KR20030024867A - 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템 - Google Patents

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KR20030024867A
KR20030024867A KR10-2003-7002175A KR20037002175A KR20030024867A KR 20030024867 A KR20030024867 A KR 20030024867A KR 20037002175 A KR20037002175 A KR 20037002175A KR 20030024867 A KR20030024867 A KR 20030024867A
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KR10-2003-7002175A
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미구엘에이. 살다나
존 엠. 보이드
예히엘 고트키스
알렉산더 에이. 오짜르
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램 리서치 코포레이션
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Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마(CMP)시스템에 관한 것으로, 캐리어는 상부표면과 바닥부를 구비하되, 상기 캐리어의 상부표면은 준비될 하나 이상의 층을 갖는 웨이퍼를 지지하고 회전시키도록 되어 있다. 또, 준비헤드도 포함되는 바, 이는 웨이퍼의 전체 표면보다 작은 웨이퍼의 적어도 일부에 접촉되도록 되어 있다. 바람직하게는, 준비헤드와 캐리어는 반대방향으로 회전하도록 되어 있다. 또한, 준비헤드는 웨이퍼의 층으로부터 재료제거의 제어를 정확하게 하도록 웨이퍼의 중심에서 웨이퍼의 가장자리방향, 그리고 웨이퍼의 가장자리에서 웨이퍼의 중심방향 중 하나의 방향으로 선형이동하는 동안 왕복운동하도록 되어 있다.

Description

하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템 {Subaperture chemical mechanical polishing system}
반도체장치의 제조에서는 연마, 버핑, 웨이퍼세정을 포함하는 화학적 기계적 연마를 수행할 필요가 있다. 전형적으로, 집적회로장치는 다중층구조의 형태로 되어 있으며, 확산구역을 갖는 트랜지스터장치가 기판의 층에 형성된다. 그 다음 층에서는, 연결용 피복선이 형성되어 트랜지스터에 전기적으로 연결됨으로써 바람직한 장치를 형성하게 된다. 잘 알려진 바와 같이, 형성된 전도층은 이산화규소와 같은 절연재료에 의해 전도층으로부터 절연된다. 많은 피복층과 이에 관한 절연층이 형성됨에 따라, 절연재료를 평탄화시킬 필요가 증가한다. 표면의 형태가 많이 변화하기 때문에 평탄화 없이는 추가 피복층의 제조가 대체로 더 어려워진다. 다른 응용예에서, 피복선이 절연재료로 형성된 다음, 과도한 피복을 제거하기 위해 금속의화학적 기계적 연마작업이 수행된다.
종래의 화학적 기계적 연마시스템은 전형적으로 벨트나 패드 또는 브러쉬가 웨이퍼의 한면 또는 양면을 스크러빙, 버핑, 연마하는 데에 이용되는 벨트, 궤도, 또는 브러쉬스테이션을 제공한다. 화학적 기계적 연마를 용이하게 하고 향상시키기 위해 슬러리(slurry)가 이용되는데, 슬러리는 대개 벨트, 패드, 브러쉬와 같이 이동되는 준비표면에 안내되고, 버핑이나 연마되는 반도체웨이퍼의 표면 뿐만 아니라 준비표면에 배치되거나, 화학적 기계적 연마공정에 의해 준비된다. 이러한 배치는 일반적으로 준비표면의 이동과, 반도체웨이퍼의 이동 및, 반도체웨이퍼와 준비표면 사이에 발생된 마찰의 조합으로 성취된다.
전형적인 화학적 기계적 연마시스템에서, 웨이퍼는 회전방향으로 회전하는 캐리어에 장착된다. 화학적 기계적 연마공정은 회전하는 웨이퍼의 노출표면이 연마패드의 방향으로 이동하거나 회전하는 연마패드에 의해 힘을 받을 때 성취된다. 일부 화학적 기계적 연마공정은 회전하는 웨이퍼가 연마패드에 의해 연마될 때 상당한 힘이 가해져야 한다.
일반적으로, 화학적 기계적 연마시스템에 이용되는 연마패드는 기공재료 또는 섬유재료로 이루어진다. 하지만, 일부 화학적 기계적 연마시스템에서 연마패드는 표면 전체에 걸쳐 고정된 연마입자를 함유할 수 있다. 이용된 연마패드의 형태에 따라서, 분산된 연마입자를 함유하는 수산화암모늄이나 탈이온수와 같은 수용액으로 이루어진 슬러리가 연마패드에 도포될 수 있으며, 이에 의해 연마패드와 웨이퍼 사이에는 연마화학용액이 생성된다.
전형적인 화학적 기계적 연마시스템을 이용하는 동안 여러 문제점이 발생될 수 있다. 반복되는 한가지 문제는 "가장자리효과(edge-effect)"로서, 이는 화학적 기계적 연마시스템이 다른 구역에서와는 다른 비율로 웨이퍼의 가장자리를 연마할 때 발생되며, 이에 의해 웨이퍼의 표면에 균일하지 않은 프로파일이 형성된다. 이 가장자리효과와 관련된 문제는 두가지로 분류될 수 있다. 첫번째 문제는 웨이퍼의 가장자리와 연마패드의 초기 접촉에 의해 발생되는 소위 "패드반동효과(pad rebound effect)"에 관한 것이고, 두번째는 아래에서 설명될 것이다.
도 1a는 종래의 패드반동효과의 실시예를 나타내는 바, 웨이퍼(202)는 캐리어(100)에 장착된다. 이어서, 웨이퍼(202)에 화학적 기계적 연마공정이 성취되도록 패드표면(102)에 힘(F)이 가해진다. 적절한 시간에 소정 지점에서, 패드표면(102)은 가장자리접촉구역(104c)에서는 웨이퍼(202)의 가장자리에 접촉되고, 웨이퍼의 가장자리에서 떨어져서 비접촉구역(104a)을 형성한다. 그 후에, 패드표면은 접촉구역(104b)에서 웨이퍼(202)와 접촉하게 되지만, 패드표면(102)은 웨이퍼(202)의 표면에서 다시 떨어져서 다른 비접촉구역(104a)을 형성하게 된다. 그 다음, 패드표면이 다른 접촉구역(104b)에서 웨이퍼(202)와 다시 한번 접촉되지만, 다시 떨어진다. 따라서, 접촉구역(104b)과 같은 패드표면(102)에 접촉되는 웨이퍼(202)의 구역은 다른 구역보다 더 연마된다. 그 결과, 화학적 기계적 연마처리된 웨이퍼는 균일하지 않은 프로파일을 나타내게 될 것이다.
가장자리효과와 관련된 두번째 문제인 "소진효과(burn-off effect)"는 도 1b에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 소진효과는 (예컨대 가장자리접촉구역(104c)에서) 웨이퍼(202)의 날카로운 가장자리가 패드표면(102)과 접촉할 때 지나치게 연마됨으로써 발생한다. 이는 가장자리접촉구역(104c)으로 정의된 무한한 소접촉면적에 힘(F)을 가하는 패드표면(102)에 의해 상당한 압력이 웨이퍼(202)의 가장자리에 작용되기 때문에 일어난다. 소진효과의 결과로서, 연마된 웨이퍼의 가장자리는 가장자리구역을 사용불가능하게 하는 산화링을 나타내게 되며, 이에 의해 실리콘장치영역이 파괴된다.
