KR20060020614A - 언더-패드를 구비하는 연마기 및 미세형상 공작물의 기계적및/또는 화학-기계적 연마 방법 - Google Patents

언더-패드를 구비하는 연마기 및 미세형상 공작물의 기계적및/또는 화학-기계적 연마 방법 Download PDF

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마이크론 테크놀로지 인코포레이티드
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Abstract

미세형상 공작물들(112)의 기계적 및/또는 화학-기계적 연마 방법 및 연마기는 본 명세서에 개시되어 있다. 일 실시예에서, 기계는 지지면을 갖는 테이블, 지지면에 의해 지지되는 언더-패드, 및 테이블위의 공작물 캐리어 어셈블리(130)를 구비한다. 언더-패드(150)는 캐비티(152)를 가지며, 캐리어 어셈블리는 미세형상 공작물을 운반하기 위해 형성된다. 상기 기계는 캐비티내에서 자계를 발생하기 위해 형성된 자계 소스(170)와, 캐비티내의 자기유동학적 유체(magnetorheological fluid)(160)를 부가로 구비한다. 상기 자기유동학적 유체는 자계 소스의 영향하에서 캐비티내의 점성을 변화시킨다.
연마기, 미세형상 공작물, 언더-패드, 캐리어 어셈블리, 캐비티

Description

언더-패드를 구비하는 연마기 및 미세형상 공작물의 기계적 및/또는 화학-기계적 연마 방법{Polishing machines including under-pads and methods for mechanical and/or chemical-mechanical polishing of microfeature woekpieces}
본 발명은 연마기와 미세형상 공작물(microfeature workpieces)을 연마하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 언더-패드들을 구비하는 연마기를 갖는 미세형상 공작물의 기계적 및/또는 화학-기계적 연마에 관한 것이다.
기계적 및 화학-기계적 평탄화("CMP") 공정들은 마이크로전자 디바이스 및 다른 제품들의 생산에서 미세형상 공작물들의 표면으로부터 재료를 제거한다. 도 1은 플래튼(platen)(20), 캐리어 헤드(carrier head)(30), 및 평탄화 패드(planarizing pad)(40)를 갖는 회전 CMP 기계(10)를 개략적으로 도시한다. CMP 기계(10)는 또한 플래튼(20)의 상부면(22)과 평탄화 패드(40)의 하부면 사이에 언더패드(under-pad)(50)를 구비할 수 있다. 언더-패드(50)는 평탄화 패드(40)와 플래튼(20) 사이의 열적 및 기계적 계면을 제공한다. 구동 어셈블리(26)는 플래튼(20)을 회전시키고(화살표 F로 지시됨) 및/또는 플래튼(20)을 전후로(화살표 G로 지시됨) 왕복운동시킨다. 평탄화 패드(40)가 언더-패드(50)에 부착되기 때문에, 평탄화 패드(40)는 평탄화 중에 플래튼(20)과 함께 이동한다.
캐리어 헤드(30)는 미세형상 공작물(12)이 부착될 수 있는 하부면(32)을 갖거나, 또는 공작물(12)은 하부면(32) 아래의 탄성 패드(34)에 부착될 수 있다. 캐리어 헤드(30)는 일정 중량의 프리-플로팅 웨이퍼 캐리어(weighted, free-floating wafer carrier)가 될 수 있거나, 또는 엑추에이터 어셈블리(31)는 캐리어 헤드(30)에 부착되어 회전운동을 미세형상 공작물(12)에 부여하며(화살표 J로 지시됨) 및/또는 공작물(12)을 전후로(화살표 I로 지시됨) 왕복운동시킨다.
평탄화 패드(40) 및 평탄화 용액(planarizing soultion)(44)은 미세형상 공작물(12)의 표면으로부터 기계적 및/또는 화학-기계적으로 재료를 제거하는 평탄화 매체를 형성한다. 평탄화 용액(44)은 미세형상 공작물(12)의 표면을 에칭 및/또는 산화시키는 연마재 입자들 및 화학제를 갖는 종래 CMP 슬러리가 될 수 있고, 또는 평탄화 용액(44)은 연마재 입자들을 갖지 않는 "깨끗한" 연마재 없는(nonabrasive) 평탄화 용액이 될 수 있다. 대부분의 CMP 적용분야에서, 연마재 입자들을 갖는 연마재 슬러리는 연마재 없는 연마 패드에 사용되고, 연마재 입자들을 갖지 않는 깨끗한 연마재 없는 용액이 연마재 부착 연마 패드에 사용된다.
미세형상 공작물(12)을 CMP 기계(10)로 평탄화하기 위해서, 캐리어 헤드(30)는 공작물(12)의 겉면을 아래로 하여(facedown) 평탄화 패드(40)에 압축시킨다. 특히, 캐리어 헤드(30)는 평탄화 패드(40)의 평탄화 표면(42)에 있는 평탄화 용액(44)에 대해 미세형상 공작물(12)을 압축시키고, 플래튼(20) 및/또는 캐리어 헤드(30)가 이동하여 공작물(12)을 평탄화 표면(42)에 대해 마찰시킨다. 미세형상 공작물(12)이 평탄화 표면(42)에 대해 마찰됨에 따라 평탄화 매체는 공작물(12)의 겉 면에서 재료를 제거한다. 미세형상 공작물(12)과 평탄화 패드(40) 사이의 마찰에 의해 발생된 힘은 공작물(12)과 평탄화 패드(40) 사이의 상대 이동의 방향에서 주로 공작물(12)의 표면을 가로질러 가해질 것이다. 유지 링(33)은 이러한 힘에 맞서고, 적소에 미세형상 공작물(12)을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 마찰력은 공작물(12)을 적소에 유지하기 위해 평형력(counterbalancing force)을 가하는 유지 링(33)에 대해 미세형상 공작물(12)을 작동시킨다.
