KR20160145786A - 패싯들이 구비된 내측 표면들을 갖는 유지 링 - Google Patents

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KR20160145786A
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앤드류 제이. 나겐가스트
사뮤엘 추-치앙 수
가우탐 샤산크 단다베이트
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

유지 링은 대체로 환형인 본체를 포함한다. 본체는 정상부 표면, 바닥부 표면, 외측 정상부 둘레에서 정상부 표면에 연결되고 외측 바닥부 둘레에서 바닥부 표면에 연결된 외측 표면, 및 내측 정상부 둘레에서 정상부 표면에 연결되고 내측 바닥부 둘레에서 바닥부 표면에 연결된 내측 표면을 포함한다. 내측 표면은 7 또는 그 초과의 평면 패싯들(facets)을 포함한다. 인접한 평면 패싯들은 코너들에서 연결된다. 내측 바닥부 둘레는, 코너들에서 연결된 평면 패싯들의 직선 에지들을 포함한다.

Description

패싯들이 구비된 내측 표면들을 갖는 유지 링{RETAINING RING HAVING INNER SURFACES WITH FACETS}
본 개시물은 일반적으로, 기판들의 화학적 기계적 폴리싱(chemical mechanical polishing)에 관한 것이며, 더 구체적으로, 화학적 기계적 폴리싱에서 사용하기 위한 유지 링들(retaining rings)에 관한 것이다.
집적 회로는 전형적으로, 실리콘 기판 상에서의 전도성(conductive), 반도체성(semiconductive), 또는 절연성(insulative) 층들의 순차적인(sequential) 증착에 의해, 기판 상에 형성된다. 하나의 제조 단계는 비평탄(non-planar) 표면 위에 필러(filler) 층을 증착시키는 것, 그리고 비평탄 표면이 노출될 때까지 필러 층을 평탄화하는(planarizing) 것을 수반한다. 예컨대, 전도성 필러 층은, 절연성 층의 트렌치들(trenches) 또는 홀들(holes)을 채우기(fill) 위해, 패터닝된 절연성 층 상에 증착될 수 있다. 그런 다음에, 필러 층은, 절연성 층의 돌기된 패턴(raised pattern)이 노출될 때까지 폴리싱된다. 평탄화 후, 절연성 층의 돌기된 패턴 사이에 남아 있는, 전도성 층의 부분들은, 기판 상의 얇은 필름 회로들 사이에 전도성 경로들을 제공하는, 비아들(vias), 플러그들(plugs), 및 라인들(lines)을 형성한다. 부가적으로, 포토리소그래피를 위해 기판 표면에서 유전체 층을 평탄화하기 위해 평탄화가 필요할 수 있다.
화학적 기계적 폴리싱(CMP)은 평탄화의 하나의 용인된 방법이다. 이러한 평탄화 방법은 전형적으로, 기판이 CMP 장치의 폴리싱 헤드 또는 캐리어 상에 장착될 것을 필요로 한다. 기판의 노출된 표면은 회전식(rotating) 폴리싱 디스크 패드(disk pad) 또는 벨트 패드(belt pad)에 대하여 위치된다. 폴리싱 패드는 "표준형(standard)" 패드 또는 고정형-연마재(fixed-abrasive) 패드일 수 있다. 표준형 패드는 내구력이 있는(durable) 조면화된(roughened) 표면을 갖는 반면에, 고정형-연마재 패드는 격납 매체들(containment media)에 수용되는 연마재 입자들을 갖는다. 캐리어 헤드는, 기판을 폴리싱 패드에 대하여 누르기 위해, 제어 가능한 부하(load)를 기판에 제공한다. 표준형 패드가 사용되는 경우, 적어도 하나의 화학적 반응제(chemically-reactive agent)를 포함하는 폴리싱 슬러리(slurry), 및 연마재 입자가 폴리싱 패드의 표면에 공급된다.
기판은 전형적으로, 유지 링에 의해 캐리어 헤드 아래에서 유지된다. 그러나, 유지 링은 폴리싱 패드와 접촉하기 때문에, 유지 링은 마모되는 경향이 있고, 종종 교체된다. 몇몇 유지 링들은 금속으로 형성된 상부 부분 및 마모 가능한(wearable) 플라스틱으로 형성된 하부 부분을 갖는 반면에, 몇몇 다른 유지 링들은 단일 플라스틱 파트(part)이다.
일 양태에서, 본 개시물은, 대체로(generally) 환형인 본체를 포함하는 유지 링을 특징으로 한다. 본체는 정상부 표면, 바닥부 표면, 외측 정상부 둘레에서 정상부 표면에 연결되고 외측 바닥부 둘레에서 바닥부 표면에 연결된 외측 표면, 및 내측 정상부 둘레에서 정상부 표면에 연결되고 내측 바닥부 둘레에서 바닥부 표면에 연결된 내측 표면을 포함한다. 내측 표면은 7 또는 그 초과의 평면 패싯들(facets)을 포함한다. 인접한 평면 패싯들은 코너들에서 연결된다. 내측 바닥부 둘레는, 코너들에서 연결된 평면 패싯들의 직선 에지들을 포함한다.
