KR20200002928A

KR20200002928A - 향상된 처리량과 공정 유연성을 가진 cmp 기계

Info

Publication number: KR20200002928A
Application number: KR1020197033907A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 레이 트로잔
Original assignee: 액서스 테크놀로지, 엘엘씨
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2020-01-08
Also published as: EP3616237A4; EP3616237A1; US20180311784A1; WO2018200165A1; JP2020518475A; JP2022141653A; JP2024026436A; CN110709980A; JP7094983B2; US20220088744A1; JP7408726B2

Abstract

화학 기계적 평탄화(chemical mechanical planarization)를 수행하기 위한 장치가 개시된다. 상기 장치는 지지부를 포함하며, 회전축이 상기 지지부를 관통하여 연장된다. 상기 장치는 제1 부분과 상기 제1 부분 반대쪽의 제2 부분을 포함하는 적어도 하나의 세장형 부재(elongated member)를 포함한다. 상기 제1 부분은 상기 지지부에 회전 가능하게 연결되어 상기 세장형 부재를 상기 지지부에 대하여 상기 회전축 둘레로 단일 방향으로 적어도 대략 270도의 회전 각도로 회전시키도록 구성된다. 상기 장치는 상기 제2 부분에 연결되며 기판을 홀딩하고 처리(process)하도록 구성된 캐리어 헤드를 포함한다.

Description

향상된 처리량과 공정 유연성을 가진 CMP 기계

임의의 우선권 출원의 참조로서의 통합

본 출원은 2017년 4월 26일에 제출된 US 62/602,538호에 대한 우선권을 주장하며, 이에 의해 그 전체가 참조로서 통합된다.

개시된 기술은 반도체 처리 장비에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 감소된 점유면적(footprint)과 응축된 공간 내에서 물체의 핸들링과 조작을 감안한 작동 능력을 가진 화학 기계적 평탄화(CMP: Chemical Mechanical Planarization) 시스템과 장치에 관한 것이다.

CMP 기계는 반도체 제조 산업에서 널리 사용되고 있다.

현재의 시장에서 특정 필요성에 대한 해법을 가능하게 하기 위해 실질적으로 상이한 아키텍처를 가진 기계를 위한 필요성이 존재한다. 현재 이용 가능한 기계들의 유형은 제한된 웨이퍼 핸들링과 다중-웨이퍼 처리 옵션들로 인해 감소된 처리량을 가진다.

개시된 기술의 목적은 감소된 점유면적과 증가된 처리량 및 기능성을 가지는 개선된 화학 기계적 평탄화(CMP) 장치를 제공하는 것이다.

일 실시예에 따르면, 기판 캐리어 헤드 시스템(substrate carrier head system)이 개시되며, 이 시스템은, 지지부(support)로서, 회전축이 상기 지지부를 관통하여 연장되는, 지지부; 제1 부분과 상기 제1 부분 반대쪽의 제2 부분을 포함하는 적어도 하나의 세장형 부재(elongated member)로서, 상기 제1 부분은 상기 지지부에 회전 가능하게 연결되어 상기 세장형 부재를 상기 지지부에 대하여 상기 회전축 둘레로 단일 방향으로 적어도 대략 270도의 회전 각도로 회전시키도록 구성되는, 세장형 부재; 및 상기 제2 부분에 연결되며 기판을 홀딩하고 처리(process)하도록 구성된 캐리어 헤드;를 포함한다.

일 측면에 따르면, 상기 회전 각도는 단일 방향으로 실질적으로 제한되지 않는다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 캐리어 헤드는, 기판이 플래튼(palten) 상의 연마 패드(polishing pad)에 접촉되어 연마 패드에 의해 처리되도록 허용하기 위해, 가압되도록 구성된 멤브레인을 포함한다.

또 다른 측면에 따르면, 캐리어 헤드가 상기 기판을 제1 플래튼 상에서 상기 기판에 대해 제1 공정이 수행되도록 허용하는 제1 위치로부터 제2 플래튼 상에서 상기 기판에 대해 제2 공정이 수행되도록 허용하는 제2 위치로 이동시키게 하도록 구성되는 제어기가 개시된다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 제1 공정과 제2 공정은 상이하다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 제1 공정은 벌크(bulk) 제거 공정이고 상기 제2 공정은 미세(fine) 제거 공정이다.

또 다른 실시예에 따르면, 기판 캐리어 헤드 시스템(substrate carrier head system)이 개시되며, 이 시스템은, 적어도 하나의 지지부로서, 제1 회전축이 상기 지지부를 관통하여 연장되는, 지지부; 제1 링크와 제2 링크를 포함하는 적어도 하나의 세장형 부재(elongated member); 및 기판을 홀딩하고 처리(process)하도록 구성된 캐리어 헤드;를 포함하며, 상기 제1 링크는 제1 부분과 상기 제1 부분 반대쪽의 제2 부분을 가지며, 상기 제1 부분은 상기 지지부에 회전 가능하게 연결되어 상기 제1 링크를 상기 지지부에 대하여 상기 제1 회전축 둘레로 제1 회전 각도로 회전시키도록 구성되고, 제2 회전축이 상기 제2 부분을 관통하여 연장되며, 상기 제1 회전축과 제2 회전축은 서로에 대하여 거의 평행하고, 상기 제2 링크는 제3 부분과 상기 제3 부분 반대쪽의 제4 부분을 가지며, 상기 제3 부분은 상기 제2 부분에 회전 가능하게 연결되어 상기 제2 링크를 상기 제1 링크에 대하여 상기 제2 회전축 둘레로 제2 회전 각도로 회전시키도록 구성되고, 상기 캐리어 헤드는 상기 제4 부분에 연결된다.

일 측면에 따르면, 상기 제1 회전 각도는 단일 방향으로 적어도 대략 270도이다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 캐리어 헤드는 기판이 플래튼(platen)에 의해 처리될 수 있도록 기판에 대하여 압력을 제공하도록 구성된다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 시스템은 적어도 부분적으로 상기 제1 링크와 제2 링크의 동기화된 회전(synchronized rotation)에 근거하여 상기 캐리어 헤드를 플래튼의 중심을 향해 직선으로 이동시키도록 구성된다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 시스템은 상기 캐리어 헤드에 의해 홀딩된 기판을 처리하도록 구성된 적어도 하나의 플래튼(platen)을 더 포함한다.

또 다른 측면에 따르면, 실시예에 따른 적어도 두 개의 기판 캐리어 헤드 시스템들이 개시되며, 각각의 시스템은: 적어도 두 개의 세장형 부재들과 적어도 두 개의 캐리어 헤드들; 및 각각의 캐리어 헤드에 의해 핸들링되는 적어도 네 개의 기판들을 처리하도록 구성된 적어도 두 개의 플래튼들;을 더 포함하며, 상기 제1 회전 각도는 단일 방향으로 적어도 대략 270도이다.

또 다른 측면에 따르면, 제2 플래튼이 개시되며, 상기 적어도 하나의 세장형 부재는 상기 기판을, 제1 플래튼 상에서 상기 기판에 대해 제1 공정이 수행되도록 허용하는 제1 위치로부터 제2 플래튼 상에서 상기 기판에 대해 제2 공정이 수행되도록 허용하는 제2 위치로 이동시키도록 구성된다.

또 다른 실시예에 따르면, 화학 기계적 평탄화 장치(chemical mechanical planarization apparatus)가 개시되며, 이 장치는 적어도 제1 기판 캐리어 헤드 시스템과 제2 기판 캐리어 헤드 시스템; 및 상기 제1 캐리어 헤드 시스템에 의해 홀딩된 제1 기판과 상기 제2 캐리어 헤드 시스템에 의해 홀딩된 제2 기판을 처리하도록 구성된 적어도 하나의 플래튼;을 포함하며, 각각의 캐리어 헤드 시스템은: 지지부로서, 회전축이 상기 지지부를 관통하여 연장되는, 지지부; 제1 부분과 상기 제1 부분 반대쪽의 제2 부분을 포함하는 적어도 하나의 세장형 부재로서, 상기 제1 부분은 상기 지지부에 회전 가능하게 연결되어 상기 세장형 부재를 상기 지지부에 대하여 상기 회전축 둘레로 회전 각도로 회전시키도록 구성되는, 세장형 부재; 및 상기 제2 부분에 연결되며 기판을 홀딩하고 처리하도록 구성된 캐리어 헤드;를 포함한다.

