KR20000077280A - 반도체 웨이퍼의 화학 기계적 연마 중에 연마액을분사하는 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전 가압판 위의 연마 패드를 주기적이고 상대적으로 이동시킴으로써 반도체 웨이퍼를 화학 기계적으로 연마(CMP)하는 시스템을 제공하며, 회전 및 진동 링의 개구에 유지되는 상기 웨이퍼는 서로에 대하여 개구와 웨이퍼를 감싸는 마모 표면을 가지며, 웨이퍼와 마모 표면은 패드와 마찰 접촉한다. CMP 슬러리는 상대 이동 중에 웨이퍼와 고정 관계를 유지하는 마모 표면의 다수의 일정 간격을 유지하는 채널에서 패드 근처의 웨이퍼 외주에 분사된다. 링은 캐리어의 아래쪽에 고정되며, 그리고 캐리어는 그 상부에서 스핀들의 하부 단부에 고정되고 스핀들의 상부 단부는 진동 지지빔 상에 회전가능하게 장착된다. 캐리어는 슬러리를 냉각 또는 가열하기 위한 열 교환기를 가진다. 캐리어의 도관과 소통되는 스핀들의 통로는 웨이퍼, 링, 캐리어 및 스핀들의 공동 회전 및 진동 중에 링채널에 슬러리를 공급하고 열 교환기에 대하여 온도 조절 유체를 공급하고 링개구내의 웨이퍼의 내부측면에 예를 들어 공기와 같은 압력 유체를 공급한다.

Description

반도체 웨이퍼의 화학 기계적 연마 중에 연마액을 분사하는 시스템 {SYSTEM FOR DISPENSING POLISHING LIQUID DURING CHEMICAL MECHANICAL POLISHING OF A SEMICONDUCTOR WAFER}
본 발명은 예를 들어 실리콘으로 만들어진 반도체 웨이퍼의 화학 기계적 연마(CMP) 중에 연마액을 분사하는 시스템(방법 및 장치 포함)에 관한 것이며, 특히 웨이퍼 근처의 연마액의 온도를 조절하는 한편 연마 표면사이의 주기적 이동 중에 연마 표면 근처의 웨이퍼 표면 주변에 연마액을 공급하는 시스템에 관한 것이다.
여기서 "반도체 웨이퍼"는 집적회로 또는 다른 관련 회로가 웨이퍼 전체 표면을 평탄화하는 것과 같은 화학 기계적 연마 처리되기 위하여 이용되는 예를 들어 실리콘으로 만들어진 마이크로전자 디바이스, 기판, 칩 또는 이와 유사한 것을 의미한다.
예를 들어 실리콘으로 이루어진 웨이퍼 기판 또는 칩상에 마이크로전자 반도체 소자 및 이와 유사한 것을 제조할 때, 집적회로(IC) 등을 형성하기 위하여, 여러 가지 금속 및 절연층이 선택적인 순서로 증착된다. 이용가능한 기판 면적에 소자 부품의 집적을 최대화하여 동일 면적에 더 많은 부품을 형성하기 위하여, IC 소형화가 증가된다. 피치 치수 감소는 예를 들어 서브미크론(1미크론 이하, 즉 1,000나노미터 또는 10,000옴스트롬) 치수에서 현재의 대규모 집적(VLSI)에 대한 부품 패킹 밀도를 증가시킨다.
반도체 웨이퍼의 IC 제조에 이용되는 습식 화학 프로세서중 하나는 연마액으로서 수성 포카슘 수산화물(KOH) 용액의 콜로이드 실리카와 같은 미세하게 분할된 연마재 입자를 함유하는 부식성 슬러리로 주기적인 이동 중에 연마 패드에 대한 웨이퍼 표면의 화학 기계적 연마와 관련된다. 이는 화학적 에칭 및 기계적 연마에 의하여 1미크론 이하의 두께를 가진 얇은 층을 제거하여 웨이퍼의 상부면을 평탄화하도록 한다. 슬러리 유속, 온도 및 pH의 세밀 제어는 CMP 동작에 대한 균일한 제거 속도를 얻는데 있어서 필요하다.
통상적인 CMP 프로세스는 고정 가압판 축을 중심으로 회전하고 그리고 웨이퍼와 링이 가압판에 대하여 회전하고 진동하는 동안 유지링에 수용되는 웨이퍼가 마찰 접촉하는 회전테이블(가압판)의 연마 패드위로의 하락 방향의 상부 고정 튜브로부터 슬러리를 유입하는 것과 관련된다. 웨이퍼는 링의 중앙 개구에 배치되어 링이 연마 패드와 마찰 접촉하도록 한다. 가압판에 대한 웨이퍼의 위치는 웨이퍼가 회전하고 진동하는 하는 동안 변화되기 때문에, 슬러리 분사 튜브는 항상 웨이퍼로부터 최소 유극 간격을 유지한다.
따라서, 웨이퍼의 상이한 위치는 상이한 열적 이력을 가진 분사된 슬러리 물방울(droplet)을 발생시킨다. 이는 특히 진동 중에 리딩 에지와 트레일링 에지에서 웨이퍼의 회전 및 진동의 상대 위치 및 고정 튜브로부터 회전 가압판 위에 분사되는 원심력에 의하여 바깥방향으로 이동하는 슬러리 물방울의 위치사이의 연속적으로 변화는 간격에 따른다. 이는 슬러리를 낭비시켜 비용을 증가시킨다. 본래의 웨이퍼를 잡고있는 주변 구조 때문에 또한 유지링은 연마되는 웨이퍼 표면의 중심 영역으로 슬러리가 흐르는 것을 방해한다. 이는 중심에서 모서리까지의 균일성을 방해하며, CMP 동작의 균일성으로부터 떨어뜨린다.
폴리실리콘 CMP의 경우처럼 슬러리를 가열하는 공정이 필요한 경우, 고비용의 공간을 소모하는 별도의 가열 모듈이 제공되어 분사 튜브에 가열된 슬러리를 공급하도록 하여야 한다.
상기 종래 기술의 단점은 연마되는 웨이퍼 표면과 접속하는 슬러리의 양 및 온도 변화 때문에 웨이퍼의 여러 부분으로부터의 웨이퍼 물질의 국부 제거 속도에 변화를 야기한다. 이는 웨이퍼내의 균일성을 감소시킨다. 또한, 슬러리 낭비는 소비량과 비용을 증가시킨다.
가압판 연마 패드에 대한 상대 이동 위치와 관계없이 연마액 온도, 연마액 분사 유속 및 웨이퍼의 모든 부분에 대한 국부적인 연마액의 공급의 재현가능한 균일한 조건하에서 그리고 선택적으로 웨이퍼 근처에서 연마액의 선택적인 온도 조절의 재현가능한 균일한 조건하에서 반도체 웨이퍼에 CMP 동작이 수행되도록 하는 시스템, 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
상기 단점은 가압판 연마 패드에 대한 상대 이동 위치와 관계없이 연마액 온도, 연마액 분사 유속 및 웨이퍼의 모든 부분에 대한 국부적인 연마액의 공급의 재현가능한 균일한 조건하에서 그리고 선택적으로 웨이퍼 근처에서 연마액의 선택적인 온도 조절의 재현가능한 균일한 조건하에서 반도체 웨이퍼에 CMP 동작이 수행되도록 하는 시스템, 방법 및 장치를 제공하는 본 발명에 따라 극복된다.
도 1은 반도체 웨이퍼의 화학 기계적 연마를 위한 종래 장치의 측면도이다.
도 2는 도 1의 종래 장치의 상부도이다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 화학 기계적 연마를 위한 장치의 측면도이다.
도 4는 도 3의 장치의 상부도이다.
도 5는 도3의 장치의 구성을 상세히 도시하는 도 3장치의 확대 측면도이다.
도 6은 도 5의 라인 6-6을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 도 5의 장치의 일부의 하부도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
40: 장치 41: 가압판
42: 연마 패드 43: 샤프트
51: 연마 유니트 56: 스핀들
58: 캐리어 59: 링
62: 도관 W: 웨이퍼
WP: 표면 외주 WS: 웨이퍼 표면
본 발명의 시스템은 연마되는 웨이퍼의 상이한 부분으로부터 물질의 국부 제거속도 변화를 최소화하는데, 이는 CMP 동작이 연마되는 웨이퍼 표면과 접촉하는 연마액의 량과 온도 변화를 제한하도록 수행되기 때문이다. 이는 웨이퍼 균일성을 개선 즉 증가시킨다. 연마액 소모가 방지되어, 소모율 및 소모 비용이 감소된다.
또한, 독립형 연마액 가열 모듈이 필요 없게 되어 공간을 절약한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 표면 외부를 가진 반도체 웨이퍼의 표면에 대한 CMP를 위한 방법에 제공된다. 상기 방법은 서로에 대하여 평탄한 연마 표면 및 웨이퍼를 주기적이고 상대적으로 이동시키고 웨이퍼 표면이 연마 표면과 마찰 접촉하도록 유지하는 단계 및 연마 표면 근처에서 웨이퍼 표면 외주에 화학 기계적 연마액을 분사하는 단계를 포함한다. 분사는 상대 주기적 이동 중에 웨이퍼 표면 외주에 고정된 관계로 유지되는 다수의 일정 간격 포인트에서 수행된다.
연마액은 예를 들어 콜로이드 실리카를 함유하는 연마액으로서 수성 포카슘 수산화물(KOH) 슬러리와 같은 미세하게 분할된 연마재 입자를 함유하는 부식성 수성 슬러리일 수 있다.
