KR200442675Y1 - 그루브를 구비한 지지 링 - Google Patents

Abstract

화학적 기계적 폴리싱을 위한 지지 링이 설명된다. 지지 링은 비-교차 그루브를 구비하는 바닥면을 가진다. 교대로 형성되는 그루브는 서로에 대해 대각을 형성한다.

Description

그루브를 구비한 지지 링 {GROOVED RETAINING RING}

본 출원은 본 명세서에서 참조되고 2005년 8월 30일에 출원된 미국 가 출원 제 60/713,103호의 우선권의 이익을 청구한다.

본 고안은 일반적으로 기판의 화학적 기계적 폴리싱에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화학적 기계적 폴리싱에서 이용하기 위한 지지 링에 관한 것이다.

집적 회로는 통상적으로 실리콘 기판 상에 전도성, 반전도성 또는 절연성 층의 순차적인 증착에 의해 기판상에 형성된다. 하나의 제조 단계는 비 평면상에 필러 층을 증착하는 단계, 및 비평면이 노출될 때까지 필러 층을 평탄화하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 전도성 필러 층은 패턴형 절연성 층 상에 증착될 수 있어 절연성 층상의 트렌치 또는 홀을 채우도록 한다. 이어서 필러 층은 절연성 층의 상승된 패턴이 노출될 때까지 폴리싱된다. 평탄화 후, 절연성 층의 상승된 패턴 사이에 남아 있는 전도성 층의 일 부분은 비아, 플러그 및 라인을 형성하며 이 라인은 기판 상의 얇은 필름 회로들 사이에 전도성 경로를 제공한다. 또한, 포토리쏘그래피를 위해 기판 표면을 평탄화하기 위하여 평탄화 공정이 요구된다.

화학적 기계적 폴리싱(CMP)은 평탄화의 하나의 수용된 방법이다. 이러한 평탄화 방법은 통상적으로 기판이 CMP 장치의 캐리어 또는 폴리싱 헤드 상에 장착될 것이 요구된다. 기판의 노출면은 회전하는 폴리싱 디스크 패드 또는 벨트 패드에 배치된다. 폴리싱 패드는 "표준형" 패드 또는 고정 마모형 패드일 수 있다. 표준형 패드는 내구성을 가진 거친 표면을 가지며, 반면 고정 마모형 패드는 억제 매체 내에 홀딩되는 마모성 입자를 가진다. 캐리어 헤드는 기판상에 제어가능한 로드를 제공하여 기판을 폴리싱 패드에 가압한다. 하나 이상의 화학적 작용제를 포함하는 폴리싱 슬러리, 및 표준형 패드가 이용되는 경우 마모성 입자가 폴리싱 패드의 표면으로 공급된다.

하나의 양태에서, 본 고안은 지지 링에 관한 것으로, 지지 링은 일반적으로 상부면, 바닥면, 내경면, 및 외경면을 가지는 고리형 바디이다. 바닥면은 제 1 채널이 지지 링의 반지름선 부분(radial segment)에 대해 제 1 각도로 있으며, 지지 링의 반지름선 부분은 제 1 채널과 교차하며 제 2 채널은 지지 링의 반지름선 부분에 대해 제 2 각도로 있으며 지지 링의 반지름선 부분은 제 2 채널과 교차한다. 제 1 각도는 제 2 각도와 상이하며 제 1 채널은 제 2 채널과 교차하지 않는다.

본 고안의 실시예는 하나 또는 그 이상의 후술되는 특징을 포함할 수 있다. 제 1 각도는 제 2 각도에 대해 약 90°각도일 수 있다. 링은 18 또는 26개의 채널을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 채널은 제 2 채널과 접촉하지 않는다. 바닥면은 각각 제 1 각도를 형성하는 제 1 채널 세트, 및 각각 제 2 각도를 형성하는 제 2 채널 세트를 포함할 수 있다. 제 1 채널 세트는 기판이 표면의 바닥에 걸쳐 제 2 채널 세트와 교대로 형성된다. 제 1 채널 세트는 각각의 채널에 대응하는 반지름선 부분에 대해 약 45°각도로 형성되는 채널을 포함할 수 있으며 제 2 채널 세트는 각각의 채널에 대응하는 반지름선 부분에 대해 약 135°각도로 형성되는 채널을 포함할 수 있다. 지지 링은 두 개의 부분의 지지 링일 수 있다.

본 고안의 하나 또는 그 이상의 실시예의 상세함은 첨부된 도면 및 아래의 상세한 설명에 제시된다. 본 고안의 다른 특징, 목적 및 장점은 상세한 설명 및 도면으로부터, 그리고 청구범위로부터 명백하게 된다.

