KR19990013728A

KR19990013728A - 화학 기계적 평탄화 장치의 연마 패드의 조절방법 및 화학 기계적 평탄화 시스템

Info

Publication number: KR19990013728A
Application number: KR1019980027615A
Authority: KR
Inventors: 모간클리포드오; 슈미트데니스에이; 시오도소필립엔
Original assignee: 포만제프리엘; 인터내셔널비지네스머신즈코포레이션
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 1999-02-25

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 공정동안 연마 패드를 조절할 수 있는 화학 기계적 평탄화 시스템 및 연마 패드의 조절 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치를 제공하여 그위에 수납된 워크피스상에서 화학 기계적 연마 공정을 수행하는 것을 포함한다. 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치는 수평으로 배치된 연마 패드를 포함한다. 원추형 조절기가 상기 연마 패드를 가로질러 방사상으로 배치되어, 원추형 조절기의 표면상에 배치된 소망의 조절 형상부로 연마 패드를 조절한다. 원추형 조절기는 그의 중심 주축을 중심으로 회전하고 상기 연마 패드와 회전 접촉하도록 배치된다.

Description

화학 기계적 평탄화 장치의 연마 패드의 조절방법 및 화학 기계적 평탄화 시스템

본 발명은 일반적으로 반도체 처리의 분야에 관한 것으로, 특히 반도체 기판위에 형성된 박막을 평탄화하는 연마 방법 및 장치의 분야에 관한 것이다.

초대규모 집적(VLSI) 회로의 반도체 장치의 제조에 있어서, 극소형 전자장치는 얇고 평탄한 반도체 웨이퍼상에 개별적인 다이(dies)로 형성된다. 일반적으로, 전도성, 절연성 또는 반도체성인 다양한 재료들이 반도체 웨이퍼상에 집적 회로를 제조하는 데 이용되고 있다. 이러한 재료들은 패턴화되고, 불순물로 도핑되거나, 또는 여러 공정에 의해 층상으로 부착되어 집적 회로를 형성한다. VLSI 집적 회로는 패턴화된 금속층(patterned metal layers)을 포함하는데, 이들 패턴화된 금속층은 일반적으로 산화물과 같은 유전재료로 피복된 후에 금속화(metalization) 등이 행하여 진다. 따라서, 반도체 웨이퍼는 금속화 층(metalization layers) 및 인터레벨 유전체(interlevel dielectrics)를 포함한다.

회로의 소형화의 증가 및 대응하는 밀도의 증가에 의하여, 제조하는 동안 고도의 다양한 토포그래피(topography)를 외부 웨이퍼 표면상에 형성하였다. 실질적으로 평탄한 표면을 제공하기 위하여 다양한 토포그래피를 갖는 웨이퍼 표면을 평탄화하는 것이 종종 필요하다. 당해 기술분야에 알려진 하나의 그러한 평탄화 공정(planarization process)은 화학 기계적 연마(chemical-mechanical polishing)(CMP)이다.

화학 기계적 연마 또는 평탄화 공정은 반도체 산업에서 반도체 웨이퍼의 표면상의 피막(coating) 또는 층을 매끄럽게 하거나, 연마하거나 또는 평탄화 하기 위해 폭넓게 사용되어 왔다. 이러한 공정은 예를 들어 반도체 웨이퍼의 표면상의 산화물을 포함할 수도 있는 이러한 층의 평탄화, 두께의 제어된 감소, 또는 심지어는 완벽한 제거를 달성하기 위해 사용되어 왔다. 이러한 화학 기계적 연마 공정용 장치는 공지되어 있으며, 반도체 산업에서 사용되고 있고 그리고 현재 상업적으로 이용가능하다.

요약하면, 화학 기계적 연마 공정은 워크피스가 소망의 피복된 표면이 아래를 향한 상태로 연마 슬러리의 존재하에서 회전 테이블위에 지지된 연마 패드상에 유지될 것을 필요로 한다. 화학 기계적 연마 장치는 그위에 연마 패드를 갖는 단일의 회전 연마 플레이트(plate)와, 웨이퍼(또는 웨이퍼들)가 장착되는 작은 직경의 회전 웨이퍼 캐리어(wafer carrier)를 구비할 수 있다. 웨이퍼 캐리어는 연마 플레이트위에서 정지 고정된 위치에 유지되거나 또는 수평방향 평면의 사전설정된 경로에서 전후로 요동하고, 연마 플레이트와 웨이퍼 캐리어의 양자는 그들 각각의 중심축을 중심으로 회전한다. 에칭제(etching reagent)를 갖거나 또는 갖지 않는 연마 현탁액(abrasive suspension)으로 이루어진 슬러리가 웨이퍼의 연마중에 연마 플레이트의 연마 패드상에 공급된다. 슬러리는 또한 캐리어 액체로 언급되기도 하며, 이것은 피막을 평탄화시키지만, 공정에 포함되는 다른 재료를 실질적으로 침입하지 않는 에칭제(식각제)를 포함하도록 선택될 수 있다. 슬러리는 또한 연마 패드와 연마될 웨이퍼 사이에 공급되어 반도체 웨이퍼로부터 제거되는 재료를 연마하고 씻어낸다.

