KR20030022394A

KR20030022394A - 화학-기계적 폴리싱헤드용 리테이닝 링, 폴리싱장치,슬러리순환시스템, 및 방법

Info

Publication number: KR20030022394A
Application number: KR10-2003-7002094A
Authority: KR
Inventors: 글라샤우저발터
Original assignee: 인피네온 테크놀로지즈 에스시300 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2000-08-14
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2003-03-15
Also published as: JP3857982B2; TW491749B; KR100549055B1; US6419567B1; EP1309422A1; JP2004506338A; WO2002014015A1

Abstract

폴리싱헤드(100)가 폴리싱패드(140)에 대하여 웨이퍼(150)를 잡아주는 화학-기계적 폴리싱기(101)에서, 웨이퍼(150)를 둘러싸는 리테이닝 링(300)은 폴리싱패드(140)에 또한 웨이퍼(150)의 외주(153)에 가압된 슬러리(144)를 분배하기 위한 개방형 챔버(350)를 가진다.

Description

화학-기계적 폴리싱헤드용 리테이닝 링, 폴리싱장치, 슬러리순환시스템, 및 방법{RETAINING RING FOR CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING HEAD, POLISHING APPARATUS, SLURRY CYCLE SYSTEM, AND METHOD}

화학-기계적 폴리싱(CMP)은 초고밀도 집적회로의 생산시에 웨이퍼의 최상부층으로부터 물질을 제거한다("폴리싱"대신에, "평탄화"도 사용된다). 흔히, 최상부층은 산화막(예를 들어 이산화규소)이지만, 다른 물질들도 제거될 수 있다. 전형적인 CMP공정에서, 제어되는 화학, 압력, 속도, 및 온도조건하에서 웨이퍼의 최상부층이 연삭매질에 노출된다. 종래의 연삭매질은 슬러리용액 및 폴리싱패드를 포함한다.

일반적으로, 슬러리용액은 작은 연삭입자(예를 들어, 산화물폴리싱용 이산화규소) 및 화학반응물질(예를 들어, 산화물폴리싱용 수산화칼륨)을 함유하고 있다.

일반적으로, 폴리싱패드는 부풀린 폴리우레탄(blown polyurethane)과 같은 비교적 다공성이 있는 재료로 만들어진 평탄한 패드이며, 또한 폴리싱패드는 연삭입자를 함유할 수 있다.

따라서, 패드 및/또는 웨이퍼가 서로에 대하여 이동할 때에, 패드 및/또는 슬러리내의 연삭입자에 의하여 기계적으로, 또한 슬러리내의 화학제에 의하여 화학적으로 최상부층으로부터 물질이 제거된다.

경쟁적인 반도체산업에서, 각각의 웨이퍼당 결함이 있거나 손상된 회로의 수를 최소화하는 것이 바람직하다.

그러므로, 예를 들어 또 다른 제작단계에서 회로패턴의 이미지를 정확히 포커스하는 것이 중요하기 때문에, 최상부층의 균일하고 평탄한 표면이 CMP에 의하여 일관되게 또한 정확히 생성되어야 한다. 집적회로의 밀도가 증가함에 따라, 거의 0.01 마이크로미터(㎛)의 공차이내로 회로패턴의 임계치수를 정확히 포커스할 필요가 있다.

하지만, 최상부층의 표면이 균일하게 평탄하지 않아서 리소그래피장비와 웨이퍼의 표면간의 거리가 일정하지 않을 때에는, 이러한 작은 공차로 회로패턴을 포커스하는 것이 매우 어렵다.

CMP의 적용 및 종래기술의 디자인에 대하여는, 다음의 참고자료들, 즉 미국특허 제 5,205,082호(Shendon 외), 제 5,533,924호(Stroupe 외), 제 5,571,044호(Bolandi 외), 제 5,624,299호(Shendon), 제 5,635,083호(Breivogel 외), 제 5,643,061호(Jackson 외), 제 5,664,988호(Stroupe 외), 제 5,664,990호(Adams 외), 제 5,700,180호(Sandhu 외), 제 5,707,492호(Stager 외), 제 5,755,614호(Adams 외), 제 5,762,539호(Nakashiba 외), 제 5,762,544호(Zuniga 외), 제 5,795,215호(Gutbrie), 제 5,803,799호(Volodarsky 외), 제5,857,899호(Volodarsky 외), 제 5,868,896호(Robinson 외), 제 5,879,226호(Robinson), 제 5,882,243호(Das 외), 제 5,948,204호(Maveety 외), 제 5,993,302(Chen 외), 제 6,004,193호(Nagahara 외), 제 6,012,964호(Arai 외), 또한 유럽 및 PCT공보 EP 0 548 846 B1(Shendon 외), EP 0 589 433 B1(Hirose 외), EP 0 599 299 B1(Okumura 외), EP 0 786 310 A1(Volodarsky 외) 및 WO 99/58297호(Perlov 외)가 유용하다.

