KR20160078403A - 화학 기계적 평탄화 후의 기판 버프 사전 세정을 위한 시스템, 방법 및 장치 - Google Patents
화학 기계적 평탄화 후의 기판 버프 사전 세정을 위한 시스템, 방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
일부 실시예들에서, 기판을 세정하기 위한 장치가 제공되는데, 이 장치는 (1) 기판의 정면이 접근가능한 상태로 기판을 지지하도록 구성된 기판 척; (2) 기판의 직경보다 작은 직경을 갖는 버프 패드를 지지하도록 구성된 버프 패드 어셈블리; 및 (3) 버프 패드에 연결되고, 기판의 정면을 따라 버프 패드를 위치시키고 회전시키며, 세정 동안 버프 패드에 의해 기판의 정면에 대하여 가해지는 힘의 양을 제어하도록 구성된 스윙 암을 포함한다. 기판 척, 버프 패드 어셈블리 및 스윙 암은 기판을 버프 세정하도록 구성된다. 다수의 추가적인 양태가 개시된다.
Description
본 출원은 2013년 10월 25일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/895,527호, 및 2013년 11월 27일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/909,973호에 대해 우선권을 주장하며, 이들 각각은 그 전체 내용이 모든 목적을 위해 참조로 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 발명의 실시예들은 일반적으로 화학 기계적 평탄화(CMP)를 포함하는 전자 디바이스 제조에 관한 것이며, 더 구체적으로는 CMP 후의 기판 버프 사전 세정을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
화학 기계적 평탄화(CMP) 프로세스가 기판 상에서 수행된 후, 기판으로부터 원하지 않는 잔해 및 입자들을 제거하기 위해 통상적으로 기판이 세정된다. 예를 들어, 슬러리, 폴리싱된 기판 재료 또는 다른 잔류물이 기판의 에지 베벨을 포함하여 기판에 점착될 수 있다.
CMP 후에, 그러한 원하지 않는 재료를 제거하기 위해, 기판들은 린싱되고 스크러버 브러쉬 박스(scrubber brush box), 메가소닉 탱크 등과 같은 세정 모듈로 이송될 수 있다. 그러나, CMP 후에 남아있는 일부 입자들 및 잔류물은 브러쉬 박스 스크러빙, 메가소닉 탱크 침지(megasonic tank immersion) 등의 종래의 세정 방법들을 이용하여서는 제거하기가 어려울 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판을 세정하기 위한 장치가 제공되는데, 이 장치는 (1) 기판의 정면이 접근가능한 상태로 기판을 지지하도록 구성된 기판 척; (2) 기판의 직경보다 작은 직경을 갖는 버프 패드를 지지하도록 구성된 버프 패드 어셈블리; 및 (3) 버프 패드에 연결되고, 기판의 정면을 따라 버프 패드를 위치시키고 회전시키며, 세정 동안 버프 패드에 의해 기판의 정면에 대하여 가해지는 힘의 양을 제어하도록 구성된 스윙 암을 포함한다. 기판 척, 버프 패드 어셈블리 및 스윙 암은 기판을 버프 세정하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 화학 기계적 평탄화 후에 기판을 세정하기 위한 사전 세정 버프 모듈이 제공되는데, 이 사전 세정 버프 모듈은 (1) 탱크; (2) 탱크 내에 위치되고, 기판의 정면이 접근가능한 상태로 기판을 지지하도록 구성된 기판 척; (3) 탱크 내에 위치되고, 기판의 직경보다 작은 직경을 갖는 버프 패드를 지지하도록 구성된 버프 패드 어셈블리; (4) 탱크 내에 위치되고, 버프 패드 어셈블리에 연결되고, 기판의 정면을 따라 버프 패드를 위치시키고 회전시키며, 버프 패드에 의해 기판의 정면에 대하여 가해지는 힘의 양을 제어하도록 구성된 스윙 암; 및 (5) 탱크 내에 위치되고, 버프 패드의 세정 및 컨디셔닝 중 적어도 하나를 행하도록 구성된 패드 컨디셔닝 스테이션 - 패드 컨디셔닝 스테이션은, 스윙 암이 버프 패드를 패드 컨디셔닝 스테이션에 근접하여 배치하기 위해 회전가능하도록 위치됨 - 을 포함한다. 기판 척, 버프 패드 어셈블리 및 스윙 암은 화학 기계적 평탄화 프로세스 후에 기판을 버프 세정하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 기판 버프 모듈에서 기판을 세정하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 (1) 버프 모듈 내로 기판을 로딩하는 단계; (2) 기판을 기판 척에 고정하는 단계; (3) 기판 척을 이용하여 기판을 회전시키는 단계; (4) 회전가능한 버프 패드를 갖는 스윙 암을 기판 위로 이동시키는 단계; (5) 버프 패드를 회전시키는 단계; (6) 버프 패드를 기판의 정면에 대하여 누르는 단계; 및 (7) 기판을 세정하기 위해 스윙 암을 이용하여 기판의 정면에 걸쳐 회전하는 버프 패드를 스위프하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들의 다른 특징들 및 양태들은 예시적인 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명, 첨부 청구항들 및 첨부 도면들로부터 더 충실하게 명백해질 것이다.
본 발명의 다양한 실시예들은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면들에 개시된다.
도 1a는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제공되는, 기판을 사전 세정 버핑하기 위한 예시적인 사전 세정 버프 시스템 또는 "모듈"의 정면도이다.
도 1b 및 도 1c는 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는, 서비스 해치(service hatch)를 통한 서비스를 위해 그리고/또는 이송 동작 동안 스윙 암이 기판으로부터 멀리 스윙할 때의 도 1a의 사전 세정 버핑 모듈의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제공되는 도 1a의 사전 세정 버프 모듈의 부분 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는, 스윙 암에 연결되는 화학물질 전달 메커니즘(chemical delivery mechanism)의 예시적인 실시예를 도시하는 도 1a 내지 도 1c의 스윙 암의 측면도이다.
도 4a는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제공되는, 버프 패드 어셈블리에 연결되는 도 1a 내지 도 1c의 스윙 암의 부분 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는, 모터와 버프 패드 어셈블리에 연결되는 벨로우즈의 등축도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는 도 4a의 버프 헤드 캡 및 굴곡 플레이트(flexure plate)의 등축 하부도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는 도 1a 내지 도 1c의 기판 지지체의 등축도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는 도 1a 내지 도 1c의 패드 컨디셔닝 스테이션의 정면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는, 도 1a 내지 도 1c의 사전 세정 버프 모듈의 기판 척과 함께 이용하기 위한 캐리어 필름의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따라 CMP 후에 기판을 사전 세정 버핑하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 1a는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제공되는, 기판을 사전 세정 버핑하기 위한 예시적인 사전 세정 버프 시스템 또는 "모듈"의 정면도이다.
도 1b 및 도 1c는 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는, 서비스 해치(service hatch)를 통한 서비스를 위해 그리고/또는 이송 동작 동안 스윙 암이 기판으로부터 멀리 스윙할 때의 도 1a의 사전 세정 버핑 모듈의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제공되는 도 1a의 사전 세정 버프 모듈의 부분 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는, 스윙 암에 연결되는 화학물질 전달 메커니즘(chemical delivery mechanism)의 예시적인 실시예를 도시하는 도 1a 내지 도 1c의 스윙 암의 측면도이다.