CMP 공정에서는 회로들 및 포토패턴(photo-pattern)들을 정밀하게 제작할 수 있도록 공작물들에 대해 균일하게 평탄한 표면을 지속적으로 정확하게 제조해야 한다. 예를 들어, CMP 공정 중에 공작물의 한 영역에서의 재료가 다른 영역에서의 재료보다 더 빨리 제거되면 불균일한 표면이 발생될 수 있다. 특정 적용들에서, 유지 링의 하향 압력은 언더-패드와 평탄화 패드의 변형 원인이 되며, 유지 링 내부에 정상파를 발생시킨다. 따라서, 평탄화 패드는 파동에서 방사상 내향 및 외향으로 공작물의 영역들로부터 보다 정상파에 인접한 공작물의 영역으로부터 더 빨리 재료를 제거한다. 따라서, CMP 공정은 공작물상에 평판한 표면을 만들 수 없다.
다수의 공작물 표면을 개량하기 위한 하나의 접근법은 공작물의 선택된 영역들에 하향력을 조절하는 내부 및 외부 블래더들(bladders)을 갖는 캐리어 헤드를 사용하는 것이다. 이들 블래더는 재료가 정면의 대응 영역들로부터 제거되는 비율을 증가시키기 위해 공작물 배면의 선택된 영역들에 압력을 가할 수 있다. 그러나, 이 캐리어 헤드는 몇 가지 결함들을 가진다. 예를 들어, 통상적인 블래더는 주변에서 균일한 하향력을 가하기 어렵게 만드는 만곡된 에지를 가진다. 더구나, 종래의 블래더들은 공작물의 상당히 넓은 영역을 커버하고, 공작물에 하향력을 집중시키는 능력을 제한하다. 또한, 종래의 블래더들은 종종 하향력의 정밀한 제어를 방해하는 압축성 공기로 채워진다. 또한, 다중 블래더들을 갖는 캐리어 헤드들은 수선 및/또는 유지(maintenance)를 위해 상당한 정지 시간(downtime)의 적용을 받고, 부수적으로 처리율의 감소를 초래하는 복잡한 시스템을 형성한다.
다수의 공작물 표면을 개량하기 위한 다른 접근법은 유지 링에 의해 야기되는 변형을 감소시키기 위해 강성 언더-패드를 사용하는 것이다. 그러나, 강성 언더-패드들은 평탄화 해결 방안에서는 입자들이 공작물과 평탄화 패드 사이에 갇히기 때문에, 공작물에 스크래치 및 다른 결함들의 빈도를 증가시킨다. 따라서, 공작물상에 평면들을 균등하게 형성하기 위해 연마 공정을 개량할 필요성이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 회전 평탄화 기계의 일부의 개략 단면 측면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세형상 공작물 연마용 CMP 기계의 일부의 개략 단면도.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CMP 기계에서의 사용을 위한 다수의 자계 소스의 개략적인 상부 플랫폼 도면.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CMP 기계에서의 사용을 위한 다수의 자계 소스의 개략적인 상부 플랫폼 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CMP 기계의 부분에 대한 개략 단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 언더-패드의 개략 단면 상면도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CMP 기계의 부분에 대한 개략 단면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 CMP 기계의 부분에 대한 개략 단면도.
본 발명은 연마기 및 미세형상 공작물의 기계적 및/또는 화학-기계적 연마 방법에 관한 것이다. 용어 "미세형상 공작물(microfeature workpieces)"은 전체적으로, 마이크로전자 디바이스, 마이크로-기계식 디바이스, 데이터 기억 소자, 및 다른 형상들이 제작되는 기판을 포함하는데 사용된다. 예를 들면, 미세형상 공작물은 반도체 웨이퍼, 글래스 기판, 절연 기판, 또는 많은 다른 형태의 기판일 수 있다. 또한, 용어 "평탄화(planarization)"는 평평한 표면을 형성하고 및/또는 매끄러운 표면을 형성하는(예로서, "연마") 것을 의미한다. 본 발명의 몇 가지 특정 세부사항은 본 발명의 특정 실시예의 완전한 이해를 돕기 위해 하기 설명 및 도 2 내지 도 7에 설명되어 있다. 그러나, 당업자는 본 발명이 추가의 실시예들을 가질 수 있으며, 또한 다른 실시예들이 아래 설명에 기재된 특정 형상들 중 몇 가지 없이도 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 일 개념은 연마기 및 미세형상 공작물의 기계적 및/또는 화학-기계적 연마 방법을 제시한다. 일 실시예에서, 기계는 지지면을 갖는 테이블과, 지지면에 의해 지지되는 언더-패드, 및 테이블위의 공작물 캐리어 어셈블리를 구비한 다. 언더-패드는 캐비티를 가지며, 캐리어 어셈블리는 미세형상 공작물을 지지하기 위해 형성된다. 상기 기계는 캐비티내에서 자계를 발생시키기 위해 형성된 자계 소스와, 상기 캐비티내에 배치된 자기유동학적 유체(magnetorheological fluid)를 부가로 구비한다. 자기유동학적 유체는 자계 소스의 영향하에서 캐비티내의 점성을 변화시킨다. 자기유동학적 유체의 점성의 변화는 언더-패드의 압축성을 변화시킨다. 이러한 실시예의 일 개념에서, 자계 소스는 언더-패드, 공작물 캐리어 어셈블리, 또는 테이블에 의해 운반된다. 이러한 실시예의 다른 개념에서, 언더-패드는 제 1 및 제 2 표면을 포함하고, 캐비티는 제 1 표면과 제 2 표면 사이에서 둘러싸인다.