다른 양태에서, 본 개시물은, 기판 수용 표면 및 기판 수용 표면을 둘러싸는 대체로 환형인 유지 링을 포함하는 캐리어 헤드를 특징으로 한다. 유지 링은 정상부 표면, 바닥부 표면, 외측 정상부 둘레에서 정상부 표면에 연결되고 외측 바닥부 둘레에서 바닥부 표면에 연결된 외측 표면, 및 내측 정상부 둘레에서 정상부 표면에 연결되고 내측 바닥부 둘레에서 바닥부 표면에 연결된 내측 표면을 포함한다. 내측 표면은 7 또는 그 초과의 평면 패싯들(facets)을 포함한다. 인접한 평면 패싯들은 코너들에서 연결된다. 내측 바닥부 둘레는, 코너들에서 연결된 평면 패싯들의 직선 에지들을 포함한다.
다른 양태에서, 본 개시물은, 기판과 폴리싱 표면 사이의 상대 운동을 생성하는 단계 및 유지 링을 이용하여 기판을 제한하는 단계를 포함하는 폴리싱 방법을 특징으로 한다. 유지 링은 정상부 표면, 바닥부 표면, 외측 정상부 둘레에서 정상부 표면에 연결되고 외측 바닥부 둘레에서 바닥부 표면에 연결된 외측 표면, 및 내측 정상부 둘레에서 정상부 표면에 연결되고 내측 바닥부 둘레에서 바닥부 표면에 연결된 내측 표면을 포함한다. 내측 표면은 7 또는 그 초과의 평면 패싯들(facets)을 포함한다. 인접한 평면 패싯들은 코너들에서 연결된다. 내측 바닥부 둘레는, 코너들에서 연결된 평면 패싯들의 직선 에지들을 포함한다. 기판과 폴리싱 표면 사이의 상대 운동은, 유지되는 기판으로 하여금, 유지 링의 내측 표면의 둘 또는 그 초과의 패싯들과 동시에 접촉하게 한다.
유지 링들, 캐리어 헤드들, 및 방법들의 실시예들은 또한, 이하의 특징들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 바닥부 표면은 외측 표면으로부터 내측 표면으로 연장되는 채널들을 포함하고, 각각의 채널은 코너에서 본체의 내측 표면에 대해 개방된 단부를 포함한다. 내측 표면은 제 1 개수의 패싯들을 포함하고, 바닥부 표면은 제 2 개수의 채널들을 포함한다. 제 1 개수는 제 2 개수의 양의 정수배(positive integer times)이다. 제 1 개수는 제 2 개수와 동일하다. 채널들은, 유지 링의 중심을 통해 연장되는 방사상 세그먼트(radial segment)에 대해 어떠한 각도로(at an angle) 배향된다. 각각의 코너는 정상부 표면으로부터 바닥부 표면으로 연장된다. 각각의 패싯은, 정상부 표면과 함께 형성된 정상부 직선 에지, 바닥부 표면과 함께 형성된 바닥부 직선 에지, 및 2개의 코너들을 따른 2개의 직선 측 엣지들을 갖는 직사각형 또는 사각형 형상을 갖는다. 내측 표면은 총 18개의 패싯들을 포함한다. 내측 바닥부 둘레는 대칭 형상을 갖는다. 내측 정상부 둘레 및 내측 바닥부 둘레 중 하나 또는 양자 모두는 다각형을 형성한다. 유지 링의 중심과 평면 패싯 사이의 거리는 약 150mm 내지 약 155mm이다. 본체는 마모 가능한 재료를 포함한다. 폴리싱 액이 폴리싱 표면에 공급되어, 폴리싱 액은 바닥부 표면의 채널들을 통해 그리고 유지 링 아래에서 기판으로 유동한다.
본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들의 세부 사항들은 이하의 상세한 설명 및 첨부한 도면들에서 설명된다. 본 발명의 다른 특징들, 목적들, 및 장점들은 상세한 설명 및 도면들로부터, 그리고 청구항들로부터 자명할 것이다.
도 1은 유지 링의 개략적인 사시도이다.
도 2는 캐리어 헤드의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 유지 링의 개략적인 평면 저면도이다.
도 4 및 5는 유지 링들의 단면도들이다.
도 6은, 유지되는 기판이 유지 링에 대해 상이한 포지션들에 있는 유지 링의 개략적인 평면 상면도이다.
CMP 장치의 유지 링은, CMP 장치에 의해 폴리싱되는 기판의 이동을 한정하는 내측 표면 갖는다. 종래의 유지 링에서, 내측 표면은 원형 둘레를 갖는다.
