KR20220100043A - 연마 패드의 홈을 사용한 웨이퍼 에지 비대칭 보정 - Google Patents

연마 패드의 홈을 사용한 웨이퍼 에지 비대칭 보정 Download PDF

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KR20220100043A
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지안쉐 탕
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Abstract

화학적 기계적 연마 시스템은 연마 패드를 유지하기 위한 플래튼, 연마 패드의 연마 표면에 대해 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드, 및 제어기를 포함한다. 연마 패드는 연마 제어 홈을 갖는다. 캐리어는 제1 액추에이터에 의해 연마 패드에 걸쳐 측방향으로 이동가능하고 제2 액추에이터에 의해 회전가능하다. 제어기는, 캐리어 헤드의 복수의 연속적인 진동들에 걸쳐, 기판의 에지 부분의 제1 각도 스와스가 캐리어 헤드의 회전 축을 중심으로 방위각 위치에 있을 때 제1 각도 스와스가 연마 표면 위에 놓이고, 기판의 에지 부분의 제2 각도 스와스가 방위각 위치에 있을 때 제2 각도 스와스가 연마 제어 홈 위에 놓이도록, 캐리어 헤드의 측방향 진동을 캐리어 헤드의 회전과 동기화한다.

Description

연마 패드의 홈을 사용한 웨이퍼 에지 비대칭 보정
본 개시내용은 화학적 기계적 연마에 관한 것이다.
집적 회로는 전형적으로, 규소 웨이퍼 상의 전도성, 반전도성, 또는 절연성 층들의 순차적 퇴적에 의해 기판 상에 형성된다. 하나의 제조 단계는, 비평면 표면 위에 필러 층을 퇴적시키고 필러 층을 평탄화하는 것을 수반한다. 특정 응용들의 경우, 필러 층은 패터닝된 층의 최상부 표면이 노출될 때까지 평탄화된다. 절연성 층의 트렌치들 또는 홀들을 채우기 위해, 패터닝된 절연성 층 상에, 예를 들어, 전도성 필러 층이 퇴적될 수 있다. 평탄화 후에, 절연성 층의 융기된 패턴 사이에 남아있는 전도성 층의 부분들은, 기판 상의 박막 회로들 사이에 전도성 경로들을 제공하는, 비아들, 플러그들 및 라인들을 형성한다. 다른 응용들, 예컨대, 산화물 연마의 경우, 필러 층은 미리 결정된 두께가 비평면 표면 위에 남겨질 때까지 평탄화된다. 추가적으로, 기판 표면의 평탄화가 포토리소그래피를 위해 일반적으로 요구된다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 평탄화의 하나의 수용된 방법이다. 이 평탄화 방법은 전형적으로, 기판이 캐리어 또는 연마 헤드 상에 장착되는 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 전형적으로, 회전 연마 패드에 대해 배치된다. 캐리어 헤드는, 기판을 연마 패드에 대해 누르기 위해, 제어가능한 하중을 기판 상에 제공한다. 연마재 연마 슬러리는 전형적으로, 연마 패드의 표면에 공급된다.
연마에서의 하나의 문제는 기판에 걸친 연마 속도의 불균일성이다. 예를 들어, 기판의 에지 부분은 기판의 중심 부분에 비해 더 높은 속도로 연마될 수 있다.
일 양상에서, 화학적 기계적 연마 시스템은 연마 패드를 유지하기 위한 회전가능한 플래튼, 연마 프로세스 동안 연마 패드의 연마 표면에 대해 기판을 유지하기 위한 회전가능한 캐리어 헤드, 및 제어기를 포함한다. 플래튼은 모터에 의해 회전가능하고, 연마 패드는 연마 패드에 대한 회전 축과 동심인 연마 제어 홈을 갖는다. 캐리어는 제1 액추에이터에 의해 연마 패드에 걸쳐 측방향으로 이동가능하고 제2 액추에이터에 의해 회전가능하다. 제어기는, 캐리어 헤드의 복수의 연속적인 진동들에 걸쳐, 기판의 에지 부분의 제1 각도 스와스(angular swath)가 캐리어 헤드의 회전 축을 중심으로 방위각 위치에 있을 때 제1 각도 스와스가 연마 표면 위에 놓이고, 기판의 에지 부분의 제2 각도 스와스가 방위각 위치에 있을 때 제2 각도 스와스가 연마 제어 홈 위에 놓이도록, 캐리어 헤드의 측방향 진동을 캐리어 헤드의 회전과 동기화하기 위해 제1 액추에이터 및 제2 액추에이터를 제어하도록 구성된다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
연마 패드는 슬러리 공급 홈들을 포함할 수 있고, 슬러리 공급 홈들은 연마 제어 홈보다 협소할 수 있다. 연마 패드는 슬러리 공급 홈들을 둘러싸는 단일 연마 제어 홈, 슬러리 공급 홈들에 의해 둘러싸인 단일 연마 제어 홈, 또는 슬러리 공급 홈들이 2개의 연마 제어 홈 사이에 위치되는 정확히 2개의 연마 제어 홈을 가질 수 있다. 제어기는 캐리어 헤드의 회전의 제1 주파수가 캐리어 헤드의 측방향 진동의 제2 주파수의 정수배와 동일하도록 제1 액추에이터 및 제2 액추에이터를 제어하도록 구성될 수 있다.