본 발명의 다른 개념은 미세형상 공작물의 기계적 및/또는 화학-기계적 연마에 있어서 연마기의 사용을 위한 언더-패드를 제시한다. 일 실시예에서, 언더-패드는 제 1 표면, 제 2 표면, 및 제 1 표면과 제 2 표면 사이의 캐비티를 갖는 본체를 구비한다. 제 1 표면은 제 2 표면에 병렬된다. 언더-패드는 캐비티내에서 자기유동학적 유체를 부가로 구비한다. 자기유동학적 유체는 자계에 반응하여 캐비티내의 점성을 변화시킨다. 이러한 실시예의 일 개념에서, 캐비티는 일반적으로 중심적으로, 그리드에, 또는 다른 패턴으로 배치된 다수의 셀들을 구비한다. 이러한 실시예의 다른 개념에서, 자계 소스는 전기전도성 코일 또는 전자석을 포함한다.
본 발명의 다른 개념은 캐리어 헤드(carrier head), 연마 패드(polishing pad), 및 상기 연마 패드를 운반하는 언더-패드(under-pad)를 갖는 연마기로 미세 형상 공작물(microfeature workpiece)을 연마하기 위한 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 상기 방법은 상기 연마 패드에 대해 상기 미세형상 공작물을 문지르기 위해서 적어도 하나의 상기 캐리어 헤드와 연마 패드를 이동시키는 단계를 포함한다. 상기 언더-패드는 캐비티와, 상기 캐비티내에 배치된 자기유동학적 유체를 갖는다. 상기 방법은 상기 언더-패드의 캐비티내에서 상기 자기유동학적 유체의 점성(viscosity)을 변화시키기 위해서 자계를 발생시킴으로써 상기 언더-패드의 압축률(compressibility)을 변화시키는 단계를 부가로 포함한다. 이러한 실시예의 일 특징에 있어서, 자계를 발생시키는 단계는 전자석 또는 전기전도성 코일을 여자하는 단계(energizing)를 포함한다.
B. 연마 시스템
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세형상 공작물(112)을 연마하기 위한 CMP 기계(110)의 개략 단면도이다. 상기 CMP 기계(110)은 플래튼(120), 상기 플래튼 위의 공작물 캐리어 어셈블리(130), 및 상기 플래튼(120)에 결합된 평탄화 패드(planarizing pad)(140)를 포함한다. 상기 공작물 캐리어 어셈블리(130)는 상기 평탄화 패드(140)의 평탄화면을 지나서 상기 공작물(112)를 이동시키기 위한 엑추에이터 어셈블리(131)(개략적으로 도시됨)에 결합될 수 있다. 도시된 실시예에서, 상기 공작물 캐리어 어셈블리(130)는 지지 부재(134)를 갖는 헤드(132)와 상기 지지 부재(134)에 결합된 유지 링(retaining ring)(133)을 포함한다. 상기 지지 부재(134)는 상기 엑추에이터 어셈블리(131)에 결합된 상부 플레이트를 갖는 환형 하우징(annular housing)일 수 있다. 상기 유지 링(133)은 상기 지지 부재(134) 주 위로 연장할 수 있으며, 상기 지지 부재(134)의 하부 림 아래의 상기 공작물(112)를 향해서 돌출할 수 있다.
상기 CMP 기계(110)은 연마 비율, 결함, 평탄도(planarity), 및 연마 공정의 다른 특성을 제어하기 위해서 그 압축률을 동력학적으로 조절하는 동적 언더-패드(150)를 부가로 포함한다. 상기 언더-패드(150)는 상기 평탄화 패드(140)에 부착된 상부면(153)과, 상기 플래튼(120)에 부착된 하부면(154), 및 상기 상부면(153)과 하부면(154) 사이의 캐비티(152)를 갖는다. 상기 캐비티(152)는 제 1 표면(156)과, 상기 제 1 표면(156)에 대향한 제 2 표면(157), 및 외부면(158)에 의해서 형성된다. 상기 캐비티(152)는 상기 언더-패드(150)의 압축률을 선택적으로 변화시키기 위한 점성 변화 유체를 유지하도록 형성된다. 상기 언더-패드(150)는 폴리머, 고무, 코팅된 직물(coated fabrics), 합성물, 및/또는 임의의 다른 적합한 재료를 사용하여 제조될 수 있다. 이러한 실시예의 일 특징에 있어서, 상기 언더-패드(150)는 대략 0.5mm 내지 대략 10mm 사이의 두께(T)를 갖는다. 다른 실시예에서, 상기 언더-패드(150)의 두께(T)는 0.5mm 보다 적거나 10 mm 보다 클 수 있다.