종래의 화학적 기계적 연마시스템의 다른 단점은 바람직한 최종층의 프로파일을 따라 웨이퍼(202)의 표면을 연마할 수 없다는 점이다. 일반적으로, 일부 제조에 이용되는 웨이퍼(202)의 표면은 중심구역이 두께가 쉽게 달라지고 가장자리에 대해 바깥두께가 변화된다. 도 1c-1에 도시된 바와 같이, 전형적인 종래의 화학적 기계적 연마시스템에서 전체 웨이퍼의 표면을 덮는 패드표면(102)은 최종층(202a)의 표면에 힘을 가하도록 되어 있다. 그 결과, 최종층(202a)의 모든 구역은 최종층(202a)이 대체로 평평해질 때까지 연마된다. 따라서, 도 1c-2에 도시된 바와 같이, 패드표면(102)은 그 물결모양의 프로파일에 관계 없이 최종층(202a)을 연마하고, 이에 의해 (점(202a1, 202a2, 202a3, 202a4)에서) 최종층(202a)의 두께가 균일하지 않게 된다. 잘 알려진 바와 같이, 일부 회로제조장치에서는 작업장치를 제조하기 위해 재료의 소정 두께가 유지된다. 예컨대, 만일 최종층(202a)이 절연층이라면, 피복선과 전도바이어스를 내부에 형성하기 위해 소정의 두께가 필요하다.
상기 설명으로, 특히 작업될 웨이퍼의 표면구역을 정확하게 제어된 기술로연마하는 한편, 일반적으로 유해한 가장자리효과, 패드반동효과, 가장자리소진효과를 없애는 화학적 기계적 연마시스템이 필요하다.
본 발명은 일반적으로 화학적 기계적 연마(CMP)시스템과 화학적 기계적 연마의 성능과 효율을 개선하기 위한 기술에 관한 것으로, 특히 하부홈(subaperture)이 형성된 화학적 기계적 연마시스템에 이용되는 웨이퍼캐리어에 관한 것이다.
본 발명은 유사한 참조부호가 유사한 부재를 나타내는 첨부도면에 관한 아래의 상세한 설명으로 더 잘 이해될 것이다.
도 1a는 종래의 패드반동효과를 나타낸 실시예이고,
도 1b는 종래의 가장자리소진효과를 나타낸 실시예,
도 1c-1은 균일하지 않은 웨이퍼의 형태를 나타내는 웨이퍼의 단면도,
도 1c-2는 전형적인 화학적 기계적 연마 후의 웨이퍼의 단면도,
도 2a-1은 본 발명의 일실시예에 따른 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 2a-2는 본 발명의 일실시예에 따른 지지링과 웨이퍼의 공통면 관계를 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 2a-3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 웨이퍼의 중심에서 웨이퍼의 가장자리까지 제 1헤드의 이동을 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 2a-4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제 2헤드의 고정된 위치를 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 2b-1은 본 발명의 일실시예에 따라 제 1헤드의 가장자리가 웨이퍼의 중심에 위치될 때 접촉면적의 도면,
도 2b-2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제 1헤드가 웨이퍼의 중심으로부터 이동될 때 접촉면적의 도면,
도 2b-3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1헤드가 웨이퍼의 가장자리에 접근할 때 접촉면적의 도면,
도 3a-1은 본 발명의 다른 실시예에 따라 캐리어에 관해 제 1헤드와 제 2헤드의 각 위치를 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 3a-2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 웨이퍼의 중심에서 제 1헤드의 가장자리의 위치와 웨이퍼의 중심의 약간 왼쪽에 위치된 제 2헤드의 가장자리의 위치 뿐만 아니라 지지링과 캐리어의 공통면 관계를 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 3a-3은 제 1헤드와 제 2헤드의 선형이동이 반대방향으로 되어 있는 것을 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 3a-4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제 2헤드의 정지되지 않은 위치를 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 4a-1은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제 1헤드의 가장자리가 웨이퍼의 가장자리에 위치되는 한편 제 2헤드의 가장자리가 웨이퍼의 중심에 위치되는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 4a-2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 선형이동의 관점에서 제 2헤드의정지위치를 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 4a-3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1헤드의 가장자리가 웨이퍼의 가장자리에서 웨이퍼의 중심까지 선형이동되는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 4a-4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1헤드의 선형이동과 선형이동의 관점에서 제 2헤드의 고정된 위치를 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 5a-1은 본 발명의 다른 실시예에 따라 캐리어에 관해 제 1헤드와 제 2헤드의 각 위치를 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 5a-2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제 1헤드와 제 2헤드가 웨이퍼의 반대 가장자리에 위치되는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 5a-3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1헤드와 제 2헤드가 웨이퍼의 반대 가장자리에서 웨이퍼의 중심까지 선형이동되는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 5a-4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1헤드와 제 2헤드의 선형이동을 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 6a-1은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제 1헤드의 가장자리와 제 2헤드의 가장자리가 웨이퍼의 중심에 위치되는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 6a-2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 웨이퍼의 대략 중심에서 제 1헤드와 제 2헤드의 가장자리의 위치들을 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 6a-3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1헤드와 제 2헤드가 동일한 방향으로 선형이동되는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 6a-4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1헤드와 제 2헤드가 동일한 방향으로 선형이동되는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 7a-1은 본 발명의 다른 실시예에 따라 캐리어에 관해 제 1헤드와 제 2헤드의 가장자리의 각 위치를 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 7a-2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제 1헤드와 제 2헤드의 이동방향을 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 7a-3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 웨이퍼의 가장자리에서 웨이퍼의 중심으로 제 1헤드와 제 2헤드의 가장자리의 선형이동을 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 7a-4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1헤드와 제 2헤드가 동일한 방향으로 선형이동되는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 8a-1은 본 발명의 다른 실시예에 따라 지지점이 웨이퍼를 지지하는 데에 이용되는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 8a-2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제 1헤드에 관해 캐리어상의 지지점의 위치를 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 8a-3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 웨이퍼의 중심에서 웨이퍼의 가장자리로 제 1헤드의 선형이동 뿐만 아니라 지지점의 고정된 위치를 나타내는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 8a-4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1헤드가 웨이퍼의 중심에서 웨이퍼의 가장자리로 선형이동되는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 9a-1은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제 1헤드의 가장자리가 웨이퍼의 가장자리에 위치되는 지지점을 이용하는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 9a-2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 웨이퍼의 가장자리에서 제 1헤드의 가장자리의 위치를 나타내는 지지점을 이용하는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 9a-3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1헤드의 가장자리가 웨이퍼의 가장자리에서 웨이퍼의 중심으로 선형이동되는 지지점을 이용하는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 9a-4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 웨이퍼의 가장자리에서 웨이퍼의 중심으로의 방향으로 제 1헤드의 이동을 나타내는 지지점을 이용하는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 10a-1은 본 발명의 다른 실시예에 따라 다수의 지지점을 이용하는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 10a-2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제 1헤드의 가장자리가 웨이퍼의 중심에 위치되는 다수의 지지점을 이용하는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 10a-3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 웨이퍼의 중심에서 웨이퍼의 가장자리로의 방향으로 제 1헤드의 선형이동을 나타내는 다수의 지지점을 이용하는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 10a-4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1헤드의 가장자리가 웨이퍼의 중심에서 웨이퍼의 가장자리로 이동되는 다수의 지지점을 이용하는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 11a-1은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제 1헤드의 가장자리의 위치에 대체로 반대되게 위치된 다중지지점을 이용하는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 11a-2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제 1헤드의 가장자리가 웨이퍼의 가장자리에 위치되는 다중지지점을 이용하는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 11a-3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제 1헤드의 가장자리가 웨이퍼의 가장자리에서 웨이퍼의 중심으로 이동되는 다중지지점을 이용하는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 평면도,
도 11a-4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 웨이퍼의 중심에서 웨이퍼의 가장자리로의 방향으로 제 1헤드의 이동을 나타내는 다중지지점을 이용하는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도,
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 짐발이 없는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의 단면도이다.
