KR20090026266A - Method and apparatus for chemical mechanical polishing of large size wafer with capability of polishing individual die - Google Patents

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유주오 리
칭준 친
크라이그 버카드
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에스티. 로렌스 나노테크놀로지, 인크.
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Abstract

A novel polisher for chemical mechanical planarization process is described. The polisher design can have many variations. For process development and consumable evaluation, the CMP process can be performed on a single die or a section of the wafer. The size of testing wafer can be as small as 2'' and as large as 18''. Furthermore, several variations can characterize the slurry for their static etch rate, dynamic etch rate, material removal rate, and viscosity in a single experiment. For production level wafer processing, Chemical Mechanical Polishing of all dies on the wafer surface is achieved by using multi-armed polishing heads or a single polishing head with small piece of a pad at the bottom of the head. The within wafer uniformity can be easily controlled and the equipment can be easily scaled up or down. This inventive design may translate to significant cost reduction for wafer processing at production level as well as evaluation of consumables at research and development level.

Description

폴리싱 개별 다이의 능력을 이용하여 대형 웨이퍼를 화학적 기계적으로 폴리싱하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING OF LARGE SIZE WAFER WITH CAPABILITY OF POLISHING INDIVIDUAL DIE}METHOD AND APPARATUS FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING OF LARGE SIZE WAFER WITH CAPABILITY OF POLISHING INDIVIDUAL DIE}

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본 발명은 극소전자공학 응용을 위한 화학적 기계적 폴리싱(CMP)의 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 대형 패턴/블랭킷 웨이퍼 폴리싱을 위해 사용된 화학적 기계적 폴리싱의 장치, 개별 다이를 한번에 폴리싱할 수 있는 공정, 그리고 슬러리를 화학적 기계적 폴리싱하기 위한 방법 및 공정 평가에 관한 것이다. The present invention relates to a method of chemical mechanical polishing (CMP) for microelectronics applications. In particular, the present invention relates to an apparatus for chemical mechanical polishing used for large pattern / blanket wafer polishing, a process capable of polishing individual dies at once, and a method and process evaluation for chemical mechanical polishing of slurry.

화학적 기계적 폴리싱은 반도체 장치 및 하드 디스크 드라이버용 레코딩 헤 드의 제조를 위한 필수 기술이 되었다. 통상적인 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 공정에 있어서, 폴리싱될 웨이퍼는 회전 캐리어나 폴리싱 헤드에 의해서 고정되고, 패드는 회전하는 평판이나 테이블 상에 장착되며, 슬러리는 웨이퍼와 패드 사이의 공간 내로 운반된다. 일반적으로, 웨이퍼, 블랭킷 또는 패턴은 금속, 산화물, 폴리실리콘 또는 다른 재료의 박막을 갖는다. 표면에 홈과 에스퍼티스(asperties)를 구비한 폴리우레탄 패드는 슬러리로 하여금 웨이퍼와 접촉하게 하고 폴리시 영역으로부터 제거된 잔류물들을 취한다. 연마재, 산화제, 복합제, 억제제, 부동태화제, 계면활성제를 함유하고 적절한 pH를 갖는 슬러리는 웨이퍼 표면을 연화시키고 반응된 층을 연마 입자들에 의해서 제거하기 위해서 화학반응을 제공한다. 연마재가 없는 슬러리가 공지되어 있는데(미합중국 특허 제 6,800,218 호와 제 6,451 ,697 호), 여기에서는 콜로이드계를 안정화하도록 사용된 연마 입자들과 계면활성제가 제거된다. Chemical mechanical polishing has become an essential technique for the manufacture of recording heads for semiconductor devices and hard disk drivers. In a typical chemical mechanical polishing (CMP) process, the wafer to be polished is fixed by a rotating carrier or polishing head, the pad is mounted on a rotating plate or table, and the slurry is transferred into the space between the wafer and the pad. Generally, the wafer, blanket or pattern has a thin film of metal, oxide, polysilicon or other material. Polyurethane pads with grooves and asperties on the surface bring the slurry into contact with the wafer and take residues removed from the polish area. Slurries containing abrasives, oxidizers, composites, inhibitors, passivating agents, surfactants and having an appropriate pH provide a chemical reaction to soften the wafer surface and remove the reacted layer by abrasive particles. Slurry-free slurries are known (US Pat. Nos. 6,800,218 and 6,451,697) in which abrasive particles and surfactants used to stabilize the colloidal system are removed.

CMP 장치 또는 CMP 폴리셔는 CMP 공정을 실현하기 위한 장비이다. 통상적인 CMP 폴리셔는 주로 3개 부분; 캐리어, 플라텐 및 슬러리 운반장치로 구성된다. 웨이퍼를 고정시키는 것 이외에, 캐리어는 또한 웨이퍼를 회전시키고 하방향 힘과 배후 압력을 조정하는 기능을 제공한다. 플라텐은 웨이퍼를 폴리싱하도록 패드를 회전시키는데, 이것은 일반적으로 폴리싱될 웨이퍼 아래에 위치한다. 궤도 CMP 폴리셔에 있어서, 패드는 궤도운동을 가지며, 따라서 패드 상에 있는 각각의 지점은 궤도를 따르는 원으로 나타내어 진다. 웨이퍼와 패드 사이의 상대적인 운동은 웨이퍼 표면 상에서 매 지점으로부터 균등한 재료 제거에 대하여 중요하다. 이상적으로는, 패드에 대하여 웨이퍼상의 각각의 지점에 대한 동일하거나 유사한 속도를 달성할 것으로 기대되는데, 이것은 회전 폴리셔에서 캐리어와 플라텐에 대하여 동일하거나 유사한 회전속도와 동일한 회전방향을 유지함으로써 실현될 수 있다. 통상적인 폴리셔는 전체 웨이퍼를 폴리싱하도록 설계된다. CMP devices or CMP polishers are equipment for realizing the CMP process. Conventional CMP polishers mainly comprise three parts; It consists of a carrier, platen and slurry conveyer. In addition to securing the wafer, the carrier also provides the ability to rotate the wafer and adjust the downward force and the back pressure. The platen rotates the pad to polish the wafer, which is generally located below the wafer to be polished. In an orbital CMP polisher, the pads have orbital motion, so each point on the pad is represented by a circle along the orbit. The relative movement between the wafer and the pad is important for even material removal from every point on the wafer surface. Ideally, one would expect to achieve the same or similar speed for each point on the wafer relative to the pad, which would be realized by maintaining the same direction of rotation with the same or similar rotational speed for the carrier and platen in the rotating polisher. Can be. Conventional polishers are designed to polish the entire wafer.

제조환경에 있어서 전체 웨이퍼의 균등한 폴리싱은 원하는 글로벌 평탄도를 달성하기 위한 선결과제임을 일반적으로 수용된다. CMP 공정의 간단한 평가 또는 슬러리와 같은 소비가능한 것에 대하여, 단일 평가를 통한 전체 웨이퍼를 사용하여 비용을 절감하기 위해서 웨이퍼의 단지 작은 부분만을 폴리싱하는 것이 바람직하다. 이것은 작은 벤치 상부 폴리셔와 큰 웨이퍼(즉, 8")로부터 절단된 작은 패턴 웨이퍼(즉, 2" 직경)를 사용하여 자주 달성된다. 매끄러운 테두리를 갖는 2" 웨이퍼의 제조에 있어서 실제적인 어려움으로 인하여, 단지 4 내지 5 2" 웨이퍼들이 단일 8" 웨이퍼로부터 생산될 수 있다. 또한, 이러한 방법에 의해서 생산된 2" 웨이퍼 상에서는 단지 하나의 다이만이 사용 가능하다. 이러한 방법을 채택하기 위한 다른 모티베이션은 전체 웨이퍼나 제조 폴리셔의 비용과 복잡성을 증가시킨다. 그러므로, 웨이퍼를 작은 조각들로 절단함이 없이 웨이퍼의 작은 부분을 폴리싱할 수 있는 폴리셔는, CMP 공정과 소비가능한 평가를 위한 평가가능한 도구이다. 본 발명은 이러한 이슈들에 본 발명의 폴리셔 디자인을 제공한다. It is generally accepted that even polishing of the entire wafer in a manufacturing environment is a prerequisite for achieving the desired global flatness. For consumables such as a simple assessment of a CMP process or slurry, it is desirable to polish only a small portion of the wafer to save costs using the entire wafer through a single assessment. This is often accomplished using small bench top polishers and small pattern wafers (ie 2 "diameter) cut from large wafers (ie 8"). Due to practical difficulties in the fabrication of 2 "wafers with smooth edges, only 4 to 5 2" wafers can be produced from a single 8 "wafer. In addition, only one on a 2" wafer produced by this method Only die is available. Other motivations to adopt this approach increase the cost and complexity of the entire wafer or manufacturing polisher. Therefore, a polisher capable of polishing a small portion of the wafer without cutting the wafer into small pieces is an evaluable tool for CMP processing and consumable evaluation. The present invention provides the polisher design of the present invention on these issues.