일반적으로, 연마액은 약 15-50℃의 온도에서 분사되며 웨이퍼 표면은 약 2-8psi의 기계적 압력 하에서 연마 표면과 웨이퍼 표면이 마찰 접촉을 유지하고 상대 주기 이동 중에는 고정관계를 유지한다. 특히, 조절은 웨이퍼 표면 근처에서 상대 주기 운동 중에는 고정 관계에서 약 25-50℃와 같은 선택적인 상승 온도로 연마액을 가열하는 것을 포함하는데, 특히 이 때 약 2-8psi의 기계적 압력 하에서 연마 표면과 웨이퍼 표면이 마찰 접촉을 유지하도록 한다.
특히, 연마 표면은 가압판 축에 대하여 약 25-100rpm과 같은 제 1선택 회전속도에서 회전하는 회전 가압판 형태이다. 이에 따라 웨이퍼는 가압판 축과 일정간격을 유지하고 평행한 웨이퍼 축을 중심으로 가압판의 회전 속도보다 약 5rpm높거나 낮은 25-100rpm과 같은 제 2선택 회전속도에서 회전한다. 웨이퍼는 또한 약 3-8cpm(cycles per minute)의 주파수 및 약 10-30mm의 진폭에서처럼 선택된 주파수와 진폭에서 가압판 축에 대하여 진동한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 웨이퍼는 유지링의 주변에 유지된다. 링은 웨이퍼 표면 주변에 마모 표면을 가지며 공통 회전 및 진동을 위하여 웨이퍼 표면과 동일면 관계를 가진다. 연마액은 링 상의 일정간격을 유지하는 다수의 고정 포인트로부터 웨이퍼 표면 외주에 분사된다.
특정 실시예에 대하여, 본 방법은 선택된 주파수와 진폭에서 가압판 축에 대하여 웨이퍼를 진동시키고 연마 표면과 웨이퍼 표면이 마찰 접촉하도록 유지하면서, 가압판 축에 대하여 제 1선택 회전 속도에서 가압판을 회전시키고 그리고 가압판 축과 일정간격을 유지하고 평행한 웨이퍼 축에 대하여 제 2선택 회전 속도에서 웨이퍼를 회전시킴으로써 서로에 대하여 평탄한 연마 표면과 반도체 웨이퍼를 가지는 가압판을 주기적이고 상대적으로 이동시키는 단계를 포함한다. 동시에, 화학 기계적 연마액은 상대 주기 이동 중에 웨이퍼 표면 외주에 고정된 관계로 유지되는 다수의 일정간격을 유지하는 포인트에서 연마 표면 근처에서 웨이퍼 표면 외주에 분사된다.
웨이퍼 표면은 일반적으로 가압판 축에 대하여 방사방향으로 진동하여 가압판 축쪽으로 그리고 이로부터 멀리 웨이퍼를 이동시키도록 한다.
바람직하게, 웨이퍼는 웨이퍼 표면 주변 및 공통 회전 및 진동을 위해 웨이퍼 표면과 동일 평면에 있는 마모 표면을 가진 유지링에 유지된다. 따라서, 연마액은 링 상의 다수의 일정간격을 유지하는 고정 포인트로부터 웨이퍼 표면 외주로 분사될 수 있다.
본 방법은 바람직하게 상대 주기 이동 중에 웨이퍼 표면 근처에서 고정 관계로 연마액의 온도를 선택적으로 조절하는 단계를 포함하는데, 상기 조절은 인접 유지링에 영향을 준다. 조절 단계는 조절은 웨이퍼 표면 근처에서 상대 주기 운동 중에는 고정 관계에서 약 25-50℃와 같은 선택적인 상승 온도로 연마액을 가열하는 단계를 포함한다. 가열 단계는 특히 약 2-8psi의 기계적 압력 하에서 연마표면과 웨이퍼 표면이 마찰 접촉하도록 유지하면 유지링에 영향을 준다.
본 발명의 두 번째 특징에 따르면, 표면 외주를 가지는 반도체 웨이퍼의 표면의 CMP를 위한 장치가 제공된다.
장치는 중앙 개구와 상기 개구를 감싸는 주변 마모 표면을 가진 유지링 및 마모 표면에 한정된 다수의 일정간격을 가진 채널을 포함한다. 링개구는 화학 기계적 연마될 표면을 가진 반도체 웨이퍼와 링이 공동 이동을 유지하도록 적응되게 하여 웨이퍼 표면이 마모 표면과 공동면을 가지고 마모 표면에 의하여 주변이 감싸이도록 한다. 마모 표면 채널은 웨이퍼 표면 외주의 대응하는 인접 위치에 각각의 CMP 유체를 분사하기 위하여 제공된다.
링은 일반적으로 소모적인 플라스틱 또는 세라믹 마모성 물질로 형성된다.
특징에 따르면, 장치는 유지링과 마모 표면 채널을 결합한 캐리어를 포함한다. 캐리어는 평탄한 연마 표면에 대하여 상대 주기 이동을 위하여 장착되고, 상부, 아래쪽을 한정하는 하부 및 상부에서 하부로 연장하는 연마액 도관을 가진다. 유지링은 공통 이동을 위하여 캐리어의 하부에 장착되며 마모 표면 채널은 캐리어의 연마액 도관과 소통하도록 구성된다.
장치는 바람직하게 연마액 도관의 연마액 흐름의 온도를 선택적으로 조절하기 하는 캐리어내의 온도 조절 수단을 포함한다. 온도 조절 수단은 열 교환 수단, 캐리어의 상부로부터 열 교환 수단으로 연장되는 온도 조절 유체 인입 도관 및 열 교환 수단으로부터 캐리어의 상부로 연장되는 온도 조절 유체 인출 도관을 포함한다. 유체 인입 및 인출 도관은 온도 조절을 위하여 연마액 도관의 연마액 흐름에 대하여 간접 열 교환 형태로 온도 조절 유체를 통과시킨다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 장치는 상기 캐리어, 유지링 및 마모 표면 채널과 결합된 스핀들을 포함한다. 스핀들은 평탄한 연마 표면에 대한 상대 주기 이동을 위하여 장착되며 상부 단부, 하부 단부 및 상부 단부에서 하부 단부로 연장되는 연마액 통로를 가진다. 캐리어는 스핀들과의 공통 이동을 위하여 스핀들의 하부 단부 상에 장착되며 스핀들의 하부 단부와 캐리어의 상부가 접촉하며 연마액 도관은 스핀들의 연마액 통로와 소통된다.
특정 열 교환 실시예에 대하여, 장치는 상기 유지링과 마모 표면 채널과 결합하는 특정 구조의 스핀들 및 캐리어를 포함한다.
스핀들은 평탄한 연마 표면에 대한 상대 주기 이동을 위하여 장착되며 상부 단부, 하부 단부, 연마액 통로, 온도 조절 유체 인입 통로 및 온도 조절 유체 인출 통로를 가지며, 각각의 통로는 스핀들의 상부 단부에서 하부 단부로 연장한다.
캐리어는 스핀들과 함께 이동하기 위하여 스핀들의 하부 단부 상에 장착되며 스핀들의 하부 단부와 접촉하는 상부, 아래쪽을 한정하는 하부 및 열 교환 수단을 가진다. 연마액 도관은 열 교환 수단을 통하여 캐리어의 상부에서 캐리어의 하부로 연장하며 스핀들의 연마액 통로와 소통한다. 온도 조절 유체 인입 도관은 캐리어의 상부에서 열 교환 수단으로 연장하며 스핀들의 유체 인입 통로와 소통되며, 온도 조절 유체 인출 도관은 열 교환 수단에서 캐리어의 상부로 연장하며 스핀들의 유체 인출 통로와 소통한다.
열 교환 수단은 유체 인입 통로 및 유체 인입 도관 그리고 유체 인출 도관 및 유체 인출 통로를 통하여 캐리어의 연마액 온도를 선택적으로 조절하기 위하여 연마액 도관의 연마액과 간접적으로 열 교환되도록 온도 조절 유체를 통과시킨다.
유지링은 캐리어와 함께 이동하도록 캐리어의 하부 상에 장착되며, 마모 표면 채널은 캐리어의 연마액 도관과 소통된다.
장치는 스핀들의 상부 단부에서 하부 단부로 연장되는 압력 유체 통로 및 캐리어의 상부에서 하부로 연장되며 스핀들의 압력 유체 통로와 소통되며 링의 개구 범위내의 캐리어의 하부와 소통하는 압력 유체 도관을 더 포함한다. 압력 유체 통로 및 압력 유체 도관은 압축된 공기와 같은 압력 유체를 캐리어의 하부에서 링의 개구 내에 유지되는 반도체 웨이퍼의 인접 부분에 공급하여 링의 마모 표면과 동일 평면으로 웨이퍼를 유지하도록 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 장치는 상기 스핀들, 캐리어, 유지링 및 마모 표면 채널과 결합하는 원형 가압판 및 지지빔을 포함한다. 원형 가압판은 가압판 축에 대하여 회전하도록 장착되며 평탄한 연마 표면을 가지며, 지지빔은 가압판 축쪽 방향 그리고 이로부터 먼 방향으로 진동하도록 배치되며 가압판 축과 일정 간격을 유지하고 평행한 스핀들 축을 중심으로 회전하도록 상부 단부에서 스핀들을 회전가능하도록 장착한다. 캐리어는 스핀들과 함께 이동하도록 스핀들의 하부 단부 상에 장착되며 캐리어의 상부는 스핀들의 하부와 접촉하고 캐리어의 연마액 도관은 스핀들의 연마액 통로와 소통한다.
유지링은 캐리어와 함께 이동하도록 캐리어의 하부 상에 장착되고 마모 표면 채널은 캐리어의 연마액 도관과 소통하도록 배열된다.
지지빔은 가압판에 대하여 웨이퍼와 링의 상대 주기 이동(즉 가압판의 하부 회전 및 웨이퍼와 링의 공동 회전과 진동) 중에 링개구에 유지되는 반도체 웨이퍼의 표면의 CMP를 위하여 가압판의 연마 표면과 마찰 접촉하도록 마모 표면을 배치하도록 조절가능하게 배열된다.