대략적으로, 본 발명은 웨이퍼의 층표면을 정확하게 제어하여 연마하는 시스템을 제공함으로써 이러한 필요성을 충족시킨다. 일실시예에서, 화학적 기계적 연마시스템은 웨이퍼의 층표면의 형상이 전체가 균일한 두께를 갖는 층표면이 되도록 할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 화학적 기계적 연마시스템은 하부홈이 형성된 연마구조의 회전하는 캐리어를 구비함으로써, 상기 설명된 단점인 가장자리효과, 패드반동효과, 가장자리소진효과를 없애도록 되어 있다. 본 발명은 공정, 기계, 시스템, 장치 또는 방법을 포함하여 다양하게 실시될 수 있으며, 본 발명의 다양한 실시예들이 아래에 설명된다.
일실시예로 화학적 기계적 연마시스템이 설명되는 바, 이 화학적 기계적 연마시스템은 상부표면과 바닥부를 구비하는 캐리어를 포함한다. 캐리어의 상부표면은 준비될 하나 이상의 성형층을 갖춘 웨이퍼를 지지하고 회전시키도록 되어 있다. 또, 웨이퍼의 전체 표면보다 작은 웨이퍼의 적어도 일부에 덮여지도록 된 준비헤드를 더 포함한다.
다른 실시예로 화학적 기계적 연마시스템이 설명되는 바, 이는 캐리어가 고정된 위치에서 기판을 지지하고 회전시키도록 되어 있다. 캐리어는 준비될 표면을 포함하고, 제 1헤드도 포함한다. 제 1헤드는 제 1방향 또는 제 2방향 중 하나로 회전하는 캐리어의 고정된 위치에 대해 이동된다. 제 1방향은 대략 표면의 중심에서 시작하여 표면의 가장자리에서 끝나고, 제 2방향은 대략 표면의 가장자리에서 시작하여 표면의 중심에서 끝난다. 또, 제 1헤드는 전체 표면보다 작은 표면의 적어도 일부에 덮여지도록 되어 있다.
또 다른 실시예로 화학적 기계적 연마시스템이 설명되는 바, 이 화학적 기계적 연마시스템은 상부표면과 바닥부를 구비하는 캐리어를 포함한다. 캐리어의 상부표면은 준비될 하나 이상의 성형층을 갖는 웨이퍼를 지지하고 회전시키도록 되어 있다. 또한, 웨이퍼의 전체 표면보다 작은 웨이퍼의 표면의 적어도 일부에 덮여지도록 된 준비헤드를 더 포함하며, 캐리어 아래에 위치되는 조절헤드를 더 포함한다. 이 조절헤드는 웨이퍼의 상부표면과 대체로 평평한 조절표면을 갖도록 되어 있다. 또, 조절헤드는 준비헤드가 웨이퍼의 상부표면 위에 이동될 때 준비헤드를 이동시키도록 되어 있는 한편, 조절헤드는 준비헤드가 조절헤드 위에 이동될 때 준비헤드를 수용하도록 되어 있다.
본 발명의 장점은 다양한 바, 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템은 주로 웨이퍼의 표면이 대체로 평평해질 때까지 웨이퍼의 표면의 모든 구역을 연마하기보다는 작업될 웨이퍼의 표면구역을 정확하고 제어가능하게 연마한다. 따라서, 일실시예에서 화학적 기계적 연마시스템은 최종층의 전체가 균일한 두께를 갖도록 최종층의 형태를 성취할 수 있다. 또한, 구비된 캐리어에 관한 화학적 기계적 연마시스템의 하부홈이 형성된 구조는, 대체로 종래의 가장자리효과, 패드반동효과, 가장자리소진효과를 제거하게 된다. 이 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템의다른 장점은 제한 없이 대체로 작은 설치면적과 기계체적 및 유지비용을 포함한다.
본 발명의 다른 특징과 장점은 본 발명의 원리의 실시예로 도시된 첨부도면을 참조하는 다음의 상세한 설명으로부터 명료해질 것이다.
정확하게 제어된 기술로 웨이퍼의 층표면을 연마하는 화학적 기계적 연마시스템에 관한 본 발명이 설명된다. 대체로, 이 화학적 기계적 연마시스템은 상기 설명된 가장자리효과, 패드반동효과, 가장자리소진효과를 없앰과 동시에, 웨이퍼의 선택된 구역에 대해 연마의 정도를 효과적으로 제어한다. 바람직한 실시예에서, 화학적 기계적 연마시스템은 하부홈이 형성된 연마구조의 웨이퍼캐리어를 구비한다. 이 하부홈이 형성된 연마구조는 여기서는 웨이퍼와 연마패드의 접촉표면이 소정의 지점에서 웨이퍼의 표면보다 작아질 수 있는 구조로 정의된다.
아래의 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해 여러 상세설명이 기술된다. 하지만, 당업계의 숙련자들은 본 발명이 이러한 상세설명 없이도 실행될 수 있음을 이해할 것이다. 한편, 잘 알려져 있는 공정작업은 본 발명을 불필요하게 장황하게 하지 않도록 상세히 설명되지 않는다.
도 2a-1은 본 발명의 일실시예에 따른 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200)의 평면도이다. 도 2a-1의 실시예는 웨이퍼(202)의 표면을 연마하도록 되어 있는 제 1헤드(208)를 포함하는 바, 이 제 1헤드(208)는 제한 없이 선형연마제기술(LPT) 패드재료, 회전형 화학적 기계적 연마패드재료, 고정된 연마재패드재료 등을 포함하는 임의의 형태의 연마패드를 이용하여 웨이퍼(202)를 연마하도록 되어 있다. 일반적으로, 바람직한 연마도와 정확도를 제공하는 임의의 연마재료가 이용될 수 있다.
