도 5a는 연마 패드 어셈블리의 연마 패드 부분의 개략적인 하부도이다.
도 5b - 도 5g는 연마 패드 어셈블리의 연마 패드 부분의 개략적인 사시도이다.
도 6은 연마 패드 캐리어의 개략적인 단면도이다.
도 7은 고정된 각도 배향을 유지하면서 궤도 내에서 이동하는 연마 패드 부분을 도시하는 개략적인 상부 단면도이다.
도 8은 연마 시스템의 연마 패드 캐리어 및 구동 트레인 시스템의 개략적인 측단면도이다.
다양한 도면들 내의 유사한 참조 부호는 유사한 요소를 나타낸다.
1. 서론
일부 화학적 기계적 연마 프로세스들은 기판의 표면에 걸쳐 두께 불균일을 야기한다. 예를 들어, 벌크 연마 프로세스는 기판 상에 과소연마된 영역들을 야기할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 벌크 연마 후에, 과소연마된 기판의 부분들 상에 집중되는 "터치-업" 연마 프로세스를 수행하는 것이 가능하다.
일부 벌크 연마 프로세스들은 과소연마된 국소적인 비-동심 및 불균일 스폿들을 야기한다. 기판의 중심에 대해 회전하는 연마 패드는 불균일성의 동심 링들을 보상할 수 있지만, 국소적인 비-동심 및 불균일 스폿들은 해결하지 못할 수 있다. 그러나, 비-동심 연마 불균일을 보상하기 위해, 궤도 운동을 겪는 소형 패드가 이용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 기판의 국소적인 영역들을 연마하기 위한 연마 장치(100)는 기판(10)을 유지하기 위한 기판 지지체(105), 및 연마 패드 부분(200)을 유지하기 위한 이동가능한 연마 패드 캐리어(300)를 포함한다. 연마 패드 부분(200)은 연마 중인 기판(10)의 반경보다 작은 직경을 갖는 연마 표면(220)을 포함한다. 예를 들어, 연마 패드 부분(200)의 직경은 기판(10)의 직경의 적어도 2분의 1, 예를 들어 적어도 4분의 1, 예를 들어 적어도 10분의 1, 예를 들어 적어도 20분의 1보다 더 작을 수 있다.
연마 패드 캐리어(300)는 연마 작동 동안 기판(10)에 대한 연마 패드 캐리어(300)의 움직임을 제공할 연마 구동 시스템(500)에 매달려진다. 연마 구동 시스템(500)은 지지 구조물(550)에 매달려질 수 있다.
일부 구현예들에서, 위치지정 구동 시스템(560)은 기판 지지체(105) 및/또는 연마 패드 캐리어(300)에 연결된다. 예를 들어, 연마 구동 시스템(500)은 위치지정 구동 시스템(560)과 연마 패드 캐리어(300) 사이의 연결을 제공할 수 있다. 위치지정 구동 시스템(560)은 패드 캐리어(300)를 기판 지지체(105) 위의 요구되는 횡방향 위치에 위치시키도록 작동가능하다.
예를 들어, 지지 구조물(550)은 2개의 선형 액추에이터(562 및 564)를 포함할 수 있고, 그러한 선형 액추에이터들은 위치지정 구동 시스템(560)을 제공하기 위해, 기판 지지체(105)에 걸친 2개의 수직한 방향으로의 움직임을 제공하도록 배향된다. 대안적으로, 기판 지지체(105)가 2개의 선형 액추에이터에 의해 지지될 수 있다. 대안적으로, 기판 지지체(105)는 하나의 선형 액추에이터에 의해 지지될 수 있고, 연마 패드 캐리어(300)는 다른 선형 액추에이터에 의해 지지될 수 있다. 대안적으로, 기판 지지체(105)는 회전가능할 수 있고, 연마 패드 캐리어(300)는 반경 방향을 따르는 움직임을 제공하는 단일 선형 액추에이터에 매달려질 수 있다. 대안적으로, 연마 패드 캐리어(300)는 회전 액추에이터에 매달려질 수 있고, 기판 지지체(105)는 회전 액추에이터와 함께 회전가능할 수 있다. 대안적으로, 지지 구조물(550)은 기판 지지체(105) 측에 벗어나서 위치된 베이스에 피벗가능하게 부착된 암일 수 있고, 기판 지지체(105)는 선형 또는 회전 액추에이터에 의해 지지될 수 있다.
임의로, 수직 액추에이터는 기판 지지체(105) 및/또는 연마 패드 캐리어(300)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지체(105)는 기판 지지체(105)를 상승 또는 하강시킬 수 있는 수직 구동가능한 피스톤(506)에 연결될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 수직 구동가능한 피스톤은 전체 연마 패드 캐리어(300)를 상승 또는 하강시키도록 위치지정 시스템(500)에 포함될 수 있다.
연마 장치(100)는 연마성 슬러리와 같은 연마 액체(62)를 유지하기 위한 저장소(60)를 임의로 포함한다. 위에서 논의된 바와 같이, 일부 구현예들에서, 슬러리는 연마 패드 캐리어(300)를 통해, 연마될 기판(10)의 표면(12) 상에 공급된다. 도관(64), 예를 들어 가요성 튜빙은 연마 유체를 저장소(60)로부터 연마 패드 캐리어(300)에 이송하기 위해 이용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 장치는 연마 액체를 공급하기 위한 별도의 포트(66)를 포함할 수 있다. 연마 장치(100)는 또한 연마 패드(200)를 일관된 연마 상태로 유지하기 위해 연마 패드(200)를 연삭하기 위한 연마 패드 컨디셔너를 포함할 수 있다. 저장소(60)는 도관(64)을 통해 제어가능한 속도로 연마 액체를 공급하기 위한 펌프를 포함할 수 있다.
연마 장치(100)는 세정 유체의 소스(70), 예를 들어 저장소 또는 공급 라인을 포함할 수 있다. 세정 유체는 탈이온수일 수 있다. 도관(72), 예를 들어 가요성 튜빙은 연마 유체를 소스(70)로부터 연마 패드 캐리어(300)에 이송하기 위해 이용될 수 있다.
연마 장치(100)는 연마 패드 캐리어(300)의 내부에 제어가능한 압력을 인가하기 위해, 제어가능한 압력 소스(80), 예를 들어 펌프를 포함한다. 압력 소스(80)는 가요성 튜빙과 같은 도관(82)에 의해 연마 패드 캐리어(300)에 연결될 수 있다.
저장소(60), 세정 유체 소스(70), 및 제어가능한 압력 소스(80) 각각은 지지 구조물(555) 상에, 또는 연마 장치(100)의 다양한 컴포넌트들을 유지하는 별도의 프레임 상에 장착될 수 있다.