일 측면에 따르면, 상기 회전 각도는 단일 방향으로 적어도 대략 270도이다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 회전 각도는 단일 방향으로 실질적으로 제한되지 않는다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 제1 캐리어 헤드 시스템이 제1 기판을, 제1 플래튼 상에서 제1 기판에 대해 제1 공정을 수행하기 위한 제1 위치로부터 제2 플래튼 상에서 제2 기판에 대해 제2 공정을 수행하기 위한 제2 위치로 이동시키게 하도록 구성되는 제어기가 개시된다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 제2 기판 캐리어 헤드 시스템이 처리 상태(processing state)로 유지되는 동안 상기 제1 기판 캐리어 헤드 시스템을 오프라인 상태로 두도록 구성되는 제어기가 개시된다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 제어기는 상기 제1 캐리어 헤드 시스템 또는 제2 캐리어 헤드 시스템이 상기 적어도 하나의 플래튼의 연마 패드를 교체하게 하도록 구성된다.

개시된 기술의 상기한 목적뿐만 아니라 추가적인 목적, 특징들 및 이점들은 아래에서 개시된 기술의 도식적이고 비제한적인 실시예들의 첨부된 도면들을 참조한 상세한 설명을 통해 더 잘 이해될 것이다. 도면들에서, 달리 언급된 바가 없다면 유사한 참조번호들은 유사한 요소들을 위해 사용될 것이다.
도 1a는 개시된 기술의 실시예들에 따른, 화학 기계적 평탄화(CMP) 시스템의 평면도이다.
도 1b는 개시된 기술의 실시예들에 따른, CMP의 측면도이다.
도 2는 CMP 시스템의 예시적인 캐리어 헤드 조립체의 단면도이다.
도 3a와 3b는 개시된 기술의 실시예들에 따른, 링크들을 포함하는 CMP 장치의 평면도들이다.
도 4는 개시된 기술의 실시예들에 따른, 플래튼을 포함하는 CMP 장치의 평면도이다.
도 5는 개시된 기술의 실시예들에 따른, 예시적인 CMP 시스템의 사시도이다.
도 6은 개시된 기술의 실시예들에 따른, CMP 시스템을 작동시키기 위한 예시적인 방법을 보여주는 흐름도이다.

개시된 기술은, 일반적인 CMP 기계보다 감소된 점유면적을 가지며, 응축된 공간 내에서 웨이퍼 물체를 핸들링하고 조작하는 것을 허용하는 작동 능력을 가지는 CMP 기계에 관한 것이다. 개시된 기술은 또한 지지체에 연결된 어깨부들(shoulders)과 엘보우 조인트들(elbow joints)을 가진 관절운동 가능한 아암들(articulable arms)을 가지는 CMP 기계에 관한 것이다. 개시된 기술은 또한 웨이퍼를 연마하기 위한 임계 기간이 차후의 웨이퍼들의 연마에 의해 중단되거나 또는 방해받지 않도록 시차를 둔 공정(staggered process)의 부분으로서 단일의 연마 플래튼(polishing platen) 상에서 두 개 이상의 웨이퍼들을 연마하는 작동 능력을 가진 CMP 기계에 관한 것이다. 개시된 기술은 또한 시스템 내의 다른 플래튼을 사용하는 것에 관련하여 기계의 정지 시간을 초래하지 않으면서 플래튼 패드들이 효율적으로 제거되고 사전-조절된(pre-conditioned) 플래튼 패드들로 교체될 수 있는 시스템을 제공함으로써 개선된 오프라인 소모품 준비에 관한 것이다.

현재의 시장에서 특정 필요성에 대한 해법들을 가능하게 하는 실질적으로 상이한 아키텍처를 가진 기계를 위한 필요성이 존재한다. 현재 이용 가능한 기계들의 유형들은, 그리고 각각의 단점들은, 공정 단계들에 의해 순차적으로 웨이퍼 핸들링 및 로딩/언로딩을 수행해야 하는 것에 기인하여 감소된 처리량을 가지는 기계들, 플래튼 당 오직 단일의 웨이퍼를 처리할 수 있는 기계들, 서로 고정될 수 있게 결합되는 것에 기인하여 모든 다른 헤드들과 함께 연마 플래튼들 사이에서 동시에 이동하는 웨이퍼 캐리어(들)을 요구하는 기계들, 웨이퍼 캐리어(들)이 처리를 기다리는 동안 및/또는 웨이퍼 로딩/언로딩 동작이 다른 헤드들 및/또는 플래튼들에서 완료되기를 기다리는 동안 하나의 플래튼이 사용될 수 없는 기계들, 및 다중 플래튼들 사이에서 웨이퍼를 처리하기 위해 하나의 웨이퍼 캐리어로부터 다른 캐리어로 이송할 것을 요구하는 기계들을 포함한다.

개시된 기술은 특정 실시예들에 관하여 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 개시된 기술은 특정 실시예들에 한정되지 않으며 오직 청구항들에 의해 정의된다. 설명되는 도면들은 오직 개략적이며 비-제한적이다. 도면들에서, 보여주기 위한 목적으로 일부 요소들의 크기는 과장될 수 있으며 축척에 맞도록 그려져 있지 않다. 크기 및 상대적인 크기는 개시된 기술의 실행의 사실상의 축소에 반드시 대응되지는 않는다.

많은 다른 유사한 애플리케이션들 중에, 반도체 ICs, MEMS 장치, 및 LEDs의 제조에서 박막의 평탄화를 위한 화학 기계적 연마(CMP)의 채용과 사용은 이러한 유형의 장치들을 위한 "칩(chip)"을 제조하는 모든 회사들 사이에 공통된다. 이러한 채용은 휴대용 전화, 태블릿 및 다른 휴대용 장치들과 데스크탑 및 랩탑 컴퓨터들을 위한 칩의 제조를 포함한다.

나노 기술과 미세 가공의 성장은 의료 분야, 자동차 분야, 및 사물 인터넷("IoT")에 디지털 장치들의 광범위한 사용과 적응을 보장한다. 박막의 평탄화를 위한 화학 기계적 연마는 1980년대 초에 IBM 사의 과학자와 기술자에 의해 발명되어 발전되어 왔다. 오늘날, 이 공정은 세계적으로 넓게 퍼졌으며 거의 모든 디지털 장치들의 제조를 실제로 가능하게 하는 기술들 중 하나이다.

집적 회로는 전도성 재료들(구리, 텅스텐, 알루미늄, 등), 절연층들(이산화 실리콘, 실리콘 질화물, 등), 및 반도체 재료(폴리실리콘)의 교번하는 층들과 다수의 층들에 의해 제조된다. 이러한 층들의 연속적인 조합은 웨이퍼 표면상에 순차적으로 적용되지만, 그 표면상에 이식된 장치들 때문에, 장치 구조물 상에 지형학적 기복이 축적되며, 이는 이산화 실리콘 절연층에게는 흔히 있는 일이다. 이러한 원치 않는 지형학적 기복들은 다음 층이 증착되기 전에 평평하게 또는 "평탄화(planarized)"되어야 한다. 구리 층의 경우, 구리는, 콘택 비아들(contact vias)을 채워서 장치로부터 장치로 그리고 층으로부터 층으로 전자들의 이송을 위한 효과적인 수직 경로들을 만들기 위해 표면상에 증착된다. 이 절차는 도포되는 (보통 증착 공정에 의해 도포되는) 각각의 층에서 계속된다. 다층의 전도성 재료(다수의 금속층들)의 경우에, 성공적인 회로를 달성하기 위해서는 많은 연마 절차들(전도체, 절연체, 및 반도체 재료의 각각의 층에 대해 한 번의 절차)이 필요하다.

CMP 공정은 이들을 모두 가능하게 만드는 다층 회로의 제조를 가능하게 하는 기술이다. CMP 공정, 시스템 및 장치가 개시된다.

이제, 개시되는 기술의 상세한 설명이 도면들을 참조하면서 서술될 것이다.