도 4a는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제공되는, 버프 패드 어셈블리에 연결되는 도 1a 내지 도 1c의 스윙 암의 부분 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는, 모터와 버프 패드 어셈블리에 연결되는 벨로우즈의 등축도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는 도 4a의 버프 헤드 캡 및 굴곡 플레이트(flexure plate)의 등축 하부도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는 도 1a 내지 도 1c의 기판 지지체의 등축도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는 도 1a 내지 도 1c의 패드 컨디셔닝 스테이션의 정면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는, 도 1a 내지 도 1c의 사전 세정 버프 모듈의 기판 척과 함께 이용하기 위한 캐리어 필름의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따라 CMP 후에 기판을 사전 세정 버핑하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 종래의 브러쉬 스크러빙, 메가소닉 세정 등을 이용하여서는 제거하기 어려울 수 있는 슬러리, 폴리싱된 기판 재료 또는 다른 잔류물을 제거하기 위해 사전 세정 버프 모듈이 제공된다. 사전 세정 버프 모듈은, 브러쉬 박스 스크러버 또는 메가소닉 탱크 내에서 세정하기 어려울 수 있는, 기판 에지들 또는 베벨들과 같은 기판의 임의의 영역의 타깃화된 버프 세정을 허용할 수 있다.
일부 실시예들에서, 사전 세정 버프 모듈은 사전 세정 버핑 동안 기판을 유지하기 위한 기판 척, 및 스윙 암에 연결되는 버프 패드를 포함하고, 스윙 암은 사전 세정 버핑 동안 버프 패드가 기판의 정면 표면에 걸쳐 스윙하는 것을 허용한다. 기판 척 및 버프 패드 중 하나 또는 둘 다가 버프 세정 동안 회전할 수 있다. 린싱 유체 전달 메커니즘 및/또는 화학물질 전달 메커니즘은 (예를 들어, 사전 세정 버핑 전에, 사전 세정 버핑 동안 또는 사전 세정 버핑 후에) 기판을 린싱하고/하거나 기판에 세정 화학물질을 전달하기 위해 제공된다. 일부 실시예들에서, 화학물질 전달 메커니즘은 사전 세정 버핑 동안 스윙 암에 연결되고 스윙 암과 함께 이동할 수 있다.
본 명세서에서 이용될 때 다르게 특정되지 않는 한, "폴리싱(polish)"이라는 용어는, 기판으로부터 재료를 제거하여 기판의 평탄화 및 박형화(thinning)를 초래하는 것을 의미하는 것으로 의도된다. 폴리싱은 기판을 종료점(예를 들어, 특정한 표면 평활도 또는 층 두께)에 이르기까지 평탄화 및 박형화하기 위해 폴리싱 패드를 이용하여 CMP 프로세스 동안 수행될 수 있다.
본 명세서에서 이용될 때 다르게 특정되지 않는 한, "버핑(buff)"이라는 용어는, 의도하지 않게 기판에 들러붙은 잔류물 또는 다른 입자들의 제거를 의미하는 것으로 의도된다. 버핑은 CMP 후, 사전 세정 버프 프로세스(post-CMP, pre-cleaning buff process) 동안 버프 패드를 이용하여 수행될 수 있다. 사전 세정 버프 프로세스는 표면 입자들의 더 낮은 또는 다른 방식으로 미리 결정된 임계치에 도달할 때까지 수행될 수 있다. 폴리싱에 비교하여, 사전 세정 버핑은, 기판을 박형화하도록 의도된 것이 아니라, 단지 기판에 들러붙거나 다르게 부착된 잔해 또는 다른 잔류물을 제거하도록 의도된 더 부드러운 버프 패드를 이용하는 덜 공격적인 프로세스이다.
본 명세서에서 이용될 때 다르게 특정되지 않는 한, "스크러빙(scrub)"이라는 용어는, 기판 상에 축적되었지만 제거하는 데에 상당한 힘을 요구하지는 않는 잔류물 및 입자들의 제거를 의미하는 것으로 의도된다. 스크러빙은 사전 세정 버프 프로세스 후에 세정 프로세스 동안 수행될 수 있다. 예시적인 세정 프로세스들은 브러쉬 스크러빙 또는 메가소닉 세정을 포함한다. 사전 세정 버핑에 비교하여, 스크러빙은 기판에 상당한 압력을 가하도록 의도되지 않은 메가소닉 에너지 및/또는 (예를 들어, 스크러버 브러쉬 박스 내의) 부드러운 브러쉬를 이용하는 덜 공격적인 프로세스이다.
CMP 후에, 기판들은 통상적으로 린싱되고, 스크러버 브러쉬 박스, 메가소닉 탱크 등과 같은 세정 모듈에 곧바로 이송된다. 그러나, CMP 후에 남아있는 일부 들러붙은 입자들 및 잔류물들은 종래의 브러쉬 박스 또는 메가소닉 탱크 내에서 제거하기가 어려울 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은, CMP 후에, 그러나 종래의 스크러빙 기판 세정 전에(및/또는 종래의 스크러빙 기판 세정을 대신하여) 기판들을 "사전 세정"하는 사전 세정 버핑 시스템, 장치 및 프로세스를 제공한다.
종래의 세정 프로세스들과 비교하여, 사전 세정 버프 프로세스는, 종래의 기판 세정 이전에 기판으로부터 제거하기 어려운 입자들 및/또는 잔류물들을 세정하기 위해 더 단단한 버프 패드 및/또는 화학적 보조 세정 프로세스(chemically assisted cleaning process)를 이용할 수 있다. 예를 들어, 사전 세정 버프 프로세스는 적합한 세정 화학물질(예를 들어, 산성 용액(acid solution), 염기성 용액(base solution), H2O2 용액 등)과 함께 폴리우레탄, 실리콘(silicone), 폴리비닐 알코올 또는 유사한 버프 패드나 브러쉬를 이용하는 기판 표면의 직접적인 정면 버핑을 이용할 수 있다.
더 일반적으로, 본 발명의 실시예들은, 기판의 정면의 특정 영역에 적용되는 비교적 작은 버프 패드를 이용하는 직접 버핑을 위해 정면이 접근가능하도록 기판을 지지하기 위해 척(예를 들어, 진공 척)을 이용함으로써, CMP 후에 기판들을 사전 세정하기 위한 컴팩트한 배열을 제공한다. 일부 실시예들에서, 버프 패드는 기판의 직경보다 작은 직경을 갖는 접촉 영역을 갖는 적층된 버프 패드 및 서브패드를 포함할 수 있는데, 예를 들어 버프 패드는 기판의 직경의 절반보다 작은 직경을 갖는다.
