KR20220070344A - 화학적 기계적 연마를 위한 슬러리 분배 디바이스 - Google Patents

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Abstract

화학적 기계적 연마를 위한 장치는, 연마 패드를 지지하기 위한 표면을 갖는 회전가능한 압반, 연마 패드와 접촉하는 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드, 및 연마액 분배 시스템을 포함한다. 연마액 분배 시스템은, 연마액을 연마 패드의 연마 표면의 일부에 전달하도록 위치된 분배기, 및 연마 표면의 일부 이전에 위치되고, 사용된 연마액이 연마 표면의 일부에 도달하는 것을 차단하도록 구성되는 제1 장벽을 포함한다.

Description

화학적 기계적 연마를 위한 슬러리 분배 디바이스{SLURRY DISTRIBUTION DEVICE FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING}
본 개시내용은 기판의 화학적 기계적 연마 동안 연마액, 예를 들어, 연마재 슬러리의 분배에 관한 것이다.
집적 회로는 전형적으로, 실리콘 웨이퍼 상에 전도성, 반전도성, 또는 절연성 층들의 순차적 증착에 의해 기판 상에 형성된다. 다양한 제조 프로세스들은 기판 상의 층의 평탄화를 요구한다. 예를 들어, 하나의 제조 단계는, 절연 층의 트렌치들 또는 홀들을 채우기 위해, 패터닝된 절연 층 상에 전도성 필러 층을 증착시키는 단계를 수반한다. 그 다음, 필러 층은 절연 층의 융기된 패턴이 노출될 때까지 연마된다. 평탄화 후에, 절연 층의 융기된 패턴 사이에 남아있는 전도성 필러 층의 부분들은, 기판 상의 박막 회로들 사이에 전도성 경로들을 제공하는 비아들, 플러그들 및 라인들을 형성한다. 평탄화는 또한, 패터닝된 전도 층 위에 놓이는 절연 층을 원하는 두께로 평활화 및 제거하는 데에 사용될 수 있다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 하나의 수용된 평탄화 방법이다. 이 평탄화 방법은 전형적으로, 기판이 캐리어 헤드 상에 장착될 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 회전하는 연마 패드에 대해 배치된다. 캐리어 헤드는, 기판을 연마 패드에 대해 누르기 위해, 기판 상에 제어 가능한 부하를 제공한다. 연마액, 예컨대, 연마 입자들을 갖는 슬러리가 연마 패드의 표면에 공급된다.
일 양상에서, 화학적 기계적 연마를 위한 장치는, 연마 패드를 지지하기 위한 표면을 갖는 회전가능한 압반(platen), 연마 패드와 접촉하는 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드, 및 연마액 분배 시스템을 포함한다. 연마액 분배 시스템은, 연마액을 연마 패드의 연마 표면의 일부에 전달하도록 위치된 분배기, 및 연마 표면의 일부 이전에 위치되고, 사용된 연마액이 연마 표면의 일부에 도달하는 것을 차단하도록 구성되는 제1 장벽을 포함한다.
구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 장벽은 작동시 연마 표면과 접촉하도록 구성될 수 있다. 제1 작동기는 연마 표면에 대한 제1 장벽의 압력 및/또는 연마 표면에 대한 제1 장벽의 높이를 조정하도록 구성될 수 있다. 제1 장벽은 제1 와이퍼 블레이드를 포함할 수 있다. 제1 와이퍼 블레이드의 선단 에지는 연마 표면에 대해 예각으로 배향될 수 있다. 제1 와이퍼 블레이드는 예각을 갖는 제1 부분, 및 연마 표면에 평행하게 배향된 제2 부분을 포함할 수 있다. 분배기는 연마액을 제1 와이퍼 블레이드의 후단 표면 상에 전달하도록 위치될 수 있다. 분배기는 연마액을, 압반의 중심에 더 가까운, 제1 와이퍼 블레이드의 측 상의 후단 표면의 섹션에 전달하도록 위치될 수 있다.
제2 장벽은 분배기 이후에 위치될 수 있고, 분배기에 의해 전달되는 새로운 연마액을 연마 표면의 일부에 확산시키도록 구성될 수 있다. 제2 장벽은 작동시 연마 표면과 접촉하도록 구성될 수 있다. 제2 작동기는 연마 표면에 대한 제2 장벽의 압력 및/또는 연마 표면에 대한 제2 장벽의 높이를 조정하도록 구성될 수 있다. 제2 장벽은 제2 와이퍼 블레이드를 포함할 수 있다. 제2 와이퍼 블레이드의 선단 에지는 연마 표면에 대해 예각으로 배향될 수 있다. 제1 장벽은 제2 장벽에 평행하게 위치될 수 있다. 제1 장벽은 압반의 에지까지 연장될 수 있고, 제2 장벽은 압반의 에지로부터 이격될 수 있다. 제2 장벽은, 제1 장벽보다, 연마 패드에 대해 더 낮은 압력으로 누르거나 더 높게 위치될 수 있다.
작동기는 연마 패드에 걸쳐 측방향으로 제1 장벽 및/또는 제2 장벽을 스위핑하도록 구성될 수 있다. 저장소는 연마액을 보유할 수 있고, 분배기는 저장소에 유체적으로 결합될 수 있고, 연마액은 연마재 슬러리일 수 있다.
또 다른 양상에서, 화학적 기계적 연마를 위한 장치는, 연마 패드를 지지하기 위한 표면을 갖는 회전가능한 압반, 연마 패드와 접촉하는 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드, 및 연마액 분배 시스템을 포함한다. 연마액 분배 시스템은, 연마액을 연마 패드의 연마 표면의 일부에 전달하도록 위치된 분배기, 및 연마 표면의 일부 이전에 위치되고, 사용된 연마액이 연마 표면의 일부에 도달하는 것을 차단하도록 구성되는 제1 장벽을 포함한다. 제1 장벽의 선단 표면은, 압반의 중심에 더 가까운, 제1 장벽의 내측 단부와, 압반의 에지에 더 가까운, 제1 장벽의 외측 단부 사이에서 만곡된다.
