KR20150132525A - 화학 기계적 폴리싱을 위한 웨이퍼 및 웨이퍼 에지/사면 클리닝 모듈을 이용하는 디스크/패드 클리닝의 설계 - Google Patents

화학 기계적 폴리싱을 위한 웨이퍼 및 웨이퍼 에지/사면 클리닝 모듈을 이용하는 디스크/패드 클리닝의 설계 Download PDF

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Abstract

화학 기계적 평탄화(CMP) 이후에 기판을 클리닝하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 이 장치는 하우징; 제1 축 상에서 회전가능하며, 기판을 실질적으로 수직 배향으로 유지하도록 구성된 기판 홀더; 평행하고 이격된 관계로 기판 홀더에 대향하는 패드 유지 표면을 갖는 제1 패드 홀더 - 제1 패드 홀더는 제1 축에 평행한 제2 축 상에서 회전가능함 -; 제1 축과 제2 축 사이에 규정된 거리를 변경하기 위해서 기판 홀더에 대하여 패드 홀더를 이동시키도록 동작가능한 제1 액추에이터; 및 하우징에 배치된 제2 패드 홀더 - 제2 패드 홀더는 평행하고 이격된 관계로 기판 홀더에 대향하는 패드 유지 표면을 갖고, 제2 패드 홀더는 회전식 암과 결합됨 - 를 포함한다.

Description

화학 기계적 폴리싱을 위한 웨이퍼 및 웨이퍼 에지/사면 클리닝 모듈을 이용하는 디스크/패드 클리닝의 설계{DESIGN OF DISK/PAD CLEAN WITH WAFER AND WAFER EDGE/BEVEL CLEAN MODULE FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING}
본 발명의 구현예들은 화학 기계적 평탄화(CMP: chemical mechanical planarizing) 이후에 기판을 클리닝하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
현대의 반도체 집적 회로들(IC들)을 제조하는 프로세스에서, 포토레지스트 마스크들의 정확한 형성을 보장하고 스택 허용 오차(tolerances)를 유지하기 위해서 후속 층들을 퇴적하기 이전에 표면들을 평탄화하는 것이 종종 필요하다. IC 제조 중에 층을 평탄화하기 위한 한가지 방법은 화학 기계적 평탄화(CMP)이다. 일반적으로, CMP는 기판으로부터 표면 불균일들을 제거하기 위해서 폴리싱 헤드에 유지된 기판을 폴리싱 재료에 대하여 상대적으로 이동시키는 것을 수반한다. CMP 프로세스에서, 폴리싱 재료는 연마재 또는 화학적 폴리싱 조성물 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 폴리싱 유체로 습윤된다. 이 프로세스는 기판 상의 전도성 재료를 전기화학적으로 평탄화하기 위해 전기적으로 보조될 수 있다.
산화물과 같은 경질 재료들을 평탄화하는 것은 폴리싱 유체 또는 폴리싱 재료 자체가 연마재를 포함하는 것을 통상적으로 요구한다. 연마재가 종종 폴리싱되고 있는 재료 층에 부분적으로 임베딩되거나 점착(cling)하므로, 기판은 폴리싱된 층으로부터 연마재를 제거하기 위해 버핑 모듈(buffing module) 상에서 처리된다. 버핑 모듈은, 탈이온수 또는 화학 용액의 존재 하에, 폴리싱 헤드에 여전히 유지되어 있는 기판을 버핑 재료에 대하여 이동시킴으로써 CMP 프로세스 중에 이용된 연마재 및 폴리싱 유체를 제거한다. 버핑 모듈은, 이용된 폴리싱 유체 및 기판이 처리되는 재료를 제외하고는, CMP 모듈과 실질적으로 동일하다.
버핑되고나면, 기판은, 평탄화 및 버핑 프로세스 이후에 기판에 점착되는 임의의 나머지 연마 입자 및/또는 다른 오염물질이 기판 상에서 경화되어 결함을 생성할 수 있기 전에, 이들을 추가로 제거하는 일련의 클리닝 모듈들로 이송된다. 클리닝 모듈들은 예를 들어 메가소닉 클리너(megasonic cleaner), 스크러버(scrubber)나 스크러버들, 및 건조기를 포함할 수 있다. 기판들을 수직 배향으로 지지하는 클리닝 모듈들이 특히 유리한데, 그 이유는 이 클리닝 모듈들이 또한 중력을 이용하여 클리닝 프로세스 동안 입자들의 제거를 증대시키고, 또한 통상적으로 더 콤팩트하기 때문이다.
현재의 CMP 프로세스들은 강건하며 신뢰성있는 시스템들인 것으로 보여지고 있지만, 이러한 시스템 장비의 구성에서는, 부가적인 CMP 모듈들을 위해 대안적으로 이용될 수 있는 중요한 공간(critical space)을 버핑 모듈이 이용할 필요가 있다. 그러나, 특정 폴리싱 유체들, 예를 들어 세륨 산화물을 이용하는 폴리싱 유체들은 특히 제거하기가 어렵고, 통상의 클리닝 모듈들은 클리닝 이전에 버핑되지 않은 산화물 표면들로부터 연마 입자들을 만족스럽게 제거하는 능력을 증명하지 않았으므로 통상적으로 클리닝 모듈들로 이송되기 이전에 버핑 모듈에서 기판을 처리하는 것을 요구한다.
그러므로, 관련 기술분야에서는 개선된 CMP 프로세스 및 클리닝 모듈이 필요하다.
본 발명의 구현예들은 화학 기계적 평탄화(CMP) 이후에 기판을 클리닝하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 일 구현예에서, 입자 클리닝 모듈이 제공된다. 이 입자 클리닝 모듈은 하우징; 하우징에 배치된 기판 홀더 - 기판 홀더는 기판을 실질적으로 수직 배향으로 유지하도록 구성되고, 기판 홀더는 제1 축 상에서 회전가능함 -; 하우징에 배치된 제1 패드 홀더 - 제1 패드 홀더는 평행하고 이격된 관계로 기판 홀더에 대향하는 패드 유지 표면을 갖고, 제1 패드 홀더는 제1 축에 평행한 제2 축 상에서 회전가능함 -; 제1 축과 제2 축 사이에 규정된 거리를 변경하기 위해서 기판 홀더에 대하여 제1 패드 홀더를 이동시키도록 동작가능한 제1 액추에이터; 및 하우징에 배치된 제2 패드 홀더 - 제2 패드 홀더는 평행하고 이격된 관계로 기판 홀더에 대향하는 패드 유지 표면을 갖고, 제2 패드 홀더는 제1 축 및 제2 축에 평행한 제3 축 상에서 회전가능함 - 를 포함한다.
일 구현예에서, 입자 클리닝 모듈이 제공된다. 이 입자 클리닝 모듈은 하우징; 하우징에 배치된 기판 홀더; 하우징에 배치된 제1 패드 홀더; 하우징에 배치된 제2 패드 홀더; 및 회전식 암 어셈블리(rotary arm assembly)를 포함한다. 기판 홀더는 기판을 실질적으로 수직 배향으로 유지하도록 구성되고, 기판 홀더는 제1 축 상에서 회전가능하다. 제1 패드 홀더는 평행하고 이격된 관계로 기판 홀더에 대향하는 패드 유지 표면을 갖고, 제1 패드 홀더는 제1 축에 평행한 제2 축 상에서 회전가능하다. 제1 액추에이터는 제1 축과 제2 축 사이에 규정된 거리를 변경하기 위해서 기판 홀더에 대하여 제1 패드 홀더를 이동시키도록 동작가능하다. 제2 패드 홀더는 평행하고 이격된 관계로 기판 홀더에 대향하는 패드 유지 표면을 갖고, 제2 패드 홀더는 제1 축 및 제2 축에 평행한 제3 축 상에서 회전가능하다. 회전식 암 어셈블리는, 제2 패드 홀더와 결합되고, 기판의 표면에 걸쳐 제2 패드 홀더를 스위핑(sweeping)하도록 동작가능한 회전식 암; 및 기판을 향하여 회전식 암을 이동시키기 위한 측방향 액추에이터 메커니즘을 포함한다.
다른 구현예에서, 기판을 클리닝하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 수직 배향으로 배치된 기판을 회전시키는 단계; 회전하는 기판의 표면에 클리닝 유체를 제공하는 단계; 회전하는 기판에 대하여 제1 패드를 누르는 단계; 기판에 걸쳐 측방향으로 제1 패드를 이동시키는 단계; 회전하는 기판의 에지 부분에 폴리싱 유체를 제공하는 단계; 회전하는 기판에 대하여 제2 패드를 누르는 단계; 및 기판의 에지에 걸쳐 측방향으로 제2 패드를 이동시키는 단계를 포함한다. 회전하는 기판에 대하여 제1 패드를 누르는 단계는 제1 패드를 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 회전하는 기판에 대하여 제2 패드를 누르는 단계는 제2 패드를 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은, 기판에 걸쳐 측방향으로 제1 패드를 이동시키기 이전에, 메가소닉 클리닝 모듈에 기판을 배치하는 단계; 기판의 에지에 걸쳐 측방향으로 제2 패드를 이동시킨 이후에, 하나 이상의 브러시 모듈에 기판을 배치하는 단계; 및 하나 이상의 브러시 모듈에 기판을 배치한 이후에, 건조기에 기판을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은, 메가소닉 클리닝 모듈에 기판을 배치하기 이전에, 기판의 표면을 평탄화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은, 기판에 걸쳐 측방향으로 제1 패드를 이동시킨 이후에 그리고 하나 이상의 브러시 모듈에 기판을 배치하기 이전에, 기판에 클리닝 유체를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 기판을 클리닝하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 수직 배향으로 배치된 기판을 회전시키는 단계; 회전하는 기판의 표면에 클리닝 유체를 제공하는 단계; 회전하는 기판에 대하여 제1 패드를 누르는 단계; 만곡된 경로를 따라 기판에 걸쳐 제1 패드를 이동시키는 단계; 회전하는 기판의 에지 부분 및/또는 배제 영역(exclusion region)에 폴리싱 유체를 제공하는 단계; 회전하는 기판에 대하여 제2 패드를 누르는 단계; 및 기판의 에지에 걸쳐 측방향으로 제2 패드를 이동시키는 단계를 포함한다.
위에서 언급된 본 발명의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 발명의 더 구체적인 설명은 구현예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 동등한 효과의 다른 구현예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 발명의 전형적인 구현예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 기판의 일부분의 단면의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 입자 클리닝 모듈의 일 구현예를 포함하는 클리닝 시스템을 갖는 반도체 기판 화학 기계적 평탄화 시스템의 상면도를 도시한다.
도 3은 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 도 2에 도시된 클리닝 시스템의 정면도이다.
도 4는 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 도 2에 도시된 입자 클리닝 모듈의 단면도이다.
도 5는 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 도 4의 섹션 라인 5--5를 따라 취해진 입자 클리닝 모듈의 단면도이다.
도 6은 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 도 4의 섹션 라인 6--6을 따라 취해진 입자 클리닝 모듈의 단면도이다.
도 7은 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 도 2의 입자 클리닝 모듈 내에서 기판 홀더에 의해 유지된 기판과 패드를 맞물리게 하는 패드 홀더의 상면도이다.
도 8은 패드 컨디셔닝 어셈블리가 내부에 배치된 입자 클리닝 모듈의 개략적인 상면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 디스크 패드 홀더의 개략도들이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 디스크 패드 홀더의 개략도이다.