도 1a는 화학 기계적 평탄화(CMP) 시스템(100)의 실시예를 도시한 평면도이며, 상기 시스템(100)은 지지부(support)(102)(예컨대, 몸체, 칼럼, 베이스, 연마 아암 지지부, 등), 아암(104)(예컨대, 세장형 부재 또는 연마 아암), 및 캐리어 헤드(carrier head)(106)를 포함한다. 상기 아암(104)은 지지부(102)에 부착되며 부착된 캐리어 헤드(106)를 가진다. 또한, CMP 시스템(100)은 아래에서 더 논의되는 바와 같이 아암 어태치먼트(미도시)를 회전시키기 위한 수단을 포함할 수 있다. 상기 지지부(102)는 상기 아암(104)과 캐리어 헤드(106)를 (도 4와 5에 도시된) 하나 이상의 연마 플래튼들 위의 제자리에 홀딩하도록 구성된 구조적 지지부이다. 추가적으로, 상기 지지부(102)는 지지부(102)에 회전 가능하게 부착된 아암(104)을 회전시키도록 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 상기 지지부(102) 또는 그 부분들은 지지부(102)에 부착된 아암(104)이 지지부(102)에 대하여 회전하도록 회전할 수 있다. 선택적으로, 지지부(102)에 부착된 아암(104)이 지지부(102) 둘레로 회전하는 동안 지지부(102)는 정지되도록 구성될 수 있다. 도 1b는 CMP 시스템(100)의 측면도이다.

몇몇 실시예들에서, 지지부(102)는 CMP 시스템(100)의 나머지에 전기적 및 유체 연결을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 지지부(102)는 지지부(102)의 내부 및/또는 지지부(102)의 외측 주변부를 따라서 배치된 전기적/전기기계적 연결부와 유체 연결부를 가진다. 전기적 연결부들은 전력과 전기 신호를 CMP 시스템(100)의 하나 이상의 구성요소들로 전송하고 CMP 시스템(100)으로부터 피드백으로서 전기 신호를 수신하도록 구성된다. 예를 들어, CMP 시스템(100)은 배선(wiring), 예컨대 지지부(102)의 바닥을 통해 CMP 시스템(100)의 다양한 구성요소들까지 공급될 수 있는 전기적 슬립 링 조립체들과 이더넷 연결부들(Ethernet connections)을 가질 수 있다. 추가로, 유체 연결부들은 CMP 시스템(100)에 포함될 수 있으며 CMP 시스템(100)에 다양한 유체들(예컨대, CMP 슬러리)을 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 유체 연결부들은 상기 시스템에 공기압과 진공력(vacuum force)을 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 CMP 시스템(100)은 회전축 둘레로 회전하도록 구성될 수 있다. 따라서, 지지부(102)는 아암(104)을 회전축 둘레로 회전시키기 위한 수단을 포함한다. 지지부(102)는, 예를 들어, 전기 모터(예컨대, 스테퍼 모터, 브러시리스 모터, 토크 코터, 등), 기계식 기어, 자기 또는 회전 커플링들 또는 아암(104) 또는 지지부(102)에 회전 운동을 생성하기 위한 임의의 다른 수단들을 포함할 수 있다.

도 1a의 예에서, 회전축은 지지부(102)를 관통한다. 회전 각도는 도 1a에 θ 기호로 표시된다. 그러나, 회전 방향은 양 방향(시계 또는 반시계 방향)일 수 있다. 추가적으로, 상기 아암(104)과 캐리어 헤드(106)는 회전축 둘레로 단일 방향으로 적어도 대략 270°(즉, 각도 변위는 270° 이상) 회전할 수 있다(즉, 감기거나 풀릴 수 있다). 다른 실시예에서, 회전축 둘레로의 아암(104)의 회전은 연속적일 수 있으며(즉, 제한이 없으며), 이에 따라, CMP 시스템(100)은 360° 이상(즉, 2π 라디안 이상)의 각도 변위를 가질 수 있다.

또한, 상기 아암에 부착된 캐리어 헤드(106)는 아래쪽 방향으로(즉, 하강) 그리고 위쪽 방향으로(즉, 상승) 작동될 수 있다. 따라서, 캐리어 헤드(106)는 CMP 공정을 위한 바람직한 배치형태에 근거하여 하강하거나 또는 상승할 수 있다. 예를 들어, 상승된 배치형태에서, 캐리어 헤드(106) 또는 아암(104)은 캐리어 헤드(106)를 하강하도록 명령하는 제어 신호를 수신할 수 있다. 캐리어 헤드(106)는 플래튼(미도시)의 연마 패드에 밀착될 때까지 하강할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 헤드(106)는 캐리어 헤드(106)의 언더캐리지 아래에 홀딩된 웨이퍼를 연마 패드에 밀착시킬 수 있다.

도 2는 캐리어 헤드(106)의 단면도이다. 캐리어 헤드(106)는 멤브레인 조립체(205)와, 멤브레인 조립체(205)가 장착되는 지지 베이스(280)를 포함할 수 있다. 상기 지지 베이스(280)는 멤브레인 조립체를 지지하도록 구성된 임의의 적합한 구성일 수 있다. 상기 지지 베이스(280)는 캐리어 조립체(106)의 나머지를 CMP 시스템(100)에 부착시키고 CMP 시스템(100)과 접속시킨다.

상기 멤브레인 조립체(205)는 도시된 바와 같이, 지지 플레이트(210), 탄성 멤브레인(220), 멤브레인 클램프(230), 및 외부 압력 링(240)을 포함할 수 있다. 상기 지지 플레이트(210)는 멤브레인 조립체(205)를 지지 베이스(280)에 부착시키기 위한 임의의 적합한 구성일 수 있다. 예를 들어, 상기 지지 플레이트(210)는 하나 이상의 볼트들 또는 다른 적합한 부착 요소들을 사용하여 지지 베이스(280)에 장착될 수 있다. 상기 지지 플레이트(210)는 다양한 위치에서, 예컨대 지지 베이스(280)의 외측 주변부를 따라서 지지 베이스(28)에 장착될 수 있다.

상기 지지 플레이트(210)는 탄성 멤브레인(220)을 지지하기에 적합한 임의의 구성일 수 있다. 상기 탄성 멤브레인(220)은 지지 플레이트(210)가 지지 베이스(280)에 고정되기 전 또는 후에 지지 플레이트(210)에 고정될 수 있다. 상기 탄성 멤브레인(220)은 멤브레인 클램프(230)와 같은 임의의 수의 적합한 각양각색의 홀딩 요소들의 사용을 통해 지지 플레이트(210)에 고정될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 멤브레인 클램프(230)는 체결 기구(예컨대, 너트들과 볼트들, 등)의 사용을 통해 단단하게 조여질 수 있다.

상기 탄성 멤브레인(220)이 연마 패드에 대하여 웨이퍼(270)를 홀딩할 수 있도록 그리고 예를 들어, 도 1b에 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, 웨이퍼를 처리할 수 있도록, 상기 탄성 멤브레인(220)은 지지 플레이트(210)에 고정될 수 있다. "기판(substrate)"과 "웨이퍼(wafer)"라는 용어들은 여기서 교대로 사용되며, 예를 들어, 반도체 또는 실리콘 웨이퍼, 평면 패널 디스플레이, 유리판 또는 디스크, 플라스틱 워크피스, 및 여기서 개시되는 장치와 공정의 하나 이상의 실시예들이 실행될 수 있는 다른 실질적으로 단단하고, 평평하고 얇은 다양한 형상(예컨대, 원형, 정사각형, 등) 및 크기의 워크피스(work-piece)를 포함한다.