높고 안정된 연마 속도를 달성하고 유지하는데 있어서 하나의 인자는 패드 조절(pad conditioning)이다. 패드 조절은 연마 패드의 표면을 후속 연마 작업을 위한 적절한 상태로 되게하는 기법이다. 도 1에 도시된 바와 같은 하나의 조절 방법에 있어서, 연마 패드(12)에는 다수의 매크로 홈(macrogrooves)(14)이 형성된다. 도 1에 도시된 연마 패드(12)는 연마가 발생되는 패드의 부분을 가로질러 형성된 일련의 실질적으로 원주방향 홈(14)을 구비한다. 매크로 홈은 기판 표면과 패드 사이에 슬러리를 전달하는 것에 의해서 연마를 돕는다. 매크로 홈(14)은 연마 전에 밀링기계(milling machine), 선반, 프레스 또는 그와 유사한 방법에 의해서 형성된다. 연마는 통상 전체의 패드 표면을 가로질러 수행되지는 않으므로, 홈은 연마가 일어나는 패드의 일부분내에만 형성되는 것이 통상적이다. 이것은 도 1에 홈 경로 영역(grooved path area)(16)으로 도시되어 있다.

도 2는 패드(12)상에 형성된 홈 경로 영역(16)의 단면도이고, 여기서, 패드(12)는 테이블(10)위에 배치된다. 도시된 바와 같이, 홈은 3각형으로 형성된 것을 특징으로 하며(다른 형상을 취할 수도 있음), 또한 연마하는 동안 슬러리를 웨이퍼 또는 기판 표면 아래로 전달하는 것을 허용하기에 충분한 초기 깊이를 갖는다. 매크로 홈의 깊이는 참조번호(20)로 표시되어 있으며, 약 300 미크론 정도로 될 수 있다. 홈의 간격은 방사상 인치당 약 2개의 홈 내지 약 32개의 홈 정도로 상이할 수도 있다.

이러한 패드 조절 기법에 관련된 문제점은, 시간이 지남에 따라 한번 제공된 매크로 홈이 연마로 인하여 마모된다는 것이다. 이것은 도 2에 점선(18)으로 도시되어 있다. 연마가 발생됨에 따라, 패드(12)는 마모되고 또 부가된 매크로 홈은 평탄해진다. 패드 표면이 평탄해지면, 웨이퍼 아래의 슬러리 공급이 감소되는 결과가 발생한다. 패드의 조도(roughness)가 시간이 지남에 따라 저하되면, 연마 속도는 낮아지고 불안정해지며 예상불가능하게 되는 결과가 발생한다. 연마 속도가 낮아지면 웨이퍼의 생산량이 감소된다. 연마 속도가 불안정해지고 예상불가능하게 되면 웨이퍼로부터 웨이퍼로 제거되는 재료의 양만을 판단할 수 있으므로, 평탄화 공정을 생산불가능 상태로 만든다. 부가하여, 패드의 조도가 시간이 지남에 따라 흐려(glazed)지거나 또는 평탄(smoothed)해 질 때, 거친 웨이퍼는 매끈한 웨이퍼보다 상이하고 높은 속도로 연마된다. 즉, 예를 들면 레이저 스크라이브 라인(laser scribe lines)으로 인한 거친 표면을 갖는 웨이퍼는 연마하는 동안 그들 표면이 패드의 표면을 거칠게(rough) 하므로 빠른 속도로 연마된다. 이것은, 이들 웨이퍼 아래로 슬러리의 공급을 증가시켜 연마 속도의 상승을 유발한다. 따라서, 종래의 방법으로 연마되는 웨이퍼의 연마 속도는 웨이퍼의 유형에 의존한다. 상이한 유형의 웨이퍼에 대한 상이한 연마 속도는 연마 공정을 비생산적으로 만든다.

1993년 6월 8일자로 공고된 웨이퍼 평탄화 공정용 연마 패드 조절장치라는 명칭의 브레이보겔(Breivogel) 등의 미국 특허 제 5,216,843 호에는, 기판을 연마하는 동안 연마 패드내에 다수의 홈을 생성하는 연마 패드 조절기(polishing pad conditioner)가 개시되어 있다. 그러나, 상기 미국 특허 제 5,216,843 호는 다음과 같은 결점을 지니고 있다. 즉, 상기 특허의 연마 패드 조절 장치는 연마 패드가 회전하는 동안 연마 패드내에 홈을 내기 위하여 연마 패드내에 매립된 다이아몬드 부착 생크(diamond tipped shank)를 적용한다. 이러한 방법은 회전하는 동안 연마 패드를 손상시킬 가능성과 패드의 수명을 감소시키는 패드 폐기물을 추가로 생성할 가능성을 지니고 있다. 또한, 이 방법은 연마된 기판에 다른 결함을 유발할 가능성을 더욱 증가시킨다. 또한, 상기 미국 특허 제 5,216,843 호의 방법 및 장치는 패드내에 비교적 대형 홈을 형성한다. 더욱이, 상기 미국 특허 제 5,216,843 호의 방법 및 장치는 매우 유연성이 없고 용이하지도 않으며 신속하게 조정가능하지도 않다. 또한, 상기 미국 특허 제 5,216,843 호의 방법 및 장치는 연마 표면으로부터 패드, 슬러리, 조절기 및 웨이퍼 파편의 제거를 제공할 수 없다.

상기 내용을 추가로 고찰함에 있어서, 일관성이 없고 불균일한 연마 패드는 반도체 화학 기계적 평탄화(CMP) 투울(tool)상의 제어되지 않은 연마 속도 및 연마 균일성을 유발한다.

따라서, 연마 속도가 높고, 안정적이며, 웨이퍼의 유형과는 관계없는 기판의기계적 연마 장치 및 방법을 제공하는 것이 요망된다.