본 시스템(200)의 하부홈이 형성된 구조는 웨이퍼(202)의 다른 구역에 대해 다르거나 동일한 제거율을 이용함으로써 연마작업에 융통성을 준다. 전체 연마헤드가 웨이퍼의 전체 표면에 접촉되는 종래의 화학적 기계적 연마시스템과는 달리, 임의의 시간에 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200)에서 제 1헤드(208)와 웨이퍼(202)의 접촉표면의 크기는 변경될 수 있다. 더 상세하게는, 종래의 화학적 기계적 연마시스템에서 연마헤드는 웨이퍼의 전체 표면에 힘을 가하여 웨이퍼의 전체 표면에서 재료를 제거함으로써 대체로 평평한 웨이퍼를 생성하게 된다. 이와는 대조적으로, 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200)에서 제 1헤드(208)는 웨이퍼(202)의 선택된 구역에만 힘을 가하여, 단지 특정 시간에만 이들 선택된 부분에서 과도한 재료를 제거하게 된다.
(예컨대 패드가 웨이퍼에 접촉되는) 웨이퍼 접촉표면적이 변화하기 때문에, 제거율도 프레스톤방정식에 의해 변화한다. 프레스톤방정식에 따르면, 제거율=KpPV이고, 재료의 제거율은 하향력(P)과 선속도(V)의 함수이며, 여기서 Kp는 프레스톤계수로서 특히 슬러리(또는 고정된 연마재와 화학재)와, 공정온도 및, 패드표면의 화학합성에 의해 결정되는 상수이다. 이에 따라, 제 1헤드(208)와 웨이퍼(202)의 접촉표면이 작아질수록 표면재료의 제거율은 커진다. 일실시예에서, 웨이퍼(202)에 대해 제 1헤드(208)의 위치를 제어하는 능력은 대체로 평평한 표면이 얻어질 때까지 전체 웨이퍼(202)를 연마하기보다는 웨이퍼(202)의 바람직한 형태를 따라 재료를 연마할 수 있게 한다.
이 실시예에서, 캐리어(206)는 제 1헤드(208) 아래에 위치되고, 지지링(204)을 이용하여 웨이퍼(202)와 맞물리게 되어 있다. 바람직하게는, 지지링(204)은 웨이퍼(202)와 공통면 관계를 유지하는 한편, 웨이퍼(202)는 제 1헤드(208)에 의해 연마된다. 지지링(204)은 반복되는 연마, 버핑, 세정을 견딜 수 있는 탄화규소와 같은 경질재료로 이루어진다. 바람직하게는, 웨이퍼(202)의 노출표면이 제 1헤드(208)에 면하도록 캐리어(206)가 배치되어 있다. 연마하는 동안, 웨이퍼(202)는 웨이퍼의 회전방향(209)으로 회전하는 한편, 제 1헤드(208)는 그와 반대되는 방향인 준비방향(207)으로 회전된다. 제 1헤드(208)는 준비방향(207)으로 회전할 뿐만 아니라 왕복운동방향(211)으로 작은 크기로 앞뒤로 이동하여 왕복운동한다. 따라서, 회전하는 동안에 제 1헤드(208)는 왕복운동방향(211)으로 왕복운동함으로써 웨이퍼(202)상에 실시되는 연마를 향상시킨다.
일실시예에서 제 1헤드(208)는 캐리어(206)와 대략 동일한 크기로 형성될 수 있다. 하지만, 다른 실시예에서 제 1헤드(208)는 바람직하게는 웨이퍼(202)와 대략 동일한 크기로 될 수 있다. 따라서, 제 1헤드(208)와 웨이퍼(202)의 크기가 다른(즉, 제 1헤드(208)가 웨이퍼(202)보다 작거나 큰) 실시예에서, 캐리어(206)의 각속도는 제 1헤드(208)의 각속도와 일치되도록 변경될 수 있다.
다른 실시예에서, 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200)은 제 1헤드(208)의 왼쪽과 캐리어(206)의 위에 위치된 제 2헤드(212)를 포함할 수 있다. 이실시예에서, 제 2헤드는 웨이퍼(202)에 추가 지지를 제공하는 한편, 웨이퍼(202)는 제 1헤드(208)에 의해 연마된다. 일실시예에서, 제 2헤드(212)는 웨이퍼에 추가 지지를 제공할 뿐만 아니라 버퍼나 클리너로 작용할 수 있다. 제 2헤드(212)는 고정되거나 고정되어 있지 않으며, 제 1헤드(208)와 유사하게 준비방향(207)의 각속도로 회전한다.
또 다른 실시예에서, 조절헤드(210)가 캐리어(206)의 오른쪽과 제 1헤드(208)의 아래에 위치되어 제 1헤드(208)를 조절할 수 있다. 제 1헤드(208) 및 제 2헤드(212)와 마찬가지로, 조절헤드(210)는 준비방향(207)으로 회전한다.
먼저, 도 2a-1의 실시예에서, 제 1헤드(208)의 가장자리는 웨이퍼(202)의 중심을 정의하는 위치 x0에 정의되어 있다. 따라서, 제 1헤드(208)의 가장자리가 위치 x0에 위치됨으로써 제 2헤드(212)의 가장자리는 위치 x0의 약간 왼쪽에 위치된다. 제 2헤드(212)를 위치 x0의 약간 왼쪽에 위치시킴으로써, 왕복운동방향(211)으로 왕복운동하는 제 1헤드(208)가 웨이퍼(202)의 전체 표면을 연마할 수 있게 된다. 이에 따라, 제 1헤드(208)는 바람직하게는 약간의 왕복운동으로 위치 x0의 약간 왼쪽에서 웨이퍼(202)의 표면과 접촉할 것이다.
도 2a-2는 도 2a-1의 실시예의 단면도로서, 지지링(204)과 웨이퍼(202)의 공통면 관계를 나타낸다. 바람직한 실시예에서, 짐발(216;gimbal)이 캐리어(206)의 아래에 위치되며, 연마나 버핑 또는 세정작업 동안에 이동하는 제 1헤드(208)나 제 2헤드(212)에 캐리어가 정렬된다. 짐발(216)은 웨이퍼의 회전방향(209)으로 회전하는 연장스핀들(224)에 장착되고, 이 연장스핀들(224)은 캐리어(206)에 힘(F)을 가하도록 되어 있다.
도 2a-2의 실시예에는 조절스핀들(226)에 장착되는 고정된 조절헤드(210)가 도시되어 있다. 조절스핀들(226)은 조절헤드(210)에 힘(F)을 가하도록 되어 있다. 캐리어(206)와 조절헤드(210)는 이 캐리어(206)와 조절헤드(210)에 가해질 힘(F)의 양을 조정하기 위해 연장스핀들(224)과 조절스핀들(226)을 따라 위아래로 이동되도록 되어 있다.