도 11은 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 입자 클리닝 모듈의 다른 구현예의 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 디스크 패드 홀더의 다른 구현예의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 도 11의 입자 클리닝 모듈의 다른 개략도이다.
도 14는 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 도 11의 입자 클리닝 모듈의 다른 개략도이다.
도 15는 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 패드 컨디셔닝 어셈블리의 다른 구현예를 도시하는 입자 클리닝 모듈의 일부분의 개략도이다.
도 16은 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 에지 패드 폴리싱 어셈블리의 다른 구현예의 개략도이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 곳마다, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 추가로, 일 구현예의 요소들은 유리하게는 본 명세서에 설명된 다른 구현예들에서 이용하도록 적응될 수 있다.
본 발명의 구현예들은 화학 기계적 평탄화(CMP) 이후에 기판을 클리닝하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 구현예들은 기판의 에지 및/또는 배제 영역을 클리닝 및/또는 폴리싱하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공한다. 산화물 CMP에 이용되는 연마 입자(예를 들어, 세륨 산화물(CeO))는 전통적인 PVA 브러시 스크러빙을 이용하여 제거하기가 어렵고, 폴리싱 툴 상의 부가적인 플래튼 상에서의 버핑 프로세스의 수행을 종종 요구한다. 그러나, 폴리싱 플래튼 상에서의 버핑으로도, 웨이퍼 에지(예를 들어, ≤2㎜)에 있는 입자는 제거하기가 매우 어렵다.
본 명세서에 설명된 특정 구현예들은, 입자 클리닝 이후에 웨이퍼의 에지 및/또는 배제 영역에서 슬러리 폴리싱이 수행되는 클리닝 프로세스를 제공한다. 본 발명의 특정 구현예들은, 디바이스 영역에서의 폴리싱 성능에 영향을 미치지 않으면서 웨이퍼의 에지 및/또는 배제 영역에서 슬러리 폴리싱 프로세스가 구현되는 장치를 제공한다. 유리하게는, 입자 클리닝 모듈로서 후술되는 장치는, 추가로 후술되는 바와 같이 기판을 효과적으로 클리닝하는데 필요한 소모품들의 양 및 비용을 감소시키면서, CMP 시스템의 증가된 활용 및 스루풋을 허용한다.
입자 클리닝 모듈은 전체 웨이퍼 크기를 지지할 수 있는 웨이퍼 척, 및 50㎜ 미만의 직경을 갖는 디스크 브러시 홀더를 갖는다. 웨이퍼 척 속도는 500rpm 초과일 수 있으며, 디스크 브러시 홀더 속도는 1000rpm 초과일 수 있다. 폴리텍스(politex) 타입 재료와 같은 소프트 패드가 클리닝 패드로서 사용될 수 있다. 클리닝 패드는 감압성 접착제(pressure sensitive adhesive)를 이용하여 디스크 브러시 홀더의 상부에 부착될 수 있다. 클리닝 프로세스 중에, 웨이퍼는 웨이퍼 척에 의해 회전되고, 소프트 패드를 갖는 디스크 브러시는 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼의 에지까지 또는 그 반대로 스위프하고 회전한다. 소프트 패드와 웨이퍼 사이의 갭 및/또는 접촉 압력은 선형 모터에 의해 제어될 수 있다. 이 모션은, ≤2㎜ 에지 배제부(edge exclusion)에 있는 웨이퍼 에지를 제외한 대부분의 웨이퍼 표면으로부터 연마 입자가 제거될 때까지, 수회 반복될 수 있다. 그 후에, 폴리싱 단계가 수행되는데, 여기서 폴리싱 패드가 웨이퍼의 에지로 이동되고, 폴리싱 패드 옆에 슬러리가 전달되어, 폴리싱 동안에 웨이퍼와 패드는 회전하고 접촉한다. 폴리싱 패드가 디바이스 영역을 터치하지 않고 배제 영역 및/또는 에지 영역만을 폴리싱하게 하는 것이 바람직하다. 폴리싱 패드는 고속으로 회전할 뿐만 아니라, 웨이퍼의 에지에서 앞뒤로 스위프할 수 있다. 특정 구현예들에서, 별개의 패드들, 즉 웨이퍼의 표면으로부터 입자를 제거하기 위한 제1 패드, 및 국소적인 슬러리가 전달되는 웨이퍼 에지에서 폴리싱하기 위한 제2 패드를 갖는 것이 바람직하다.
특정 구현예들에서, 입자 클리닝 모듈은 측방향 선형 모션 설계를 대신하여 회전식 암을 사용한다. 디스크/패드/유체 제트(Fluid Jet) 모듈 설계는 웨이퍼 표면 상에서 스캔하도록 디스크/패드/유체 제트를 제어하기 위해 회전식 암 모션 개념을 이용한다. 회전식 암 모션 설계를 이용함으로써, 현재의 측방향 선형 모션 디스크/패드/유체 제트 설계에 비해, 처리 탱크 밀봉 및 서비스가 더 용이해지며 제조 비용이 더 저렴해진다.
특정 구현예들에서, 입자 클리닝 모듈 설계는 다중 웨이퍼 처리를 위한 공통의 설계 레이아웃(common design layout)을 제공한다. 예를 들어, 디스크, 패드 또는 유체 제트를 교체함으로써, 이러한 공통 모듈에서 많은 종류의 웨이퍼 클리닝 프로세스를 수행할 수 있다. 입자 클리닝 모듈은 웨이퍼 에지 클리닝 및 웨이퍼 사면 클리닝을 위한 가요성(flexible) 에지 클리닝 디스크/패드를 또한 제공한다. 디스크/패드/유체 제트는 처리 힘(processing force) 및 웨이퍼 표면까지의 거리를 제어하기 위해 안팎으로 이동될 수 있다. 웨이퍼 상의 디스크/패드 클리닝 압력(pressure force)은 0~5Lb로 설정될 수 있다. 또한, 웨이퍼 진공 척 설계는 더 높은 디스크/패드 처리 힘에 대한 완전한 웨이퍼 지지를 제공한다. 웨이퍼 그리퍼(wafer gripper) 설계는 처리 및 세정 동안 웨이퍼의 양면(정면 및 후면)에 대한 웨이퍼 에지 접촉을 제공한다.
본 명세서에 설명된 구현예들은, 캘리포니아주 산타 클라라에 있는 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 MIRRA™, MIRRA MESA™, REFLEXION®, REFLEXION LK™ 및 REFLEXION® GT™ 화학 기계적 평탄화 시스템들과 같은 화학 기계적 폴리싱 프로세스 장비를 사용하여 수행될 수 있는 평탄화 프로세스 및 조성과 관련하여 후술될 것이다. 처리 패드들, 평탄화 웹들(planarizing webs) 또는 이들의 조합을 사용하는 것들, 및 기판을 평탄화 표면에 대하여 회전, 선형 또는 다른 평면 모션으로 이동시키는 것들을 포함하는 다른 평탄화 모듈들도 또한 본 명세서에 설명된 구현예들로부터 이익을 얻도록 적응될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 방법들 또는 조성들을 이용한 화학 기계적 폴리싱을 가능하게 하는 임의의 시스템이 유리하게 사용될 수 있다. 다음의 장치 설명은 예시적이며, 본 명세서에 설명된 구현예들의 범위를 제한하는 것으로서 해석되거나 이해되어서는 안 된다.
도 1은 기판(100)의 일부분의 단면의 개략적인 도면이다. 도 1을 참조하면, 기판(100)은 2개의 주표면(102a, 102b) 및 에지(104)를 포함할 수 있다. 기판(100)의 각각의 주표면(102a, 102b)은 디바이스 영역(106a, 106b) 및 배제 영역(108a, 108b)을 포함할 수 있다. (그러나, 통상적으로, 2개의 주표면(102a, 102b) 중 하나만이 디바이스 영역 및 배제 구역을 포함할 것이다.) 배제 영역들(108a, 108b)은 디바이스 영역들(106a, 106b)과 에지(104) 사이에서 버퍼의 역할을 할 수 있다. 기판(100)의 에지(104)는 외측 에지(110) 및 사면들(112, 114)을 포함할 수 있다. 사면들(112, 114)은 2개의 주표면(102a, 102b)의 배제 영역들(108a, 108b)과 외측 에지(110) 사이에 위치할 수 있다. 본 발명은 디바이스 영역들(106a, 106b)에 영향을 미치지 않으면서 기판(100)의 적어도 하나의 사면(112, 114) 및 외측 에지(110)를 클리닝 및/또는 폴리싱하도록 되어 있다. 일부 구현예들에서, 배제 영역들(108a, 108b)의 전부 또는 일부도 또한 클리닝되거나 폴리싱될 수 있다.
도 2는 본 발명의 입자 클리닝 모듈(282)의 일 구현예를 포함하는 클리닝 시스템(216)을 갖는 반도체 기판 화학 기계적 평탄화(CMP) 시스템(200)의 상면도를 도시한다. 도 2에는 CMP 시스템(200) 및 클리닝 시스템(216)에 대한 예시적인 구성들이 제공되어 있지만, 본 발명의 입자 클리닝 모듈(282)의 구현예들은 단독으로, 또는 대안적인 구성들을 갖는 클리닝 시스템들 및/또는 대안적인 구성들을 갖는 CMP 시스템들과 함께 사용될 수 있다고 고려된다.
클리닝 시스템(216)에 부가하여, 예시적인 CMP 시스템(200)은 팩토리 인터페이스(202), 로딩 로봇(204) 및 평탄화 모듈(206)을 일반적으로 포함한다. 로딩 로봇(204)은 팩토리 인터페이스(202)와 평탄화 모듈(206)에 근접 배치되어, 팩토리 인터페이스와 평탄화 모듈 사이에서의 기판들(100)의 이송을 용이하게 한다.
CMP 시스템(200)의 모듈들의 제어 및 통합을 용이하게 하기 위해 제어기(208)가 제공된다. 제어기(208)는 중앙 처리 유닛(CPU)(210), 메모리(212) 및 지원 회로들(214)을 포함한다. 제어기(208)는 예를 들어 평탄화, 클리닝 및 이송 프로세스들의 제어를 용이하게 하기 위해 CMP 시스템(200)의 다양한 컴포넌트들에 결합된다.
팩토리 인터페이스(202)는 인터페이스 로봇(220) 및 하나 이상의 기판 카세트(218)를 일반적으로 포함한다. 인터페이스 로봇(220)은 기판 카세트들(218)과 클리닝 시스템(216)과 입력 모듈(224) 간에 기판들(100)을 이송하기 위해 사용된다. 입력 모듈(224)은 추가로 후술되는 바와 같이 평탄화 모듈(206)과 팩토리 인터페이스(202) 사이에서의 기판들(100)의 이송을 용이하게 하도록 위치된다.
선택적으로, 클리닝 시스템(216)에서 나가는 폴리싱된 기판들은 팩토리 인터페이스(202)에 배치된 계측 시스템(280)에서 테스트될 수 있다. 계측 시스템(280)은 캘리포니아주 서니베일에 위치하는 Nova Measuring Instruments, Inc.로부터 입수가능한 NovaScan 420과 같은 광학 측정 디바이스를 포함할 수 있다. 계측 시스템(280)은 광학 측정 디바이스 또는 다른 계측 디바이스로부터의 기판들의 출입을 용이하게 하기 위한 버퍼 스테이션(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 하나의 이러한 적합한 버퍼는 Pinson 등에 대해 2001년 6월 12일자로 등록된 미국 특허 제6,244,931호에 기재되어 있다.