본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 극복한 화학 기계적 평탄화(CMP) 패드 조절의 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 압축 및 침투 홈의 이미지를 연마 패드내에 형성하고, 또 임의의 폐기물을 패드의 표면으로부터 집어올리고 제거하기 위한 패드 조절기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 일관되고 확실한 연마 패드 조절 결과를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 화학 기계적 연마 공정동안 화학 기계적 평탄화 장치의 연마 패드를 조절하는 방법은, 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치를 제공하여 그위에 수납되는 워크피스(workpiece)상에서 화학 기계적 연마 공정을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치는 수평으로 배치된 연마 패드를 포함한다. 또한, 원추형 조절기(conical shaped conditioner)가 연마 패드를 가로질러 방사상으로 배치되어, 원추형 조절기의 표면상에 배치된 소망하는 조절 형상부(conditioning features)로 연마 패드를 조절한다. 또한, 상기 원추형 조절기는 그의 중심 주축을 중심으로 회전하고 연마 패드와 회전 접촉하도록 배치된다. 또한, 연마 패드를 조절하기 위한 화학 기계적 평탄화(CMP) 시스템이 개시된다.

본 발명의 상기 및 기타의 개시사항과 장점은 하기에 설명하는 바와 같이 본 발명을 수행하기 위한 최선의 방식의 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이다. 하기의 설명에 있어서, 첨부된 도면을 참조할 것이며, 여러 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 부분을 나타내기 위해 사용된다.

도 1은 매크로 홈(macrogrooves)을 갖는 연마 패드의 평면도,

도 2는 매크로 홈에 의해 사전조절된(preconditioned) 연마 패드의 단면도를 도시하며, 그리고 연마로 인한 예비성형된 매크로 홈의 평탄(smoothing)을 도시하는 도면,

도 3은 본 발명의 원추형 패드 조절 방법 및 장치에 따라 사용하기 위한 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치의 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 원추형 패드 조절기를 도시하는 도면,

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 도 4에 도시된 원추형 패드 조절기를 본 발명의 일실시예에 따라 보다 상세히 도시하는 도면,

도 6은 도 4에 도시된 원추형 패드 조절기를 본 발명의 다른 실시예에 따라 보다 상세히 도시하는 도면,

도 7은 본 발명에 따른 원추형 패드 조절기를 사용한 하나의 유형의 패드 조절을 도시한 도면,

도 8은 본 발명에 따른 원추형 패드 조절기를 사용한 다른 유형의 패드 조절을 도시한 도면,

도 9는 본 발명에 따른 원추형 패드 조절기를 사용한 또 다른 유형의 패드 조절을 도시한 도면,

도 10, 도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 원추형 패드 조절기의 표면상에 사용하기 위한 변형 유형의 표면 형상부 또는 특징적 형상을 각각 도시하는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

12, 66 : 연마 패드 14 : 홈

50 : 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치

52 : 웨이퍼 캐리어 54 : 반도체 웨이퍼

56 : 구동 모터 60 : 웨이퍼 캐리어 패드

62 : 연마 플래튼 68 : 도관

70 : 제어기 80 : 패드 조절기

82 : 제 1 단부 82 : 제 2 단부

86 : 축방향 샤프트 92, 94 : 슬라이드 기구

96 : 브러쉬 100 : 림 구조체

102, 108 : 슬리브 106 : 내부 원추형 코어

112 : 채널

도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 연마 패드를 조절하는 화학 기계적 평탄화(CMP) 공정을 수행하기에 적합한 장치(50)가 도시되어 있다. 화학 기계적 평탄화 장치(50)는 반도체 웨이퍼(54)를 지지하는 웨이퍼 캐리어(52)를 포함한다. 웨이퍼 캐리어(52)는 구동 모터(56)에 의해 그의 중심선(C_L)을 중심으로 소망하는 바 대로 회전하도록 장착된다. 또한, 웨이퍼 캐리어(52)는 양방향 화살표(58)로 표시된 바와 같이 소망하는 바 대로 병진운동 하도록 장착된다. 또한, 웨이퍼 캐리어(52)는 웨이퍼(54)의 배면에 접촉하기 위해 연성 재료로 형성된 웨이퍼 캐리어 패드(60)를 포함할 수도 있다. 부가하여, 웨이퍼 캐리어(52)는 화학 기계적 평탄화 공정동안 웨이퍼(54)를 웨이퍼 캐리어(52)내에 지지하기 위한 진공 지지 수단(도시 않됨)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 웨이퍼 캐리어(52)는 하향력(down force)(F)을 웨이퍼(54)상에 인가하도록 구성된다. 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치(50)는 구동 모터(64)에 의해서 그의 중심선(C_L)을 중심으로 회전하도록 장착된 수평방향으로 배치된 연마 플래튼(polishing platen)(62)(부분적으로만 도시됨)을 더 포함한다. 연마 패드(66)는 연마 플래튼(62)에 장착된다. 연마 플래튼(62)은 웨이퍼(54)에 비해서 비교적 크므로, 화학 기계적 평탄화(CMP) 공정동안, 웨이퍼(54)는 웨이퍼 캐리어(52)에 의해서 연마 패드(66)의 표면을 가로질러 소망하는 이동에 따라 이동할 수도 있다. 연마 슬러리, 예를 들면 염기성 또는 산성 용액에 현탁된 실리카 또는 알루미나 연마 입자와 같은 연마 유체를 일반적으로 함유한 연마 슬러리가 도관(68)을 통해 연마 패드(66)의 표면상에 침적된다.