작동 시에, 기판(10)은 예를 들어 로봇에 의해 기판 지지체(105)에 로딩된다. 일부 구현예들에서, 위치지정 구동 시스템(560)은, 기판(10)이 로딩될 때 연마 패드 캐리어(300)가 기판 지지체(105) 바로 위에 있지 않도록 연마 패드 캐리어(300)를 이동시킨다. 예를 들어, 지지 구조물(550)이 피벗가능한 암이라면, 그 암은 기판 로딩 동안 연마 패드 캐리어(300)가 기판 지지체(105) 측으로부터 벗어나도록 스윙할 수 있다.
다음으로, 위치지정 구동 시스템(560)은 연마 패드 캐리어(300) 및 연마 패드(200)를 기판(10) 상의 요구되는 위치에 위치시킨다. 연마 패드(200)는 기판(10)에 접촉하게 된다. 예를 들어, 연마 패드 캐리어(300)는 연마 패드(200)를 작동시켜, 연마 패드를 기판(10) 상으로 내리누를 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 수직 액추에이터는 전체 연마 패드 캐리어(300)를 하강시키고/거나 기판 지지체를 상승시켜 기판(10)에 접촉하게 될 수 있다. 연마 구동 시스템(500)은 연마 패드 캐리어(300)와 기판 지지체(105) 사이의 상대적인 움직임을 발생시켜, 기판(10)의 연마를 야기한다.
연마 작동 동안, 위치지정 구동 시스템(560)은 연마 구동 시스템(500) 및 기판(10)을 서로에 대해 실질적으로 고정시켜 유지할 수 있다. 예를 들어, 위치지정 시스템은 연마 구동 시스템(500)을 기판(10)에 대해 정지상태로 유지할 수 있거나, 연마 구동 시스템(500)을 연마될 영역에 걸쳐 (연마 구동 시스템(500)에 의해 기판(10)에 제공되는 움직임에 비해) 천천히 스윕할 수 있다. 예를 들어, 위치지정 구동 시스템(560)에 의해 기판(10)에 제공되는 순간 속도는 연마 구동 시스템(500)에 의해 기판(10)에 제공되는 순간 속도의 5% 미만, 예를 들어 2% 미만일 수 있다.
연마 시스템은 또한 제어기(90), 예를 들어 프로그래밍가능한 컴퓨터를 포함한다. 제어기는 중앙 처리 유닛(91), 메모리(92), 및 지원 회로들(93)을 포함할 수 있다. 제어기(90)의 중앙 처리 유닛(91)은, 제어기가 환경 및 요구되는 연마 파라미터들에 기초하여 입력을 수신하고 다양한 액추에이터들 및 구동 시스템들을 제어하는 것을 허용하도록, 지원 회로들(93)을 통해 메모리(92)로부터 로딩된 명령어들을 실행한다.
2. 기판 지지체
도 1을 참조하면, 기판 지지체(105)는 연마 패드 캐리어(300) 아래에 위치된 평판 형상 바디이다. 바디의 상부 표면(128)은 처리될 기판을 수용하기에 충분히 큰 로딩 영역을 제공한다. 예를 들어, 기판은 200 내지 450mm 직경의 기판일 수 있다. 기판 지지체(105)의 상부 표면(128)은 기판(10)의 후면 표면(즉, 연마되고 있지 않은 표면)에 접촉하고, 그 위치를 유지한다.
기판 지지체(105)는 기판(10)과 거의 동일한 반경이거나, 그보다 더 크다. 일부 구현예들에서, 기판 지지체(105)는 기판보다 약간, 예를 들어 기판 직경의 1-2%만큼 더 좁다. 이 경우, 지지체(105) 상에 배치될 때, 기판(10)의 에지는 지지체(105)의 에지보다 약간 돌출된다. 이것은 에지 그립 로봇이 기판을 지지체 상에 배치하기 위한 여유공간을 제공할 수 있다. 일부 구현예들에서, 기판 지지체(105)는 예를 들어 기판 직경의 1-10%만큼 기판보다 더 넓다. 어느 경우에서든, 기판 지지체(105)는 기판의 후면측 표면의 대부분과 접촉할 수 있다.
일부 구현예들에서, 기판 지지체(105)는 클램프 어셈블리(111)로 연마 작동 동안의 기판(10) 위치를 유지한다. 예를 들어, 클램프 어셈블리(111)는 기판 지지체(105)가 기판(10)보다 넓은 곳에 있을 수 있다. 일부 구현예들에서, 클램프 어셈블리(111)는 기판(10)의 최상부면의 림에 접촉하는 단일 환형 클램프 링(112)일 수 있다. 대안적으로, 클램프 어셈블리(111)는 기판(10)의 대향 측들 상에서 최상부면의 림에 접촉하는 2개의 호 형상 클램프(112)를 포함할 수 있다. 클램프 어셈블리(111)의 클램프들(112)은 하나 이상의 액추에이터(113)에 의해, 기판의 림과 접촉하도록 하강될 수 있다. 클램프의 하향력은 기판이 연마 작동 동안 횡방향으로 이동하는 것을 억제한다. 일부 구현예들에서, 클램프(들)는 기판의 외부 에지를 둘러싸는 돌출 플랜지(114)를 하향으로 포함한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 기판 지지체(105)는 진공 척이다. 이 경우, 기판(10)에 접촉하는 지지체(105)의 최상부면(128)은 지지체(105) 내의 하나 이상의 통로(126)에 의해 펌프와 같은 진공 소스(124)에 연결되는 복수의 포트(122)를 포함한다. 작동 시에, 공기는 진공 소스(124)에 의해 통로들(126)로부터 배기될 수 있고, 따라서 기판 지지체(105) 상에서 기판(10)을 제자리에 유지하기 위해 포트들(122)을 통한 흡입을 적용한다. 진공 척은 기판 지지체(105)가 기판(10)보다 넓거나 또는 좁은지에 관계없이 사용될 수 있다.
일부 구현예들에서, 기판 지지체(105)는 연마 동안 기판(10)을 환상으로 둘러싸는 리테이너를 포함한다. 위에서 설명된 다양한 기판 지지 피처들은 임의로 서로와 결합될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지체는 진공 척 및 리테이너 둘 다를 포함할 수 있다.
3. 연마 패드
도 1 및 도 2를 참조하면, 연마 패드 부분(200)은 연마 동안, 로딩 영역이라고도 지칭되는 접촉 영역에서 기판(10)과 접촉하게 되는 연마 표면(220)을 갖는다. 연마 표면(220)은 기판(10)의 반경보다 작은 직경인 최대 횡방향 치수(D)를 가질 수 있다. 예를 들어, 연마 패드의 최대 횡방향 직경은 기판의 직경의 약 5-10%일 수 있다. 예를 들어, 직경이 200mm 내지 300mm 범위인 웨이퍼에 대해, 연마 패드 표면(220)은 2-30mm, 예를 들어 3-10mm, 예를 들어 3-5mm의 최대 횡방향 치수를 가질 수 있다. 더 작은 패드들은 더 큰 정밀도를 제공할 수 있지만, 사용하기에 더 느리다.