본원에서 설명되는 유지 링은 다수의 평면 패싯들로 형성된 내측 표면을 갖고, 인접한 패싯들은 코너들에서 결합된다(joined). 유지 링의 상면 또는 저면 평면도에서, 내측 표면의 패싯들은 다각형, 또는 직선 에지들을 갖는 다른 형상들을 형성한다. 유지 링은 또한, 유지 링이 CMP 장치에 조립될 때 폴리싱 패드를 향하는(face) 바닥부 표면에 채널들을 포함할 수 있다. 채널들은 기판과 폴리싱 패드 사이에서 슬러리를 운반하는 것을 용이하게 할 수 있다. 채널들 및 패싯들의 위치들은, 유지 링의 코너에서 유지 링의 내측 표면에 대해 개방된 단부를 각각의 채널이 갖도록 선택될 수 있다. 사용 시에, 이러한 특징들 그리고 이하에서 설명되는 다른 특징들을 갖는 유지 링은 기판의 외측 직경의 다수의 점들과 동시에 접촉할 수 있다. 유지 링은 마모에 저항하고 긴 기대 수명을 갖는다. 폴리싱된 기판은 양호한 두께 균일성을 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 유지 링(100)은, CMP 장치의 캐리어 헤드에 고정될 수 있는 대체로 환형인 링이다. 적합한 CMP 장치는, 미국 특허 제 5,738,574 호에 설명되고, 적합한 캐리어 헤드들은 미국 특허 제 6,251,215 호 및 미국 특허 제 6,857,945 호에 설명되며, 이들의 전체 개시 내용들은 인용에 의해 본원에 통합된다. 유지 링(100)은, CMP 장치의 이송 스테이션에서 기판을 포지셔닝하고, 센터링하며(centering), 홀딩하기 위해, 로드컵(loadcup) 내에 끼워맞춤(fit)된다.
예로서, 도 2는, 도 1의 유지 링(100)이 상부에 고정되는 간략화된 캐리어 헤드(200)를 도시한다. 캐리어 헤드(200)는 하우징(202), 가요성 멤브레인(flexible membrane; 204), 가압 가능한(pressurizable) 챔버(206), 및 유지 링(100)을 포함한다. 가요성 멤브레인은 기판(242)을 위한 장착 표면(240)을 제공한다. 기판(242)이 장착될 때, 장착 표면(240)은 기판의 후면 표면(244)과 직접 접촉할 수 있다. 이러한 예에서, 멤브레인(204)은 유지 링(100)과 하우징(202) 사이에 클램핑된다. 몇몇 구현예들에서, 하나 또는 그 초과의 다른 파트들, 예컨대, 클램프 링들은 멤브레인(204)을 홀딩하는 데에 사용될 수 있다. 멤브레인(204)과 하우징(202) 사이에 로케이팅된 가압 가능한 챔버(206)는, 정면 표면(246)을 폴리싱하기 위해서 기판(242)의 정면 표면(246)을 폴리싱 패드(250)의 폴리싱 표면(252)에 대하여 누르도록, 예컨대, 유체(기체 또는 액체)를 사용하여 가압될 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 챔버(206)의 압력, 그리고 따라서 기판(242)에 대한 가요성 멤브레인(204)의 하방 압력은, 하우징의 통로(208)를 통해 챔버(206)에 유체적으로(fluidly) 연결되는 펌프(도시되지 않음)를 사용하여 제어될 수 있다.
기판(242)을 멤브레인(204) 아래에 한정하기 위해, 유지 링(100)은 하우징(202)의 에지 근처에 고정된다. 예컨대, 유지 링(100)은, 하우징(202)의 통로들(238)을 통해서, 유지 링(100)의 상부 표면(112)의, 정렬된 나사산 가공된 수용 리세스들(threaded receiving recesses) 내로 연장되는 기계적 파스너들(mechanical fasteners; 236), 예컨대, 스크류들 또는 볼트들에 의해 고정될 수 있다. 유지 링(100)이 캐리어 헤드에 고정될 때 올바른 정렬을 허용하기 위해, 부가적으로, 정상부 표면(112)은, 캐리어 헤드 상의 대응하는 핀과 짝맞춤하도록(mate) 포지셔닝되는 하나 또는 그 초과의 정렬 개구들을 가질 수 있다. 유지 링(100)이 하우징(202)에 고정될 때, 정상부 표면(112)의 정상부의 둘레는, 캐리어 헤드의 외측 에지를 따라서 갭이 존재하지 않도록, 하우징(202)의 둘레와 실질적으로 동일할 수 있다. 유지 링(100)은, 하우징(202)을 분해하거나 또는 캐리어 헤드(200)로부터 하우징(202)을 제거하는 것을 요구하지 않고, 유닛으로서 하우징(202) 및 캐리어 헤드(200)의 나머지로부터 제거 가능하다.