장치는 스핀들의 회전과 진동 중에 비회전 공급부로부터 스핀들의 연마액 통로로의 연마액을 공급하기 위한 유체 연결 수단을 더 포함한다.
장치는 스핀들의 상부 단부에서 하부 단부로 연장하는 압력 유체 통로 및 캐리어의 상부에서 하부로 연장되며 스핀들의 압력 유체 통로와 소통되며 링의 개구 범위내의 캐리어의 하부와 소통하는 압력 유체 도관을 더 포함한다. 이 경우, 유체 연결 수단은 스핀들의 회전과 진동 중에 비회전 공급부에서 스핀들의 연마액 통로로 연마액을 공급하고 비회전 공급부에서 스핀들의 압력 유체 통로로 압력 유체를 공급하기 위하여 제공된다.
전체 실시예에서, 장치는 원형 가압판, 지지빔, 스핀들, 캐리어, 유지링 및 마모 표면 채널로 이루어진 특정 구성을 포함한다.
원형 가압판은 가압판 축에 대하여 회전하도록 장착되며 평탄한 연마 표면을 가진다. 스핀들은 상부 단부, 하부 단부, 연마액 통로, 온도 조절 유체 인입 통로 및 온도 조절 유체 인출 통로를 포함하며, 상기 각각의 통로는 스핀들의 상부 단부에서 하부 단부로 연장한다. 지지빔은 가압판 축쪽 방향 그리고 이로부터 먼 방향으로 진동하도록 배치되며 가압판 축과 일정 간격을 유지하고 평행한 스핀들 축을 중심으로 회전하도록 상부 단부에서 스핀들을 회전가능하도록 장착한다. 캐리어는 스핀들과 함께 이동하도록 스핀들의 하부 단부 상에 장착된다.
캐리어는 스핀들의 상부 단부와 접촉하는 상부 및 아래쪽을 한정하는 하부, 열 교환 수단, 캐리어의 상부에서 열 교환 수단을 통하여 캐리어의 하부로 연장되며 스핀들의 연마액 통로와 소통되는 연마액 도관, 캐리어의 상부에서 열 교환 수단으로 연장되며 스핀들의 유체 인입 통로와 소통되는 온도 조절 유체 인입 도관 및 열 교환 수단에서 캐리어의 상부로 연장되며 스핀들의 유체 인출 통로와 소통하는 온도 조절 유체 인출 도관을 가진다.
열 교환 수단은 유체 인입 통로 및 유체 인입 도관 그리고 유체 인출 도관 및 유체 인출 통로를 통하여 캐리어의 연마액 온도를 선택적으로 조절하기 위하여 연마액 도관의 연마액과 간접적으로 열 교환되도록 온도 조절 유체를 통과시킨다.
유지링은 캐리어와 함께 이동하기 위하여 캐리어의 하부 상에 배치되며 중앙 개구 및 개구를 감싸는 외부 마모 표면을 가진다. 개구는 화학 기계적으로 연마될 표면을 가진 반도체 웨이퍼와 링을 공동으로 이동시키도록 유지되어, 웨이퍼 표면이 마모 표면과 동일 평면상에 배치되고 마모 표면에 의하여 주변이 감싸이도록 한다.
마모 표면 내에 한정된 다수의 일정간격을 가진 채널은 웨이퍼 표면 외주의 대응하는 인접 부분에 화학 기계적 연마액을 분사하며, 채널은 캐리어의 연마액 도관과 소통하도록 배열된다.
지지빔은 가압판의 회전 및 웨이퍼와 링의 공동 회전 및 진동 하에서 가압판에 대하여 웨이퍼와 링의 상대 주기 운동 중에 링개구에 유지되는 반도체 웨이퍼의 표면의 CMP를 위하여 가압판의 연마 표면과 마찰 접촉하도록 링의 마모 표면을 배치하기 위하여 조절가능하게 배치된다.
장치는 스핀들의 회전과 진동 중에 비회전 공급부에서 스핀들의 연마액 통로로 연마액을 공급하고, 비회전 공급부에서 스핀들의 유체 인입 통로에 온도 조절 유체를 공급하고 스핀들의 유체 인출 통로에서 비회전 출구로 온도 조절 유체를 제거하기 위한 흐름 연결 수단을 더 포함한다.
장치는 스핀들의 상부 단부에서 하부 단부로 연장하는 압력 유체 통로 및 캐리어의 상부에서 하부로 연장되며 스핀들의 압력 유체 통로와 소통되며 링의 개구 범위내의 캐리어의 하부와 소통하는 압력 유체 도관을 더 포함한다. 압력 유체 통로 및 압력 유체 도관은 캐리어 하부에서 개구에 유지되는 반도체 웨이퍼의 인접 부분에 압력 유체를 공급하기 위하여 이용되어 링 마모 표면과 동일 평면으로 웨이퍼를 유지하도록 한다.
따라서, 스핀들의 회전 및 진동 중에 흐름 연결 수단은 비회전 공급부로부터의 압력 유체를 스핀들의 압력 유체 통로에 공급한다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 설명한다.
도면은 실측대로 도시된 것이 아니며 일부는 이해를 돕기 위해 과도하게 확대되었다.
도 1 및 2에 따르면, 표면 외주(WP)를 가진 반도체 웨이퍼(W)의 표면(WS)을 화학 기계적 연마하기 위한 종래 기술에 따른 장치가 도시된다. 장치(10)는 가압판(11), 연마 패드(12), 샤프트(13), 기어 유니트(14), 베이스(15), 모터(16), 가압판 축(17), 화학 기계적 연마액(슬러리)(S)을 분사하는 튜브(18) 및 지지빔(22), 진동 화살표(22a), 베어링 유니트(23), 기어 유니트(24), 모터(25), 스핀들(26), 스핀들축(27), 캐리어(28)와 연마될 표면(WS)과 표면 외주(WP)를 가진 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 링(29)을 가진 연마 유니트(21)를 포함한다. 스핀들(26)은 상부 단부(26a) 및 하부 단부(26b)를 가지며, 캐리어(28)는 상부(28a), 하부(28b) 및 아래쪽 부분(28c)을 가지며, 링(29)은 개구(29a) 및 마모 표면(29b)을 가진다.
가압판(11)은 일반적으로 예를 들어 폴리우레탄 섬유 플라스틱 시트 물질로된 연마 패드(12)에 의하여 커버되는 예를 들어 알루미늄으로 이루어진 원형 디스크로서 형성되며 통상적인 방식으로 고정 가압판축(17)을 중심으로 모터(16)에 의하여 회전하기 위하여 베이스(15)상에 기어 유니트(14)를 통하여 장착된다. 튜브(18)는 가압판(11)에 대하여 상부 위치에 고정적으로 배치되어 소정 유속에서 슬러리(S)를 연마 패드(12)에 분사하도록 한다. 연마 유니트(21)는 가압판축(17)에 대하여 튜브와 반대 방향으로 배치된다.
연마 유니트(21)는 예를 들어 진동 화살표(22a)로 표시된 바와 같이 가압판축(17)에 대하여 방사 방향으로 전후방 진동을 위하여 베이스(도시안됨)상에 장착된 지지빔(22)을 포함한다. 지지빔(22)은 공동 진동을 위하여 베어링 유니트, 기어 유니트(24) 및 모터(25)를 가진다. 스핀들(26)은 스핀들 축(웨이퍼 축)(27)을 중심으로 모터(25)에 의하여 회전되고 통상적인 방식으로 지지빔(22)과 함께 진동하기 위하여 베어링 유니트(23) 및 기어 유니트(24)에서 상부 단부(26a)에 장착된다. 캐리어(28)는 스핀들과 함께 회전하고 진동하기 위하여 스핀들(26)의 하부 단부(26b)상의 상부(28a)에 장착된다. 캐리어(28)의 하부(28b)는 링과 함께 회전 및 진동하기 위하여 링(29)을 가진 아래쪽 부분(28c)을 한정한다.
링(29)은 일반적으로 중앙 개구(29a) 및 개구(29a)를 감싸는 외주 마모 표면(29b)을 가진다. 개구(29a)는 통상적인 방식으로 링(29)과 함께 이동하기 위하여 그 내부에 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는데, 상기 반도체 웨이퍼는 예를 들어 실리콘으로 구성되며 화학 기계적으로 연마될 표면(WS) 및 표면 외주(WP)를 가진다. 웨이퍼(W)는 개구(29a)내에 캐리어(28)의 아래쪽 부분(28c)에 대하여 유지되어 웨이퍼 표면(WS)이 마모 표면(29b)과 동일 평면이 되고 마모 표면(29b)에 의하여 표면 외주(WP)에 감싸이게 한다.
지지빔(22)은 웨이퍼(W) 및 링(29)의 마모 표면(29b)이 예를 들어 반시계방향으로 회전하고 예를 들어 화살표(22a) 방향으로 공동으로 진동될 때 그리고 가압판(11)이 통상적인 방식으로 반시계 방향으로 유사하게 회전되고 슬러리(S)가 튜브(18)로부터 패드(12)로 분사될 때 연마 패드(12)와 마찰 접촉을 유지하도록 배열된다.
통상적인 CMP 프로세스는 회전 및 진동 웨이퍼(W)사이의 거리를 일정하게 가변시키고 특히 표면 외주(WP)에서 리딩 및 트레일링 진동 에지의 변동 및 고정 튜브(18)로부터 회전 가압판(11)상에 분사되는 슬러리(S)의 바깥쪽으로 이동하는 물방울에서 다른 열적 이력을 가진 슬러리(S)의 물방울이 다른 웨이퍼(W) 부분과 만나는 문제점을 가진다. 따라서, 웨이퍼(W)의 국부 연마 영역에서의 슬러리 온도는 균일하지 않으며 따라서 CMP가 균일하지 않다.