이러한 실시예의 일 특징에 있어서, 상기 캐비티(152)는 자계에 반응하여 점성을 변화시키는 자기유동학적 유체(160)를 포함한다. 예를 들면, 상기 자기유동학적 유체(160)의 점성은 모터 오일의 점성과 유사한 점성에서 상기 평탄도 및 상기 자계의 크기에 따라 거의 고형 재료의 점성까지 증가할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 자기유동학적 유체(160)는 상기 자계에 반응하는 점성에서 보다 작은 변화를 실험할 수 있으며, 및/또는 상기 자기유동학적 유체(160)는 상기 자계에 반 응하는 점성으로 감소할 수 있다.
상기 CMP 기계(110)는 상기 언더-패드(150)의 캐비티(152)내에서 자계를 발생하기 위해 형성된 자계 소스(170)를 부가로 포함한다. 도시된 실시예에서, 상기 자계 소스(170)는 자계를 발생하기 위해서 선택적으로 여자되는 전자석(electromagnet)을 포함한다. 도 4를 참조하여 후술한 바와 같은 다른 실시예에서, 상기 자계 소스(170)는 상기 캐비티(152)내에서 자계를 발생시키기 위한 전기전도성 코일, 자석, 또는 어떤 다른 적합한 장치일 수 있다. 도시된 실시예에서, 상기 플래튼(120)은 상기 자계 소스(170)를 수용하는 오목부(depression)(122)를 포함한다. 따라서, 상기 자계 소스(170)의 상부면(172)과 상기 플래튼(120)의 상부면(124)은 상기 언더-패드(150)를 운반한다. 도 4 및 도 6을 참조하여 후술한 바와 같은 다른 실시예에서, 상기 플래튼(120)은 상기 자계 소스(170)를 운반하지 않을 수 있다. 예를 들면, 상기 공작물 캐리어 어셈블리(130), 상기 평탄화 패드(140), 및/또는 상기 언더-패드(150)는 상기 자계 소스(170)를 운반할 수 있다.
이러한 실시예의 일 특징에 있어서, 상기 CMP 기계(110)는 상기 자계 소스(170)를 선택적으로 여자하기 위해서 상기 자계 소스(170)에 작동식으로 결합된 컨트롤러(190)도 포함한다. 상기 컨트롤러(190)는 상기 캐비티(152)내에서 상기 자기유동학적 유체(160)의 점성을 변화시키기 위해서 자계를 발생시키는 상기 자계 소스(170)를 선택적으로 여자한다. 상기 자기유동학적 유체(160)의 점성이 증가함에 따라, 상기 언더-패드(150)의 압축률은 감소한다. 예를 들면, 상기 자기유동학적 유체(160)가 높은 점성을 가질 때에, 상기 언더-패드(150)는 방향 D로 비교적 가요성이지 않다. 따라서, 상기 컨트롤러(190)는 공작물을 연마하기 이전에, 동안에, 및/또는 이후에 상기 자계 소스(170)에 적용된 동력을 변경시킴으로써 상기 언더-패드의 압축률을 실시간으로 동력학적으로 조절할 수 있다.
상기 공작물(112)을 연마하기 위한 공정의 일 실시예는 상기 언더-패드(150)가 일반적으로 단단한 제 1 스테이지와 상기 언더-패드(150)가 일반적으로 압축률인 제 2 스테이지를 포함한다. 상기 언더-패드(150)가 단단한 상기 제 1 스테이지 동안에, 상기 평탄화 패드(140)는 상기 공작물(112)로부터 과다한 양의 재료를 제거하지 않고 상기 공작물(112)상에 평탄면을 효과적으로 생성한다. 그러나, 상기 단단한 언더-패드(150)는 상기 공작물(112)의 표면상에 상당한 수의 결함들을 생성할 수 있다. 예를 들면, 상기 결함들은 상기 평탄화 패드(140)와 공작물(112)의 표면 사이에 포획되는 평탄화 용액내의 입자로부터 발생할 수 있다. 상기 언더-패드(150)가 압축성인 상기 제 2 스테이지 동안에, 상기 평탄화 패드(140)는 상기 공작물(112)의 표면으로부터 상기 결함들을 제거한다. 통상적으로, 이러한 실시예에서, 압축성 언더-패드가 상기 공작물(112)상의 평탄면을 효과적으로 생성하지 못하고, 상기 공작물(112)의 저밀도 영역내에서 디싱(dishing)을 유발할 수 있기 때문에, 상기 언더-패드(150)는 상기 연마 공정의 제 1 스테이지 동안 압축성이 아니다.
이러한 실시예의 상기 CMP 기계(110)의 일 특징은 연마 사이클 동안 상기 언더-패드의 압축률을 실시간으로 변경시킬 수 있다는 것이다. 이러한 특징의 이점은 단단한 언더-패드를 사용하여 상기 공작물을 연마하고, 공작물을 평탄화하는 다 른 스테이지에서 압축성 언더-패드를 사용하여 상기 공작물을 연마하는 장점을 얻을 수 있다는 것이다. 보다 특별하게는, 상기 언더-패드는 상기 공작물상에 평탄면을 효과적으로 생성한 후, 상기 평탄면으로부터 결함들을 제거할 수 있다.