설명된 바와 같이, 제 1헤드(208)의 가장자리는 위치 x0에 위치되고 이동방향(214)으로 선형이동하도록 되어 있으며, 이 위치 x0의 약간 왼쪽에 위치된 가장자리를 구비한 제 2헤드(212)도 도시되어 있다. 이 실시예에서, 제 2헤드(212)는 (선형이동의 관점에서) 정지되어 있지만, 이 제 2헤드(212)는 바람직하게는 준비방향(207)을 따라 회전한다.
도 2a-3은 도 2a-1의 실시예의 평면도로서, 제 1헤드(208)의 가장자리는 위치 x0에서 이동방향(214)으로 웨이퍼의 가장자리를 구획하는 위치 x1로 이동된다. 도 2a-4는 도 2a-3에 도시된 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200')의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 제 2헤드(212)는 정지상태로 유지된다.
이 실시예에서, 제 1헤드(208)의 가장자리에서 시작된 연마는 웨이퍼(202)의 중심을 먼저 연마한다. 시스템의 하부홈이 형성된 구조 때문에, 접촉면적(즉, 제 1헤드(208)에 의해 연마되는 웨이퍼(202)의 면적)의 크기는 소정의 주어진 시간에서달라지며, 이에 따라 제거율도 달라진다. 접촉면적(즉 위치 x0주위의 면적)이 작아지는 경우에 제거율은 더 높아진다. 이와는 대조적으로, 접촉면적(즉 위치 x1에 가까운 면적)이 커지는 경우에는 제거율이 낮아진다. 하지만, 제거될 재료의 양은 연마되는 면적의 웨이퍼(202)의 프로파일에 따라 변화된다. 예컨대, 웨이퍼(202)의 프로파일이 연마될 영역에서 먼저 평평해지면, 제 1헤드(208)는 과도한 재료를 제거하여 평평한 연마표면이 얻어지지만, 만일 프로파일이 평평하지 않으면 제 1헤드(208)는 연속해서 연마하여 프로파일을 얻는 한편 바람직한 양의 재료를 제거한다.
일단 모든 바람직한 양의 재료(예컨대 표면층재료)가 웨이퍼(202)의 중심 둘레의 영역에서 제거되면, 제 1헤드(208)의 가장자리를 다른 위치, 즉 위치 x0에서 멀어지고 위치 x1에 가까워지는 위치로 정확하게 제어함으로써 연마가 계속된다. 이에 따라, 제 1헤드(208)는 웨이퍼(202)의 가장자리의 연마가 단부까지 실시됨으로써 웨이퍼(202)의 가장자리로부터 재료의 제거에 대한 제어가 가능해진다.
본 실시예는 웨이퍼(202)의 가장자리에서 제거율을 제어할 뿐만 아니라, 지지링(204)을 이용함으로써 캐리어(206)가 웨이퍼(202)와 맞물리도록 되어 있기 때문에 가장자리효과, 패드반동효과, 가장자리소진효과도 없어진다. 배치는 웨이퍼(202)와 지지링(204) 사이의 공통면 관계에 의해 이루어지는 바, 지지링(204)은 웨이퍼(202)를 지지하는 한편 이 웨이퍼(202)는 제 1헤드(208)에 의해 연마된다. 따라서, 공통면 배치는 종래의 소진효과에서와 같이, 제 1헤드(208)가 웨이퍼(202)의 끝가장자리에서 멀어지지 않고 웨이퍼(202)의 끝가장자리까지 연속해서 연마되게 하거나, 웨이퍼(202)의 가장자리를 지나치게 연마하게 한다.
하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200')은 개선된 연마를 수행하며, 이에 의해 우수하게 연마된 웨이퍼(202)를 얻는다. 종래의 화학적 기계적 연마시스템에 이용되는 연마와는 달리, 제 1헤드(208)는 준비방향(207)으로 회전함과 동시에 왕복운동방향(211)으로 왕복운동됨으로써 연마를 수행한다.
도 2b-1, 도 2b-2, 도 2b-3은 시간이 다른 경우에 접촉면적의 크기의 변화를 나타낸다. 도 2b-1의 실시예에서, 먼저 제 1헤드(208)의 가장자리가 웨이퍼(202)의 중심인 위치 x0에 위치되어 접촉면적(230)을 형성한다. 도시된 바와 같이, 제 1헤드(208)는 지점(232a)과 지점(232b)에서 웨이퍼(202)와 교차되어 호(234)와 호(236) 사이의 면적으로 정의되는 접촉면적(230)을 형성한다.
이어서, 제 1헤드(208)의 가장자리가 웨이퍼(202)의 중심으로부터 선형이동됨으로써 더 작은 접촉면적(230')을 형성한다. 도 2b-2의 실시예는 접촉면적(230')을 나타내는 바, 이는 지점(232a')과 지점(232b')에서 제 1헤드(208)와 웨이퍼(202)의 교차에 의해 형성된 호(234')와 호(236') 사이에 구획된다. 도 2b-3의 실시예에 도시된 바와 같이, 일단 제 1헤드(208)의 가장자리가 대략 웨이퍼(202)의 가장자리에 도달하면, 대체로 더 작은 접촉면적(230'')이 형성된다. 도시된 바와 같이, 접촉면적(230'')은 지점(232a'')과 지점(232b'')에서 제 1헤드(208)와 웨이퍼(202)의 교차점 사이에 구획된 호(236'')와 호(234'') 사이에형성된 작은 면적이다. 따라서, 제 1헤드(208)의 가장자리가 위치 x0에서 위치 x1로 이동함에 따라 접촉면적이 작아져서, 제 1헤드(208)가 웨이퍼(202)의 가장자리에 대체로 가까운 구역에서 정확한 연마를 수행할 수 있게 된다. 제 1헤드(208)의 이동이 위치 x0에서 위치 x1로 이동됨에도 불구하고, 당업계의 숙련자들은 이 이동이 위치 x1에서 위치 x0으로 그리고 위치 x0에서 위치 x-1로도 가능함을 알 수 있을 것이다.
마찬가지로 도 3a-1과 도 3a-2의 실시예에서, 제 1헤드(208)는 위치 x0에서 구획되어 제 2헤드(212)의 가장자리를 위치 x0의 약간 왼쪽으로 위치시킨다. 이 실시예에서, 제 2헤드(212)는 준비방향(207)으로 회전하는 한편 이동방향(222)으로 선형이동하도록 되어 있다. 제 2헤드(212)가 이동할 때, 위치 x0에 위치되는 제 1헤드는 그 반대방향인 이동방향(214)으로 선형이동하는 한편, 왕복운동방향(211)으로 왕복운동한다. 바람직한 일실시예에서, 제 2헤드(212)와 제 1헤드(208)는 대략 동일한 선속도로 이동될 수 있다. 하지만, 다른 실시예에서, 제 1헤드(208)와 제 2헤드(212)의 선속도는 달라질 수 있고 바람직한 공정방법에 따라 변경될 것이다.
