KR20010062379A - 연마 장치의 영역에 대한 슬러리 유입을 제어하는 장치 및방법 - Google Patents

연마 장치의 영역에 대한 슬러리 유입을 제어하는 장치 및방법 Download PDF

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Abstract

화학적 기계적 연마 시스템에서 사용되는 연마 패드 및/또는 플래튼(platen)이 제공된다. 연마 패드 및/또는 플래튼은 자체 표면상에 형성된 슬러리 분배/보유 그루브를 포함한다. 일 실시예에서, 그루브는 회전 또는 선형 연마 시스템에서 사용되는 패드의 상부 연마 표면상에 형성된다. 또다른 실시예에서, 플래튼의 상부 모니터링 표면은 그루브와 패터닝된다. 그루브는 패드/플래튼의 주변부로부터 안쪽방향으로 슬러리가 흐르도록 조절된다. 작동시에, 그루브는 연마 패드/플래튼상의 영역에 슬러리를 일정하게 분배한다.

Description

연마 장치의 영역에 대한 슬러리 유입을 제어하는 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLED DELIVERY OF SLURRY TO A REGION OF A POLISHING DEVICE}
본 발명은 기판을 연마하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 패드의 연마 표면상에 슬러리 유입을 제어하기 위하여 패턴화된 표면을 가진 플래튼/연마 패드에 관한 것이다.
집적회로 및 기타 전자 디바이스 제조시, 도전 물질, 반도체 물질 및 부도체 물질로된 다중층이 제조 공정 중에 증착되고 제거된다. 때때로, 높은 지형, 표면 결함, 스크레치 또는 삽입된 입자를 제거하기 위하여 기판 표면을 연마할 필요가 있다. 연마 공정중 하나는 화학 기계 연마(CMP)로서 공지되어 있으며 기판상에 형성된 전자 디바이스의 품질 및 신뢰성을 향상시키기 위하여 이용된다.
전형적으로, 연마 공정은 높은 제거 속도 및 막과 기판 표면사이의 선택성을 이용하기 위하여 연마 공정 중에 연마 패드에 화학적 슬러리를 유입시키는 것을 포함한다. 일반적으로, 연마 공정은 제어된 압력, 온도 및 패드의 회전 속도하에서 그리고 슬러리 또는 기타 유체 매체하에서 연마 패드에 대하여 기판을 유지하는 것을 포함한다. CMP를 수행하기 위하여 이용되는 연마 시스템중 하나는 어플라이드 머티리얼스사로부터 구입가능 MIRRA시스템이며, 이는 미국특허 5,738,574, "화학 기계 연마용 연속 처리 시스템"에 도시되고 개시되어 있으며, 이는 여기에 참고된다.
CMP의 가장 중요한 목적은 기판 표면의 균일 평탄성을 얻는 것이다. 균일 평탄성은 기판 표면으로부터 물질을 균일하게 제거하는 것과 기판상에 증착된 비균일층을 제거하는 것을 포함한다. 성공적인 CMP는 또한 기판 전체에 대한 재현성을 요구한다. 따라서, 균일성은 단일 기판뿐만 아니라 일괄적으로 처리되는 기판 시리즈에 대하여 이루어져야 한다.
기판 평탄성은 CMP 장치의 구성 및 슬러리와 패드와 같은 연마 속도에 기여하는 소모품의 조성과 구성에 의하여 대부분 규정된다. 화학 기계 연마 공정의 연마에서 비예측성 및 비균일성을 주는 하나의 요인은 기판과 연마 패드사이의 계면에서 슬러리의 비균일한 보급과 분배이다. 슬러리는 일차적으로 기판 표면으로부터 선택된 물질의 물질 제거 속도를 향상시키기 위하여 이용된다. 기판과 접촉하는 고정된 부피의 슬러리는 기판 표면상의 선택된 물질과 상호반응하기 때문에, 슬러리는 소모된다. 따라서, 슬러리의 반응성이 작아지고 슬러리의 연마 개선 특성은 상당히 감소된다. 또한, 기판 에지는 기판 중심 전에서 슬러리와 접촉하기 때문에, 중심에 도달하는 슬러리는 에지에 공급되는 신선한 슬러리보다 반응성이 작다. 따라서, 기판 표면 전체의 물질 제거 레이트는 균일하지 않으며 일반적으로 중심에서는 느린 연마가 발생된다. 기판의 중심부에 가해지는 압력을 증가시킴으로써 중심에서 느린 연마 현상을 보상하고자 하는 시도가 있으나, 이는 기판의 평탄성을 해친다.
모든 기판 영역에 신선한 슬러리를 보급하는 문제를 해결하기 위한 한 방법은 연마 패드에 연속적으로 신선한 슬러리를 제공하는 것이다. 그러나, 연마 장치의 물리적 구조 때문에, 기판과 연마 패드사이의 접촉 영역으로 신선한 슬러리를 공급하는 곤란하며, 기판 및 연마 패드의 모든 부분에 일관적으로 신선한 슬러리를 공급하는 것은 더욱 곤란하다. 따라서, 연마 균일성 및 전체 속도는 슬러리가 기판과 반응하는 것에 따라 상당한 영향을 받는다.