평탄화 모듈(206)은 적어도 하나의 CMP 스테이션을 포함한다. CMP 스테이션은 전기화학 기계적 평탄화 스테이션으로서 구성될 수 있다고 고려된다. 도 2에 도시된 구현예에서, 평탄화 모듈(206)은 환경적으로 제어되는 인클로저(288)에 배치되는 제1 스테이션(228), 제2 스테이션(230) 및 제3 스테이션(232)으로서 도시된 복수의 CMP 스테이션을 포함한다. 제1 스테이션(228)은 연마재 함유 폴리싱 유체를 이용하여 산화물 평탄화 프로세스를 수행하도록 구성된 통상의 CMP 스테이션을 포함한다. 다른 타입의 폴리싱 유체들의 이용을 포함하는, 다른 재료들을 평탄화하기 위한 CMP 프로세스들이 대안적으로 수행될 수 있다고 고려된다. CMP 프로세스가 사실상 통상적이므로, CMP 프로세스의 추가 설명은 간결성을 위해 생략되었다. 제2 스테이션(230) 및 제3 스테이션(232)은 추가로 상세하게 후술될 것이다.
예시적인 평탄화 모듈(206)은 머신 베이스(machine base)(240)의 상부측 또는 제1 측(238)에 배치되는 이송 스테이션(236) 및 캐러셀(carousel)(234)을 또한 포함한다. 일 구현예에서, 이송 스테이션(236)은 입력 버퍼 스테이션(242), 출력 버퍼 스테이션(244), 이송 로봇(246) 및 로드 컵 어셈블리(load cup assembly)(248)를 포함한다. 로딩 로봇(204)은 입력 모듈(224)로부터 기판들을 회수하고, 입력 버퍼 스테이션(242)으로 기판들을 이송하도록 구성된다. 로딩 로봇(204)은 폴리싱된 기판들을 출력 버퍼 스테이션(244)으로부터 입력 모듈(224)로 복귀시키기 위해 또한 사용되는데, 이후 이 입력 모듈로부터, 폴리싱된 기판들은, 팩토리 인터페이스(202)에 결합된 카세트들(218)로 인터페이스 로봇(220)에 의해 복귀되기 이전에, 클리닝 시스템(216)을 통하여 이동된다. 이송 로봇(246)은 버퍼 스테이션들(242, 244)과 로드 컵 어셈블리(248) 간에 기판들을 이동시키기 위해 사용된다.
일 구현예에서, 이송 로봇(246)은 2개의 그리퍼 어셈블리를 포함하는데, 각각의 그리퍼 어셈블리는 기판의 에지에 의해 기판을 유지하는 공압 그리퍼 핑거들(pneumatic gripper fingers)을 갖는다. 이송 로봇(246)은 처리될 기판을 입력 버퍼 스테이션(242)으로부터 로드 컵 어셈블리(248)로 이송하는 동시에, 처리된 기판을 로드 컵 어셈블리(248)로부터 출력 버퍼 스테이션(244)으로 이송할 수 있다. 유리하게 사용될 수 있는 이송 스테이션의 일례는 Tobin에 대해 2000년 12월 5일자로 등록된 미국 특허 제6,156,124호에 기재되어 있다.
캐러셀(234)은 베이스(240) 상에서 중앙에 배치된다. 캐러셀(234)은 폴리싱 헤드(252)를 각각 지지하는 복수의 암(250)을 통상적으로 포함한다. 도 2에 도시된 암들(250) 중 2개의 암은, 이송 스테이션(236) 및 제1 스테이션(228)의 폴리싱 패드(226)의 평탄화 표면이 보여질 수 있도록 가상선으로 도시되어 있다. 캐러셀(234)은, 폴리싱 헤드 어셈블리들(252)이 평탄화 스테이션들(228, 230, 232)과 이송 스테이션(236) 사이에서 이동될 수 있도록 인덱싱가능하다. 유리하게 사용될 수 있는 하나의 캐러셀은 Perlov 등에 대해 1998년 9월 8일자로 등록된 미국 특허 제5,804,507호에 기재되어 있다.
클리닝 시스템(216)은, 폴리싱 이후에 남아 있는 과잉 퇴적 재료, 폴리싱 유체, 연마재 및/또는 폴리싱 파편을, 폴리싱된 기판들로부터 제거한다. 클리닝 시스템(216)은 복수의 클리닝 모듈(260), 기판 핸들러(266), 건조기(262) 및 출력 모듈(256)을 포함한다. 기판 핸들러(266)는 평탄화 모듈(206)로부터 복귀되는 처리된 기판(100)을 입력 모듈(224)로부터 회수하여, 기판(100)을 복수의 클리닝 모듈(260) 및 건조기(262)를 통해 이송한다. 건조기(262)는 클리닝 시스템(216)에서 나가는 기판들을 건조하고, 인터페이스 로봇(220)에 의한 클리닝 시스템(216)과 팩토리 인터페이스(202) 사이의 기판 이송을 용이하게 한다. 건조기(262)는 회전-세정-건조기(spin-rinse-dryer) 또는 다른 적합한 건조기일 수 있다. 적합한 건조기(262)의 일례는 MESA™ 또는 Desica® 기판 클리너들의 일부로서 발견될 수 있는데, 이들 양자는 캘리포니아주 산타 클라라에 있는 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능하다.
도 2에 도시된 구현예에서, 클리닝 시스템(216)에서 사용되는 클리닝 모듈들(260)은 메가소닉 클리닝 모듈(264A), 입자 클리닝 모듈(282), 제1 브러시 모듈(264B) 및 제2 브러시 모듈(264C)을 포함한다. 그러나, 본 발명의 입자 클리닝 모듈(282)은 하나 이상의 모듈 타입을 갖는 하나 이상의 모듈을 통합한 클리닝 시스템들과 함께 사용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 모듈들(260) 각각은 수직으로 배향된 기판, 즉 폴리싱된 표면이 실질적으로 수직 평면에 있는 기판을 처리하도록 구성된다. 수직 평면은 도 2에 도시된 X 축 및 Z 축에 수직인 Y 축으로 표현된다. 입자 클리닝 모듈(282)은 도 4를 참조하여 추가로 상세하게 후술될 것이다.
동작 시에, CMP 시스템(200)은, 기판(100)이 인터페이스 로봇(220)에 의해 카세트들(218) 중 하나로부터 입력 모듈(224)로 이송되는 것으로 기동된다. 다음에, 로딩 로봇(204)이 입력 모듈(224)로부터 평탄화 모듈(206)의 이송 스테이션(236)으로 기판을 이동시킨다. 기판(100)은, 수평 배향에 있으면서, 폴리싱 헤드(252)에 로딩되고, 폴리싱 패드(226) 위로 이동되어 폴리싱 패드에 대하여 폴리싱된다. 기판이 폴리싱되고나면, 폴리싱된 기판들(100)은 이송 스테이션(236)으로 복귀되는데, 거기에서 로봇(204)은 기판을 수직 배향으로 회전시키면서 평탄화 모듈(206)로부터 입력 모듈(224)로 기판(100)을 이송할 수 있다. 다음에, 기판 핸들러(266)가 입력 모듈(224)로부터 기판을 회수하고, 기판을 클리닝 시스템(216)의 클리닝 모듈들(260)을 통해 이송한다. 모듈들(260) 각각은 기판을 클리닝 프로세스 전체에 걸쳐 수직 배향으로 지지하도록 되어 있다. 클리닝되고나면, 클리닝된 기판(100)은 출력 모듈(256)로 보내진다. 클리닝된 기판(100)은 인터페이스 로봇(220)에 의해 이 클리닝된 기판(100)을 수평 배향으로 복귀시키면서 카세트들(218) 중 하나로 복귀된다. 선택적으로, 인터페이스 로봇(220)은 카세트(218)로의 기판의 복귀 이전에 클리닝된 기판을 계측 시스템(280)으로 이송할 수 있다.
임의의 적합한 기판 핸들러가 사용될 수 있지만, 도 2에 도시된 기판 핸들러(266)는, 입력 모듈(224)과 클리닝 모듈들(260)과 건조기(262) 사이에서 기판들을 이송하도록 구성되는 적어도 하나의 그리퍼(2개의 그리퍼(274, 276)가 도시되어 있음)를 갖는 로봇(268)을 포함한다. 선택적으로, 기판 핸들러(266)는 상호 오염을 감소시키기 위해 최종 클리닝 모듈(260)과 건조기(262) 사이에서 기판을 이송하도록 구성된 제2 로봇(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 구현예에서, 기판 핸들러(266)는 클리닝 시스템(216)으로부터 인터페이스 로봇(220) 및 카세트들(218)을 분리하는 파티션(258)에 결합된 레일(272)을 포함한다. 로봇(268)은 클리닝 모듈들(260), 건조기(262), 입력 모듈(224) 및 출력 모듈(256)에 대한 접근을 용이하게 하기 위해서 레일(272)을 따라 측방향으로 이동하도록 구성된다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 기판 핸들러(266)의 정면도를 도시한다. 기판 핸들러(266)의 로봇(268)은 캐리지(302), 장착 플레이트(304) 및 기판 그리퍼들(274, 276)을 포함한다. 캐리지(302)는 레일(272) 상에 슬라이딩가능하게 장착되고, Z 축에 평행한 레일(272)에 의해 규정되는 제1 모션축(A1)을 따라 액추에이터(306)에 의해 수평으로 구동된다. 액추에이터(306)는 벨트(310)에 결합된 모터(308)를 포함한다. 캐리지(302)는 벨트(310)에 부착된다. 모터(308)가 클리닝 시스템(216)의 하나의 단부에 위치한 도르래(sheave)(312) 둘레에 벨트(310)를 전진시킴에 따라, 캐리지(302)는 레일(272)을 따라 이동하여, 로봇(268)을 선택적으로 위치결정한다. 모터(308)는 입력 및 출력 모듈들(224, 256) 및 다양한 클리닝 모듈들(260) 위에 로봇(268)을 정확하게 위치결정하는 것을 돕기 위한 인코더(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 액추에이터(306)는 레일(272)을 따라 캐리지(302)의 위치를 제어할 수 있는 임의의 형태의 회전식 또는 선형 액추에이터일 수 있다. 일 구현예에서, 캐리지(302)는 벨트 드라이브를 갖는 선형 액추에이터, 예컨대 일본 도쿄에 위치한 THK Co., Ltd.로부터 상업적으로 입수가능한 GL15B 선형 액추에이터에 의해 구동된다.
장착 플레이트(304)가 캐리지(302)에 결합된다. 장착 플레이트(304)는 적어도 2개의 평행 트랙(316A-B)을 포함하는데, 이들 평행 트랙을 따라 그리퍼들(274, 276)의 위치들이 제2 및 제3 모션축(A2, A3)을 따라서 독립적으로 작동된다. 제2 및 제3 모션축(A2, A3)은 제1 축(A1)에 수직으로 배향되며, Y 축에 평행하다.