도 1은 지지 링의 사시도이며,

도 2는 본 명세서에서 설명되는 지지 링과 종래의 지지 링의 성능을 비교하는 그래프이다.

다양한 도면에서 유사한 도면 부호는 유사한 구성을 표시한다.

도 1을 참조하면, 지지 링(100)은 일반적으로 CMP 장치의 캐리어 헤드에 고정될 수 있는 고리형 링이다. 적절한 CMP 장치는 미국 특허 제 5,738,574호에 기재되어 있으며 적절한 캐리어 헤드는 미국 특허 제 6,251,215호에 기재되어 있으며, 이들은 전체적으로 본 명세서에 참조된다.

지지 링(100)은 채널(120, 130) 또는 그루브를 포함하는 평평한 바닥면(110)을 가진다. 채널(120, 130)은 바닥면(110)의 내측 주변부(140) 및 외측 주변부(150)에서 시작한다. 일부 실시예에서, 채널(120, 130)은 지지 링(100) 주위에 동일한 각도 간격으로 분포된다. 채널(120, 130)은 두 개의 세트로 그룹을 형성한다. 제 1 세트의 채널(120)은 통상적으로 지지 링(100)의 중앙을 통하여 연장하는 반지름선 부분(radial segment; 160)(도 1에서 점선으로서 가상으로 도시됨)에 대해 통상적으로 45°로 배향되지만, 30°내지 60°와 같은 다른 배향 각도도 가능하다. 제 2 세트의 채널(130)은 통상적으로 반지름선 부분(160)에 대해 120°내지 150°와 같이, 135°로 배향된다. 즉, 제 1 및 제 2 세트의 채널 내의 채널은 서로 평행하지 않거나 서로 대각(opposing angles)을 이룬다.

일부 실시예에서, 교대로 형성되는 채널은 관련된 반지름선 부분으로부터 대략적으로 동일한 각도로 배향된다. 이는 지지 링의 바닥면(110) 상에 V 패턴과 다소 유사하다. 그러나, 인접한 채널은 지지 링의 표면상에서 교차하지 않는다. 각각의 채널(120, 130)은 이웃하는 채널과 교차하지도 중복되지도 않는 개별 채널이다. 채널이 지지 링의 표면을 넘어 연장하는 경우, 채널은 서로에 대해 약 90°각도로 교차하지만, 각도는 75°내지 105°이다. 채널은 직선형 또는 곡선형이다. 채널은 0.125 인치 근처의 약 0.1 내지 약 0.2 인치의 폭을 가질 수 있다. 채널은 깊이가 약 0.120 인치 근처와 같이, 깊이가 약 0.1 내지 약 0.2 인치일 수 있다.

지지 링(100)은 CMP 공정에 대해 화학적으로 불활성이 되는 재료로 형성될 수 있다. 재료는 지지 링(100)으로 기판 에지의 접촉이 기판을 조각나게 하거나 갈라지게 하지 않도록 충분히 탄성적이어야 한다. 그러나, 지지 링(100)은 캐리어 헤드가 지지 링(100) 상에 하강 압력을 가할 때 기판 수용 리세스(180) 내로 압출되도록 탄성적 이어야 한다. 비록 지지 링(100)이 마모되는 것이 수용가능하지만 지지 링(100)은 또한 내구적이고 저 마모율을 가져야 한다. 예를 들면, 지지 링(100)은 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리벤지미데졸(PBI), 폴리에테르이미드(PEI), 또는 복합 재료와 같은 플라스틱으로 제조될 수 있다.

지지 링의 상부면은 볼트, 스크류를 수용하기 위한 홀, 또는 지지 링(100) 및 캐리어 헤드를 함께 고정하기 위한 다른 하드웨어(상이한 개수의 홀이 있을 수 있다)를 포함할 수 있다. 부가적으로, 하나 또는 그 이상의 통공이 상부에 위치할 수 있다. 지지 링(100)이 정렬 통공을 가지는 경우, 캐리어 헤드 및 지지 링(100)이 적절히 정렬될 때, 캐리어 헤드는 정렬 통공과 정합하는 대응 핀을 가질 수 있다. 지지 링(100)은 또한 링으로부터 소정의 슬러리를 배출하기 위한 드레인 홀을 포함할 수도 있다.

지지 링(100)은 하나 또는 두 개의 피스로 형성될 수 있다. 지지 링(100)은 하부 및 상부를 가지며, 상부는 평평한 바닥면 및 바닥면에 평행한 상부면을 가질 수 있다. 상부의 바닥면은 하부의 상부면과 정합한다. 두 개의 부분은 접착제, 스크류, 또는 강제 맞춤 구성을 이용하여 연결될 수 있다. 접착제 층은 조지아(Ga.) 참블리(Chamblee)의 매그놀리아 플라스틱스(Magnolia Plastics)로부터 입수가능한 매그노본드(Magnobond)-6375^TM 과 같은 두 부분 완속 경화 에폭시일 수 있다.