C. 자계 소스 및 언더-패드의 다른 형상
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CMP 기계에서 사용하기 위한 자계 소스의 몇가지 형상을 나타내는 개략 평면도이다. 예를 들어, 도 3a는 다수의 열(R1-R8)과 다수의 행(C1-C8)을 갖는 그리드로 배치된 다수의 자계 소스(270)를 도시한다. 주변부에 근접한 상기 자계 소스는 언더-패드의 곡률에 대응하는 굴곡 측부를 가질 수 있다. 상기 자계 소스(270)는 언더-패드의 대응 부위에서 자계를 발생시키기 위해 컨트롤러에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 부가의 실시예에 있어서, 상기 자계 소스(270)의 사이즈는 훨씬 많은 수의 행과 열을 사용할 수 있도록 해상도를 증가시키기 위해 감소될 수 있다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자계 소스(270)(370a-370d로 개별적으로 식별함)의 개략 평면도이다. 제 1 자계 소스(270a), 제 2 자계 소스(270b) 및 제 3 자계 소스(270c)는 일반적으로 환상 형상을 가지며, 제 4 자계 소스(270d) 둘레에 동심적으로 배치된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 자계 소스들(270)은 서로 이격될 수 있으며 및/또는 4분면에서와 같이 다른 형상으로 배치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CMP 기계(410)의 개략 단면도를 나타낸다. 상기 CMP 기계(410)는 도 2와 관련하여 위에서 설명된 CMP 기계(110)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 상기 CMP 기계(410)는 플래튼(420), 상기 플래튼(420) 위의 공작물 캐리어 어셈블리(130), 및 상기 플래튼(420) 위의 평탄화 패드(140)를 포함한다. 상기 CMP 기계(410)는 상기 플래튼(420)과 평탄화 패드(140) 사이에 언더-패드(450)를 부가로 포함한다. 상기 언더-패드(450)는 다수의 셀들(452a-452c)을 구비한 캐비티(452)와 상기 셀들(452a-452c) 내에 배치된 자기유동학적 유체(160)를 갖는다. 상기 셀들(452a-452c)은 제 1 표면(456), 상기 제 1 표면(456)과 대향하는 제 2 표면(457), 제 3 표면(458), 및 상기 제 3 표면(458)과 대향하는 제 4 표면(459)에 의해 한정된다. 상기 자기유동학적 유체(160)의 이산 용량은 상기 셀들(452a-452c) 내에 배치된다. 다른 실시예에 있어서, 도 5와 관련하여 아래에 설명하게 될, 언더-패드는 다른 수의 셀들 및/또는 다른 형상으로 배치될 수 있는 셀들을 포함할 수 있다.
상기 CMP 기계(410)은 또한 상기 언더-패드(450)에 의해 운반되는 다수의 자계 소스(470)(470a-470c로 개별적으로 식별함)를 포함할 수 있다. 상기 자계 소스(470)는 대응하는 셀들(452a-452c)에 자계를 선택적으로 발생시키도록 위치된다. 예를 들어, 제 1 자계 소스(470a)는 제 1 셀(452a)에 자계를 발생시키도록 위치된다. 따라서, 상기 언더-패드(450)의 이산 부위는 상기 언더-패드(450)의 다른 부위가 경화되는 동안 압축될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 설명된 실시예에 있어서, 제 2 자계 소스(470b)는 제 2 셀(452b)에 자계를 발생시킨다. 결론적으로, 상기 제 2 셀(452b)에 의해 한정된 상기 언더-패드(450)의 영역은 제 1 및 제 3 셀(452a, 452c)에 의해 한정된 언더-패드(450)의 영역이 압축되는 동안, 경화된다. 상술된 실시예의 일 양태에 있어서, 상기 자계 소스(470)는 하부면(454)과 제 2 면 (457) 사이의 언더-패드(450)에 매설된 전기전도성 코일이 될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, CMP 기계는 다른 수의 자계 소스를 가질 수 있으며 및/또는 상기 자계 소스는 언더-패드의 다른 위치에 위치될 수도 있다. 부가의 실시예에 있어서, 상기 언더-패드(450)는 도 2 내지 도 3b, 도 6 및 도 7과 관련하여 설명된 바와 같은 플래튼에 의해 운반되는 자계 소스와 같은, 다른 형태 및/또는 다른 타입의 자계 소스와 함께 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CMP 기계에서 사용하기 위한 언더-패드(550)의 개략 평면도이다. 상기 언더-패드(550)는 다수의 행(C1-C8)과 다수의 열(R1-R8)을 갖는 그리드로 배치된 다수의 셀(553)을 포함한다. 상기 셀은 제 1 표면(554), 상기 제 1 표면(554)과 대향하는 제 2 표면(555), 제 3 표면(458), 및 상기 제 3 표면(558)과 대향하는 제 4 표면(559)에 의해 한정된다. 주변부에 근접한 셀들(552)은 언더-패드(550)의 곡률에 대응하는 굴곡 측부를 갖는다. 상기 셀들(552)은 자기유동학적 유체(160)의 이산 부위를 수용하기 위한 형태를 갖는다(도 4). 부가의 실시예에 있어서, 상기 셀(552)의 크기는 훨씬 많은 수의 행과 열을 사용할 수 있도록 해상도를 증가시키기 위해 감소될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 CMP 기계(610)의 개략 단면도를 나타낸다. 상기 CMP 기계(610)는 도 2와 관련하여 위에서 설명된 CMP 기계(110)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 상기 CMP 기계(610)는 평탄화 패드(140), 상기 평탄화 패드(140)를 운반하는 언더-패드(150), 상기 언더-패드(150)를 운반하는 플래튼(620), 및 상기 평탄화 패드(140) 위의 공작물 캐리어 어셈블리(630)를 포함한다. 