본질적으로, 패드(12)상의 일부 슬러리(S)는 웨이퍼(W)를 감싸는 링(29)에 의하여 가압판(11)으로부터 배출되는데, 이는 마모 표면(29b)이 일반적으로 양의 기계적 압력 하에서 연마 패드(12)와 마찰 접촉하기 때문이다. 이러한 슬러리(S)의 손실은 비용을 증가시킨다. 웨이퍼를 잡고있는 주변 구조 때문에 또한 링(29)은 웨이퍼 표면(WS)의 중심 영역으로 슬러리(S)가 흐르는 것을 방해하여 중심에서 모서리까지의 균일성을 방해한다.
또한, 슬러리(S)의 가열이 요구되어 폴리실리콘 CMP인 경우, 별도의 가열 모듈이 요구된다.
이들 통상적인 CMP의 단점은 연마되는 웨이퍼 표면(WS)과 접속하는 슬러리의 양 및 온도 변화 때문에 웨이퍼(W)의 여러 부분으로부터의 웨이퍼 물질의 국부 제거 속도에 변화를 야기시켜서, 웨이퍼내의 균일성을 감소시키고 슬러리(S)의 낭비는 소비량과 비용을 증가시킨다.
이들 단점은 본 발명에 따라 극복된다.
도 3 내지 7에 따르면, 표면 외주(WP)를 가진 반도체 웨이퍼(W)의 표면(WS)의 화학 기계적 연마를 위한 본 발명에 따른 장치(40)가 도시된다. 장치(40)는 가압판(41), 연마 패드(42), 샤프트(43), 기어 유니트(44), 베이스(45), 모터(46), 가압판축(47), 및 지지빔(52), 진동 화살표(52a), 베어링 유니트(53), 기어 유니트(54), 모터(55), 스핀들(56), 스핀들축(57), 캐리어(58)와 연마될 표면(WS)과 표면 외주(WP)를 가진 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 링(59)을 가진 연마 유니트(51)를 포함한다. 스핀들(56)은 상부 단부(56a) 및 하부 단부(56b)를 가지며, 캐리어(58)는 상부(58a), 하부(58b) 및 아래쪽 부분(58c)을 가지며, 링(59)은 개구(59a), 마모 표면(59b) 및 화학 기계적 연마액(슬러리)(S)을 분사하는 채널(61)을 가지며, 캐리어(58)는 또한 슬러리 도관(62) 및 슬러리 서브-도관(62a)을 가지며, 베어링 유니트(53)는 캡(63)을 가진다.
가압판(41)은 일반적으로 예를 들어 폴리우레탄 섬유 플라스틱 시트 물질로된 연마 패드(42)에 의하여 커버되는 예를 들어 알루미늄으로 이루어진 원형 디스크로서 형성되며 통상적인 방식으로 고정 가압판축(47)을 중심으로 모터(46)에 의하여 회전하기 위하여 베이스(45)상에 기어 유니트(44)를 통하여 장착된다.
연마 유니트(51)는 예를 들어 진동 화살표(52a)로 표시된 바와 같이 가압판축(47)에 대하여 방사 방향으로 전후방 진동을 위하여 베이스(도시안됨)상에 장착된 지지빔(52)을 포함한다. 지지빔(52)은 공동 진동을 위하여 베어링 유니트, 기어 유니트(54) 및 모터(55)를 가진다. 스핀들(56)은 스핀들 축(웨이퍼 축)(57)을 중심으로 모터(55)에 의하여 회전되고 통상적인 방식으로 지지빔(52)과 함께 진동하기 위하여 베어링 유니트(53) 및 기어 유니트(54)에서 상부 단부(56a)에 장착된다. 캐리어(58)는 스핀들과 함께 회전하고 진동하기 위하여 스핀들(56)의 하부 단부(56b)상의 상부(58a)에 장착된다. 캐리어(58)의 하부(58b)는 링과 함께 회전 및 진동하기 위하여 링(59)을 가진 아래쪽 부분(58c)을 한정한다.
링(59)은 일반적으로 중앙 개구(59a) 및 개구(59a)를 감싸는 외주 마모 표면(59b)을 가진다. 개구(59a)는 통상적인 방식으로 링(59)과 함께 이동하기 위하여 그 내부에 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는데, 상기 반도체 웨이퍼는 예를 들어 실리콘으로 구성되며 화학 기계적으로 연마될 표면(WS) 및 표면 외주(WP)를 가진다. 웨이퍼(W)는 개구(59a)내에 캐리어(58)의 아래쪽 부분(58c)에 대하여 유지되어 웨이퍼 표면(WS)이 마모 표면(59b)과 동일 평면이 되고 마모 표면(59b)에 의하여 표면 외주(WP)에 감싸이게 한다.
지지빔(52)은 웨이퍼(W) 및 링(59)의 마모 표면(59b)이 예를 들어 반시계방향으로 회전하고 예를 들어 화살표(52a) 방향으로 공동으로 진동될 때 그리고 가압판(41)이 통상적인 방식으로 반시계 방향으로 유사하게 회전될 때 연마 패드(52)와 마찰 접촉을 유지하도록 배열된다.
동시에, 즉 가압판(41)에 대한 링(59)의 상대 주기 이동 중에, 슬러리(S)는 마모 표면(59b)에 한정된 다수의(예를 들어 4개의) 일정 간격을 유지한 채널(61)로부터 연마 패드(42) 근처의 표면 외주(WP)의 대응 인접 부분에서 웨이퍼 표면(WS)으로 소정 유속으로 분사된다. 따라서, 슬러리(S)는 다수의 일정 간격의 포인트, 즉 표면 외주(WP)에 대하여 접하고 CMP 중에 웨이퍼(W) 및 링(59)의 이동 위치에서 웨이퍼 표면(WS)에 대하여 고정된 상태를 유지하는 채널(61)에서 분사된다.
이를 위하여, 캐리어(58)에는 상부(58a)에서 하부(58b)로 스핀들 축(57)을 따라 예를 들어 축방향으로 연장하는 슬러리 도관(62)이 제공되고, 상기 슬러리 도관은 다수의(예를 들어, 4개) 슬러리 서브 도관(62a)에서 하방향으로 종료한다. 다수의 슬러리 서브-도관(62a)은 일반적으로 슬러리 도관(62)에서 아래쪽 부분(58c)으로 방사방향으로 연장되어 마모 표면(59b)에서 링(59)의 유사한 다수의 채널(61)과 소통하도록 한다.
도 5를 참조하면, 장치(40)는 슬러리 도관 코일(62b), 슬러리 통로(64), 열 교환기(65), 챔버(66), 인입 도관(67), 인출 도관(68), 인입 통로(69), 인출 통로(70), 공기 도관(71), 공기 통로(72), 슬러리 보어(73), 인입 보어(74), 인출 보어(75), 공기 보어(76) 및 홈(77, 78, 79, 80, 81, 82, 83)을 추가로 포함한다.
스핀들(56)에는 캐리어(58)의 슬러리 도관(62)과 같이 스핀들축(57)을 축방향으로 따라 상부 단부(56a)에서 하부 단부(56b)로 연장되며 캐리지(58)의 슬러리 도관(62)과 소통하고 정렬되도록 배열된 슬러리 통로(64)가 제공된다. 베어링 유니트(53)의 캡(63)은 예를 들어 스크류에 의하여 베어링 유니트(53)의 상부에 조절가능하게 축방향으로 부착되어 통상적인 방식으로 회전 스핀들(56)의 상부 단부(56a)와 일정한 활주 밀봉 접촉을 형성하도록 한다. 캡(63)에는 예를 들어 축방향으로 배치되고 스핀들(56)의 슬러리 통로(64)와 소통하고 정렬하도록 배열된 슬러리 보어(73)가 제공된다.
따라서, 스핀들(56)은 비회전 캡(63)에 대하여 회전하지만, 슬러리(S)는 캡(63)의 슬러리 보어(73), 스핀들(56)의 슬러리 통로(64), 캐리어(58)의 슬러리 도관(62)과 슬러리 서브-도관(62a)을 통하여 미리 설정된 유속으로 비회전 공급부(도시안됨)로부터 링(59)의 슬러리 채널(61)로 베어링 유니트(53) 및 캡(63)에 대한 스핀들(56)의 회전 이동 위치에서 공급될 수 있어 웨이퍼 표면(WS)의 효율적인 CMP를 위하여 표면 외주(WP)에서 웨이퍼 표면(WS)의 바로 인접한 위치에 균일하게 분사되도록 한다.
바람직하게, 캐리어(58)는 또한 예를 들어 챔버(66)로서 형성된 열 교환기(65)를 포함하며, 인입 도관(67)은 상부(58)에서 챔버(66)로 연장하고, 인출 도관(66)은 챔버(66)에서 상부(58a) 및 슬러리 도관(62)으로 연장하며, 슬러리 도관은 챔버(66)와 인입 도관(67) 및 인출 도관(68)에 대하여 간접 열 교환되도록 금속 튜브와 같은 열 전이 물질로된 하나 이상의 슬러리 도관 코일(62b)형태로 챔버(66)를 통과하도록 한다.
다음에, 스핀들(56)은 인입 통로(69) 및 인출 통로(70)를 가지며, 각각은 상부 단부(56a)에서 하부 단부(56b)로 연장하며 캐리어(58)의 인입 도관(67) 및 인출 도관(68)과 소통하도록 배열된다. 베어링 유니트(53)의 캡(63)은 스핀들(56)의 인입 통로(69)와 인출 통로(70)와 소통하도록 배열된 인입 보어(74) 및 인출 보어(75)를 가진다.