작은 버프 패드가 이용되므로, 윈도우, 버프 패드 등을 통해 이미징할 필요 없이 직접 정면 계측법이 세정 동안 동시에 이용될 수 있다. 화학물질이 기판의 정면 바로 위에 디스펜싱될 수 있어, 화학물질 소비뿐만 아니라 디스펜싱 분배(dispensing distribution)를 용이하게 한다. 일부 실시예들에서, 화학물질은 버프 패드를 지지하는 스윙 암 상에 탑재된 매립형 스프레이 디스펜서에 의해 기판에 직접 전달될 수 있다. 이것은 디스펜싱의 제어를 개선하고/하거나 최적화함으로써 화학물질 소비를 감소시킬 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 세정 화학물질은 버프 패드를 통해 직접 전달될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 버프 패드 상에 상이한 부하들을 가하고/가하거나 버프 패드에 상이한 회전률들(rotation rates)을 가함으로써 기판의 세정을 가능하게 한다. 사전 세정 버프 프로파일은 예를 들어 버프 패드 위치 및/또는 버프 패드 스위프 프로파일(예를 들어, 스위프 범위, 빈도, 형상, 각각의 스위프 구역에 대한 시간 등), 및/또는 기판 회전률, 버프 패드 속도, 및/또는 스위프 위치와 버프 패드 압력에 의해 제어가능하다. 다양한 실시예들은 기판의 특정 영역들을 타깃화할 수 있고, 그에 의해 사전 세정 버프 시스템은 종래의 세정 방법들을 이용해서는 달성하기 어려운 기판의 에지 결함성(edge defectivity)을 개선하기 위해(예를 들어, 기판의 에지 부근에서의 결함 레벨들을 감소시키기 위해) 이용될 수 있다. 추가로, 본 발명의 실시예들은 CMP 시스템 내에서 추가 플래튼을 교체하거나 재구성할 목적으로 종래의 CMP 방법들을 이용하여 전개되는 프로세스들과 유사한 사전 세정 버프 기능을 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제공되는, 기판(102)(가상선으로 도시됨)을 사전 세정 버핑하기 위한 예시적인 사전 세정 버프 시스템 또는 "모듈"(100)의 정면도이다. 사전 세정 버프 모듈(100)은 사전 세정 버프 모듈(100) 내에서의 사전 세정 버핑 동안 기판(102)을 유지할 수 있는 기판 척(104)을 포함한다. 버프 패드(아래에 설명됨)를 갖는 스윙 암(106)이 아래에 더 설명되는 바와 같이 사전 세정 버핑 동안 기판 척(104)에 대해 피봇하거나 다른 방식으로 스윙한다. 도시된 실시예에서, 기판(102)은 수직 배향으로 있는 동안에 버핑된다. 다른 기판 배향들도 이용될 수 있다(예를 들어, 수평).
기판 척(104) 및 스윙 암(106)은 사전 세정 버프 모듈(100)의 탱크 또는 바디(108) 내에 위치된다. 탱크(108)의 서비스 해치(110)가 스윙 암(106)에 대한 서비스 접근을 허용한다(예를 들어, 스윙 암이 서비스 해치(110)를 통해 회전되고/되거나 서비스 해치(110)를 통해 접근될 수 있음).
사전 세정 버프 모듈(100)은 스윙 암(106)에 의해 유지되는 버프 패드가 컨디셔닝 및/또는 세정되는 것을 허용하는 패드 컨디셔닝 스테이션(112)을 또한 포함한다. 일부 실시예들에서, 그러한 컨디셔닝 및/또는 세정은 기판이 사전 세정 버프 모듈(100) 내로 그리고/또는 사전 세정 버프 모듈(100)로부터 이송되는 동안 수행될 수 있다. 이것은 별개의 버프 패드 컨디셔닝 및/또는 세정 단계를 제거함으로써 시스템 스루풋을 증가시킬 수 있다.
사전 세정 버프 모듈(100)은, 기판(102)이 사전 세정 버프 모듈(100) 내로 로딩될 때, 사전 세정 버프 모듈(100)로부터 제거될 때, 및/또는 사전 세정 버프 모듈(100) 내에서 버핑될 때, 탈이온(DI) 수와 같은 린싱 유체를 기판(102)의 정면 및/또는 후면에 전달하기 위한 하나 이상의 린싱 유체 전달 메커니즘(114a 및 114b)(도 1a에는 114a만이 도시되어 있음; 도 2도 참조)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 린싱 유체 전달 메커니즘들(114a 및 114b)은 도시된 바와 같은 스프레이 바(spray bars)일 수 있지만, 임의의 린싱 유체 전달 메커니즘들이 이용될 수 있다(예를 들어, 노즐들).
예컨대 사전 세정 버핑 동안 화학물질들을 기판(102)에 전달하기 위해 화학물질 전달 메커니즘(116a)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 화학물질 전달 메커니즘(116a)은, 기판(102)이 사전 세정 버프 모듈(100) 내에서 버핑되는 동안, 또는 임의의 적합한 시간에, 산성 용액, 염기성 용액, H2O2 용액 등과 같은 화학물질을 기판(102)의 정면에 전달할 수 있다. 일부 실시예들에서, 화학물질 전달 메커니즘들(116a)은 도시된 바와 같은 스프레이 바일 수 있지만, 임의의 화학물질 전달 메커니즘들이 이용될 수 있다(예를 들어, 노즐들).
일부 실시예들에서, 화학물질 전달 메커니즘(116b)이, 화학물질 전달 메커니즘(116a)을 대신하여 또는 그에 더하여, 사전 세정 버핑 동안 화학물질들을 기판(102)에 전달하기 위해 스윙 암(106)에 연결될 수 있다. 화학물질 전달 메커니즘(116b)의 이용은 브러쉬 패드/기판 계면에서의 화학물질들의 정밀한 배치를 허용한다. 예를 들어, 스윙 암(106)은 일부 위치들에서 화학물질 전달 메커니즘(116a)으로부터의 화학물질들의 전달을 방해할 수 있다. 그러나, 화학물질 전달 메커니즘(116b)은 스윙 암(106)과 함께 이동하고, 화학물질들을 더 일관되게 그리고/또는 제어가능하게 브러쉬 패드/기판 계면에 전달할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 화학물질 전달은 스윙 암(106)에 의해 유지되는 버프 패드를 통해 발생할 수 있다. 기판(102) 및 버프 패드(208)를 세정 및/또는 린싱하기 위해 상이한 린싱 및/또는 세정 유체들이 이용될 수 있다.