연마 패드 부분(200)(및 연마 표면(220))의 횡방향 단면 형상, 즉 연마 표면(220)에 평행한 단면은 거의 모든 형상, 예를 들어 원형, 정사각형, 타원형, 또는 원형 호일 수 있다.
도 1 및 도 3a - 도 3d를 참조하면, 연마 패드 부분(200)은 연마 패드 어셈블리(240)를 제공하도록 멤브레인(250)에 접합된다. 아래에 논의되는 바와 같이, 멤브레인(250)의 에지들(254)이 수직으로 정지상태로 남아있는 동안, 연마 패드 부분(200)이 접합되는 멤브레인(250)의 중심 영역(252)이 수직 편향을 겪을 수 있도록, 멤브레인(250)은 굴곡되도록 구성된다.
멤브레인(250)은 연마 패드 부분(200)의 최대 횡방향 치수(D)보다 큰 횡방향 치수(L)를 갖는다. 멤브레인(250)은 연마 패드 부분(200)보다 얇을 수 있다. 연마 패드 부분(200)의 측벽들(202)은 멤브레인(250)에 실질적으로 수직하게 연장될 수 있다.
일부 구현예들에서, 예를 들어 도 3a에 도시된 바와 같이, 연마 패드 부분(200)의 최상부는 접착제(260)에 의해 멤브레인(250)의 최하부에 고정된다. 접착제는 에폭시, 예를 들어 UV 경화 에폭시일 수 있다. 이 경우, 연마 패드 부분(200)과 멤브레인(250)은 별개로 제조된 다음, 함께 접합될 수 있다.
일부 구현예들에서, 예를 들어 도 3b에 도시된 바와 같이, 멤브레인(250) 및 연마 패드 부분(200)을 포함하는 연마 패드 어셈블리는 예를 들어 균질 조성의 단일의 일체형 바디이다. 예를 들어, 전체 연마 패드 어셈블리(240)는 상보적 형상을 갖는 몰드 내에서 사출 성형에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 연마 패드 어셈블리(240)는 블록으로 형성된 다음, 멤브레인(250)에 대응하는 섹션을 박형화하도록 머시닝될 수 있다.
연마 패드 부분(200)은 화학적 기계적 연마 동안 기판에 접촉하기에 적합한 재료일 수 있다. 예를 들어, 연마 패드 재료는 폴리우레탄, 예를 들어 미소공성 폴리우레탄, 예를 들어 IC-1000 재료를 포함할 수 있다.
멤브레인(250) 및 연마 패드 부분(200)이 별개로 형성되는 경우, 멤브레인(250)은 연마 패드 재료보다 더 연성일 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(250)은 약 60-70 쇼어 D의 경도를 가질 수 있는 반면, 연마 패드 부분(200)은 약 80-85 쇼어 D의 경도를 가질 수 있다.
대안적으로, 멤브레인(250)은 연마 패드 부분(200)에 비해 더 가요성이지만 덜 압축가능할 수 있다. 예를 들어, 멤브레인은 가요성 폴리머, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있다.
멤브레인(250)은 연마 패드 부분(200)과는 다른 재료로 형성될 수 있거나, 본질적으로 동일한 재료로 형성되지만 상이한 가교결합도 또는 중합도를 가질 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(250) 및 연마 패드 부분(200) 둘 다가 폴리우레탄일 수 있지만, 멤브레인(250)은 연마 패드 부분(200)보다 더 연성이도록 덜 경화될 수 있다.
일부 구현예들에서, 예를 들어 도 3c에 도시된 바와 같이, 연마 패드 부분(200)은 상이한 조성의 2개 이상의 층, 예를 들어 연마 표면(220)을 갖는 연마 층(210), 및 멤브레인(250)과 연마 층(210) 사이의 더 압축가능한 백킹 층(212)을 포함할 수 있다. 임의로, 연마 층(210)을 백킹 층(212)에 고정하기 위해, 중간 접착제 층(216), 예를 들어 감압성 접착제 층이 이용될 수 있다.
상이한 조성의 복수의 층을 갖는 연마 패드 부분은 도 3b에 도시된 구현예에도 적용가능하다. 이 경우, 멤브레인(250) 및 백킹 층(212)은 예를 들어 균질 조성의, 단일의 일체형 바디일 수 있다. 따라서, 멤브레인(250)은 백킹 층(212)의 일부분이다.
일부 구현예들에서, 도 3d에 도시된 바와 같이(그러나, 도 3b 및 도 3c에 도시된 구현예들에도 적용가능함), 연마 패드 부분(200)의 최하부면은 연마 작동 동안 슬러리의 이송을 허용하는 함몰부들(224)을 포함할 수 있다. 함몰부들(224)은 연마 패드 부분(200)의 깊이보다 얕을 수 있다(예를 들어, 연마 층(210)보다 얕을 수 있음).
일부 구현예들에서, 예를 들어 도 3e에 도시된 바와 같이(그러나, 도 3b - 도 3e에 도시된 구현예들에도 적용가능함), 멤브레인(250)은 중심 섹션(252) 주위의 박형화된 섹션(256)을 포함한다. 박형화된 섹션(256)은 둘러싸는 부분(258)보다 얇다. 이것은 인가되는 압력 하에서 더 큰 수직 편향을 허용하도록 멤브레인(200)의 가요성을 증가시킨다.
멤브레인(250)의 경계(254)는 연마 패드 캐리어(300)에 대한 밀봉을 개선하기 위해 두껍게 된 림 또는 다른 피쳐들을 포함할 수 있다.
연마 표면(220)의 횡방향 단면 형상에 대해 다양한 기하형상들이 가능하다. 도 4a를 참조하면, 연마 패드 부분(200)의 연마 표면(220)은 원형 영역일 수 있다.
도 1을 참조하면, 멤브레인(250)의 최대 횡방향 치수는 기판 지지체(105)의 최소 횡방향 치수보다 작다. 마찬가지로, 멤브레인(250)의 최대 횡방향 치수는 기판(10)의 최소 횡방향 치수보다 작다.
도 4b를 참조하면, 멤브레인(250)은 연마 패드 부분(200)의 모든 측들에서 연마 패드 부분(200)의 외부 측벽들(202)을 넘어서 연장된다. 연마 패드 부분(200)은 멤브레인(250)의 2개의 가장 가까운 대향 에지로부터 등거리에 있을 수 있다. 연마 패드 부분(200)은 멤브레인(250)의 중심에 위치될 수 있다.