상기 멤브레인(220)은, 연마 패드 재료 및 공정 파라미터들과 협동하여 웨이퍼 파손이 감소되도록, 충분히 탄성적이고 유연하다. 상기 멤브레인(220)과 지지 플레이트(210)는 허용하도록 구성될 수 있다. 멤브레인(220)과 지지 플레이트(21) 사이에 가스 압력을 허용하고 CMP 공정 중에 멤브레인(220)을 웨이퍼(270)에 대하여 가압하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(220)과 플레이트(210) 사이에 실질적인 밀봉이 형성될 수 있다. 상기 지지 플레이트(210)는 멤브레인(220)으로부터 이격되어 이들 사이에 갭 또는 캐비티(260)를 형성할 수 있다. 상기 캐비티(260)는 멤브레인(220)이 정지(예를 들어, 가압되지 않은) 상태일 때 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 멤브레인(220)은 정지 상태인 때 플레이트(210) 상에 놓이거나 또는 플레이트(210) 근처에 놓이며, 캐비티(260)는 멤브레인(220)이 확장된(예컨대, 가압된) 때 형성된다. 상기 캐비티(260)는 평탄화 중에 멤브레인(220)에 대하여, 이에 따라 웨이퍼(270)에 대하여 가스 압력의 변화를 재분배하고 처리할 수 있다. 가스 압력은 도시된 바와 같이 공압 채널(pneumatic channel)(250)을 통해 멤브레인(220)의 배면에 제공될 수 있다. 상기 공압 채널(250)은 지지 플레이트(210) 내부에 배치될 수 있으며, 또는 다른 구성을 통해 가스를 공급할 수 있다. 상기 공압 채널(250)은 애플리케이션에 따라 상이하게(예컨대, 원형 튜브, 사각형 튜브, 등) 수정될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 공압 채널은 웨이퍼(270)를 유지하기 위한 진공을 멤브레인 조립체의 밑면에 제공할 수 있다. 상기 멤브레인(220)은 이러한 진공을 제공하기 위해 및/또는 멤브레인(220)으로부터 웨이퍼(270)를 분리하기 위해 양압을 허용하기 위해 구멍들을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 캐비티(260)는 멤브레인(220)을 지지 플레이트(210)로부터 이격시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지 플레이트(210)는 캐비티(260)를 형성하기 위해 오목한 내부를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 상기 멤브레인 조립체(205)는 캐비티(260)를 형성하기 위해 외부 압력 링(240)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 멤브레인 조립체는 압력 링들 없이 조립될 수 있다. 예를 들어, 상기 멤브레인(220)은 멤브레인(220)을 지지 플레이트(210)로부터 분리하는 캐비티(260) 없이 지지 플레이트(210) 직접 기대어 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 멤브레인 조립체는 동심 원들로 배치된 하나 이상의 압력 링들(240)을 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 사용되는 멤브레인(220)은 다중-구역(multi-zoned) 멤브레인일 수 있다. 예를 들어, 상기 멤브레인(220)은 멤브레인(220)의 다양한 구역들을 효과적으로 구분하는 홈들(예컨대, 압입부들) 및/또는 멤브레인(220)의 융기부들(raised portions)을 가질 수 있다. 비제한적인 예에서, 상기 홈들은 멤브레인의 중심에서 비롯된 일련의 동심원들로 배치될 수 있다. 다른 예에서, 멤브레인 조립체에 부착된 때 웨이퍼(370) 전체에 걸쳐 적용되는 압력의 분배를 향상시키기 위해, 상기 홈들과 융기부들은 불규칙적인 형상(예컨대, 상호 연결된 원들, 비원형 압입부들, 멤브레인의 표면 전체에 걸쳐 흩어진 원형 패턴들)을 가질 수 있다.

상기 멤브레인(220)은 멤브레인이 둘러싸는 구조물에 맞춰지도록 유연할 수 있다. 몇몇 예들에서, 상기 멤브레인(220)은 볼록할 수 있다. 예를 들어, 상기 멤브레인(220)은 중심에서 처질 수 있다. 상기 멤브레인(220)은, 더 미세하고 정확한 연마를 위해 멤브레인(220)의 작은 영역이 웨이퍼 표면과 접촉하게 되도록 심지어 뿔과 같은 형상을 가질 수 있다.

여기서 서술하는 바와 같이 예를 들어 CMP 공정을 위한 캐리어 헤드 내부에서 사용하기 위한 멤브레인 재료는 평탄화에 적합한 임의의 적합한 재료일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 멤브레인 재료는 고무 또는 합성 고무 재료 중 하나일 수 있다. 또한, 멤브레인 재료는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(M-클래스)(EPDM) 고무 또는 실리콘 중 하나일 수 있다. 선택적으로, 멤브레인 재료는 비닐, 고무, 실리콘 고무, 합성 고무, 니트릴, 열가소성 엘라스토머, 플로오르엘라스토머, 수화 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 또는 우레탄 및 폴리우레탄 품종들의 하나 이상의 조합들일 수 있다.

단일의 CMP 시스템 내부에 하나 이상의 멤브레인 조립체들이 시행될 수 있다. 상기 CMP 시스템은 CMP 공정을 더욱 정확하게 제어하기 위해 작동 중에 시스템으로부터의 피드백을 이용하여 제어할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 도 1a, 1b 및 2를 참조하여 설명된 CMP 시스템의 아암 또는 아암들은, 상기 캐리어 헤드가 상기 지지부를 향해 안쪽으로 접혀 들어가도록 및/또는 상기 지지부로부터 멀어지도록, 굽혀지거나 또는 제2 회전축 둘레로 회전할 수 있다. 몇몇 예들에서, 세장형 아암은 다수의 링크들을 포함할 수 있으며, 다수의 링크들은 모두 다양한 회전축 둘레로 회전할 수 있다(즉, 관절형 아암).

도 3a와 3b는 링크들(304 및 306)을 포함하는 화학 기계적 평탄화(CMP) 시스템(300) 실시예의 평면도를 도시한다. CMP 시스템(300)은 도 1a-1b 및 2에서 설명된 CMP 시스템(100)에 실질적으로 유사하다. 그러나, CMP 시스템(300)은 아암 또는 아암들이 굽혀지거나 또는 제2 회전축 둘레로 회전할 수 있다는 점에서 상이하며, 이에 의해 캐리어 헤드(308)는 도 3b에 도시된 바와 같이 지지부를 향해 안쪽으로 접혀 들어갈 수 있거나, 또는 도 3a에 도시된 바와 같이, 반대 방향으로 상기 지지부로부터 바깥쪽으로 멀어질 수 있다. 예를 들어, CMP 시스템(300)은 상기 지지부(302)에 부착된 제1 링크(304), 상기 제1 링크(304)에 부착된 제2 링크(306), 및 상기 제2 링크(306)에 부착된 캐리어 헤드(308)를 포함할 수 있다. 비제한적인 예에서, 상기 링크들은 중심 조인트(즉, 엘보우)에서 연결될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 제1 링크(304)는 지지부(302)에 회전 가능하게 부착되며, 지지부(302)를 관통하는 제1 회전축을 형성한다. 덧붙여, 제1 링크(304)는 링크들 사이의 부착 영역을 관통하는 제2 회전축을 형성하는 제2 링크(306)에 회전 가능하게 부착될 수 있다. 선택적으로, 제1 링크(304)는 회전하도록 구성되지 않고 오직 제2 링크(306)만 제2 회전축 둘레로 회전하도록 구성될 수 있다. 부착 섹션은 제2 링크를 제2 회전축 둘레로 회전시키는 수단을 포함하며, 이 회전 수단은 도 1a-1b를 참조하여 설명된 바와 같은 특징들을 포함한다. 도 1a-1b를 참조하여 설명된 바와 같이 전기적 및 유체 연결부들은 마찬가지로 링크들 도처에 포함될 수 있다.

따라서, 제1 링크(304) 및/또는 제2 링크(306)를 포함하는 링크들은 그들 각자의 회전축(즉, 제1 회전축, 제2 회전축, 등) 둘레로 회전하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 링크(306)는 링크 부착 섹션을 관통하는 제2 회전축 둘레로 회전하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 제2 링크(306)는, 다른 링크 및 제1 회전축과 직선을 생성하기 위해 바깥쪽으로 연장되도록, 제2 회전축 둘레로 회전하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 링크(306)는 제2 회전축 둘레로 0° 내지 180° 사이에서 그리고 180° 내지 270° 사이에서 그리고 270°와 360° 사이에서 회전할 수 있다. 예를 들어, 제2 링크(306)는 제2 회전축 둘레로 실질적으로 비제한적인 방식으로 회전할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 링크들은 링크 체인 내의 다른 링크들과 독립적으로 그리고 지지부(302)와 독립적으로 회전할 수 있다. 다른 실시예들에서, 특정 링크들은 함께 결합되어 그들의 움직임이 다른 링크의 움직임 또는 지지부(302)의 움직임에 의존한다. 예를 들어, 하나 이상의 링크들과 지지부(302)는

회전 기어들 또는 자석들에 의해 함께 결합되어, 지지부 또는 다른 링크가 회전할 때, 함께 결합된 링크들 또는 지지부도 움직인다.