본 발명은 반도체웨이퍼를 제작하는 장치 및 방법, 더욱 상세하게는 화학-기계적 폴리싱(CMP)에 관한 것이다.

도 1a 및 도 1b는 플래튼, 리테이닝 링과 탄성부재를 구비한 폴리싱헤드, 및 슬러리가 있는 폴리싱패드를 구비한, 본 발명에 따른 화학-기계적 폴리싱(CMP)기의 측면도;

도 2a 및 도 2b는 폴리싱될 최상부층을 갖는 웨이퍼를 간략히 예시한 평면도 및 측면도;

도 3은 폴리싱후에 최상부층 두께 대 좌표 X를 간략히 예시한 도표;

도 4는 웨이퍼, 패드 및 종래의 리테이닝 링의 개략적 부분단면도로서 폴리싱중의 원치않는 테두리효과를 예시한 도면;

도 5는 웨이퍼, 패드, 탄성부재 및 본 발명에 따른 리테이닝 링의 개략적 부분단면도로서 폴리싱중에 개선된 점을 예시한 부분단면도;

도 6은 본 발명에 따른 리테이닝 링을 간략히 예시한 평면도;

도 7은 본 발명에 따른 리테이닝 링을 이용한 슬러리순환시스템을 간략히 예시한 블록도;

도 8은 대안적인 형상을 가진 챔버를 구비한 리테이닝 링의 부분단면도;

도 9는 또 다른 대안적인 형상을 가진 챔버를 구비한 리테이닝 링의 부분단면도; 및

도 10은 대안적인 하부면을 갖는 리테이닝 링의 저면도.

그러므로, 본 발명의 주목적은, 예를 들어 반도체 웨이퍼의 화학-기계적 폴리싱시에 평탄화공정의 균일성을 향상시키는 것이다.

상기 목적은 화학-기계적 폴리싱장치내에 웨이퍼를 에워싸고 있는, U형 단면이 특징인 리테이닝 링에 의하여 해결되며, 상기 링에는 상기 장치의 폴리싱패드에 가압유체를 가하기에 적합한 부분개방형 챔버를 둘러싸고 있는 외측벽 및 내측벽이 있다.

다시 말해, 일반적으로 (웨이퍼를 폴리싱하는 캐리어해드용) 리테이닝 링은 실질적으로 U형 단면을 가지는 고리형 몸체, 내측면, 외측면, 및 웨이퍼의 외주, 즉 웨이퍼에지를 따라 가압된 슬러리를 분배하기 위한 상기 면간의 홈으로 이루어진다.

(웨이퍼를 수용하고 패드에 대하여 웨이퍼를 유지하기 위한) 폴리싱패드 및 폴리싱헤드를 구비한 화학-기계적 폴리싱장치에는 헤드와 맞물리며 웨이퍼를 둘러싸기 위해서 리테이닝 링이 구비되어 있다. 링에는 가압된 슬러리를 패드와 웨이퍼 외주로 분배하기 위해서 개방형 챔버가 구비되어 있다.

폴리싱헤드는 웨이퍼지지면 및 웨이퍼를 제 위치에 유지시키기 위해서 지지면과 맞물린 리테이닝 링으로 이루어진다. 리테이닝링은 슬러리를 보유하기에 적합한 형상으로 되어 있으며, 웨이퍼와 내측면간의 틈새로 슬러리를 분배하기 위해서 웨이퍼를 향하고 있으나 패드와는 이격된 내측면을 가진다.

화학적 폴리싱 장치를 작동하는 방법은, 리테이닝 링으로 웨이퍼를 둘러싸도록 패드상에 웨이퍼를 놓는 단계; 및 리테이닝 링 내의 챔버를 통하여 패드 및 링의 내경면과 웨이퍼의 외주간의 공간으로 슬러리를 가하는 단계를 포함한다.