멤브레인(250)의 최소 횡방향 치수는 연마 패드 부분의 대응하는 횡방향 치수보다 약 5 내지 50배 더 클 수 있다. 멤브레인(250)의 최소 (횡방향) 둘레 치수는 약 260mm 내지 300mm일 수 있다. 일반적으로, 멤브레인(250)의 크기는 멤브레인의 가요성에 의존하고; 크기는 멤브레인의 중심이 요구되는 압력에서 요구되는 양의 수직 편향을 겪도록 선택될 수 있다. 연마 패드 부분(200)은 약 5 내지 20mm의 직경을 가질 수 있다. 멤브레인(250)은 연마 패드 부분(200)의 직경의 약 4 내지 20배의 직경을 가질 수 있다.
패드 부분(200)은 약 0.5 내지 7mm, 예를 들어 약 2mm의 두께를 가질 수 있다. 멤브레인(250)은 약 0.125 내지 1.5mm, 예를 들어 약 0.5mm의 두께를 가질 수 있다.
멤브레인(250)의 경계(259)는 연마 패드 부분의 경계를 대체로 모방할 수 있다. 예를 들어, 도 4b에 도시된 바와 같이, 연마 패드 부분(200)이 원형인 경우, 멤브레인(250)은 마찬가지로 원형일 수 있다. 그러나, 멤브레인(250)의 경계(259)는 예리한 코너들을 포함하지 않도록 매끄럽게 만곡될 수 있다. 예를 들어, 연마 패드 부분(200)이 정사각형인 경우, 멤브레인(250)은 둥근 코너들을 갖는 정사각형, 또는 스퀘어클일 수 있다.
도 5a - 도 5f를 참조하면, 연마 패드 부분(200)의 연마 표면(220)은 조직화될 수 있는데, 예를 들어, 함몰부들(224)을 포함할 수 있다. 일부 구성들에서, 함몰부들(224)은 연마율을 증가시킬 수 있다. 임의의 특정 이론에 제한되지 않고, 소형 연마 패드로 연마할 때, 연마율은 "에지들", 즉, 결과적인 고평탄부들의 수평 표면들과 함몰부들의 수직 측 표면들 사이의 교차부들의 개수에 의해 영향받을 수 있다. 더 큰 패드들(즉, 기판보다 더 큰 패드들)에서 홈들이 사용될 수 있지만, 소형 패드의 거리 규모에서, 슬러리 분배는 덜 고려될 수 있다. 예를 들어, 연마 패드의 조면화된 표면은 슬러리를 소형 패드의 거리 규모로 충분히 분배할 수 있으므로, 슬러리 분배를 위해 홈들이 필수적이지 않을 수 있다.
도 5a를 참조하면, 일부 구현예들에서, 연마 표면을 분리된 고평탄부들(230)로 분할하는 복수의 홈들에 의해 함몰부(224)가 제공된다. 예를 들어, 홈들은 제1 복수의 평행 홈들(240), 및 제1 복수의 홈들에 대해 수직인 제2 복수의 평행 홈들(242)을 포함할 수 있다. 따라서, 홈들은, 직사각형의 개별 분리된 고평탄부들(224)(고평탄부들이 연마 패드 부분의 에지(202)에 의해 세단된 곳 제외)에 의해, 상호 연결된 직사각형 그리드, 예를 들어, 정사각형 그리드를 형성한다. 제1 복수의 홈들을 위해 단지 몇 개의 홈들, 예를 들어, 2개 내지 6개의 홈들이 존재할 수 있고, 유사하게, 제2 복수의 홈들을 위해 2개 내지 6개의 홈들이 존재할 수 있다. 홈들의 (연마 패드 표면(220)에 평행한 방향의) 폭 대 홈들의 피치의 비율은 약 1:2.5 내지 1:4일 수 있다. 홈들(240, 242)은 약 0.4 내지 2mm, 예를 들어 약 0.8 mm 폭일 수 있고, 약 2-6 mm, 예를 들어 약 2.5 mm의 피치를 가질 수 있다.
도 5b를 참조하면, 일부 구현예들에서, 함몰부들(224)은 연마 패드 부분(200)의 원형 경계(P)로부터 내측으로 방사상으로 연장된다. 함몰부들(224)은 경계(P)로부터 중심(C)으로 오직 부분적으로만, 예를 들어, 패드 반경의 20-80 %만큼만 연장될 수 있다. 결과적인 연마 패드 표면(220)은, 함몰부들이 없는 중심 영역(234), 및 중심 영역(234)으로부터 외측으로 연장되는 복수의 구획부들(236)을 포함하는 단일 고평탄부(232)를 포함한다. 중심 영역(234)은 원형일 수 있다. 연마 패드 부분(200)은 6개 내지 30개의 방사상으로-연장되는 구획부들(236)을 포함할 수 있다. 함몰부들(224)은, 구획부들(236)이 자신들의 방사상 길이를 따라 실질적으로 균일한 폭을 가질 수 있도록 구성될 수 있다. 경계(P)에서의 구획부들(236)의 단부들은 둥근 형상일 수 있다.
도 5c를 참조하면, 일부 구현예들에서, 함몰부들(224)은 동심 원형 홈들이다. 결과적인 연마 패드 표면(220)은 복수의 동심 원형 고평탄부들(232)에 의해 형성된다. 고평탄부들(232)은 연마 패드 부분(200)의 반경을 따라 균일하게 이격될 수 있다. 3개 내지 20개의 고평탄부들(232)이 존재할 수 있다. 원형 고평탄부들(232)의 폭은 약 1-5 mm일 수 있고, 함몰부들(224)의 폭은 약 0.5-3 mm일 수 있다.
도 5d를 참조하면, 일부 구현예들에서, 연마 패드 부분(200)의 하부 부분으로부터의 복수의 분리된 돌출부들(232)에 의해 연마 표면(220)이 제공되고; 함몰부(224)는 돌출부들(232) 사이에 갭을 제공한다. 각각의 돌출부는, 임의의 다른 고평탄부에 의해 둘러싸이지 않은, 그 자신의 고평탄부를 제공한다. 개별 돌출부들은 원형일 수 있다. 돌출부들(232)은 연마 패드 부분(200)에 걸쳐 균일하게 퍼져있을 수 있다. 돌출부들(232)의 (연마 패드 표면(220)에 평행한 방향의) 폭은 인접한 돌출부들(232) 사이의 갭의 폭의 약 1배 내지 2배일 수 있다. 돌출부들(232)은 약 0.5-5 mm 폭일 수 있다. 인접한 돌출부들(232) 사이의 갭의 폭은 약 0.5-3 mm일 수 있다.