도 3a-3과 도 3a-4는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200a')을 나타내는 바, 제 1헤드(208)의 가장자리는 위치 x0에서 위치 x1로 이동되는 한편, 제 2헤드(212)의 가장자리는 위치 x0에서 이동방향(222)으로 웨이퍼(202)의 가장자리를 구획하는 위치 x-1로 이동한다. 웨이퍼(202)와 지지링(204)의 공통면 배치에 의한 지지는 제 1헤드(208)와 제 2헤드(212)가 웨이퍼(202)의 가장자리에서 멀어지지 않고 웨이퍼(202)가 끝가장자리까지 연속해서 연마되게 한다. 따라서, 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200a')은 웨이퍼(202)의 가장자리를 끝까지 연마함으로써 웨이퍼(202)의 가장자리의 정확한 연마를 실시한다.
도 4a-1과 도 4a-2의 실시예는 제 2헤드(212)의 가장자리가 위치 x0에 위치되어 있는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200b)을 나타낸다. 이 실시예에서, 제 2헤드(212)는 (선형이동의 관점에서) 고정되도록 되어 있는 반면, 바람직하게는 준비방향(207)으로 회전한다. 다른 실시예에서, 제 2헤드(212)는 비회전 구조로 정지될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 1헤드(208)의 가장자리는 이동방향(214)의 웨이퍼(202)의 가장자리인 위치 x1에 위치된다. 도 4a-3과 도 4a-4의 실시예에 도시된 바와 같이, 제 1헤드(208)의 가장자리는 위치 x1에서 위치 x0으로 선형적으로 이동하고, 제 2헤드(212)는 고정된다. 따라서, 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200b')은 웨이퍼(202)의 중심을 연마하기 전에 웨이퍼(202)의 가장자리의 정확한 연마에 의해 큰 유연성을 제공하는 한편, 상기 설명된 가장자리소진효과 및/또는 패드반동효과를 없앤다.
도 5a-1과 도 5a-2의 실시예에서, 제 1헤드(208)는 이동방향(214)의 웨이퍼(202)의 가장자리인 위치 x1에 위치되는 한편, 제 2헤드(212)의 가장자리는이동방향(222)의 웨이퍼(202)의 가장자리인 위치 x-1에 위치된다. 제 1헤드(208)와 제 2헤드(212)는 준비방향(207)으로 회전하도록 되어 있다. 제 1헤드(208)는 회전 뿐만 아니라 제 2헤드(212)와 대략 동일한 선속도로 이동방향(214)으로 선형이동하고, 그 반대방향인 이동방향(222)으로 선형이동한다. 일실시예에서, 제 2헤드(212)는 제 1헤드(208)에 의해 연마되는 동안 웨이퍼(202)를 지지하고, 제 2헤드(212)는 버퍼나 클리너로도 작용할 수 있다.
도 5a-1의 실시예는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200c')을 나타내는 바, 제 1헤드(208)와 제 2헤드(212)는 선형이동한다. 도시된 바와 같이, 제 1헤드(208)는 이동방향(214)의 웨이퍼(202)의 가장자리인 위치 x1에서 웨이퍼(202)의 중심인 위치 x0까지 이동한다. 이와 동시에, 제 2헤드(212)는 위치 x-1에서 위치 x0으로 선형이동한다. 이와 같이, 본 실시예의 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200c')은 종래의 단점(즉, 가장자리소진효과나 패드반동효과) 없이 웨이퍼(202)의 끝가장자리인 웨이퍼(202) 표면의 특정 구역의 연마를 제어한다.
도 6a-1과 도 6a-2의 실시예의 제 1헤드(208)는 준비방향(207)으로 회전하도록 되어 있는 한편, 왕복운동방향(211)으로 왕복운동한다. 또, 제 1헤드(208)는 이동방향(214)으로 선형이동하도록 되어 있다. 도시된 바와 같이, 제 1헤드(208)의 가장자리는 위치 x0에 위치되어 제 2헤드(212)의 가장자리를 위치 x0의 약간 왼쪽으로 위치시킨다. 이 실시예에서, 제 2헤드(212)도 준비방향(207)으로 회전하도록 되어 있는 한편 이동방향(214)으로 선형이동한다. 일실시예에서, 제 2헤드(212)는 웨이퍼(202)를 지지할 뿐만 아니라 버퍼나 클리너로 작용하며, 제 1헤드(208)에 의해 연마된다.
도 6a-3과 도 6a-4는 위치 x0에서 위치 x1로 선형이동되는 제 1헤드(208)가 도시된 도 6a-1의 실시예를 나타내며, 위치 x0에서 위치 x1로 제 2헤드(212)의 동시이동도 도시되어 있다. 제 1헤드(208)는 위치 x0에서 위치 x1로 이동되는 한편, 제 1헤드(208)의 선속도는 제 2헤드(212)의 선속도와 대략 동일할 수 있다. 따라서, 특정 상황에서 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200d')은 웨이퍼(202)의 중심을 먼저 연마할 수 있는 특성을 갖는데, 이에 의해 가장자리의 구역에서 임의의 재료를 제거하기 전에 웨이퍼(202)의 중심으로부터 표면재료를 제거하게 된다. 상기 특성은 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템이 웨이퍼(202)의 바람직한 형태를 따라 표면재료를 제거하기 위해 웨이퍼(202)의 표면을 연마하게 한다. 더욱이, 웨이퍼(202)의 가장자리를 끝까지 연마함으로써, 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200d')은 표면재료의 제거를 위한 제어를 이행할 수 있어서 종래의 단점을 없애게 된다.
도 7a-1과 도 7a-2에 도시된 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템에서, 제 1헤드(208)의 가장자리는 이동방향(214)의 웨이퍼(202)의 가장자리인 위치 x1에 위치되어, 제 2헤드(212)의 가장자리가 위치 x1의 약간 왼쪽으로 위치되게 한다. 이 실시예에서, 제 2헤드(212)는 이동방향(222)으로 선형이동되는 한편 회전한다. 마찬가지로, 제 1헤드(208)는 이동방향(214)으로 선형이동하도록 되어 있는 한편, 준비방향(207)으로 회전하고 왕복운동방향(211)으로 왕복운동한다. 제 1헤드(208)와 제 2헤드(212)는 유사한 선속도로 이동하도록 되어 있다.
도 7a-3과 도 7a-4는 제 1헤드(208)와 제 2헤드(212)가 유사한 선속도로 선형이동방향(222)으로 동시에 이동한 후의 도 7a-1의 실시예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 제 1헤드(208)의 가장자리는 위치 x1에서 위치 x0으로 선형이동하는 한편, 제 2헤드(212)의 가장자리도 위치 x1에서 위치 x0으로 이동한다. 도 7a-3과 도 7a-4는 유연한 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템을 나타내는 바, 먼저 웨이퍼(202)의 가장자리는 종래의 패드반동효과와 가장자리소진효과를 받지 않고 연마된다.