도 1b 및 도 1c는 서비스 해치(110)를 통한 서비스를 위해 그리고/또는 언로드 동작 동안 스윙 암(106)이 기판(102)으로부터 멀리 스윙할 때의 사전 세정 버핑 모듈(100)의 대안적인 정면도들이다. 예를 들어, 도 1c에서, 스윙 암(106)은 패드 컨디셔닝 스테이션(112)의 정면에 위치되고, 그에 의해 버프 패드는 아래에 더 설명되는 바와 같이 컨디셔닝 및/또는 세정될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c, 특히 도 1c를 다시 참조하면, 기판(102)은 보행(walking) 또는 주행(running) 빔 로봇과 같은 로봇(도시되지 않음)을 통해 사전 세정 버프 모듈(100) 내로 로딩될 수 있고, 로봇은 기판(102)을 린싱 유체 메커니즘들(114a 및 114b)(도 2) 사이에서 사전 세정 버프 모듈(100) 내로, (화학물질 전달 메커니즘이 이용되는 경우) 이 화학물질 전달 메커니즘(116a)을 지나서 기판 척(104)의 정면에 위치된 기판 지지체(118) 상으로 하강시킨다. 기판 지지체(118)는 기판(102)을 아래에 더 설명되는 바와 같이 (로딩 동안에는) 기판 척(104)을 향해 또는 (언로딩 동안에는) 기판 척으로부터 멀리 이동시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지체(118)는 적어도 3개의 위치에서 기판(102)과 접촉하여, 기판(102)에 대해 안정적인 지지를 제공한다. 기판 지지체(118)가 로딩 동작 동안 기판(102)을 기판 척(104)과 접촉하도록 이동시키거나 언로드 동작 동안 기판(102)을 기판 척(104)과의 접촉으로부터 제거하는 것을 허용하기 위해 기판 척(104) 내에 노치들(120a 내지 120c)이 제공될 수 있다. 다른 개수들 및/또는 위치들의 기판 접촉점들 및/또는 기판 척 노치들이 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제공되는 사전 세정 버프 모듈(100)의 부분 측단면도이다. 도 2를 참조하면, 일부 실시예들에서, 제1 모터(202)가 사전 세정 버프 모듈(100)을 이용한 사전 세정 버핑 동안 기판 척(104)에 연결되어 기판 척(104)의 회전을 제어한다. 사전 세정 버프 모듈(100)을 이용한 사전 세정 버핑 동안 스윙 암(106)의 위치, 스윙 및/또는 (왕복 운동이 이용된다면) 왕복 운동을 제어하기 위해 제2 모터(204)가 제공될 수 있다. 사전 세정 버프 모듈(100)을 이용한 (패드 컨디셔닝 스테이션(112)을 이용하는) 버프 패드(208)의 사전 세정 버핑 및/또는 컨디셔닝/세정 동안 스윙 암(106)에 연결된 버프 패드(208)의 회전을 제어하기 위해 제3 모터(206)가 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 모터(202-206)는 개별적으로 제어될 수 있다. 추가의 모터(도시되지 않음)가 기판 지지체(118)(도 1a 내지 도 1c)의 이동을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 모터들(202-206)의 회전, 스윙 프로파일 및/또는 버핑 프로파일, 기판(102)으로의 린싱 유체 및/또는 화학물질들의 전달, 기판 지지체(118)를 통한 기판(102)의 로딩 및/또는 언로딩 등을 제어하기 위해 제어기(210)가 제공될 수 있다. 일반적으로, 제어기(210)는 시스템(100)의 다양한 어셈블리들을 활성화, 모니터링 및/또는 제어하도록 동작가능할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어기(210)는 프로세서, 및 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들(예를 들어, 소프트웨어 프로그램)을 저장하도록 동작하는 메모리를 포함할 수 있다. 프로세서는, 시스템의 다양한 어셈블리들(예를 들어, 기판 척(104), 스윙 암(106), 모터들(202-206), 린싱 유체 및/또는 화학물질 전달 메커니즘들(114a와 114b 및 116a와 116b), 기판 지지체(118) 등)에 제어 시그널링을 송신할 뿐만 아니라, 시스템(100)을 모니터링 및 제어하는 외부 시스템들에 상태 시그널링을 송신하도록 적응되는 입력/출력(I/O) 인터페이스를 포함할 수 있다. 마찬가지로, I/O 인터페이스는, 외부 시스템들로부터 제어 시그널링을 수신하고, 센서들(예를 들어, 압력 피드백 트랜스듀서들, 회전 속도 센서들, 계측 센서들 등) 또는 시스템(100)의 다양한 어셈블리들의 다른 컴포넌트들로부터 상태 시그널링을 수신하도록 더 적응될 수 있다. I/O 인터페이스, 외부 시스템들 및 시스템(100)의 다양한 어셈블리들 사이의 통신은 배선을 통해 또는 무선 시그널링을 통해 이루어질 수 있다. 제어기(210)는 본 명세서에 설명된 사전 버프 방법들 및/또는 동작들 중 임의의 것을 수행하도록 프로그래밍되고/되거나, 그것을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드를 포함할 수 있다.
도 3은 스윙 암(106)에 연결되는 화학물질 전달 메커니즘(116b)의 예시적인 실시예를 도시하는 스윙 암(106)의 측면도이다. 화학물질 전달 메커니즘(116b)은, 기판(102)이 기판 척(104)에 의해 유지되는 동안, 화학물질 유체(chemical fluid)와 같은 유체를 버프 패드(208)와 기판(102) 사이의 계면에 지향시키는, 스윙 암(106)에 연결된 노즐(302)을 포함한다. 다른 화학물질 전달 메커니즘들, 위치들 및/또는 구성들이 이용될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제공되는, 버프 패드 어셈블리(402)에 연결되는 스윙 암(106)의 부분 단면도이다. 도 4a의 실시예에서, 스윙 암(106)은 사전 세정 버프 모듈(100) 내에서의 버핑 동안 버프 패드(208)를 회전시키기 위해 버프 패드 어셈블리(402)에 연결되는 모터(206)를 포함한다. 예를 들어, 모터(206)는 둥근 부분(rounded portion)(406)을 갖는 샤프트 커플링(404)에 연결될 수 있다. 짐벌 슈라우드(gimbal shroud)(408)가 샤프트 커플링(404)의 둥근 부분(406)에 연결되어, 모터(206)와 버핑 패드 어셈블리(402) 사이에 짐벌을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 버프 패드 어셈블리(402)는 버프 헤드 캡(412)에 연결되는 굴곡 플레이트(410)를 포함한다(도 5a 및 도 5b를 참조하여 아래에 더 설명됨).
도 4a에 도시된 바와 같이, 스윙 암(106)은 모터(206)와 버프 패드 어셈블리(402)에 연결된 팽창가능한(그리고 수축가능한) 벨로우즈(414)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 질소 또는 다른 적합한 가스가 가스 라인(416)을 통해 벨로우즈(414) 내로 유입될 수 있다. 이러한 가스는 벨로우즈(414)가 팽창되게 하고, 이는 결국 모터(206) 및 버프 패드 어셈블리(402)를 푸시하여 스윙 암(106)으로부터 멀어지고 기판 척(104)에 의해 유지되는 기판(102)을 향하여 가게 한다. 벨로우즈(414)에 전달되는 가스의 압력을 증가 또는 감소시키면, 버프 패드(208)가 기판(102)에 대하여 눌려지는 힘이 증가 또는 감소한다. 모터(206)와 버프 패드 어셈블리(402) 사이의 짐벌은 버프 패드(208)가 사전 세정 버핑 동안 기판(102)과의 접촉을 유지하도록 버프 패드 어셈블리(402)의 이동의 자유를 허용한다.
도 4b는 모터(206)와 버프 패드 어셈블리(402)에 연결되는 벨로우즈(414)의 등축도이다. 도 4b의 실시예에서, 모터(206)를 스윙 암(106)에 연결하고, 벨로우즈(414)가 팽창 또는 수축할 때 모터(206) 및 버프 패드 어셈블리(402)의 이동을 허용하기 위해 슬라이드 베어링들(418a 및 418b)이 이용된다. 다른 구성들이 이용될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는 도 4a의 버프 헤드 캡(412) 및 굴곡 플레이트(410)의 등축 하부도이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 버프 헤드 캡(412)은 굴곡 플레이트(410)의 홀들(504a 및 504b)에 대응하는 둘 이상의 정렬 피쳐 또는 핀(502a 및 502b)을 포함한다. 버프 헤드 캡(412) 내에 매립된 하나 이상의 영구 자석(506a 내지 506c)은 굴곡 플레이트(410) 내에 매립된 영구 자석들(508a 내지 508c)(가상선으로 도시됨)과 정렬한다. 도 5a 및 도 5b에는 2개의 정렬 핀 및 3개의 영구 자석이 도시되어 있지만, 더 적거나 더 많은 정렬 핀 및/또는 자석이 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서는, 12개 이상의 자석이 굴곡 플레이트(410) 및 버프 헤드 캡(412) 각각에 매립될 수 있다. 하나 이상의 부착 피쳐(510)는 굴곡 플레이트(410)가 짐벌 슈라우드(408)(도 4a)에 부착되는 것을 허용한다.