임의로, 중심 영역(230)은 하나 이상의 부가적인 함몰부, 예를 들어, 환형 고평탄부(236)를 한정하는 원형 함몰부를 포함할 수 있다. 대안적으로, 중심 영역(230)은 함몰부들 없이 형성될 수 있다. 대안적으로, 중심 영역(234)은 연마 패드 부분의 나머지와 동일한 패턴의 돌출부들을 가질 수 있다.
도 5e를 참조하면, 일부 구현예들에서, 함몰부들(224)은 연마 패드 부분(200)의 원형 경계(P)로부터 내측으로 방사상으로 연장된다. 함몰부들(224)은 경계(P)로부터 중심(C)으로 오직 부분적으로만, 예를 들어, 패드 반경의 20-80 %만큼만 연장될 수 있다. 함몰부들(224)은 자신들의 방사상 길이를 따라 균일한 폭을 가질 수 있다. 결과적인 연마 패드 표면(220)은, 함몰부들이 없는 중심 영역(234), 및 중심 영역(234)으로부터 외측으로 연장되는 복수의 구획부들(236)(인접한 함몰부들 사이의 영역들)을 포함하는 하나 이상의 고평탄부(232)를 포함한다. 특히, 결과적인 구획부들(236)은 일반적으로 삼각형이다.
함몰부들(224)은 정확히 방사상으로 연장될 필요는 없다. 예를 들어, 함몰부들(224)은, 중심(C) 및 경계(P)에 있는 함몰부의 단부를 통과하는 방사상 세그먼트로부터 약 10 내지 30˚의 각도(A)만큼 오프셋될 수 있다. 연마 패드 부분(200)은 6개 내지 30개의 방사상으로-연장되는 구획부들(236)을 포함할 수 있다. 중심 영역(234)은 하나 이상의 부가적인 함몰부, 예를 들어, 환형 홈(238)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 중심 영역(234)은 함몰부들 없이 형성될 수 있다.
도 5f를 참조하면, 일부 구현예들에서, 연마 표면을 분리된 고평탄부들로 분할하는 홈들 대신에, 고평탄부(232)가 연마 표면을 분리된 함몰부들로 분리시킨다. 예를 들어, 고평탄부는 제1 복수의 평행 벽들(246), 및 제2 복수의 평행 벽들(248)을 포함할 수 있다. 제2 복수의 벽들은 제1 복수의 벽들에 대해 수직일 수 있다. 예를 들어, 고평탄부(232)의 벽들(246, 248)은, 직사각형의 개별 분리된 함몰부들(224)에 의해, 상호 연결된 직사각형 그리드, 예를 들어, 정사각형 그리드를 형성할 수 있다. 이러한 구성을 "와플" 패턴으로 칭할 수 있다. 고평탄부(232)의 벽들(246, 248)은 연마 패드 부분(200)에 걸쳐 균일하게 이격될 수 있다. 벽들(246, 248)은 (연마 패드 표면(220)에 평행한 방향으로) 약 0.5-5 mm 폭일 수 있고, 벽들 사이의 함몰부의 폭은 약 0.3-4 mm일 수 있다.
부가적인 구획부(249)가 연마 패드 부분(200)의 경계(P)에 형성될 수 있다. 이 구획부(249)는, 함몰부들(224)이 연마 패드 부분(200)의 측벽으로 연장되지 않는 것을 보장하기 위해, 벽들(246, 248)의 나머지를 둘러싼다. 연마 패드 부분(200)이 원형이라고 가정하면, 유사하게 구획부(249)가 원형이다.
도 5g를 참조하면, 일부 구현예들에서, 연마 패드 부분(200)의 하부 부분으로부터의 복수의 분리된 돌출부들(232)에 의해 연마 표면(220)이 제공된다. 돌출부들(232)은 고평탄부들을 제공한다. 함몰부(224)는 돌출부들(232) 사이에 갭을 제공한다. 개별 돌출부들은 원형일 수 있다. 돌출부들(232)은 연마 패드 부분(200)에 걸쳐 균일하게 퍼져있을 수 있다. 돌출부들(232)의 (연마 패드 표면(220)에 평행한 방향의) 폭(W)은, 인접한 돌출부들(232) 사이의 갭의 폭(G)의 약 2배 내지 10배일 수 있다. 돌출부들(232)은 약 1-5 mm 폭일 수 있다.
위의 구현예들 각각에서, 연마 표면과 더 많은 구획부들의 측벽들 사이에 복수의 에지들이 한정된다. 부가적으로, 위의 구현예들 각각에서, 고평탄부들의 측벽들은 연마 표면에 대해 수직이다.
원형 경계를 갖는 연마 패드 부분들이 위에서 설명되었지만, 다른 형상들, 예를 들어, 다각형, 예컨대, 정사각형, 육각형 직사각형 경계들이 가능하다. 일반적으로, 경계는 볼록 형상을 형성할 수 있는데, 즉, 형상을 통해 그려진 임의의 선(에지 또는 코너에 접하지 않음)은 경계부와 정확히 두번 만난다.
설명된 구성들 중 일부는 종래의 기법들, 예를 들어, 제조된 연마 패드 내로 홈을 밀링 가공 또는 절삭 가공하는 것에 의해서는 실행 가능하게 제조되지 않는다. 그러나, 이러한 패턴들은 연마 패드 부분의 3D 프린팅에 의해 제조될 수 있다.
4. 연마 패드 캐리어
도 6을 참조하면, 연마 패드 어셈블리(240)는 연마 패드 부분(200) 상에 제어가능한 하향 압력을 제공하도록 구성된 연마 패드 캐리어(300)에 의해 유지된다.
연마 패드 캐리어는 케이싱(310)을 포함한다. 케이싱(310)은 연마 패드 어셈블리(240)를 대체로 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 케이싱(310)은 적어도 연마 패드 어셈블리(240)의 멤브레인(250)이 위치되는 내부 캐비티를 포함할 수 있다.
케이싱(310)은 또한 연마 패드 부분(200)이 그 안으로 연장되는 애퍼쳐(312)를 포함한다. 연마 패드(200)의 측벽들(202)은 예를 들어 약 0.5 내지 2mm의 폭(W)을 갖는 갭에 의해 애퍼쳐(312)의 측벽들(314)로부터 분리될 수 있다. 연마 패드(200)의 측벽들(202)은 애퍼쳐(312)의 측벽들(314)에 평행할 수 있다.
멤브레인(250)은 캐비티(320)에 걸쳐 연장되고, 캐비티(320)를 상부 챔버(322)와 하부 챔버(324)로 분할한다. 애퍼쳐(312)는 하부 챔버(324)를 외부 환경에 연결한다. 멤브레인(250)은 상부 챔버(322)를 밀봉할 수 있고, 그에 의해 상부 챔버는 가압가능하게 된다. 예를 들어, 멤브레인(250)이 유체 불침투성이라고 가정하면, 멤브레인(250)의 에지들(254)은 케이싱(310)에 클램핑될 수 있다.