캐리어 헤드(200)를 회전시키고 그리고/또는 폴리싱 패드에 걸쳐서 병진 운동시키기(translate) 위해, 구동 샤프트(drive shaft; 220)가 제공될 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 구동 샤프트(220)는, 폴리싱 패드(250)에 대한 유지 링(100)의 바닥부 표면(114)의 압력을 제어하기 위해, 상승되고 하강될 수 있다. 예컨대, 미국 특허 제 6,183,354 호 또는 제 7,575,504 호 - 상기 미국 특허들은 인용에 의해 통합됨 - 에 설명되는 바와 같이, 대안적으로, 유지 링(100)은 구동 샤프트(220)에 대해 이동 가능할 수 있고, 캐리어 헤드(200)는 유지 링(100)에 대한 하방 압력을 제어하도록 가압될 수 있는 내부 챔버를 포함할 수 있다.
도 1 및 3을 참조하면, 유지 링(100)의 상부 표면(112)은 편평하고, 하부 표면(114)은 채널들 또는 그루브들(130)을 포함한다. 채널들(130) 이외에는, 하부 표면(114)은 편평할 수 있으며, 편평한 상부 표면(112)에 평행할 수 있다. 이러한 예에서, 하부 표면(114)은 12개의 채널들(130)을 포함하지만, 다른 개수의 채널들, 예컨대, 18개 또는 그 초과의 채널들이 가능하다. 유지 링(100)이, 도 2에 도시된 캐리어 헤드와 같은 캐리어 헤드에 조립될 때, 하부 표면(114)은 폴리싱 패드와 접촉한다. 채널들(130)은, 연마재들을 포함할 수 있거나 무-연마재(abrasive-free)일 수 있는, 슬러리와 같은 폴리싱 유체가 유지 링 밑에서 기판으로 유동하는 것을 허용한다.
상부 표면(112)과 하부 표면(114)은, 약 12.5mm 내지 약 37.5mm의, 유지 링의 높이, 또는 거리에 의해 분리될 수 있다. 채널들(130)은 일반적으로 직선일 수 있으며, 내측 표면(120)으로부터 유지 링(100)의 외측 표면(110)으로 연장될 수 있다. 각각의 채널(130)은 약 0.75mm 내지 약 25mm, 예컨대, 약 3.125mm의 폭(W)(도 4 참고)을 가질 수 있다.
바닥부 표면(114) 상의 채널들(130)은 동일한 각도 간격들(equal angular intervals)로 유지 링(100) 주변에 분포될 수 있다. 채널들(130)은 전형적으로, 유지 링(100)의 중심을 통해 연장되는 방사상 세그먼트(R)에 대해, 예컨대, 약 30° 내지 약 60°, 또는 약 45° 각도(α)로 배향된다.
도 4를 참조하면, 각각의 채널(130)은 2개의 수직 측벽들(132) 및 라운딩된(rounded) 천장(134)을 포함하며, 그래서 채널(130)은 날카로운(sharp) 내측 코너들이 없다. 예컨대, 라운딩된 천장(134)은, 2개의 측벽들(132) 사이의 거리와 동일한 직경을 갖는 반원 단면을 가질 수 있다. 2개의 수직 측벽들(132)은, 예컨대, 약 0.5mm 내지 약 3.75mm의 동일한 높이를 가질 수 있다. 수직 측벽들(132)은 천장(134)과의 날카로운 또는 라운딩된 결합부(junction)를 가질 수 있다. 도 5에 도시된 다른 예로서, 그루브의 천장은 대체로 수평의 편평한 섹션(136)을 가질 수 있고, 천장이 측벽들과 교차하는 바로 그 코너들에 만곡부(curvature; 138)가 로케이팅될 수 있다.
다시 도 1 및 3을 참조하면, 하부 표면(114)에 인접하는, 유지 링(100)의 외측 표면(110)의 적어도 부분은, 상면 또는 저면 평면도에서 원형 형상을 갖는 수직 원통형 표면일 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 유지 링(100)은 최하부 부분(144)보다 더 큰 외측 직경을 갖는 돌출 부분(146)를 포함하며, 이로써 외측 표면(110)은 렛지(140)를 포함한다.
원통형 표면 대신에, 내측 표면(120)은, 패싯들(150a, 150b, 150c, 150d, 150e, 150f)(전부 도시되지는 않음)을 포함하여, 다수의 패싯들(150)로 형성되고, 각각은 편평한 수직 표면이며, 코너에서, 예컨대, 162a, 162b, 162c, 162d, 162e(전부 도시되거나 라벨링되지는(labeled) 않음)를 포함하여, 코너들(162)에서, 인접한 패싯과 결합된다. 따라서, 각각의 코너(162)는 직선 수직 코너일 수 있다.
패싯들은, 각각, 직선 상부 및 하부 에지들(170 및 194)을 따라서, 상부 및 하부 표면들(112, 114)과 교차한다. 패싯들의 직선 에지들은 코너들에서 서로 연결된다. 따라서, 상면 또는 저면 평면도에서, 연결된 에지들은 다각형을 형성할 수 있다.