따라서, 스핀들(56)이 비회전 캡(63)에 대하여 회전하지만, 예를 들어 가열되거나 냉각된 액체인 온도 조절 유체는 유입부(I)로써 캡(63)의 인입 보어(74), 스핀들(56)의 인입 통로(69) 및 캐리어(58)의 인입 도관(67)을 통하여 소정 유속 및 온도에서 비회전 순환 공급부(도시안됨)로부터 열 전이 슬러리 도관 코일(62a)을 통하여 슬러리 도관(62)의 슬러리(S)와 간접 열 교환하도록 챔버(66)로 유입된다. 온도 조절 유체는 유출부(O)로써 챔버(66)에서 캐리어(58)의 인출 도관(68), 스핀들(56)의 인출 통로(70) 및 캡(63)의 인출 보어(75)를 통하여 인입 보어(74)에 다시 유입되기 전에 재가열 또는 재냉각을 위하여 비회전 순환 공급부(도시안됨)에 공급된다.
이러한 온도 조절 유체의 순환 흐름은 유입부(I)로써 인입 보어(74)를 통하여 열 교환기(65)의 챔버(66)로 공급되고 유출부(O)로서 인출 보어(75)를 통하여 베어링 유니트(73) 및 캡에 대하여 스핀들(56)의 회전 이동 위치에서 복귀되어 웨이퍼 표면(WS)의 효과적인 CMP를 위하여 링(59)의 채널(61)을 통하여 분사되기 전에 슬러리(S)의 균일한 열 교환 온도 조절이 되도록 한다.
편의상, 온도 조절 유체의 순환 유입부(I) 및 유출부(O)는 통상적인 방식으로 가열 또는 냉각 부재(도시안됨)와 같은 적당한 수단에 의하여 지지빔(52) 근처에서 장치(40)의 범위 내에 있는 캐리어(58)에 대하여 외부적으로 미리 가열 또는 미리 냉각된다.
연마 유니트(51)는 또한 캐리어(58)의 상부(58a)에서 하부(58b)로 연장하며 링(59)의 개구(59a) 범위 내에 있는 캐리어(58)의 아래쪽 부분(58c)과 소통하는 공기 도관(71)을 가진다. 스핀들(56)은 상부 단부(56a)에서 하부 단부(56b)로 연장하며 캐리어(58)의 공기 도관(71)과 소통하는 공기 통로(72)를 가진다. 베어링 유니트(53)의 캡(53)은 스핀들(56)의 공기 통로(72)와 소통하도록 배열된 공기 보어(76)를 가진다.
스핀들(56)이 비회전 캡(63)에 대하여 회전하지만, 예를 들어 압축된 공기와 같은 공기 또는 그 외의 압력 유체(A)는 소정 압력에서 캡(63)의 공기 보어(76), 스핀들(56)의 공기 통로(72) 및 캐리어(58)의 공기 도관(71)을 통하여 공급부(도시안됨)로부터 캐리어(58)의 아래쪽 부분(58c)에 유입되어 통상적인 방식으로 링(59)의 마모 표면(59b)과 동일 평면이 되도록 웨이퍼(W)를 유지하도록 캐리어(58)의 아래쪽 부분(58c)에서 링(59)의 개구(59a)에 유지되는 웨이퍼(W)의 인접 부분에 대하여 작용하도록 한다.
공기 또는 다른 압력 유체(A)의 흐름은 베어링 유니트(53)에 대하여 스핀들(56)의 회전 이동 위치에서 공기 보어(76)를 통하여 캐리어(58)의 아래쪽 부분(58c)으로 유입되어 웨이퍼 표면(WS)의 효율적인 CMP를 위하여 링(59)의 마모 표면(59b)과 동일 평면으로 웨이퍼 표면(WS)을 유지하도록 한다.
스핀들(56)은 회전하고 캡(63)은 회전하기 않기 때문에, 스핀들(56)의 상부면에는 축방향 슬러리 통로(64)를 중심으로 3개의 중심 원형 홈이 제공된다. 이들은 인입 통로(69)와 방사방향으로 정렬되는 내부 인입 홈(77), 인출 통로(70)와 방사방향으로 정렬되는 중간 인출 홈(78) 및 공기 통로(72)와 방사방향으로 정렬되는 외부 공기 홈(79)을 포함한다.
도 6에서, 스핀들(56)의 상부 단부(56a)에서의 인입 홈(77), 외부 홈(78) 및 공기 홈(79)은 인입 통로(69), 인출 통로(70) 및 공기 통로(72)에 대하여 정렬되어 캡(63)의 인입 보어(74), 인출 보어(75) 및 공기 보어(76)가 캡(63)에 대하여 스핀들(56)의 회전 이동 위치에서 홈(77, 78, 79)을 통하여 인입 통로(69), 인출 통로(70) 및 공기 통로(72)와 소통하는 것이 도시된다.
도 5에서, 스핀들(56)의 하부면은 축방향 슬러리 통로(64)를 중심으로 3개의 동심원형 홈의 유사 세트를 가진다. 이들은 인입 통로(69)와 방사방향으로 정렬되는 내부 인입 홈(80), 인출 통로(70)와 방사방향으로 정렬되는 중간 인출 홈(81) 및 공기 통로(72)와 방사방향으로 정렬되는 외부 공기 홈(82)을 포함한다. 스핀들(56)의 하부 단부(56b)의 인입 홈(80), 인출 홈(81) 및 공기 홈(82)은 중심 슬러리 통로(64)에 대하여 동심형으로 배치되고 인입 통로(69), 인출 통로(70) 및 공기 통로(72)에 대하여 정렬되어 캐리어(58)의 인입 도관(69), 인출 도관(68) 및 공기 도관(71)이 캐리어(58)에 대하여 스핀들(56)의 각형 회전 이동 위치에서 홈(80, 81, 82)을 통하여 인입 통로(69), 인출 통로(70) 및 공기 통로(72)와 일정하게 소통되도록 한다.
캐리어(58)의 아래쪽 부분(58c)은 스핀들(56)의 축방향 슬러리 통로(64) 및 캐리어(58)에서 인접한 슬러리 도관(62)의 상부와 정렬되도록 아래쪽 부분(58c)에 한정된 유사한 동심 원형 슬러리 홈(83)을 가진다. 슬러리 홈(83)은 슬러리 도관(62)로부터 캐리어(58)의 아래쪽 부분(58c)으로 연장하는 다수의 슬러리 서브 도관(62a)과 정렬된다. 따라서, 캐리어(58)의 서브-도관(62a)은 홈(83)을 통하여 캐리어(58)에 대한 링(59)의 각형 회전 위치에서 링(59)의 채널(61)과 소통된다.
캡(63)의 슬러리 보어(73), 스핀들(56)의 슬러리 통로(64) 및 캐리어(58)의 슬러리 도관(62)이 동축방향으로 정렬되는 한, 이들은 캡(63)에 대하여 스핀들(56)과 캐리어(58)의 각형 회전 위치에서 서로 소통하도록 한다.
캐리어(58)는 스크류 등과 같은 적당한 접속 수단에 의하여 함께 이동하기 위하여 스핀들(56)에 연결될 수 있다. 그러나, 스핀들(56) 및 캐리어(58)가 통합 유니트(도시안됨)로 제공되면, 스핀들(56)의 하부면내의 홈(80, 81, 82)은 생략될 수 있는데, 이는 인입 통로(69) 및 인입 도관(67)은 서로 통합되고 인출 통로(70) 및 인출 도관(68)은 서로에 대하여 통합되고, 공기 통로(72) 및 공기 도관(71)은 서로 통합되기 때문이다.
선택적으로, 스핀들(56)이 중공 튜브(도시안됨)으로서 제공된다면, 통로(64, 69, 70, 72)는 예를 들어 베어링 유니트(53)와 관련된 캡(63)과 유사한 방식으로 중공 튜브 스핀들을 통하여 연장되는 플라스틱 튜브 형태를 취하고 중공 튜브 상에 상부 단부 캡 및 하부 단부 캡에 장착된다.
또한, 링(59)은 스크류 등과 같은 적당한 접속 수단에 의하여 캐리어(58)와 함께 이동하도록 캐리어(58)에 장착될 수 있다. 그러나, 링(59)이 캐리어(58)위에 장착되어 다수의 마모 표면 채널(61)이 캐리어(58)의 다수의 슬러리 서브-도관(62a)과 회전 정렬하고 소통된다면, 캐리어(58)의 아래쪽 부분(58c)의 홈(83)은 생략될 수 있다.
도 7에서, 가압판(41)에 대한 링(59)의 상대 주기 이동 중에 슬러리(S)가 표면 외주(WP)와 안쪽으로 방사방향으로 접하는 마모 표면(59b)의 일정 간격을 유지하는 채널(61)로부터 균일한 유속으로 분사되는 것이 도시된다. 따라서, 슬러리(S)는 표면 외주(WP)의 대응하는 인접 부분에서 웨이퍼 표면(WS)에 즉시 분사된다. 슬러리(S)는 따라서 CMP 중에 웨이퍼(W)와 링(59)의 이동 위치에서 표면 외주(WP)에 접하고 웨이퍼 표면(WS)에 대하여 고정되는 채널(61)에서 다수의 일정 간격의 포인트에서 균일하게 분사된다.
슬러리(S)는 도 7에 점선으로 도시되는 바와 같이 축방향으로 위치한 슬러리 도관(62)에서 캐리어(58)의 홈(83)으로 바깥쪽으로 방사방향으로 연장하는 슬러리 서브-도관(62a)을 통하여 링(59)의 채널(61)에 용이하게 도달한다. 캐리어(58)의 홈(83)은 링(59)의 채널(61)과 일정한 흐름 접속관계를 유지한다.