상기 언더-패드(150)는 자기유동학적 유체(160)를 포함하는 캐비티(152)를 갖는다. 상기 공작물 캐리어 어셈블리(630)는 지지 부재(634)와 상기 지지 부재(634)에 결합된 유지 링(633)을 갖는 헤드(632)를 포함한다. 상기 지지 부재(634)는 상기 공작물 캐리어 어셈블리(630)에 근접된 캐비티(152)의 적어도 일부에 자계를 발생시키기 위한 형상을 갖는 다수의 자계 소스(670)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 CMP 기계(610)는 상기 공작물 캐리어 어셈블리(630)에 근접된 언더-패드(150)의 압축률을 선택적으로 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 CMP 기계(710)의 개략 단면도를 나타낸다. 상기 CMP 기계(710)는 도 2와 관련하여 위에서 설명된 CMP 기계(110)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 상기 CMP 기계(710)는 공작물 캐리어 어셈블리(130), 평탄화 패드(140), 상기 평탄화 패드(140)를 운반하는 언더-패드(750), 상기 언더-패드(750)를 운반하는 플래튼(720), 및 상기 플래튼(720)에 의해 운반되는 자계 소스(770)를 포함한다. 상기 언더-패드(750)는 자기유동학적 유체(160)를 포함하는 캐비티(752)를 갖는다. 상기 CMP 기계(710)는 상기 캐비티(752)와 유체 연통하는 저장기(762), 및 상기 캐비티(752)와 저장기(762) 사이로 상기 자기유동학적 유체(160)를 전달하기 위한 펌프(764)를 부가로 포함한다. 상기 플래튼(720)에 있는 구멍(726)과 상기 자계 소스(770)에 있는 구멍(772)을 통해 연장하는 도관(768)은 상기 캐비티(752)를 상기 저장기(762)와 펌프(764)에 결합시킨다. 상기 펌프(762)는, 상기 캐비티(752)의 압력을 증가시키기 위해, 상기 자기유동학적 유체(160)의 일부를 상기 저장기(762)로부터 캐비티(752)로 전달할 수 있다. 따라서, 상기 캐 비티(752)의 증가된 압력은 상기 언더-패드(750)의 압축률을 감소시킨다. 선택적으로, 상기 펌프(764)는 상기 언더-패드(750)의 압축률을 증가시키기 위해, 자기유동학적 유체(160)의 일부를 상기 캐비티(752)로부터 상기 저장기(762)로 전달할 수 있다.
이상의 설명으로부터, 본 발명의 특정 실시예들은 설명을 목적으로 기재되었음이 명백해졌으며, 본 발명의 정신과 범주를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변경도 가능할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해서만 예외적으로 한정될 수 있다

Claims (49)

  1. 미세형상(microfeature) 공작물의 기계적 및/또는 화학-기계적 연마하기 위한 연마기로서,
    지지면을 갖는 테이블과,
    상기 테이블의 상기 지지면에 의해 운반되고 캐비티를 갖는 언더-패드(under-pad)와,
    미세형상(microfeature) 공작물을 운반하기 위해 테이블 위의 공작물 캐리어 어셈블리와,
    상기 캐비티내에서 자계를 발생하기 위해 형성된 자계 소스(magnetic field source), 및
    상기 캐비티내의 자기유동학적(magnetorheological) 유체를 포함하는 연마기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 캐비티는 일반적으로 동심적으로 배치된 다수의 개별적인 셀들을 포함하는 연마기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 캐비티는 그리드에 배치된 다수의 개별적인 셀들을 포함하는 연마기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 언더-패드는 제 1 표면과 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 부가로 포함하고, 상기 캐비티는 상기 제 1 및 제 2 표면들 사이에 에워싸이는 연마기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 자계 소스는 상기 캐비티내에서 상기 자계를 발생하기 위해 형성된 전자석을 포함하는 연마기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 자계 소스는 상기 캐비티내에서 상기 자계를 발생하기 위해 형성된 전기전도성 코일을 포함하는 연마기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 자계 소스는 동심적으로 배치된 다수의 전자석을 포함하는 연마기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 자계 소스는 그리드에 배치된 다수의 전자석을 포함하는 연마기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 자계 소스는 상기 테이블에 의해 운반되는 연마기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 자계 소스는 언더-패드에 의해 운반되는 연마기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 자계 소스는 공작물 캐리어 어셈블리에 의해 운반되는 연마기.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 자기유동학적 유체의 점성(viscosity)의 변경은 상기 언더-패드의 압축률(compressibility)을 변경하는 연마기.