도 1의 예에서, 내측 표면(120)은 12개의 패싯들(150)을 가지며, 이러한 12개의 패싯들은, 에지들(170a, 170b,170c, 170d, 170e, 170f, 170g, 170h, 170i, 170j, 170k, 170l)을 포함하여 12개의 하부 직선 에지들(170)을 하부 표면(114)과 함께 형성하고, 에지들(194a, 194b, 194c, 194d, 194e, 194f)(전부가 도시되지는 않음)을 포함하여 12개의 상부 직선 에지들(194)을 형성한다. 그러나, 유지 링(100)은 12 내지 148개의 패싯들을 가질 수 있다.
평균적으로, 내측 표면(120) 및 외측 표면(110)은, 약 2.5cm 내지 약 5.0cm의, 유지 링(100)의 평균 폭, 또는 거리에 의해 분리된다.
상부 표면(112)의 각각의 채널(130)은 내측 표면(120)에 대해 개방된 단부, 및 외측 표면(110)에 대해 개방된 반대쪽(opposite) 단부를 갖는다. 내측 표면(120)의 개구부들은, 인접한 패싯들 사이의 코너들에 로케이팅된다. 몇몇 구현예들에서, 내측 표면(120)의 채널들(130)의 모든 개구부들은 코너들에 로케이팅되고, 패싯의 에지를 따른 2개의 코너들 사이에는 내측 표면(120)의 채널들(130)의 개구부들이 없다. 도면들에 도시된 예에서, 각각의 코너는 채널의 하나의 개구부에, 그리고 그러므로, 채널(130)에 대응한다. 내측 표면(120)의 패싯들의 총 개수는 하부 표면(114)의 채널들의 총 개수와 동일할 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 내측 표면의 패싯들의 개수는 채널들의 총 개수의 정수, 예컨대, 1, 2, 3, …, 배와 동일하다. 예컨대, 채널 개구부, 그리고 그러므로, 채널(130)은 내측 표면(120) 상의 매 2개, 3개, 또는 그 초과의 코너들마다 형성될 수 있다.
가요성 멤브레인(204)의 하부 표면(240)과 함께, 유지 링(100)의 내측 표면(120)은 기판 수용 리세스(300)를 정의한다. 유지 링(100)은 기판(242)이 기판 수용 리세스(300)로부터 탈출하는 것을 방지한다. 일반적으로, 기판은 원형이고 약 200mm 내지 약 300mm의 직경을 갖는다. 상면 또는 저면 평면도에서 리세스(300)의 크기는 일반적으로, 기판(242)이 유지 링(100)에 대해서 기판의 포지션을 이동시킬 수 있도록, 기판(242)의 표면적보다 더 크다. 논의의 목적을 위해, 유지 링(100)의 내측 반경(IR)은, 유지 링의 평면도에서 유지 링(100)의 중심(C)과, 2개의 인접한 코너들 사이의 패싯의 에지 상의 중심점 사이의 거리가 되도록 정의된다. 내측 반경은 기판 직경의 절반 또는 기판 반경보다 더 크며, 예컨대, 약 150mm 내지 약 155mm일 수 있다.
도 2 및 6을 참조하면, 폴리싱 프로세스 동안, 하우징(202), 멤브레인(204), 및 유지 링(100)을 포함하여, 캐리어 헤드(200)는 폴리싱 패드(250)에 대해서 이동한다. 기판(242)은 멤브레인(204) 및 유지 링(100)의 내측 표면(120)에 의해 정의된 리세스(300) 내에서 캐리어 헤드(200)의 이동을 따른다. 이동 중 특정 시간 순간에, 기판(242)은 내측 표면(120)의 적어도 2개의 패싯들과 접촉한다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(242)이 유지 링에 대해 접촉 포지션("1")에 있는 시간 순간에, 기판의 외측 표면은 동시에, 패싯(170k)과 하나의 접촉을 이루고 패싯(170l)과 다른 접촉을 이룬다(접촉 위치들은 기호("x")에 의해 표시되고 포지션("1")로 라벨링됨).
2개의 접촉 위치들에서, 기판(242)이 유지 링(100)의 내측 표면(120)에 대해 미끄러지지(slip) 않는다고 가정하면, 2개의 접촉 위치들에서, 기판(242) 및 내측 표면(120)은 동일한 선 속도(linear velocity)를 갖는다. 그러나, 기판(242)의 반경은 유지 링(100)의 내측 표면(120)의 반경보다 더 작기 때문에, 2개의 접촉 위치들에서, 기판(242) 및 내측 표면(120)은 상이한 각 속도들(angular velocities)을 갖는다. 결과적으로, 기판(242)이 접촉 포지션("1")에 있는 이러한 순간 이후에, 유지 링(100)에 대한 기판(242)의 포지션은 변화하고, 기판(242)과 내측 표면(120) 사이의 접촉 위치들이 변화한다. 즉, 기판(242)의 중심은 유지 링의 중심에 대해 이동하는데, 예컨대, 회전한다. 예컨대, 다른 순간에, 기판(242)은 유지 링에 대해 접촉 포지션("2")에 있다. 이러한 포지션("2")에서, 기판(242)의 외측 표면은 동시에, 패싯(170i)과 하나의 접촉을 이루고 패싯(170j)과 다른 접촉을 이룬다. 또 다른 순간에, 기판(242)은 유지 링에 대해 접촉 포지션("3")에 있다. 이러한 포지션("3")에서, 기판의 외측 표면은, 패싯(170h)과 하나의 접촉을 이루고 패싯(170g)과 다른 접촉을 이룬다.