부가적인 장점 및 실시형태는 종속항으로부터 명확해진다.

첨부한 도면과 연계된 실시예를 참조로 본 발명을 더욱 상세히 서술한다.

측면도는 데카르트 좌표계 XYZ를 이용한다. 다른 특별한 사항이 없으면, X축선은 오른쪽을 향하고 Y축선은 지면 밑을 향하며 Z축선은 위쪽을 향한다(오른손법칙). "위쪽" 및 "아래쪽"이란 용어는 편의상 각각 Z축선을 따라 양 및 음의 방향감각을 나타내기 위한 동의어(synonym)이다.

또한 편의상, 몇몇의 도면에는 반경 Q 및 각도 V를 갖는 극좌표계 QV가 사용된다. 설명을 하기 위해서, 두 좌표계 모두의 원점은 최상부층에서의 웨이퍼의 중심으로 정의된다. 좌표계변환은 주지의 관계(예를 들어, 피타고라스 이론, 사인 또는 코사인함수)를 사용하여 달성될 수 있다.

"웨이퍼"라는 용어는 폴리싱될 최상부층을 갖는 임의의 평탄한 작업물을 집합적으로 나타낸다.

작업물은 반도체웨이퍼인 것이 바람직하다. 하지만, 본 발명에 따른 폴리실기술은 반도체웨이퍼로 한정되지 않고 콤팩트디스크, 액정디스플레이 등등과 같은 작업물에 적용될 수 있다.

첨자표시는 "웨이퍼"의 경우 "W"이고 "링"의 경우 "R"이다. 부호의 용어풀이는 명세서의 말미부에 제공된다.

도 1a 및 도 1b는 플래튼(120)(또는 "턴테이블"), 리테이닝 링(200/300)(좌향해칭됨)을 구비한 폴리싱헤드(100)(또는 "웨이퍼캐리어", 우향해칭됨), 및 슬러리(144)를 갖는 폴리싱패드(140)를 포함하는, 본 발명에 따른 CMP기(101)를 간략히 예시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 리테이닝 링을 지칭할 때에는 참조번호 300, 301 등등이 사용된다. 도 5 내지 도 7과 관련하여 상세한 사항이 서술된다. 본 발명에 따르면, 링(300)은 U형 프로파일(비대칭적인 것이 바람직함)을 가진다. 링(300)은 패드(140)에 가압유체(바람직하게는 슬러리)를 가하는 데 적합한 부분개방형 챔버(350)를 에워싸는 외측벽 및 내측벽을 가진다(상세한 것은 도 5를 참조).

종래의 리테이닝 링을 지칭할 때에는, 참조번호 200, 201 등등이 사용된다(도 4 참조). 도 1은, 보조도인 도 1b에서의 좌측상의 링(200)을, 도 1a에서는 링(300)으로 교체한 도면을 예시한다.

통상적으로, 구동조립체(191)는 화살표(1)로 표시된 바와 같이 플래튼(120)을 회전시키거나, 화살표(2)로 표시된 바와 같이 양옆으로 왕복시킨다.

헤드(100)는 가중되거나 부동캐리어일 수도 있고, 또는 화살표(3(Z축), 4)에 각각 표시된 바와 같이, 축선운동 및 회전운동을 주기 위해서액추에이터조립체(192)가 웨이퍼캐리어(100)에 부착될 수 있다.

웨이퍼(150)는 웨이퍼(150)와 헤드(100)의 하부면(132) 사이에 위치되어 있는 탄성부재(134)(예를 들어, 베이킹필름)에 부착되어 있다. 특히, 예를 들어 웨이퍼의 교체시, 웨이퍼에 진공을 일시적으로 가하여 헤드(100)에서 웨이퍼(150)를 잡아두기 위한 수단은 당업계에 공지되어 있으며, 간략히 하기 위해서 도시되지 아니한다. 부재(134)는 헤드(100)가 웨이퍼(150)의 이면(152)에 직접 닿는 것을 방지한다.

리테이닝 링(200/300)은 웨이퍼(150)를 둘러싸음으로써 헤드(100) 아래에 웨이퍼(150)를 유지한다. 링(200/300)은 내측환형면(201/301)과 외측환형면(202/302) 사이의 거리로서 정의되는 전체 폭(B)을 가진다. 링(200)은 하부면(205)에 의해서 패드(140)에 닿는다.