또한, CMP 시스템은 다중 지지부들을 포함할 수 있으며, 각각의 지지부에 하나 이상의 아암들이 부착된다. 예를 들어, 각각의 지지부는 두 개의 아암들을 가질 수 있다. 또한, 각각의 아암은 도 3a-3b를 참조하면서 논의된 바와 같이 링크들로 구성될 수 있다. 덧붙여, 각각의 지지부 근처에 다중 플래튼들이 구성될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 플래튼들이 두 개의 지지부들 사이에 배치될 수 있어서, 두 개의 지지부들의 각각의 캐리어 헤드는 CMP 공정을 위해 각각의 플래튼에 접근할 수 있다. 다른 예에서, 단일 플래튼이 두 개의 지지부들 근처에 구성될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 헤드는 처리를 위해 플래튼에 접근하도록 구성된다.

몇몇 실시예들에서, 웨이퍼들은 규정된 로드 스테이션(load station)(미도시)에 제공되어 캐리어 헤드(308)에 로딩을 위해 준비된다. 장비의 전단부 모듈(EFEM)로부터 로드/언로드 스테이션들로의 웨이퍼의 이송은 예를 들어 오버헤드 갠트리 로봇 기구를 통해 수행된다.

캐리어 헤드(308)는 로딩/언로딩 스테이션(미도시)의 위에 동심으로 배치되며, 웨이퍼는 스테이션으로부터 캐리어 헤드(106)로 이송된다. 본 기술 분야의 기술자는 웨이퍼를 캐리어 헤드에 로딩 및 언로딩하기 위한 다양한 방법들과 수단들을 이해할 것이다.

캐리어 헤드(103)는 연마 공정을 수행하기 위해 도시된 바와 같이 플래튼 위에 배치된다. 연마 공정이 진행되는 동안, 후속 공정을 위해 다음 웨이퍼가 로딩/언로딩 스테이션(미도시) 상에 배치될 수 있다. 연마 공정이 완료된 때, 캐리어(308)를 지지하는 링크들(304, 306)과 링크들 사이의 엘보우(즉, 조인트)는, (도 3a로부터 도 3b로의 진행으로 도시된 바와 같이) 캐리어(308)가 지지부(302) 쪽으로 접혀 들어가도록 관절 운동할 수 있으며, 접혀 들어가지 않은 경우에 가능할 수 있는 것보다 더 작은 공간 내부로 지지부(302) 둘레로의 캐리어의 회전을 허용한다. 이와 같이, 이는 언로딩 스테이션의 위에 동심으로 캐리어 헤드(38)의 배치를 허용한다.

캐리어 헤드(308)는 회전하여 로드 스테이션으로부터 캐리어(308)로 후속 웨이퍼를 이송하기 위한 위치로 후퇴하여 배치될 수 있으며, 그 다음에 플래튼 위에서의 처리를 위해 배치될 수 있다.

다음으로, 처리된 웨이퍼는 언로딩 스테이션 상으로 언로딩될 수 있으며, EFEM으로, 또는 더 일반적으로, 세척 시스템으로 복귀하기 위해 이송 로봇에 의해 회수될 수 있다.

시스템 처리량을 증가시키기 위해, 이러한 동일한 순서가 대칭적으로 반대쪽 플래튼에 배치된 구성요소들의 대응되는 세트에 적용될 수 있으며, 이에 의해 추가적인 로딩 및 언로딩 스테이션을 사용하여 웨이퍼들이 제2 캐리어 헤드에 로딩되거나 또는 제2 캐리어 헤드로부터 언로딩되는 동안, 캐리어(308)는 플래튼 상에서 처리를 계속한다.

도 4는 이전에 설명된 CMP 시스템(300, 100)과 유사한 CMP 시스템(400)의 예시적인 실시예를 도시하며, 이는 캐리어 헤드들(410 및 412) 각각에 의해 홀딩된 기판을 처리하도록 구성된 플래튼(414)을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 아암들(406, 408)은 아암(104)과 실질적으로 유사하다. 대안으로서, 아암들(406, 408)은 도 3a-3b를 참조하며 설명된 링크들(304, 306)과 같은 링크들을 포함할 수 있다. 덧붙여, 캐리어 헤드들(410, 412)은 캐리어 헤드들(106 또는 308)과 실질적으로 유사할 수 있으며, 지지부들(404, 402)은 지지부들(102 또는 302)과 실질적으로 유사할 수 있다. 도시된 예에서, 플래튼(414)은 임의의 수의 형상들(예컨대, 원형, 사각형, 등)로 구성될 수 있으며, 이와 같이 중심을 가질 것이다. 도 4의 예에서, 플래튼(414)은 중심(416)을 가진 원형이다. 추가적으로, CMP 시스템(400)은 임의의 수의 플래튼들을 가지도록 구성될 수 있으며, 예를 들어, 각각의 플래튼 또는 인접한 플래튼들의 쌍은 대응되는 수의 지지부들을 가진다.

또한, 아암들(406 및 408) 각각은 지지부들(402 및 404) 각각을 통과하는 그들 각개의 회전축 둘레로 회전할 수 있다. 더욱이, 각각의 아암은 그들 각개의 회전축 둘레로 270° 이상의 각도 변위를 갖고 회전하도록 구성될 수 있다. 몇몇 예들에서, 아암(406 및/또는 402)은 그들 각개의 회전축 둘레로 실질적으로 비제한적인 방식으로 회전하도록 구성될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, CMP 시스템(400)은 하나 이상의 캐리어 헤드들로 그리고 하나 이상의 캐리어 헤드들로부터 웨이퍼 물체를 로딩 및/또는 언로딩하기 위한 하나 이상의 스테이션들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 캐리어 헤드는 캐리어 헤드에 웨이퍼를 로딩하거나 또는 캐리어 헤드로부터 웨이퍼를 언로딩하기 위한 전용 로드 스테이션 및/또는 언로드 스테이션을 가질 수 있다. 두 개 이상의 캐리어 헤드들은, 동일한 플래튼 또는 상이한 플래튼들에서의 처리를 위해, 서로에 대해 공통 로드/언로드 스테이션을 가질 수 있다. 또한, 각각의 스테이션은 지지부들(404, 402) 각각으로부터 대략 동일한 반경방향 거리에 배치될 수 있다. 대안으로서, 각각의 스테이션은 지지부들(404, 402) 각각으로부터 상이한 반경방향 거리에 위치할 수 있다. 각각의 스테이션은, 다른 스테이션(들)에 대하여, 지지부로부터 동일하거나 또는 상이한 반경방향 거리에 배치될 수 있다. 따라서, 도 4의 하나 이상의 아암들이 링크들을 포함하는 실시예에서, 아암들은 다양한 지지부들의 상이한 배치형태들과 위치들 내에서 큰 유연성을 갖고 다양한 스테이션들의 다양한 배치형태에 도달하도록 관절 연결될 수 있다.