화학적 기계적 폴리싱이 반도체 산업분야에 의해서 웨이퍼 처리에 대하여 먼저 채택되는 경우, 웨이퍼 크기는 2 내지 6" 직경이다. 전통적인 실리콘 크라인더/폴리셔 디자인은 변형없이 필수적으로 채택된다. 사실상, CMP를 유전체, 금속 및 구리 평탄화와 같은 웨이퍼 처리에 채택하므로 기본 플랫폼은 지난 20년동안 실제로 변하지 않았다. 웨이퍼 크기, scale up issues의 수에서의 증가가 보다 명백해진다는 것은 널리 알려져 있다. 200mm보다 큰 웨이퍼에 대한 내부 웨이퍼 비균등도를 유지하기 위해서 상당한 노력이 소모되고 복잡한 schemes가 제 위치에서 수행되어야만 한다. 슬러리 잔류물 시간이 증가하므로, 폴리싱 동안의 웨이퍼 아래의 온도 프로파일은 작은 웨이퍼에 비해서 상당히 다르다. 몇몇 국부적인 수준에서 혹독한 폴리싱 없이 글로벌 수준에서 평탄도를 최적화하는 것이 상당히 어렵다. 또한, 낮은 수준에서 compromise는 높은 수준에서 결함도에 대하여 큰 위협을 갖는다. 이것은 단지 450mm 웨이퍼와 그 이상에 대하여 보다 심각해질 것이다. 다시 말해서, 웨이퍼 크기에서 상당한 증가와 웨이퍼 균등도와 결함을 유지하기 위한 도전을 통해서, 종래의 디자인은 더이상 최상의 선택이 아니다. 본 발명은 국부적 및 글로벌 평탄도에서 조절을 유지하면서 큰 웨이퍼 처리에 대한 도전을 만족시킬 수 있는 새로운 폴리셔 디자인의 세트를 제공하여 이러한 필요성을 만족시킨다. If chemical mechanical polishing is first adopted for wafer processing by the semiconductor industry, the wafer size is 2 to 6 "diameter. Traditional silicon grinder / polisher designs are essentially adopted without modification. In fact, CMP dielectric It has been widely known that the base platform has not actually changed in the last 20 years as it is adopted for wafer processing such as metal and copper planarization, and the increase in wafer size, number of scale up issues becomes more apparent. In order to maintain internal wafer inequality, considerable effort is required and complex schemes have to be performed in place As the slurry residue time increases, the temperature profile under the wafer during polishing is quite different compared to small wafers. At the global level without harsh polishing at the phosphorus level Optimizing flatness is quite difficult, and at low levels, compromise poses a big threat to defects at high levels, which will be more severe for only 450mm wafers and beyond, that is, a significant increase in wafer size. With the challenge of maintaining wafer uniformity and defects, the conventional design is no longer the best choice The invention provides a new polisher that can meet the challenges of large wafer processing while maintaining control at local and global flatness. A set of designs is provided to meet this need.

종래의 폴리셔에 있는 디자인과는 달리, 본 발명에서 설명하는 새로운 디자인은 처리될 필요가 있는 각각의 개별적 다이들에 촛점을 맞추고 있다. 다시 말해서, 디자인들 중 적어도 하나에서 다른 다이들 상에서 병렬로 작업하는 많은 작은 아암들이 존재한다. 본 발명에 따르면, 상기한 양태와 다른 양태는, 하기의 예로서 제한되지는 않지만, 웨이퍼를 고정시키기 위한 플라텐, 패드를 고정시키기 위한 폴리시 헤드를 구비한 다중-아암 장치, 슬러리 운반장치, 압력 조절장치, 별도의 패드 조화 디스크, 사용된 슬러리를 수집하기 위한 부분, 및 폴리시 헤드와 사용된 슬러리를 위한 드레인을 구동시키기 위한 모터로 구성된 장치에 의해서 달성된다. 위에서 언급한 설계의 변형에서와 같이, 다수의 다이들을 포함하는 웨이퍼의 작은 구간은 함께 폴리싱될 수 있다. 몇몇 그러한 구간들이 구체적으로 폴리싱되는 경웨, 전체 웨이퍼가 동시에 처리된다. 위에서 언급한 디자인의 변형과 같이, 웨이퍼의 큰 부분이 크기면에서 웨이퍼와 유사한 패드를 사용하여 폴리싱될 수 있다. 그러한 장치는 슬러리 점성, 정적 식각률, 동적 식각률, 낮은 하강 힘에서의 폴리싱 비율, 그리고 패드와 초기 접촉 웨이퍼 사이의 마찰과 같은 정보를 보고하기 위한 필요 센서들을 포함한다. 이러한 장치의 주 용도는 슬러리 및 패드와 같은 소비 가능한 제품의 특징과 성능의 유용한 정보를 제공하는 것이다. Unlike the design in the conventional polisher, the new design described in the present invention focuses on each individual die that needs to be processed. In other words, there are many small arms working in parallel on different dies in at least one of the designs. In accordance with the present invention, aspects other than those described above are not limited to the following examples, but include, but are not limited to, multi-arm apparatuses with slurry for securing wafers, polish heads for securing pads, slurry carriers, pressure It is achieved by a device consisting of a regulator, a separate pad conditioning disk, a portion for collecting the used slurry, and a motor for driving the polish head and the drain for the used slurry. As with the above-mentioned variations of the design, small sections of a wafer containing multiple dies can be polished together. If some such sections are specifically polished, the entire wafer is processed simultaneously. Like variations of the design mentioned above, large portions of the wafer can be polished using pads similar to wafers in size. Such devices include the necessary sensors to report information such as slurry viscosity, static etch rate, dynamic etch rate, polishing rate at low falling force, and friction between the pad and the initial contact wafer. The main use of such devices is to provide useful information about the features and performance of consumable products such as slurries and pads.

본 발명의 다른 실시 양태는 반도체장치의 제조방법이다. 이 방법은 유전체 층, 산화물, 방벽층 상에 Cu 또는 Cu합금 필름, 또는 웨이퍼 표면 상의 낮은 재료와 같이 웨이퍼 상에서 박막을 CMP에 의해서 평탄화하도록 본 발명 및 슬러리를 사용하여 달성된다. Another embodiment of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device. This method is accomplished using the present invention and slurry to planarize a thin film by CMP on a wafer, such as a Cu or Cu alloy film on a dielectric layer, an oxide, a barrier layer, or a low material on a wafer surface.

본 발명의 제 3의 실시 양태는 웨이퍼 표면이나 전체 웨이퍼 상에서 선택된 영역 상에 평탄화를 달성하기 위한 효과적이고 유효한 방법이다. A third embodiment of the present invention is an effective and effective method for achieving planarization on selected surfaces on a wafer surface or an entire wafer.

도 1에 도시된 바와 같은 본 발명의 실시 예에 있어서, 웨이퍼는 폴리시 헤드를 구비한 다중 아암 아래에 고정하여 위치한 플라텐 상에서 고정되는 반면, 패드들은 이러한 폴리싱 헤드에 부착된다. 패드 선택은 폴리싱될 필름에 주로 기초한다(구리, 유전체, 장벽, 금속 등). 이러한 폴리싱 헤드들의 다중 세트가 존재할 것이다. 그러므로, 한 세트는 폴리싱의 작동 중이고, 다른 세트는 조화되거나 교환될 수 있다. 이것은 공구 하강시간을 제거하거나 상당히 줄인다. 그것이 바람직한 경우에는, 웨이퍼는 웨이퍼 상의 다이에서와 같이 동일한 수의 윈도를 구비한 특별히 고안된 마스크(도 2 참조)에 의해서 덮힐 수 있다. 만일 윈도에 위치한 다이가 폴리싱되거나 또는 박막이 덮개에 의해서 보호되는 경우에 이러한 윈도들은 개방될 수 있다. In the embodiment of the present invention as shown in FIG. 1, the wafer is fixed on a platen fixedly positioned under multiple arms with a polish head, while pads are attached to this polishing head. Pad selection is primarily based on the film to be polished (copper, dielectric, barrier, metal, etc.). There will be multiple sets of such polishing heads. Therefore, one set is in operation of polishing, and the other set can be matched or exchanged. This eliminates or significantly reduces tool down time. If it is desired, the wafer may be covered by a specially designed mask (see FIG. 2) with the same number of windows as in the die on the wafer. These windows can be opened if the die located in the window is polished or the membrane is protected by a sheath.