연마 패드에 신선한 슬러리를 연속적으로 제공하는 것과 관련된 다른 문제는 슬러리 량이 소모되는 것이다. 작업 비용을 감소시키기 위하여, 처리 사이클에서 이용된 슬러리 량이 최소화되어야 한다. 그러나, 통상적인 패드는 패드와 기판사이에 슬러리를 효율적으로 보유할 수 없다. 패드 회전 중에 슬러리의 관성은 슬러리가 작업 중에 패드로부터 흐르도록 한다. 따라서, 통상적인 방식은 연마 패드에 신선한 슬러리를 계속 제공하였다. 따라서, 필요이상의 슬러리가 소모된다.
슬러리 분배 문제를 극복하기 위한 하나의 방법은 패드에 그루브를 제공하는 것이다. 그루브가 형성된 패드중 하나는 델라웨어 뉴워크의 로델사로부터 구입가능한 IC 1000 패드이다. IC 1000 패드의 그루브는 패드의 상부 연마 표면에 X-Y 구조를 가지며 그루브에 슬러리 일부를 유지시킴으로써 작업 중에 슬러리의 분배를 제어한다. 그러나, 상기와 같은 패드 설계가 더 많은 슬러리 양을 수용하지만, 슬러리는 패드의 회전 중에 방사방향 바깥으로 흘러내리기 때문에 패드는 낭비가 많은 것으로 나타났다. 그 결과, 통상적인 연마 패드는 많은 양의 슬러리를 계속 소모하여 작업 비용을 증가시킨다.
따라서, 패드 표면상의 슬러리 분배를 제어할 수 있고 균일하고 평탄한 연마를 제공할 수 있는 연마 패드가 요구된다.
본 발명은 일반적으로 연마 패드의 표면 전체의 슬러리 분배를 개선하고 연마 공정의 균일성 및 평탄성을 향상시키는 기판 연마 장치를 제공한다. 일 실시예에서, 장치는 화학 기계 연마 시스템과 결합될 수 있다.
본 발명의 일 특징으로서, 상부 연마 표면과 하부 장착 표면을 가진 연마 패드가 제공된다. 다수의 유체 유입 그루브가 적어도 하나의 표면에 형성된다. 상기 그루브는 패드의 이동 중에 유체 분배를 제어한다.
본 발명의 다른 특징으로서, 연마 패드를 장착하기 위한 패턴화된 표면을 가진 플래튼이 제공된다. 상기 패턴화된 표면은 플래튼의 이동 중에 유체 분배를 제어하기에 적합한, 표면상에 형성된 다수의 그루브에 의하여 한정된다. 일 실시예에서, 패드는 패턴화된 표면상에 배치될 수 있다. 패드의 상부 연마 표면으로의 유체 유입은 상기 그루브와 상기 패드의 상부면을 연결시키는 패드내의 기공(pore)에 의하여 용이하게 된다.
본 발명의 다른 특징으로서, 슬러리 유입은 패드상의 원하는 위치에 더많은 슬러리 량을 제공하도록 제어된다. 패드 회전 중에, 패드 또는 플래튼의 패턴화된 표면은 슬러리가 패드 또는 플래튼의 에지로부터 안쪽으로 흐르도록 하기에 적합하다.
본 발명의 상기 인용된 실시예 및 특징정 방법은 상기 간략하게 요약된 본 발명의 보다 상세한 설명에서 이해 될 수 있을 것이며, 첨부한 도면으로 설명되는 실시예를 참조로 할 수 있다.
그러나, 주목할 것은 첨부된 도면은 단지 본 발명의 전형적 실시예를 설명하는 것으로 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니며, 발명과 동등한 효과적 실시예도 허용가능하다.
도 1은 CMP 시스템의 개략도.
도 2는 연마 스테이션의 개략도.
도 3은 연마 패드의 일 실시예 상부도.
도 4는 연마 패드의 또다른 실시예의 상부도.
도 5는 연마 패드의 또다른 실시예의 상부도.
도 6는 연마 패드의 또다른 실시예의 상부도.
도 7은 연마 패드의 또다른 실시예의 상부도.
도 8은 선형 구동 시스템을 사용하는 연마 패드의 상부도.
도 10은 패드에 형성된 경사진 그루브의 길이에 다른 연마 패드의 단면도.
도 11은 패드 저부 표면이 패턴화되고, 플래튼 및 플래튼 상에 배치된 패드의 부분 투시도.
도 12는 패턴화된 표면을 갖는 플래튼 및 플래튼 상에 배치된 패드를의 부분적 투시도.
* 도면의 주요부호에 대한 부호의 설명*
30: CMP 시스템 32: 연마 스테이션
34: 로딩 스테이션 36: 연마 헤드
40: 기판 조사 스테이션 41: 회전 플래튼
42: 기판 45: 패드
46: 모터 60A, 60B, 60C, 60E: 그루브
일반적으로 본 발명은 연마 패드 및/또는 그위에 형성되는 슬러리 분배/보유 그루브를 갖는 플래튼에 관한 것이다. 일 실시예에서, 그루브는 회전 또는 선형 연마 시스템에 사용하기 위해 상부 연마 표면상에 형성된다. 또다른 실시예에서, 플래튼의 상부 모니터링 표면은 그루브로 패터닝된다. 그루브는 패드/플래튼의 주변부로부터 안쪽으로 슬러리 흐름을 유도하도록 조절된다. 동작시에, 패드/플래튼에 형성된 그루브는 슬러리의 제어된 분배를 제공한다. 일면에서, 상대적으로 높은 슬러리 체적은 이들 영역에서 기판으로부터 물질의 높은 제거 비율 또는 기판의 표면에 있는 물질의 제거의 보다더 균일한 제거 비율을 촉진시키기 위해 원하는 패드 영역에 제공된다.