따라서, 다수의 웨이퍼들이 공통 플래튼 상에서 처리될 수 있다. 이는 단일 플래튼 상에서 단일 웨이퍼를 처리하는 것에 비해 처리량을 증가시키기 위한 특정 애플리케이션에서 바람직하다. 비제한적인 예에서, 두 개 이상의 웨이퍼들이 캐리어 헤드들(410, 412)에 로딩될 수 있다. 로딩은 로딩 스테이션(미도시)에서 수행될 수 있다. 추가적으로, 몇몇 예들에서 로딩 스테이션보다 분리된 배치형태를 가진 언로딩 스테이션이 있을 수 있다. 캐리어 헤드들(410, 412) 둘 다 (도시된 바와 같이) 플래튼(414) 위에 배치될 수 있으며, 이에 의해 웨이퍼들 둘 다 실질적으로 동시에 처리될 수 있다. 두 개의 웨이퍼들의 처리가 완료된 때, 캐리어들은 언로딩(미도시)을 위해 적절한 스테이션들 위에 배치되며, 그 다음에 후속 처리를 위해 추가적인 웨이퍼들을 캐리어들(410, 412)에 로딩하기 위한 적합한 로딩 스테이션들(미도시) 위에 배치된다. 대안으로서, 캐리어 헤드들은 그들 각개의 웨이퍼들을 번갈아 또는 시차를 두고 처리할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 헤드(410)는 플래튼(414) 상에서 제1 웨이퍼를 특정 시간 동안 또는 전체 공정 중 특정 퍼센트만큼 처리할 수 있다. 한편, 캐리어 헤드(412)는, 그 헤드(412)를 하강시켜 플래튼(412)에 대하여 제2 웨이퍼를 처리하라는 제어 신호를 수신할 때까지 캐리어 헤드(412)가 플래튼(412)에 대하여 가압하지 않도록 상승된 위치에 구성될 수 있다. 캐리어 헤드(412)가 그 헤드를 하강시키라는 제어 신호를 수신한 때, 캐리어 헤드(410)는 제1 웨이퍼가 더 이상 처리되지 않도록 그 헤드를 상승시키라는 제어 신호를 수신할 수 있다. 대안으로서, 캐리어 헤드(410)는 두 개의 캐리어 헤드들이 동시에 처리되도록 하강된 상태를 유지할 수 있다.

또한, 도 1a-1b, 2, 3 또는 4와 관련하여 설명된 CMP 시스템들은 다수의 상이한 조합들로, 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 시행될 수 있다. 예를 들어, 도 5는 제1 CMP 시스템(520)과 제2 CMP 시스템(530)을 포함하는 CMP 장치(500)를 보여준다. 도시된 실시예에서, 각각의 CMP 시스템은 링크들을 포함하는 두 개의 아암들과 두 개의 플래튼들을 포함한다. 따라서, 각각의 플래튼은 CMP 시스템들 각각으로부터 하나 이상의 웨이퍼들을 처리하도록 구성된다.

도 5의 예시적인 실시예에서, CMP 시스템들(520, 530)은 링크들을 가진 두 개의 아암들을 가진다. 도 5의 CMP 시스템들(520, 530)이 링크들을 포함하는 아암들을 가진 것으로 도시되어 있지만, 상기 시스템은 도 1과 4를 참조하여 설명된 바와 같이 링크들을 가지지 않은 하나 이상의 아암들을 가지도록 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 덧붙여, CMP 시스템들(520, 530)은 각개의 지지부들로부터 연장된 임의의 수의 아암들을 가질 수 있다. 더욱이, CMP 장치(500)는 임의의 수의 플래튼들을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단일의 지지부에 부착된 두 개의 아암들은 서로 위치를 교환하도록 둘 다 공통 회전축 둘레로 서로 동일한 방향으로 실질적으로 동시에 회전할 수 있다.

또한, CMP 시스템들(520, 530)은 도시된 바와 같이 제어기(510)를 장착할 수 있다. 대안으로서, 상기 제어기(510)는 CMP 시스템 내부(예컨대, CMP 시스템(520 및/또는 530)의 지지부 내부)에 배치될 수 있다. 또한, 제어기(510)는 전자 제어기, 기계적 제어기, 공압 제어기 또는 조합일 수 있다. 추가적으로, 여기서 설명된 임의의 장치와 시스템들은 제어기(예컨대, 도 5의 제어기(510))를 포함할 수 있으며, 이는 여기서 설명되는 방법들의 기능들과 추가적인 기능들을 제공하도록 구성될 수 있다. 덧붙여, 여기서 설명된 임의의 장치와 시스템들은 CMP 캐리어 헤드들의 방향과 각도 변위를 추적하기 위한 장치들(예컨대, 앱솔루트 인코더)을 포함할 수 있다. 또한, 여기서 설명된 임의의 장치와 시스템들은 회전하도록 구성된 연마 패드들을 가진 플래튼들을 포함할 수 있다. 더욱이, 여기서 설명된 임의의 장치와 시스템들은 회전하도록 구성된 캐리어 헤드들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼를 홀딩한 캐리어 헤드는 회전하는 플래튼에 대하여 웨이퍼를 처리하는 동안 웨이퍼를 회전시킬 수 있다.

또한, 위에서 설명된 웨이퍼 캐리어들은 외부 링크들의 외측 부분(또는 링크들이 없는 경우에 아암들)에 부착되어 처리될 웨이퍼에 압력을 제공한다. 웨이퍼 캐리어 헤드들은 원하는 작업에 따라 플래튼을 향해 하강할 수 있으며 플래튼으로부터 멀어지도록 상승할 수 있다. 또한, 웨이퍼 캐리어는 CMP 공정 전과 후에 웨이퍼들의 로딩 및 언로딩 작업들을 지지하도록 구성될 수 있다. 또한, 캐리어 헤드는 두 개의 링크들의 동기화된 회전 동작에 기인하여 (중심(416)에 관련하여 위에서 설명된 바와 같이) 플래튼의 중심을 향해 직선으로(또는 플래튼이 원형인 경우에 반경 방향으로) 이동하도록 구성된다. 예를 들어, 캐리어 헤드는 플래튼의 영역에 대하여 웨이퍼를 가압할 수 있다. 그 다음에, 상기 제어기는 웨이퍼가 플래튼의 중심을 향해 이동하도록 두 개의 링크들이 동기화된 동작으로 회전하도록 명령할 수 있다. 더욱이, 캐리어 헤드는 추가적으로 선 또는 반경을 따라서 안쪽과 바깥쪽으로 진동하도록 구성된다.

또한, 각각의 플래튼은 패드 조절 시스템(pad conditioner system)(도시되어 있지만 참조번호는 없음)을 포함할 수 있다. 패드 조절기는 연마 플래튼 전체 또는 임의의 부분에 걸쳐 스위핑할 수 있다. 패드 조절기는 웨이퍼의 연마 전에, 중에 및/또는 후에 패드를 조절하도록 구성될 수 있다.

다른 실시예에서, CMP 제어기는, 적어도 두 개의 CMP 캐리어 헤드 시스템들을 가진 시스템에서, 제1 플래튼의 (예컨대, 소모품의) 연마 패드를 교체하기 위해 각각의 캐리어 헤드 시스템을 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 제1 플래튼이 일시적으로 오프라인인 동안 제2 캐리어 헤드 시스템은 제2 플래튼에서 웨이퍼의 처리를 계속할 수 있다. 예를 들어, 연마 패드는 오프-라인으로(즉, CMP 처리 스테이션으로부터 원격으로) 준비되거나 사전-조절될 수 있다. 사익 제어기는 제1 캐리어 헤드 시스템을 오프라인 상태로(예컨대, 제1 캐리어 헤드가 웨이퍼를 처리하지 않는 상태로, 예를 들어, 유지관리 또는 보수 모드로) 배치할 수 있다. 제2 캐리어 헤드 시스템은 처리 상태를 계속할 수 있다. 따라서, 상기 제어기는 제1 캐리어 헤드 시스템이 사전-조절된 연마 패드를 시스템에 부착하도록 명령할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이러한 부착은 사전-조절된 연마 패드가 제자리에 부착될 수 있도록 캐리어 헤드를 제거할 것을 요구할 것이다. 다른 실시들에서, 사전-조절된 연마 패드가 별도의 어태치먼트에 부착될 수 있도록 캐리어 헤드 대신에 별도의 어태치먼트가 설치될 필요가 있을 수 있다.

몇몇 실시예들에서, CMP 시스템(500)은 유리하게는 다수의 플래튼들 상에서 다수의 웨이퍼들을 시차를 두고 처리하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, CMP 시스템은 제1 캐리어 헤드 시스템과 제2 캐리어 헤드 시스템을 포함할 수 있으며, 각각의 시스템은 제1 아암과 제2 아암을 가진다. 덧붙여, 각각의 아암은 일단부에 부착된 캐리어 헤드를 가진다.