동작 시에, 버프 패드(208)가 버프 헤드 캡(412)에 연결된다. 예를 들어, 버프 패드(208)는 양면 테이프 또는 다른 접착제에 의해 버프 헤드 캡(412)에 부착될 수 있다. 정렬 핀들(502a 및 502b) 및 자석들(506a 내지 506c)의 이용은 버프 헤드 캡(412)이 굴곡 플레이트(410)에 신속하게 고정적으로 부착되는 것(또는 그로부터 제거되는 것)을 허용한다. 마찬가지로, 교체 버프 헤드 캡들(412)(교체 버프 패드들이 부착되어 있음)이 신속하고 용이하게 설치될 수 있다. 이것은 패드 교체 동안의 시스템 정지 시간을 감소시킬 수 있다. 버프 헤드 캡(412)은 도 4a에 도시된 바와 같이 굴곡 플레이트(410) 위에 끼워맞춤될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는 도 1a 내지 도 1c의 기판 지지체(118)의 등축도이다. 도 6을 참조하면, 기판 지지체(118)는 기판(102)의 에지를 따른 3개의 접촉점에서 기판(102)을 지지하는 지지 홈들(602a, 602b 및 602c)을 포함한다. 더 적거나 더 많은 지지 홈들이 제공될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 기판 언로드 또는 로드 동작 동안 기판 지지체(118)를 기판 척(104)으로부터 멀리 또는 기판 척(104)을 향해 이동시키기 위해 샤프트(606)를 통해 기판 지지체(118)에 모터(604)가 연결될 수 있다. 모터(604)는 예를 들어 제어기(210)(도 2)에 의해 제어될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따라 제공되는 도 1a 내지 도 1c의 패드 컨디셔닝 스테이션(112)의 정면도이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 버프 패드(208)의 인-시튜 또는 엑스-시튜 컨디셔닝을 위해 (예를 들어, 브러쉬(702)의 중심(704)을 통해 가해지는) 화학물질과 함께 또는 그러한 화학물질 없이 나일론 모(bristle) 또는 다른 적합한 브러쉬(702)가 이용될 수 있다. 그러한 컨디셔닝은 버프 패드(208) 등의 표면을 세정하고/하거나 조면화하기 위해 버프 패드(208)에 개입하도록 수행될 수 있다. 다른 실시예들에서, 버프 패드(208)를 컨디셔닝 및/또는 세정하기 위해 다이아몬드 매립(diamond embedded) 또는 연마(abrasive) 컨디셔닝 패드가 이용될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 기판이 사전 세정 버프 모듈(100) 내로 로딩되거나 사전 세정 버프 모듈(100)로부터 제거되고 있는 동안, 유휴 상태 동안, 및/또는 임의의 요구되는 시간 또는 빈도에서, 버프 패드(208)는 이용 전에, 기판 버프 세정 동작들 사이에서, 스위프 사이클들 사이에서 컨디셔닝될 수 있다.
기판 척(104)에 대한 기판 회전 및/또는 미끄러짐을 감소시키기 위해, 기판 척(104)과 기판(102) 사이에 캐리어 필름(812)(도 8)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 캐리어 필름(812)은 진공이 캐리어 필름(812)을 통해 기판(102)에 가해지는 것을 허용하는 개구들을 갖는 폐쇄 셀 폴리우레탄 디스크(close cell polyurethane disk)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 캐리어 필름(812)은 캐리어 필름(812)의 압축 속성들(compression properties)을 개선하기 위해 카본 바인더들(carbon binders)을 포함할 수 있다. 캐리어 필름(812)에 대한 예시적인 두께 범위들은 약 25-60 밀의 범위이다. 다른 캐리어 필름 재료들, 유형들, 두께들 및/또는 구성들이 이용될 수 있다.
도 8의 실시예에서, 캐리어 필름(812)은 복수의 작은 개구(814)뿐만 아니라 더 큰 개구들(816a 및 816b)을 포함한다. 기판 지지체(118)(도 6)를 통한 기판(102)의 지지를 수용하기 위해 그리고/또는 기판 위치지정/배향 동안의 이용을 위해 컷 아웃들(818a 내지 818c)이 제공될 수 있다. 컷 아웃들(818a 내지 818c)은 기판 척(104)의 노치들(120a 내지 120c)(도 1c)과 정렬할 수 있다.
도 8의 실시예에서, 캐리어 필름(812)의 상반부에 더 많은 개구들이 제공된다. 예를 들어, 기판 디-척킹 동안, 캐리어 필름(812)은 기판(102)을 "유지(hold)"하는 경향이 있을 수 있다. 기판(102)을 자유롭게 하기 위해, 기판(102)의 후면에 가해지는 진공은 턴 오프될 수 있고, 약간 가압된 가스가 캐리어 필름(812) 내의 개구들을 통해 기판(102)의 후면에 가해질 수 있다. 기판(102)의 상부 부분에 있는 (예를 들어, 캐리어 필름(812) 내의 개구들에 의해 제공되는) 추가의 압력 위치들은 디-척킹 동안 기판 지지체(118)에 의해 기판(102)의 하부에 가해지는 압력의 보상을 도울 수 있다. 다른 디-척킹 및/또는 캐리어 필름(812) 구성이 이용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따라 CMP 후에 기판을 사전 세정 버핑하는 예시적인 방법(900)의 흐름도이다. 시스템(100)의 동작이 CMP 후에 기판을 사전 세정하는 것에 관하여 주로 설명되지만, 후속 세정 단계가 수행되는지 여부에 상관없이, 다른 기판 처리 단계들 후에(예를 들어, 에칭 잔류물을 제거하기 위한 또는 다른 응용들을 위한 에칭 후에) 기판을 버프 세정하기 위해 유사한 방법(900)이 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 9를 참조하면, 블록(902)에서, 기판(102)이 사전 세정 버프 모듈(100) 내로 로딩된다. 예를 들어, 로봇(도시되지 않음)은 기판(102)을 사전 세정 버프 모듈(100)의 탱크(108) 내로 그리고 기판 지지체(118) 상으로 하강시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 블록(904)에서, 기판(102)은, 린싱 유체 전달 메커니즘들(114a 및 114b)을 이용하여, 기판 지지체(118) 상으로 하강되는 동안 DI 수 또는 다른 유체로 린싱될 수 있다.
블록(906)에서, 기판(102)은 기판 척(104)에 고정된다. 예를 들어, 기판 지지체(118)는 기판(102)을 (기판 척(104)의 노치들(120a 내지 120c)과 정렬함으로써) 기판 척(104) 부근으로 이동시킬 수 있다. 기판(102)을 기판 척(104)에 대해 고정적으로 유지하기 위해 기판 척(104)(및 캐리어 필름(812))을 통해 진공이 가해질 수 있다. 다음으로, 기판 지지체(118)는 하강되어 비켜날(out of the way) 수 있다.
블록(908)에서, 기판(102)은 모터(202)(도 2)를 이용하여 기판 척(104)을 회전시킴으로써 회전된다. 블록(910)에서, 스윙 암(106)은 버프 패드(208)를 기판(102) 위에 위치시키도록 이동된다. 블록(912)에서, 버프 패드(208)는 (예를 들어, 모터(206)에 의해) 회전되고, (예를 들어, 가스를 스윙 암(106)의 벨로우즈(414)에 공급함으로써) 기판(102)에 대하여 눌려진다. 일부 실시예들에서, 세정 화학물질 또는 다른 유체가 (예를 들어, 화학물질 전달 메커니즘(116a 및/또는 116b)을 이용하여) 사전 세정 버핑 동안 기판(102)에 가해질 수 있다. 예시적인 화학물질들은 산성 용액, 염기성 용액, H2O2 등을 포함한다.