설명을 쉽고 간단하게 하기 위해서, 이하 도면은 주로 CMP 시스템을 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 기판을 연마 또는 세정하기 위한 패드를 활용하는 다른 형태의 공정에도 마찬가지로 응용가능하다.
도 1은 캘리포니아 산타클라라에 위치한 Applied Materials, Inc.로부터 시판되는 MIRRA 시스템과 같은 CMP 시스템(30)의 개략도이다. 시스템(30)은 3개의 연마 스테이션(32) 및 로딩 스테이션(34)을 포함한다. 4개의 연마 헤드(36)는 연마 스테이션(32)과 로딩 스테이션(34) 위에 배치된 연마 헤드 변위 메커니즘(37)에 회전식으로 장착된다. 프론트-엔드 기판 전송 영역(38)은 CMP 시스템에 인접하게 배치되며 전송 영역(38)은 개별 부품일 수 있지만 CMP 시스템의 일부로 간주한다. 기판 조사 스테이션(40)은 시스템(30) 속으로 유입되는 기판의 조사 전후 공정이 가능하도록 기판 전송 영역(38)에 배치된다.
전형적으로, 기판은 로딩 스테이션(34)에서 연마 패드(36) 상에 적재되어 3개의 연마 스테이션(32)에 의해 회전된다. 연마 스테이션(32) 각각은 자체상에 장착된 연마 또는 세정 패드를 갖는 회전 플래튼(41)을 포함한다. 하나의 공정 시퀀스는 제 1 2개의 스테이션에서 연마 패드를 그리고 연마 공정의 마지막에 기판 세정을 용이하게 하기 위해서 제 3 스테이션에서 세정 패드를 포함한다. 주기의 마지막에, 기판은 프론트-엔드 기판 전송 영역(38)으로 복귀되고 또다른 기판이 처리를 위해 로딩 스테이션(34)으로부터 회수된다.
도 2는 본 발명이 갖는 장점을 사용하는 연마 스테이션(32) 및 연마 헤드(36)의 개략도이다. 연마 스테이션(32)은 회전식 플래튼(41)의 상부 표면과 고정되는 패드(45)를 포함한다. 패드(45)는 바람직하게 폴리우레탄과 같은 플라스틱 또는 발포체(foam)로 구성되나, 다른 공지되거나 공지되지 않은 물질도 사용가능하다. 본 실시예에서는 단일 층 패드만을 도시했으나, 다른 실시예에서 패드는다수의 층을 포함하는 복합층일 수 있다. 플래튼(41)은 모터(46) 또는 플래튼(41)에 회전 운동을 부여하기 위한 다른 적절한 구동 메커니즘과 결합된다. 동작하는 동안에, 플래튼은 중심축 X 부근에서 속도 Vp로 회전한다. 플래튼(41)은 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하다.
또한 도 2는 연마 스테이션(32) 위에 장착된 연마 헤드(36)를 나타낸다. 연마 헤드(36)는 연마작업을 위해 기판(42)을 지지한다. 연마 헤드(36)는 연마 헤드(36)에 대해 기판(42)을 고정시키기 위해 진공형태의 메커니즘을 포함한다. 동작하는 동안, 진공척은 기판을 고정하고 부착시키기 위해 기판(42)의 표면 뒤로 네거티브 진공력을 발생시킨다. 연마 패드(36)는 일반적으로 적어도 초기에 진공상태로 기판을 지지하는 포켓(도시되지 않음)을 포함한다. 기판(42)이 일단 포켓에 고정되고 패드(45) 상에 위치되면, 진공이 제거될 수 있다. 다음 연마 헤드(36)에는 기판 표면의 연마작업이 용이하도록 패드(45)에 대해 기판(42) 이면으로 화살표(48)로 표시된 기판 뒤로 제어된 압력이 가해진다. 연마 헤드 변위 메커니즘(37)은 연마 헤드(36) 및 기판을 시계방향 또는 반시계방향으로, 보다 바람직하게는 플래튼(41)과 동일한 방향으로 Vs 속도로 회전시킨다. 또한 연마 헤드 변위 메커니즘(37)은 화살표(50,52)로 표시된 방향으로 플래튼(41)의 방사상으로연마 헤드(36)를 이동시킨다.
도 2를 참조로, CMP 시스템은 연마 패드(45)에 원하는 조성물의 화학적 슬러리를 주입하기 위한 화학적 공급 시스템(54)을 더 포함한다. 일부 응용에 있어서, 슬러리는 기판 표면의 연마를 용이하게 하는 연마 물질을 제공하며, 바람직하게는고형 알루미나 또는 실리카로 형성되는 조성물이 있다. 동작하는 동안, 화학적 공급 시스템(54)은 원하는 비율로 패드(45) 상에 화살표(56)로 표시된 것처럼 슬러리를 유입시킨다. 다른 응용에 있어서, 패드(45)는 자체상에 배치된 연마 입자를 갖을 수 있고, 패드(45)의 연마 표면으로 유도되는 탈이온수와 같은 액체 만이 요구될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 슬러리 또는 탈이온수와 같은 유체 흐름을 제어하기 위하여 패드(45)의 패턴화된 연마 표면을 제공한다. 도 3은 자체상에 형성된 패턴화된 표면을 갖는 연마 패드(45A)의 일실시예 상부를 나타낸 것이다. 패턴화된 표면은 패드(45A)의 연마 표면에 형성된 같은 간격을 두고 있는 다수의 유체 분배/유지 그루브(60)에 의해 한정된다. 그루브(60A)는 아치형, 또는 관형상으로, 패드(45A)의 에지에서의 초기 단부(62A)로부터 패드(45A)의 중심(Cpad) 부근의 말단부(64A)로 연장된다. 도 3의 실시예에서, 그루브(60A)는 초기 단부(62A)에서 시일처리되거나, 또는 차단되지 않는다. 이러한 실시예는 밀링 비트(milling bit)와 같은 종래의 방법에 의해 밀처리되는 그루브(60A)의 구성을 용이하게 한다. 그러나, 그루브(60A)는 이들 각각의 초기 단부(62A)에서 시일처리될 수 있다. 또한, 그루브는 원하는 패턴을 갖는 주형(cast)으로 패드(45)를 주형하는 것과 같은 선택적 방법에 의해 형성될 수 있다.