상부는 금속과 같은 강성 재료로 형성될 수 있다. 상부를 형성하기 위한 적 절한 금속은 스테인레스 강, 몰리브덴, 또는 알루미늄을 포함한다. 이와 달리, 세라믹이 이용될 수 있다.

지지 링(100)이 캐리어 헤드의 베이스에 고정될 때, 외경 상부의 주변부는 캐리어 헤드의 베이스의 주변부와 실질적으로 동일할 수 있어, 캐리어 헤드의 외측 에지를 따라 갭이 존재하지 않는다.

CMP 장치의 정상 작동시, 로보틱 아암은 카세트 저장부로부터 이송 스테이션으로 300 mm 기판을 이동시킨다. 이송 스테이션에서, 기판은 로드컵 내의 중앙에 위치한다. 캐리어 헤드는 로드컵 위의 제 위치로 이동한다. 캐리어 헤드 및 로드컵이 일반적으로 서로 정렬되면, 캐리어 헤드는 기판을 수집하기 위한 위치로 낮추어 진다.

기판이 캐리어 헤드 내로 로딩되면, 캐리어 헤드는 로드컵으로부터 상승된다. 캐리어 헤드는 이송 스테이션으로부터 CMP 장치상의 폴리싱 스테이션의 각각으로 이동할 수 있다. 폴리싱 스테이션은 폴리싱 동안 특정 슬러리가 적용되는 플래튼을 포함할 수 있다. CMP 폴리싱 동안, 캐리어 헤드는 압력을 기판으로 인가하여 기판을 폴리싱 헤드에 홀딩한다. 폴리싱 시컨스 동안, 기판은 수용 리세스 내에 위치하여, 기판이 이탈하는 것을 방지한다. 지지 링(100)의 채널(120, 130)은 지지 링(100)이 폴리싱 패드와 접촉할 때 기판으로 및 기판으로부터 슬러리의 운반을 용이하게 한다. 마주하는 채널 또는 이중 소용돌이 구성은 폴리싱 공정 동안 슬러리의 매스 이송을 개선한다. 제 1 채널 세트는 각각의 채널로 가장 근접한 반지름선 부분에 대해 하나의 방향으로 배향된다. 이러한 채널은 슬러리를 리세스(180) 내로 가압한다. 마주하는 제 2 채널 세트는 리세스(180)로부터 슬러리를 회전시킨다. 리세스(180)로부터 가압되는 슬러리는 사용된 슬러리를 포함할 수 있으며 부산물을 폴리싱할 수 있다.

채널은 중복되지 않아서, 그루브가 중복되는 경우 발생할 수 있는, 지지 링의 리세스로부터 가압되는 슬러리가 리세스 내로 바로 역으로 가압되는 것을 방지한다.

제 1 폴리싱 스테이션을 폴리싱할 때, 캐리어 헤드는 기판을 다음 폴리싱 스테이션으로 이동시킬 수 있다.

위에서 설명된 이중 소용돌이 채널 설계는 폴리싱 스테이션들 또는 플래튼들 사이의 교차 오염을 제거하기 위한 유용한 방식일 수 있다. 일부 폴리싱 시스템에서, 두 개의 상이한 폴리싱 스테이션에서 이용되는 슬러리는 서로 양립할 수 없다. 지지 링, 헤드 및 기판은 스테이션들 사이에서 세척된다. 가장 잘 알려진 방법을 이용하는, 종래의 시스템에 대해, 동일한 방향으로 배향되는 단일 세트의 채널 모두를 가지는 지지 링 상에서 슬러리를 제거하기 위한 충분한 세척 시간은 약 15 내지 20 초 사이이다. 이중 소용돌이 지지 링 세척 시간은 5 내지 10초 만큼 짧아 질 수 있다. 캐리어 헤드는 세척 동안 회전한다. 이중 소용돌이 지지 링에는, 시계 방향 그루브와 조합되는 스피닝은 세척 액체가 링의 리세스로 유입되는 것을 허용하며 반시계 방향 그루브는 부산물이 폴리싱 공정으로부터 링의 리세스로 배출되는 것을 허용한다.