일부 구현예들에서, 케이싱(310)은 상부 부분(330) 및 하부 부분(340)을 포함한다. 상부 부분(330)은 상부 챔버(322)를 둘러쌀 하향 연장 림(332)을 포함할 수 있고, 하부 부분(340)은 하부 챔버(324)를 둘러쌀 상향 연장 림(342)을 포함할 수 있다.
상부 부분(330)은, 예를 들어 상부 부분(330) 내의 홀들을 통해 하부 부분(340) 내의 스레드 수용 홀들 내로 연장되는 스크류들에 의해, 하부 부분(340)에 제거가능하게 고정될 수 있다. 부분들을 제거가능하게 고정할 수 있도록 하는 것은, 연마 패드 부분(200)이 마모된 때 연마 패드 어셈블리(240)가 제거되고 교체되는 것을 허용한다.
멤브레인(250)의 에지들(254)은 케이싱(310)의 상부 부분(330)과 하부 부분(340) 사이에 클램핑될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(250)의 에지들(254)은 상부 부분(330)의 림(332)의 최하부면(334)과 하부 부분(340)의 림(342)의 최상부면(344) 사이에서 압축된다. 일부 구현예들에서, 상부 부분(330) 또는 하부 부분(340) 중 어느 하나는 멤브레인(250)의 에지(254)를 수용하도록 형성된 함몰된 영역을 포함할 수 있다.
케이싱(310)의 하부 부분(340)은 림(342)으로부터 안쪽으로 수평 연장되는 플랜지 부분(350)을 포함한다. 하부 부분(340), 예를 들어 플랜지(350)는 애퍼쳐(312)의 영역을 제외하고 전체 멤브레인(250)에 걸쳐 연장될 수 있다. 이것은 연마 잔해물로부터 멤브레인(250)을 보호할 수 있고, 따라서 멤브레인(250)의 수명을 연장시킨다.
케이싱(310) 내의 제1 통로(360)는 도관(82)을 상부 챔버(322)에 연결한다. 이것은 압력 소스(80)가 챔버(322) 내의 압력을 제어하고, 그에 의해 멤브레인(250) 상의 하향 압력 및 멤브레인의 편향을 제어하며, 그에 의해 기판(10)에 대한 연마 패드 부분(200)의 압력을 제어하는 것을 허용한다.
일부 구현예들에서, 상부 챔버(322)가 정상 대기압에 있을 때, 연마 패드 부분(200)은 애퍼쳐(312)를 완전히 관통하여 연장되고, 케이싱(310)의 하부 표면(352)을 넘어서 돌출된다. 일부 구현예들에서, 상부 챔버(322)가 정상 대기압에 있을 때, 연마 패드 부분(200)은 애퍼쳐(312) 내로 부분적으로만 연장되고, 케이싱(310)의 하부 표면(352)을 넘어서 돌출되지 않는다. 그러나, 이러한 후자의 경우에서, 상부 챔버(322)에의 적절한 압력의 인가는, 연마 패드 부분(200)이 케이싱(310)의 하부 표면(352)을 넘어서 돌출되도록 멤브레인(250)이 편향되게 할 수 있다.
케이싱(310) 내의 임의적 제2 통로(362)는 도관(64)을 하부 챔버(324)에 연결한다. 연마 작동 동안, 슬러리(62)는 케이싱(310)의 하부 부분과 연마 패드 부분(200) 사이의 갭을 통해, 저장소(60)로부터 하부 챔버(324) 내로, 그리고 챔버(324) 밖으로 유동할 수 있다. 이것은 기판에 접촉하는 연마 패드의 부분들에 근접하여 슬러리가 제공되는 것을 허용한다. 결과적으로, 슬러리는 더 적은 분량으로 공급될 수 있고, 그에 따라 작동 비용을 감소시킨다.
케이싱(310) 내의 임의적 제3 통로(364)는 도관(72)을 하부 챔버(324)에 연결한다. 작동 시에, 예를 들어 연마 작동 후에, 세정 유체가 소스(70)로부터 하부 챔버(324) 내로 유동될 수 있다. 이것은 연마 유체가 예를 들어 연마 작동들 사이에서 하부 챔버(324)로부터 퍼징되는 것을 허용한다. 이것은 하부 챔버(324) 내에서의 슬러리의 응고를 방지할 수 있고, 따라서 연마 패드 어셈블리(240)의 수명을 개선하고 결함들을 감소시킨다.
케이싱(310)의 하부 표면(352), 예를 들어 플랜지(350)의 하부 표면은 연마 동안 기판(10)의 최상부면(12)에 실질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 플랜지(350)의 상부 표면(354)은 안쪽으로 측정할 때, 외부 상부 부분(330)으로부터 멀어지는 쪽으로 기울어지는 경사진 영역(356)을 포함할 수 있다. 이러한 경사진 영역(356)은 상부 챔버(322)가 가압될 때 멤브레인(250)이 내부 표면(354)에 접촉하지 않을 것을 보장하는 데에 도움이 될 수 있고, 따라서 멤브레인(250)이 연마 작동 동안 애퍼쳐(312)를 통한 슬러리(62)의 유동을 차단하지 않을 것을 보장하는 데에 도움이 될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 플랜지(350)의 상부 표면(354)은 채널들 또는 홈들을 포함할 수 있다. 멤브레인(250)이 상부 표면(354)에 접촉한다면, 슬러리는 채널들 또는 홈들을 통해 계속하여 유동할 수 있다.
도 3은 통로들(362 및 364)이 하부 부분(340)의 림(342)의 측벽에서 나오는 것으로 도시하지만, 다른 구성들이 가능하다. 예를 들어, 통로들(362 및 364) 중 하나 또는 둘 다는 플랜지(350)의 내부 표면(354)에서, 또는 심지어는 애퍼쳐(312)의 측벽(314) 내에서 나올 수 있다.
5. 구동 시스템, 및 패드의 궤도 운동
도 1, 7 및 8을 참조하면, 연마 구동 시스템(500)은 연마 작동 동안, 결합된 연마 패드 캐리어(300) 및 연마 패드 부분(200)을 궤도 운동으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 연마 구동 시스템(500)은 연마 작동 동안 연마 패드를 기판에 대해 고정된 각도 배향으로 유지하도록 구성될 수 있다.
도 7은 연마 패드 부분(200)의 초기 위치(P1)를 도시한다. 궤도를 통한 이동의 각각 1/4, 1/2, 및 3/4에서의 연마 패드 부분(200)의 추가 위치들(P2, P3, 및 P4)이 팬텀으로 도시되어 있다. 에지 마커(E)의 위치에 의해 도시된 바와 같이, 연마 패드는 궤도를 통한 이동 동안에 대해 고정된 각도 배향으로 남아있는다.