블록(914)에서, 버프 패드(208)는 스윙 암(106)을 이용하여 기판(102)의 정면에 걸쳐 스위프된다. 예를 들어, 기판(102)의 특정 영역들(예를 들어, 세정하기 어려울 수 있는 에지 또는 다른 영역들)로 세정을 타깃화하기 위해 미리 정의된 스위프 또는 "세정" 프로파일이 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 버프 패드(208) 상의 상이한 부하들 및/또는 버프 패드에 대한 상이한 회전률들이 이용될 수 있다. 버프/세정 프로파일은 (예를 들어, 스위프 범위, 빈도, 형상, 각각의 스위프 구역에 대한 시간 등을 포함하는) 버프 패드 스위프 프로파일 및/또는 버프 패드 위치에 의해 제어가능할 수 있다. 다양한 실시예들은 기판(102)의 특정 영역들을 타깃화할 수 있고, 그에 의해 사전 세정 버프 모듈(100)은 종래의 세정 방법들을 이용해서는 달성하기 어려운 기판(102)의 에지 결함성을 개선하기 위해(예를 들어, 기판(102)의 에지 부근에서의 결함 레벨들을 감소시키기 위해) 이용될 수 있다.
사전 세정 버핑 후에, 블록(916)에서, 기판(102)은 린싱 유체 전달 메커니즘들(114a 및/또는 114b)을 이용하여 린싱될 수 있고, 스윙 암(106)은 기판(102)으로부터 멀리 이동될 수 있다. 예를 들어, 스윙 암(106)은 세정/컨디셔닝을 위해 패드 컨디셔닝 스테이션(112)으로 버프 패드(208)를 이동시킬 수 있다(도 1c).
블록(918)에서, 기판 지지체(118)는 (예를 들어, 기판 척(104)의 노치들(120a 내지 120c)을 이용하여) 기판(102) 아래에 위치되고, 기판(102)은 기판 지지체(118)로 방출된다. 예를 들어, 진공이 기판(102)의 후면으로부터 제거될 수 있고, 기판(102)을 자유롭게 하기 위해 작은 가스 압력이 가해질 수 있다.
블록(920)에서, 기판(102)은 (예를 들어, 적합한 로봇을 이용하여) 탱크(108)로부터 들어 올려진다. 제거 동안, 일부 실시예들에서, 기판(102)은 린싱 유체 전달 메커니즘들(114a 및 114b)을 이용하여 DI 수 또는 다른 유체로 린싱될 수 있다. 다음으로, 기판(102)은 추가의 세정을 위해 브러쉬 스크러버 또는 메가소닉 탱크와 같은 세정 모듈로 이송될 수 있다.
언급된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 기판 로딩 및/또는 언로딩 동안, 버프 패드(208)는 패드 컨디셔닝 스테이션(112)을 이용하여 세정 및/또는 컨디셔닝될 수 있다.
사전 세정 버프 모듈(100)을 위한 예시적인 프로세스 파라미터들은 아래의 예 1에서 제공된다. 이러한 프로세스 파라미터들은 예들일 뿐이라는 것이 이해될 것이다. 다른 프로세스 파라미터들 및/또는 프로세스 파라미터들의 조합들이 이용될 수 있다.
예 1
일부 실시예들에서, 폴리싱 동안 벨로우즈(414) 및/또는 버프 패드(208)에 가해지는 압력은 약 0.1 내지 4 psi의 범위일 수 있다. 예시적인 압력 정확도는 약 +/- 4% 풀 스케일(full scale)일 수 있고, 예시적인 압력 응답 시간들은 약 0.5초 미만 내지 약 2초 미만의 범위이다. 다른 압력들, 압력 정확도들 및/또는 압력 응답 시간들이 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 버프 패드(208)는 폴리우레탄, 실리콘, 폴리비닐 알코올 또는 유사한 재료로 형성될 수 있다. 예시적인 버프 패드 직경은 약 20-80mm의 범위이고, 두께는 약 3.75 내지 약 6.25mm이다. 예시적인 버프 패드 회전률은 +/- 0.4% 풀 스케일로 약 0 내지 3000 rpm(rotations per minute)의 범위이다. 다른 버프 패드 재료들, 크기들 및/또는 회전률들이 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 스윙 암(106)은 +/- 0.4% 풀 스케일로 (기판 상에서) 약 0 내지 200mm의 스위프 범위를 허용할 수 있다. 스윙 암(106)에 대한 예시적인 스위프 속도들은 약 3 내지 5 rad/sec(피봇) 범위이고, 일부 실시예들에서는 +/- 0.4% 풀 스케일로 약 4.14 rad/sec이다. 다른 스위프 범위들 및/또는 스위프 속도들이 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판 회전률은 +/- 0.4 풀 스케일로 약 0 내지 1500 RPM의 범위일 수 있다. 다른 기판 회전률들이 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 캐리어 필름(812)은 폐쇄 셀 폴리우레탄 디스크와 같은 연속적인 논-엠보싱 패드(continuous, non-embossed pad)일 수 있다. 다른 캐리어 필름 유형들 및 재료들이 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 사전 세정 버핑 동안 이용될 수 있는 예시적인 화학물질들은 일본 오사카의 Wako Pure Chemical Industries, Ltd.로부터 입수가능한 CX100 또는 펜실베니아주 알렌타운의 Air Products and Chemicals, Inc.로부터 입수가능한 Electroclean과 같은 산성 용액, 높은 pH 화학물질, 알칼리 용액(alkalide solution), 최대 30% 농도의 H2O2 등을 포함한다. 다른 세정 화학물질들이 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, +/- 6% 풀 스케일로 약 150 내지 3000 ml/min의 화학물질 및/또는 린싱 유체 유량이 이용될 수 있다. 다른 화학물질 및/또는 린싱 유체 유량들이 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 패드 컨디셔닝 스테이션(112)은 버프 패드(208)의 컨디셔닝 및/또는 세정을 위해 나일론 브러쉬와 같은 고정식 또는 회전식 브러쉬를 이용할 수 있다. 예시적인 컨디셔닝 브러쉬 크기들은 약 50-80mm 직경의 범위이다. 다른 컨디셔닝 브러쉬들 및/또는 크기들이 이용될 수 있다. 그러한 패드 컨디셔닝 브러쉬를 회전시키기 위해 추가의 모터(도시되지 않음)가 이용될 수 있다는 점에 유의한다.
일부 실시예들에서, 사전 세정 버프 모듈(100)은 약 1 내지 12의 pH 범위를 갖는 화학물질들과 양립가능할 수 있다. 다른 pH 양립성 범위들(compatibility ranges)이 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 버프 패드(208)의 인-시튜 또는 엑스-시튜 컨디셔닝을 위해 브러쉬의 중심을 통해 가해지는 화학물질과 함께 컨디셔닝 모 브러쉬가 이용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 버프 패드(208)의 인-시튜 또는 엑스-시튜 컨디셔닝을 위해 다이아몬드 드레싱 디스크(diamond dressing disk)가 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 버프 패드(208)를 바꾸기 위한(및/또는 버프 패드 컨디셔닝을 위해 이용되는 컨디셔닝 모 브러쉬 또는 다이아몬드 디스크를 바꾸기 위한) 표면 해치(surface hatch)가 사전 세정 버프 모듈(100)의 하우징 내에 포함될 수 있다(예를 들어, 서비스 해치(110)).