슬러리(S)는 일반적으로 약 100-200mL/min의 유속에서 마모 표면 채널(61)을 통하여 분사된다. 가압판(41)은 약 25-100rpm에서 회전하며, 링(59) 및 웨이퍼(W)는 약 25-100rpm 및 가압판(41)의 회전 속도의 약 5rpm 차이 내에서 함께 회전된다. 동시에 링(59) 및 웨이퍼(W)는 3-8 예를 들어 5cpm의 주파수에서 그리고 10-30mm 예를 들어 약 20mm의 진폭에서 진동한다. CMP의 연마 시간은 약 1-5분이다.
웨이퍼(W)는 일반적으로 약 8인치(200mm)의 직경을 가진 원형 디스크이며 실리콘으로 형성된다. 링(59)은 8인치의 직경을 가진 원형 개구(59a)를 가지며 약 1mm의 갭이 웨이퍼 외주 및 개구(59a)를 한정하는 링(59)의 내부 벽 부분사이에 존재한다. 마모 표면(59b)을 한정하는 링(59)의 환형 부분은 일반적으로 약 2인치 반경방향으로 연장되어 링(59)의 외경은 약 10인치이고 외부 원주는 약 31,4인치이다. 가압판(41)은 일반적으로 약 20인치의 직경을 가지며 원주는 약 62.8인치이다.
보어(73, 74, 75, 76), 통로(64, 69, 70, 72) 및 도관(62, 67, 68, 71)은 일반적으로 약 1/4인치 직경을 가진다. 한편, 서브-도관(62a) 및 마모 표면 채널(61)은 각각 더 작은 직경을 가지고 있어 모든 서브-도관(62a)에서 모든 마모 표면 채널(61)로부터 일치하게 존재하는 전체 흐름 단면적 및 이에 따른 슬러리(S)의 흐름이 전체 흐름 단면적에 거의 동일하게 하고 따라서 슬러리 도관(62)의 슬러리(S)의 전체 흐름이 동일하게 되도록 한다.
슬러리(S)는 예를 들어 연마 물질로서 콜로이드 실리카를 함유한 수성 포카슘 수산화물(KOH) 슬러리, 연마 물질로서 콜로이드 알루미늄을 함유한 수성 질산제이철 슬러리, 연마재로서 콜로이드 실리카를 함유한 수성 황산알루미늄 용액 등과 같은 미세하게 분할된 연마재 입자를 함유하는 부식성 수성 슬러리와 같은 적당한 화학 기계적 연마액일 수 있다. 예를 들어, 슬러리(S)는 약 0.2미크론 평균 입자를 가진 콜로이드 실리카 입자를 함유한 15%KOH 수성 용액(85% 물 내에)일 수 있다.
일반적으로, 슬러리(S)는 약 15-50℃의 온도에서 분사되고 웨이퍼 표면(WS)은 통상적인 방식으로 캐리어(58)의 아래쪽 부분(58c)에서 공기 도관(71)에 존재하는 압축된 공기(A)의 작용당 약 2-8psi, 예를 들어 5psi의 기계적 압력(하향힘) 하에서 연마 패드(42)와 마찰 접촉을 유지한다. 유사하게, 링(59)은 통상적인 방식으로 양의 기계적 압력 인가없이 또는 스핀들(56)상의 지지빔(52), 캐리어(58) 및 링(59)의 하방향 압력 작용당 약 2-10psi, 예를 들어 5psi의 기계적 압력(하향힘)하에서 연마 패드(42)와 마모 표면(59b)에서 마찰 접촉을 유지한다.
링(59)의 채널(61)은 표에 인접하게 접하고 마모 표면(59b)의 환형 영역 내에 있기 때문에, 슬러리(S)는 링(59)에 의하여 웨이퍼 표면(WS)의 중심 영역부분에 도달하는 것이 방지되지 않으며 또한 링(59)의 외부 원주 부분에 의하여 연마 패드(42)를 밀어내지 못하며, 따라서 전술한 종래 기술의 단점을 극복한다.
링(59)은 일반적으로 통상적인 방식으로 소모성 플라스틱 또는 세라믹 마멸성 물질로 형성되어 웨이퍼 표면(WS)으로부터 물질의 제거율과 매칭하는 속도에서 마모 표면(59b)으로부터 물질이 제거되도록 한다. 연마 패드(42)는 IC 1000(로델사)으로 지정된 폴리우레탄 섬유 시트 물질로서 구입가능하다.
열 교환기(65)는 일반적으로 예를 들어 약 100-250mL/min의 균일한 유속에서 예를 들어 장치(40)의 원격 위치에서 통상적인 방식으로 약 25-50℃로 가열되고 인입 보어(74)를 통하여 유입부(I)으로서 열 교환기(65)에 공급되고 인출 보어(75)를 통하여 유출부(O)로서 복귀되는 고온 그리콜 또는 고온 물 가열된 액체가 공급된다. 그러나, 특정 CMP에 따라 차거운 또는 냉온에서 웨이퍼(W)를 유지하는 것이 바람직한 경우 열 교환기(65)에 유입된 액체는 약 15-20℃의 냉각 글리콜 또는 냉각수와 같은 냉각 액체일 수 있다.
본 발명은 연마되는 웨이퍼 표면(WS)과 접촉하는 슬러리(S)의 양과 온도 변화에 의하여 야기되는 웨이퍼(W)의 상이한 부분으로부터 물질의 국부 제거율 변화를 최소화하기 위한 시스템을 제공한다. 원거리 고정 튜브 대신에 링(59)으로부터 링에 유지된 웨이퍼(W)로의 슬러리(S) 분사는 슬러리(S)의 소모를 최소화한다.
스핀들(56) 및 캐리어(58)를 통하여 링(59)에 슬러리(S)를 공급하고 링(59)의 채널(61)로부터 이를 분사함으로써, 웨이퍼(W)와 링(59)의 공동 회전 및 진동 중에 슬러리는 웨이퍼(W)에 바로 인접하게 유입된다. 슬러리(S)는 링(59)의 일정간격을 유지하는 채널(61)로부터 동일한 관련 위치에서 웨이퍼(W)에 매우 가깝게 공급된다. 즉 웨이퍼(W)와 링(59)의 회전 및/또는 진동 이동과 관련이 없다.
웨이퍼(W)를 CMP를 위하여 사용되는 바로 그 위치에서의 이러한 슬러리(S)의 분사는 슬러리(S)와 웨이퍼(W)와 접촉하기 전에 소정 온도(설정 포인트)로부터 슬러리(S)가 변화(예를 들어, 하강)하는 것을 최소화한다. 따라서 슬러리(S)는 웨이퍼 표면(WS)의 중심에 용이하게 도달하여, 특히 온도에 민감한 CMP에 대하여 개선된 균일성 및 제거율을 제공하고 슬러리 사용 및 소모를 최소화한다. 링(59)의 범위 내에서 웨이퍼(W)에 슬러리(S)를 직접 분사하기 때문에, 이는 바람직하게 균일한 pH를 유지한다.
본 발명의 시스템은 또한 예를 들어 가열 모듈 또는 열 교환기(65)와 같은 독립적으로 슬러리 온도를 조절할 필요가 없으며 따라서 공간을 절약한다. 대신, 열 교환기(65)는 링(59) 및 링의 분사 채널(61)에 바로 인접하게 캐리어(58)에 배치되어 바람직하지 못한 온도 변화 가능성 없이 웨이퍼(W)에 직접 슬러리(S)를 제공하도록 한다. 온도 조절 유체의 순환 유입부(I) 및 유출부(O)는 통상적인 방식으로 적당한 수단(도시안됨)에 의하여 예를 들어 지지빔(52) 근처에서 장치(40)의 범위 내에서 캐리어(58)의 외부에서 미리가열 또는 미리냉각될 수 있다.
따라서, 전체 온도 조절 동작은 이미 장치(40)에 의하여 점유된 미리설정된 공간을 증가시키지 않고 이루어질 수 있다.
본 발명의 시스템은 모든 CMP 프로세스에 적용될 수 있으며 이 때 슬러리(S)의 온도 및 유속 민감성에 대하여 최적화된다. 모든 경우에, CMP 방법은 장치(40)에서 수행되어 균일한 유속, 균일한 온도 및 균일한 pH에서 슬러리(S)를 유지하도록 하며, 따라서 웨이퍼(W)의 균일한 CMP를 얻을 수 있다.
설명된 특정 실시예는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것일 뿐이다. 여러 가지 변형이 설명된 원리와 일관성있게 제공될 수 있다.
본 발명의 시스템은 모든 CMP 프로세스에 적용될 수 있으며 이 때 슬러리(S)의 온도 및 유속 민감성에 대하여 최적화된다. 모든 경우에, CMP 방법은 장치(40)에서 수행되어 균일한 유속, 균일한 온도 및 균일한 pH에서 슬러리(S)를 유지하도록 하며, 따라서 웨이퍼(W)의 균일한 CMP를 얻을 수 있다.