구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
압반은 제1 장벽 아래에 운동 방향을 제공하기 위해 회전하도록 구성될 수 있고, 제1 장벽의 선단 표면은, 제1 장벽의 선단 표면의 오목한 측이 운동 방향으로 향하도록 만곡될 수 있다.
제2 장벽은 분배기 이후에 위치될 수 있고, 분배기에 의해 전달되는 새로운 연마액을 연마 표면의 일부에 확산시키도록 구성될 수 있다. 제2 장벽의 선단 표면은, 압반의 중심에 더 가까운, 제2 장벽의 내측 단부와, 압반의 에지에 더 가까운, 제2 장벽의 외측 단부 사이에서 만곡될 수 있다. 제2 장벽의 선단 표면은, 제2 장벽의 선단 표면의 오목한 측이 운동 방향으로 향하도록 만곡될 수 있다. 제2 장벽의 곡률 반경은 제1 장벽의 곡률 반경보다 작을 수 있다.
또 다른 양상에서, 화학적 기계적 연마를 위한 장치는, 연마 패드를 지지하기 위한 표면을 갖는 회전가능한 압반, 연마 패드와 접촉하는 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드, 및 연마액 분배 시스템을 포함한다. 연마액 분배 시스템은, 연마액을 연마 패드의 연마 표면의 일부에 전달하도록 위치된 분배기, 및 연마 표면의 일부 이전에 위치되고, 사용된 연마액이 연마 표면의 일부에 도달하는 것을 차단하도록 구성되는 제1 장벽을 포함한다. 제1 장벽은, 사용된 연마액과 접촉하도록 구성된 제1 선단 표면을 갖고 제1 평평한 바닥 표면을 갖는 중실 제1 본체를 포함한다.
구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본체는, 연마 표면에 수직인 제1 본체의 높이보다 더 큰, 제1 장벽 아래의 연마 패드의 운동 방향을 따른 폭을 가질 수 있다.
튐 막이가 제1 선단 표면으로부터 돌출될 수 있다. 제1 장벽의 제1 본체의 제1 선단 표면은 실질적으로 수직일 수 있고 튐 막이는 실질적으로 수평으로 돌출될 수 있다.
제2 장벽은 분배기 이후에 위치될 수 있고, 분배기에 의해 전달되는 새로운 연마액을 연마 표면의 일부에 확산시키도록 구성될 수 있다. 제2 장벽은, 새로운 연마액과 접촉하도록 구성된 제2 선단 표면을 갖고 제2 평평한 바닥 표면을 갖는 중실 제2 본체를 포함할 수 있다. 제2 선단 표면은 연마 표면에 대해 예각으로 배향될 수 있다. 제1 장벽의 제1 본체의 선단 표면은 실질적으로 수직일 수 있다. 제1 장벽은 압반의 에지까지 연장될 수 있고, 제2 장벽은 압반의 에지로부터 이격될 수 있다. 제2 장벽은, 제1 장벽보다, 연마 패드에 대해 더 낮은 압력으로 누르거나 더 높게 위치될 수 있다.
또 다른 양상에서, 화학적 기계적 연마를 위한 장치는, 연마 패드를 지지하기 위한 표면을 갖는 회전가능한 압반, 연마 패드와 접촉하는 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드, 및 연마액 분배 시스템을 포함한다. 연마액 분배 시스템은, 연마액을 연마 패드의 연마 표면의 일부에 전달하도록 위치된 분배기, 연마 표면의 일부 이전에 위치되고, 사용된 연마액이 연마 표면의 일부에 도달하는 것을 차단하도록 구성되는 제1 장벽, 분배기 이후에 위치되고, 분배기에 의해 전달되는 새로운 연마액을 연마 표면의 일부에 확산시키도록 구성되는 제2 장벽, 및 연마 표면 상의 제1 장벽 및 제2 장벽의 측방향 위치를 조정하기 위해 제1 장벽 및 제2 장벽에 결합되는 공통 작동기를 포함한다.
구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
공통 측방향 작동기는 암을 포함할 수 있고, 암은, 제1 장벽 및 제2 장벽에 결합된 제1 단부 및 압반 위에서 암을 측방향으로 스위핑하기 위해 회전식 작동기에 결합된 제2 단부를 갖는다. 제1 작동기는 제1 장벽과 암 사이에 결합될 수 있고, 제2 작동기는 제2 장벽과 암 사이에 결합될 수 있다. 제1 작동기는 연마 표면에 대한 제1 장벽의 높이 및/또는 연마 표면에 대한 제1 장벽의 압력을 조정하도록 구성될 수 있고, 제2 작동기는 연마 표면에 대한 제2 장벽의 높이 및/또는 연마 표면에 대한 제2 장벽의 압력을 독립적으로 조정하도록 구성될 수 있다.
특정 구현들은 이하의 장점들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 연마 균일성이 개선될 수 있다. 결함성이 감소될 수 있다. 연마는 패턴 밀도에 덜 민감할 수 있고, 디싱 및 침식이 감소될 수 있다. 슬러리 사용이 감소될 수 있고, 따라서 소유 비용을 감소시킬 수 있다. 연마율을 유지하면서 연마 압력이 감소될 수 있거나, 연마율들이 개선될 수 있다.
하나 이상의 구현의 세부사항들이 첨부 도면들 및 이하의 설명에 열거된다. 다른 양상들, 특징들 및 장점들은 설명 및 도면들로부터 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.
도 1은 슬러리 분배 시스템을 포함하는 화학적 기계적 연마 스테이션의, 부분적으로 단면인, 개략적인 측면도이다.