일부 실시예들에서, 버프 패드(208)는 제거하기 어려운 입자들을 세정하기 위해 비교적 부드러운 버프 패드(전형적인 PVA 브러쉬보다는 단단함)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들은, 예를 들어 종래의 CMP가 수행된 후에, 화학적 버프 프로세스를 기판의 정면에 가하는 능력을 제공한다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 (예를 들어, 종래의 브러쉬 박스 또는 메가소닉 클리너를 이용하는) 세정 프로세스를 위해 CMP 프로세스 후에 기판의 정면 표면을 준비하는데 이용될 수 있다.
세정 화학물질이 기판(102)에 가해지는 동안, 스윙 암(106)은 기판(102)의 사전 세정에 영향을 주기 위해 기판의 정면 표면에 걸쳐 회전하는 버프 패드(208)를 스위프 또는 진동시키도록 적응된다. 스윙 암(106)은 (예를 들어, 기어 구동 어셈블리를 통해) 모터(204)에 의해 진동된다. 일부 실시예들에서, 스윙 암 대신에, 버프 패드(208), 버프 패드 모터(206), 및 선택적으로는 화학물질 전달 메커니즘(116a)을 지지하고 이동시키기 위해 선형 갠트리(linear gantry)가 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, CMP 후에, 그러나 전통적인 기판 세정 전에(및/또는 전통적인 기판 세정을 대신하여) 기판을 "사전 세정"하는 사전 세정 장치 및 프로세스를 제공한다. 일부 실시예들에서, 사전 세정 버프 모듈은 세정 툴의 더 전통적인 세정 모듈(예를 들어, 브러쉬 박스 모듈)을 대체할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 기판의 정면의 특정 영역에 적용되는 비교적 작은 버프 패드(예를 들어, 기판의 직경보다 작은 직경을 갖는 접촉 영역을 갖는 폴리싱 패드)를 이용하는 직접 버핑을 위해 정면이 접근가능하도록 기판을 지지하기 위해 척(예를 들어, 진공 척)을 이용함으로써 CMP 후에 기판들을 사전 세정하기 위한 컴팩트한 배열을 제공한다. 윈도우, 폴리싱 패드 등을 통해 이미징할 필요 없이 직접 정면 계측법이 동시에 이용될 수 있다. 화학물질이 기판의 정면 바로 위에 디스펜싱될 수 있어, 화학물질 소비뿐만 아니라 디스펜싱 분배를 용이하게 한다. 일부 실시예들에서, 화학물질은 스윙 암 상에 탑재된 매립형 스프레이 디스펜서에 의해 기판에 직접 전달될 수 있다(예를 들어, 디스펜서의 제어를 개선하고/하거나 최적화함으로써 화학물질 소비를 감소시킴). 하나 이상의 실시예에서, 화학물질은 버프 패드를 통해 직접 전달될 수 있다.
일부 실시예들에서, 사전 세정 버프 모듈(100)은 (예를 들어, 메가소닉 탱크 모듈을 대신하여) 브러쉬 박스와 폴리셔 사이에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 사전 세정 버프 모듈(100)은 브러쉬 박스 모듈을 대체할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 사전 세정 버프 모듈(100)은 메가소닉 및 브러쉬 스크러빙에 더하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 사전 세정 버프 모듈(100)은 메가소닉 탱크 및 하나 이상의 브러쉬 박스와 함께 이용될 수 있다. 일례에서, 사전 세정 버프 모듈(100)은 메가소닉 탱크, 2개의 브러쉬 박스, 및 스핀 린스 건조기 또는 마란고니 건조기(Marangoni dryer)와 같은 기판 건조 툴과 함께 이용될 수 있다(예를 들어, 4회의 세정 프로세스 및 1회의 건조 프로세스).
도시된 실시예들에서, 기판 척(104)은 수직 배향에서의 버프 세정 동안 기판을 제자리에 유지하도록 구성된 수직 배향 진공 척이다. 다른 실시예들에서, 기판(102)은 수평으로 배향되고/되거나 진공 없이 유지될(예를 들어, 클램핑될) 수 있다.
버프 패드(208)는, 입자들, 유기 잔류물 등을 제거하기에 적합한 다공성 폴리우레탄, 실리콘 등과 같은 임의의 적합한 재료일 수 있다. 버프 세정 동안 버프 패드(208)가 스윙 암(106)에 의해 기판(102)에 대하여 눌려질 때 가해질 수 있는 예시적인 압력은 유전체들에 대해 약 1-2 psi 및/또는 연성 금속들(soft metals)에 대해 약 0.2-0.8 psi일 수 있다. 버프 세정 동안 더 크거나 더 작은 압력들이 이용될 수 있다.
버프 패드(208)가 기판(102)보다 작으므로, 버프 세정의 양은 기판(102)에 걸쳐 변동되거나 "튜닝"될 수 있다. 예를 들어, 스캔/스위프 프로파일, 스위프 범위, 정주 시간(dwell time), 스위프 속도(sweep rate), 버프 패드 압력, 버프 패드 회전률, 기판 회전률 등이 버프 세정 동안 조절 및/또는 변동될 수 있다. 예를 들어, 에지 세정을 개선하기 위해, 스위프 속도, 정주 시간, 압력, 회전률 및/또는 그와 유사한 것이 조절될 수 있다.
언급된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 린싱 유체 및/또는 화학물질들은 스윙 암(106)에 연결되는 유체 전달 라인/스프레이 노즐과 같은 별개의 액체 전달 메커니즘에 의해, 및/또는 버프 패드(208)를 통해 제공될 수 있다. 예를 들어, 버프 패드(208)는 버프 세정 동안 기판(102)으로의 린싱 유체 및/또는 임의의 다른 요구되는 화학물질의 전달을 위한 개구(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 기판(102)과 버프 패드(208)를 세정 및/또는 린싱하기 위해 상이한 린싱 및/또는 세정 유체들이 이용될 수 있다.
본 명세서에 설명된 다양한 방법들은 예를 들어 적절하게 프로그래밍된 범용 컴퓨터 또는 다른 컴퓨팅 디바이스의 제어에 의해 또는 그러한 제어 하에서 구현될 수 있다는 것이 손쉽게 명백해질 것이다. 전형적으로, 프로세서(예를 들어, 하나 이상의 마이크로프로세서)가 메모리 또는 유사한 디바이스로부터 명령어들을 수신하고, 그러한 명령어들을 실행할 것이고, 그에 의해 그러한 명령어들에 의해 정의되는 하나 이상의 프로세스를 수행할 것이다. 또한, 그러한 방법들을 구현하는 프로그램들은 다양한 매체(예를 들어, 컴퓨터 판독가능 매체)를 이용하여 다수의 방식으로 저장 및 전송될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하드와이어드 회로 또는 맞춤형 하드웨어가 다양한 실시예들의 프로세스들의 구현을 위해 소프트웨어 명령어들을 대신하여 또는 소프트웨어 명령어들과 함께 이용될 수 있다. 따라서, 실시예들은 하드웨어와 소프트웨어의 임의의 특정한 조합에 제한되지는 않는다. 따라서, 프로세스의 설명은 프로세스를 수행하기 위한 적어도 하나의 장치를 마찬가지로 설명하고, 프로세스를 수행하기 위한 적어도 하나의 컴퓨터 판독가능 매체 및/또는 메모리를 마찬가지로 설명한다. 프로세스를 수행하는 장치는 프로세스를 수행하기에 적절한 컴포넌트들 및 디바이스들(예를 들어, 프로세서, 입력 및 출력 디바이스들)을 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 방법을 수행하기에 적절한 프로그램 요소들을 저장할 수 있다.