그루브(60A)는 안쪽으로 초기 단부(62A)로부터 말단부(64A)로의 유체 흐름이 용이하도록 배향된 형상이다. 그루브(60A)는 패드(45A)가 ω 방향으로 회전하는경우, 슬러리가 화살표(71)로 표시된 것처럼 중심부(Cpad)를 향해 흐르도록 패드(45A)에 형성된다. 즉, 그루브(60A)의 길이에 따라 말단부(64A)로부터 초기 단부(62A)로 이동하여, 그루브(60A)는 ω 회전 방향에 해당하는 시계방향으로 구부러진다. 또한, 패드(45A)의 중심부(Cpad)에서 시작하는 방사라인(68)은 그루브(60A)의 어떠한 포인트도 말단부(64A)를 제외하고 방사라인(68)에 접하지 않는 것을 나타낸다. 그루브(60A)의 곡률은 방사라인(68)과 그루브(60A) 상의 접점(tangent point) 사이의 각도 관걔로 한정되는 각도(θ1)로 표시된다. 도 3에 도시된 것처럼, θ1은 중심부(Cpad)를 향하는 그루브(60A)를 따라 안쪽으로의 갈수록 감소된다.
일반적으로, θ1는 패드(45A)가 회전하는 동안 그루브(60A)에 의한 유체 흐름을 일으키도록 선택된다. 회전하는 동안, 화학적 공급 시스템(54)으로부터 유체는 "크게벌어지며(scooped up)" 화살표(71) 방향으로 안쪽을 향해(Cpad) 그루브(60A)를 통과하여 흐른다. 그루브(60A)의 곡률이 방사라인(68)과 접하는 지점에 가까워짐에 따라, 유체는 감소적으로 말단부(64A)를 향해 안쪽으로 유체가 흐르도록하는 힘이 필요하게 된다. 그루브를 통과해 흐르는 유체 비율은 패드(45A) 상에 있는 유체의 방사상 위치, 패드(45A)의 각속도, 유체의 점성, 및 θ1에 따라 좌우된다. 기술분야에 숙련된 자는 이들 및 다른 변수들에 대한 적절한 값을 경험에 입각하여 결정할 수 있을 것이다.
그루브(60A) 밖으로 그리고 패드(45A)의 상부 표면으로 슬러리를 흘려보내기에 충분한 압력이 축적될 때까지 초기에 슬러리는 그루브(60A)의 길이에 따른 포인트에 수집된다.
도 3의 실시예에 도시된 그루브(60A)는 패드(45A)의 중앙 수집 영역(76A)(점선으로 표시)을 향해 슬러리를 공급하도록 구성된다. 슬러리 수집 영역(76A)은 슬러리 분배 그루브(60A)의 존재로 인해 상대적으로 증가된 슬러리 체적이 분산되는 패드(45A) 영역에 의해 한정된다. 슬러리 수집 영역(76A)은 말단부(64A)의 위치에 의해 또는 그루브(60A) 속에 있는 슬러리의 축적으로 인해 패드 상부 표면상에 슬러리가 가압되는 영역(예를 들어, 그루브(60A)가 방사라인(68)과 직교하는 영역) 의해 결정될 수 있다. 따라서, 도 3에서 슬러리는 그루브(60A)를 지나 동작하는 동안 말단부(64A)에서 패드(45A)의 상부 연마 표면상으로 흐르게 된다.
도 4는 패드(45B)의 중심부(Cpad)로부터 바깥방향으로 보다 방사상으로 위치된 말단부(64b)를 제외하고 도 3의 그루브(60A)와 유사한 그루브(60B)를 갖는 패드(45B)의 또다른 실시예를 나타낸다. 따라서, 슬러리 수집 영역(76B)(점선으로 도시됨)은 말단부(64B)의 위치에 따라 거의 같은 환형 영역이다.