도 2a는 도 1의 화학적 기계적 연마 스테이션의 개략적인 평면도이다.
도 2b는 화학적 기계적 연마 스테이션의 또 다른 구현의 개략적인 평면도이다.
도 3은 슬러리 분배 시스템의, 부분적으로 단면인, 개략적인 측면도이다.
도 4는 화학적 기계적 연마 스테이션의 일부의 개략적인 평면도이다.
도 5는 작동기들을 갖는 슬러리 분배 시스템의 구현의 개략적인 측단면도이다.
도 6은 작동기들을 갖는 슬러리 분배 시스템의 또 다른 구현의 개략적인 측단면도이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
화학적 기계적 연마에서의 하나의 문제는, 예를 들어, 침식 및 디싱에 의해 나타내진 바와 같이, 패턴 밀도에 대한 민감도이다. 사용된 슬러리가 기판 아래로 되돌아 가는 것을 차단하기 위해 장벽을 위치시킴으로써, 연마 프로세스는 패턴 밀도에 덜 민감할 수 있고, 디싱 및 침식이 감소될 수 있다.
화학적 기계적 연마에서의 또 다른 문제는 결함성이다. 결함성에 대한 잠재적 기여자는 연마 부산물들이다. 사용된 연마액이 캐리어 헤드 아래의 영역으로 복귀하는 것을 차단하는 디바이스는 연마 동안 연마 부산물들이 기판에 도달하는 것을 감소시키는 것을 도울 수 있다.
화학적 기계적 연마에서의 또 다른 문제는 웨이퍼-내 불균일성(WIWNU)이다. 연마 불균일성에 대한 잠재적 기여자는, 기판과 연마 패드 사이의 계면에 대한 슬러리의 불균일한 분배이다. 슬러리 스프레더를 연마 패드와 접촉하여 배치함으로써, 슬러리는 연마 패드에 걸쳐 더 균일한 방식으로 확산될 수 있다.
도 1은 화학적 기계적 연마 장치의 연마 스테이션(20)의 예를 예시한다. 연마 스테이션(20)은 회전가능한 디스크-형상 압반(24)을 포함하고, 이 압반 상에 연마 패드(30)가 위치된다. 압반(24)은 축(25)을 중심으로 회전하도록 작동가능하다. 예를 들어, 모터(22)는 압반(24)을 회전시키기 위해 구동 샤프트(28)를 회전시킬 수 있다.
연마 패드(30)는 연마 층(32) 및 더 연질인 후면 층(34)을 갖는 2-층 연마 패드일 수 있다. 복수의 홈들(38)이 연마 패드(30)의 연마 표면(36)에 형성될 수 있다(도 3 참고).
연마 스테이션(22)은 연마 패드(30)의 상태를 유지하기 위해 컨디셔닝 디스크(42)를 갖는 패드 컨디셔너 장치(40)를 포함할 수 있다(도 2 참고). 컨디셔닝 디스크(42)는 연마 패드(30)에 걸쳐 방사상으로 디스크(42)를 이동시킬 수 있는 암(44)의 단부에 위치될 수 있다.
캐리어 헤드(70)는 연마 패드(30)에 대해 기판(10)을 유지하도록 작동가능하다. 캐리어 헤드(70)는 지지 구조(72), 예를 들어, 캐러셀 또는 트랙으로부터 매달리며, 캐리어 헤드가 축(71)을 중심으로 회전할 수 있도록, 구동 샤프트(74)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(76)에 연결된다. 선택적으로, 캐리어 헤드(70)는, 예를 들어, 캐러셀 또는 트랙(72) 상의 슬라이더들 상에서 측방향으로 진동할 수 있거나; 캐러셀 자체의 회전 진동에 의해 측방향으로 진동할 수 있다. 작동 시에, 압반은 압반의 중심 축(25)을 중심으로 회전되며, 캐리어 헤드는 캐리어 헤드의 중심 축(71)을 중심으로 회전되고, 연마 패드(30)의 최상부 표면에 걸쳐 측방향으로 병진된다. 다수의 캐리어 헤드들이 존재하는 경우, 각각의 캐리어 헤드(70)는 캐리어 헤드의 연마 파라미터들의 독립적인 제어를 가질 수 있는데, 예를 들어, 각각의 캐리어 헤드는 각각의 기판에 가해지는 압력을 독립적으로 제어할 수 있다.
캐리어 헤드(70)는 기판(10)의 후면과 접촉하기 위한 기판 장착 표면을 갖는 가요성 멤브레인(80), 및 기판(10) 상의 상이한 구역들, 예를 들어, 상이한 방사상 구역들에 상이한 압력들을 가하기 위한 복수의 가압가능한 챔버들(82)을 포함할 수 있다. 캐리어 헤드는 또한, 기판을 유지하기 위한 유지 링(84)을 포함할 수 있다.
연마액 분배 시스템(100)은 연마액, 예를 들어, 연마재 슬러리를 연마 패드(30)의 표면 상에 전달하고 확산시킨다. 연마액 분배 시스템(100)은 또한, 사용된 연마액이 기판(10)으로 복귀하는 것을 방지할 수 있다.
도 1 및 2a를 참조하면, 연마액 분배 시스템(100)은 연마액(105)을 저장소(112)로부터 연마 패드(30)로 전달하기 위한 분배기(110)를 포함한다. 분배기(110)는, 연마 패드(30) 위에 위치된 하나 이상의 포트(116)를 갖는 하나 이상의 통로(114)를 포함한다. 예를 들어, 분배기(110)는 통로(114)가 연장되는 강성 본체를 포함할 수 있거나, 분배기(110)는 암에 의해 지지되는 가요성 배관을 포함할 수 있다. 어느 경우에든, 통로(114)에 결합된 하나 이상의 홀 또는 노즐은 포트들(116)을 제공할 수 있다.