하기에 상세히 서술된 본 발명의 일실시형태에 따르면, 링(300)은 표면(205)과 비교해서 (a) 보다 작으며, (b) 웨이퍼로부터 보다 멀리 위치되어 있는 하부면(304)(도 5 참조)에 의해서 패드(140)에 닿는다.

CMP기(101)의 작동시에, 웨이퍼(150)는 폴리싱패드(140)에 대하여 최상부층(154)이 아래를 향하여 위치된다. 웨이퍼(150)가 이동함에 따라, 폴리싱패드(140) 및 슬러리(144)가 층(154)로부터 물질을 제거한다.

링(200/300)의 표면(201, 301)의 내경이 웨이퍼직경(예를 들어, 300㎜)보다 약간(예를 들어, 0.2 내지 20 밀리미터(㎜)또는 그 이하) 크기 때문에, 링(200/300)과 웨이퍼외주(153) 사이에 갭(136)("틈새"(C))이 생긴다. 또한갭(136)과 관련된 바람직하지 않은 테두리효과가 하기에 서술된다.

링(300)은 조정가능한 하향력으로 패드(140)에 가압된다. 따라서, 링(300)에 의하여 패드(140)로 가해진 압력은 실질적으로 전반에 걸쳐 균일하게 분포된다. 하향력에 대한 추정값은 도 5의 설명과 관련하여 주어진다. 당업자는 본 명세서에서 부가로 설명하지 않아도 하향력을 조절할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 두가지 좌표계로 웨이퍼(150)의 개략적 평면도(도 2a) 및 측면도(도 2b)를 예시한다. 웨이퍼(150)의 외주(153)가 두 도면 모두에 도시되어 있는 반면, (폴리싱될) 최상부층(154) 및 이면(154)은 측면도에만 도시되어 있다. 웨이퍼(150)는 직경 D_W(예를 들어, 300㎜)을 가진다. T는 최상부층(154)의 두께를 나타내며, G는 (최상부층(154)과 이면(152) 사이의) 웨이퍼(150)의 두께를 나타낸다. T는 Q 및 V의 함수이다. (Z축선을 따라) T를 측정하는 방법은 당업계에서 주지되어 있다. 본 명세서에서는 G의 편차를 고려하지 않기로 한다.

도 3은 종래의 리테이닝 링(200)(도 1의 보조도 참조)으로 폴리싱한 후, D_W=300㎜ 웨이퍼에 대하여 얻어진 좌표 X(㎜)에 대한 최상부층 두께(T)(나노미터(㎚)단위)를 간략히 예시한 도표이다. 도 3의 예시에서, 각도 V는 0이며, 다른 V 및 전체 원에 걸친 평균 V에 대해서도 유사한 결과가 얻어질 수 있다. 웨이퍼외주로 갈수록 층두께(T)가 급증하는 것은 바람직하지 않다.

도 4는 웨이퍼(150)(외주(153), 층(154)), 패드(140) 및 종래의 리테이닝 링(200)(표면(201, 202))의 개략도 및 부분도로서, 폴리싱 중에 바람직하지 않은테두리효과("에지제외(edge exclusion)")를 예시한다. 도 4는 예를 들어 설명하기 위함이며, 테두리효과 자체를 다르게 표현할 수도 있다. 예시된 바와 같이, 테두리효과는 패드(140)상에 리플(149)을 발생시킨다. 즉, 패드면은 XY 평면에 대하여 변위 S만큼 국부적으로 이동된다. 예를 들어, 도 4에 나타낸 바와 같이, 갭(136)내에서는 패드(140)가 위쪽(포지티브 S)으로 변형되고, 웨이퍼(150)의 아래의 웨이퍼외주영역(예를 들어, 최외각의 5 내지 10㎜)에서는 패드(140)가 아래쪽(네거티브 S)로 변형되며, 중심영역 부근에서는 패드(140)가 최상부층(154)에 균일(제로 S)하게 가압된다.

테두리효과는 예를 들어, (i) 헤드(100)와 플래튼(120)(도 1 참조) 사이의 상대운동으로 생성된 (XY 평면에서의) 힘에 의하여, (ii) 링(200) 및 웨이퍼(150)가 (Z 방향으로) 패드(140)에 가한 상이한 압력에 의하여 생길 수 있다.