다른 양상에서, 화학적 기계적 연마 시스템은 연마 패드를 유지하기 위한 회전가능한 플래튼, 연마 프로세스 동안 연마 패드의 연마 표면에 대해 기판을 유지하기 위한 회전가능한 캐리어 헤드, 및 제어기를 포함한다. 플래튼은 모터에 의해 회전가능하고, 연마 패드는 연마 패드에 대한 회전 축과 동심인 연마 제어 홈을 갖고, 연마 홈은 복수의 아치형 세그먼트들을 갖는다. 캐리어 헤드는 액추에이터에 의해 회전가능하다. 제어기는, 캐리어 헤드의 복수의 연속적인 회전들에 걸쳐, 기판의 에지 부분의 제1 각도 스와스가 캐리어 헤드의 회전 축을 중심으로 방위각 위치에 있을 때 제2 각도 스와스가 아치형 세그먼트들 사이의 연마 표면의 영역 위에 놓이고, 기판의 에지 부분의 제2 각도 스와스가 방위각 위치에 있을 때 제2 각도 스와스가 연마 제어 홈의 아치형 세그먼트 위에 놓이도록, 플래튼의 회전을 캐리어 헤드의 회전과 동기화하기 위해 모터 및 액추에이터를 제어하도록 구성된다.
구현들은 다음의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
아치형 세그먼트들은 플래튼의 회전 축 주위에 동일한 각도 간격들로 이격될 수 있다. 아치형 세그먼트들은 동일한 길이들을 가질 수 있다. 각각의 아치형 세그먼트는 10-45°의 호에 대향할 수 있다. 4개 내지 20개의 아치형 세그먼트들이 존재한다. 추가로 연마 패드는 슬러리 공급 홈들을 가질 수 있고, 슬러리 공급 홈들은 연마 제어 홈보다 협소할 수 있다. 제어기는 캐리어 헤드의 회전의 제1 주파수가 플래튼의 회전의 제2 주파수의 정수배이도록 모터 및 액추에이터를 제어하도록 구성된다.
개선들은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 불균일성, 특히, 기판 에지 근처의 각도 비대칭 불균일성이 감소될 수 있다.
하나 이상의 구현의 세부사항들이 이하의 설명 및 첨부 도면들에 제시된다. 다른 양상들, 특징들 및 장점들은 설명 및 도면들로부터 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.
도 1은 연마 제어 홈을 갖는 연마 패드를 갖는 화학적 기계적 연마 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 2는 슬러리 공급 홈들 및 연마 제어 홈 둘 다를 갖는 연마 패드의 방사상 섹션의 개략적인 단면도이다.
도 3a 및 3b는 상이한 측방향 위치들에서의 캐리어 헤드를 예시하는 예시적인 화학적 기계적 연마 장치의 개략적인 상면도들이다.
도 4는 플래튼 상에서의 기판 위치 대 시간의 예시적인 그래프이다.
도 5a 및 5b는 상이한 측방향 위치들에서의 캐리어 헤드를 예시하는 화학적 기계적 연마 장치의 개략적인 상면도들이다.
도 6a 및 6b는 상이한 측방향 위치들에서의 캐리어 헤드를 예시하는 화학적 기계적 연마 장치의 다른 구현의 개략적인 상면도들이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 번호들 및 명칭들은 유사한 요소들을 나타낸다.