  13. 미세형상 공작물의 기계적 및/또는 화학-기계적 연마하기 위한 연마기로서,
    테이블과,
    상기 테이블에 결합되고, 에워싸인 캐비티를 갖는 언더-패드와,
    상기 언더-패드에 결합되어, 미세형상 공작물을 연마하기 위한 연마 패드와,
    구동 시스템과 상기 구동 시스템에 결합되된 캐리어 헤드를 갖고, 상기 캐리어 헤드는 상기 미세형상 공작물을 유지하기 위해 형성되며, 상기 구동 시스템은 상기 미세형상 공작물이 상기 연마 패드와 결합하도록 상기 캐리어 헤드를 이동시키기 위해 형성된, 공작물 캐리어 어셈블리와,
    상기 언더-패드에 적어도 근접한 점성 컨트롤러, 및
    상기 에워싸인 캐비티내의 유체를 포함하고,
    상기 에워싸인 캐비티내의 유체의 점성은 상기 점성 컨트롤러의 영향하에서 변경하는 연마기.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 에워싸인 캐비티는 일반적으로 동심적으로 배치된 다수의 개별적인 셀들을 포함하는 연마기.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 에워싸인 캐비티는 그리드에 배치된 다수의 개별적인 셀들을 포함하는 연마기.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 점성 컨트롤러는 상기 캐비티내에서 자계를 선택적으로 발생하는 연마기.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 점성 컨트롤러는 상기 캐비티내에서 자계를 발생시키기 위한 전자석을 포함하는 연마기.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 점성 컨트롤러는 상기 캐비티내에서 자계를 발생시키기 위한 전기전도성 코일을 포함하는 연마기.
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 점성 컨트롤러는 동심적으로 배치된 다수의 전자석을 포함하는 연마기.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 점성 컨트롤러는 그리드에 배치된 다수의 전자석을 포함하는 연마기.
  21. 제 13 항에 있어서, 상기 유체의 점성의 변경은 상기 언더-패드의 압축률을 변경하는 연마기.
  22. 미세형상 공작물의 전기적 및/또는 화학-전기적 연마에서 연마기를 사용하기 위한 언더-패드로서,
    제 1 표면과, 상기 제 1 표면과 병렬식인 제 2 표면, 및 상기 제 1 및 제 2 표면들 사이의 캐비티를 구비하는 본체와,
    상기 캐비티내의 자기유동학적 유체를 포함하는 연마기용 언더-패드.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 제 1 표면은 대략 0.5㎜ 내지 대략 10㎜ 사이의 거리만큼 상기 제 2 표면으로부터 이격된 연마기용 언더-패드.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 본체에 의해 운반되는 전기전도성 코일을 부가로 포함하고, 상기 전기전도성 코일은 상기 캐비티에서 자계를 발생하기 위해 형성되는 연마기용 언더-패드.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 캐비티는 일반적으로 동심적으로 배치된 다수의 개별적인 셀들을 포함하는 연마기용 언더-패드.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 캐비티는 그리드에 배치된 다수의 개별적인 셀들을 포함하는 연마기용 언더-패드.
  27. 제 22 항에 있어서, 상기 자기유동학적 유체는 상기 언더-패드의 압축률을 조절하기 위해 점성을 변경하는 연마기용 언더-패드.
  28. 미세형상 공작물의 전기적 및/또는 화학-기계적 연마하기 위한 연마기로서,
    지지면을 갖는 테이블과,
    상기 테이블의 지지면에 의해 운반되고 다수의 개별적인 캐비티들을 갖는 언더-패드와,
    미세형상 공작물을 운반하기 위해 상기 테이블 위의 공작물 캐리어 어셈블리와,
    대응하는 캐비티들에서 자계를 발생하기 위해 형성된 다수의 자계 소스, 및
    상기 캐비티들 중 적어도 하나에서 자기유동학적 유체를 포함하는 연마기.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 개별적인 캐비티들은 일반적으로 동심적으로 배치된 연마기.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 개별적인 캐비티들은 그리드에 배치된 연마기.
  31. 제 28 항에 있어서, 상기 자계 소스는 일반적으로 동심적으로 배치된 연마 기.
  32. 제 28 항에 있어서, 상기 자계는 그리드에 배치된 연마기.
  33. 제 28 항에 있어서, 상기 자계 소스는 대응하는 캐비티에서 자계를 발생하기 위해 형성된 다수의 전기전도성 코일을 포함하는 연마기.
  34. 제 28 항에 있어서, 상기 자계 소스는 대응하는 캐비티에서 자계를 발생하기 위해 형성된 전자석을 포함하는 연마기.
  35. 캐리어 헤드, 연마 패드, 및 상기 연마 패드를 운반하는 언더-패드를 갖는 연마기로 미세형상 공작물을 연마하기 위한 방법으로서,
    상기 캐리어 헤드와 상기 연마 패드에 대해 상기 미세형상 공작물을 문지르기 위해 다른 것과 관련한 상기 연마 패드 중 적어도 하나와, 캐비티와 상기 캐비티내의 자기유동학적 유체를 갖는 언더-패드를 이동시키는 단계와,
    상기 언더-패드의 캐비티내에서 상기 자기유동학적 유체의 점성을 변경하기 위해 자계를 발생함으로써 상기 언더-패드의 압축률을 변경하는 단계를 포함하는 미세형상 공작물 연마 방법.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 자계를 발생하는 단계는 상기 캐비티에서 상기 자 계를 발생하기 위해 전자석을 여자하는(energizing) 단계를 포함하는 미세형상 공작물 연마 방법.
  37. 제 35 항에 있어서, 상기 자계를 발생하는 단계는 상기 캐비티에서 상기 자계를 발생하기 위해 전기전도성 코일을 여자하는 단계를 포함하는 미세형상 공작물 연마 방법.