계속하여 도 7을 참조하면, 기판에 접촉하는 연마 패드 부분(200)의 궤도의 반경(R)은 연마 패드 부분(200)의 최대 횡방향 치수(D)보다 작을 수 있다. 일부 구현예들에서, 연마 패드 부분(200)의 궤도의 반경(R)은 접촉 영역의 최소 횡방향 치수보다 작다. 원형 연마 영역의 경우에서는, 직경(D)은 연마 패드 부분(200)의 최대 횡방향 치수이다. 예를 들어, 궤도의 반경은 연마 패드 부분(200)의 최대 횡방향 치수(D)의 약 5-50%, 예를 들어 5-20%일 수 있다. 20 내지 30mm 폭의 연마 패드 부분에 대해, 궤도의 반경은 1-6mm일 수 있다. 이것은 기판에 맞닿은 연마 패드 부분(200)의 접촉 영역에서 더 균일한 속도 프로파일을 달성한다. 바람직하게는, 연마 패드는 1,000 내지 5,000 rpm("revolutions per minute")의 속도로 궤도를 돌아야 한다.
도 1, 6 및 8을 참조하여, 연마 구동 시스템(500)의 구동 트레인은 단일 액추에이터(540), 예를 들어 회전 액추에이터로 궤도 운동을 달성할 수 있다. 원형 함몰부(334)는 케이싱(310)의 상부 표면(336) 내에, 예를 들어 상부 부분(330)의 최상부면 내에 형성될 수 있다. 함몰부(334)의 직경과 같거나 그보다 작은 직경을 갖는 원형 회전자(510)는 함몰부(334) 내부에 들어맞지만, 연마 패드 캐리어(300)에 대해 자유롭게 회전한다. 회전자(510)는 오프셋 구동 샤프트(520)에 의해 모터(530)에 연결된다. 모터(530)는 지지 구조물(355)에 매달려질 수 있고, 위치지정 구동 시스템(560)의 이동 부분에 부착되어 그와 함께 이동할 수 있다.
오프셋 구동 샤프트(520)는 축(524)에 대해 회전하는 모터(530)에 연결된 상부 구동 샤프트 부분(522)을 포함할 수 있다. 구동 샤프트(520)는 또한 상부 구동 샤프트(522)에 연결되지만 예를 들어 수평 연장된 부분(528)에 의해 상부 구동 샤프트(522)로부터 횡방향으로 오프셋되는 하부 구동 샤프트 부분(526)을 포함한다.
작동 시에, 상부 구동 샤프트(522)의 회전은 하부 구동 샤프트(526) 및 회전자(510)가 궤도를 돌면서 회전하게 한다. 케이싱(310)의 함몰부(334)의 내부 표면에 대한 회전자(510)의 접촉은 연마 패드 캐리어(300)가 유사한 궤도 운동을 겪을 것을 강제한다.
하부 구동 샤프트(526)가 회전자(510)의 중심에 연결된다고 가정하면, 하부 구동 샤프트(526)는 궤도의 요구되는 반경(R)을 제공하는 거리(S)만큼 상부 구동 샤프트(522)로부터 오프셋될 수 있다. 구체적으로, 오프셋이 하부 구동 샤프트(526)로 하여금 반경(S)을 갖는 원으로 회전하게 하고, 함몰부(344)의 직경은 T이며, 회전자의 직경은 U라고 가정하면, 다음과 같이 된다:
Figure 112022015641746-pat00001
복수의 회전 방지 링크들(550), 예를 들어 4개의 링크가 위치지정 구동 시스템(560)으로부터 연마 패드 캐리어(300)로 연장되어, 연마 패드 캐리어(300)의 회전을 방지한다. 회전 방지 링크들(550)은 연마 패드 캐리어(300) 및 지지 구조물(500) 내의 수용 홀들에 들어맞는 로드들일 수 있다. 로드들은 가요성이지만 일반적으로 늘어나지 않는 재료, 예를 들어 나일론으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 로드들은 연마 패드 캐리어(300)의 궤도 운동을 허용하지만 회전을 방지하기 위해 약간의 가요성을 가질 수 있다. 따라서, 회전자(510)의 움직임과 함께, 회전 방지 링크들(550)은 연마 패드 캐리어(300) 및 연마 패드 부분(200)의 궤도 운동을 달성하고, 여기서 연마 패드 캐리어(300)와 연마 패드 부분(200)의 각도 배향은 연마 작동 동안 변하지 않는다. 궤도 운동의 이점은 단순 회전보다 더 균일한 속도 프로파일, 및 그에 의한 더 균일한 연마이다. 일부 구현예들에서, 회전 방지 링크들(550)은 연마 패드 캐리어(300)의 중심 주위에서 동일한 각도 간격들로 이격될 수 있다.
일부 구현예들에서, 연마 구동 시스템 및 위치지정 구동 시스템은 동일한 컴포넌트들에 의해 제공된다. 예를 들어, 단일 구동 시스템은 패드 지지 헤드를 2개의 수직한 방향으로 이동시키도록 구성된 2개의 선형 액추에이터를 포함할 수 있다. 위치지정을 위해, 제어기는 액추에이터들이 패드 지지체를 기판 상의 요구되는 위치로 이동시키게 할 수 있다. 연마를 위해, 제어기는 예를 들어 2개의 액추에이터에 위상 오프셋된 사인파 신호들을 인가함으로써, 액추에이터들이 패드 지지체를 궤도 운동으로 이동시키게 할 수 있다.
일부 구현예들에서, 연마 구동 시스템은 2개의 회전 액추에이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 패드 지지체는 제1 회전 액추에이터에 매달려질 수 있고, 제1 회전 액추에이터는 차례로 제2 회전 액추에이터에 매달려진다. 연마 작동 동안, 제2 회전 액추에이터는 연마 패드 캐리어를 궤도 운동으로 스윕하는 암을 회전시킨다. 제1 회전 액추에이터는 연마 패드 어셈블리가 기판에 대해 실질적으로 고정된 각도 위치에 남아있으면서 궤도를 돌도록 회전 운동을 상쇄시키기 위해, 예를 들어 제2 회전 액추에이터에 반대되는 방향으로, 그러나 동일한 회전 속도로 회전한다.
6. 결론
기판 상의 불균일한 스폿의 크기는 그 스폿의 연마 동안의 로딩 영역의 이상적인 크기를 나타낼 것이다. 로딩 영역이 지나치게 크다면, 기판 상의 일부 영역들의 과소연마의 정정은 다른 영역들의 과다연마를 야기할 수 있다. 한편, 로딩 영역이 지나치게 작은 경우, 패드는 과소연마된 영역을 커버하도록 기판에 걸쳐 이동될 필요가 있을 것이고, 따라서 수율을 감소시킨다. 따라서, 이러한 구현은 로딩 영역이 스폿의 크기에 일치하는 것을 허용한다.