화학적 기계적 연마에서, 기판의 에지 부분에서의 제거 속도들은 기판의 중심 부분에서의 제거 속도들과 상이할 수 있다. 추가적으로, 기판 에지 근처에서의 연마 속도는 둘레를 따라 균일할 필요가 없고; 이러한 효과는 "에지 비대칭"으로 지칭될 수 있다. 기판 두께의 결과적인 불규칙성을 해결하기 위해, 기판은 기판 상의 국부 영역들을 연마할 수 있는 전용 연마 "터치 업" 툴로 운반될 수 있다. 그러한 툴은 기판 에지 비대칭을 보정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 연마 프로세스가 완료된 후, 기판의 에지에서의 더 두꺼운 영역들은 균일하게 두꺼운 기판을 제공하기 위해 국부적으로 연마될 수 있다. 그러나, 그러한 터치 업 툴들에 대한 처리량은 낮고, 터치 업 툴들은 제조 설비에 추가적인 비용 및 풋프린트를 추가한다.
이러한 문제를 해결할 수 있는 기법은, 기판의 과다연마된 영역들을 연마 제어 홈 위에 우선적으로 위치시키기 위해 캐리어 헤드의 회전을 캐리어 헤드의 측방향 운동 또는 플래튼의 회전과 동기화하는 것이다. 이러한 기법은 연마된 기판에서 불균일성, 특히, 에지 비대칭을 감소시킬 수 있다. 게다가, 기법은 화학적 기계적 연마 툴 자체에 적용될 수 있고, 따라서, 새로운 툴들의 설치 또는 상당한 자본 비용을 회피한다.
도 1은 화학적 기계적 연마 시스템(20)의 연마 스테이션의 예를 예시한다. 연마 시스템(20)은 회전가능한 디스크-형상 플래튼(24)을 포함하고, 이 플래튼 상에 연마 패드(30)가 위치된다. 플래튼(24)은 축(25)을 중심으로 회전하도록 작동가능하다. 예를 들어, 모터(26)는 플래튼(24)을 회전시키기 위해 구동 샤프트(28)를 회전시킬 수 있다. 연마 패드(30)는 외측 연마 층(32) 및 더 연질의 후면 층(34)을 갖는 2층 연마 패드일 수 있다. 외측 연마 층(32)은 연마 표면(36)을 갖는다.
연마 시스템(20)은, 연마액(94), 예컨대, 연마재 슬러리를 연마 패드(30) 상에 분배하기 위해 공급 포트 또는 조합된 공급-헹굼 암(92)을 포함할 수 있다. 연마 시스템(20)은 연마 패드(30)의 연마 표면(36)의 표면 거칠기를 유지하기 위해 컨디셔닝 디스크(42)를 갖는 패드 컨디셔너 장치(40)를 포함할 수 있다. 컨디셔닝 디스크(42)는 연마 패드(30)에 걸쳐 방사상으로 디스크(42)를 스위핑하기 위해 스윙할 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(50), 예를 들어, 캐러셀 또는 트랙으로부터 매달리며, 캐리어 헤드가 축(55)을 중심으로 회전할 수 있도록, 구동 샤프트(58)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(56)에 연결된다. 캐리어 헤드(70)는, 캐러셀 자체의 회전 진동에 의해, 또는 트랙을 따른 이동에 의해, 예를 들어, 캐러셀 상의 슬라이더들 상에서 측방향으로 진동할 수 있다.
캐리어 헤드(70)는 하우징(72), 복수의 가압가능한 챔버들(80)을 한정하는, 가요성 멤브레인(78) 및 베이스(76)를 포함하는 기판 백킹 조립체(74), 짐벌 메커니즘(82)(조립체(74)의 일부로 고려될 수 있음), 로딩 챔버(84), 리테이닝 링 조립체(100), 및 액추에이터(122)를 포함한다.
하우징(72)은 일반적으로, 형상이 원형일 수 있고, 연마 동안 구동 샤프트(58)와 함께 회전하도록 구동 샤프트에 연결될 수 있다. 캐리어 헤드(100)의 공압 제어를 위해 하우징(72)을 통해 연장되는 통로들(예시되지 않음)이 존재할 수 있다. 기판 백킹 조립체(74)는 하우징(72) 아래에 위치된 수직으로 이동가능한 조립체이다. 짐벌 메커니즘(82)은, 하우징(72)에 대한 베이스(76)의 측방향 운동을 방지하면서, 베이스(76)가 하우징(72)에 대해 짐벌(gimbal)하는 것을 허용한다. 로딩 챔버(84)는, 베이스(76)에, 그리고 따라서 기판 백킹 조립체에 하중, 즉 하방 압력 또는 중량을 가하기 위해, 하우징(72)과 베이스(76) 사이에 위치된다. 연마 패드에 대한 기판 백킹 조립체(74)의 수직 위치가 또한, 로딩 챔버(84)에 의해 제어된다. 가요성 멤브레인(78)의 하부 표면은 기판(10)을 위한 장착 표면을 제공한다.