도 4는 도 2의 입자 클리닝 모듈(282)의 단면도를 도시한다. 입자 클리닝 모듈(282)은 하우징(402), 기판 회전 어셈블리(404), 제1 패드 작동 어셈블리(406) 및 제2 패드 작동 어셈블리(470)를 포함한다. 제1 패드 작동 어셈블리(406) 및 제2 패드 작동 어셈블리(470)가 도시되어 있지만, 본 명세서에 설명된 구현예들은 단일의 패드 작동 어셈블리를 사용하여 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 제1 패드 작동 어셈블리(406) 및 제2 패드 작동 어셈블리(470)는 별개의 하우징에 위치할 수 있다. 하우징(402)은 하우징의 상부에 있는 개구(408), 및 하우징의 하부(418)에 있는 기판 수용기(410)를 포함한다. 유체가 하우징(402)으로부터 제거되는 것을 허용하기 위해서 하우징(402)의 하부(418)를 통하여 배수구(468)가 형성된다. 개구(408)는 로봇(268)(도 4에는 도시되지 않음)이 하우징(402) 내에 정의된 내부 용적(412)으로 기판을 수직으로 이송하는 것을 허용한다. 하우징(402)은 로봇(268)이 하우징(402)을 출입하는 것을 허용하도록 개방 및 폐쇄될 수 있는 덮개(lid)(430)를 선택적으로 포함할 수 있다.
기판 수용기(410)는 Y 축에 평행하게 상측으로 향하는 기판 수용 슬롯(432)을 갖는다. 수용 슬롯(432)은 기판(100)의 둘레를 수용하도록 크기가 정해지며, 그에 따라 기판 핸들러(266)의 그리퍼들(274, 276) 중 하나가 기판(100)을 실질적으로 수직 배향으로 수용 슬롯(432)에 배치하는 것을 허용한다. 기판 수용기(410)는 Z-Y 액추에이터(411)에 결합된다. Z-Y 액추에이터(411)는, 기판 수용기(410)에 배치된 기판(100)의 중심선을 기판 회전 어셈블리(404)의 중심선과 정렬시키기 위해서 기판 수용기(410)를 Y 축으로 상향 이동시키도록 작동될 수 있다. 기판(100)의 중심선이 기판 회전 어셈블리(404)의 중심선과 정렬되고나면, Z-Y 액추에이터(411)는, 기판(100)을 기판 회전 어셈블리(404)에 대하여 접촉시키기 위해서 기판 수용기(410)를 Z 축으로 이동시키도록 작동될 수 있는데, 그 후 기판 회전 어셈블리는 기판(100)을 기판 회전 어셈블리(404)에 척킹하도록 작동한다. 기판(100)이 기판 회전 어셈블리(404)에 척킹된 이후에, Z-Y 액추에이터(411)는, 기판 회전 어셈블리(404)에 의해 유지되는 기판(100)이 기판 수용기(410)와 접촉하지 않으면서 회전될 수 있도록 기판 회전 어셈블리(404) 및 기판(100)에서 떨어져서 기판 수용기(410)를 Y 축으로 이동시키도록 작동될 수 있다.
기판 회전 어셈블리(404)는 하우징(402)에 배치되며, 기판 회전 메커니즘(416)에 결합된 기판 홀더(414)를 포함한다. 기판 홀더(414)는 정전 척, 진공 척, 기계적 그리퍼, 또는 입자 클리닝 모듈(282) 내에서의 처리 중에 기판이 회전되는 동안 기판(100)을 단단히 유지하기 위한 임의의 다른 적합한 메커니즘일 수 있다. 바람직하게는, 기판 홀더(414)는 정전 척 또는 진공 척 중 어느 하나이다.
도 5는 도 4의 섹션 라인 5--5를 따라 취해진 입자 클리닝 모듈(282)의 단면도로서, 따라서 기판 홀더(414)의 면(504)을 도시한다. 도 4 및 도 5 양쪽 모두를 참조하면, 기판 홀더(414)의 면(504)은 진공 소스(497)에 유체 결합된 하나 이상의 애퍼처(502)를 포함한다. 진공 소스(497)는 기판(100)과 기판 홀더(414) 사이에 진공을 가함으로써 기판(100)과 기판 홀더(414)를 고정하도록 동작가능하다. 기판(100)이 기판 홀더(414)에 의해 유지되고나면, 기판 수용기(410)는 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 기판에서 떨어지도록 하우징(402)의 하부(418)를 향하여 Y 축에 평행한 수직 방향으로 하향 이동한다. 기판 수용기(410)는 기판에서 더 떨어지도록 하우징(402)의 에지(420)를 향하여 수평 방향으로 이동할 수 있다.
기판 홀더(414)는 하우징(402)을 통해 형성된 홀(424)을 통하여 연장되는 제1 샤프트(423)에 의해 기판 회전 메커니즘(416)에 결합된다. 홀(424)은 제1 샤프트(423)와 하우징(402) 사이에 밀봉을 제공하기 위한 밀봉 부재들(426)을 선택적으로 포함할 수 있다. 기판 홀더(414)는 기판 회전 메커니즘(416)에 의해 제어가능하게 회전된다. 기판 회전 메커니즘(416)은 전기 모터, 에어 모터, 또는 기판 홀더(414) 및 기판 홀더에 척킹된 기판(100)을 회전시키기에 적합한 임의의 다른 모터일 수 있다. 기판 회전 메커니즘(416)은 제어기(208)에 결합된다. 동작 시에, 기판 회전 메커니즘(416)은 제1 샤프트(423)를 회전시키고, 이 제1 샤프트가 기판 홀더(414) 및 기판 홀더에 고정된 기판(100)을 회전시킨다. 일 구현예에서, 기판 회전 메커니즘(416)은 기판 홀더(414)(및 기판(100))를 적어도 500rpm(revolutions per minute)의 속도로 회전시킨다.
제1 패드 작동 어셈블리(406)는 패드 회전 메커니즘(436), 패드 클리닝 헤드(438) 및 측방향 액추에이터 메커니즘(442)을 포함한다. 패드 클리닝 헤드(438)는 하우징(402)의 내부 용적(412)에 위치하고, 패드(444)를 유지하는 패드 홀더(434) 및 유체 전달 노즐(450)을 포함한다. 유체 전달 노즐(450)은, 기판(100)의 클리닝 중에 탈이온수, 화학 용액 또는 임의의 다른 적합한 유체를 패드(444)에 제공하는 유체 전달 소스(498)에 결합된다. 덮개(430)는, 처리 중에 유체가 하우징(402)에서 벗어나는 것을 방지하기 위해서 유체 전달 노즐(450) 위의 하우징(402)의 개구(408)를 폐쇄하는 위치로 이동될 수 있다.
패드 홀더(434)의 중심선은 기판 홀더(414)의 중심선과 정렬될 수 있다. 패드 홀더(434)(및 패드(444))는 기판(100)의 직경보다 훨씬 더 작은 직경, 예를 들어 적어도 기판의 직경의 절반보다 작은 직경 또는 심지어는 기판의 직경의 약 1/8보다 작은 직경을 갖는다. 일 구현예에서, 패드 홀더(434)(및 패드(444))는 약 25㎜ 미만의 직경을 가질 수 있다. 패드 홀더(434)는, 클램프, 진공, 접착제, 또는 패드(444)가 다수의 기판(100)을 클리닝한 이후에 마모됨에 따라 패드(444)가 주기적으로 교체되는 것을 허용하는 다른 적합한 기술을 이용하여 패드(444)를 유지할 수 있다.
패드(444)는, 다공성 고무, 폴리우레탄 등과 같은 폴리머 재료, 예를 들어 델라웨어주 뉴어크에 있는 Rodel, Inc.로부터 입수가능한 POLYTEX™ 패드로 제조될 수 있다. 일 구현예에서, 패드 홀더(434)는 브러시 또는 임의의 다른 적합한 클리닝 디바이스를 유지하기 위해 사용될 수 있다. 패드 홀더(434)는 제2 샤프트(446)에 의해 패드 회전 메커니즘(436)에 결합된다. 제2 샤프트(446)는 Z 축에 평행하게 배향되며, 하우징(402)을 통해 형성된 긴 슬릿을 통하여 내부 용적(412)으로부터 패드 회전 메커니즘(436)으로 연장된다. 패드 회전 메커니즘(436)은 전기 모터, 에어 모터, 또는 패드 홀더(434) 및 패드(444)를 기판에 대하여 회전시키기 위한 임의의 다른 적합한 모터일 수 있다. 패드 회전 메커니즘(436)은 제어기(208)에 결합된다. 일 구현예에서, 패드 회전 메커니즘(436)은 패드 홀더(434)(및 패드(444))를 적어도 약 1000rpm의 속도로 회전시킨다.
패드 회전 메커니즘(436)은 축방향 액추에이터(440)에 의해 브래킷(454)에 결합된다. 축방향 액추에이터(440)는 제어기(208) 또는 다른 적합한 제어기에 결합되고, 기판 홀더(414)에 의해 유지된 기판(100)에 접하게 그리고 이 기판에서 떨어지게 패드(444)를 이동시키기 위해 Z 축을 따라 패드 홀더(434)를 이동시키도록 동작가능하다. 축방향 액추에이터(440)는 팬케이크 실린더, 선형 액추에이터, 또는 Z 축에 평행한 방향으로 패드 홀더(434)를 이동시키기 위한 임의의 다른 적합한 메커니즘일 수 있다. 동작 시에, 기판 홀더(414)가 기판과 접촉하고 이 기판을 유지한 이후에, 축방향 액추에이터(440)는 패드 홀더(434)를 기판(100)과 접촉하도록 z 방향으로 구동한다.
브래킷(454)은, 도 6에 도시된 바와 같이, X 축에 평행한 방향으로 측방향으로 패드 클리닝 헤드(438)가 이동하는 것을 허용하는 레일(458) 및 캐리지(456)에 의하여 측방향 액추에이터 메커니즘(442)에 의해 베이스(462)에 결합된다. 캐리지(456)는 레일(458) 상에 슬라이딩가능하게 장착되며, 기판(100)에 걸쳐 패드(444)를 스캔하도록 측방향 액추에이터 메커니즘(442)에 의해 수평으로 구동된다. 측방향 액추에이터 메커니즘(442)은 리드 스크류(lead screw), 선형 액추에이터, 또는 클리닝 헤드(438)를 수평으로 이동시키기 위한 임의의 다른 적합한 메커니즘일 수 있다. 측방향 액추에이터 메커니즘(442)은 제어기(208) 또는 다른 적합한 제어기에 결합된다.
제2 패드 작동 어셈블리(470)는 패드 회전 메커니즘(472), 패드 폴리싱 헤드(474) 및 측방향 액추에이터 메커니즘(476)을 포함한다. 패드 폴리싱 헤드(474)는 하우징(402)의 내부 용적(412)에 위치하고, 패드(480)를 유지하는 패드 홀더(478) 및 유체 전달 노즐(482)을 포함한다. 유체 전달 노즐(482)은, 기판(100)의 에지 영역 및/또는 배제 영역의 폴리싱 중에 폴리싱 슬러리, 탈이온수, 화학 용액 또는 임의의 다른 적합한 유체를 패드(480)에 제공하는 유체 전달 소스(484)에 결합된다. 덮개(430)는, 처리 중에 유체가 하우징(402)에서 벗어나는 것을 방지하기 위해서 유체 전달 노즐(482) 위의 하우징(402)의 개구(408)를 폐쇄하는 위치로 이동될 수 있다.
제2 패드 홀더(478)의 중심선은 기판(100)의 에지와 정렬될 수 있다. 제2 패드 홀더(478)(및 폴리싱 패드(480))는 기판(100)의 직경보다 훨씬 더 작은 직경, 예를 들어 적어도 기판의 직경의 절반보다 작은 직경 또는 심지어는 기판의 직경의 약 1/8보다 작은 직경을 갖는다. 일 구현예에서, 제2 패드 홀더(478)(및 폴리싱 패드(480))는 약 50㎜ 미만의 직경을 가질 수 있다. 제2 패드 홀더(478)는, 클램프, 진공, 접착제, 또는 폴리싱 패드(480)가 다수의 기판(100)의 에지를 폴리싱한 이후에 마모됨에 따라 폴리싱 패드(480)가 주기적으로 교체되는 것을 허용하는 다른 적합한 기술을 이용하여 폴리싱 패드(480)를 유지할 수 있다.