도 2를 참조하면, 이중 소용돌이 지지 링은 종래의 폴리싱 방법에 대해 폴리 싱 기판의 개선된 폴리싱 프로파일 및 토포그래피(topography)를 제공할 수 있다. 결과(210)는 마주하는 채널이 없는 종래의 지지 링으로부터 나온다. 종래의 지지 링은 동일한 방향, 시계 방향으로 배향되는 18개의 채널 모두를 가져서, 폴리싱 동안 슬러리를 헤드 내로 가압한다. 두 개의 링은 기판의 표면으로부터 구리를 제거하기 위해 이용된다. 폴리싱 툴은 둘다 기판의 후측부로 인가되는 1.2 psi의 게이지 압력으로 15초 동안 65rpm으로 작동된다. 결과(220)는 바닥면 상에 두 개의 세트의 채널을 가지는 이중 소용돌이 지지 링을 위한 것이며, 각각의 세트는 18개의 채널을 포함한다. 그래프(200)에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래의 지지 링으로 폴리싱되는 기판에 걸친 제거 프로파일은 기판의 표면에 걸쳐 고르지 않다. 더 많은 구리가 에지로부터보다 기판의 중앙으로부터 제거된다. 특히, 800 옹스트롬보다 큰 구리가, 600 옹스트롬 근처 또는 이보다 적은 구리가 기판의 에지로부터 제거되는 기판의 중앙으로부터 제거된다. 이중 소용돌이 지지 링을 이용하여, 약 600 내지 700 옹스트롬의 구리가 기판의 표면으로부터 제거된다. 이중 소용돌이 지지 링을 구비한 변형예는 100 옹스트롬 보다 작다.

본 고안의 다수의 실시예가 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 변형이 본 고안의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 형성될 수 있다. 예를 들면, 이중 소융돌이 개념은 2005년 5월 11일에 출원된 미국 출원 제 11/127,790호의 " 전도성 부분을 구비한 지지 링 ", 및 2004년 12월 2일 출원되고 공보 US 2006-0137819 A1호 하에서 2006년 6월 29일 공고되는 미국 출원 제 11/003,083호의 "바이어싱 지지 링"과 같은 전기화학적 기계적 폴리싱을 위한 전도성 부분을 포함하는 지지 링으로 적용될 수 있다. 따라서, 다른 실시예가 후술되는 청구범위의 범위 내에 있다.

본 명세서에서 언급된 모든 참고문헌은 모든 목적을 위해 전체적으로 참조된다.

Claims (10)

1. 화학적 기계적 폴리싱을 위한 지지 링으로서,

   다수 쌍의 채널들을 포함하는 바닥면을 가지는 실질적인 고리형 링을 포함하며, 상기 채널들 중 각각이 상기 고리형 링의 내경으로부터 상기 고리형 링의 외경으로 연장하고, 상기 다수 쌍의 채널들 중 각각의 제 1 채널은 상기 제 1 채널과 교차하는 상기 지지 링의 반지름선 부분에 대해 제 1 각도로 형성되며, 상기 다수 쌍의 채널들 중 각각의 제 2 채널은 상기 제 2 채널과 교차하는 상기 지지 링의 반지름선 부분에 대해 제 2 각도로 형성되며, 상기 제 1 각도는 상기 제 2 각도와 상이하고, 상기 제 1 채널은 상기 제 2 채널과 교차하지 않으며 상기 채널들은 직선형인,

   지지 링.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 각도 및 상기 제 2 각도 사이의 각도가 약 90°인,

   지지 링.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 링은 18개 이상의 채널을 가지는,

   지지 링.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 채널은 상기 제 2 채널과 접촉하지 않는,

   지지 링.
5. 제 1 항에 있어서,

   제 1 채널 세트는 각각의 채널에 대응하는 반지름선 부분에 대해 약 45°를 형성하며 제 2 채널 세트는 각각의 채널에 대응하는 반지름선 부분에 대해 약 135°를 형성하는,

   지지 링.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 링은 36개의 채널을 포함하는,

   지지 링.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 고리형 링은 상부 및 상기 상부와 상이한 재료로 형성되는 하부를 가지는,

   지지 링.
8. 화학적 기계적 폴리싱을 위한 지지 링으로서,

   다수 쌍의 인접한 채널들을 포함하는 바닥면을 가지는 실질적인 고리형 링을 포함하며, 상기 채널들 중 각각이 상기 고리형 링의 내경으로부터 상기 고리형 링의 외경으로 연장하고, 상기 다수 쌍의 인접한 채널들 중 각각의 제 1 채널은 상기 제 1 채널과 교차하는 상기 지지 링의 반지름선 부분에 대해 제 1 각도로 형성되며, 상기 다수 쌍의 인접한 채널들 중 각각의 제 2 채널은 상기 제 2 채널과 교차하는 상기 지지 링의 반지름선 부분에 대해 제 2 각도로 형성되며, 상기 제 1 각도는 상기 제 2 각도와 상이하고, 상기 제 1 채널은 상기 제 2 채널과 교차하지 않으며, 상기 제 1 채널 및 상기 제 2 채널은 소정의 다른 채널로 보다 서로 근접하며, 상기 채널들은 직선형인,

   지지 링.
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10. 삭제

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