도 6은 기판(242)이 각각의 접촉 포지션, 예컨대, 포지션("1", "2", 또는 "3")에서 2개의 패싯들과 동시에 접촉하는 것을 도시하지만, 기판(242)은 각각의 접촉 포지션에서 둘 초과의 패싯들, 예컨대, 셋 또는 그 초과의 패싯들과 동시에 접촉하는 것이 가능하다. 예컨대, 각각의 접촉 포지션에서의 접촉 패싯들의 개수는 유지 링의 내측 표면(120)의 패싯들의 형상 및/또는 총 개수, 기판(242)과 내측 표면(120) 사이의 반경 차이, 등을 제어함으로써 제어될 수 있다. 몇몇 예들에서, 각각의 패싯은 동일한 치수들 및 형상을 가질 수 있고, 내측 표면(120)의 평면도는 매우 대칭적일 수 있다. 다른 예들에서, 패싯들은 상이한 치수들 또는 형상들을 가질 수 있고, 내측 표면의 단면은 비-대칭적일 수 있다. 예컨대, 도면들은, 패싯들이 일반적으로 직사각형 또는 사각형인 것을 도시하지만, 패싯들은 또한, 다른 형상들, 예컨대, 사다리꼴 형상들을 가질 수 있다. 도면들에 도시된 코너들은 상부 표면(112)으로부터 바닥부 표면(114)으로 연장된다. 다른 예들에서, 2개의 인접한 패싯들 사이의 몇몇 코너들은 2개의 표면들(112, 114) 사이에서 완전히 연장되지 않는다.
기판(242)이 각각의 접촉 포지션에서 다수의 패싯들과 동시에 접촉하는 것을 허용하는 것에 의해, 유지 링의 내측 표면(120)의 마모는, 각각의 접촉 포지션에서 단을 접촉을 형성하는 것과 비교하여, 감소될 수 있다. 예컨대, 유지 링의 내측 표면이, 예컨대, 유지 링(100)의 외측 표면(110)과 같이, 원통형일 때, 각각의 접촉 포지션에서, 원형 외측 둘레를 갖는 기판은 단일 접촉 위치에서 내측 표면과 접촉한다. 다수의 접촉들은, 기판(242)과 내측 표면(120) 사이의 힘이 다수의 접촉 위지들에서 흡수되는 것을 허용하고 각각의 개별 접촉 위치에서의 힘에 의해 야기되는 마모를 감소시킬 수 있다. 게다가, 기판과 원통형 표면 사이의 단일 접촉에서의 접촉 각도는 원통형 표면의 내측 직경에 대해 직각(normal)이다. 그러나, 기판(242)이 다수의 패싯들에서 내측 표면(120)과 다수의 접촉을 이룰 때, 접촉 각도들은 내측 표면(120)의 내측 반경에 대해 반드시 직각일 필요는 없다. 결과적으로, 각각의 접촉 위치에서 유지 링에 대한 마모는, 90도의 접촉 각도를 갖는 접촉과 비교하여, 감소된다. 감소된 마모는 유지 링이 증가된 기대 수명을 갖는 것을 허용할 수 있다.
유지 링(100)과 기판(242) 사이의 상대적인 이동 동안, 기판은, 내측 표면(120)의 코너들에 로케이팅된 채널 개구부들 또는 채널들(130) 중 어느 것과도 직접적인 점-대-점(direct point-to-point) 접촉을 이루지 않는다. 대신에, 기판은 오직, 내측 표면(120)의 패싯들과 점-대-면 접촉들만을 이룬다. 일반적으로, 채널들(130)은 유지 링(100)에서 높은 응력 지역들(stress areas)을 형성하며, 이러한 응력 지역들에서 유지 링은 링의 다른 파트들에서보다 더 쉽게 손상되거나 파괴되는 경향이 있다. 채널들(130)과 기판(242) 사이의 직접적인 점-대-점 접촉들을 제거함으로써, 높은 응력 지역들은 기판(242)과 내측 표면(120) 사이의 힘의 직접적인 충격으로부터 보호된다. 그러한 힘으로부터의 유지 링에 대한 가능한 손상들이 감소된다. 결과적으로, 유지 링의 마모가 감소되고 유지 링은 긴 시간 기간 동안에 사용될 수 있다.