연마액 분배 시스템(100)은 또한, 캐리어 헤드(70) 또는 컨디셔너 디스크(42) 아래를 이미 통과한 연마액이, 분배기(110)가 새로운 연마액을 전달하는 연마 패드(30) 상의 위치에 도달하는 것을 차단하기 위한 제1 장벽(120)을 포함한다. 제1 장벽(120)은 분배기(110)가 연마액(105)을 전달하는 연마 패드 상의 위치 ― 패드의 운동 방향에 대해 ― "이전에" 위치된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 압반(24)이, 화살표(A)에 의해 도시된 바와 같이 반시계 방향으로 회전하면, 제1 장벽(120)은 분배기(110)의 시계 방향에 위치된다.
일부 구현들에서, 제1 장벽(120)은 분배기(110)와 컨디셔너(40) 사이에(또는, 컨디셔너가 없는 경우, 분배기(110)와 캐리어 헤드(70) 사이에) 위치된다. 일부 구현들에서, 제1 장벽은 컨디셔너(40)와 캐리어 헤드(70) 사이에 위치된다.
일부 구현들에서, 제1 장벽(120)은, 연마 패드(30)의 표면(36)과 접촉하고, 사용된 연마액(105)의 박막 및/또는 홈들(38)에 존재할 수 있는 임의의 사용된 연마액을 제외하고는, 연마액이 아래로 통과하는 것을 대체로 차단하는 본체이다. 제1 장벽의 본체는 간단히 연마 패드(30) 상에 놓이거나, 예를 들어, 작동기에 의해 연마 패드(30) 상에 확실하게 가압될 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 장벽(120)은 연마 패드(30)의 표면(36) 위에 살짝 착좌되는 본체이다.
제1 장벽(120)은 일반적으로 세장형 본체, 예를 들어, (도 2a에 도시된 바와 같이) 선형 본체일 수 있고, 압반(24)의 운동 방향에 실질적으로 수직으로, 예를 들어, 일반적으로 압반(24)의 반경을 따라 배향될 수 있다. 대안적으로, 제1 장벽은 압반의 반경에 대해 상당한 각도로, 예를 들어, 10-30°로 기울어질 수 있다.
일부 구현들에서, 제1 장벽(120)은, 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 만곡된 본체이다. 장벽(120)은, 압반(24)의 외측 에지에 더 가까운 단부가, 압반의 중심에 더 가까운 단부보다 운동 방향(화살표(A)로 도시됨)을 더 따르도록 만곡될 수 있다. 제1 장벽(120)은 오목한 측이 운동 방향으로 향하도록 만곡될 수 있다.
제1 장벽(120)의 선단 표면은 연마 표면(36)에 대해 15 내지 90의 각도로 배향된다(도 3의 각도(B) 참고). 일부 구현들에서, 선단 표면은 연마 표면에 대해, 예를 들어, 90 도 미만의 각도로 경사진다. 일부 구현들에서, 선단 표면은 수직으로, 즉, 연마 표면에 대해 직각으로 배향된다. 제1 장벽(120)의 선단 표면은 최상부로부터 바닥부까지 연마 패드의 운동 방향(도 3의 화살표(A) 참고)으로 경사질 수 있다.
일부 구현들에서, 제1 장벽(120)은 와이퍼 블레이드이다. 와이퍼 블레이드의 전면은 제1 장벽(120)의 선단 표면을 제공한다. 제1 장벽(120)의 와이퍼 블레이드는 가요성 물질, 예컨대, 천연 고무 또는 유사한 가요성의 합성 물질, 예를 들어, 가요성 플라스틱으로 형성될 수 있거나, 강성 물질, 예를 들어, 강성 플라스틱, 예를 들어, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 또는 폴리페닐렌 술파이드(PPS)로 형성될 수 있다.
와이퍼 블레이드가 균일한 폭의 시트인 것으로 가정하면, 제1 장벽(120)의 와이퍼 블레이드는 연마 표면(36)에 대해 15 내지 90 도의 각도로 위치될 수 있다(도 3의 각도(B) 참고). 일부 구현들에서, 제1 장벽(120)의 와이퍼 블레이드는 연마 표면에 대해, 예를 들어, 90 도 미만의 각도로 경사진다. 일부 구현들에서, 제1 장벽(120)의 와이퍼 블레이드는 수직으로, 즉, 연마 표면에 대해 직각으로 배향된다. 제1 장벽(120)의 와이퍼 블레이드는, 와이퍼 블레이드가 최상부로부터 바닥부까지 연마 패드의 운동 방향(도 3의 화살표(A) 참고)으로 경사지도록 배향될 수 있다.
일부 구현들에서, 제1 장벽(120)은, 연마 표면(36)에 대한 제1 장벽(120)의 수직 위치 및/또는 연마 표면(36)에 대한 제1 장벽(120)의 하방력을 제어할 수 있는 제1 작동기(124)로부터 매달린다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제1 작동기(124)는 연마 패드(30) 위에서 측방향으로, 예를 들어, 방사상으로 제1 장벽(120)을 이동시킬 수 있다.
연마액 분배 시스템(100)은 또한, 분배기(110)에 의해 방금 전달된 새로운 연마액을 연마 표면(36)에 걸쳐 균등한 막으로 확산시키기 위한 제2 장벽(130)을 포함한다. 제2 장벽(130)은, 분배기(110)가 연마액(105)을 전달하는 연마 패드(30) 상의 위치 "이후에" 위치된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 압반(24)이, 화살표(A)에 의해 도시된 바와 같이 반시계 방향으로 회전하면, 제2 장벽(130)은 분배기(110)의 반시계 방향에 위치된다. 제2 장벽(130)은 분배기(110)와 캐리어 헤드(70) 사이에 위치된다.