도 8a-1은 본 발명의 일실시예에 따른 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200f)의 평면도이다. 이 실시예의 제 1헤드(208)는 준비방향(207)으로 회전하는 한편 왕복운동방향(211)으로 왕복운동한다. 일실시예에서, 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200f)은 바람직하게는 제 2헤드(212)보다는 지지점(220)을 포함하도록 되어 있다. 이 지지점(220)은 지지링(204)을 지지하는 한편, 웨이퍼(202)는 제 1헤드(208)에 의해 연마된다. 일실시예에서, 지지점(220)은 회전하는 제 1헤드(208)에 의해 생성된 모멘트와 같은 모멘트를 생성하도록 제 1헤드(208)와 대칭되는 위치에 위치된다. 일실시예에서, 지지점(220)은 강성으로 될 수 있지만, 다른 실시예에서는 지지점(220)이 지지링(204)을 지지하도록 되어있는 한편, 웨이퍼(202)는 회전하는 제 1헤드(208)에 의해 생성된 모멘트와 유사한 조정가능한 힘을 생성하도록 된 자동기구를 이용하여 연마된다. 지지점(220)은 제한 없이 공압출력장치, 유압출력장치, 전자기출력장치, 또는 기계출력장치를 포함하는 임의의 다양한 힘출력장치를 이용하여 웨이퍼(202)를 지지할 수 있다. 지지점(220)은 개방 또는 폐쇄루프시스템을 이용하여 실시될 수도 있는데, 그에 따른 힘 및/또는 피드백이 감시될 수 있다. 일반적으로, 제 1헤드(208)에 의해 생성된 모멘트를 보상하기 위해 조정가능한 힘을 생성할 수 있는 임의의 힘출력장치가 이용될 수 있다.
도 8a-2는 도 8a-1의 실시예의 단면도로서, 이는 웨이퍼(202)와 지지링(204)의 공통면 관계에 관해 지지링(220)의 위치를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 제 1헤드(208)의 가장자리는 먼저 웨이퍼(202)의 중심인 위치 x0에 위치된다.
도 8a-3과 도 8a-4의 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200f')은 도 8a-1의 실시예를 나타내는 바, 여기서 제 1헤드(208)의 가장자리는 위치 x0에서 위치 x1로 이동한다. 도시된 바와 같이, 제 1헤드(208)는 웨이퍼(202)의 중심에서 웨이퍼(202)를 연마하기 시작한다. 제 1헤드(208)가 웨이퍼(202)의 표면을 계속 연마할 때, 지지점(220)은 제 1헤드(208)에 의해 생성된 모멘트를 보상하도록 지지링(204)에 힘을 부여함으로써 웨이퍼(202)를 지지한다. 웨이퍼(202)를 지지하는 지지점(220)에 의해 웨이퍼(202)가 제 1헤드(208)에 의해 연마되는 한편, 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200f')은 종래의 단점 없이 끝가장자리까지웨이퍼(202)를 연마할 수 있다.
도 9a-1과 도 9a-2의 실시예에서, 지지점(220)은 지지링(204)에 힘을 가하는 한편, 이 지지링(204)은 제 1헤드(208)에 의해 연마되는 웨이퍼(202)를 지지한다. 이 실시예에서, 제 1헤드(208)의 가장자리는 위치 x1에 위치되는 한편 지지점(220)은 지지링(204)상의 대칭되는 점에 위치된다. 도 9a-3과 도 9a-4의 실시예에 도시된 바와 같이, 제 1헤드(208)는 웨이퍼(202)의 가장자리인 위치 x1로부터 웨이퍼의 중심인 위치 x0까지 이동방향(222)으로 이동한다. 이에 따라, 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템은 종래의 패드반동효과와 가장자리소진효과 없이 웨이퍼(202)의 끝가장자리를 연마할 수 있다.
하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200h)의 일실시예로 다수의 지지점(220)이 구비될 수 있다. 도 10a-1과 도 10a-2의 실시예에 도시된 바와 같이, 2개의 지지점(220)이 지지링(204)에 힘을 가하는 데에 이용되는 한편, 지지링(204)은 제 1헤드(208)에 의해 연마되는 웨이퍼(202)를 지지한다. 이 실시예에서, 제 1헤드(208)의 가장자리는 위치 x0에 위치되는 한편, 지지점(220)은 지지링(204)상의 반대위치에 위치된다. 다중지지점(220)은 제 1헤드(208)와 유사한 모멘트를 생성하여 지지링(204)과 웨이퍼(202)를 지지한다.
다중지지점(220)을 이용하는 장점은 특히 제 1헤드(208)가 웨이퍼(202)의 가장자리를 연마할 때 분명해진다. 도 10a-3과 도 10a-4의 실시예는 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템(200h')을 나타내는 바, 제 1헤드(208)의 가장자리는 위치 x0에서 위치 x1로 이동한다. 도시된 바와 같이, 지지점(220)은 지지링(204)과 웨이퍼(202)를 지지하는 한편, 제 1헤드(208)는 위치 x0에서 웨이퍼(202)의 가장자리인 위치 x1로 이동한다. 지지점(220)에 의한 지지와 관련하여 웨이퍼(202)와 지지링(204)의 공통면 관계는 연마헤드(208)를 웨이퍼(202)의 가장자리에서 떨어지지 않고 끝가장자리까지 웨이퍼(202)를 연마시킨다.
도 11a-1과 도 11a-2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하부홈이 형성된 화학적 기계적 연마시스템을 나타낸다. 이 실시예에도 복수의 지지점(220)이 구비되는 바, 이는 지지링(204)에 힘을 가하는 한편 웨이퍼(202)가 제 1헤드(208)에 의해 연마될 때 웨이퍼(202)를 지지한다. 이 실시예에서, 제 1헤드(208)의 가장자리는 위치 x1에 위치되고, 다중지지점(220)은 지지링(204)상의 반대위치에 위치된다. 도 11a-3과 도 11a-4의 실시예에 도시된 바와 같이, 제 1헤드(208)는 위치 x1에서 위치 x0으로 이동한다. 다중지지점(220)은 임의의 패드반동효과나 가장자리소진효과를 발생시키지 않고 웨이퍼(202)의 끝가장자리에서 제 1헤드(208)가 연마를 시작할 수 있게 한다.
도 12는 본 발명의 짐발이 없는 실시예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 캐리어(206)는 연장스핀들(224)상에 위치되는 한편 웨이퍼(202)를 지지하는 지지링(204)과 맞물린다. 지지점(220)은 지지링(204)에 힘을 가하는 한편, 제 1헤드(208)는 웨이퍼(202)를 연마한다. 이 실시예는 제 1헤드(208)가 캐리어(206) 위에 덮여질 때 캐리어(206)에 맞추어질 수 있는 제 1헤드(208)의 이용을 필요로 한다. 특히, 제 1헤드(208)는 캐리어(206)와 제 1헤드(208)의 부적절한 비스듬한 접촉을 방지하도록 캐리어(206)에 적절한 양의 힘을 적당히 가하도록 되어 있다.