Claims (41)

  1. 표면 외주를 가진 반도체 웨이퍼의 표면을 화학 기계적으로 연마하는 방법에 있어서,
    상기 웨이퍼 표면이 연마 표면과 마찰 접촉을 유지하면서 평탄 연마 표면 및 웨이퍼를 서로에 대하여 주기적으로 상대 이동시키는 단계; 및
    상기 상대 주기 이동 중에 웨이퍼 표면 외주에 고정된 상태를 유지하는 다수의 일정간격을 유지하는 포인트에서 연마 표면 근처의 웨이퍼 표면 외주에 화학 기계적 연마액을 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 연마액은 미세하게 분할된 연마재 입자를 함유하는 부식성 수성 슬러리인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 연마액은 약 15-50℃의 온도에서 분사되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼 표면은 약 2-8psi의 압력하에서 상기 연마 표면과 마찰 접촉을 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 상대 주기 이동 중에 웨이퍼 표면 근처에서 웨이퍼 표면과 고정상태로 상기 연마액의 온도를 선택적으로 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 상대 주기 이동 중에 웨이퍼 표면 근처에서 웨이퍼 표면과 고정상태로 상기 연마액을 선택된 상승 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 상대 주기 이동 중에 웨이퍼 표면 근처에서 웨이퍼 표면과 고정상태로 상기 연마액의 온도를 약 25-50℃로 가열하는 단계 및 약 2-8psi의 압력하에서 상기 연마 표면과 마찰 접촉하도록 웨이퍼 표면을 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 연마 표면은 가압판축을 중심으로 제 1선택 회전 속도에서 회전되는 회전 가압판 형태이며, 상기 웨이퍼는 가압판축과 일정간격을 유지하고 평행한 웨이퍼 축을 중심으로 제 2선택 회전 속도에서 회전되며 선택된 주파수와 진폭에서 가압판축에 대하여 진동하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 가압판은 약 25-100rpm으로 회전되며, 상기 웨이퍼는 가압판의 회전 속도보다 약 5rpm높거나 낮은 약 25-100rpm에서 회전하며 약 3-8cpm의 주파수 및 약 10-30mm의 진폭에서 진동하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 웨이퍼는 공동 회전 및 진동을 위하여 상기 웨이퍼 표면을 감싸며 상기 웨이퍼 표면과 동일 평면에 있는 마모 표면을 가지는 유지링에 유지되며, 상기 연마액은 상기 링 상의 다수의 일정간격을 유지하는 고정 포인트로부터 상기 웨이퍼 표면 외주로 분사되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 표면 외주를 가진 반도체 웨이퍼의 표면을 화학 기계적으로 연마하는 방법에 있어서,
    선택된 주파수 및 진폭에서 상기 가압판축에 대하여 웨이퍼를 진동시키면서 그리고 연마 표면과 마찰 접촉하도록 웨이퍼 표면을 유지하면서, 가압판축에 대하여 제 1선택 회전 속도로 가압판을 회전시키고, 상기 가압판축과 일정간격을 유지하고 평행한 웨이퍼 축에 대하여 제 2선택 회전 속도로 웨이퍼를 회전시킴으로써 평탄한 연마 표면 및 웨이퍼를 가지는 가압판을 서로에 대하여 주기적으로 상대 이동시키는 단계; 및
    상기 상대 주기 이동 중에 웨이퍼 표면 외주에 고정된 상태를 유지하는 다수의 일정간격을 유지하는 포인트에서 연마 표면 근처의 웨이퍼 표면 외주에 화학 기계적 연마액을 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 웨이퍼 표면은 상기 가압판축에 대하여 방사방향으로 진동되어 가압판 축쪽으로 그리고 이로부터 멀리 웨이퍼 축을 이동시키도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 연마액은 미세하게 분할된 연마재 입자를 함유하는 부식성 수성 슬러리인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 연마액은 약 15-50℃의 온도에서 분사되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 웨이퍼 표면은 약 2-8psi의 압력하에서 상기 연마 표면과 마찰 접촉을 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 11항에 있어서, 상기 웨이퍼는 공동 회전 및 진동을 위하여 상기 웨이퍼 표면을 감싸며 상기 웨이퍼 표면과 동일 평면에 있는 마모 표면을 가지는 유지링에 유지되며, 상기 연마액은 상기 링 상의 다수의 일정간격을 유지하는 고정 포인트로부터 상기 웨이퍼 표면 외주로 분사되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 상대 주기 이동 중에 웨이퍼 표면 근처에서 웨이퍼 표면과 고정상태로 상기 연마액의 온도를 선택적으로 조절하는 단계를 더 포함하며, 상기 조절 단계는 상기 유지링에 인접하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 상대 주기 이동 중에 웨이퍼 표면 근처에서 웨이퍼 표면과 고정상태로 상기 연마액을 선택된 상승 온도로 가열하는 단계를 더 포함하며, 상기 가열 단계는 상기 유지링에 인접하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 16항에 있어서, 상기 상대 주기 이동 중에 웨이퍼 표면 근처에서 웨이퍼 표면과 고정상태로 상기 연마액의 온도를 약 25-50℃로 가열하는 단계 및 약 2-8psi의 압력하에서 상기 연마 표면과 마찰 접촉하도록 웨이퍼 표면을 유지하는 단계를 더 포함하며, 상기 가열 단계는 상기 유지링에 인접하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 표면 외주를 가진 반도체 웨이퍼의 표면을 화학 기계적으로 연마하는 장치에 있어서,
    중앙 개구 및 상기 개구를 감싸는 주변 마모 표면을 가진 유지링으로서, 상기 개구는 화학 기계적으로 연마될 표면을 가진 반도체 웨이퍼를 그 내부에 유지하여 링과 함께 이동하도록 하여 반도체 웨이퍼가 상기 마모 표면과 동일 평면에 있고 상기 마모 표면에 의하여 감싸이도록 하는 유지링; 및
    화학 기계적 연마액을 웨이퍼 표면의 외주의 대응하는 인접 부분에 분사하는 상기 마모 표면에 형성된 다수의 일정간격을 가진 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 링은 소모성 플라스틱 또는 세라믹 마모성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 표면 외주를 가진 반도체 웨이퍼의 표면을 화학 기계적으로 연마하는 장치에 있어서,
    평탄한 연마표면에 대한 주기적인 상대 이동을 위하여 장착되며, 상부, 아래쪽 부분을 한정하는 하부 및 상기 상부에서 하부로 연장되는 연마액 도관을 포함하는 캐리어;
    상기 캐리어와 함께 이동하기 위하여 상기 캐리어의 아래쪽 부분에 장착되며 중앙 개구 및 상기 개구를 감싸는 주변 마모 표면을 가진 유지링으로서, 상기 개구는 화학 기계적으로 연마될 표면을 가진 반도체 웨이퍼를 그 내부에 유지하여 링과 함께 이동하도록 하여 반도체 웨이퍼가 상기 마모 표면과 동일 평면에 있고 상기 마모 표면에 의하여 감싸이도록 하는 유지링; 및
    화학 기계적 연마액을 웨이퍼 표면의 외주의 대응하는 인접 부분에 분사하는 상기 마모 표면에 형성된 다수의 일정간격을 가진 채널을 포함하며,
    상기 채널은 상기 캐리어의 연마액 도관과 소통하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 링은 소모성 플라스틱 또는 세라믹 마모성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 22항에 있어서, 상기 연마액 도관의 연마액 온도를 선택적으로 조절하기 위하여 상기 캐리어에 위치하는 온도 조절 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제 22항에 있어서, 상기 연마액 도관의 연마액의 온도를 선택적으로 조절하는 캐리어내의 열 교환 수단, 캐리어의 상부로부터 열 교환 수단으로 연장되는 온도 조절 유체 인입 도관 및 열 교환 수단으로부터 캐리어의 상부로 연장되는 온도 조절 유체 인출 도관을 더 포함하며, 상기 유체 인입 및 인출 도관은 온도 조절을 위하여 연마액 도관의 연마액에 대하여 간접 열 교환되도록 온도 조절 유체를 통과시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 표면 외주를 가진 반도체 웨이퍼의 표면을 화학 기계적으로 연마하는 장치에 있어서,
    평탄한 연마표면에 대한 주기적인 상대 이동을 위하여 장착되며, 상부 단부, 하부 단부 및 상기 상부 단부에서 상기 하부 단부로 연장하는 연마액 통로를 가지는 스핀들;
    상기 스핀들과 함께 이동하기 위하여 상기 스핀들의 하부 단부에 장착되며 상부, 아래쪽 부분을 한정하는 하부 및 상기 상부에서 하부로 연장되는 연마액 도관을 포함하는 캐리어;
    상기 캐리어와 함께 이동하기 위하여 상기 캐리어의 아래쪽 부분에 장착되며 중앙 개구 및 상기 개구를 감싸는 주변 마모 표면을 가진 유지링으로서, 상기 개구는 화학 기계적으로 연마될 표면을 가진 반도체 웨이퍼를 그 내부에 유지하여 링과 함께 이동하도록 하여 반도체 웨이퍼가 상기 마모 표면과 동일 평면에 있고 상기 마모 표면에 의하여 감싸이도록 하는 유지링; 및
    화학 기계적 연마액을 웨이퍼 표면의 외주의 대응하는 인접 부분에 분사하는 상기 마모 표면에 형성된 다수의 일정간격을 가진 채널을 포함하며,
    상기 채널은 상기 캐리어의 연마액 도관과 소통하는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 링은 소모성 플라스틱 또는 세라믹 마모성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제 26항에 있어서, 상기 연마액 도관의 연마액 온도를 선택적으로 조절하기 위하여 상기 캐리어에 위치하는 온도 조절 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 표면 외주를 가진 반도체 웨이퍼의 표면을 화학 기계적으로 연마하는 장치에 있어서,