일부 구현에서, 기판 백킹 조립체(74)는 하우징(72)에 대해 이동가능한 별개의 구성요소가 아니다. 이 경우에, 챔버(84) 및 짐벌(82)은 불필요하다.
도 1을 또 참조하면, 연마 패드(30)는 연마 표면(36)에 형성된 적어도 하나의 연마 제어 홈(102)을 갖는다. 각각의 연마 제어 홈(102)은 연마 패드(30)의 함몰된 영역(recessed area)이다. 각각의 연마 제어 홈(102)은 환형 홈, 예를 들어, 원형일 수 있고, 플래튼(24)의 회전 축(25)과 동심일 수 있다. 각각의 연마 제어 홈(102)은, 연마에 기여하지 않는, 연마 패드(30)의 영역을 제공한다.
연마 제어 홈(102)의 벽들은 연마 표면(36)에 수직이다. 연마 제어 홈(102)은 직사각형 또는 U 형상 단면을 가질 수 있다. 연마 제어 홈(102)은 10 내지 80 밀(mil), 예를 들어, 10 내지 60 밀 깊이일 수 있다.
일부 구현들에서, 패드(30)는 연마 패드(30)의 외측 에지 근처에, 예를 들어, 외측 에지의 (반경으로) 15% 내에, 예를 들어, 10% 내에, 예를 들어, 5% 내에 위치된 연마 제어 홈(102a)을 포함한다. 예를 들어, 홈(102)은 30 인치 직경을 갖는 플래튼의 중심으로부터 14 인치의 방사상 거리에 위치될 수 있다.
일부 구현들에서, 패드(30)는 연마 패드(30)의 중심 근처에, 예를 들어, 회전 축(25) 또는 중심의 (반경으로) 15% 내에, 예를 들어, 10%에 위치된 연마 제어 홈(102b)을 포함한다. 예를 들어, 홈(102b)은 30 인치 직경을 갖는 플래튼의 중심으로부터 1 인치의 방사상 거리에 위치될 수 있다.
일부 구현들에서, 패드(30)는 연마 패드(30)의 외측 에지 근처에 위치된 연마 제어 홈(102a)만을 포함한다(도 3a 및 3b 참고). 이 경우에, 연마 패드(30)의 외측 에지 근처에 단일 제어 연마 홈(102a)만이 존재할 수 있다. 일부 구현들에서, 패드(30)는 연마 패드(30)의 중심 근처에 위치된 연마 제어 홈(102b)만을 포함한다. 이 경우에, 연마 패드(30)의 중심 근처에 단일 제어 연마 홈(102b)만이 존재할 수 있다. 일부 구현들에서, 패드(30)는 연마 패드(30)의 에지 근처에 위치된 제1 연마 제어 홈(102a) 및 연마 패드(30)의 중심 근처에 위치된 제1 연마 제어 홈(102b)을 포함한다(도 1 참고). 이 경우에, 연마 표면 상에 정확히 2개의 연마 홈들(102)이 존재할 수 있다.
연마 제어 홈(102)은, 기판(10)의 섹션을 홈 위에 위치시킴으로써 그 섹션의 연마 속도가 실질적으로 감소될 정도로 충분히 넓다. 특히, 에지 보정을 위해, 홈(102)은, 기판의 에지에서의 환형 밴드, 예를 들어, 적어도 3 mm 폭의 밴드, 예를 들어, 3-15 mm 폭의 밴드, 예를 들어, 3-10 mm 폭의 밴드가, 감소된 연마 속도를 가질 정도로 충분히 넓다. 연마 제어 홈(102)은 5 내지 50 밀리미터 폭, 예를 들어, 10 내지 20 mm 폭일 수 있다.