도 3을 참조하면, 제어기(70)는 소망하는 동작 및/또는 평탄화 시퀀스에 따라 연마 동작중에 웨이퍼 캐리어 구동모터(56) 및 플래튼 구동모터(64)의 적절한 제어를 위해 신호 라인(56s, 64s)을 통해 웨이퍼 캐리어 구동 모터(56) 및 플래튼 구동 모터(64)에 신호를 각각 제공한다. 제어기(70)는 웨이퍼 캐리어(52)를 화살표(74)로 표시된 바와 같이 플래튼(62)위로 상승 및/또는 하강시키는 것과 같은 웨이퍼 캐리어(52)의 의도하는 위치설정 및/또는 이동을 수행하기 위하여 기계적인 아암 또는 기타 적절한 기계장치[점선(72)으로 도시됨]를 제어하기 위한 출력 제어 신호를 더 포함할 수도 있다. 또한, 웨이퍼 캐리어(52)의 다른 기계적 배치는 제어기(70)에 의해서 적절하게 제어될 수 있다. 제어기(70)는, 특정의 백 엔드 오브 라인(back-end-of-line) VLSI 웨이퍼 구조체에 대한 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치(50)상에서 수행되는 화학 기계적 평탄화(CMP) 공정의 시퀀스를 제어하기 위해 연마 공정동안에 측정되는 예를 들어 연마 변수를 나타내는 입력(76)을 포함할 수 있다. 제어기(70)는 본 명세서에 설명하는 바와 같은 의도된 동작 및 기능을 수행하기 위한 컴퓨터와 같은 소정의 적절한 프로그램가능한 제어기 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 프로그램가능한 제어기 장치, 컴퓨터, 관련된 인터페이스 회로(interface circuitry) 및 그들의 프로그래밍은 당해 기술분야에서 알려져 있으므로 본 명세서에서 더 언급하지는 않는다.

본 발명에 따르면, 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치(50)는 원추형 연마 패드 조절기(80)를 더 포함한다. 패드 조절기(80)는 연마 패드(66)위에서 플래튼(62)의 중심을 향하여 그의 주축을 따라 방사상 방향으로 배치된다. 또한, 패드 조절기(80)는 그의 측면 표면(81)이 연마 패드(66)에 평행하게 지지되는 방식으로 배치된다. 패드 조절기(80)는 제 2 단부(84)의 직경보다 큰 직경을 갖는 제 1 단부(82)를 구비한 원추형 조절기를 더 포함한다. 축방향 샤프트(86)는, 예를 들면 적절한 고정구(fastener)에 의해서 제 1 단부(82)에 결합되거나 또는 그와 일체로 형성된다. 샤프트(86)는 도 3에 화살표 C로 표시된 바와 같이 시계방향으로 회전하거나 또는 도 3에 화살표CC로 표시된 바와 같이 반시계방향으로 회전할 수 있다. 샤프트(86)의 회전은 조절기 회전 모터(88)에 의해서 달성될 수 있다. 조절기 회전 모터(88)는 점선(90)으로 표시된 적절한 수단에 의해 샤프트(86)에 결합된다. 제어기(70)는, 소망하는 패드 조절을 달성하는 것이 필요할 때, 모터(88)의 회전 방향 및 속도를 제어하기 위한 출력 신호(88s)를 더 포함한다. 또한, 모터(88)는 화살표(93)로 표시된 바와 같이 상측 방향 및/또는 하측 방향으로 이동하기 위해 적절한 수직 슬라이드 기구(slide mechanism)(92)위에 배치된다. 부가하여, 모터(88)는 화살표(95)로 도시된 바와 같이 내측 방향 및/또는 외측 방향으로 이동하도록 적절한 수평 슬라이드 기구(94)상에 배치된다. 또한, 제어기(70)는 패드 조절 동작중에 패드 조절기(80)의 소망하는 위치설정을 달성하도록 슬라이드 기구(92, 94)를 소망하는 방식으로 제어하기 위한 출력 제어 신호를 제공할 수도 있다. 예를 들면, 제어기(70)는 패드 조절기(80)에 의해 하측의 연마 패드(66)상에 가해지는 소망의 하향력을 확립하기 위해서 제어 신호(92s)를 통해 슬라이드 기구(92)를 제어하는데 사용될 수도 있다. 연마 패드의 조절단계중에 하향력을 상이한 레벨의 하향력 사이에서 변동시키거나 또는 변화시키는 것이 요망될 수도 있다. 또한, 제어기(70)는 하측의 연마 패드(66)위에서 패드 조절기(80)의 소망하는 양의 방사상 위치설정을 확립하기 위해서 제어 신호(94s)를 통해 슬라이드 기구(94)를 제어하는데 사용될 수도 있다. 연마 패드의 조절 단계중에 패드 조절기(80)를 소정의 방사상 방향을 따라 상이한 제 1 및 제 2 방사상 위치 사이에 위치설정하는 것이 더 바람직할 수도 있다.