도 5에 도시된 또다른 실시예에서는, 곡률 방향이 동일하고 방사라인(68)과 직교하는 포인트(80)를 갖는 그루브(60C) 예를 제공한다. 접점(80)은 그루브(60C)의 2개 세그먼트(82,84)를 구분한다. 제 1 세그먼트(82)는 초기 단부(62C)로부터 접점(80)으로 연장되며 제 2 세그먼트(84)는 접점(80)으로부터 말단부(64C)로 연장된다. 세그먼트(82,84)의 곡률을 각각 각(θ2,θ3)으로 나타냈다. 초기 단부(62C)로부터 접점(80)을 향하게 그루브(60C)가 이동하여, θ2가 감소된다. 말단부(64C)로부터 접점(80)과 멀어지게 그루브(60C)가 이동하여, θ3가 증가한다. 따라서, θ2는 방사라인(68)을 기준으로 0도 보다 크며 90도 이하이고 θ3는 방사라인(68)을 기준으로 90도 이상 180도 이하이다. 제 1 세그먼트(82)는 도 3을 참조로 상기 설명된 방식으로 초기 단부(62C)로부터 접점(80)으로 유체 흐름을 유도한다. 제 1 세그먼트(82)를 따라 흐르는 유체는 회전 방향(ω)으로 화살표(86)로 표시된다. 제 2 세그먼트(84)가 중심부(Cpad)와 교차하는 것을 방지하도록 배향되도록 제 2 세그먼트(84)는 방사라인(68)으로부터 멀어지게 구부러진다. 작동시에, 제 2 세그먼트(84)는 화살표(88) 방향으로 유체 흐름을 유도한다. 결과적으로, 유체 흐름은 안쪽 방향으로(화살표 86) 제 1 세그먼트(82)를 따라 접점(80)을 향하며 바깥쪽 방향으로 제 2 세그먼트(84)를 따라 접점(80)을 향한다. 결과적으로 그루브(60C)를 통과해 흐르는 유체는 수집 영역(76C)(점선으로 표시)에서 유체가 집중된다.
또다른 실시예에서, 그루브(60)는 다수의 개별, 또는 1개의 대형 슬러리 수집 영역을 제공하도록 기하학적 구조를 변형할 수 있다. 예를 들어, 도 6은 그루브(60A)(도 3을 참조로 설명됨)와 그루브(60C)(도 5를 참조로 설명됨)를 조합한 패드(45D)를 나타낸다. 그루브(60A)는 패드(45D)(도 3에서 영역 76A로 표시됨)의 중심 영역에 슬러리를 제공하며 그루브(60C)는 패드(45D)(도 5에서 영역 76C로 표시됨)의 환형 영역에 슬러리를 제공한다. 따라서, 그루브(60A,60C)의 조합은 집합적인 슬러리 수집 영역(76D)을 제공한다. 다른 변형은 연마 패드(45)의 상부 표면상에 슬러리 분배를 제어하도록 구성된다.
도 3-6은 일반적으로 곡선형상인 그루브(60A-C)를 나타냈지만, 다른 실시예에서의 그루브는 선형일 수 있다. 예를 들어, 도 7은 패드(45E) 에지에서 초기 단부(62E)를 갖고 말단부(64E)로 안쪽방향으로 선형적으로 연장되는 선형 그루브(60E)를 나타낸다. 단자 단부(64E)의 위치는 증가된 슬러리 농도가 동작 동안 형성되는 장소를 결정하고 슬러리 수집 영역(76E)에 의해 여기에 도시된다. 초기 단부(62E)로부터 단자 단부(64E)로 유체 흐름을 용이하게 하기 위하여, 그루브(60E)는 그루브(60E)의 초기 단부(62E)로부터 패드(45E)의 중심부(Cpad)로 연장하는 방사라인(68)에 관련하여 평행하지 않게 지향된다.
다른 실시예에서, 본 발명의 슬러리 분배 그루브(60)는 선형 연마 어셈블리에 사용하기 위해 패드상에 제공될 수 있다. 도 8은 한쌍의 롤러(85)(숨겨진 라인에 의해 도시됨)상에 장착된 선형적으로 작동되는 패드(45F)의 상부 연마 표면의 부분 평면도를 도시한다. 롤러(85)는 종래의 벨트 구동부와 유사하게 방향(V)으로 패드를 구동하기 위하여 작동기(도시되지 않음)에 의해 회전된다. 패드(45F)는 연마 표면에 형성된 V 모양 그루브(60F)를 포함한다. 각각의 그루브(60F)는 제 1 세그먼트(87A), 제 2 세그먼트(87B), 제 1 및 제 2 세그먼트(87A-B)가 상호접속하는 정점(89)을 포함한다. 동작 동안, 패드(45F)는 방향(V)으로 작동되어 정점(89)은이동 방향으로부터 벗어나게 지시하고 각각의 세그먼트(87A-B)의 초기 단부는 정점(89)쪽으로 유도한다. 따라서, 패드(45F)의 표면으로 전달된 슬러리는 세그먼트(87A-B)를 통하여 정점으로 흐르도록 유도되고 그 다음 패드(45F)의 상부 표면위로 유도된다.
도 9는 그루브(60)의 단면을 도시한다. 그루브(60)는 하부(90) 및 두개의 측벽(92)에 의해 형성된다. 측벽(92)이 실질적으로 서로 평행하게 도시되었지만, 다른 실시에에서 측벽(92)은 탭퍼되고, 라운딩된 임의의 기하학적 모양일 수 있다. 그루브(60)는 깊이(α) 및 폭(β)을 가진다. 비록 가변될지라도, 일실시예에서 총 패드 두께가 약 50 밀 및 약 100 밀 사이에 있을때 깊이(α)는 약 30 밀 및 약 70 밀 사이이고 폭(β)은 약 30 밀 내지 약 100 밀 사이이다. 가장 바람직하게, 그루브 크기는 약 80 밀의 두께를 가지는 패드상에서 약 50×50 밀이다.