불균일한 변위 S에 의하여, 패드(140)와 층(154) 사이의 압력도 또한 불균일하다. 따라서, 재료연삭 또한 불균일하게 된다. 재료는 중심영역에서보다 외주영역에서 더 잘 제거된다(도 3 참조, 그 역도 가능). 테두리효과는 집적회로에 부적절한 웨이퍼외주영역을 만들 수도 있다.

많은 경우의 테두리효과는 (예를 들어, 변위 S, 압력, 연삭속도, 외주영역 등등)는 예를 들어, 패드(140)의 경도, 갭(136)의 틈새(C), 및 웨이퍼(150)와 패드(140)간의 상대속도에 따라 좌우된다.

도 5는 폴리싱 중에 웨이퍼(150), 패드(140), 탄성부재(134) 및 본 발명에 따른 리테이닝 링(300)을 간략히 예시하여 개선된 점을 예시한 부분단면도이다.XY 평면은 그 단면이다.

종래기술에서와 유사하게, 링(300)은 외측환형면(302) 및 그것에 직교하여 배치된 하부면(304)을 가진다. 상기 면(304)은 링형상이며 실질적으로 평탄하다. 상기 면(304)은 패드(104)에 닿는다. 종래기술과는 대조적으로, 링(300)은 패드(140)까지 연장되지 않는 내측환형면(301)을 가지는 것이 바람직하다. (표면(301)에 실질적으로 직교하는) 하부면(303)은 패드(140)위에 채널높이(H)로 위치되고 패드(140)에는 닿지 않는다. 표면(303)과 패드(140) 사이에 채널(360)이 형성된다.

하부면(304, 303)이 서로 닿지 않는 반면에, 링(300)은 가압유체를 보유하는 챔버(350)("홈")을 가진다. 이 유체는 슬러리(144)인 것이 바람직하나, 실질적으로 연삭제가 없는 유체가 사용될 수도 있다.

편의상, 도 5에는 슬러리를 챔버(350)로 공급하는 슬러리주입구(371)도 예시되어 있다. (주입구(371)와 유사한) 슬러리배출구는 도 6에 예시되어 있다. 가압된 슬러리는 당업자에 의하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 공급라인(371)(도 7 참조)에서의 펌프 및 밸브에 의하여 챔버(350)내의 압력이 조절된다. 또한, (실질적으로 패드(140)와 평행하게) 표면(302)에 주입구(371) 및 배출구(372)를 제공하는 것도 가능하다.

단면을 보면, 링(300)은 베이스(353), 외측벽(352) 및 내측벽(351)(짧은 벽)을 갖는 비대칭적인 U형 프로파일로 도시되어 있다. 상기 벽(351, 352)은 각각 표면(301, 302)에 의해서 부분적으로 한정되어 있다. 챔버(350)의 형상은 중요하지않다. 단지 편의상, 직사각형인 챔버(350)가 제공된 것 뿐이다.

챔버(350)내의 슬러리(144)가 가압됨에 따라, 채널(360)을 통하여 갭(136)으로 슬러리(144)가 전달된다. 탄성부재(134)는 슬러리(144)의 더이상 퍼지지 못하게 한다. 이로써, 챔버(350)내의 압력은 또한 실질적으로 균등하게 갭(136)에 분포된다. 패드 구부러짐(도 4 참조)을 유발하려는 힘이 감소된다. 폴리싱패드(140)의 리플(도 4 참조)을 최소화함으로써 웨이퍼의 전반에 걸친 압력은 더욱 균일해 진다.

다시 말해, 종래기술(링(200) 참조)과는 대조적으로, (i) 하부면에 닿는 패드(도 1의 표면(205) 대 도 5의 표면(304)을 비교)는 웨이퍼와 보다 떨어져 위치되어 있고, (ii) 갭(136)은 유체(즉, 슬러리)로 가압된다. 이로써, 본 발명에 따른 링(300)을 이용한 헤드(100)는 테두리효과를 경감시킨다. 링(300)을 이용하면, 웨이퍼(150)에서 패드(140)까지의 국부 압력은 반경좌표(Q)와는 실질적으로 독립적이 되기 때문에, 모든 반경좌표(Q)에 걸쳐 재료제거의 균일성이 보다 양호해 진다.