또한, 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치(50)는 브러쉬(brush)(96)를 더 포함한다. 브러쉬(96)는 패드 조절 공정중에 필요에 따라 슬러리 및 파편을 패드 조절기(80)와 패드(66)로부터 멀리 제거하기 위해 패드 조절기(80) 및 패드(66)에 근접하게 배치된다. 브러쉬(96)는 소정의 적절한 진공 브러쉬를 포함하는 것이 바람직한다. 다시말하면, 연마 패드 조절기에는 또한 파편을 패드 조절기와 패드로부터 제거하기 위해 패드 조절기와 패드위에 배치되는 브러쉬(96)가 설치될 수 있다. 바람직하게는, 브러쉬는 파편의 제거를 돕기 위한 진공 브러쉬를 포함한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 연마 패드 조절기(80)는 가요성을 지닌 다수 형상의 원추형 연마 패드 조절기를 포함한다. 원추형 패드 조절기(80)는 연마 패드(66)의 표면을 조절하기 위해 사용된다. 원추형 조절기(80)는 연마 테이블(플래튼)(62)이 회전할 때, 상기 원추형 조절기(80)가 테이블(62) 위의 일정한 위치에서 회전하도록 조정된다. 원추형 조절기(80)는, 예를 들면 2.25 인치(5.7㎝)의 반경을 갖는 대형 단부(82)를 포함한다. 상기 대형 단부는 조절되는 패드의 외주부에 또는 그 부근에 위치되는 방식으로 배치된다. 원추형 조절기(80)는, 예를 들면 0.125 인치(0.32㎝)의 반경을 갖는 소형 단부(84)를 더 포함한다. 상기 소형 단부(84)는 조절되는 패드의 중앙에 또는 그 부근에 위치되는 방식으로 배치된다.

원추형 조절기(80)는 제 4 도에 도시된 바와 같이 조절되는 연마 패드(66)와 접촉할 때 연마 패드(66)내로 요부(depressions)를 밀거나 또는 형성하는 돌기(knurl) 또는 다이아몬드 그릿 마무리부(diamond grit finish)를 더 포함할 수도 있다. 요부가 연마 패드내로 밀리거나 형성되면 슬러리가 축적될 웰(well)이 형성된다. 돌기는 또한 연마 패드에 유익하게 공기를 공급하는 역할을 함으로써, 연마 패드의 개선된 슬러리 침투를 제공할 수도 있다.

일실시예에 있어서, 원추형 조절기(80)는 그 원추형 조절기의 주축A 또는 중심을 통해 기계적 샤프트(86)에 결합된다. 이 샤프트(86)는 조절기가 그의 중심 축A을 중심으로 자유롭게 회전하는 것을 가능하게 하기 위한 수단을 제공한다. 샤프트(86)의 회전은, 예를 들면 도 3에 도시된 회전 모터(88)의 제어하에서 달성될 수 있다. 회전 속도 및 방향은 소망하는 조절 동작을 위해 필요에 따라 모터(88)와 제어기(70)를 통해 제어될 수 있다. 변형예로, 샤프트(86)는 소망하는 수직 위치에 유지되고 그리고 자유롭게 회전하는 것이 허용될 수도 있다. 전술한 바와 같은 샤프트(86)를 사용하는 것에 의해, 연마 패드상의 조절 패턴은, 예를 들면 홈으로부터 다양한 기다란 계란 형상으로 변화되는 것이 허용된다. 또한, 전술한 바와 같은 샤프트(86)를 사용하는 것에 의해, 조절하는 동안 연마 패드상에 형성되는 요부의 깊이를 조정가능하게 할 수 있다.

샤프트(86)는 또한 패드 조절 동작중에 연마 패드(66)에 인가될 다양한 양의 하향력을 연마 패드(66)에 작용하기 위한 레버(lever)로서 작동할 수 있다. 예를 들면, 수직방향 위치설정 슬라이드 기구(92)는 패드 조절 동작중에 패드(66)에 인가되는 다양한 소망의 하향력을 구현하기 위하여 소망의 수직 위치사이에서 조정될 수도 있다. 즉, 수직방향 위치설정은 조절기(80)에 의해서 패드(66)에 인가되는 다양한 하향력을 구현하기 위해 단일의 패드 조절 동작중에 변화될 수도 있다. 변형예로, 조절기(80)의 수직 위치는 상기 조절기(80)로부터 패드(66)상에 소망의 단일 하향력을 발생시키기 위해 단일의 수직 위치에 유지될 수도 있다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c를 참조하면, 본 발명에 따라서, 원추형 조절기(80)의 제 1 실시예를 보다 상세히 논의할 것이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 원추형 조절기(80)는 림 구조체(rim structure)(100)를 포함한다. 림 구조체(100)는 조절기(80)의 대응 단부(82, 84)와 관련된 대형 단부(82a) 및 소형 단부(84a)를 구비한다. 전술한 것 이외에, 조절기(80)의 림 구조체(100)는 자동차 휘일(wheel)의 림과 유사한 방식으로 형성된다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 조절기(80)는 외부 원추형 가요성 조절 슬리브(sleeve)(102)를 더 포함한다. 바람직하게는, 조절기(80)는 낮은 팽창 계수를 갖는 적절한 재료로 제조된다. 예를 들면, 조절기(80)의 슬리브(102)는 특정 조절 동작의 요건을 충족시키기 위해 소망의 고온 및 경도 특성을 갖는 실리콘 고무를 포함할 수도 있다. 조절 슬리브(102)는 그의 외부 표면상에 소망의 패턴 형상부(104)를 더 포함한다. 따라서 조절기(80)의 원추 형상은 다양하게 될 수 있다. 즉, 그의 외부 원추형 표면상에 소망하는 조절 형상부를 갖는 조절 슬리브(102)는 림 구조체(100)위에 끼워진다. 슬리브(102)는 원추 형상이며, 자동차 타이어 및 림과 흡사한 방식으로 림 구조체(100)와 결합하기 위한 내부 림을 더 구비한다. 슬리브(102)를 림 구조체(100) 위에 배치하면, 상기 슬리브는 소망의 공기압으로 채워지며, 그에따라 조절기(80)의 패드 표면 접촉 영역이 특정 조절 효과에 대해 소망하는 바 대로 변경될 수도 있다. 슬리브(102)가 림 구조체(100)위에 끼워질 때, 슬리브(102)를 팽창시키기 위하여 적절한 공기 밸브(101)(도 5a)가 림 구조체(100)내에 제공된다. 도 5c는 패드 표면의 접촉 영역에서 조절기(80)의 형상의 일 실시예를 도시하는 것이다. 상기 형상은 조절기(80)의 하향 작용력과 내부 공기압에 의해서 부분적으로 영향을 받으며, 상기 조절기(80)는 도 5a 및 도 5b의 림 구조체(100)와 외부 슬리브(102)를 포함한다. 조절기(80)의 원추형 외부 슬리브(102)가 조절기/패드 표면의 접촉 영역에서 다소 평탄하게 되어있는 것을 주목하기 바란다.