본 명세서에서 그리고 청구범위 및/또는 단락에서 특별히 사용되는 "포함한다(comprises)", "포함된(comprised)", "포함하는(comprising)" 등과 같은 용어들은 미합중국 특허법에서 규정하는 의미를 가질 수 있다; 즉, 이 용어들은 "포함한다(includes)", "포함된(included)", "포함하는(including)" 등의 의미를 가질 수 있고; "필수적으로 구성되는(consisting essentially of)" 그리고 "필수적으로 구성된다(consists essentially of)" 와 같은 용어는 미합중국 특허법에서 규정하는 의미를 가질 수 있다; 즉, 이 용어들은 요소들이 명백하게 열거되지 않고 종래 기술에서 발견한 요소들이나 본 발명의 기본적이거나 새로운 특징들에 영향을 끼치는 요소들을 배제하지 않을 수 있도록 허용한다. Terms such as "comprises", "comprised", "comprising", etc., as used specifically herein and in the claims and / or paragraphs, may have the meanings defined in United States patent law. have; That is, the terms may have the meaning of "includes", "included", "including", and the like; Terms such as "consisting essentially of" and "consists essentially of" may have the meanings defined in United States patent law; That is, these terms allow the elements not to be explicitly enumerated and not to exclude elements found in the prior art or elements affecting the basic or new features of the present invention.

본 발명의 추가적인 실시 양태는 본 발명을 수행하기 위한 최선의 모드의 설명에 의해서 본 발명의 실시 예들이 설명되는 다음의 상세한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이 본 기술분야에서 숙련된 당업자에게 명백하다. 실현되는 바와 같이, 본 발명은 다른 실시 예들로서 구현될 수 있으며, 본 발명을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하고 명백하게 변형이 가능하다. 따라서, 도면과 명세서는 본 발명을 설명하기 위한 것이며 제한적인 것은 아니다. Additional embodiments of the present invention will be apparent to those skilled in the art as will be apparent from the following detailed description, in which embodiments of the invention are described by way of explanation of the best mode for carrying out the invention. As will be realized, the present invention may be embodied as other embodiments and various and obvious modifications may be made without departing from the invention. Accordingly, the drawings and specification are intended to illustrate the invention and are not restrictive.

도 1은 다중 폴리싱 헤드를 갖는 폴리셔(polisher)의 전체 설계를 나타낸 도면. 1 shows the overall design of a polisher with multiple polishing heads.

도 2는 폴리싱 헤드의 개략도. 2 is a schematic view of a polishing head.

도 3은 패턴 웨이퍼를 위한 웨이퍼 홀더와 마스크의 개략도. 3 is a schematic representation of a wafer holder and mask for a patterned wafer.

도 4는 통상적인 다이 상에 놓인 단일 아암 패드의 개략도. 4 is a schematic of a single arm pad resting on a conventional die.

도 5는 슬러리 운반장치의 개략도. 5 is a schematic representation of a slurry conveyer.

도 6은 단일 폴리싱 헤드를 갖는 폴리셔의 전체 설계를 나타낸 도면. 6 shows the overall design of a polisher with a single polishing head.

도 7은 단일 폴리싱 헤드(측면)를 갖는 폴리셔의 전체 설계를 나타낸 도면. 7 shows the overall design of a polisher with a single polishing head (side).

도 8은 단일 폴리싱 헤드의 개략도. 8 is a schematic view of a single polishing head.

도 9는 폴리싱 헤드를 고정하는 디스크의 개략도. 9 is a schematic view of a disk for fixing the polishing head.

도 10은 패드 홀더를 구동하는 캠의 개략도. 10 is a schematic view of a cam driving a pad holder.

도 11은 8" 웨이퍼 홀더의 개략도. 11 is a schematic representation of an 8 "wafer holder.

도 12는 슬러리 평가기의 개략도. 12 is a schematic representation of a slurry evaluator.

도 13은 포토리쏘그래픽 응용을 위한 6개 축 자기부상단계의 능력을 보여주는 도면. 13 shows the capability of a six axis maglev step for photolithographic applications.

도 14는 유체의 점성을 측정하기 위하여 부상 기술을 사용하는 기본 원리를 나타낸 도면. 14 illustrates the basic principles of using flotation techniques to measure the viscosity of a fluid.

도 15는 재료 제거율 대 패드와 웨이퍼 사이의 내부판 거리의 시뮬레이션을 나타낸 도면. 15 shows a simulation of material removal rate versus inner plate distance between pad and wafer.

도 16은 폴리싱 테이프를 사용하는 폴리셔의 개략도. 16 is a schematic view of a polisher using a polishing tape.

바람직한 실시예들의 상세한 설명 본 발명은 종래의 CMP 폴리셔를 능가하는 장점을 제공하면서 내부 웨이퍼 균등도를 쉽게 조절할 수 있는 처리될 필요가 있는폴리싱 개별 다이의 능력을 이용하여 큰 웨이퍼(12", 18", 및 그 이상)의 효과적이고 유효한 평탄화를 달성할 수 있다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention utilizes large wafers 12 " and 18 utilizing the ability of polished individual dies to be processed that can easily adjust internal wafer uniformity while providing advantages over conventional CMP polishers. ", And more) effective and effective planarization can be achieved.

본 발명의 설계는 처리될 필요가 있는 각각의 개별적 다이들에 촛점을 맞춤으로써 통상적인 폴리셔와는 상당히 다르다. 본 발명의 양태는 웨이퍼 표면 상에서 하나의 다이나 다중 다이를 처리하기 위해 패드를 구비한 단일 폴리싱 헤드 또는 폴리싱 헤드를 구비한 다중 아암을 채용하여 실행될 수 있다. 또한, 웨이퍼는 정적이다. 종래의 CMP 폴리셔는 큰 단일 패드를 채용하는데, 패드의 단지 일부만이 폴리싱 영역으로서 사용된다. 이러한 플랫폼을 사용하여, 패드의 크기 및 폴리셔의 풋프린트를 증가시킴이 없이 큰 웨이퍼를 처리하는 것은 어렵다. 본 발명은 웨이퍼와 패드의 상대 위치를 바꾸고 작은 패드를 각각 구비한 폴리싱 헤드의 세트를 채용함으로써 이러한 어려움을 극복한다. 그러므로, 본 발명에 따른 폴리셔의 풋프린트는 종래의 폴리셔의 크기의 단지 약 1/20이다. 또한, 웨이퍼 홀더는 큰 웨이퍼들을 수용하기 위해 쉽게 업그레이드될 수 있다. 특히, 새로운 폴리셔는 추가적인 비용투여없이 2"웨이퍼를 폴리싱하고 18" 웨이퍼를 취급하도록 축소될 수 있다. 그러한 확장성의 결과로서, 그러한 폴리셔를 보유하는 비용은 종래의 폴리셔에 비해서 상당히 낮아진다. 큰 플라텐과 무거운 웨이퍼 캐리어의 운동을 제공함이 없이, 새로운 폴리셔에 의한 에너지 소비는 종래의 설계에서 마주치는 것보다 상당히 낮아질 것이다. The design of the present invention differs significantly from conventional polishers by focusing on each individual die that needs to be processed. Aspects of the invention may be practiced by employing a single polishing head with pads or multiple arms with a polishing head to process one die or multiple dies on a wafer surface. In addition, the wafer is static. Conventional CMP polishers employ a large single pad, with only a portion of the pad being used as the polishing area. Using this platform, it is difficult to process large wafers without increasing the pad size and the footprint of the polisher. The present invention overcomes this difficulty by changing the relative position of the wafer and the pad and employing a set of polishing heads each having a small pad. Therefore, the footprint of the polisher according to the invention is only about 1/20 of the size of a conventional polisher. In addition, the wafer holder can be easily upgraded to accommodate large wafers. In particular, the new polisher can be reduced to polish 2 " wafers and handle 18 " wafers without additional cost. As a result of such scalability, the cost of holding such polishers is considerably lower compared to conventional polishers. Without providing the motion of large platens and heavy wafer carriers, the energy consumption by the new polisher will be significantly lower than encountered in conventional designs.

본 발명의 실시 예들 중 하나는 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 다이 상에서 평행하게 작업하는 바닥에 패드의 작은 조각들을 갖는 많은 작은 아암에 의해서 달성된다. 이러한 아암들은 도 2에 도시된 바와 같이 웨이퍼 상의 다이에서와 같이 동일한 수의 구멍들을 갖는 디스크에 고정된다. 각각의 아암은 구멍에 대응하며, 구멍에 대응하는 다이의 처리 필요조건에 따라서 아암이 고정되거나 제거될 수 있다. 디스크는 진동운동을 수행하도록 기계적인 로드를 구비한 모터에 의해서 구동된다. 그러므로, 각각의 패드는 도 3과 4에 도시된 바와 같이 대응하는 다이 표면 상에서 동일한 방식으로 또한 이동할 것이다. 도 4는 통상적인 다이 상에서 단일 패드의 운동을 또한 나타내는데, 패드와 웨이퍼 사이에서 상대 속도와 중앙 위치가 폴리싱동안에 변화하도록 기계적으로 제어되거나 컴퓨터 프로그래밍된다. 이러한 변형의 순수 평균 효과는 웨이퍼 상의 각각의 위치가 모든 방향으로부터 폴리싱 테이프를 경험하도록 한다. One of the embodiments of the present invention is achieved by many small arms with small pieces of pads at the bottom working in parallel on each die as shown in FIG. These arms are secured to a disk with the same number of holes as in the die on the wafer as shown in FIG. Each arm corresponds to a hole, and the arm can be fixed or removed depending on the processing requirements of the die corresponding to the hole. The disc is driven by a motor with a mechanical rod to perform the vibratory motion. Therefore, each pad will also move in the same way on the corresponding die surface as shown in FIGS. 3 and 4. 4 also shows the motion of a single pad on a conventional die, which is mechanically controlled or computer programmed such that the relative velocity and center position between the pad and the wafer changes during polishing. The net average effect of this deformation allows each location on the wafer to experience the polishing tape from all directions.