상기 제1 캐리어 헤드 시스템은, 제2 캐리어 헤드 시스템이 제2 아암으로 제2 플래튼 상의 제2 웨이퍼를 처리하는 동안, 제1 아암으로 제1 플래튼 상의 제1 웨이퍼를 처리한다. 제1 웨이퍼가 미리 결정된 시간 동안 또는 전체 공정의 미리 결정된 퍼센트까지 처리된 때(예컨대, 80% 처리된 때), 제1 아암은 제1 웨이퍼를 제2 CMP 공정을 위한 제2 플래튼으로 이동시키기 위해 회전할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 CMP 공정들은 상이하다. 예를 들어, 제1 공정은 벌크 제거 공정인데 반해 제2 공정은 미세 제거 공정일 수 있으며, 벌크 제거 공정은 미세 제거 공정보다 웨이퍼로부터 더 많은 재료를 제거한다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 벌크 제거 공정은 전체 공정에서 웨이퍼로부터 제거되는 전체 재료의 80%를 제고하고, 미세 제거 공정은 20%를 제거한다. 추가적으로, 제2 웨이퍼는 제2 플래튼에서 계속 처리될 수 있다. 한편, 제1 웨이퍼가 제거된 때 제3 웨이퍼가 제1 캐리어 헤드 시스템의 제2 아암을 사용하여 로딩될 수 있고 제1 플래튼 상에서 처리될 수 있으며, 이러한 공정은 후속 웨이퍼 처리를 위해 반복될 수 있다.

도 6은 여기서 개시된 실시예들에 따른 CMP 시스템을 작동시키는 예시적인 방법(600)을 보여주는 흐름도이다. 몇몇 측면들에서, 방법(600)은 도 1a-1b의 시스템(100)에 의해 수행될 수 있다. 몇몇 측면들에서, 방법(600)은 도 3a-3b의 시스템(300)에 의해 수행될 수 있다. 몇몇 측면들에서, 방법(600)은 도 4의 시스템(400)에 의해 수행될 수 있다. 몇몇 측면들에서, 방법(600)은 도 5의 시스템(500) 또는 다른 시스템들에 의해 수행될 수 있다.

블록(610)에서, 웨이퍼를 처리하기 위해 CMP 시스템이 제공된다. 상기 CMP 시스템은 지지부에 회전 가능하게 부착된 세장형 아암(elongated arm)을 포함한다. 블록(620)에서, 상기 아암은 제1 위치로부터 제2 위치로 회전한다. 제1 위치로부터 제2 위치로의 회전은 270°보다 큰 각도 변위를 초래한다.

따라서, 본 발명은, 후속 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하는 동안 하나의 웨이퍼의 동시 처리를 가능하게 하고, 두 개의 웨이퍼들을 동일한 플래튼 상에서 연속적으로 처리함으로써, 단일의 플래튼에서 단일의 웨이퍼를 높은 처리량으로 처리할 수 있게 한다. 또한, 본 발명은, 후속 웨이퍼들을 로딩 및 언로딩하는 동안 두 개의 웨이퍼들의 동시 처리를 가능하게 하고, 동일한 플래튼에서 두 개의 웨이퍼들을 처리함으로써, 단일의 플래튼에서 두 개의 웨이퍼들을 높은 처리량으로 처리할 수 있게 한다. 더욱이, 개시된 기술은 전체 시스템을 위해 대략 100%의 듀티 사이클(duty cycle)을 초래하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 시스템은 여기서 서술된 배치형태와 실시예들의 결과로서 웨이퍼들을 처리하는 것과 관련하여 정지 시간(down time)을 거의 겪지 않는다. 더욱이, 개시된 기술은 각각의 CMP 시스템(즉, 지지부와 아암(들))과 총괄적인 전체 시스템을 위한 점유면적(footprint)을 감소시키도록 구성된다.

상기한 실시예들에 대해 많은 변형들과 수정들이 만들어질 수 있으며, 그 요소들은 다른 수용 가능한 예들 중에 있는 것으로 이해될 것이다. 이러한 모든 변형들과 수정들은 본 발명의 범위 내부에 포함되는 것으로 의도된다. 전술한 설명은 특정 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 앞의 문맥 내에서 어떻게 설명되었든, 상기 시스템들과 방법들은 많은 방식으로 실행될 수 있으며 다른 형태로 시행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 위에서 진술된 바와 같이, 시스템과 방법의 어떤 특징들과 또는 측면들을 설명할 때 특정 용어의 사용은 그 용어가 여기서 그 용어가 관련된 시스템들과 방법들의 특징들과 측면들의 임의의 구체적인 성질을 포함하는 것으로 한정하는 것으로 재정립되었다는 것을 암시하는 것으로 이해하여서는 안 된다.

조건을 나타내는 언어, 예컨대, 무엇보다도 "할 수 있다(can, could, might, may)"는, 구체적으로 달리 진술되지 않았다면, 또는 사용된 문맥 내에서 다르게 이해되지 않는다면, 일반적으로 특정 실시예들이 어떤 특징들, 요소들, 및/또는 단계들을 포함하지만, 반면에 다른 실시예들은 포함하지 않는다는 의미를 전달하도록 의도된다. 따라서, 이러한 조건적 언어는 일반적으로 특징들, 요소들 및/또는 단계들이 어쨌든 하나 이상의 실시예들에서 요구된다는 의미 또는 하나 이상의 실시예들이 필연적으로 이러한 특징들, 요소들 및/또는 단계들이 임의의 특정 실시예에 포함되거나 또는 임의의 특정 실시예에서 수행되는지 여부를, 사용자의 입력 또는 유도 없이 또는 이에 의해, 결정하기 위한 로직을 포함한다는 의미를 나타내도록 의도된다.

접속어(conjunctive language), 예컨대, "X, Y, 및 Z 중 적어도 하나" 또는 "X, Y, 또는 Z 중 적어도 하나"라는 표현은, 구체적으로 달리 진술되지 않았다면, 문맥 내에서 일반적으로 아이템, 용어, 등이 X, Y, 또는 Z 각각이거나 또는 이들의 조합이라는 의미를 전달하도록 사용된다. 예를 들어, "또는(or)"이라는 용어는 포괄적인 의미로 사용됨으로써(배타적인 의미로 사용되지 않음), 예를 들어, 요소들의 목록에 연결되어 사용될 때, "또는"이라는 용어는 목록 내의 요소들 중 하나, 몇몇, 또는 모두를 의미한다. 따라서, 이러한 접속어는 일반적으로 특정 실시예들이 X의 적어도 하나, Y의 적어도 하나, 및 Z의 적어도 하나가 각각 존재하는 것을 요구하는 의미를 나타내지 않는다.

또한, 설명과 청구항들에서 제1, 제2, 제3 등과 같은 용어들은 유사한 요소들을 구별하기 위해 사용되며 반드시 순차적이거나 시간적 순서를 기술하지는 않는다. 그 용어들은 적절한 환경에서 교체될 수 있으며 본 발명의 실시예들은 여기서 설명되거나 도시된 것과는 다른 순서로 작동할 수 있다.

더욱이, 설명과 청구항들에서 상부, 하부, 위, 아래 등의 용어들은 서술적인 목적을 위해 사용되며 반드시 상대적인 위치들을 기술하지는 않는다. 이렇게 사용되는 용어들은 적절한 상황에서 교체될 수 있으며 여기서 설명된 본 발명의 실시예들은 여기서 설명되거나 도시된 것과는 다른 방향들로 작동할 수 있다.

여기서 사용된 "a"라는 용어는 배타적인 해석보다는 포괄적인 해석으로 주어진 것이다. 예를 들어, 특히 언급되지 않았다면, "a"라는 용어는 "정확히 하나" 또는 "하나 및 오직 하나"를 의미하는 것으로 이해되어서는 안되며, 대신에, "a"라는 용어는, 청구항들 또는 명세서의 어딘가에서 사용되었든 간에 "적어도 하나", "하나 이상", 또는 "다수의"와 같은 수량사의 사용에 관계없이, 청구항들 또는 명세서 내의 어디서든 "하나 또는 그 이상" 또는 "적어도 하나"를 의미한다.

여기서 사용되는 "포함하는"이라는 용어는 배타적인 해석보다는 포괄적인 해석으로 주어진 것이다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서를 포함하는 일반적인-목적의 컴퓨터는 다른 컴퓨터 구성요소들을 배제하는 것으로 해석해서는 안 되며, 아마도 메모리, 입력/출력 장치들, 및/또는 네트워크 인터페이스와 같은 구성요소들을 포함할 수 있을 것이다.