그루브(60)의 최대 깊이(α)에 대한 한가지 제한은 패드의 강도에 따른 영향이다. 그루브 깊이(α)를 증가시키는 것은 패드 강도를 더 작게 만들수 있다. 강도가 패드(45)의 연마 품질에 영향을 미치기 때문에, 그루브 깊이(α)는 강도의 손실을 피하도록 조절되어야 한다. 다른 한편, 그루브 깊이(α)는 어느 정도의 마모를 수용하기에 충분해야 한다. 과도한 시간, 연속적인 연마는 패드(45)가 전체 패드 두께 및 그루브 깊이(α)를 감소시키도록 마모되게 한다. 따라서, 패드(45)의 조기 대체를 방지하기 위하여, 그루브(60)는 충분한 수명을 가지도록 하는 크기를 가진다. 특정 그루브 깊이(α)는 탄성율에 영향을 미치는 다른 패드 특성, 예를 들어, 패드 조성 및 구성에 따른다.
깊이(α)가 그루브(60)의 길이를 따라 일정하지만, 본 발명은 탭퍼되거나 기울어진 그루브를 가진 것을 고려한다. 기울기의 각도는 기울기 방향에 의해 결정된 바와같은 패드(45)의 특정 영역쪽으로 슬러리 전달 제어를 촉진하도록 제어할 수 있다. 예를들어, 그루브(60)는 그루브(60)가 패드(45)의 중앙쪽으로 보다 깊게되거나, 선택적으로 패드(45)의 에지쪽으로 보다 깊게되도록 하는 기울기를 가질수있다. 도 10은 그루브(60)의 길이를 따라 얻어진 탭퍼된 그루브(60)의 단면이다. 도시된 바와같이, 그루브(60)는 기울기 각도(θ)를 가진다. 일실시예에서, 그루브(60)는 약 1 도 내지 약 0.1 도 사이의 기울기 각도(θ)를 가질수있다. 패드(45)가 동작 동안 실질적으로 수평으로 배치되기 때문에 그루브 깊이를 증가시키는 것은 중력의 영향하에서 중앙(Cpad)쪽으로 유체의 흐름을 이동시킨다. 다른 실시에에서, 그루브(60)는 가변하고 반대 각도의 기울기를 가질수 있어서, 웰 영역은 그루브(60)의 다른 영역에서보다 슬러리의 보다 많은 체적을 수용하도록 동작하는 그루브(60)의 길이를 따라 형성된다.
상기 실시예는 단순히 도시적이고 그루브(60)의 특정 기하 구조는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 패드(45)의 특정 지역에 슬러리를 몰아넣도록 제공된 임의의 그루브 설계는 본 발명에 의해 고안된다.
다른 실시예에서, 패드(45)의 하부 장착 표면은 슬러리 분배/유지 그루브(60)와 함께 패턴화된다. 도 11은 그 위에 배치된 구멍난 패드(45)를 가지는 패턴(41)의 투시 절단도를 도시한다. 패드(45)는 압축 감지 접착제(PSA) 같은접착제에 의해 패턴(41)에 고정될수있다. 패드(45)의 장착 표면(100)상에 형성된 그루브(60)는 목표된 슬러리/유체 흐름을 달성하기 위하여 임의의 기하 구조 및 방향을 가진다. 따라서, 그루브(60)는 임의의 지점으로부터 그루브(60)를 따라 특정 그루브 구조에 의해 결정된 바와같은 슬러리 수집 영역 안쪽으로 슬러리가 흐르도록 하기 위해 사용된다.
패드(45)의 상부 연마 표면위로 슬러리의 전달은 패드(45)에 형성된 포어 또는 홀(104)에 의해 촉진된다. 패드(45)에 형성된 다수의 포어 또는 홀(104)은 패드(45)의 하부 장착 표면(100)으로부터 패드(45)의 연마 표면(102)으로 연장되어, 그 사이에서 유체 흐름을 제공한다. 도 11에 도시된 패드(45)는 포어(104)의 실질적으로 균일한 분배를 제공한다. 그러나, 다른 실시예에서, 포어(104)의 위치는 한정된 영역으로 슬러리 전달을 추가로 제어하기 위하여 슬러리 수집 영역의 위치로 제한된다. 동작 동안, 슬러리는 플래튼(41)의 회전으로 인해 그루브(60)를 통하여 흐른다. 슬러리가 슬러리 수집 영역에 수용될때, 그루브(60)의 유체 압력 증가는 슬러리를 포어(104)를 통하여 위쪽으로 최종적으로 힘을 가하여 패드(45)의 상부 연마 표면(102)으로 전달한다.
다른 실시예에서, 플래튼(41)의 장착 표면은 슬러리 분배/유지 그루브(60)와 함께 패턴화된다. 도 12는 그 위에 배치된 구멍난 패드(45)를 가지는 플래튼(41)의 투시 절단도이다. 플래튼(41)의 패드 장착 표면(110)상에 형성된 그루브(60)는 도 3을 참조하여 기술된 그루브(60A)와 유사한 기하 구조 및 방향을 가진다. 그러나, 그루브(60)는 패드(45)상 목표된 위치로 슬러리/유체 흐름을 전달하기 위하여제공된 선택적으로 임의의 실시예일 수 있다.
그루브(60)는 임의의 지점으로부터 그루브(60)를 따라 플래튼(41)상 슬러리 수집 영역(112)으로 그 다음 패드(45)의 상부 연마 표면(114)쪽으로 슬러리 흐름을 발생시키도록 사용된다. 도 11과 관련하여 기술된 바와같이, 상부 연마 표면(114)에 슬러리의 전달은 그루브(60)를 상부 연마 표면(114)에 결합하는 패드(45)에 형성된 포어(116)에 의해 촉진된다. 장점으로 사용될수있는 하나의 구멍난 패드는 Rodel, Inc.로부터 판매되는 IC 1000이다. 동작 동안, 슬러리는 플래튼(41)의 회전으로 인해 그루브(60)를 통하여 흐른다. 슬러리가 슬러리 수집 영역(112)에 축적될때, 그루브(60)의 유체 압력 증가는 포어(116)를 통해 위쪽으로 및 결국 패드(45)의 연마 표면으로 슬러리에게 힘을 가한다.