기판(10)이 연마 패드(30)의 연마 표면(36) 위에 위치될 때, 연마 표면(36)은 기판(10)과 접촉하고 기판을 연마하며, 물질 제거가 발생한다. 한편, 기판(10)의 에지가 연마 제어 홈(102) 위에 위치될 때, 제거가 발생하게 하는, 기판(10)의 에지의 접촉 또는 연마가 존재하지 않는다. 선택적으로, 홈(102)은 연마 슬러리가, 기판(10)을 연마하지 않고 통과하기 위한 도관을 제공할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 연마 패드(30)는 또한, 하나 이상의 슬러리 공급 홈(112)을 포함할 수 있다. 슬러리 공급 홈들(112)은 환형 홈들, 예를 들어, 원형 홈들일 수 있고, 연마 제어 홈(102)과 동심일 수 있다. 대안적으로, 슬러리 공급 홈들은 다른 패턴, 예를 들어, 직사각형 교차 빗금, 삼각형 교차 빗금 등을 가질 수 있다. 슬러리 공급 홈들은 약 0.015 내지 0.04 인치(0.381 내지 1.016 mm), 예컨대, 0.20 인치의 폭, 및 약 0.09 내지 0.24 인치, 예컨대, 0.12 인치의 피치를 가질 수 있다.
슬러리 공급 홈들(112)은 연마 제어 홈(102)보다 협소하다. 예를 들어, 슬러리 공급 홈들(112)은 적어도 3배, 예를 들어, 적어도 6배, 예컨대, 6배 내지 100배만큼 협소할 수 있다. 슬러리 공급 홈들(112)은 연마 패드(30)에 걸쳐 균일하게 이격될 수 있다. 연마 제어 홈(102)은 슬러리 공급 홈들(112)보다 더 작거나 유사하거나 더 큰 깊이를 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 연마 제어 홈(102)은, 슬러리 공급 홈들(112)보다 더 넓은, 연마 패드 상의 유일한 홈이다. 일부 구현들에서, 연마 제어 홈들(102a 및 102b)은, 슬러리 공급 홈들(112)보다 더 넓은, 연마 패드 상의 유일한 홈들이다.
이제 도 3a를 참조하면, 연마 작동의 적어도 일부 부분, 예를 들어, 제1 지속기간 동안, 기판(10)은, 기판(10)의 중심 부분(12) 및 기판(10)의 에지 부분(14) 양쪽 모두가 연마 패드(30)의 연마 표면(36)에 의해 연마되도록 제1 위치 또는 위치들의 제1 범위에 위치될 수 있다. 이로써, 기판(10) 중 어느 것도 연마 제어 홈(102)과 중첩되지 않는다. 기판(10)의 부분들이 슬러리 공급 홈들(112)과 중첩되지만, 슬러리 공급 홈들(112)은 비교적 밀접하게 이격되고, 상대 운동은 연마 속도에 대한 임의의 영향들을 평균화한다.
도 3b를 참조하면, 연마 작동의 적어도 일부 부분 동안, 예를 들어, 제2 지속기간 동안, 기판(10)은, 기판(10)의 중심 부분(12)이 연마 표면(36)에 의해 연마되고 기판(10)의 에지 부분(14)의 영역(14a)이 연마 제어 홈(102) 위에 있도록 위치될 수 있다. 제2 지속기간 동안, 기판(10)은 제2 위치에서 측방향으로 고정된 상태로 유지될 수 있다. 따라서, 기판(10)의 중심 부분(12)은 제2 지속기간 동안 연마되는 반면, 연마 제어 홈(102) 위에 위치된, 기판(10)의 에지 부분(14)의 영역(14a)은 연마되지 않는다. 에지 부분(14)의 일부(14b로 표시됨)가 연마 표면(36) 위에 남아있기 때문에, 에지 부분(14)은 여전히 어느 정도는, 그러나, 영역(14a)에서의 연마의 결핍으로 인해 중심 부분(12)보다 낮은 속도로 연마될 것이다. 기판(10)의 부분들이 슬러리 공급 홈들(112)과 중첩되지만, 슬러리 공급 홈들(112)은 비교적 밀접하게 이격되고, 상대 운동은 연마 속도에 대한 임의의 영향들을 평균화한다.
에지 부분(14)의 영역(14a)이 연마 제어 홈(102) 위에 남아있는 특정 시간량은 홈 및 기판의 치수들 및 진동의 주파수 및 크기에 의존한다. 제어기(90)(도 1 참고)는, 플래튼(20) 및 캐리어 헤드(70)의 회전 속도를 제어하기 위해 모터들(25, 56)을 제어할 수 있고, 캐리어 헤드(70)의 측방향 진동의 주파수 및 크기를 제어하기 위해, 지지부에 결합된 액추에이터를 제어할 수 있다.