링(300)은 플라스틱이나 세라믹으로 만들어지는 것이 바람직하다. 알맞은 B의 값은 10 내지 15㎜사이의 범위이다. 높이(H)는 웨이퍼두께(G)(최상부층에서부터 이면까지, 도 2 참조)보다 큰 것이 바람직하다. H 및 G는 1.05 내지 2.0 사이의 범위에 있는 H 대 G의 비율로 연관되는 것이 바람직하다. 다른 값도 사용될 수 있다.

상술된 바와 같이, 조정가능한 하향력(F_R)(링(300) 대 패드(140))에 대한 추정치가 주어진다. 하향력(F_R)은 다른 힘, 즉, 하향력(F_R)에 대하여 반작용하는, 슬러리(144)에 의하여 가해진 상향력(F), 탄성부재(134)를 통하여 가해진, 웨이퍼(150)로부터 패드(140)에 작용하는 하향력(F_W) 중의 하나이다. 각각의 힘이 작용하는 표면적(예를 들어, 표면(304), 챔버(350)의 내부면적, 웨이퍼면)을 고려하면, 각각의 압력(P_R, P, P_W)이 정의될 수 있다. 압력은 편의상 절대값(기호｜｜)으로 고려된다. 링압력(P_R)은 슬러리압력(P)과 웨이퍼압력(P_W)의 합과 크거나 같은 것이 바람직하다. 즉,

｜P_R｜≥｜P｜+｜P_W｜

또한, 웨이퍼(150)를 교체할 때 슬러리(144)를 다시 흡입하거나 대기압 이하로 챔버(350)내의 슬러리(144)를 유지시키는 데에도 편리하다.

도 6은 리테이닝 링(300)을 간략히 예시한 평면도이다. 도 5의 단면도에 대응하여, 링(300)은 내측환형면(301), 외측환형면(302), 및 챔버(350)(가려져 있어 대시로 표시됨)와 함께 예시되어 있다. 바람직한 실시예에 대하여 예시된 바와 같이, 슬러리주입구(371) 및 슬러리배출구(372)가 각도 V=180°로 배치되어 있다. 하지만, 다수의 주입구 및 다수의 배출구가 제공될 수도 있고, 편의상 인/아웃/인/아웃의 순서로 교번될 수 있으며, 360°를 주입구/배출구의 총수로 나눈 V 만큼 이격될 수도 있다.

용이한 설명을 위해 "환형" 및 "링"이라는 용어를 사용하였다. 하지만,링(300)의 모양이 항상 중심에서 동일한 거리를 유지할 필요는 없다. 대시선(359)으로 표시된 바와 같이, 링부는 웨이퍼의 특정 방위의 에지 불연속형상과 정합하도록 크기 및 형상을 선택할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 리테이닝 링(300)을 사용한 슬러리순환시스템(375)을 간략히 예시한 블록도이다. 슬러리순환시스템(375)은 예시된 바와 같이 파이프장치(377)에 의하여 슬러리주입구(371) 및 슬러리배출구(372)(도 6 참조)에 결합되어 있는 슬러리펌프(374) 및 슬러리재생유닛(380)을 포함한다. 바람직한 슬러리 흐름방향이 화살표로 표시되어 있다. 시스템(375)은 슬러리의 소비를 감소시킨다.

즉, 주입구(371)로부터 배출구(372)까지 슬러리를 순환시키는 시스템(375)에는 폴리싱헤드(100)의 리테이닝 링(300)의 부분인 슬러리분배채널(350)이 있다. 재생유닛(380)은 필터링, 블렌딩(blending)(예를 들어, 깨끗한 슬러리(378), 재생화학제(rejuvenating chemical), 또는 물로), 모니터링(예를 들어, 온도, pH, 전도도), 가열 또는 냉각 등등과 같은 당업계에서 주지된 기술로 슬러리를 재생한다.

모니터링은 예를 들어, 슬러리내의 이온농도를 측정함으로써 선택적으로 폴리싱공정의 종료점을 연장시킬 수 있다.

본 발명을, 도 1 내지 도 7의 예시적인 실시예와 연계하여 예시되고 서술된 바와 같이 구현하는 것은 유용하기는 하나 반드시 필요한 것은 아니다. 다음은 대안적인 실시예를 나타낸다.

도 8은 대안적인 형상(반원)을 갖는 챔버(350)를 구비한 리테이닝 링(300)의 부분단면도를 예시한다.