도 5에 도시된 바와 같이, 슬러리는 패턴 웨이퍼 상에 있는 각각의 다이에 개별적으로 공급되고 슬러리 운반은 필요에 따라서 중단될 수 있다. 슬러리 수집장치는 사용된 슬러리가 추가적인 분석을 위해서 수집될 필요가 있는 경우에 사용된 슬러리를 수집하도록 웨이퍼 홀더 주위로 설계된다. 본 발명의 폴리싱 공정의 작동은, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 웨이퍼 표면 상에 양호한 슬러리 유체 기계역학을 제공하기 위해서 경사진 새로운 폴리셔 상에서 수행된다. 본 발명의 틸팅은, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 필요한 수준으로 조정될 수 있는 높이를 갖는 조정가능한 레그에 의해서 얻어질 수 있다. 경사진 웨이퍼 표면의 각도는 10도 내지 45도가 될 수 있다. 압력 조절은 각각의 아암의 단부에서 압력 조절 셀에 의해서 실현된다. 패드의 조화는, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 매 동작후에 웨이퍼와 동일한 크기를 갖는 조화 디스크로 웨이퍼를 교체함으로써 수행될 수 있다. As shown in FIG. 5, the slurry is individually supplied to each die on the pattern wafer and the slurry transport can be stopped as needed. The slurry collector is designed around the wafer holder to collect the used slurry in case the used slurry needs to be collected for further analysis. Operation of the polishing process of the present invention is performed on a new polisher that is inclined to provide good slurry hydromechanics on the wafer surface, although not limited to the following examples. The tilting of the present invention can be obtained by an adjustable leg having a height that can be adjusted to the required level, but not limited to the following examples. The angle of the inclined wafer surface may be between 10 degrees and 45 degrees. Pressure regulation is realized by a pressure regulating cell at the end of each arm. The matching of the pads can be performed by replacing the wafer with a roughening disk having the same size as the wafer after every operation, although not limited thereto.

본 발명의 실시 예들의 다른 예는 도 6에 도시된 바와 같이 단일 폴리시 헤드와 웨이퍼 홀더를 사용한다. 폴리시 헤드와 웨이퍼의 위치는 각각 X축 방향과 Y축방향으로 레버를 조정함으로써 조정될 수 있다. 2개 위치 조정 레버의 상세한 디자인은 도 10과 12에 개략적으로 도시되어 있다. 2개의 조정 가능한 레버의 조합은 웨이퍼 표면 상에서 폴리싱되어야 하는 소정 다이에 폴리시 헤드가 도달하게 한다. 폴리시 헤드는 모터와 연결되는데, 이는 조정가능한 레버에 고정된 컨테이너에 위치한다. 폴리싱 공정동안에 하방향 힘은 도 7에 도시된 바와 같이 폴리시 헤드 내부의 몇몇 압력 제어 셀에 의해서 조절될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 패드를 고정하는 디스크는 반경 3-10mm의 작은 궤도를 따라서 이동하고, 이에 의해서 패드 상의 매 지점과 폴리시 사이의 상대속도는 웨이퍼 표면상에서 동일하다. 패드와 웨이퍼 사이의 상대 속도는 궤도반경 뿐만아니라 모터속도를 변화시킴에 의해서 조정될 수 있다. 패드의 궤도운동은, 하기의 예로서 제한되지는 않지만, 도 9에 도시된 바와 같이 모터의 축과 편심을 이루는 중심을 갖는 캠에 의해서 달성될 수 있 다. 웨이퍼 홀더는 도 10에 도시된 바와 같이 교환 가능하고 다른 크기를 갖는 웨이퍼에 대하여 다른 크기를 가질 수 있다. 따라서, 웨이퍼 뿐만아니라 폴리시 헤드를 위한 위치조정레버는 웨이퍼 크기의 요구조건에 따라서 교환 가능하다. 그러나 단지 하나의 폴리셔가 사용된다. 패드의 조화는 웨이퍼 홀더 근처에 위치하고 그것의 위치는 폴리시 헤드 조정레버(도 10)에 의해서 주어질 수 있는 별도의 조화 디스크에 의해서 달성된다. 블랭킷 웨이퍼에 대하여, 웨이퍼 표면 상에는 전체적으로 7개의 폴리시 영역이 주어지고; 패턴 웨이퍼에 대하여는 10개의 폴리시 영역이 주어진다. 이러한 방식에 있어서, 웨이퍼 활용은 효과적이고 유효하게 개선된다. 폴리싱 공정 동안에, 단지 웨이퍼 표면상의 폴리시 영역만이 개방되고 나머지 영역은 덮기고 특별히 고안된 마스크에 의해서 보호된다. 또한, 슬러리 수집 채널은 추가적인 분석을 위해서 사용된 슬러리를 수집하도록 웨이퍼 홀더 주위로 주어진다. 본 발명의 틸팅은, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 필요한 수준으로 조정될 수 있는 높이를 갖는 조정가능한 레그에 의해서 얻어질 수 있다. Another example of embodiments of the present invention uses a single polish head and wafer holder as shown in FIG. 6. The position of the polish head and the wafer can be adjusted by adjusting the lever in the X axis direction and the Y axis direction, respectively. The detailed design of the two positioning levers is shown schematically in FIGS. 10 and 12. The combination of the two adjustable levers allows the polish head to reach a desired die that must be polished on the wafer surface. The policy head is connected to the motor, which is located in a container fixed to an adjustable lever. During the polishing process the downward force can be regulated by several pressure control cells inside the polish head as shown in FIG. As shown in Fig. 8, the disk holding the pad moves along a small orbit with a radius of 3-10 mm, whereby the relative speed between each point and the polish on the pad is the same on the wafer surface. The relative speed between the pad and the wafer can be adjusted by varying the motor speed as well as the radius of the track. The orbital motion of the pad can be achieved by a cam having a center eccentric with the axis of the motor, as not limited to the following example. The wafer holders may be of different sizes for wafers that are interchangeable and of different sizes as shown in FIG. 10. Thus, the positioning levers for the polish head as well as the wafer are interchangeable according to the requirements of the wafer size. But only one polisher is used. The matching of the pads is located near the wafer holder and its position is achieved by a separate conditioning disk which can be given by the polish head adjustment lever (Fig. 10). For the blanket wafer, seven polish regions are given on the wafer surface as a whole; Ten policy regions are given for the pattern wafer. In this way, wafer utilization is effectively and effectively improved. During the polishing process, only the polish area on the wafer surface is opened and the remaining area is covered and protected by a specially designed mask. In addition, a slurry collection channel is given around the wafer holder to collect the slurry used for further analysis. The tilting of the present invention can be obtained by an adjustable leg having a height that can be adjusted to the required level, but not limited to the following examples.

본 발명의 실시 예에 있어서, 단일 아암은 예를 들어 구리 폴리싱을 위한 경질 패드 및 장벽 폴리싱을 위한 연질 패드와 같은 여러가지 타입의 패드를 구비할 수 있다. 다중 플라텐을 구비할 필요가 없을 것이다. 공간에서의 상당한 절감을 얻을 수 있고 그 결과 생산성이 증가한다. 각각의 개별적인 다이가 별도로 폴리싱되므로, 다이들 간의 오염문제가 발생하지 않는다. 실재를야기하는 결함은 국부적일 것이다. 종래의 폴리셔 상에서 일반적으로 일어나는 결함의 전파가 없을 것이다. In an embodiment of the present invention, a single arm may have various types of pads such as, for example, hard pads for copper polishing and soft pads for barrier polishing. It would not be necessary to have multiple plates. Significant savings in space can be obtained, resulting in increased productivity. Since each individual die is polished separately, there is no contamination problem between the dies. Defects that call for reality will be local. There will be no propagation of defects that typically occur on conventional polishers.