  38. 제 35 항에 있어서, 상기 캐비티는 제 1 캐비티를 포함하고,
    상기 자계는 제 1 자계를 포함하며,
    상기 언더-패드의 압축률을 변경하는 단계는 상기 제 1 영역에서 상기 언더-패드의 상기 압축률을 변경하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 상기 언더-패드의 제 2 캐비티내에서 상기 자기유동학적 유체의 점성을 변경하기 위해 제 2 자계를 발생시킴으로써 제 2 영역에서 상기 언더-패드의 압축률을 변경하는 단계를 부가로 포함하고, 상기 언더-패드의 제 2 영역은 상기 제 1 영역과는, 다른 미세형상 공작물 연마 방법.
  39. 제 35 항에 있어서, 상기 자계를 발생하는 단계는 상기 언더-패드에 결합된 테이블에 의해 운반되는 자계 소스로 상기 자계를 발생하는 단계를 포함하는 미세형상 공작물 연마 방법.
  40. 제 35 항에 있어서, 상기 자계를 발생하는 단계는 상기 언더-패드에 의해 운반되는 자계 소스로 상기 자계를 발생하는 단계를 포함하는 미세형상 공작물 연마 방법.
  41. 캐리어 헤드, 연마 패드, 및 상기 연마 패드를 운반하는 언더-패드를 갖는 연마기로 미세형상 공작물을 연마하기 위한 방법으로서,
    상기 캐리어 헤드와 상기 연마 패드에 대해 상기 미세형상 공작물을 문지르기 위해 다른 것과 관련한 상기 연마 패드 중 적어도 하나와, 캐비티와 상기 캐비티내에서 자기유동학적 유체를 갖는 언더-패드를 이동시키는 단계와,
    상기 언더-패드의 캐비티내에서 상기 자기유동학적 유체의 점성을 변경함으로써 상기 언더-패드의 압축률을 동력학적으로 조절하는 단계를 포함하는 미세형상 공작물 연마 방법.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 언더-패드의 압축률을 동력학적으로 조절하는 단계는 상기 캐비티내에서 자계를 발생하기 위해 전자석을 여자하는 단계를 포함하는 미세형상 공작물 연마 방법.
  43. 제 41 항에 있어서, 상기 언더-패드의 압축률을 동력학적으로 조절하는 단계는 상기 캐비티내에서 자계를 발생하기 위해 전기전도성 코일을 여자하는 단계를 포함하는 미세형상 공작물 연마 방법.
  44. 캐리어 헤드, 연마 패드, 및 상기 연마 패드를 운반하는 언더-패드를 갖는 연마기로 미세형상 공작물을 연마하기 위한 방법으로서,
    상기 캐리어 헤드와 상기 연마 패드에 대해 상기 미세형상 공작물을 문지르기 위해 다른 것과 관련한 상기 연마 패드 중 적어도 하나와, 다수의 개별적인 셀들을 갖는 캐비티와 상기 셀들 중 적어도 하나에서 자기유동학적 유체를 갖는 언더-패드를 이동시키는 단계와,
    상기 언더-패드의 대응하는 셀내에서 상기 자기유동학적 유체의 점성을 변경함으로써 상기 언더-패드의 압축률을 동력학적으로 조절하는 단계를 포함하는 미세형상 공작물 연마 방법.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 언더-패드의 상기 영역의 압축률을 동력학적으로 조절하는 단계는 상기 대응하는 셀에서 자계를 발생하기 위해 전자석을 여자하는 단계를 포함하는 미세형상 공작물 연마 방법.
  46. 제 44 항에 있어서, 상기 언더-패드의 상기 영역의 압축률을 동력학적으로 조절하는 단계는 상기 대응하는 셀에서 자계를 발생하기 위해 전기전도성 코일을 여자하는 단계를 포함하는 미세형상 공작물 연마 방법.
  47. 캐리어 헤드, 연마 패드, 및 상기 연마 패드를 운반하는 언더-패드를 갖고, 상기 언더-패드는 캐비티와 상기 캐비티내의 자기유동학적 유체를 갖는 연마기로 미세형상 공작물을 연마하기 위한 방법으로서,
    상기 캐리어 헤드와 상기 연마 패드에 대해 상기 미세형상 공작물을 문지르기 위해 다른 것과 관련한 상기 연마 패드 중 적어도 하나와, 상기 미세형상의 표면이 적어도 일반적으로 평면일 때까지 제 1 경도를 갖는 언더-패드를 이동시키는 단계와,
    상기 캐리어 헤드와 상기 연마 패드에 대해 상기 미세형상 공작물을 문지르기 위해 다른 것과 관련한 상기 연마 패드 중 적어도 하나와, 상기 미세형상의 표면이 종점에 도달할 때까지 제 2 경도를 갖는 언더-패드를 이동시키는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 경도는 상기 제 2 경도와는 다른 미세형상 공작물 연마 방법.
  48. 제 47 항에 있어서, 상기 제 1 경도로부터 상기 제 2 경도까지 상기 언더-패드의 경도를 변경하기 위해 상기 캐비티에서 상기 자기유동학적 유체의 점성을 변경하는 단계를 부가로 포함하는 미세형상 공작물 연마 방법.
  49. 제 47 항에 있어서, 상기 제 1 경도를 갖는 상기 언더-패도로 상기 캐리어 헤드와 상기 연마 패드 중 적어도 하나를 이동시키는 단계는 상기 제 2 경도를 갖는 상기 언더-패드로 상기 캐리어 헤드와 상기 연마 패드 중 적어도 하나를 이동시키기 전에 발생하는 미세형상 공작물 연마 방법.
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