상술한 설명은 본 발명의 예시적인 실시예들만을 개시한다. 본 발명의 범위 내에 있는, 위에 개시된 시스템, 장치 및 방법의 수정들이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 손쉽게 명백해질 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, (예를 들어, 언더컷을 위해) 입자 및/또는 잔류물 제거를 개선하기 위해 사전 세정 버프 모듈(100)과 함께 묽은 슬러리가 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 CMP 후에 그리고 메가소닉 또는 브러쉬 스크러빙 전에 기판을 사전 세정하는 것에 관하여 주로 설명되었지만, 본 발명의 실시예들은 다른 세정 및/또는 사전 세정 응용들을 위해 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 사전 세정 버프 모듈(100)은 기판의 후면 세정을 위해 기판으로부터 에칭-후 잔류물(post-etch residue)을 제거하기 위해, 기판의 후면으로부터 척 마크들(chuck marks)을 제거하기 위해, 또는 그와 유사한 것을 위해 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, (예를 들어, 기판이 추가의 처리를 거치려고 할 때와 같이) 버프 세정 후에 추가의 세정 단계가 이용되지 않을 수 있다. 즉, 사전 세정 버프 모듈(100)은 더 일반적으로는 임의의 적합한 응용을 위한 버프 세정 모듈로서 이용될 수 있다.
따라서, 본 발명이 발명의 예시적인 실시예들에 관련하여 개시되었지만, 다른 실시예들은 다음의 청구항들에 의해 정의되는 것과 같은 본 발명의 범위 내에 있을 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
Claims (15)
- 기판을 세정하기 위한 장치로서,
기판의 정면이 접근가능한 상태로 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 척;
상기 기판의 직경보다 작은 직경을 갖는 버프 패드를 지지하도록 구성된 버프 패드 어셈블리; 및
상기 버프 패드에 연결되고, 상기 기판의 정면을 따라 상기 버프 패드를 위치시키고 회전시키며, 세정 동안 상기 버프 패드에 의해 상기 기판의 정면에 대하여 가해지는 힘의 양을 제어하도록 구성된 스윙 암
을 포함하고,
상기 기판 척, 상기 버프 패드 어셈블리 및 상기 스윙 암은 상기 기판을 버프 세정하도록 구성되는, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 기판 척은 상기 버프 패드를 이용한 세정 동안 상기 기판을 수직 배향으로 유지하도록 구성되는, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 스윙 암은 상기 버프 패드 어셈블리를 회전시키도록 구성된 모터를 포함하고, 상기 버프 패드 어셈블리는 짐벌(gimbal)을 통해 상기 스윙 암의 상기 모터에 연결되는, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 버프 패드 어셈블리는 상기 스윙 암에 연결된 제1 부분, 및 상기 제1 부분에 제거가능하게 연결된 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분은 상기 버프 패드를 지지하도록 구성되는, 장치. - 제4항에 있어서,
상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 함께 결합(hold)하도록 구성된 하나 이상의 자석을 포함하는, 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분이 함께 연결될 때, 상기 제1 부분의 하나 이상의 자석을 상기 제2 부분의 하나 이상의 자석과 정렬하는 하나 이상의 정렬 피쳐를 포함하는, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 스윙 암은 상기 버프 패드의 회전을 구동하는 모터, 및 상기 모터에 연결된 벨로우즈를 포함하고, 상기 벨로우즈의 팽창은, 상기 버프 패드를 이용한 세정 동안, 상기 버프 패드의 이동, 및 상기 버프 패드가 상기 기판에 대하여 눌려지는 힘의 변화를 야기시키는, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 스윙 암에 연결되고, 상기 버프 패드를 이용한 세정 동안 상기 버프 패드와 상기 기판 사이의 계면에 유체를 전달하도록 구성된 유체 전달 메커니즘을 더 포함하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 기판의 정면 및 후면 중 적어도 하나에 린싱 유체를 전달하도록 구성된 제1 린싱 유체 전달 메커니즘 및 제2 린싱 유체 전달 메커니즘 중 적어도 하나를 더 포함하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 버프 패드의 세정 및 컨디셔닝 중 적어도 하나를 행하도록 구성된 패드 컨디셔닝 스테이션을 더 포함하는 장치. - 화학 기계적 평탄화 후에 기판을 세정하기 위한 사전 세정 버프 모듈(pre-clean buff module)로서,
탱크;
상기 탱크 내에 위치되고, 기판의 정면이 접근가능한 상태로 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 척;
상기 탱크 내에 위치되고, 상기 기판의 직경보다 작은 직경을 갖는 버프 패드를 지지하도록 구성된 버프 패드 어셈블리;
상기 탱크 내에 위치되고, 상기 버프 패드 어셈블리에 연결되고, 상기 기판의 정면을 따라 상기 버프 패드를 위치시키고 회전시키며, 상기 버프 패드에 의해 상기 기판의 정면에 대하여 가해지는 힘의 양을 제어하도록 구성된 스윙 암; 및
상기 탱크 내에 위치되고, 상기 버프 패드의 세정 및 컨디셔닝 중 적어도 하나를 행하도록 구성된 패드 컨디셔닝 스테이션 - 상기 패드 컨디셔닝 스테이션은, 상기 스윙 암이 상기 버프 패드를 상기 패드 컨디셔닝 스테이션에 근접하여 배치하기 위해 회전가능하도록 위치됨 -
을 포함하고,
상기 기판 척, 상기 버프 패드 어셈블리 및 상기 스윙 암은 화학 기계적 평탄화 프로세스 후에 상기 기판을 버프 세정하도록 구성되는, 사전 세정 버프 모듈. - 제11항에 있어서,
상기 스윙 암에 연결되고, 상기 버프 패드를 이용한 사전 세정 동안 상기 버프 패드와 상기 기판 사이의 계면에 유체를 전달하도록 구성된 유체 전달 메커니즘을 더 포함하는 사전 세정 버프 모듈. - 기판 버프 모듈에서 기판을 세정하는 방법으로서,
상기 버프 모듈 내로 기판을 로딩하는 단계;
상기 기판을 기판 척에 고정하는 단계;
상기 기판 척을 이용하여 상기 기판을 회전시키는 단계;
회전가능한 버프 패드를 갖는 스윙 암을 상기 기판 위로 이동시키는 단계;
상기 버프 패드를 회전시키는 단계;
상기 버프 패드를 상기 기판의 정면에 대하여 누르는 단계; 및
상기 기판을 세정하기 위해 상기 스윙 암을 이용하여 상기 기판의 정면에 걸쳐 상기 회전하는 버프 패드를 스위프하는 단계
를 포함하는 방법. - 제13항에 있어서,
상기 버프 모듈 내로 기판을 로딩하는 것 및 상기 버프 모듈로부터 기판을 언로딩하는 것 중 적어도 하나를 행하는 동안 상기 버프 모듈 내에서 상기 버프 패드를 컨디셔닝 또는 세정하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제13항에 있어서,
상기 스윙 암에 연결된 화학물질 전달 메커니즘(chemical delivery mechanism)을 이용하여 세정 동안 상기 기판의 정면과 상기 버프 패드 사이의 계면에 화학물질을 전달하는 단계를 더 포함하는 방법.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201361895527P | 2013-10-25 | 2013-10-25 | |
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