회전에 대조적으로, 기판에 대한 연마 패드의 고정된 배향을 유지하는 궤도 운동은 연마 중인 영역에 걸쳐 더 균일한 연마율을 제공한다.
본 명세서에서 사용될 때, 기판이라는 용어는 예를 들어 제품 기판(예를 들어 복수의 메모리 또는 프로세서 다이를 포함하는 것), 테스트 기판, 베어 기판, 또는 게이팅 기판을 포함할 수 있다. 기판은 집적 회로 제조의 다양한 스테이지들에 있을 수 있는데, 예를 들면 기판은 베어 웨이퍼일 수 있거나, 하나 이상의 퇴적된 및/또는 패터닝된 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다수의 실시예가 설명되었다. 그러나, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고서, 다양한 수정들이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 기판 지지체는 일부 실시예들에서 기판을 연마 패드에 대한 위치로 이동시킬 수 있는 자기 자신의 액추에이터를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 위에서 설명된 시스템은 기판이 실질적으로 고정된 위치에 유지되는 동안 연마 패드를 궤도 경로로 이동시키는 구동 시스템을 포함하지만, 그를 대신하여, 연마 패드가 실질적으로 고정된 위치에 유지되고 기판이 궤도 경로로 이동될 수 있다. 이러한 상황에서, 연마 구동 시스템은 유사할 수 있지만, 연마 패드 지지체가 아니라 기판 지지체에 결합될 수 있다.
대체로 원형인 기판이 가정되지만, 이것이 필수적이지는 않으며, 지지체 및/또는 연마 패드는 직사각형과 같은 다른 형상들일 수 있다(이 경우, "반경" 또는 "직경"의 논의는 일반적으로 주축을 따른 횡방향 치수에 적용됨).
상대적 위치의 용어들은 반드시 중력에 대한 것이 아니라, 시스템의 컴포넌트들의 서로에 대한 위치지정을 나타내기 위해 이용되며; 연마 표면과 기판은 수직 배향 또는 소정의 다른 배향으로 유지될 수 있음을 이해해야 한다. 그러나, 케이싱의 최하부 내의 애퍼쳐를 중력에 대해 배열하면, 중력이 슬러리가 케이싱 밖으로 유동하는 것을 도울 수 있으므로 특히 유리할 수 있다.
따라서, 다른 실시예들은 이하의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (15)

  1. 연마 패드 어셈블리로서,
    원형 멤브레인; 및
    연마 작동 동안 기판에 접촉하기 위한 연마 표면을 갖는 원형 연마 패드 부분을 포함하고,
    상기 연마 패드 부분은 상기 멤브레인의 직경의 적어도 5분의 1보다 더 작은 직경을 갖고, 상기 연마 패드 부분은 상기 원형 멤브레인의 중심에 위치되고, 상기 연마 패드 부분의 상부 표면은 함몰된 영역으로부터 돌출된 복수의 원형 고평탄부를 포함하고, 상기 복수의 원형 고평탄부는 상기 연마 표면을 제공하는 최상부면을 갖고,
    상기 멤브레인의 중심 부분은 상기 멤브레인의 주변 부분보다 얇은, 연마 패드 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고평탄부들은 상기 연마 패드 부분의 외부 표면에 걸쳐 균일하게 퍼져있는, 연마 패드 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고평탄부들의 연마 패드 표면에 평행한 방향으로의 폭은 인접한 고평탄부들 간의 갭들의 폭의 2 내지 10배이고, 인접 고평탄부들은 상기 갭들에 의해 분리되는, 연마 패드 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서, 상기 고평탄부들의 높이는 상기 고평탄부들의 폭보다 큰, 연마 패드 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고평탄부들이 갭들에 의해 분리되고, 상기 고평탄부들의 연마 패드 표면에 평행한 방향으로의 폭은 인접한 고평탄부들 간의 갭들의 폭의 1 내지 2배인, 연마 패드 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서, 상기 고평탄부들의 높이는 상기 고평탄부들의 폭보다 작은, 연마 패드 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서, 상기 연마 패드 부분은 외부 표면의 중심에 위치한 환형 고평탄부를 포함하는, 연마 패드 어셈블리.
  8. 연마 패드 어셈블리로서,
    원형 멤브레인; 및
    연마 작동 동안 기판에 접촉하기 위한 연마 표면을 갖는 원형 연마 패드 부분을 포함하고,
    상기 연마 패드 부분은 상기 멤브레인의 직경의 적어도 5분의 1보다 더 작은 직경을 갖고, 상기 연마 패드 부분은 상기 원형 멤브레인의 중심에 위치되고,
    상기 연마 패드 부분의 상부 표면은, 상기 연마 패드 부분의 중심 주위에 균일한 각도로 이격되어 있고 상기 연마 패드 부분의 원형 경계로부터 내측으로 방사상으로 연장되는 복수의 함몰부를 포함하고,
    상기 멤브레인의 중심 부분은 상기 멤브레인의 주변 부분보다 얇은, 연마 패드 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서, 상기 연마 패드 부분은 중심 영역을 갖는 고평탄부를 포함하고, 상기 복수의 함몰부는 중심 영역들로부터 외측으로 방사상으로 연장되는 복수의 구획부를 정의하는, 연마 패드 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서, 상기 복수의 구획부는 그들의 방사상 길이를 따라 균일한 폭을 갖는, 연마 패드 어셈블리.
  11. 제9항에 있어서, 상기 복수의 함몰부는 그들의 방사상 길이를 따라 균일한 폭을 갖는, 연마 패드 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서, 상기 함몰부들은 상기 연마 패드 부분의 경계에서의 함몰부의 단부와 상기 연마 패드 부분의 중심을 통과하는 방사상 세그먼트로부터 10˚ 내지 30˚의 각도만큼 오프셋되어 있는, 연마 패드 어셈블리.
  13. 제9항에 있어서, 상기 복수의 구획부는 6개 내지 30개의 방사상으로 연장되는 구획부들인, 연마 패드 어셈블리.
  14. 제9항에 있어서, 상기 복수의 함몰부는 상기 연마 패드 부분의 반경의 20% 내지 80% 만큼 연장되는, 연마 패드 어셈블리.
  15. 화학적 기계적 연마 시스템으로서,
    연마 작동 동안 기판을 유지하도록 구성된 기판 지지체;
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 연마 패드 어셈블리;
    상기 연마 패드 어셈블리를 유지하고 상기 연마 표면을 상기 기판에 대해 누르기 위한 연마 패드 캐리어; 및
    상기 기판 지지체와 상기 연마 패드 캐리어 사이의 상대적 움직임을 야기하도록 구성되는 구동 시스템을 포함하는, 화학적 기계적 연마 시스템.
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