폴리싱 헤드에 대한 한가지 변형은 종래의 솔리드 강체 패드를 도 11에 도시 된 바와 같은 연질의 보다 유연한 폴리싱 테이프로 교체하는 것이다. 폴리싱 패드 대신에 테이프를 사용하는 몇가지 장점들이 존재한다. 테이프는 연질 마모재, 방출가능한 화학품, 계면활성제 등과 같은 다양한 화학 성분들을 포함하도록 제조될 수 있다. 폴리싱 성능은 현장에서 이러한 성분들의 존재에 의해서 개선될 수 있다. 폴리싱 테이프의 세척, 정화 및 재활용이 보다 쉬워진다. 폴리싱 테이프를 사용하는 폴리셔의 작동은 보다 자동화되고 연속적으로 이루어질 수 있다. 폴리싱 테이프가 사용되는 경우에 2개의 추가적인 변형이 존재한다. 하나는 폴리싱 테이프를 고정하고 안내하도록 롤러를 사용하는 것이다. 하강 힘과 상대적인 폴리싱 속도가 롤러의 측방향 운동에 의해서 결정된다. 롤러와 웨이퍼 사이의 절대적인 접촉영역이 상대적으로 작음에 따라서, 롤러는 접촉 표면적을 증가시키도록 측방향으로 이동될 것이다. One variation on the polishing head is to replace the conventional solid rigid pad with a softer, more flexible polishing tape as shown in FIG. There are several advantages of using tape instead of polishing pads. The tape can be made to include various chemical components such as soft wear materials, releasable chemicals, surfactants, and the like. Polishing performance can be improved by the presence of these components in the field. It is easier to clean, clean and recycle the polishing tape. The operation of the polisher using the polishing tape can be made more automated and continuous. There are two further variations when a polishing tape is used. One is to use a roller to fix and guide the polishing tape. The lowering force and the relative polishing speed are determined by the lateral movement of the roller. As the absolute contact area between the roller and the wafer is relatively small, the roller will move laterally to increase the contact surface area.

회전속도는 롤러의 크기에 의해서 결정될 것이다. 예를 들면, 만일 1.0 m/sec의 선형 속도가 바람직하고 롤러의 직경이 10mm이면, 회전속도는 약 600rpm이 될 것이다. 롤러 접근에 대한 대안으로서 낮은 마찰표면을 갖는 솔리드 블록이 테이프를 웨이퍼 쪽으로 안내하기 위해서 사용될 수 있다. 테이프와 웨이퍼 사이의 간격은 자기부상전류에 의해서 조정될 수 있다. 반발전류는 테이프와 웨이퍼 사이에서 실제 간격을 조성할 수 있다. 이것은 슬러리에 대한 정적 및 동적 식각률 측정에 대하여 특히 유용하다. 견인 전류는 테이프와 웨이퍼 사이에서 원하는 압력을 발휘할 수 있다. 이러한 하강 힘은 0.01psi 내지 10psi 범위가 될 수 있다. 이것은 부드럽고 취약한 낮은 k 유전재료를 사용하는 웨이퍼의 폴리싱에 대하여 특히 유용 하다. 또한, 솔리드 블록은 양의 공기압력이 적용될 수 있는 다공성 재료 통과에 의해서 교체될 수 있다. 재료의 다공성은 안내 블록과 테이프 사이에 작은 간격을 조성하게 된다. 블록과 테이프 사이의 간격은 그들 사이에 마찰에 의해서 야기된 복잡성을 제거할 수 있고, 테이프와 웨이퍼 사이에 현미경적 수준으로 근접 접촉을 부여한다. The speed of rotation will be determined by the size of the roller. For example, if a linear speed of 1.0 m / sec is desired and the diameter of the roller is 10 mm, the rotation speed will be about 600 rpm. As an alternative to roller access, a solid block with a low friction surface can be used to guide the tape towards the wafer. The gap between the tape and the wafer can be adjusted by the magnetic levitation current. Repulsive current can create a real gap between the tape and the wafer. This is particularly useful for static and dynamic etch rate measurements on slurries. The traction current can exert the desired pressure between the tape and the wafer. This lowering force can range from 0.01 psi to 10 psi. This is particularly useful for polishing wafers using soft and fragile low k dielectric materials. In addition, the solid block can be replaced by passing through a porous material to which a positive air pressure can be applied. The porosity of the material creates a small gap between the guide block and the tape. The spacing between the blocks and the tape can eliminate the complexity caused by friction between them, giving microscopic levels of close contact between the tape and the wafer.

본 발명의 다른 변형은 슬러리 및 폴리싱 공정 상에서 그것의 성능을 평가하도록 상기 장치를 사용하는 것이다. 하나의 예가 도 12에 도시되어 있는데, 여기에서 조정가능한 체적을 갖는 슬러리 챔버는 웨이퍼를 위한 캐리어와 패드를 폴리싱하기 위한 캐리어를 에워싼다. Another variant of the invention is the use of the device to evaluate its performance on slurry and polishing processes. One example is shown in FIG. 12 where a slurry chamber having an adjustable volume surrounds a carrier for wafers and a carrier for polishing pads.

도 12는 점성, 슬러리의 존재하에서 패드와 웨이퍼 사이의 접촉 마찰력, 다양한 유체 운동에 대한 정적 식각률, 패드와 웨이퍼 사이의 접촉시 제거율, 그리고 다양한 낮은 하강력에 대한 폴리싱 슬러리를 특징짓도록 사용될 수 있는 슬러리 평가기의 개략도이다. 패드 캐리어와 웨이퍼 캐리어 사이의 상대 속도와 거리는 폴리싱동안에 변화하도록 기계적으로 제어되거나 컴퓨터 프로그래밍된다. 이러한 변형의 순수 평균 효과는 웨이퍼 상의 각각의 위치가 모든 방향으로부터 폴리싱 테이프를 경험할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다. FIG. 12 can be used to characterize the polishing slurry for viscosity, contact friction between pad and wafer in the presence of slurry, static etch rate for various fluid motions, removal rate upon contact between pad and wafer, and various low drop forces. Schematic diagram of a slurry evaluator. The relative speed and distance between the pad carrier and the wafer carrier are mechanically controlled or computer programmed to vary during polishing. The net averaging effect of this deformation aims to enable each position on the wafer to experience the polishing tape from all directions.

두 캐리어들은 수직하게 위치할 수 있고, 조정 가능한 회전속도로 서로 회전할 수 있다. 두 캐리어들은 슬러리의 간섭을 방지하도록 효과적인 밀봉을 갖는 단순한 DC 모터에 의해서 구동될 수 있다. 웨이퍼에 대한 캐리어의 측방향 위치는 통상적으로 고정된다. 패드의 측방향 위치는 조정 가능하다. 조정은 모터 A에 연결된 제 2 모터에 의해서 수행될 수 있다. 제어를 위한 바람직한 메카니즘은 자기부상전류를 통하는 것이다. 미합중국 특허 제 6,750,625 호와 같은 몇몇 특허들은 포토리쏘그래피를 위한 필요조건을 매치시키는 정밀 구역에서 스테이지에 연결되도록 자기부상 메카니즘의 설계와 응용을 개시하고 있다(도 13은 반도체 산업에서 포토리쏘그래피 응용을 위해 고안된 6개 축 자기부상 스테이지의 능력에 관하여 CH. Meng and Z. P. Zhang에 의해서 공개된 작업의 재생산이다). The two carriers can be positioned vertically and can rotate with each other at an adjustable rotation speed. Both carriers can be driven by a simple DC motor with an effective seal to prevent interference of the slurry. The lateral position of the carrier relative to the wafer is typically fixed. The lateral position of the pad is adjustable. The adjustment can be performed by a second motor connected to motor A. The preferred mechanism for control is through the magnetic levitation current. Several patents, such as US Pat. No. 6,750,625, disclose the design and application of a magnetic levitation mechanism to be connected to a stage in a precision zone that matches the requirements for photolithography (FIG. 13 illustrates photolithography applications in the semiconductor industry. Is a reproduction of the work published by CH. Meng and ZP Zhang regarding the ability of the six-axis magnetic levitation stage designed for