몇몇 폴리싱 프로세스들에서, 기판(242)과 유지 링(100) 사이의 상대적인 이동은 폴리싱되는 기판에서의 비대칭성을 감소시키고 웨이퍼-내(within-wafer) 균일성을 개선할 수 있다. 비대칭성을 갖는 폴리싱되는 기판에서, 폴리싱되는 기판은 각도 좌표(angular coordinate)에 따라 변화하는 두께 변화를 갖는다. 임의의 특정 이론에 제한되지 않으면서, 단일 접촉 상황과 비교하여, 기판(242)과 유지 링(100) 사이의 다수의 접촉들은, 기판(242)이 캐리어 헤드에 대해 회전하는 것을 허용할 수 있고, 따라서, 임의의 비대칭적인 압력 분배의 영향을 각을 이루어 확산시키며(angularly spreading), 이에 따라, 비대칭 발생의 가능성 또는 비대칭의 양을 감소시킨다.
유지 링(100)은 CMP 프로세스에 대해 화학적으로 불활성인 재료로부터 형성될 수 있다. 재료는, 유지 링(100)에 대한 기판 에지의 접촉이, 기판으로 하여금 칩핑되거나(chip) 크랙킹되게(crack) 하지 않도록, 충분하게 탄성이 있어야 한다. 그러나, 유지 링(100)은, 캐리어 헤드가 유지 링(100)에 대해 하방 압력을 가할 때 기판 수용 리세스(300) 내로 돌출될 만큼 탄성적이어서는 안된다. 유지 링(100)은 또한, 유지 링(100)이 마모되는 것이 용인 가능하다고 하더라도, 내구력이 있고 낮은 마모 레이트를 가져야 한다.
예컨대, 유지 링(100)은 CMP 프로세스에 대해 화학적으로 불활성인 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 플라스틱은 쇼어 D 스케일(Shore D scale)에서 약 80-95의 경도계 측정(durometer measurement)을 가질 수 있다. 일반적으로, 플라스틱의 탄성 계수는 약 0.3-1.0 x 106 psi의 범위에 있을 수 있다. 적합한 플라스틱은 PPS(polyphenylene sulfide), PAEK(polyaryletherketone), PEEK(polyetheretherketone), PET(polyethylene terephthalate), PBT(polybutylene terephthalate), PTFE(polytetrafluoroethylene), PBI(polybenzimidazole), PEI(polyetherimide), PEKK(polyetherketoneketone), 또는 복합 재료(composite material)를 포함할 수 있다(예컨대, 구성될 수 있다). PPS(polyphenol sulfide)의 장점은, 유지 링들을 위해 일반적으로 사용되는 재료이고 신뢰성이 있다는 점이다.
유지 링(100)은 또한, 상기 논의되는 유지 링들에 대해서 대안적인 피쳐들(features) 또는 다른 피쳐들을 가질 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 유지 링(100)은, 유체, 예컨대, 기체 또는 액체가, 폴리싱 동안 유지 링의 내부에서 외부로 또는 외부에서 내부로 통과하는 것을 허용하기 위해, 유지 링의 본체를 통해 내측 표면으로부터 외측 표면으로, 수평으로 또는 수평으로부터 작은 각도로 연장되는 하나 또는 그 초과의 관통 홀들을 갖는다. 관통-홀들은 유지 링 주위에서 균등하게 이격될 수 있다.
유지 링(100)의 측벽들이 수직인 것으로 예시되었지만, 유지 링(100)은, 둘러싸는 링의 정상부 내측 에지에 대해서 유지 링을 위한 단단한 정지부(hard stop)를 제공하기 위해 또는 기판 로더(loader)에서 유지 링을 센터링하는 것을 보조하기 위해 외측 표면 상의 리세스 또는 립(lip)과 같은 다른 피쳐들을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 유지 링(100)의 내측 표면 및/또는 외측 표면은 테이퍼질(tapered) 수 있다.
상기 설명된 유지 링은 단일 링을 포함하지만, 몇몇 구현예들에서, 유지 링은, 서로의 정상부 상에 적층된(stacked) 둘 또는 그 초과의 링 부분들의 조합을 가질 수 있다. 그러한 구현예들에서, 상기 설명된 유지 링(100)은 폴리싱 패드와 접촉하는, 유지 링의 하부 표면을 갖는 가장 낮은 링 부분일 수 있다. 유지 링(100)의 특정 파트들은 다른 링 부분들과 연결되도록 변경될 수 있다.
유지 링들 및 유지 링 부분들과 관련된 다른 특징들은 미국 특허 출원 공보 제 2005/0126708 호 및 미국 특허 출원 공보 제 2013/0035022 호에서 설명된다. 상기 출원들 양자 모두의 전체 내용들은 인용에 의해 본원에 통합된다.
다른 특징들은 청구항들에 있다.