    평탄한 연마표면에 대한 주기적인 상대 이동을 위하여 장착되며, 상부 단부 및 하부 단부를 가지며, 그리고 각각 상기 상부 단부에서 상기 하부 단부로 연장하는 연마액 통로, 온도 조절 유체 인입 통로 및 온도 조절 유체 인출 통로를 가지는 스핀들;
    상기 스핀들과 함께 이동하기 위하여 상기 스핀들의 하부 단부에 장착되며, 상기 스핀들의 하부 단부와 접촉하는 상부, 아래쪽 부분을 한정하는 하부, 열 교환 수단, 상기 상부에서 상기 열 교환 수단을 통하여 상기 하부로 연장되며 상기 스핀들의 연마액 통로와 소통하는 연마액 도관, 상기 상부로부터 상기 열 교환 수단으로 연장되며 상기 스핀들의 상기 유체 인입 통로와 소통하는 온도 조절 유체 인입 도관 및 상기 열 교환 수단에서 상기 상부로 연장하며 상기 스핀들의 상기 유체 인출 통로와 소통하는 온도 조절 유체 인출 도관을 포함하는 캐리어로서, 상기 열 교환 수단이 상기 캐리어내의 연마액의 온도를 선택적으로 조절하기 위하여 상기 연마액 도관의 연마액에 대하여 간접 열 교환되도록 상기 유체 인입 통로 및 유체 인입 도관 그리고 상기 유체 인출 통로 및 상기 유체 인출 도관을 통하여 온도 조절 유체를 통과시키도록 된 캐리어;
    상기 캐리어와 함께 이동하기 위하여 상기 캐리어의 아래쪽 부분에 장착되며 중앙 개구 및 상기 개구를 감싸는 주변 마모 표면을 가진 유지링으로서, 상기 개구는 화학 기계적으로 연마될 표면을 가진 반도체 웨이퍼를 그 내부에 유지하여 링과 함께 이동하도록 하여 반도체 웨이퍼가 상기 마모 표면과 동일 평면에 있고 상기 마모 표면에 의하여 감싸이도록 하는 유지링; 및
    화학 기계적 연마액을 웨이퍼 표면의 외주의 대응하는 인접 부분에 분사하는 상기 마모 표면에 형성된 다수의 일정간격을 가진 채널을 포함하며,
    상기 채널은 상기 캐리어의 연마액 도관과 소통하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 링은 소모성 플라스틱 또는 세라믹 마모성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제 29항에 있어서, 상기 링의 상기 마모 표면과 상기 웨이퍼가 동일 평면에 있도록 유지되도록 캐리어의 아래쪽 부분의 개구에 유지되는 반도체 웨이퍼의 인접 부분에 압력 유체를 공급하기 위하여 상기 스핀들의 상부 단부에서 상기 스핀들의 하부 단부로 연장하는 압력 유체 통로 및 상기 캐리어의 상부에서 하부로 연장되며 상기 링의 개구 범위에서 상기 스핀들의 압력 유체 통로 및 캐리어의 아래쪽 부분과 소통하는 압력 유체 도관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 표면 외주를 가진 반도체 웨이퍼의 표면을 화학 기계적으로 연마하는 장치에 있어서,
    가압판축을 중심으로 회전하도록 장착되며 평탄한 연마 표면을 가진 원형 가압판;
    상부 단부, 하부 단부 및 상기 상부 단부에서 상기 하부 단부로 연장하는 연마액 통로를 가지는 스핀들;
    상기 가압판축에 대하여 진동하도록 배치되며 상기 가압판축으로부터 일정간격을 유지하며 가압판축과 평행한 스핀들축을 중심으로 회전하도록 스핀들을 스핀들의 상부 단부에 회전가능하게 장착하는 지지빔;
    상기 스핀들과 함께 이동하기 위하여 상기 스핀들의 하부 단부에 장착되며 상부, 아래쪽 부분을 한정하는 하부 및 상기 상부에서 하부로 연장되는 연마액 도관을 포함하는 캐리어;
    상기 캐리어와 함께 이동하기 위하여 상기 캐리어의 아래쪽 부분에 장착되며 중앙 개구 및 상기 개구를 감싸는 주변 마모 표면을 가진 유지링으로서, 상기 개구는 화학 기계적으로 연마될 표면을 가진 반도체 웨이퍼를 그 내부에 유지하여 링과 함께 이동하도록 하여 반도체 웨이퍼가 상기 마모 표면과 동일 평면에 있고 상기 마모 표면에 의하여 감싸이도록 하는 유지링; 및
    화학 기계적 연마액을 웨이퍼 표면의 외주의 대응하는 인접 부분에 분사하는 상기 마모 표면에 형성된 다수의 일정간격을 가진 채널을 포함하며,
    상기 채널은 상기 캐리어의 연마액 도관과 소통하며,
    상기 지지빔은 상기 가압판의 회전하에서 가압판에 대하여 웨이퍼와 링의 상대 주기 이동 및 웨이퍼 및 링의 공동 회전 및 진동 중에 링 개구에 유지된 반도체 웨이퍼의 표면을 화학 기계적으로 연마하기 위하여 상기 가압판의 연마 표면과 마찰 접촉하도록 상기 마모 표면을 조절가능하게 배치하도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 링은 소모성 플라스틱 또는 세라믹 마모성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 제 32항에 있어서, 상기 스핀들의 회전 및 진동 중에 비회전 공급부에서 스핀들의 연마액 통로로 연마액을 공급하는 흐름 연결 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  35. 제 32항에 있어서, 상기 링의 상기 마모 표면과 상기 웨이퍼가 동일 평면에 있도록 유지되도록 캐리어의 아래쪽 부분의 개구에 유지되는 반도체 웨이퍼의 인접 부분에 압력 유체를 공급하기 위하여 상기 스핀들의 상부 단부에서 상기 스핀들의 하부 단부로 연장하는 압력 유체 통로 및 상기 캐리어의 상부에서 하부로 연장되며 상기 링의 개구 범위에서 상기 스핀들의 압력 유체 통로 및 캐리어의 아래쪽 부분과 소통하는 압력 유체 도관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 제 35항에 있어서, 상기 스핀들의 회전 및 진동 중에 비회전 공급부에서 스핀들의 연마액 통로로 연마액 및 비회전 공급부에서 스핀들의 압력 유체 통로로 압력 유체를 공급하는 흐름 연결 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  37. 표면 외주를 가진 반도체 웨이퍼의 표면을 화학 기계적으로 연마하는 장치에 있어서,
    가압판축을 중심으로 회전하도록 장착되며 평탄한 연마 표면을 가진 원형 가압판;
    상부 단부 및 하부 단부를 가지며 그리고 각각 상기 상부 단부에서 상기 하부 단부로 연장하는 연마액 통로, 온도 조절 유체 인입 통로 및 온도 조절 유체 인출 통로를 가진 스핀들;
    상기 가압판축에 대하여 진동하도록 배치되며 상기 가압판축으로부터 일정간격을 유지하며 가압판축과 평행한 스핀들축을 중심으로 회전하도록 스핀들을 스핀들의 상부 단부에 회전가능하게 장착하는 지지빔;
    상기 스핀들과 함께 이동하기 위하여 상기 스핀들의 하부 단부에 장착되며, 상기 스핀들의 하부 단부와 접촉하는 상부, 아래쪽 부분을 한정하는 하부, 열 교환 수단, 상기 상부에서 상기 열 교환 수단을 통하여 상기 하부로 연장되며 상기 스핀들의 연마액 통로와 소통하는 연마액 도관, 상기 상부로부터 상기 열 교환 수단으로 연장되며 상기 스핀들의 상기 유체 인입 통로와 소통하는 온도 조절 유체 인입 도관 및 상기 열 교환 수단에서 상기 상부로 연장하며 상기 스핀들의 상기 유체 인출 통로와 소통하는 온도 조절 유체 인출 도관을 포함하는 캐리어로서, 상기 열 교환 수단이 상기 캐리어내의 연마액의 온도를 선택적으로 조절하기 위하여 상기 연마액 도관의 연마액에 대하여 간접 열 교환되도록 상기 유체 인입 통로 및 유체 인입 도관 그리고 상기 유체 인출 통로 및 상기 유체 인출 도관을 통하여 온도 조절 유체를 통과시키도록 된 캐리어;
    상기 캐리어와 함께 이동하기 위하여 상기 캐리어의 아래쪽 부분에 장착되며 중앙 개구 및 상기 개구를 감싸는 주변 마모 표면을 가진 유지링으로서, 상기 개구는 화학 기계적으로 연마될 표면을 가진 반도체 웨이퍼를 그 내부에 유지하여 링과 함께 이동하도록 하여 반도체 웨이퍼가 상기 마모 표면과 동일 평면에 있고 상기 마모 표면에 의하여 감싸이도록 하는 유지링; 및
    화학 기계적 연마액을 웨이퍼 표면의 외주의 대응하는 인접 부분에 분사하는 상기 마모 표면에 형성된 다수의 일정간격을 가진 채널을 포함하며,
    상기 채널은 상기 캐리어의 연마액 도관과 소통하며,
    상기 지지빔은 상기 가압판의 회전하에서 가압판에 대하여 웨이퍼와 링의 상대 주기 이동 및 웨이퍼 및 링의 공동 회전 및 진동 중에 링 개구에 유지된 반도체 웨이퍼의 표면을 화학 기계적으로 연마하기 위하여 상기 가압판의 연마 표면과 마찰 접촉하도록 상기 마모 표면을 조절가능하게 배치하도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  38. 제 37항에 있어서, 상기 링은 소모성 플라스틱 또는 세라믹 마모성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  39. 제 37항에 있어서, 상기 스핀들의 회전 및 진동 중에 비회전 공급부에서 스핀들의 연마액 통로로 연마액을 공급하고, 비회전 공급부에서 스핀들의 유체 인입 통로보 온도 조절 유체를 공급하고, 상기 스핀들의 유체 인출 통로로부터 비회전 출구로 온도 조절 유체를 제거하는 흐름 연결 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  40. 제 39항에 있어서, 상기 링의 상기 마모 표면과 상기 웨이퍼가 동일 평면에 있도록 유지되도록 캐리어의 아래쪽 부분의 개구에 유지되는 반도체 웨이퍼의 인접 부분에 압력 유체를 공급하기 위하여 상기 스핀들의 상부 단부에서 상기 스핀들의 하부 단부로 연장하는 압력 유체 통로 및 상기 캐리어의 상부에서 하부로 연장되며 상기 링의 개구 범위에서 상기 스핀들의 압력 유체 통로 및 캐리어의 아래쪽 부분과 소통하는 압력 유체 도관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  41. 제 40항에 있어서, 상기 스핀들의 회전 및 진동 중에 비회전 공급부로부터 스핀들의 압력 유체 통로로 압력 유체를 공급하는 흐름 연결 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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