미합중국 특허 제 6,559,567 호와 같은 추가적인 특허들은 전자기 회전 드라이브의 설계와 응용을 나타낸다. 특히, Schob 등은 점성(미합중국 특허 제 6,355,998 호)과 같은 유체 특성을 측정하기 위해 전자기 회전장치에서의 센서 배열의 사용을 개시한다. 본 발명의 장치에 있어서, 전자기 설계는 패드 캐리어의 측방향운동과 회전운동을 제어하도록 실행될 수 있다. 패드와 웨이퍼가 충분한 거리만큼 유지되는 경우, 웨이퍼 필름 상에서 패드 운동에의해 야기된 장애는 최소화된다. 그러한 조건 하에서 측정된 제거 율은 정적 식각률 또는 something close로서 고려될 수 있다. 패드 캐리어의 운동에서 발휘된 저항은 주로 슬러리 점성에 기인한다. 패드와 웨이퍼 사이의 거리가 작아지면, 웨이퍼 표면상에서 패드 운동에의해 야기된 장애는 유체의 운반을 상당히 지원한다. 그러한 조건 하에서 측정된 제거 율은 동적 식각률로서 고려될 수 있다. 패드와 웨이퍼 표면이 접촉하기 시작하면, 웨이퍼 표면으로부터 재료의 제거는 상당히 증가한다. 재료 제거는 웨이퍼와 패드 사이에서 상대 압력이 증가함에 따라서 증가하게 될 것이다. 제거율은 도 14에 도시된 바와 같이 사실상 평탄구역에 도달할 것이다(유체의 점성을 측정하기 위한 Levitronix 기술에 의해서 공개된 도면의 재생산(미합중국 특허 제 6,640,617 호). Additional patents, such as US Pat. No. 6,559,567, describe the design and application of electromagnetic rotating drives. In particular, Schob et al. Disclose the use of sensor arrangements in electromagnetic rotating devices to measure fluidic properties such as viscosity (US Pat. No. 6,355,998). In the device of the invention, the electromagnetic design can be implemented to control the lateral and rotational movements of the pad carrier. If the pad and wafer are kept at a sufficient distance, the disturbance caused by pad movement on the wafer film is minimized. The removal rate measured under such conditions can be considered as a static etch rate or something close. The resistance exerted in the movement of the pad carrier is mainly due to the slurry viscosity. As the distance between the pad and the wafer becomes smaller, the disturbance caused by pad movement on the wafer surface significantly supports the transport of fluid. The removal rate measured under such conditions can be considered as a dynamic etch rate. As the pad and wafer surface begin to contact, the removal of material from the wafer surface increases significantly. Material removal will increase as the relative pressure between the wafer and the pad increases. The removal rate will actually reach a flat zone as shown in FIG. 14 (reproduction of the figure published by Levitronix technology for measuring the viscosity of the fluid (US Pat. No. 6,640,617).

초기 경사와 교차는 슬러리의 정적 식각 특성을 나타낸다. 제 2 경사와 교차는 웨이퍼 필름에 대한 슬러리의 폴리싱 특성을 나타낸다. 이러한 2개 세트의 정보의 조합은 이러한 슬러리의 평탄화 능력에 대한 평가 가능한 통찰을 제공할 것이다. 이러한 정보는 현재 폴리셔들을 사용하여 블랭킷 웨이퍼를 통해서 직접적으로 얻어질 수는 없다. Initial slope and crossover indicate the static etch characteristics of the slurry. The second slope and intersections indicate the polishing properties of the slurry relative to the wafer film. The combination of these two sets of information will provide an evaluable insight into the planarization capability of this slurry. This information cannot currently be obtained directly through the blanket wafer using polishers.

도 16에 도시된 폴리셔의 개략도는 폴리싱 패드를 교체하도록 테이퍼를 사용하는 것을 보여주며, 패드와 웨이퍼 사이에서 상대 속도와 중앙 위치가 폴리싱동안에 변화하도록 기계적으로 제어되거나 컴퓨터 프로그래밍되는 것을 보여준다. 이러한 변형의 순수 평균 효과는 웨이퍼 상의 각각의 위치가 모든 방향으로부터 폴리싱 테이프를 경험할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다. The schematic of the polisher shown in FIG. 16 shows the use of a taper to replace a polishing pad, showing that the relative speed and center position between the pad and the wafer are mechanically controlled or computer programmed to change during polishing. The net averaging effect of this deformation aims to enable each position on the wafer to experience the polishing tape from all directions.

본 발명의 다른 장점들은 하기로서 제한되지는 않지만 다음을 포함한다: Other advantages of the present invention include, but are not limited to:

(1 ) 완벽한 E-CMP의 용이한 실행. 전기 접촉손실이 발생하지 않으며 이에 의해서 ECM의 장점들이 완벽하게 이용될 수 있다; (1) Easy implementation of perfect E-CMP. There is no electrical contact loss, whereby the advantages of the ECM can be fully exploited;

(2) 모든 형태의 종점 탐지장치들이 실행될 수 있다. 종래의 폴리셔와는 달리, 광학적, 전기적 혹은 마찰적 종점 탐지장치의 실행이 용이하다. 슬러리 간섭문제가 없을 것이다. 각각의 다이는 자체 종점 탐지장치를 가질 것이다. 만일 피드백 루프 제어가 존재하면, 종점에 도달하자마자 각각의 다이가 폴리싱을 중단할 수 있음에 따라서 과도한 폴리상을 할 필요가 없을 것이다. (2) All types of endpoint detectors can be implemented. Unlike conventional polishers, it is easy to implement optical, electrical or frictional endpoint detection devices. There will be no slurry interference problem. Each die will have its own endpoint detector. If feedback loop control is present, there will be no need for excessive polyphase as each die may stop polishing as soon as the end point is reached.

(3) 내부층 유전 폴리싱을 위하여, 글로벌 2차원 보정을 갖는 것이 바람직하 다. 웨이퍼는 여전히 정적인 상태를 유지하지만, 단일 궤도 폴리셔 휠이 그에 따라서 오게될 것이다. 이러한 폴리상 휠의 독특한 설계는 영역의 대부분에 대하여 아암하에서 동일한 선형 속도를 갖게될 것이다. 프로그램이 적당한 경우, 단일 폴리시 헤드를 사용하여 글로벌 평탄도에 도달하게 된다. (3) For inner layer dielectric polishing, it is desirable to have global two-dimensional correction. The wafer still remains static, but a single track polisher wheel will come accordingly. This unique design of the polyphase wheel will have the same linear velocity under the arm for most of the area. If the program is adequate, a single policy head is used to reach global flatness.

(4) 높은 생산성. 패드 조절, 패드 변화 및 패드의 현장외 조화로 인한 시간 지연이 존재하지 않을 것이다. 웨이퍼들이 변하는 동안에, 피드들은 동시에 조절될 것이다. (4) high productivity. There will be no time delay due to pad adjustment, pad changes and pad out-of-field coordination. While the wafers are changing, the feeds will be adjusted at the same time.

(5) 피드의 비용은 패드의 작은 크기로 인하여 종래의 폴리셔에서의 비용보다 훨씬 작을 것이다. 또한, 조화로 인한 내부-패드 비-균등도가 제거될 것이다. 그리고, 패드는 웨이퍼 스위칭 동안에 쉽게 변화될 수 있다. (5) The cost of the feed will be much smaller than the cost in conventional polishers due to the small size of the pads. In addition, the inner-pad non-evenness due to coordination will be eliminated. And the pad can be easily changed during wafer switching.

본 발명은 다음에 열거하는 단락들에 의해서 더욱 설명된다. The invention is further illustrated by the following paragraphs.

1. 선택된 부분을 제거하도록 기판 표면의 화학적 기계적 폴리싱 방법으로서, 1. A method of chemical mechanical polishing of a substrate surface to remove selected portions, the method comprising:

(i) 상기 기판 표면의 선택된 부분이 제거될 때까지 상기 기판 표면의 적어도 일부분을 폴리싱 패드와 슬라이딩 마찰 접촉하도록 유지시키는 단계; (i) maintaining at least a portion of the substrate surface in sliding frictional contact with a polishing pad until the selected portion of the substrate surface is removed;

(ii) 하나 이상의 다이를 포함하는 블랭킷/패턴 웨이퍼 상에서 한 영역을 시판중인 CMP 패드의 작은 조각이나 평가하의 패드를 구비한 단일 폴리싱 헤드를 사용하여 폴리싱하는 단계; 그리고 (ii) polishing an area on a blanket / pattern wafer comprising one or more dies using a small polishing head of commercially available CMP pads or a single polishing head with pads under evaluation; And

(iii) 각각의 폴리싱 헤드가 패턴 웨이퍼 상의 다이와 대응하는 다중 아암 폴리싱 헤드를 사용하여 패턴 웨이퍼를 폴리싱하는 단계;를 포함한다. (iii) polishing the pattern wafer using multiple arm polishing heads with each polishing head corresponding to a die on the pattern wafer.

2. 제 1 단락의 방법으로서, 폴리싱될 상기 패턴 웨이퍼 상의 다이가 처리되고 나머지 다이들은 커버나 마스크에 의해서 보호된다. 2. The method of the first paragraph, wherein the die on the pattern wafer to be polished is processed and the remaining dies are protected by a cover or mask.

3. 제 1 단락의 방법으로서, 상기 기판 표면의 단지 일부분이 단일 폴리시 헤드나 다중 패드를 갖는 다중 아암 폴리시 헤드에 의해서 폴리싱되고, 폴리싱될 상기 기판 표면의 나머지 영역은 보호된다. 3. The method of first paragraph, wherein only a portion of the substrate surface is polished by a single polish head or multiple arm polish heads having multiple pads, and the remaining area of the substrate surface to be polished is protected.