도 11 및 도 12에 도시된 실시예는 패드(45)의 연마 표면상 그루브 압력으로 인해 연마 균일도의 손실을 방지하는데 효과적이라 믿어진다. 그루브에 의해 차지된 패드(45)의 연마 표면 영역이 너무 큰 경우, 기판을 균일하게 연마하기 위한 패드(45)의 능력은 절충된다. 따라서, 패드(45)의 장착 표면 및/또는 플래튼(41)의 장착 표면상에 그루브를 제공하는 것은 패드(45)의 상부 연마 표면이 상대적으로 편평하게 되게 한다. 그러나, 다른 실시예에서, 상부 연마 표면 및 하부 장착 표면은 본 발명의 그루브와 함께 패턴화된다. 다른 실시예에서, 패드(45)의 상부 연마 표면 및 플래튼(41)의 장착 표면은 본 발명의 그루브와 함께 패턴화된다.
구멍난 연마 패드가 패드(45)의 하부 장착 표면 및/또는 플래튼(41)의 상부 장착 표면상 그루브(60)와 결합하여 사용되는 경우, 그루브(60)는 바람직하게패드(45)의 에지로 연장한다. 따라서, 그루브(60)는 패드/플래튼 어셈블리의 환경으로 새는 플래튼(41) 및 연마 패드(45) 사이의 경로를 제공한다. 그루브(60)가 플래튼에 의해 하부에 밀봉된 중앙 원을 포함하는 경우같은 그루브(60)가 상기 환경으로부터 차단되는 경우, 부분 진공 조건은 연마 패드로부터 기판의 추후 제거를 더욱 어렵게 만들도록 하는 힘이 기판을 연마 패드쪽으로 밀때 그루브에 형성될수있다. 비록 패드(45)의 포어가 그루브(60)와 주변환경 사이에 유체를 통하도록 하지만, 비교적 작은 크기의 포어는 주위 환경 조건에 관련하여 그룹 압력의 빠른 안정화를 방지한다. 개방 단부 그루브(60)를 구성함으로써, 그루브(60)는 주변 환경과 똑같은 압력으로 유지되고, 구멍난 패드가 사용되는 경우 연마 패드(45)로부터 기판의 제거를 용이하게 한다. 게다가, 개방 단부 그루브(60)는 플래튼(41)으로부터 연마 패드(45)의 제거를 용이하게 한다.
최상부, 최하부, 하부 등 같은 용어가 유사 용어이고 제한되는 것이 아니라는 것이 이해된다. 다른 구조는 기판이 다른 동작에서 처리될수있는 경우 고려된다.
상기된 바가 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가 실시예는 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 고안될 수 있고 그 범위는 다음 청구범위에 의해 결정된다.
본 발명은 일반적으로 연마 패드의 표면 전체의 슬러리 분배를 개선하고 연마 공정의 균일성 및 평탄성을 향상시키는 기판 연마 장치를 제공한다.

Claims (31)

  1. 적어도 하나의 비 교차 유체 유지 그루브를 한정하는 제 1표면을 가진 반도체 연마 디바이스를 포함하며, 상기 그루브의 적어도 일부는 반도체 연마 디바이스의 중심에서 시작하는 방사라인에 대하여 소정 각도로 향하며, 상기 비 교차 유체 유지 그루브는 유체를 반도체 연마 디바이스의 중심부로 안쪽으로 흐르게 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 연마 디바이스는 연마 패드 및 플래튼중 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 비 교차 유체 유지 그루브의 깊이는 비 교차 유체 유지 그루브의 길이를 따라 변화는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 비 교차 유체 유지 그루브는 동일한 곡률 방향을 가지며 상기 방사라인에 대한 접점을 한정하는 제 1부분 및 제 2부분을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 비 교차 유체 유지 그루브는 상기 그루브의 제 1단부에서 상기 그루브의 제 2단부까지 반경이 증가하면서 이동하는 회전 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 비 교차 유체 유지 그루브는 상기 비 교차 유체 유지 그루브의 길이를 따라 반경이 증가하면서 이동하는 회전 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 비 교차 유체 유지 그루브는 아치형 그루브, 선형 그루브 및 이들의 결합형 그루브로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 비 교차 유체 유지 그루브는 상기 반도체 연마 디바이스의 중심부에서 상기 반도체 연마 디바이스의 에지까지 연장하며, 상기 어떠한 비 교차 유체 유지 그루브도 상기 방사라인과 접하지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 연마 디바이스는 회전식 연마기와 함께 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 연마 디바이스는 선형 연마기와 함께 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 연마 디바이스는 연마 패드이며 상기 제 1표면은 연마 표면인 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 연마 디바이스는 플래튼이고, 상기 제 1표면은 연마 패드 장착 표면인 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 연마 디바이스는 플래튼이고 상기 제 1표면은 구멍이 형성된 패드가 배치된 연마 패드 장착 표면이며, 상기 구멍이 형성된 패드에 형성된 다수의 구멍은 상기 비 교차 유체 유지 그루브와 구멍이 형성된 패드의 연마 표면을 연결시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 기판 연마 패드에 있어서,
    (a) 상기 기판 연마 패드의 제 1면상에 위치하는 연마 표면; 및
    (b) 상기 기판 연마 패드의 제 2면상에 위치하는 장착 표면을 포함하며,
    상기 연마 표면 및 상기 장착 표면중 적어도 하나에는 다수의 비 교차 유체 유지 그루브가 형성되며, 상기 그루브는 기판 연마 패드가 소정 방향으로 이동할 때 상기 그루브에 분배된 유체가 기판 연마 패드의 바깥쪽부분에서 중심부쪽으로 흐르도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 패드.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체 유지 그루브는 기판 연마 패드의중심부로부터 기판 연마 패드의 에지로 연장되며, 상기 어떠한 비 교차 유체 유지 그루브도 중심에서 상기 기판 연마 패드쪽으로 연장하는 방사라인과 접하지 않는 것을 특징으로 하는 기판 연마 패드.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 그루브는 상기 장착 표면상에 형성되며, 상기 기판 연마 패드는 상기 연마 표면과 상기 장착 표면사이에서 연장되는 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 패드.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 기판 연마 패드는 폴리우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 패드.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 기판 연마 패드는 회전식 연마기와 함께 이용되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 패드.