도 9는 또 다른 대안적인 형상(완전원)을 갖는 챔버(350)를 구비한 리테이닝 링(300)의 부분단면도를 예시한다.

도 10은 대안적인 하부면(30)을 갖는 리테이닝 링(300)의 저면도를 예시한다. 편의상, 원의 일부를 확대하여 링(300)을 도시한다. 표면(303)은 복수의 링부(307)를 가지며, 상기 링부(307)는 패드(140)에 닿는 것이(즉, H가 거의 0인 것이) 바람직하다. 상기 링부 사이에 복수의 슬러리전달채널(308)이 있다. 화살표로 표시된 바와 같이, 채널(308)은 챔버(350)에서부터 웨이퍼외주(153)(대시로 도시됨)로 슬러리를 운반한다. 채널(308)의 수(N)는 150 내지 500 이며, 바람직한 값은 N=200이다. 형성된 채널간의 각도는 360°/N으로 계산된다. 채널(308)은 (a) 링(300)의 중심을 향하여 반경방향으로, 즉 좌표원점을 향하여 대시선을 따라 배치되거나, (b) 도 10에서의 각도(A)로 배치된다.

다시 말해, 도 5의 실시예의 링(300)은, 패드(140)에 닿고 또한 복수의 슬러리전달채널(308)을 형성하는 복수의 링부에 의하여 제공되는 채널(360)을 통하여 (패드(140)에) 슬러리(144)를 가하는 챔버(350)를 가진다.

상기 상세히 서술된 본 발명을 다음과 같이 요약한다.

본 발명은 특정 구조에 관하여 서술되었지만, 당업자라면 본 명세서의 서술에 기초하여 본 발명의 전체 기술적 사상이 이러한 예시에만 국한되는 것이 아니라, 청구항에 의하여 적절히 결정됨을 이해할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 기호의 목록

A 각도

B 폭

C 틈새거리

D 직경

F 힘

H 높이

G 웨이퍼두께

N 전달채널의 수

P 압력

Q 극반경좌표

R "링"의 표시

S 패드변위

T 층두께

V 극각도좌표

W "웨이퍼"의 표시

X 데카르트좌표

Y 데카르트좌표

Z 데카르트좌표

㎜ 밀리미터

㎛ 마이크로미터

㎚ 나노미터

° 도

｜｜ 절대값

Claims

화학-기계적 폴리싱장치(101)에서 웨이퍼(150)를 에워싸는 리테이닝 링(300)에 있어서,

상기 리테이닝 링(300)은 U형 단면이고, 상기 리테이닝 링(300)은 외측벽(352) 및 내측벽(351)을 가지며, 상기 벽은 상기 장치(101)의 폴리싱패드(140)에 가압유체(144)를 가하는 데 적합한 부분개방형 챔버(350)를 에워싸는 것을 특징으로 하는 리테이닝 링(300).
제1항에 있어서,

상기 U형 단면은 비대칭인 것을 특징으로 하는 리테이닝 링(300).
제1항에 있어서,

상기 유체는 가압된 슬러리(144)인 것을 특징으로 하는 리테이닝 링(300).
제3항에 있어서,

상기 장치(101)에서 상기 리테이닝 링(300)이 사용될 때에, 상기 외측벽(352)은 상기 폴리싱패드에 닿고, 상기 내측벽(351)은 상기 가압된 슬러리(144)가 퍼지게 하는 것을 특징으로 하는 리테이닝 링(300).
제3항에 있어서,

상기 장치(101)에서 상기 리테이닝 링(300)이 사용될 때에, 상기 챔버(350)는 상기 내측벽(351)의 하부면(303)과 상기 폴리싱패드(140) 사이로 한정되는 채널(360)을 통하여 상기 슬러리를 가하는 것을 특징으로 하는 리테이닝 링(300).
제5항에 있어서,

상기 웨이퍼(150)는 소정 두께를 가지며, 상기 채널(360)은 상기 내측벽(351)의 상기 하부면(303)과 상기 폴리싱패드(140)간의 거리로 정의되는 높이를 가지고, 상기 높이는 상기 웨이퍼(150)의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 리테이닝 링(300).
제3항에 있어서,