일부 구현들에서, 제2 장벽(130)은, 연마 패드(30)의 표면(36)과 접촉하고, 연마액(105)의 박막 및/또는 홈들(38)에 존재할 수 있는 임의의 연마액을 제외하고는, 연마액이 아래로 통과하는 것을 대체로 차단하는 본체이다. 제2 장벽(130)의 본체는 간단히 연마 패드(30) 상에 놓이거나, 예를 들어, 작동기에 의해 연마 패드(30) 상에 확실하게 가압될 수 있다. 일부 구현들에서, 제2 장벽(130)은 연마액과 여전히 접촉하면서 연마 패드(30)의 표면(36) 위에 살짝 착좌되는 본체이다. 예를 들어, 압반이 회전할 때, 제2 장벽(130)의 본체는 연마액 상의 수상기일 수 있다. 어느 경우에든, 제2 장벽(130)은 새로운 연마액(105a)을 연마 패드(30)에 걸쳐 더 균일하게 확산시키는 것을 도울 수 있다.
일부 구현들에서, 제1 장벽(120)은 제2 장벽(130)보다 더 큰 압력으로 연마 패드(30) 내로 가압된다. 일부 구현들에서, 제1 장벽(120)은 연마 패드(30)와 접촉하는 반면, 제2 장벽(130)은 연마액과 여전히 접촉하면서 연마 패드(30)의 표면(36) 위에 살짝 착좌된다.
제2 장벽(130)은 일반적으로 세장형 본체, 예를 들어, 선형 본체일 수 있고, 압반(24)의 운동 방향에 실질적으로 수직으로, 예를 들어, 일반적으로 압반(24)의 반경을 따라 배향될 수 있다. 대안적으로, 제1 장벽(120)은 압반의 반경에 대해 소정의 각도로, 예를 들어, 10-30°로 기울어질 수 있다.
제2 장벽(130)은 제1 장벽(120)에 평행할 수 있다. 대안적으로, 제2 장벽(130)은 압반의 반경에 대해 제1 장벽(120)보다 더 큰 각도로 기울어질 수 있다.
일부 구현들에서, 제2 장벽(130)은, 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 만곡된 본체이다. 제2 장벽(130)은, 압반(24)의 외측 에지에 더 가까운 단부가, 압반의 중심에 더 가까운 단부보다 운동 방향(화살표(A)로 도시됨)을 더 따르도록 만곡될 수 있다. 제2 장벽(130)은 오목한 측이 운동 방향으로 향하도록 만곡될 수 있다.
제2 장벽(130)은 제2 장벽의 길이를 따라서 제1 장벽(120)으로부터 등거리에 있을 수 있다. 대안적으로, 제2 장벽(130)의 곡률 반경은 제1 장벽(120)의 곡률 반경보다 작을 수 있다. 이는, 제1 장벽(120)과 제2 장벽(130) 사이의 거리가 압반(24)의 에지를 향해 방사상 방향을 따라 증가하는 결과를 초래할 수 있다.
제2 장벽(130)의 선단 표면은 연마 표면(36)에 대해 15 내지 90의 각도로 배향된다. 일부 구현들에서, 제2 장벽의 선단 표면은 연마 표면에 대해, 예를 들어, 90 도 미만의 각도로 경사진다. 일부 구현들에서, 제2 장벽의 선단 표면은 수직으로, 즉, 연마 표면에 대해 직각으로 배향된다. 제2 장벽(130)의 선단 표면은 최상부로부터 바닥부까지 연마 패드의 운동 방향(도 3의 화살표(A) 참고)으로 경사질 수 있다.
일부 구현들에서, 제2 장벽(130)은 와이퍼 블레이드이다. 와이퍼 블레이드의 전면은 제2 장벽(130)의 선단 표면을 제공한다. 제2 장벽(130)의 와이퍼 블레이드는 가요성 물질, 예컨대, 천연 고무 또는 유사한 가요성의 합성 물질, 예를 들어, 가요성 플라스틱으로 형성될 수 있거나, 강성 물질, 예를 들어, 강성 플라스틱, 예를 들어, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 또는 폴리페닐렌 술파이드(PPS)로 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 장벽(120) 및 제2 장벽(130)의 와이퍼 블레이드들은 동일한 물질로 형성된다.
와이퍼 블레이드가 균일한 폭의 시트인 것으로 가정하면, 제2 장벽(130)의 와이퍼 블레이드는 연마 표면(36)과 와이퍼 블레이트의 선단 면(132) 사이에 15 내지 90 도의 각도를 형성하도록 위치될 수 있다(도 3 참고). 제2 장벽(130)의 와이퍼 블레이드가 소정의 각도로 위치되는 것은, 새로운 슬러리를 홈들 내로 밀어 넣어서, 기판에 도달하는 사용된 슬러리의 존재를 감소시키는 것을 도울 수 있다.
일부 구현들에서, 제2 장벽(130)의 와이퍼 블레이드는 연마 표면에 대해, 예를 들어, 90 도 미만의 각도로 경사진다. 일부 구현들에서, 제2 장벽(130)의 와이퍼 블레이드는 수직으로, 즉, 연마 표면에 대해 직각으로 배향된다. 제2 장벽(130)의 와이퍼 블레이드는, 와이퍼 블레이드가 최상부로부터 바닥부까지 연마 패드의 운동 방향으로 경사지도록 배향될 수 있다.
일부 구현들에서, 제1 장벽(120) 및 제2 장벽(130)의 와이퍼 블레이드들은 연마 표면(36)에 대해 동일한 각도를 형성한다. 일부 구현들에서, 제1 장벽(120)의 와이퍼 블레이드는 수직으로 배향되는 반면, 제2 장벽(130)의 와이퍼 블레이드는 최상부로부터 바닥부까지 연마 패드의 운동 방향으로 경사진다.