도 4를 참조하면, 기판은, 제1 지속기간(T1)(t0 내지 t1) 동안 기판이 단일 스위핑하는 진동 패턴으로 이동될 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 지속기간의 종료 시에, 기판은 기판(10)의 중심 부분(12)이 연마 패드(30)의 연마 영역 위에 위치되고 기판(10)의 에지 부분(14)이 연마 제어 홈(102) 위에 위치되고 유지되는 위치에서 제2 지속기간(T2)(t1 내지 t2) 동안 유지된다. 이 경우, 진동의 주파수는 1/(T1+T2)이다.
제1 지속기간(T1) 대 제2 지속기간(T2)의 비율은, 중심 부분(12)에 비해 에지 부분(14)의 연마 속도를 원하는 양만큼 감소시키기 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, 비율(T1/T2)은 에지에서의 원하는 평균 연마 속도를 달성하도록, 예를 들어, 중앙 부분(12)과 동일한 평균 연마 속도를 달성하도록 선택될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 위에서 언급된 바와 같이, 기판은 비대칭을 겪을 수 있다. 예를 들어, 기판(10)의 에지 부분(14)은, 각각 상이한 두께들을 갖는 제1 각도 스와스(16a) 및 제2 각도 스와스(16b)를 가질 수 있다. 기판(10)에서의 에지 비대칭을 보상하기 위해, 제어기(90)는 캐리어 헤드(70)의 운동을 연마 제어 홈(102) 위에서의 또는 연마 패드(30)의 연마 영역 위에서의 기판(10)의 에지 부분(14)의 상이한 스와스들로 야기할 수 있다. 이는 캐리어 헤드(70)의 진동을 캐리어 헤드(70)의 회전과 동기화함으로써 행해질 수 있다. 예를 들어, 각각의 제2 지속기간(T2)은 제2 각도 스와스(16b)가 연마 제어 홈(102) 위에 있는 시간에 대응한다.
예를 들어, 제1 각도 스와스(16a)가 제2 각도 스와스(16b)보다 더 두껍다고 가정하면, 캐리어 헤드의 측방향 위치 및 캐리어 헤드의 회전은, 기판(10)의 제1 각도 스와스(16a)가 캐리어 헤드(70)의 회전 축(55)을 중심으로 주어진 방위각 위치(18)에 있을 때, 제1 각도 스와스(16a)가 연마 패드(30)의 연마 부분(104) 위에 놓이도록 캐리어 헤드(70)가 위치될 수 있도록, 동기화될 수 있다. 방위각 위치(18)는 연마 패드의 회전 축(25)으로부터 가장 먼, 캐리어 헤드(70) 상의 위치일 수 있다. 유사하게, 방위각 위치(18)는 연마 패드(30)의 회전 축(25) 및 캐리어 헤드(70)의 회전 축(55)을 통과하는 선 상에 있을 수 있다.
도 5b를 참조하면, 캐리어 헤드(70)가 회전할 때, 제2 각도 스와스(16b)는 주어진 방위각 위치(18)를 향해 이동한다. 캐리어 헤드(70)의 측방향 위치 및 캐리어 헤드(70)의 회전은, 제2 각도 스와스(16b)가 캐리어 헤드(70)의 회전 축(55)을 중심으로 주어진 방위각 위치(12)일 때까지, 제2 각도 스와스(16b)가 연마 제어 홈(102) 위에 놓이도록 캐리어 헤드(70)가 측방향으로 이동되도록, 동기화될 수 있다. 결과적으로, 제1 각도 스와스(16a)는 제2 각도 스와스(16b)보다 높은 속도로 연마된다. 이는 더 균일한 기판(10)을 제공할 수 있고, 특히, 에지 비대칭을 감소시킬 수 있다.
동기화를 제공하기 위해, 제어기(90)는 캐리어 헤드의 회전의 제1 주파수가 캐리어 헤드의 측방향 진동의 제2 주파수의 정수배와 동일하도록 모터(26) 및 액추에이터(58)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 회전의 제1 주파수는 제2 주파수와 동일할 수 있다. 이러한 동기화는 상당히 정밀하게 유지되어야 하고; 미스매치는 주어진 방위각 위치(18)에 대한 각도 스와스들의 세차(precession)를 초래할 것이고, 따라서, 에지 비대칭 보정을 효과적이지 않게 할 것이라는 점을 주목할 수 있다.
도 4는 기판이 제2 지속기간(T2) 동안 제 위치에 유지되고 있는 것을 예시하지만, 이것은 필수적이지 않다. 캐리어 헤드(70)가 연마 패드(30)에 걸쳐 앞뒤로 연속적으로, 예를 들어, 시간의 삼각 또는 사인파 함수인 방사상 위치를 스위핑하고 있더라도, 제2 각도 스와스(16b)가 연마 제어 홈(102) 위에 놓이는 일부 기간이 존재할 수 있다.