Claims (15)

  1. 유지 링(retaining ring)으로서,
    대체로 환형인 본체(generally annular body)를 포함하고,
    상기 대체로 환형인 본체는,
    정상부 표면(top surface);
    바닥부 표면(bottom surface);
    외측 정상부 둘레(outer top perimeter)에서 상기 정상부 표면에 연결되고 외측 바닥부 둘레에서 상기 바닥부 표면에 연결된 외측 표면; 및
    내측 정상부 둘레에서 상기 정상부 표면에 연결되고 내측 바닥부 둘레에서 상기 바닥부 표면에 연결된 내측 표면을 포함하고, 상기 내측 표면은 7 또는 그 초과의 평면 패싯들(planar facets)을 포함하며, 인접한 평면 패싯들은 코너들에서 연결되고, 상기 내측 바닥부 둘레는, 상기 코너들에서 연결된 평면 패싯들의 직선 에지들을 포함하는,
    유지 링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바닥부 표면은 상기 외측 표면으로부터 상기 내측 표면으로 연장되는 채널들을 포함하고, 각각의 채널은 코너에서 상기 본체의 상기 내측 표면에 대해 개방된 단부를 포함하는,
    유지 링.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 내측 표면은 제 1 개수의 패싯들을 포함하고, 상기 바닥부 표면은 제 2 개수의 채널들을 포함하며, 상기 제 1 개수는 상기 제 2 개수의 양의 정수배(positive integer times)인,
    유지 링.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 개수는 상기 제 2 개수와 동일한,
    유지 링.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 채널들은, 상기 유지 링의 중심을 통해 연장되는 방사상 세그먼트(radial segment)에 대해 어떠한 각도로(at an angle) 배향되는,
    유지 링.
  6. 제 1 항에 있어서,
    각각의 코너는 상기 정상부 표면으로부터 상기 바닥부 표면으로 연장되고, 각각의 패싯은, 상기 정상부 표면과 함께 형성된 정상부 직선 에지, 상기 바닥부 표면과 함께 형성된 바닥부 직선 에지, 및 2개의 코너들을 따른 2개의 직선 측 엣지들을 갖는 직사각형 또는 사각형 형상을 갖는,
    유지 링.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 표면은 총 18개의 패싯들을 포함하는,
    유지 링.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 바닥부 둘레는 대칭 형상을 갖는,
    유지 링.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 정상부 둘레 및 상기 내측 바닥부 둘레 중 하나 또는 양자 모두는 다각형을 형성하는,
    유지 링.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지 링의 중심과 평면 패싯 사이의 거리는 약 150mm 내지 약 155mm인,
    유지 링.
  11. 캐리어 헤드(carrier head)로서,
    기판 수용 표면;
    상기 기판 수용 표면을 둘러싸는 대체로 환형인 유지 링을 포함하고, 상기 유지 링은,
    정상부 표면;
    바닥부 표면;
    외측 정상부 둘레에서 상기 정상부 표면에 연결되고 외측 바닥부 둘레에서 상기 바닥부 표면에 연결된 외측 표면; 및
    내측 정상부 둘레에서 상기 정상부 표면에 연결되고 내측 바닥부 둘레에서 상기 바닥부 표면에 연결된 내측 표면을 포함하고, 상기 내측 표면은 7 또는 그 초과의 평면 패싯들을 포함하며, 인접한 평면 패싯들은 코너들에서 연결되고, 상기 내측 바닥부 둘레는, 상기 코너들에서 연결된 평면 패싯들의 직선 에지들을 포함하는,
    캐리어 헤드.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 바닥부 표면은 상기 외측 표면으로부터 상기 내측 표면으로 연장되는 채널들을 포함하고, 각각의 채널은 코너에서 상기 본체의 상기 내측 표면에 대해 개방된 단부를 포함하는,
    캐리어 헤드.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 내측 표면은 제 1 개수의 패싯들을 포함하고, 상기 바닥부 표면은 제 2 개수의 채널들을 포함하며, 상기 제 1 개수는 상기 제 2 개수의 양의 정수배인,
    캐리어 헤드.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 개수는 상기 제 2 개수와 동일한,
    캐리어 헤드.
  15. 폴리싱 방법으로서,
    기판과 폴리싱 표면 사이에 상대 운동을 생성하는 단계;
    유지 링을 이용하여 상기 기판을 제한하는 단계를 포함하고, 상기 유지 링은,
    정상부 표면;
    바닥부 표면;
    외측 정상부 둘레에서 상기 정상부 표면에 연결되고 외측 바닥부 둘레에서 상기 바닥부 표면에 연결된 외측 표면; 및
    내측 정상부 둘레에서 상기 정상부 표면에 연결되고 내측 바닥부 둘레에서 상기 바닥부 표면에 연결된 내측 표면을 포함하며, 상기 내측 표면은 7 또는 그 초과의 평면 패싯들(planar facets)을 포함하고, 인접한 평면 패싯들은 코너들에서 연결되며, 상기 내측 바닥부 둘레는, 상기 코너들에서 연결된 평면 패싯들의 직선 에지들을 포함하고,
    상기 기판과 상기 폴리싱 표면 사이의 상대 운동은, 유지되는 기판으로 하여금, 상기 유지 링의 내측 표면의 둘 또는 그 초과의 패싯들과 동시에 접촉하게 하는,
    폴리싱 방법.
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