소망의 조절 효과를 달성하기 위해 다른 슬리브 형상을 소망하는 바 대로 사용할 수도 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 변형 실시예에 따라서, 조절기(80a)는 내부 원추형 코어(core)(106)를 포함한다. 내부 코어(106)는 소정의 적절한 원추형상으로 된 비교적 강성 재료를 포함할 수 있다. 소망의 패드 조절 표면 형상부(110)를 갖는 외부 원추형 슬리브(108)가 내부 코어(106)위에 배치되고 그리고 상기 내부 코어에 고정된다. 슬리브(108)는 내부 코어(106)에 접착제와 같은 적절한 수단으로 고정될 수도 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 실시예에 의하면, 원추형 조절기(80, 80a)의 표면은 특정의 패드 조절 결과에 필요한 바 대로 각각 변화될 수도 있다. 예를 들면, 원추형 조절기(80, 80a)의 슬리브(102 또는 108)는 각기 다이아몬드 그릿 피막(diamond grit coating)을 포함할 수도 있다. 대응 슬리브는 다이아몬드 그릿이 마모될 때 유익하게 교체될 수 있다. 또한, 대응 슬리브는 상기 슬리브를 갖는 원추형 조절기가 조절될 연마 패드와 접촉할 때 소망하는 다양한 정도의 압축이 발생되도록 다양한 슬리브 두께를 가질 수도 있다. 후자의 실시예는 스틸 벨트 타이어(steel belted tire)와 흡사하며, 그에따라 다수의 그리드가 (패드 접촉 영역에서) 조절될 패드와 접촉하는 것을 허용한다. 슬리브에는 또한 다이아몬드 그리드(grid), 스터드(stud) 또는 돌기 형상(knurl shape)이 다양한 크기와 밀도로 엠보싱될 수도 있다.

따라서, 본 발명은 매우 다양한(즉, 다수 유형의) 연마 패드의 조절에 적합한 다양한 포인트의 조정능력(adjustability)을 갖는 원추형 조절기를 제공한다. 예를 들어, 본 발명은 패드에 홈을 형성하고, 파내거나 또는 구멍을 뚫기 위한 다양한 유형의 돌기를 사용하는 것을 포함한다. 조절 침입도(conditioning aggressiveness)의 레벨을 제어하기 위해 팽창된 원추형 조절기(80a)의 공기압과 인가된 하향력을 조정할 수 있다. 패드를 조절하는 동안 조절기 표면이 패드와 접촉하는 양(즉, 연마 패드의 접촉 영역)을 소망하는 양으로 조정할 수 있다. 또한, 파편의 제거를 돕기 위해 진공 브러쉬 장치(vaccum brush setup)가 제공된다. 부가하여, 소망의 홈이 조절되는 연마 패드내에 형성되도록 제동 시스템(도시 않됨)을 사용할 수도 있다.

본 발명의 원추형 조절기 방법 및 장치는 다양한 유형의 연마 패드의 조절에 대해 극히 조정가능하며 유연성이 있다.

본 발명에 따른 패드 조절기는 개선된 조절 패드 표면을 추가로 제공한다. 일 실시예에 있어서, 패드 조절기(80)는 도 7에 도시된 것과 같은 연마 패드(66)의 표면내에 홈에 대응하는 채널(channels)(112)을 제공한다. 조절된 채널(112)의 깊이(114)는 연마 패드(66)위에서 조절기의 하향으로 가해지는 힘 또는 압력에 부분적으로 의존한다. 패드 조절기(80)는 도 8에 도시된 것과 같은 연마 패드(66)내에 슬러리 웰(slurry wells)(116)(요부에 대응함)을 추가로 제공한다. 상기 슬러리 웰(116)은 사전 규정된 길이(118) 및 깊이(120)를 갖는다는 점에서 채널(112)과는 상이하다. 슬러리 웰(116)의 사전 규정된 길이(118)는 조절기(80) 및 하측의 연마 패드의 회전 속도에 비례한다. 슬러리 웰(116)은 또한 원형 채널 요부를 포함할 수도 있다. 채널(112) 및 웰(116)은 각기 연마 동작중에 슬러리와 기판 또는 웨이퍼간의 개선되고 양호한 접촉을 제공한다.