추가적으로, 위의 논의는 연마 패드의 외측 둘레 근처에 단일 연마 제어 홈(102a)을 갖는 연마 패드에 초점을 맞추고 있지만, 연마 홈(120b)이 연마 패드의 중심 근처에 위치되어, 그렇지 않은 경우 과다연마되는 제2 각도 스와스(16b)가, 그 스와스의 연마 속도를 감소시키기 위해 연마 제어 홈(102b) 위에 배치되도록 한다면, 유사한 원리들이 적용될 수 있다.
도 6a 및 6b를 참조하면, 일부 구현예들에서, 연마 제어 홈(102)은 (연속적인 원이 아니라) 복수의 아치형 세그먼트들(132)을 포함할 수 있다. 4개 내지 20개의 아치형 세그먼트들(132)이 존재할 수 있다. 아치형 세그먼트들(132)은 플래튼의 회전 축(25) 주위에 동일한 각도 간격들로 이격될 수 있다. 아치형 세그먼트들(132)은 동일한 길이들을 가질 수 있다. 각각의 아치형 세그먼트는 15-90°의 호에 대향할 수 있다.
제어기(90)는, 과다연마되는 기판의 영역들 상에서의 연마 속도를 감소시키기 위해, 캐리어 헤드(70)의 회전과 플래튼(24) 및 연마 패드(30)의 회전(화살표(C)로 도시됨)을 동기화할 수 있다. 이러한 구성에서, 캐리어 헤드(70)의 측방향 스위프는 에지 비대칭에 대한 보상을 달성하는 데 불필요하다.
예를 들어, 기판(10)의 에지 부분(14)의 제1 각도 스와스(16a)가 제2 각도 스와스(16b)보다 두꺼운 경우, 연마는 제1 각도 스와스(16a)가 홈의 아치형 세그먼트들(132) 사이의 연마 표면(36)의 섹션(130) 위에 놓인 상태로 시작될 수 있다. 연마 패드(30) 및 캐리어 헤드(70) 둘 다가 회전할 때, 제2 각도 스와스(16b)는 아치형 세그먼트들이 위치되는 반경을 향해 외측으로 이동한다. 제어기(90)는, 제2 각도 스와스(16b)가 홈(102)의 방사상 위치에 도달할 때, 제2 각도 스와스(16b)가 아치형 세그먼트들(132) 중 하나 위에 놓이도록, 캐리어 헤드(70)의 회전과 연마 패드(30)의 회전을 동기화할 수 있다. 결과적으로, 제1 각도 스와스(16a)는 제2 각도 스와스(16b)보다 더 높은 속도로 연마될 수 있고, 따라서 에지 비대칭이 감소될 수 있고 균일성이 개선될 수 있다.
동기화를 제공하기 위해, 제어기(90)는 캐리어 헤드의 회전의 제1 주파수가 플래튼의 회전의 제2 주파수의 정수배와 동일하도록 모터들(26, 56)을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 회전의 제1 주파수는 N과 동일할 수 있고, 여기서 N은 아치형 세그먼트들(132)의 개수의 인자이다. 일부 구현들에서, N은 1과 동일하다. 이러한 동기화는 상당히 정밀하게 유지되어야 하고; 미스매치는 주어진 방위각 위치(18)에 대한 각도 스와스들의 세차를 초래할 것이고, 따라서, 에지 비대칭 보정을 효과적이지 않게 할 것이라는 점을 주목할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 기판이라는 용어는, 예를 들어, (이를테면, 다수의 메모리 또는 프로세서 다이들을 포함하는) 제품 기판, 시험 기판, 베어 기판, 및 게이팅 기판을 포함할 수 있다. 기판은 집적 회로 제조의 다양한 스테이지들에 있을 수 있는데, 예를 들어, 기판은 베어 웨이퍼일 수 있거나, 또는 기판은 하나 이상의 퇴적된/거나 패터닝된 층을 포함할 수 있다. 기판이라는 용어는 원형 디스크들 및 직사각형 시트들을 포함할 수 있다.
제어기(90)는 전용 마이크로프로세서, 예를 들어, ASIC, 또는 비휘발성 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 실행하는 종래의 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 제어기(90)는 중앙 프로세서 유닛(CPU) 및 연관된 제어 소프트웨어를 포함하는 메모리를 포함할 수 있다.