일부 구현들에서, 제2 장벽(130)은, 연마 표면(36)에 대한 제2 장벽(130)의 수직 위치 및/또는 연마 표면(36)에 대한 제2 장벽(130)의 하방력을 제어할 수 있는 제2 작동기(134)로부터 매달린다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제2 작동기(134)는 연마 패드(30) 위에서 측방향으로, 예를 들어, 방사상으로 제2 장벽(130)을 이동시킬 수 있다.
각각의 작동기(124, 134)는 공압 작동기일 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 각각의 작동기는 장벽, 예를 들어, 와이퍼 블레이드가 고정되는 하부 본체(150), 지지부, 예를 들어, 암에 의해 유지되는 상부 본체(152), 및 하부 본체(150)와 상부 본체(152) 사이에 갇힌 블래더(154)를 포함할 수 있다. 따라서, 블래더(154)의 팽창은 하부 본체(150) 및 장벽(120, 130)의 수직 위치 및/또는 연마 패드에 대한 장벽(120, 130)의 압력을 제어한다. 블래더의 바닥부는 하부 본체(150)에 고정될 수 있고, 예를 들어, 접착식으로 고정될 수 있고, 블래더의 최상부는, 예를 들어, 블래더의 림들을 상부 본체(152)에 클램핑함으로써 고정될 수 있다. 작동기들 중 어느 하나는 다른 종류의 작동기, 예를 들어, 선형 모터 또는 압전 작동기일 수 있다.
일부 구현들에서, 제1 장벽(120) 및 제2 장벽(130)은 동일한 작동기로부터 매달린다.
도 4 및 5를 참조하면, 각각의 장벽(120, 130)은 암(160)으로부터 매달릴 수 있다. 예를 들어, 각각의 작동기(124, 134)의 상부 본체(152)는 암(160)에 고정된 판(164) 상에 장착될 수 있다. 암(160)은 암(160)을 압반(24)에 걸쳐 측방향으로 이동시키도록 구성된 작동기(162)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 작동기(162)는 암(160)을 원호로(화살표(C) 참고) 스위핑하기 위한 회전식 작동기일 수 있다. 도 4 및 5는 장벽들 둘 모두에 대한 공통 암을 도시하지만, 별개의 작동기들을 갖는 별개의 암들이 있을 수 있다.
도 6을 참조하면, 별개의 얇은 와이퍼 블레이드 대신에, 연마 표면에 평행하게 연장되고 연마 표면 상에 가압되거나 연마액과 여전히 접촉하면서 연마 패드로부터 살짝 이격된(예를 들어, 수막 현상) 평평한 하부 표면(170)을 갖는 본체에 의해 하나 또는 양쪽 장벽(120, 130)이 제공될 수 있다. 이 본체는 비교적 강성 물질, 예를 들어, 세라믹, 또는 경질 플라스틱, 예컨대, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 또는 폴리페닐렌 술파이드(PPS)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 하나 또는 양쪽 장벽(120, 130)은 대응하는 작동기(124, 134)의 하부 본체(150)에 의해 제공될 수 있다.
어느 장벽(120, 130)이든, 장벽을 형성하는 본체는 (연마 패드가 먼저 아래로 통과하는 측 상에) 선단 표면(172)을 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 선단 표면은 수직 표면이다. 일부 구현들에서, 선단 표면(172)은 연마액을 밀어낼 것이다.
어느 장벽(120, 130)이든, 장벽은 또한, 선단 표면(172)에 충돌하는 연마액의 튐을 억제하기 위한 튐 막이(174)를 포함할 수 있다. 튐 막이(174)는 하부 표면(170)으로부터 수직으로 이격되고 연마 패드 회전의 운동 방향과 반대 방향으로 본체의 선단 표면으로부터 수평으로 연장될 수 있다.
대안적으로, 어느 장벽(120, 130)이든, 장벽은 스프레더(176)를 포함할 수 있다. 스프레더(176)는 본체의 선단 표면(172)으로부터 돌출되고, 연마 표면에 대해 경사진 바닥 표면을 갖는다. 스프레더(176)의 바닥 표면과 연마 표면 사이의 각도(D)는 15 내지 75 도일 수 있다. 경사진 와이퍼 블레이드와 유사하게, 스프레더(176)의 경사진 바닥 표면은, 새로운 슬러리를 홈들 내로 밀어 넣어서, 기판에 도달하는 사용된 슬러리의 존재를 감소시키는 것을 도울 수 있다.
일부 구현들에서, 제1 장벽(120)은 튐 막이를 포함하고, 제2 장벽(130)은 스프레더(176)를 포함한다.
도 2a 및 2b로 돌아가면, 제2 장벽(130)은 제1 장벽(120)으로부터 이격될 수 있다. 일부 구현들에서, 제2 장벽(130)의 와이퍼 블레이드는 제1 장벽(120)의 와이퍼 블레이드에 평행하게 배향된다. 제1 장벽(120) 및 제2 장벽(130)은 (그들의 길이방향 축을 따라) 동일한 길이일 수 있거나, 제2 장벽(130)은 제1 장벽(120)보다 짧을 수 있다. 제1 장벽(120)은 연마 패드(30) 및/또는 압반(24)의 에지까지 완전히 연장될 수 있는 반면, 제2 장벽(130)은 연마 패드(30) 및/또는 압반(24)의 에지로부터 이격될 수 있다.
도 3을 참조하면, 일부 구현들에서, 분배기(110)는 연마액(105)이 제1 장벽(120)의 와이퍼 블레이드의 후단 면(126) 상에 전달되도록 위치된다. 연마 표면(36)에 대한 와이퍼 블레이드의 각도로 인해, 연마액은 후단 면(126) 아래로 유동하고, 그 다음, 제1 장벽(120)과 제2 장벽(130) 사이의 영역의 연마 패드(30) 상으로 유동한다. 연마액(105)을 와이퍼 블레이드 상에 전달하는 것의 장점은, 연마액이 와이퍼 블레이드를 따라 측방향으로 유동하는 경향이 있어서, 연마액이, 더 넓은 영역을 따라 연마 패드(30)에 전달된다는 점이다. 결과적으로, 연마액은 연마 패드(30)에 걸쳐 더 균일하게 확산될 수 있고, 연마 균일성이 개선될 수 있다. 그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 일부 구현들에서, 연마액(105)은 연마 패드(30) 상에 직접 분배된다(이는 수직 또는 경사진 와이퍼 블레이드에 적용가능할 것이다).