4. 선택된 부분을 제거하도록 기판의 표면을 화학적 기계적으로 폴리싱하기 위한 장치로서, 4. An apparatus for chemical mechanical polishing of the surface of a substrate to remove selected portions, the apparatus comprising:

(i) 폴리싱될 웨이퍼를 고정하기 위한 고정 플라텐으로, 웨이퍼 홀더는 교체 가능하고, 홀더의 크기는 웨이퍼의 다른 크기에 맞도록 조정 가능한, 고정 플라텐; (i) a stationary platen for fixing a wafer to be polished, the wafer holder being replaceable, the size of the holder being adjustable to fit another size of the wafer;

(ii) 폴리싱 패드의 궤도운동을 만들고 패드상의 각 지점과 폴리싱될 영역 사이에서 동일한 상대속도를 달성하기 위하여 모터 축과 편심을 이루는 캠; (ii) a cam eccentric with the motor axis to create an orbital motion of the polishing pad and achieve the same relative speed between each point on the pad and the area to be polished;

(iii) 단일 다이의 표면 상에 진동운동을 제공하기 위한 장치; (iii) an apparatus for providing vibratory motion on the surface of a single die;

(iv) 다중-아암 폴리시 헤드장치를 고정시키기 위한 디스크; (iv) a disk for securing the multi-arm policy head device;

(v) 슬러리가 패턴 웨이퍼 상에 별도로 제공된 각각의 개별적인 다이로 공급될 수 있는 슬러리 운반장치; (v) a slurry conveyer in which a slurry can be supplied to each individual die provided separately on a pattern wafer;

(vi) 2개 모터장치로, 하나의 모터는 상기 제 2 모터를 고정시키는 디스크를 회전시키고, 상기 제 2 모터는 제 1 모터와 동일한 회전속도와 회전방향으로 패드를 회전시키며, 이에 의해서 상기 패드 상의 각각의 지점과 폴리싱될 영역 사이의 동일한 상대속도가 달성되는, 2개 모터장치; (vi) with two motors, one motor rotates the disk holding the second motor, and the second motor rotates the pad at the same rotational speed and direction of rotation as the first motor, whereby the pad Two motor devices, wherein the same relative speed between each point of the image and the area to be polished is achieved;

(vii) 상기 폴리시 헤드와 상기 웨이퍼의 위치를 제어하여 상기 패턴 웨이퍼 상의 모든 다이들이 폴리싱될 수 있는 2개의 레버 조정장치; (vii) two lever adjusters to control the position of the polish head and the wafer so that all dies on the patterned wafer can be polished;

(viii) 전체장치를 기울이기 위한 조정 가능한 레그; (viii) adjustable legs for tilting the entire apparatus;

(ix) 사용된 슬러리를 수집하기 위한 슬러리 수집장치; 그리고 (ix) a slurry collector for collecting the used slurry; And

(x) 교체 가능한 패드 컨디셔닝 디스크;를 포함한다. (x) replaceable pad conditioning disk.

5. 제 4 단락의 방법으로서, 상기 슬러리 운반장치의 튜브들은 평행하게 분포된다. 5. The method of fourth paragraph, wherein the tubes of the slurry carrier are distributed in parallel.

6. 슬러리의 성능과 특징을 평가하기 위한 장치로서, 슬러리 챔버; 수직하게 위치하여 측방향 운동하도록 고정된 회전 웨이퍼 캐리어; 그것의 측방향 축을 따라서 이동 가능한 회전 패드 캐리어; 현장에서 필름 두께변화를 측정하는 센서; 그리고 상기 패드 캐리어의 회전운동에 대하여 발휘된 저항을 측정하는 센서;를 포함한다. 6. An apparatus for evaluating the performance and characteristics of a slurry, comprising: a slurry chamber; A rotating wafer carrier positioned vertically and fixed to lateral movement; A rotating pad carrier movable along its lateral axis; A sensor for measuring film thickness change in the field; And a sensor measuring resistance exerted with respect to the rotational movement of the pad carrier.

7. 제 6 단락의 장치로서, 패드와 웨이퍼 캐리어의 측방향 및 회전 운동은 DC 모터에 의해서 달성된다. 7. The device of paragraph 6, wherein the lateral and rotational movements of the pad and the wafer carrier are achieved by a DC motor.

8. 제 6 단락의 장치로서, 상기 패드 캐리어의 측방향 및 회전 운동은 자기부상장치의 사용에 의해서 달성된다. 8. The device of paragraph 6, wherein the lateral and rotational movement of the pad carrier is achieved by the use of a magnetic levitation device.

9. 제 6 단락의 장치로서, 필름 두께변화는 금속 필름을 위한 14-포인트 탐침이나 와상전류장치에 의해서 측정된다. 9. The device of paragraph 6, wherein the film thickness change is measured by a 14-point probe or eddy current device for the metal film.

10. 제 9 단락의 장치로서, 상기 필름은 유전체 필름이고 상기 측정은 광학센서에 의해서 이루어진다. 10. The device of paragraph 9, wherein the film is a dielectric film and the measurement is made by an optical sensor.

11. 제 10 단락의 장치로서, 금속과 비금속에 대한 막두께 변화를 측정하기 위한 음향센서가 동시에 사용된다. 11. In the apparatus of paragraph 10, acoustic sensors for measuring the change in film thickness for metals and nonmetals are used simultaneously.

12. IC 웨이퍼 처리를 위한 폴리싱 테이프를 이용하는 폴리셔로서, 슬러리 운반장치; 테이프 운영장치, 테이프에 대한 안내장치, 그리고 테이프 세척, 조화 및 재활용을 위한 장치를 포함한다. 12. A polisher using a polishing tape for IC wafer processing, comprising: a slurry conveyer; Tape operators, tape guides, and tape cleaning, conditioning, and recycling equipment.

13. 제 12 단락의 폴리셔로서, 테이프는 천연재료, 공정 천연재료 또는 합성재료로 제조될 수 있다. 처리된 천연재료는, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 실크, 목화 및 종이를 포함한다. 테이프는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리스티렌과 같은 합성재료로 제조될 수 있다. 테이프 재료는 소수성이나 친수성이 될 수 있다. 재료는 다공성 혹은 비-다공성으로 제조될 수 있다. 또한, 테이프는 복합제, 촉매, 계면활성제, 윤활제 및/또는 마모 입자들과 같은 방출 가능한 재료를 포함할 수 있다. 테이프는 슬러리 및 웨이퍼 필름과 화학적으로 상호작용할 수 있는 기능성 그룹을 또한 포함할 수 있다. 13. The polisher of paragraph 12, wherein the tape can be made of natural, process natural or synthetic materials. Treated natural materials include, but are not limited to, the following examples: silk, cotton, and paper. The tape can be made of synthetic materials such as polyethylene, polypropylene and polystyrene. The tape material may be hydrophobic or hydrophilic. The material can be made porous or non-porous. The tape may also include releasable materials such as composites, catalysts, surfactants, lubricants and / or wear particles. The tape may also include functional groups that can chemically interact with the slurry and the wafer film.

14. 제 12 단락의 폴리셔로서, 테이프 운영장치는, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 테이프 텐션, 테이프 운동, 컨디셔닝, 테이프가 웨이퍼에 도달하기 전에 일시적 패턴의 부조(embossment), 테이프의 다른 측의 사용을 허용하는 플리핑 기구를 포함한다. 14. The polisher of paragraph 12, wherein the tape operating device is not limited to the following examples, including but not limited to tape tension, tape movement, conditioning, embossment of a temporary pattern before the tape reaches the wafer, and other tapes. A flipping mechanism to allow the use of the side.

15. 제 12 단락의 폴리셔로서, 테이프 안내장치는 테이프와 웨이퍼 사이의 거리를 조절하는 솔리드 롤러나 블록을 포함한다. 웨이퍼와 테이프 사이의 상대적 거리를 안내하기 위해서 솔리드 블록이 사용되는 경우에, 블록은 테이프와 웨이퍼 사이의 간격을 조성하는 부상전류에 대해 반응하는 자기재료를 포함할 것이다. 전 자기전류는 테이프와 웨이퍼 사이의 상대 압력을 또한 조절할 수 있다. 다른 바람직한 실시 예에 있어서, 안내 블록은 다공성이 될 수 있고 공기 흐름이 그곳을 통과할 수 있게 할 수 있다. 그 결과, 방출 공기 흐름은 블록과 테이프 사이에 작은 간격을 조성하게 된다. 이 간격은 조정 가능하다. 15. The polisher of paragraph 12, wherein the tape guide comprises a solid roller or block that adjusts the distance between the tape and the wafer. If a solid block is used to guide the relative distance between the wafer and the tape, the block will contain a magnetic material that reacts to floating currents that create a gap between the tape and the wafer. The electromagnet can also regulate the relative pressure between the tape and the wafer. In another preferred embodiment, the guide block may be porous and allow air flow there through. As a result, the discharge air flow creates a small gap between the block and the tape. This gap is adjustable.

본 발명은 여기에서 설명한 바와 같은 본 발명의 개념의 범위 내에서 여러 가지 다른 조합들로 사용이 가능하고 변화 및 변형될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that the present invention can be used in various other combinations and can be varied and modified within the scope of the inventive concept as described herein.