도 9를 참조하면, 변형된 패드 조절 패턴의 유형이 도시되어 있다. 조절 패턴(122)은 연마 패드(66)위에 각인된 정방형 패턴을 포함한다. 도 10을 참조하면, 도 9에 도시된 것과 같은 정방형 패턴을 형성하기 위해 조절기(80)상에 1 대 1의 비율을 갖는 정방형의 표면 형상을 사용할 수 있다. 도 11을 참조하면, 변형예로 장방형의 연마 패드 조절 패턴을 형성하기 위해 조절기(80)상에 1/2 대 1의 비율을 갖는 장방형의 표면 형상을 사용할 수도 있다. 또한, 도 12를 참조하면, 상호 지그재그형의 연마 패드 조절 패턴을 형성하기 위해 조절기(80)상에 1/2 대 1의 비율을 갖는 지그재그형 표면 형상을 사용할 수도 있다. 대응하는 형상의 연마 패드 조절 패턴을 제공하기 위해 조절기(80)상에 기타 다양한 유형의 표면 형상을 사용할 수도 있다.

본 발명에 따른 패드 조절기에 의하면, 화학 기계적 평탄화(CMP) 연마 동작이 개선된다. 즉, 본 발명의 패드 조절기를 사용한 패드 조절에 의하면, 화학 기계적 평탄화(CMP) 공정은 개선된 연마 성능을 제공한다. 연마 성능은 본 명세서에서 언급한 바와 같이 패드 조절기에 의한 패드 조절로부터 발생되는 개선된 평탄도(flatness) 성능과 관련이 있다. 개선된 평탄도 성능은 앞으로 개발될 차세대 이미지 사이즈(image size)에 필요할 것이다.

따라서, 본 발명은 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치의 연마 패드를 조절하기 위한 독특한 원추형 조절기를 제공한다. 원추형 패드 조절기는 패드 조절에 있어서 다수의 옵션(options)을 제공하는데 매우 유연성이 있다. 그 결과, 소망의 연마 패드 조절을 유익하게 달성할 수 있다. 따라서, 화학 기계적 평탄화(CMP) 연마 패드는 CMP 공정의 성능을 최대화하기 위해 적절하게 조절될 수 있다.

본 발명은 그의 특정 실시예를 참조하여 특별히 도시하고 설명하였지만, 당업자는 본 발명의 형태 및 세부 사항을 다양하게 변화시킬 수 있다는 것과, 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남이 없이 특정하게 설명한 실시예 이외의 본 발명의 다른 실시예들도 실행할 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.

본 발명의 연마 패드 조절 방법 및 장치는 연마 속도가 높고, 안정적이며, 웨이퍼의 유형과는 관계없이 일관되고 신뢰할만한 연마 패드 조절 결과를 제공한다.

Claims

화학 기계적 연마 공정동안 화학 기계적 평탄화 장치의 연마 패드를 조절하는 방법에 있어서,

① 수평방향으로 배치된 연마 패드를 구비하는 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치를 제공하여 그위에 수납되는 워크피스(workpiece) 상에서 화학 기계적 연마 공정을 수행하는 단계와,

② 상기 연마 패드를 가로질러 방사상으로 배치된 원추형 조절기(conical shaped conditioner)를 제공하며, 또한 상기 원추형 조절기를 그의 중심 주축을 중심으로 회전하고 상기 연마 패드와 회전 접촉하도록 배치하여, 상기 원추형 조절기의 표면상에 배치된 소망의 조절 형상부(conditioning features)로 상기 연마 패드를 조절하는 단계를 포함하는

연마 패드의 조절방법.
제 1 항에 있어서,

상기 연마 패드를 조절하는 동안 상기 연마 패드내에 형성되는 요부(depressions)의 깊이를 조정하기 위해 상기 원추형 조절기에 의해 상기 연마 패드상에 가해지는 하향력을 제어하는 단계를 더 포함하는

연마 패드의 조절방법.
제 1 항에 있어서,

연마 공정중에 생성되는 파편을 제거하기 위해 상기 원추형 조절기에 근접하게 배치된 브러쉬(brush)를 제공하는 단계를 더 포함하는

연마 패드의 조절방법.
제 3 항에 있어서,

상기 브러쉬는 진공 브러쉬인

연마 패드의 조절방법.
제 1 항에 있어서,

상기 중심 주축을 중심으로 회전하는 상기 원추형 조절기의 회전 속도를 제어하는 단계를 더 포함하는

연마 패드의 조절방법.
제 5 항에 있어서,

상기 원추형 조절기의 회전 속도를 제어하는 상기 단계는 회전 방향을 제어하는 것을 더 포함하는

연마 패드의 조절방법.
제 1 항에 있어서,

상기 원추형 조절기는 제 2 단부의 반경보다 큰 반경을 갖는 제 1 단부를 구비한 원추형 부재를 포함하며, 상기 제 1 단부는 조절되는 연마 패드의 외주부에 근접하게 배치되는

연마 패드의 조절방법.
제 1 항에 있어서,

상기 원추형 조절기는 림 구조체(rim structure)와 상기 림 구조체 위에 배치된 외부 원추형 슬리브(sleeve)를 포함하며, 상기 원추형 조절기는 상기 원추형 슬리브를 소망의 압력으로 팽창시키기 위해 상기 림 구조체내에 배치된 밸브를 더 포함하는

연마 패드의 조절방법.
제 1 항에 있어서,

상기 원추형 조절기는 내부 코어 원추형 부재와, 상기 내부 코어 원추형 부재위에 배치되고 그리고 그것에 고정된 외부 원추형 슬리브를 포함하며, 상기 외부 원추형 슬리브는 그위에 배치된 소망하는 연마 패드의 조절 형상부를 갖는