상기 장치(101)에서 상기 리테이닝 링(300)이 사용될 때에, 상기 챔버(350)는, 상기 폴리싱패드(140)에 닿고 복수의 슬러리전달채널(308)을 형성하는 복수의 링부(307)에 의하여 제공되는 채널(360)을 통하여 상기 슬러리(144)를 가하는 것을 특징으로 하는 리테이닝 링(300).
웨이퍼(150)를 폴리싱하기 위한 캐리어헤드(100)용 리테이닝 링(300)에 있어서,

상기 리테이닝 링(300)은 실질적으로 U형 단면을 가지는 대체로 고리형인 몸체, 내측면(301), 외측면(302), 및 웨이퍼(150)의 외주(153)를 따라 가압된 슬러리(144)를 분배하기 위한 상기 면들 사이의 홈(350)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리테이닝 링(300).
화학-기계적 폴리싱장치(101)에 있어서,

- 폴리싱패드(140);

- 웨이퍼(150)를 수용하고 상기 폴리싱패드(140)로 대하여 웨이퍼(150)를 잡아주기 위한 폴리싱헤드(100); 및

- 상기 패드(140) 및 상기 웨이퍼(150)의 외주(153)로 가압된 슬러리(144)를 분배하기 위한 개방형챔버(350)를 갖는, 상기 헤드(100)와 맞물리고 웨이퍼(150)를 둘러싸기 위한 리테이닝 링(300)을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학-기계적 폴리싱장치(101).
제9항에 있어서,

상기 링(300)은 상기 패드(140)에 실질적으로 닿는 외측벽(302) 및 상기 패드(140)로부터 실질적으로 이격된 내측벽(301)을 가지는 것을 특징으로 하는 화학-기계적 폴리싱장치(101).
제10항에 있어서,

상기 웨이퍼는 총두께를 가지며, 상기 내측벽은 상기 웨이퍼의 총두께보다큰 높이를 갖는 채널만큼 상기 패드로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 화학-기계적 폴리싱장치(101).
제10항에 있어서,

상기 링(300)의 배출구(372)로부터 상기 링(300)의 주입구(371)로 슬러리(144)를 순환시키기 위한 슬러리재생유닛(380)을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 화학-기계적 폴리싱장치(101).
제12항에 있어서,

상기 슬러리(144)를 모니터링하여 폴리싱공정을 종료하는 것을 특징으로 하는 화학-기계적 폴리싱장치(101).
패드(140)의 전반에 걸쳐 웨이퍼(150)를 이동시킴으로써 반도체웨이퍼(150)를 폴리싱하는 폴리싱헤드(100)에 있어서, 상기 폴리싱헤드(100)는

- 상기 웨이퍼(150)를 지지하는 표면(132); 및

- 웨이퍼(150)를 제 위치에 유지시키기 위해서 지지면(132)과 맞물린 리테이닝 링(300)을 포함하며, 상기 리테이닝 링(300)은, 슬러리(144)를 운반하도록 성형되고 또한 웨이퍼를 향하나 상기 패드(140)와 이격되어 있는 내측면(301)을 가져 상기 웨이퍼(150)와 상기 내측면(301)간의 틈새 갭(136)안으로 슬러리(144)를 분배하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱헤드(100).
주입구(371)로부터 배출구(372)로 슬러리(144)를 순환시키는, 폴리싱헤드(100)를 구비한 화학-기계적 폴리싱기(101)용 슬러리순환시스템(375)에 있어서,

상기 주입구(371) 및 상기 배출구(372)는 상기 폴리싱헤드(100)의 리테이닝 링(300)의 부분인 슬러리분배채널(360)에 연결되는 것을 특징으로 하는 슬러리순환시스템(375).
화학적 폴리싱 장치(101)를 작동시키는 방법에 있어서,

- 패드(140)상에 외주(153)를 갖는 웨이퍼(150)를 놓음으로써, 내경면(301)을 갖는 리테이닝 링(300)에 의해서 상기 웨이퍼(150)를 둘러싸고, 상기 웨이퍼(150)의 외주(153)와 상기 링(300)의 내경면(301)이 그들 사이에 공간(136)을 형성하는 단계; 및

- 상기 리테이닝 링(300)내의 챔버(350)를 통하여 상기 패드(140)로, 또한 상기 링(300)의 내경면(301)과 상기 웨이퍼(150)의 외주(153) 사이의 공간(136)으로 슬러리(144)를 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.