상기한 상세한 설명이 다양한 실시예들에 적용된 새로운 특징들을 보여주고, 설명하고, 지적하였지만, 도시된 장치들 또는 공정들의 형태 및 상세사항에서 다양한 생략, 치환, 및 변경들이 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고서 만들어질 수 있을 것이다. 인식할 수 있는 바와 같이, 몇몇의 특징들은 다른 것들과 별도로 사용되거나 실시될 수 있기 때문에, 여기서 개시된 기술의 특정 실시예들은 여기서 제시된 모든 특징들과 이익들을 제공하지 않는 형태로 구현될 수 있다. 여기에 개시된 기술의 특정 측면들의 범위는 이전의 설명보다는 첨부된 청구항들에 의해 나타내어 진다. 청구항들의 동등의 의미와 범위 내에 들어오는 모든 변경들은 청구항들의 범위 내에 포괄된다.

Claims

기판 캐리어 헤드 시스템(substrate carrier head system)으로서:
지지부(support)로서, 회전축이 상기 지지부를 관통하여 연장되는, 지지부;
제1 부분과 상기 제1 부분 반대쪽의 제2 부분을 포함하는 적어도 하나의 세장형 부재(elongated member)로서, 상기 제1 부분은 상기 지지부에 회전 가능하게 연결되어 상기 세장형 부재를 상기 지지부에 대하여 상기 회전축 둘레로 단일 방향으로 적어도 대략 270도의 회전 각도로 회전시키도록 구성되는, 세장형 부재; 및
상기 제2 부분에 연결되며 기판을 홀딩하고 처리(process)하도록 구성된 캐리어 헤드;를 포함하는 기판 캐리어 헤드 시스템.
제1항에 있어서,
상기 회전 각도는 단일 방향으로 실질적으로 제한되지 않는, 기판 캐리어 헤드 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 캐리어 헤드는, 기판이 플래튼(palten) 상의 연마 패드(polishing pad)에 접촉되어 연마 패드에 의해 처리되도록 허용하기 위해, 가압되도록 구성된 멤브레인을 포함하는, 기판 캐리어 헤드 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 헤드가 상기 기판을 제1 플래튼 상에서 상기 기판에 대해 제1 공정이 수행되도록 허용하는 제1 위치로부터 제2 플래튼 상에서 상기 기판에 대해 제2 공정이 수행되도록 허용하는 제2 위치로 이동시키게 하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는, 기판 캐리어 헤드 시스템.
제4항에 있어서,
상기 제1 공정과 제2 공정은 상이한, 기판 캐리어 헤드 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제1 공정은 벌크(bulk) 제거 공정이고 상기 제2 공정은 미세(fine) 제거 공정인, 기판 캐리어 헤드 시스템.
기판 캐리어 헤드 시스템(substrate carrier head system)으로서:
적어도 하나의 지지부로서, 제1 회전축이 상기 지지부를 관통하여 연장되는, 지지부;
제1 링크와 제2 링크를 포함하는 적어도 하나의 세장형 부재; 및
기판을 홀딩하고 처리(process)하도록 구성된 캐리어 헤드;를 포함하며,
상기 제1 링크는 제1 부분과 상기 제1 부분 반대쪽의 제2 부분을 가지며, 상기 제1 부분은 상기 지지부에 회전 가능하게 연결되어 상기 제1 링크를 상기 지지부에 대하여 상기 제1 회전축 둘레로 제1 회전 각도로 회전시키도록 구성되고, 제2 회전축이 상기 제2 부분을 관통하여 연장되며, 상기 제1 회전축과 제2 회전축은 서로에 대하여 거의 평행하고,
상기 제2 링크는 제3 부분과 상기 제3 부분 반대쪽의 제4 부분을 가지며, 상기 제3 부분은 상기 제2 부분에 회전 가능하게 연결되어 상기 제2 링크를 상기 제1 링크에 대하여 상기 제2 회전축 둘레로 제2 회전 각도로 회전시키도록 구성되고,
상기 캐리어 헤드는 상기 제4 부분에 연결되는, 기판 캐리어 헤드 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제1 회전 각도는 단일 방향으로 적어도 대략 270도인, 기판 캐리어 헤드 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 헤드는 기판이 플래튼(platen)에 의해 처리될 수 있도록 기판에 대하여 압력을 제공하도록 구성되는, 기판 캐리어 헤드 시스템.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 시스템은 적어도 부분적으로 상기 제1 링크와 제2 링크의 동기화된 회전(synchronized rotation)에 근거하여 상기 캐리어 헤드를 플래튼의 중심을 향해 직선으로 이동시키도록 구성되는, 기판 캐리어 헤드 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 포함하는 화학 기계적 평탄화 장치(chemical mechanical planarization apparatus)로서,
상기 캐리어 헤드에 의해 홀딩된 기판을 처리하도록 구성된 적어도 하나의 플래튼(platen)을 더 포함하는, 화학 기계적 평탄화 장치.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 적어도 두 개 포함하는 화학 기계적 평탄화 장치로서, 각각의 시스템은:
적어도 두 개의 세장형 부재들과 적어도 두 개의 캐리어 헤드들; 및
각각의 캐리어 헤드에 의해 핸들링되는 적어도 네 개의 기판들을 처리하도록 구성된 적어도 두 개의 플래튼들;을 더 포함하며,
상기 제1 회전 각도는 단일 방향으로 적어도 대략 270도인, 화학 기계적 평탄화 장치.
제11항에 있어서,
제2 플래튼을 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 세장형 부재는 상기 기판을, 제1 플래튼 상에서 상기 기판에 대해 제1 공정이 수행되도록 허용하는 제1 위치로부터 제2 플래튼 상에서 상기 기판에 대해 제2 공정이 수행되도록 허용하는 제2 위치로 이동시키도록 구성되는, 화학 기계적 평탄화 장치.
화학 기계적 평탄화 장치로서:
적어도 제1 기판 캐리어 헤드 시스템과 제2 기판 캐리어 헤드 시스템; 및
상기 제1 캐리어 헤드 시스템에 의해 홀딩된 제1 기판과 상기 제2 캐리어 헤드 시스템에 의해 홀딩된 제2 기판을 처리하도록 구성된 적어도 하나의 플래튼;을 포함하며,
각각의 캐리어 헤드 시스템은:
지지부로서, 회전축이 상기 지지부를 관통하여 연장되는, 지지부;
제1 부분과 상기 제1 부분 반대쪽의 제2 부분을 포함하는 적어도 하나의 세장형 부재로서, 상기 제1 부분은 상기 지지부에 회전 가능하게 연결되어 상기 세장형 부재를 상기 지지부에 대하여 상기 회전축 둘레로 회전 각도로 회전시키도록 구성되는, 세장형 부재; 및
상기 제2 부분에 연결되며 기판을 홀딩하고 처리하도록 구성된 캐리어 헤드;를 포함하는, 화학 기계적 평탄화 장치.
제14항에 있어서,
상기 회전 각도는 단일 방향으로 적어도 대략 270도인, 화학 기계적 평탄화 장치.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 회전 각도는 단일 방향으로 실질적으로 제한되지 않는, 화학 기계적 평탄화 장치.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 캐리어 헤드 시스템이 제1 기판을, 제1 플래튼 상에서 제1 기판에 대해 제1 공정을 수행하기 위한 제1 위치로부터 제2 플래튼 상에서 제2 기판에 대해 제2 공정을 수행하기 위한 제2 위치로 이동시키게 하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는, 화학 기계적 평탄화 장치.
제17항에 있어서,
상기 제1 공정과 제2 공정은 상이한, 화학 기계적 평탄화 장치.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 기판 캐리어 헤드 시스템이 처리 상태(processing state)로 유지되는 동안 상기 제1 기판 캐리어 헤드 시스템을 오프라인 상태로 두도록 구성되는 제어기를 더 포함하는, 화학 기계적 평탄화 장치.
제17항 또는 제19항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제1 캐리어 헤드 시스템 또는 제2 캐리어 헤드 시스템이 상기 적어도 하나의 플래튼의 연마 패드를 교체하게 하도록 구성되는, 화학 기계적 평탄화 장치.