폴리싱 패드(480)는, 다공성 고무, 폴리우레탄 등과 같은 폴리머 재료, 예를 들어 델라웨어주 뉴어크에 있는 Rodel, Inc.로부터 입수가능한 POLYTEX™ 패드로 제조될 수 있다. 폴리싱 패드(480)는 고정된 연마 패드일 수 있다. 제2 패드 홀더(478)는 제3 샤프트(486)에 의해 패드 회전 메커니즘(472)에 결합된다. 제3 샤프트(486)는 Z 축에 평행하게 배향되며, 하우징(402)을 통해 형성된 긴 슬릿을 통하여 내부 용적(412)으로부터 패드 회전 메커니즘(472)으로 연장된다. 패드 회전 메커니즘(472)은 전기 모터, 에어 모터, 또는 제2 패드 홀더(478) 및 폴리싱 패드(480)를 기판(100)에 대하여 회전시키기 위한 임의의 다른 적합한 모터일 수 있다. 패드 회전 메커니즘(472)은 제어기(208)에 결합된다. 일 구현예에서, 패드 회전 메커니즘(472)은 제2 패드 홀더(478)(및 폴리싱 패드(480))를 적어도 약 1000rpm의 속도로 회전시킨다.
패드 회전 메커니즘(472)은 축방향 액추에이터(490)에 의해 브래킷(488)에 결합된다. 축방향 액추에이터(490)는 제어기(208) 또는 다른 적합한 제어기에 결합되고, 기판 홀더(414)에 의해 유지된 기판(100)에 접하게 그리고 이 기판에서 떨어지게 폴리싱 패드(480)를 이동시키기 위해 Z 축을 따라 제2 패드 홀더(478)를 이동시키도록 동작가능하다. 축방향 액추에이터(490)는 팬케이크 실린더, 선형 액추에이터, 또는 Z 축에 평행한 방향으로 제2 패드 홀더(478)를 이동시키기 위한 임의의 다른 적합한 메커니즘일 수 있다. 동작 시에, 기판 홀더(414)가 기판과 접촉하고 이 기판을 유지한 이후에, 축방향 액추에이터(490)는 제2 패드 홀더(478)를 기판(100)과 접촉하도록 z 방향으로 구동한다.
브래킷(488)은, 도 6에 도시된 바와 같이, X 축에 평행한 방향으로 측방향으로 패드 폴리싱 헤드(474)가 이동하는 것을 허용하는 레일(496) 및 캐리지(494)에 의하여 측방향 액추에이터 메커니즘(476)에 의해 베이스(492)에 결합된다. 캐리지(494)는 레일(496) 상에 슬라이딩가능하게 장착되며, 기판(100)에 걸쳐 폴리싱 패드(480)를 스캔하도록 측방향 액추에이터 메커니즘(476)에 의해 수평으로 구동된다. 측방향 액추에이터 메커니즘(476)은 리드 스크류, 선형 액추에이터, 또는 폴리싱 헤드(474)를 수평으로 이동시키기 위한 임의의 다른 적합한 메커니즘일 수 있다. 측방향 액추에이터 메커니즘(476)은 제어기(208) 또는 다른 적합한 제어기에 결합된다.
입자 클리닝 모듈(282)에서 기판(100)에 걸쳐 클리닝 패드(444)를 스캔하는 것은 입자, 예컨대 폴리싱 유체로부터의 연마재를 기판(100)의 표면으로부터 효과적으로 제거하는 능력을 효과적으로 증명하였다. 또한, 에지 영역 및/또는 배제 영역에 걸쳐 폴리싱 패드(480)를 스캔하는 것은, 입자, 예컨대 연마재, 과잉 퇴적 재료 및/또는 폴리싱 슬러리를, 기판(100)의 표면, 예를 들어 기판의 에지 영역 및/또는 배제 영역으로부터 효과적으로 제거하는 능력을 증명하였다. 따라서, 입자 클리닝에 부가하여 웨이퍼 에지에서의 폴리싱 단계를 포함하는 것은 에지 결함 개선을 효과적으로 증명하였다. 따라서, 폴리싱 모듈 상의 전용 버핑 스테이션에 대한 필요성이 실질적으로 제거된다.
도 7은 패드(444) 및 패드(480)를 각각 기판 홀더(414)에 의해 유지된 기판(100)과 맞물리게 하는 제1 패드 홀더(434) 및 제2 패드 홀더(478)의 상면도이다. 동작 시에, 제1 패드 홀더(434)와 관련하여, 축방향 액추에이터(440)는, 패드 회전 메커니즘(436)이 패드(444)를 회전시키는 동안에, 기판 회전 메커니즘(416)에 의해 회전되는 기판(100)에 대하여 패드(444)를 압박한다. 측방향 액추에이터 메커니즘(442)은 기판(100)의 표면을 가로질러 수평 방향으로 패드 홀더(434) 및 패드(444)를 이동시킨다. 패드(444)가 기판(100)과 접촉하는 동안에, 유체 전달 노즐(450)은 패드(444)에 의해 처리되고 있는 기판(100)의 표면에 탈이온수, 화학 용액 또는 임의의 다른 적합한 유체 중 적어도 하나를 제공한다. 따라서, 패드(444)는 최소로 이동하면서 기판의 표면을 클리닝한다.
동작 시에, 제2 패드 홀더(478)와 관련하여, 축방향 액추에이터(490)는, 패드 회전 메커니즘(472)이 폴리싱 패드(480)를 회전시키는 동안에, 기판 회전 메커니즘(416)에 의해 회전되는 기판(100)에 대하여 폴리싱 패드(480)를 압박한다. 측방향 액추에이터 메커니즘(476)은 기판(100)의 표면을 가로질러 수평 방향으로 제2 패드 홀더(478) 및 폴리싱 패드(480)를 이동시킨다. 폴리싱 패드(480)가 기판(100)의 에지 영역 및/또는 배제 영역과 접촉하는 동안에, 유체 전달 노즐(482)은 폴리싱 패드(480)에 의해 처리되고 있는 기판(100)의 표면에 폴리싱 슬러리, 탈이온수, 화학 용액 또는 임의의 다른 적합한 유체 중 적어도 하나를 제공한다. 따라서, 패드(480)는 최소로 이동하면서 기판의 에지를 폴리싱한다.
도 7이 기판(100)에 동시에 접촉하는 패드(444)와 폴리싱 패드(480)를 도시하고 있지만, 본 명세서에 설명된 구현예들은 패드(444) 및 폴리싱 패드(480)에 의한 기판의 동시 접촉을 요구하지는 않는다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 패드(444)에 의해 수행되는 입자 클리닝 프로세스는 폴리싱 패드(480)에 의해 수행되는 에지 폴리싱 프로세스에 대하여 순차적으로(예를 들어, 에지 폴리싱 프로세스 이전에 그리고/또는 이후에) 수행될 수 있다.
본 발명의 한가지 이점은 패드들(444 및 480)의 크기가 기판(100)의 크기와 비교하여 상대적으로 작다는 것이다. 통상적인 시스템들은 더 작은 기판들을 클리닝하기 위해 폴리싱 모듈 상에 위치한 큰 패드들을 사용하는데, 여기서 기판은 패드와 100 퍼센트 접촉한다. 큰 패드들은 기판에서 결함 및 스크래치를 종종 야기시키는 미립자 및 연마재를 트랩핑(trapping)하기 쉽다. 그러나, 본 발명의 더 작은 패드는 연마재 및 미립자 트랩핑에 상당히 덜 취약하며, 이는 유리하게 클리너 패드 및 기판들이 더 적은 스크래치 및 결함을 갖게 한다. 부가적으로, 본 발명의 더 작은 패드는, 처리 중에 사용되는 유체의 양 및 교체 패드들의 비용 양쪽 모두에 있어서, 소모품들의 비용을 상당히 감소시킨다. 또한, 본 발명의 더 작은 패드는 패드가 용이하게 제거되거나 교체되는 것을 두드러지게 허용한다.
다시 도 6을 참조하면, 기판이 클리닝되고, 기판의 에지가 폴리싱되고나면, 패드 작동 어셈블리들(406, 470)은 기판(100)(가상선으로 도시됨)으로부터 떨어져 패드 홀더들(434, 478) 및 패드들(444, 480)을 후퇴시킨다. 패드 홀더(434) 및 패드(444)는, 기판으로부터 떨어져 그리고 하우징(402)의 내부 용적(412)으로부터 하우징(402)에 결합된 포켓(604)으로 X 축에 평행한 방향으로 선형으로 이동될 수 있다. 하우징(402)의 내부 용적(412)을 벗어나 도 6에서 가상선으로 도시된 바와 같은 포켓(604) 내에 패드 홀더(434) 및 패드(444)를 위치시키는 것은, 하우징(402)이 더 작고 덜 비용이 들 수 있게 하면서, 패드(444) 또는 기판(100) 중 어느 하나를 손상시킬 위험 없이 로봇(268)이 하우징(402)에 진입하여 기판을 이송하기 위한 더 큰 공간을 유리하게 제공한다.
기판 이송은, 클리닝 이후에, 수용 슬롯(432)에서 기판(100)에 맞물리게 되도록 Y 축에 평행한 방향으로 기판 수용기(410)를 상향으로 이동하게 하는 것에 의해 시작된다. 기판이 기판 수용 슬롯(432)에 배치되고나면, 기판 홀더(414)는, 진공 소스(497)에 의해 제공된 진공을 턴 오프하며 선택적으로는 기판을 기판 홀더(414)로부터 분리하기 위해 기판 홀더(414)의 애퍼처들(502)을 통해 가스를 제공함으로써 기판(100)을 릴리즈한다. 다음에, 수용 슬롯(432)에 배치된 기판(100)을 갖는 기판 수용기(410)는 기판(100)을 기판 홀더(414)로부터 제거하기 위해서 Z 축에 평행한 방향으로 기판 홀더(414)로부터 떨어져 측방향으로 이동된다. 로봇(268)의 그리퍼들(274, 276) 중 하나는 기판(100)을 기판 수용기(410)로부터 회수하고, 기판(100)을 하우징(402)으로부터 제거한다. 선택적인 상부 스프레이 바(464) 및 하부 스프레이 바(466)가 내부 용적(412)에 걸쳐 위치되고, 기판(100)이 로봇(268)에 의해 입자 클리닝 모듈(282)로부터 제거될 때 기판(100)을 클리닝하기 위해서 탈이온수 또는 임의의 다른 적합한 유체를 기판(100)에 스프레이할 수 있다. 스프레이 바들(464, 466) 중 적어도 하나는, 잠재적으로 기판의 이면을 스크래치할 수 있는 입자들을 제거하고/하거나 기판 수용기(410)에 의한 척킹을 개선하기 위해서 기판 수용기(410)에 대한 척킹 이전에 기판(100)을 젖게 하는데 사용될 수 있다. 스프레이 바들(464, 466)은 상이한 유체들이 스프레이 바들(464, 466) 각각에 제공될 수 있도록 상이한 유체 소스들(499, 500)에 결합될 수 있거나, 또는 스프레이 바들(464, 466) 양쪽 모두는 단일의 유체 전달 소스에 결합될 수 있다.