도 3을 참조하면, 작동 시에, 제1 장벽(120)의 선단 에지(122)는 사용된 연마액(105b)을 차단할 것이다. 연마 표면(36)의 임의의 홈들(38)에 있는 사용된 연마액(105b)의 일부는 장벽(120) 아래를 통과할 것이지만, 사용된 연마액(105b)의 대부분은 편향될 것이고 연마 패드(30)의 에지로부터 흘러나올 것이다.
한편, 새로운 연마액(105a)은 분배기(110)에 의해 제1 장벽(120)과 제2 장벽(130) 사이의 영역으로 전달될 것이다. 새로운 연마액은 제2 장벽(130)의 선단 에지(132)에 의해 유사하게 차단될 것이다. 구성요소들 사이의 유량 및 간격에 따라, 새로운 연마액(105a)은 제1 장벽(120)과 제2 장벽(130) 사이의 영역에 고일 수 있다. 그러나, 새로운 연마액의 일부는 홈들(38) 내로 유동하여, 사용된 연마액(105b)을 대체할 수 있다. 결과적으로, 사용된 연마액의 상당히 적은 양이 기판(10)에 도달할 수 있고, 결함들이 감소될 수 있다.
제1 장벽(120) 및 제2 장벽(130)이 별개의 구성요소들로서 예시되지만, 이들은 연결된 단일 하우징의 2개의 벽들일 수 있다. 연마액을 담을 수 있는 2개의 벽들 사이의, 하우징의 중간에 개방 챔버가 존재할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일부 구현들에서, 하나 또는 양쪽 장벽(120, 130), 예를 들어, 와이퍼 블레이드는 연마 표면(36)에 대해 예각인 제1 부분(140), 및 연마 표면(36)에 평행한 제2 부분(142)을 포함할 수 있다. 둥근 부분(144)은 제1 부분(140)을 제2 부분(142)에 연결할 수 있다. 장벽은 이러한 구성으로 미리 형성될 수 있거나, 장벽은, 초기에 평면이지만 연마 표면(36)에 대해 하방으로 가압될 때 이러한 구성으로 변형되는 가요성 물질일 수 있다. 이러한 구성은, 사용된 연마액(105b)과의 교환을 개선하기 위해 새로운 연마액(105a)을 홈들(38) 내로 밀어 넣는 것을 도울 수 있다.
사용된 슬러리를 차단함으로써, 기판에 도달하는 연마 부산물의 양이 감소될 수 있고, 따라서 결함성이 감소될 수 있다. 추가적으로, 임의의 특정 이론에 제한되지 않고, 홈들의 새로운 슬러리의 양을 증가시킴으로써, 기판과 접촉하게 되는 억제제 및 활성제(금속 연마를 위함)의 농도가 증가될 수 있다. 이는 연마 프로세스가 패턴 밀도에 덜 민감하게 할 수 있고, 디싱 및 침식이 감소될 수 있다. 반대로, 다시, 임의의 특정 이론에 제한되지 않고, 사용된 슬러리를 차단함으로써, 구리 이온들의 농도가 감소될 수 있고, 이는 금속 표면과의 반응에 대한 억제제를 보존한다.
제1 장벽(120) 및/또는 제2 장벽(130)의 제어된 위치결정(형상, 디바이스 치수, 패드 적용범위, 패드 상의 장착 위치 등)은, 원하는 유동 경로들에 따라 압반(24)으로부터 또는 기판(10)을 향해 유체를 지향시키는 데에 사용될 수 있다.
제1 장벽(120) 및 제2 장벽(130)에 대한 제어된 하방력은, 제2 장벽 아래에서 유동하는 사용된 연마액 대 새로운 연마액의 비율을 조정하는 데에 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 제2 장벽(130)은 제1 장벽(120)보다 낮은 압력에서 연마 패드(30)에 대해 가압된다. 일부 구현들에서, 제2 장벽(130)은 제1 장벽(120)보다 연마 패드(30) 위에 더 높게 이격된다.
슬러리 분배 시스템(100)을 사용하여 연마액의 분배 위치 또는 분배 패턴을 제어함으로써, 연마 프로파일이 조정될 수 있고, 연마 균일성이 개선될 수 있다.
위의 논의가 연마액에 대한 물리적 장벽들에 초점을 맞추고 있지만, 연마액을 차단하기 위해 공기의 제트들을 사용하는 것이 또한 가능할 것이다. 예를 들어, 암이 연마 패드 위에 연장될 수 있고, 가압된 가스, 예를 들어, 공기 또는 질소가 암의 바닥부의 슬롯 또는 복수의 홀들을 통해 연마 패드쪽으로 지향될 수 있다. 가스 유량의 적절한 선택으로, 가스는 연마액을 차단할 수 있다. 추가적으로, 사용된 연마액을 연마 패드로부터 흡입하기 위해 진공을 사용하는 것이 또한 가능할 것이고; 그러한 진공은 연마 패드 위에 측방향으로 연장되는 암의 바닥부에 있는 슬롯 또는 복수의 홀들을 통해 적용될 수 있다.