본 발명은 (예컨대 준비 또는 연마되는 임의의 하나 이상의 층이나 필름과 같은) 최종층의 두께, 재료제거율, 최종층의 프로파일을 감시하기 위한 시스템을 포함할 수 있지만, 이러한 감시시스템은 상기 설명된 도면에는 도시되어 있지 않다. 더욱이, 상기 설명된 실시예에서는 웨이퍼(202)와 다른 요소들이 수평으로 배치되어 있음에도 불구하고, 본 발명은 웨이퍼(202)가 임의의 자세(즉, 피치나 롤)로 배치되도록 실시될 수 있다. 끝으로, 본 발명에서는 모든 축이동, 힘, 유동 및, 공정변수들이 완전히 프로그램화될 수 있다.
상기 설명된 본 발명은 이해를 돕기 위해 상세히 설명되어 있음에도 불구하고, 첨부되는 청구범위의 범주내에서 다양한 변경예 및 변형예가 가능하다. 예컨대, 본 발명은 저장매체디스크와, (예컨대 200mm나 300mm 등의) 반도체웨이퍼와 같은 임의의 기판과, 연마, 평탄화(planarization), 버핑, 또는 임의의 다른 적당한 준비작업을 필요로 하는 임의의 다른 형태의 기판에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 예로서 고려될 뿐 제한적이지 않아서 상세한 설명에 한정되지 않으며, 첨부되는 청구범위의 범주내에서 변경될 수 있다.

Claims (23)

  1. 상부표면과 바닥부를 구비하되, 상기 상부표면은 준비될 하나 이상의 층을 갖는 웨이퍼를 지지하고 회전시키도록 되어 있는 캐리어와;
    웨이퍼에 접촉되어 상기 웨이퍼의 전체 표면보다 작은 웨이퍼의 적어도 일부 표면을 덮도록 된 준비헤드;를 포함하여 이루어진 화학적 기계적 연마시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 캐리어가 웨이퍼의 회전방향으로 회전하도록 되어 있는 화학적 기계적 연마시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 준비헤드가 웨이퍼의 회전방향과 반대되는 회전방향인 준비방향으로 회전하도록 되어 있는 화학적 기계적 연마시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 준비헤드가 조정가능한 속도로 왕복운동하도록 되어 있고, 이 왕복운동은 상기 준비헤드가 웨이퍼의 중심과 웨이퍼의 가장자리 사이에서 이동될 때 발생되는 화학적 기계적 연마시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 준비헤드가 웨이퍼의 가장자리에서 웨이퍼의 중심방향으로 뿐만 아니라 웨이퍼의 중심에서 웨이퍼의 가장자리방향으로 선형이동하도록 되어 있는 화학적 기계적 연마시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 캐리어의 바닥부에 고정되고, 상기 준비헤드를 수용하도록 되어 있는 캐리어를 조정하는 짐발(gimbal)을 더 포함하여 이루어진 화학적 기계적 연마시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 캐리어의 상부표면상에 맞물리고 상기 웨이퍼를 지지하도록 되어 있는 지지링을 더 포함하여 이루어진 화학적 기계적 연마시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 캐리어 아래에 위치되고서, 상기 웨이퍼의 상부표면과 평평하게 배치되고, 상기 준비헤드가 웨이퍼의 상부표면이나 조절헤드로 이동될 때 이 준비헤드를 이동시키거나 수용하도록 되어 있는 조절표면을 갖춘 조절헤드를 더 포함하여 이루어진 화학적 기계적 연마시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 조절헤드가 준비방향으로 회전하도록 되어 있는 화학적 기계적 연마시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 캐리어 위에 위치되고, 상기 웨이퍼의 상부표면을 지지하도록 되어 있는 지지부를 더 포함하여 이루어진 화학적 기계적 연마시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 지지부가 제 2헤드와 적어도 하나의 지지점 중 하나로 이루어진 화학적 기계적 연마시스템.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 제 2헤드가 웨이퍼의 전체 부분보다 작은 웨이퍼의 적어도 일부에 접촉되도록 되어 있는 화학적 기계적 연마시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제 2헤드가 준비방향으로 회전하도록 되어 있는 화학적 기계적 연마시스템.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 제 2헤드가 웨이퍼의 가장자리에서 웨이퍼의 중심방향으로 뿐만 아니라 웨이퍼의 중심에서 웨이퍼의 가장자리방향으로 선형이동하도록 되어 있는 화학적 기계적 연마시스템.
  15. 제 11항에 있어서, 제 2헤드가 지지부와 버퍼 및 클리너 중 하나로 구성되는 화학적 기계적 연마시스템.
  16. 제 11항에 있어서, 상기 지지점이 지지링에 힘을 가하여 웨이퍼를 지지하도록 된 화학적 기계적 연마시스템.
  17. 고정위치에서 준비될 표면을 갖춘 기판을 지지하고 회전시키도록 되어 있는 캐리어와;
    기판표면의 중심에서 시작하여 기판표면의 가장자리로 끝나는 제 1방향과, 기판표면의 가장자리에서 시작하여 기판표면의 중심으로 끝나는 제 2방향 중 한 방향으로 회전하는 캐리어의 고정위치에 대해 선형이동하도록 되어 있고, 기판에 접촉되어 전체 기판표면보다 작은 기판표면의 적어도 일부를 덮도록 된 제 1헤드;를포함하여 이루어진 화학적 기계적 연마시스템.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 캐리어가 웨이퍼의 회전방향으로 회전하도록 되어 있는 화학적 기계적 연마시스템.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 제 1헤드가 웨이퍼의 회전방향과 반대되는 회전방향인 준비방향으로 회전하도록 되어 있는 화학적 기계적 연마시스템.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 제 1헤드가 왕복운동하도록 되어 있는 화학적 기계적 연마시스템.
  21. 상부표면과 바닥부를 구비하되, 상기 상부표면이 준비될 하나 이상의 층을 갖는 웨이퍼를 지지하고 회전시키도록 되어 있는 캐리어와;
    웨이퍼에 접촉되어 상기 웨이퍼의 전체 표면보다 작은 웨이퍼의 적어도 일부 표면을 덮도록 된 준비헤드; 및,
    상기 캐리어 아래에 위치되고서, 상기 웨이퍼의 상부표면과 평평하게 배치되고, 상기 준비헤드가 웨이퍼의 상부표면이나 조절헤드로 이동될 때 이 준비헤드를 이동시키거나 수용하도록 되어 있는 조절표면을 갖춘 조절헤드;를 포함하여 이루어진 화학적 기계적 연마시스템.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 캐리어가 웨이퍼의 회전방향으로 회전하고, 상기 준비헤드는 상기 웨이퍼의 회전방향과 반대되는 회전방향인 준비방향으로 회전하도록 된 화학적 기계적 연마시스템.
  23. 제 21항에 있어서, 상기 캐리어의 바닥부에 고정되고, 상기 준비헤드를 수용하도록 되어 있는 캐리어를 조정하는 짐발을 더 포함하여 이루어진 화학적 기계적 연마시스템.
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