Claims (15)

선택된 부분을 제거하도록 기판 표면을 화학적 기계적으로 폴리싱하기 위한 방법으로서, A method for chemically and mechanically polishing a substrate surface to remove selected portions, the method comprising: (i) 상기 기판 표면의 선택된 부분이 제거될 때까지 상기 기판 표면의 적어도 일부분을 폴리싱 패드와 슬라이딩 마찰 접촉하도록 유지시키는 단계; (i) maintaining at least a portion of the substrate surface in sliding frictional contact with a polishing pad until the selected portion of the substrate surface is removed; (ii) 하나 이상의 다이를 포함하는 블랭킷/패턴 웨이퍼 상에서 한 영역을 시판중인 CMP 패드의 작은 조각이나 평가하의 패드를 구비한 단일 폴리싱 헤드를 사용하여 폴리싱하는 단계; 그리고 (ii) polishing an area on a blanket / pattern wafer comprising one or more dies using a small polishing head of commercially available CMP pads or a single polishing head with pads under evaluation; And (iii) 각각의 폴리싱 헤드가 패턴 웨이퍼 상의 다이와 대응하는 다중 아암 폴리싱 헤드를 사용하여 패턴 웨이퍼를 폴리싱하는 단계;를 포함하는 방법. (iii) each polishing head polishing the pattern wafer using a multi-arm polishing head corresponding with a die on the pattern wafer. 제 1 항에 있어서, 폴리싱될 상기 패턴 웨이퍼 상의 다이가 처리되고 나머지 다이들은 커버나 마스크에 의해서 보호되는 방법. The method of claim 1, wherein a die on the pattern wafer to be polished is processed and the remaining dies are protected by a cover or mask. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 표면의 단지 일부분이 단일 폴리시 헤드나 다중 패드를 갖는 다중 아암 폴리시 헤드에 의해서 폴리싱되고, 폴리싱될 상기 기판 표면의 나머지 영역은 보호되는 방법. The method of claim 1, wherein only a portion of the substrate surface is polished by a single arm head or multiple arm polish heads having multiple pads, and the remaining area of the substrate surface to be polished is protected. 선택된 부분을 제거하도록 기판 표면을 화학적 기계적으로 폴리싱하기 위한 장치로서, An apparatus for chemically and mechanically polishing a substrate surface to remove selected portions, the apparatus comprising: (i) 폴리싱될 웨이퍼를 고정하기 위한 고정 플라텐으로, 웨이퍼 홀더는 교체 가능하고, 홀더의 크기는 웨이퍼의 다른 크기에 맞도록 조정 가능한, 고정 플라텐; (i) a stationary platen for fixing a wafer to be polished, the wafer holder being replaceable, the size of the holder being adjustable to fit another size of the wafer; (ii) 폴리싱 패드의 궤도운동을 만들고 패드상의 각 지점과 폴리싱될 영역 사이에서 동일한 상대속도를 달성하기 위하여 모터 축과 편심을 이루는 캠; (ii) a cam eccentric with the motor axis to create an orbital motion of the polishing pad and achieve the same relative speed between each point on the pad and the area to be polished; (iii) 단일 다이의 표면 상에 진동운동을 제공하기 위한 장치; (iii) an apparatus for providing vibratory motion on the surface of a single die; (iv) 다중-아암 폴리시 헤드장치를 고정시키기 위한 디스크; (iv) a disk for securing the multi-arm policy head device; (v) 슬러리가 패턴 웨이퍼 상에 별도로 제공된 각각의 개별적인 다이로 공급될 수 있는 슬러리 운반장치; (v) a slurry conveyer in which a slurry can be supplied to each individual die provided separately on a pattern wafer; (vi) 2개 모터장치로, 하나의 모터는 상기 제 2 모터를 고정시키는 디스크를 회전시키고, 상기 제 2 모터는 제 1 모터와 동일한 회전속도와 회전방향으로 패드를 회전시키며, 이에 의해서 상기 패드 상의 각각의 지점과 폴리싱될 영역 사이의 동일한 상대속도가 달성되는, 2개 모터장치; (vi) with two motors, one motor rotates the disk holding the second motor, and the second motor rotates the pad at the same rotational speed and direction of rotation as the first motor, whereby the pad Two motor devices, wherein the same relative speed between each point of the image and the area to be polished is achieved; (vii) 상기 폴리시 헤드와 상기 웨이퍼의 위치를 제어하여 상기 패턴 웨이퍼 상의 모든 다이들이 폴리싱될 수 있는 2개의 레버 조정장치; (vii) two lever adjusters to control the position of the polish head and the wafer so that all dies on the patterned wafer can be polished; (viii) 전체장치를 기울이기 위한 조정 가능한 레그; (viii) adjustable legs for tilting the entire apparatus; (ix) 사용된 슬러리를 수집하기 위한 슬러리 수집장치; 그리고 (ix) a slurry collector for collecting the used slurry; And (x) 교체 가능한 패드 컨디셔닝 디스크;를 포함하는 장치.(x) replaceable pad conditioning disk. 제 4 항에 있어서, 상기 슬러리 운반장치의 튜브들이 평행하게 분포된 장치. The apparatus of claim 4 wherein the tubes of the slurry conveyer are distributed in parallel. 슬러리의 성능과 특징을 평가하기 위한 장치로서, Apparatus for evaluating the performance and characteristics of the slurry, 슬러리 챔버; Slurry chamber; 수직하게 위치하여 측방향 운동하도록 고정된 회전 웨이퍼 캐리어; A rotating wafer carrier positioned vertically and fixed to lateral movement; 측방향 축을 따라서 이동 가능한 회전 패드 캐리어; A rotary pad carrier movable along the lateral axis; 현장에서 필름 두께변화를 측정하는 센서; 그리고 A sensor for measuring film thickness change in the field; And 상기 패드 캐리어의 회전운동에 대하여 발휘된 저항을 측정하는 센서;를 포함하는 장치. And a sensor for measuring resistance exerted with respect to the rotational movement of the pad carrier. 제 6 항에 있어서, 패드와 웨이퍼 캐리어의 측방향 운동과 회전 운동이 DC 모터에 의해서 달성되는 장치. 7. The apparatus of claim 6 wherein lateral and rotational movements of the pad and the wafer carrier are achieved by a DC motor. 제 6 항에 있어서, 상기 패드 캐리어의 측방향 운동과 회전 운동이 자기부상장치의 사용에 의해서 달성되는 장치. 7. The apparatus of claim 6, wherein the lateral and rotational movements of the pad carrier are achieved by the use of a magnetic levitation device. 제 6 항에 있어서, 필름 두께변화는 금속 필름을 위한 14-포인트 탐침이나 와상전류장치에 의해서 측정되는 장치. 7. The apparatus of claim 6, wherein the film thickness change is measured by a 14-point probe or eddy current device for the metal film. 제 9 항에 있어서, 상기 필름은 유전체 필름이고 상기 측정은 광학센서에 의해서 이루어지는 장치. 10. The apparatus of claim 9, wherein the film is a dielectric film and the measurement is made by an optical sensor. 제 10 항에 있어서, 금속과 비금속에 대한 막두께 변화를 측정하기 위한 음향센서가 동시에 사용되는 장치. An apparatus according to claim 10, wherein an acoustic sensor for measuring the change in film thickness for metals and nonmetals is used simultaneously. IC 웨이퍼 처리를 위한 폴리싱 테이프를 이용하는 폴리셔로서, A polisher using a polishing tape for IC wafer processing, 슬러리 운반장치, 테이프 운영장치, 테이프에 대한 안내장치, 그리고 테이프 세척, 컨디셔닝 및 재활용을 위한 장치를 포함하는 폴리셔. Polisher including slurry carrier, tape operator, guide to tape, and device for tape cleaning, conditioning and recycling. 제 12 항에 있어서, 테이프는 천연재료, 공정 천연재료 또는 합성재료로 제조될 수 있는 폴리셔. 13. The polisher according to claim 12, wherein the tape can be made of natural material, process natural material or synthetic material. 제 12 항에 있어서, 테이프 운영장치는 테이프 텐션의 컨트롤러, 테이프 운동의 컨트롤러, 테이프 컨디셔너, 테이프가 웨이퍼에 도달하기 전에 패턴의 부조, 테이프의 다른 측의 사용을 허용하는 플리핑 기구 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 폴리셔. 13. The tape operating apparatus of claim 12, wherein the tape operator comprises a controller of tape tension, a controller of tape motion, a tape conditioner, a relief of the pattern before the tape reaches the wafer, a flipping mechanism that allows use of the other side of the tape, and combinations thereof. Polisher selected from the group consisting of: 제 12 항에 있어서, 테이프 안내장치는 테이프와 웨이퍼 사이의 거리를 조절하는 솔리드 롤러나 블록을 포함하는 폴리셔.13. The polisher of claim 12, wherein the tape guide comprises a solid roller or block that adjusts the distance between the tape and the wafer.
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