다시 도 2의 평탄화 모듈(206)을 참조하면, 입자 클리닝 모듈(282)이 통상의 시스템들에서 요구되는 바와 같은 스테이션들(230, 232) 중 하나에 배치된 버핑 패드에 대한 필요성을 실질적으로 제거하므로, 제2 스테이션(230) 및 제3 스테이션(232) 양쪽 모두는 CMP 프로세스를 수행하는데 사용될 수 있다. 제2 스테이션(230) 및 제3 스테이션(232)이 CMP 프로세스에 사용되기 때문에, 입자 클리닝 모듈(282)의 사용은 유리하게는 CMP 시스템(200)의 스루풋을 증가시킨다. 입자 클리닝 모듈(282)의 수직 기판 배향도 또한 이로운데, 그 이유는 폴리싱 모듈 상에서 이용되는 전통적인 수평 설계와 비교하여 더 콤팩트한 풋프린트에서 입자들을 제거하기 때문이다.
또한, 입자 클리닝 모듈(282)은 효과적으로 기판을 클리닝하고, 제1 브러시 모듈(264B) 및 제2 브러시 모듈(264C)의 브러시들 상의 미립자의 로딩을 감소시킨다. 그러므로, 제1 브러시 모듈(264B) 및 제2 브러시 모듈(264C)의 브러시들의 수명이 유리하게 증가된다. 따라서, 입자 클리닝 모듈은, 폴리싱 모듈에서의 버핑 스테이션을 요구하지 않으면서, 특히 제거하기 어려운 폴리싱 유체를 제거하는 동시에, 제2 및/또는 제3 스테이션을 자유롭게 하여, 부가적인 CMP 스테이션들이 평탄화 시스템의 스루풋을 증가시키게 한다.
일부 구현예들에서, 기판(100)을 회전시키는데 사용되는 구동기(들), 및 기판의 에지 또는 기판의 표면에 대하여 폴리싱 막 및/또는 패드들을 푸시하는데 사용되는 액추에이터는 제어기(208)에 의해 제어될 수 있다. 마찬가지로, 유체 전달 노즐들(450, 482)의 동작도 또한 제어기(208)의 명령 하에 있을 수 있다. 제어기(208)는, (1) 기판(100)을 구동(예를 들어, 기판(100)을 유지하는 진공 척을 회전)하기 위해 가해지는 토크 및/또는 에너지의 양, 및/또는 (2) 기판(100)에 대하여 패드들(444, 480) 각각을 푸시하기 위해 액추에이터들에 대해 가해지는 힘의 양을 나타내는 피드백 신호들을 구동기 및/또는 액추에이터로부터 수신하도록 되어 있을 수 있다. 이 피드백 신호들은 기판(100)으로부터 제거된 재료의 양을 결정하기 위해 이용될 수 있는데, 이는 예를 들어 특정 재료 층이 제거되었는지 및/또는 의도된 에지 프로파일에 도달했는지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 절차 중에 회전하는 기판(100)의 토크(또는 기판(100)의 회전 시에 소요되는 에너지)의 감소는 기판(100)과 패드(444, 480) 사이의 마찰의 감소를 나타낼 수 있다. 토크 또는 회전 에너지의 감소는 특징적인 에지 프로파일(예를 들어, 기판(100)의 에지에서의 형상, 곡률 또는 평활도 레벨), 및/또는 기판(100)과 패드(444, 480) 사이의 접촉점들에서 또는 접촉점들 근처에서 기판(100)의 에지로부터 제거된 재료의 양에 대응할 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 기판(100)의 에지와 접촉하여 위치된 마찰 센서가 기판(100)의 에지로부터 제거된 재료의 양을 나타내는 신호를 제공할 수 있다.
일부 구현예들에서, 패드(444, 480)는 기판의 에지에 합치하기 위한 조정가능한 양의 능력을 가질 수 있다. 특정 구현예들에서, 패드 재료는, 패드(444, 480)가 기판의 에지에 합치하기 위한 조정가능한 양의 능력을 갖도록 선택될 수 있다. 특정 구현예들에서, 패드(444, 480)는, 추가의 공기나 액체 또는 다른 유체를 추가함으로써 패드가 더 단단해지도록 그리고 블래더에서의 공기나 액체 또는 다른 유체의 양을 감소시킴으로써 패드가 더 합치하게 되도록 팽창가능한 블래더이거나 이 블래더를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 유체 공급기는 오퍼레이터 또는 프로그램된 및/또는 사용자 조작 제어기의 명령 하에서 블래더를 팽창/수축시킬 수 있다. 이러한 구현예들에서, 신장하여 기판의 에지에 합치하는 패드의 능력을 더 증대시키기 위해서 블래더에 대해 실리콘 고무 등과 같은 엘라스토머 재료가 이용될 수 있다. 이러한 구현예는, 예를 들어 블래더로 펌핑되는 유체의 양을 제한함으로써, 배제 영역(108a 및/또는 108b)을 넘어 그리고 (있다면) 사면들(112, 114)(도 1 참조) 내로 폴리싱 패드(480)가 기판(100)과 어느 정도로 접촉하게 되는지를 오퍼레이터/제어기가 정밀하게 제어하는 것을 허용할 것이다. 예를 들어, 수축된 블래더를 갖는 패드(444)에 대하여 기판 외측 에지(110)가 배치되고나면, 블래더는, 패드(444)가 기판(100)의 디바이스 영역(106a, 106b) 주위에 랩핑되지 않으면서 기판(100)의 외측 에지(110) 및 사면(들)(112, 114) 주위에 랩핑되며 그에 합치하게 되도록 팽창될 수 있다.
도 8은 패드(444)를 컨디셔닝하기 위한 패드 컨디셔닝 어셈블리(810), 및 내부에 배치된 디스크 패드(444)의 위치를 검출하도록 위치된 센서 헤드들(820a, 820b)을 갖는 제로 갭 교정 센서(zero gap calibration sensor)를 갖는 입자 클리닝 모듈(282)의 개략적인 상면도이다. 클리닝 모듈(282)은 입자 클리닝 모듈(282)의 다양한 컴포넌트들을 향하여 클리닝 유체(예를 들어, DI수)를 지향시키기 위한 한 쌍의 클리닝 노즐(830a 및 830b), 및 에지 패드(480)를 컨디셔닝하고 에지 패드로부터 파편을 제거하기 위해 에지 패드(480)를 향하여 클리닝 유체(예를 들어, DI수)를 지향시키기 위한 스프레이 노즐(840)을 또한 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 패드 작동 어셈블리(470)는 도 4에 도시된 제2 패드 작동 어셈블리(470)와 같이 측방향으로 이동하지 않는다.
제로 갭 교정 센서의 센서 헤드들(820a, 820b)은 제어기(208)와 결합될 수 있다. 제로 갭 교정 센서는 기판(100)의 표면에 대한 디스크 패드(444)의 위치를 검출하도록 구성된다.
도 9a 내지 도 9c는 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 제1 패드 작동 어셈블리(406)의 개략도들이다. 도 10a 내지 도 10d는 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 제1 패드 작동 어셈블리(406)의 개략도들이다.
도 9a는 입자 클리닝 모듈(282)의 부분 개략도인데, 여기에서 패드 컨디셔닝 어셈블리(810)는 제1 패드 작동 어셈블리(406)의 패드(444)를 향하여 클리닝 유체를 지향시키기 위한 고압 스프레이 노즐(905)을 포함한다. 패드(444)가 컨디셔닝 어셈블리(810)에 의해 액세스될 수 있는 기판 홀더(414)의 면까지, 제1 패드 작동 어셈블리(406)가 레일(458)을 따라 측방향으로 이동할 수 있도록, 패드 컨디셔닝 어셈블리(810)는 기판 홀더(414)에 인접 위치된다.
도 9b, 도 9c, 도 10b, 도 10c 및 도 10d를 참조하면, 제1 패드 작동 어셈블리(406)는 제1 패드 홀더 어셈블리(910), 및 제1 패드 홀더(434)를 패드 홀더 어셈블리(910)와 결합하기 위한 어댑터(920)를 포함한다. 제1 패드 홀더 어셈블리(910)는 패드 작동 메커니즘(436)의 모터 샤프트(925)와 결합될 수 있다. 제1 패드 홀더 어셈블리(910)는 하나 이상의 부착 메커니즘(930), 예를 들어 클램핑 스크류들을 통해 패드 회전 메커니즘(436)과 결합될 수 있다. 어댑터(920)는 하나 이상의 부착 메커니즘(940), 예를 들어 잠금 핀(locking pin)을 통해 제1 패드 홀더 어셈블리(910)와 결합될 수 있다. 제1 패드 홀더(434)는 하나 이상의 부착 메커니즘(950), 예를 들어 잠금 스크류를 통해 어댑터(920)와 결합될 수 있다.
제1 패드 홀더(434)는 교체를 위해 어댑터(920)로부터 제거가능하다. 패드(444)를 교체하기 위해서, 잠금 스크류(950)가 풀어지기만 하면 되며, 제1 패드 홀더 어셈블리(910) 및 어댑터(920)를 제거하지 않으면서 제1 패드 홀더(434) 및 패드(444)가 제거될 수 있다. 특정 구현예들에서, 제1 패드 홀더 어셈블리(910)는 어댑터를 사용하지 않고서 제1 패드 홀더(434)와 직접 결합된다. 힘 제어 메커니즘(960)(예를 들어, 압축 스프링)이 어댑터(920)와 제1 패드 홀더(434) 사이에 위치될 수 있다.
도 10a는 제1 패드 작동 어셈블리(406)의 일 구현예의 개략적인 사시도이다. 제1 패드 작동 어셈블리(406)는 레일(458)과 결합된다. 화살표(1010)에 의해 도시된 바와 같이, 제1 패드 작동 어셈블리(406)는 레일(458)을 따라 이동가능하다. 제1 패드 작동 어셈블리(406)는 화살표(1020)에 의해 도시된 방향으로의 제1 패드 작동 어셈블리(406)의 이동을 위해 제2 레일(1030)과 또한 결합된다. 화살표(1020)에 의해 도시된 방향으로의 이동은 패드(444)가 기판의 폴리싱 및 클리닝을 위해 기판(100)에 접촉하는 것을 허용하며, 패드(444)가 패드(444)의 컨디셔닝을 위해 컨디셔닝 어셈블리(810)에 접촉하는 것을 또한 허용한다.
도 11은 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 입자 클리닝 모듈(1100)의 다른 구현예의 개략적인 단면도이다. 입자 클리닝 모듈(1100)은 이전에 논의된 구현예들의 입자 모듈(282)을 대신하여 사용될 수 있다. 입자 클리닝 모듈(282)과 유사하게, 입자 클리닝 모듈(1100)은 하우징(1102), 기판 회전 어셈블리(404), 제1 패드 작동 어셈블리(1106) 및 제2 패드 작동 어셈블리(1170)를 포함한다. 그러나, 입자 클리닝 모듈(282)과 달리, 입자 클리닝 모듈(1100)의 제1 패드 작동 어셈블리(1106)는 회전식 암 어셈블리(1108)을 포함하고, 제2 작동 어셈블리(1170)는 정지되어 있다(예를 들어, 제2 작동 어셈블리(470)와 같이 트랙을 따라 측방향으로 이동하지 않는다). 제1 패드 작동 어셈블리(1106) 및 제2 패드 작동 어셈블리(1170)가 도시되어 있지만, 본 명세서에 설명된 구현예들은 단일의 패드 작동 어셈블리를 사용하여 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 제1 패드 작동 어셈블리(1106) 및 제2 패드 작동 어셈블리(1170)는 별개의 하우징에 위치할 수 있다. 하우징(1102)은 하우징의 상부에 있는 개구(도시되지 않음), 및 하우징(1102)의 하부(1118)에 있는 기판 수용기(410)를 포함한다. 유체가 하우징(1102)으로부터 제거되는 것을 허용하기 위해서 하우징(1102)의 하부(1118)를 통하여 배수구(1168)가 형성된다. 개구(도시되지 않음)는 로봇(268)(도 11에는 도시되지 않음)이 하우징(1102) 내에 정의된 내부 용적(1112)으로 기판을 수직으로 이송하는 것을 허용한다. 하우징(1102)은 로봇(268)이 하우징(1102)을 출입하는 것을 허용하도록 개방 및 폐쇄될 수 있는 덮개(1104)를 선택적으로 포함할 수 있다.