제어기(90), 예를 들어, 범용 프로그래밍가능한 디지털 컴퓨터는, 저장소로부터 연마액(105)의 유량을 제어하고, 연마 패드(30) 상의 장벽들(120, 130)의 위치 및/또는 연마 패드(30)에 대한 하방력을 제어하기 위해 작동기들(124, 134)을 제어할 수 있다. 인-시튜 모니터링 시스템으로부터의 측정들이 제어기(90)에 공급될 수 있고, 이는, 연마 불균일성을 보상하기 위해, 장벽들의 위치 및/또는 장벽들의 하방력 및/또는 연마액 유량을 조정할 수 있다.
제어기(90)는 또한, 캐리어 헤드(70)에 의해 인가되는 압력을 제어하는 압력 메커니즘들에, 캐리어 헤드 회전 속도를 제어하기 위해 캐리어 헤드 회전 모터(76)에, 압반 회전 속도를 제어하기 위해 압반 회전 모터(21)에, 또는 연마 패드에 공급되는 슬러리 조성을 제어하기 위해 연마액 분배 시스템(100)에 연결될 수 있다.
연마액 분배 시스템은 다양한 연마 시스템들에서 사용될 수 있다. 연마 패드는 압반에 고정된 원형(또는 어떤 다른 형상의) 패드, 공급 롤러와 권취 롤러 사이에 연장되는 테이프, 또는 연속 벨트일 수 있다. 연마 패드는 압반 상에 부착되거나, 연마 작동들 사이의 압반 위에 증분적으로 전진되거나, 연마 동안 압반 위에 연속적으로 구동될 수 있다. 패드는 연마 동안 압반에 고정될 수 있거나, 연마 동안 압반과 연마 패드 사이에 유체 베어링이 있을 수 있다. 연마 패드는 표준(예를 들어, 필러들을 갖거나 갖지 않는 폴리우레탄) 조면 패드, 연질 패드, 또는 고정된 연마재 패드일 수 있다.
본 발명의 다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어,
ㆍ 선단 장벽(제1 장벽)은 후단 장벽(제2 장벽) 없이 사용될 수 있다.
ㆍ 후단 장벽(제2 장벽)은 선단 장벽(제1 장벽) 없이 연마 시스템에 사용될 수 있다.
ㆍ 분배기는 제1 장벽 및/또는 제2 장벽의 일체형 부분이거나 그 부분 상에 지지될 수 있다. 예를 들어, 분배기는 제1 장벽 상에 지지되는 가요성 관일 수 있다.
이에 따라, 다른 실시예들은 이하의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (10)

  1. 화학적 기계적 연마를 위한 장치로서,
    연마 패드를 지지하기 위한 표면을 갖는 회전가능한 압반;
    상기 연마 패드와 접촉하는 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드; 및
    연마액 분배 시스템을 포함하고, 상기 연마액 분배 시스템은,
    연마액을 상기 연마 패드의 연마 표면 상의 분배 위치에 전달하도록 위치된 분배기; 및
    제1 선단 표면 및 제1 평평한 바닥 표면을 갖는 제1 중실 본체를 포함하는 제1 장벽 - 상기 제1 평평한 바닥 표면은 상기 연마 표면에 접촉하도록 위치되고, 상기 제1 장벽은 상기 연마 표면 상에 상기 분배기에 의해 전달된 새로운 연마액을 확산시키도록 상기 압반의 회전 방향으로 상기 분배 위치 이후에 위치되며, 상기 제1 장벽의 상기 제1 선단 표면은 상기 연마 표면에 수직인 축을 중심으로 만곡됨 -
    을 포함하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마 표면에 대한 상기 제1 장벽의 높이 또는 상기 연마 표면에 대한 상기 제1 장벽의 압력 중 적어도 하나를 조정하도록 구성된 제1 작동기
    를 포함하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압반은 상기 제1 장벽 아래에 운동 방향을 제공하기 위해 회전하도록 구성되고, 상기 제1 장벽의 상기 제1 선단 표면은, 상기 제1 장벽의 상기 제1 선단 표면의 오목한 측이 상기 운동 방향으로 향하도록 만곡되는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    제2 선단 표면 및 제2 평평한 바닥 표면을 갖는 제2 중실 본체를 포함하는 제2 장벽을 포함하고, 상기 제2 장벽은 사용된 연마액이 상기 분배 위치에 도달하는 것을 차단하도록 상기 압반의 회전 방향으로 상기 분배기 이전에 위치되며, 상기 제2 장벽의 상기 제2 선단 표면은 상기 연마 표면에 수직인 축을 중심으로 만곡되는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압반은 상기 제1 장벽 및 상기 제2 장벽 아래에 운동 방향을 제공하기 위해 회전하도록 구성되고, 상기 제1 장벽의 상기 제1 선단 표면은, 상기 제1 장벽의 상기 제1 선단 표면의 오목한 측이 상기 운동 방향으로 향하도록 만곡되고, 상기 제2 장벽의 상기 제2 선단 표면은, 상기 제2 장벽의 상기 제2 선단 표면의 오목한 측이 상기 운동 방향으로 향하도록 만곡되는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 선단 표면의 곡률 반경은 상기 제1 선단 표면의 곡률 반경보다 작은, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 연마 표면에 대한 상기 제1 장벽의 높이 또는 상기 연마 표면에 대한 상기 제1 장벽의 압력 중 적어도 하나를 조정하도록 구성된 제1 작동기, 또는
    상기 연마 표면에 대한 상기 제2 장벽의 높이 또는 상기 연마 표면에 대한 상기 제2 장벽의 압력 중 적어도 하나를 독립적으로 조정하도록 구성된 제2 작동기
    중 적어도 하나를 포함하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중실 몸체는 상기 연마 표면에 수직인 상기 제1 중실 본체의 높이보다 더 큰, 상기 제1 장벽 아래의 상기 연마 패드의 운동 방향을 따른 폭을 갖는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 선단 표면으로부터 돌출되는 튐 막이를 포함하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 선단 표면은 상기 연마 표면에 대해 예각으로 배향되는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
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