  19. 기판을 연마하는 장치에 있어서,
    (a) 하나 이상의 회전가능한 플래튼;
    (b) 상기 회전가능한 플래튼에 연결된 모터;
    (c) 상기 회전가능한 플래튼과 접한 형태로 회전가능하게 장착된 하나 이상의 연마 헤드; 및
    (d) 상기 각각의 회전가능한 플래튼상에 배치된 연마 패드를 포함하며,
    상기 횐 및 연마 패드중 적어도 하나는 그 제 1표면상에 형성된 다수의 비 교차 유체 유지 그루브를 포함하며, 상기 그루브의 적어도 일부는 상기 제 1표면의 중심으로부터 연장하는 방사라인에 대하여 소정 각도로 배치되고 상기 제 1표면의 바깥쪽 부분에서 중심으로 안쪽으로 유체가 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 다수의 비 교차 유체 유지 그루브는는 상기 중심부에서 상기 바깥쪽 부분으로 연장하는 다수의 아치형 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 다수의 비 교차 유체 유지 그루브는 아치형 그루브, 선형 그루브 및 이들의 결합형 그루브로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  22. 제 19항에 있어서, 상기 다수의 비 교차 유체 유지 그루브는:
    (a) 아치형 그루브;
    (b) 상기 방사라인에 소정 각도로 배치된 선형 그루브; 및
    (c) 상기 (a) 및 (b)의 결합형 그루브로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  23. 제 19항에 있어서, 상기 제 1표면은 상기 플래튼의 패드 장착 표면과 접하는 상기 연마 패드의 플래튼 장착 표면이며, 상기 제 1표면은 상기 연마 패드를 통하여 형성된 다수의 홀을 포함하며 상기 다수의 비 교차 유체 유지 그루브를 상기 연마 패드의 연마 표면과 결합시키는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  24. 제 19항에 있어서, 상기 제 1표면은 상기 연마 패드의 플래튼 장착 표면과 접하는 상기 플래튼의 패드 장착 표면이며, 상기 제 1표면은 상기 연마 패드를 통하여 형성된 다수의 홀을 포함하며 상기 다수의 비 교차 유체 유지 그루브를 상기 연마 패드의 연마 표면과 결합시키는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  25. 제 19항에 있어서, 상기 다수의 비 교차 유체 유지 그루브는:
    (a) 아치형 그루브;
    (b) 상기 연마 패드 또는 플래튼의 중심으로부터 연장하는 방사라인에 대하여 평행하지 않게 배치된 선형 그루브; 및
    (c) 상기 (a) 및 (b)의 결합형 그루브로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  26. 제 19항에 있어서, 상기 다수의 비 교차 유체 유지 그루브는 상기 방사라인에 대하여 0도 이상 90도 이하의 제 1각도로 향한 제 1부분 및 상기 방사라인에 대하여 90도 이상 180도 이하의 제 2각도로 향한 제 2부분을 포함하는 것을 특징으로하는 기판 연마 장치.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2각도는 그 각각의 길이를 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  28. 연마 시스템용 회전가능한 플래튼에 있어서,
    패드의 중심에서 시작하는 방사라인에 대하여 소정 각도로 향한 부분을 가진 다수의 비 교차 유체 유지 그루브를 형성하는 패턴화된 패드 장착 표면을 포함하며, 상기 부분은 플래튼의 회전 중에 플래튼의 주변부에서 중심부로 안쪽으로 유체가 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 회전가능한 플래튼.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 다수의 비 교차 유체 유지 그루브는:
    (a) 아치형 그루브;
    (b) 상기 방사라인에 소정 각도로 배치된 선형 그루브; 및
    (c) 상기 (a) 및 (b)의 결합형 그루브로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 회전가능한 플래튼.
  30. 제 28항에 있어서, 상기 연마 패드는 상기 연마 패드 및 상기 다수의 비 교차 유체 유지 그루브가 연마 패드와 플래튼사이에 유체 통로를 형성하도록 상기 패드 장착 표면 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 회전가능한 플래튼.
  31. 제 28항에 있어서, 상기 회전가능한 플래튼은 화학 기계 연마 시스템의 일부인 것을 특징으로 하는 회전가능한 플래튼.
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