기판 수용기(410)는 Y 축에 평행하게 상측으로 향하는 기판 수용 슬롯(도 11에는 도시되지 않음)을 갖는다. 수용 슬롯은 기판(100)의 둘레를 수용하도록 크기가 정해지며, 그에 따라 기판 핸들러(266)(도 3 참조)의 그리퍼들(274, 276) 중 하나가 기판(100)을 실질적으로 수직 배향으로 수용 슬롯에 배치하는 것을 허용한다. 기판 수용기(410)는 Z-Y 액추에이터(411)에 결합된다. Z-Y 액추에이터(411)는, 기판 수용기(410)에 배치된 기판(100)의 중심선을 기판 회전 어셈블리(404)의 중심선과 정렬시키기 위해서 기판 수용기(410)를 Y 축으로 상향 이동시키도록 작동될 수 있다. 기판(100)의 중심선이 기판 회전 어셈블리(404)의 중심선과 정렬되고나면, Z-Y 액추에이터(411)는, 기판(100)을 기판 회전 어셈블리(404)에 대하여 접촉시키기 위해서 기판 수용기(410)를 Z 축으로 이동시키도록 작동될 수 있는데, 그 후 기판 회전 어셈블리는 기판(100)을 기판 회전 어셈블리(404)에 척킹하도록 작동한다. 기판(100)이 기판 회전 어셈블리(404)에 척킹된 이후에, Z-Y 액추에이터(411)는, 기판 회전 어셈블리(404)에 의해 유지되는 기판(100)이 기판 수용기(410)와 접촉하지 않으면서 회전될 수 있도록 기판 회전 어셈블리(404) 및 기판(100)에서 떨어져서 기판 수용기(410)를 Y 축으로 이동시키도록 작동될 수 있다.
기판 회전 어셈블리(404)는 하우징(1102)에 배치되며, 기판 회전 메커니즘(416)에 결합된 기판 홀더(414)를 포함한다. 기판 홀더(414)는 정전 척, 진공 척, 기계적 그리퍼, 또는 입자 클리닝 모듈(1100) 내에서의 처리 중에 기판이 회전되는 동안 기판(100)을 단단히 유지하기 위한 임의의 다른 적합한 메커니즘일 수 있다. 바람직하게는, 기판 홀더(414)는 정전 척 또는 진공 척 중 어느 하나이다.
제1 패드 작동 어셈블리(1106)는 패드 회전 메커니즘(436), 패드 클리닝 헤드(438) 및 회전식 암 어셈블리(1108)를 포함한다. 패드 클리닝 헤드(438)는 하우징(1102)의 내부 용적(1112)에 위치하고, 패드(444)를 유지하는 패드 홀더(434) 및 유체 전달 노즐(450)을 포함한다. 유체 전달 노즐(450)은, 기판(100)의 클리닝 중에 탈이온수, 화학 용액 또는 임의의 다른 적합한 유체를 패드(444)에 제공하는 유체 전달 소스(498)에 결합된다.
패드 홀더(434)(및 패드(444))는 기판(100)의 직경보다 훨씬 더 작은 직경, 예를 들어 적어도 기판의 직경의 절반보다 작은 직경 또는 심지어는 기판의 직경의 약 1/8보다 작은 직경을 갖는다. 일 구현예에서, 패드 홀더(434)(및 패드(444))는 약 25㎜ 미만의 직경을 가질 수 있다. 패드 홀더(434)는, 클램프, 진공, 접착제, 또는 패드(444)가 다수의 기판(100)을 클리닝한 이후에 마모됨에 따라 패드(444)가 주기적으로 교체되는 것을 허용하는 다른 적합한 기술을 이용하여 패드(444)를 유지할 수 있다.
패드(444)는, 다공성 고무, 폴리우레탄 등과 같은 폴리머 재료, 예를 들어 델라웨어주 뉴어크에 있는 Rodel, Inc.로부터 입수가능한 POLYTEX™ 패드로 제조될 수 있다. 일 구현예에서, 패드 홀더(434)는 브러시 또는 임의의 다른 적합한 클리닝 디바이스를 유지하기 위해 사용될 수 있다. 패드 홀더(434)는 제2 샤프트(446)에 의해 패드 회전 메커니즘(436)에 결합된다. 제2 샤프트(446)는 Z 축에 평행하게 배향되며, 하우징(1102)을 통해 형성된 긴 슬릿을 통하여 내부 용적(1112)으로부터 패드 회전 메커니즘(436)으로 연장된다. 패드 회전 메커니즘(436)은 전기 모터, 에어 모터, 또는 패드 홀더(434) 및 패드(444)를 기판에 대하여 회전시키기 위한 임의의 다른 적합한 모터일 수 있다. 패드 회전 메커니즘(436)은 제어기(208)에 결합된다. 일 구현예에서, 패드 회전 메커니즘(436)은 패드 홀더(434)(및 패드(444))를 적어도 약 1000rpm의 속도로 회전시킨다.
패드 회전 메커니즘(436)은 축방향 액추에이터(440)에 의해 브래킷(454)에 결합된다. 축방향 액추에이터(440)는 제어기(208) 또는 다른 적합한 제어기에 결합되고, 기판 홀더(414)에 의해 유지된 기판(100)에 접하게 그리고 이 기판에서 떨어지게 패드(444)를 이동시키기 위해 Z 축을 따라 패드 홀더(434)를 이동시키도록 동작가능하다. 축방향 액추에이터(440)는 팬케이크 실린더, 선형 액추에이터, 또는 Z 축에 평행한 방향으로 패드 홀더(434)를 이동시키기 위한 임의의 다른 적합한 메커니즘일 수 있다. 동작 시에, 기판 홀더(414)가 기판과 접촉하고 이 기판을 유지한 이후에, 축방향 액추에이터(440)는 패드 홀더(434)를 기판(100)과 접촉하도록 z 방향으로 구동한다.
회전식 암 어셈블리(1108)는 회전식 암(1180), 회전식 암 회전 모터(1150), 및 기판(100)을 향하여 회전식 암(1180)을 이동시키기 위한 측방향 액추에이터 메커니즘(1182)을 포함한다. 측방향 액추에이터 메커니즘(1182)은 힘 제어 및 댐핑을 위해 스프링(1186)과 결합된 실린더(1184) 안팎의 디스크 패드 암을 포함할 수 있다.
제2 패드 작동 어셈블리(1170)는 패드 회전 메커니즘(472) 및 패드 폴리싱 헤드(474)를 포함한다. 패드 폴리싱 헤드(474)는 하우징(1102)의 내부 용적(1112)에 위치하고, 패드(480)를 유지하는 패드 홀더(478) 및 유체 전달 노즐(482)을 포함한다. 유체 전달 노즐(482)은, 기판(100)의 에지 영역 및/또는 배제 영역을 폴리싱하는 중에 폴리싱 슬러리, 탈이온수, 화학 용액 또는 임의의 다른 적합한 유체를 패드(480)에 제공하는 유체 전달 소스(484)에 결합된다.
제2 패드 홀더(478)의 중심선은 기판(100)의 에지와 정렬될 수 있다. 제2 패드 홀더(478)(및 폴리싱 패드(480))는 기판(100)의 직경보다 훨씬 더 작은 직경, 예를 들어 적어도 기판의 직경의 절반보다 작은 직경 또는 심지어는 기판의 직경의 약 1/8보다 작은 직경을 갖는다. 일 구현예에서, 제2 패드 홀더(478)(및 폴리싱 패드(480))는 약 50㎜ 미만의 직경을 가질 수 있다. 제2 패드 홀더(478)는, 클램프, 진공, 접착제, 또는 폴리싱 패드(480)가 다수의 기판(100)의 에지를 폴리싱한 이후에 마모됨에 따라 폴리싱 패드(480)가 주기적으로 교체되는 것을 허용하는 다른 적합한 기술을 이용하여 폴리싱 패드(480)를 유지할 수 있다.
폴리싱 패드(480)는, 다공성 고무, 폴리우레탄 등과 같은 폴리머 재료, 예를 들어 델라웨어주 뉴어크에 있는 Rodel, Inc.로부터 입수가능한 POLYTEX™ 패드로 제조될 수 있다. 폴리싱 패드(480)는 고정된 연마 패드일 수 있다. 제2 패드 홀더(478)는 제3 샤프트(486)에 의해 패드 회전 메커니즘(472)에 결합된다. 제3 샤프트(486)는 Z 축에 평행하게 배향되며, 하우징(1102)을 통해 형성된 긴 슬릿을 통하여 내부 용적(1112)으로부터 패드 회전 메커니즘(472)으로 연장된다. 패드 회전 메커니즘(472)은 전기 모터, 에어 모터, 또는 제2 패드 홀더(478) 및 폴리싱 패드(480)를 기판(100)에 대하여 회전시키기 위한 임의의 다른 적합한 모터일 수 있다. 패드 회전 메커니즘(472)은 제어기(208)에 결합된다. 일 구현예에서, 패드 회전 메커니즘(472)은 제2 패드 홀더(478)(및 폴리싱 패드(480))를 적어도 약 1000rpm의 속도로 회전시킨다.
패드 회전 메커니즘(472)은 축방향 액추에이터(490)에 의해 브래킷(488)에 결합된다. 축방향 액추에이터(490)는 제어기(208) 또는 다른 적합한 제어기에 결합되고, 기판 홀더(414)에 의해 유지된 기판(100)에 접하게 그리고 이 기판에서 떨어지게 폴리싱 패드(480)를 이동시키기 위해 Z 축을 따라 제2 패드 홀더(478)를 이동시키도록 동작가능하다. 축방향 액추에이터(490)는 팬케이크 실린더, 선형 액추에이터, 또는 Z 축에 평행한 방향으로 제2 패드 홀더(478)를 이동시키기 위한 임의의 다른 적합한 메커니즘일 수 있다. 동작 시에, 기판 홀더(414)가 기판과 접촉하고 이 기판을 유지한 이후에, 축방향 액추에이터(490)는 제2 패드 홀더(478)를 기판(100)과 접촉하도록 z 방향으로 구동한다.
입자 클리닝 모듈(1102)에서 기판(100)에 걸쳐 클리닝 패드(444)를 스캔함으로써 입자, 예컨대 폴리싱 유체로부터의 연마재가 기판(100)의 표면으로부터 효과적으로 제거될 수 있음이 실제로 밝혀졌다. 또한, 에지 영역 및/또는 배제 영역에 걸쳐 폴리싱 패드(480)를 스캔함으로써, 입자, 예컨대 연마재, 과잉 퇴적 재료 및/또는 폴리싱 슬러리가, 기판(100)의 표면, 예를 들어 기판의 에지 영역 및/또는 배제 영역으로부터 효과적으로 제거될 수 있음이 밝혀졌다. 따라서, 입자 클리닝에 부가하여 웨이퍼 에지에서의 폴리싱 단계를 포함하는 것은 실제로 에지 결함 개선을 보였다. 따라서, 폴리싱 모듈 상의 전용 버핑 스테이션에 대한 필요성이 실질적으로 제거된다.