연마 패드의 조절방법.
제 1 항에 있어서,

상기 원추형 조절기의 표면상에 배치된 소망하는 연마 패드의 조절 형상부는 다이아몬드 그릿 피막(diamond grit coating)을 포함하는

연마 패드의 조절방법.
제 1 항에 있어서,

상기 원추형 조절기의 표면상에 배치된 소망하는 연마 패드의 조절 형상부는 돌기 형상(knurl shape)을 포함하는

연마 패드의 조절방법.
제 1 항에 있어서,

상기 원추형 조절기의 표면상에 배치된 소망하는 연마 패드의 조절 형상부는 정방형 형상부를 포함하는

연마 패드의 조절방법.
제 1 항에 있어서,

상기 원추형 조절기의 표면상에 배치된 소망하는 연마 패드의 조절 형상부는 장방형 형상부를 포함하는

연마 패드의 조절방법.
제 1 항에 있어서,

상기 원추형 조절기의 표면상에 배치된 소망하는 연마 패드의 조절 형상부는 지그재그형 형상부를 포함하는

연마 패드의 조절방법.
제 1 항에 있어서,

상기 원추형 조절기의 측면 표면이 상기 연마 패드에 평행하게 유지되도록 상기 연마 패드의 조절 동안 상기 원추형 조절기의 수직 위치를 조정가능하게 제어하는 단계와,

상기 연마 패드의 조절 동안 상기 원추형 조절기의 소망하는 방사상 위치설정을 달성하기 위해 상기 원추형 조절기의 수평 위치를 조정가능하게 제어하는 단계를 포함하는

연마 패드의 조절방법.
화학 기계적 평탄화 공정동안 연마 패드를 조절할 수 있는 화학 기계적 평탄화 시스템에 있어서,

① 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치위에 수납되는 위크피스상에서 화학 기계적 연마 공정을 수행하며, 수평으로 배치된 연마 패드를 구비하는 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치와,

② 원추형 조절기의 표면상에 배치된 소망하는 조절 형상부로 상기 연마 패드를 조절하기 위해 상기 연마 패드를 가로질러 방사상으로 배치되고, 또 원추형 조절기의 중심 주축을 중심으로 회전하고 상기 연마 패드와 회전 접촉하도록 배치된 원추형 조절기를 포함하는

화학 기계적 평탄화 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 연마 패드를 조절하는 동안 상기 연마 패드내에 형성되는 요부의 깊이를 조정하기 위해 상기 원추형 조절기에 의해 상기 연마 패드상에 가해지는 하향력을 제어하기 위한 수단을 더 포함하는

화학 기계적 평탄화 시스템.
제 16 항에 있어서,

연마 공정중에 생성되는 파편을 제거하기 위해 상기 원추형 조절기에 근접하게 배치된 브러쉬를 더 포함하는

화학 기계적 평탄화 시스템.
제 18 항에 있어서,

상기 브러쉬는 진공 브러쉬를 포함하는

화학 기계적 평탄화 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 중심 주축을 중심으로 회전하는 상기 원추형 조절기의 회전 속도를 제어하기 위한 수단을 더 포함하는

화학 기계적 평탄화 시스템.
제 20 항에 있어서,

상기 원추형 조절기의 회전 속도를 제어하기 위한 상기 수단은 회전 방향을 제어하는 수단을 더 포함하는

화학 기계적 평탄화 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 원추형 조절기는 제 2 단부의 반경보다 큰 반경을 갖는 제 1 단부를 구비한 원추형 부재를 포함하며, 상기 제 1 단부는 조절되는 연마 패드의 외주부에 근접하게 배치되는

화학 기계적 평탄화 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 원추형 조절기는 림 구조체와 상기 림 구조체 위에 배치된 외부 원추형 슬리브를 포함하며, 상기 원추형 조절기는 상기 원추형 슬리브를 소망의 압력으로 팽창시키기 위해 상기 림 구조체내에 배치된 밸브를 더 포함하는

화학 기계적 평탄화 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 원추형 조절기는 내부 코어 원추형 부재와, 상기 내부 코어 원추형 부재위에 배치되고 그리고 그것에 고정된 외부 원추형 슬리브를 포함하며, 상기 외부 원추형 슬리브는 그위에 배치된 소망하는 연마 패드의 조절 형상부를 갖는

화학 기계적 평탄화 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 원추형 조절기의 표면상에 배치된 소망하는 연마 패드의 조절 형상부는 다이아몬드 그릿 피막을 포함하는

화학 기계적 평탄화 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 원추형 조절기의 표면상에 배치된 소망하는 연마 패드의 조절 형상부는 돌기 형상을 포함하는

화학 기계적 평탄화 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 원추형 조절기의 표면상에 배치된 소망하는 연마 패드의 조절 형상부는 정방형 형상부를 포함하는

화학 기계적 평탄화 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 원추형 조절기의 표면상에 배치된 소망하는 연마 패드의 조절 형상부는 장방형 형상부를 포함하는

화학 기계적 평탄화 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 원추형 조절기의 표면상에 배치된 소망하는 연마 패드의 조절 형상부는 지그재그형 형상부를 포함하는

화학 기계적 평탄화 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 원추형 조절기의 측면 표면이 상기 연마 패드에 평행하게 유지되도록 상기 연마 패드의 조절 동안 상기 원추형 조절기의 수직 위치를 조정가능하게 제어하기 위한 수단과,

상기 연마 패드의 조절 동안 상기 원추형 조절기의 소망하는 방사상 위치설정을 달성하기 위해 상기 원추형 조절기의 수평 위치를 조정가능하게 제어하기 위한 수단을 더 포함하는

화학 기계적 평탄화 시스템.