도 12는 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 디스크 패드 홀더의 다른 구현예의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 도 11의 입자 클리닝 모듈(1100)의 다른 개략도이다. 도 13은 화살표(1310)에 의해 도시된 바와 같은 만곡된 경로를 따른 회전식 암(1180)의 스위프 모션(sweep motion)을 도시한다.
도 14는 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 도 11의 입자 클리닝 모듈(1100)의 다른 개략도이다. 도 14는 클리닝 유체(예를 들어, DI수)를 패드(444)의 표면에 전달하기 위해 패드 클리닝 스프레이 노즐(1402) 및 패드 컨디셔닝 어셈블리(810)와 상호작용하는, 화살표(1310)를 따른 회전식 암(1180) 및 부착된 패드(444)의 스위프 모션을 도시한다. 기판(100)의 존재를 검출하기 위한 센서(1404)가 기판 수용기(410) 상에 위치된다.
도 15는 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 패드 컨디셔닝 어셈블리(810)의 다른 구현예를 도시하는 입자 클리닝 모듈의 일부분의 개략도이다. 패드 컨디셔닝 어셈블리(810)는 컨디셔닝 패드(1580)를 회전시키고 컨디셔닝될 패드를 향하여 축 방향(1504)으로 컨디셔닝 패드(1580)를 이동시키기 위한 컨디셔닝 패드 작동 어셈블리(1570)를 포함한다. 컨디셔닝 패드(1580)는 컨디셔닝 디스크일 수 있다. 컨디셔닝 패드 작동 어셈블리(1570)는 패드 회전 메커니즘(1572) 및 패드 폴리싱 헤드(1574)를 포함한다. 패드 폴리싱 헤드(1574)는 하우징(1102)의 내부 용적(1112)에 위치하고, 패드(1580)를 유지하는 패드 홀더(1578) 및 유체 전달 노즐(1402)을 포함한다. 유체 전달 노즐(1402)은, 패드(1580)의 컨디셔닝 중에 폴리싱 슬러리, 탈이온수, 화학 용액 또는 임의의 다른 적합한 유체를 패드(1580)에 제공하는 유체 전달 소스(1584)에 결합된다.
도 16은 본 명세서에 설명된 구현예들에 따른 에지 패드 폴리싱 어셈블리(1600)의 다른 구현예의 개략도이다. 에지 패드 폴리싱 어셈블리(1600)는 제2 패드 작동 어셈블리(470) 또는 제2 패드 작동 어셈블리(1170) 중 어느 하나를 대신하여 사용될 수 있다. 에지 패드 폴리싱 어셈블리(1600)는 화살표(1602)에 의해 도시된 바와 같이 1도 내지 10도 조정가능하며, 이것은 개선된 클리닝을 위해 기판(100)의 에지에 대한 더 양호한 액세스를 제공한다.
에지 패드 폴리싱 어셈블리(1600)는 패드 회전 메커니즘(1672), 패드 폴리싱 헤드(1674) 및 축방향 액추에이터 메커니즘(476)을 포함한다. 패드 폴리싱 헤드(1674)는 하우징(1102)의 내부 용적(1112)에 위치하고, 패드(1680)를 유지하는 패드 홀더(1678) 및 유체 전달 노즐을 포함한다. 유체 전달 노즐은, 기판(100)의 에지 영역 및/또는 배제 영역의 폴리싱 중에 폴리싱 슬러리, 탈이온수, 화학 용액 또는 임의의 다른 적합한 유체를 패드(1680)에 제공하는 유체 전달 소스에 결합된다.
에지 패드 홀더(1678)의 중심선은 기판(100)의 에지와 정렬될 수 있다. 에지 패드 홀더(1678)(및 폴리싱 패드(1680))는 기판(100)의 직경보다 훨씬 더 작은 직경, 예를 들어 적어도 기판의 직경의 절반보다 작은 직경 또는 심지어는 기판의 직경의 약 1/8보다 작은 직경을 갖는다. 일 구현예에서, 에지 패드 홀더(1678)(및 폴리싱 패드(1680))는 약 50㎜ 미만의 직경을 가질 수 있다. 에지 패드 홀더(1678)는, 클램프, 진공, 접착제, 또는 폴리싱 패드(1680)가 다수의 기판(100)의 에지를 폴리싱한 이후에 마모됨에 따라 폴리싱 패드(1680)가 주기적으로 교체되는 것을 허용하는 다른 적합한 기술들을 이용하여 폴리싱 패드(1680)를 유지할 수 있다.
폴리싱 패드(1680)는, 다공성 고무, 폴리우레탄 등과 같은 폴리머 재료, 예를 들어 델라웨어주 뉴어크에 있는 Rodel, Inc.로부터 입수가능한 POLYTEX™ 패드로 제조될 수 있다. 폴리싱 패드(1680)는 고정된 연마 패드일 수 있다. 에지 패드 홀더(1678)는 샤프트(1686)에 의해 패드 회전 메커니즘(1672)에 결합된다. 패드 회전 메커니즘(1672)은 전기 모터, 에어 모터, 또는 제2 패드 홀더(1678) 및 폴리싱 패드(1680)를 기판(100)에 대하여 회전시키기 위한 임의의 다른 적합한 모터일 수 있다. 패드 회전 메커니즘(1672)은 제어기(208)에 결합된다. 일 구현예에서, 패드 회전 메커니즘(1672)은 제2 패드 홀더(1678)(및 폴리싱 패드(1680))를 적어도 약 1000rpm의 속도로 회전시킨다.
패드 회전 메커니즘(1672)은 축방향 액추에이터(1690)에 의해 브래킷(도시되지 않음)에 결합될 수 있다. 축방향 액추에이터(1690)는 제어기(208) 또는 다른 적합한 제어기에 결합되고, 기판 홀더(414)에 의해 유지된 기판(100)의 에지에 대하여 폴리싱 패드(1680)를 이동시키기 위해 Z 축을 따라 에지 패드 홀더(1678)를 이동시키도록 동작가능하다. 축방향 액추에이터(1690)는 팬케이크 실린더, 선형 액추에이터, 또는 Z 축에 평행한 방향으로 에지 패드 홀더(1678)를 이동시키기 위한 임의의 다른 적합한 메커니즘일 수 있다. 동작 시에, 기판 홀더(414)가 기판과 접촉하고 이 기판을 유지한 이후에, 축방향 액추에이터(1690)는 에지 패드 홀더(1678)를 기판(100)과 접촉하도록 z 방향으로 구동한다.
전술한 것은 본 발명의 구현예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 구현예들 및 추가 구현예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 입자 클리닝 모듈로서,
    하우징;
    상기 하우징에 배치된 기판 홀더 - 상기 기판 홀더는 기판을 실질적으로 수직 배향으로 유지하도록 구성되고, 상기 기판 홀더는 제1 축 상에서 회전가능함 -;
    상기 하우징에 배치된 제1 패드 홀더 - 상기 제1 패드 홀더는 평행하고 이격된 관계로 상기 기판 홀더에 대향하는 패드 유지 표면을 갖고, 상기 제1 패드 홀더는 상기 제1 축에 평행한 제2 축 상에서 회전가능함 -;
    상기 제1 축과 상기 제2 축 사이에 규정된 거리를 변경하기 위해서 상기 기판 홀더에 대하여 상기 제1 패드 홀더를 이동시키도록 동작가능한 제1 액추에이터;
    상기 하우징에 배치된 제2 패드 홀더 - 상기 제2 패드 홀더는 평행하고 이격된 관계로 상기 기판 홀더에 대향하는 패드 유지 표면을 갖고, 상기 제2 패드 홀더는 상기 제1 축 및 상기 제2 축에 평행한 제3 축 상에서 회전가능함 -; 및
    회전식 암 어셈블리(rotary arm assembly)
    를 포함하고,
    상기 회전식 암 어셈블리는,
    상기 제2 패드 홀더와 결합되고, 상기 기판의 표면에 걸쳐 상기 제2 패드 홀더를 스위핑(sweeping)하도록 동작가능한 회전식 암; 및
    상기 기판을 향하여 상기 회전식 암을 이동시키기 위한 측방향 액추에이터 메커니즘
    을 포함하는, 입자 클리닝 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에 배치된 제3 패드 홀더를 더 포함하고, 상기 제3 패드 홀더는, 상기 제1 축 및 상기 제2 축에 평행한 제4 축 상에서 회전가능한 상기 제2 패드 홀더에 의해 유지된 제2 패드를 컨디셔닝하기 위한 컨디셔닝 디스크를 유지하기 위해 대향하는 패드 유지 표면을 갖는, 입자 클리닝 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 패드 홀더의 패드 유지 표면은 기판의 에지 부분 및/또는 배제 영역(exclusion region)에 접촉하도록 위치되는, 입자 클리닝 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 축과 상기 제3 축 사이에 규정된 거리를 변경하기 위해서 상기 기판 홀더에 대하여 상기 제2 패드 홀더를 이동시키도록 동작가능한 제2 액추에이터를 더 포함하는 입자 클리닝 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에 배치된 기판 수용기를 더 포함하고, 상기 기판 수용기는 기판을 수용하도록 구성된 기판 수용 슬롯을 갖는, 입자 클리닝 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판 수용기는 상기 기판의 중심선과 정렬되는 제1 위치와 상기 기판에서 떨어져 있는 제2 위치 사이에서 이동하도록 동작가능한, 입자 클리닝 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패드 홀더는 상기 기판 홀더의 직경보다 작은 직경을 갖는, 입자 클리닝 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 패드 홀더는 상기 기판 홀더의 직경보다 작은 직경을 갖는, 입자 클리닝 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패드 홀더는 상기 기판 홀더의 직경의 1/8의 직경을 갖는, 입자 클리닝 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판 홀더는 정전 척(electrostatic chuck) 또는 진공 척(vacuum chuck)인, 입자 클리닝 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 축에 대하여 상기 기판 홀더를 회전시키도록 동작가능하고, 제1 샤프트에 의해 상기 기판 홀더에 결합된 기판 회전 메커니즘을 더 포함하는 입자 클리닝 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에 배치되고, 상기 하우징 내에 클리닝 유체를 공급(dispense)하도록 구성된 복수의 스프레이 바를 더 포함하는 입자 클리닝 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 로봇이 상기 하우징을 출입하는 것을 허용하도록 구성된 덮개(lid)를 더 포함하는, 입자 클리닝 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에 결합되고, 상기 제1 패드 홀더를 수용하도록 구성된 포켓을 더 포함하는 입자 클리닝 모듈.
  15. 기판을 클리닝하기 위한 방법으로서,
    수직 배향으로 배치된 기판을 회전시키는 단계;
    상기 회전하는 기판의 표면에 클리닝 유체를 제공하는 단계;
    상기 회전하는 기판에 대하여 제1 패드를 누르는 단계;
    만곡된 경로를 따라 상기 기판에 걸쳐 상기 제1 패드를 이동시키는 단계;
    상기 회전하는 기판의 에지 부분 및/또는 배제 영역에 폴리싱 유체를 제공하는 단계;
    상기 회전하는 기판에 대하여 제2 패드를 누르는 단계; 및
    상기 기판의 에지에 걸쳐 측방향으로 상기 제2 패드를 이동시키는 단계
    를 포함하는 방법.
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