위에서 설명된 연마 시스템 및 방법들은 다양한 연마 시스템들에 적용될 수 있다. 연마 패드, 또는 캐리어 헤드, 또는 양쪽 모두는, 연마 표면과 기판 사이의 상대 운동을 제공하도록 이동할 수 있다. 연마 패드는 플래튼에 고정된 원형(또는 어떤 다른 형상) 패드일 수 있다. 연마 층은 표준(예를 들어, 필러들을 갖거나 갖지 않는 폴리우레탄) 연마 물질, 연질 물질, 또는 고정된-연마재 물질일 수 있다. 상대적 위치결정의 용어들이 사용되는데; 연마 표면 및 기판은 수직 배향 또는 어떤 다른 배향으로 유지될 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 특정 실시예들이 설명되었다. 다른 실시예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다. 예를 들어, 청구항들에 기재된 작동들은 상이한 순서로 수행될 수 있고, 바람직한 결과들을 여전히 달성할 수 있다.

Claims (19)

  1. 화학적 기계적 연마 시스템으로서,
    연마 패드를 유지하기 위한 회전가능한 플래튼 - 상기 플래튼은 모터에 의해 회전가능하고, 상기 연마 패드는 연마 표면 및 상기 연마 패드에 대한 회전 축과 동심인 연마 제어 홈을 가짐 -;
    연마 프로세스 동안 기판을 상기 연마 패드의 연마 표면에 대해 유지하기 위한 회전가능한 캐리어 헤드 - 상기 캐리어는 제1 액추에이터에 의해 상기 연마 패드에 걸쳐 측방향으로 이동가능하고 제2 액추에이터에 의해 회전가능함 -;
    상기 캐리어 헤드의 복수의 연속적인 진동들에 걸쳐, 상기 기판의 에지 부분의 제1 각도 스와스가 상기 캐리어 헤드의 회전 축을 중심으로 방위각 위치에 있을 때 상기 제1 각도 스와스가 상기 연마 표면 위에 놓이고, 상기 기판의 에지 부분의 제2 각도 스와스가 상기 방위각 위치에 있을 때 상기 제2 각도 스와스가 상기 연마 제어 홈 위에 놓이도록, 상기 캐리어 헤드의 측방향 진동을 상기 캐리어 헤드의 회전과 동기화하기 위해 상기 제1 액추에이터 및 상기 제2 액추에이터를 제어하도록 구성된 제어기
    를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마 패드는 슬러리 공급 홈들을 더 포함하는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬러리 공급 홈들은 상기 연마 제어 홈보다 협소한, 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연마 패드는 상기 슬러리 공급 홈들을 둘러싸는 단일 연마 제어 홈을 갖는, 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 연마 패드는 상기 슬러리 공급 홈들에 의해 둘러싸인 단일 연마 제어 홈을 갖는, 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 연마 패드는 정확히 2개의 연마 제어 홈들을 갖고, 상기 슬러리 공급 홈들은 상기 2개의 연마 제어 홈들 사이에 위치되는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 캐리어 헤드의 회전의 제1 주파수가 상기 캐리어 헤드의 측방향 진동의 제2 주파수의 정수배와 동일하도록 상기 제1 액추에이터 및 상기 제2 액추에이터를 제어하도록 구성되는, 시스템.
  8. 화학적 기계적 연마 시스템으로서,
    연마 패드를 유지하기 위한 회전가능한 플래튼 - 상기 플래튼은 모터에 의해 회전가능하고, 상기 연마 패드는 연마 표면 및 상기 연마 패드에 대한 회전 축과 동심인 연마 제어 홈을 갖고, 상기 연마 홈은 복수의 아치형 세그먼트들을 가짐 -;
    연마 프로세스 동안 상기 연마 패드의 연마 표면에 대해 기판을 유지하기 위한 회전가능한 캐리어 헤드 - 상기 캐리어 헤드는 액추에이터에 의해 회전가능함 -;
    상기 캐리어 헤드의 복수의 연속적인 회전들에 걸쳐, 상기 기판의 에지 부분의 제1 각도 스와스가 상기 캐리어 헤드의 회전 축을 중심으로 방위각 위치에 있을 때 상기 제2 각도 스와스가 아치형 세그먼트들 사이의 상기 연마 표면의 영역 위에 놓이고, 상기 기판의 에지 부분의 제2 각도 스와스가 방위각 위치에 있을 때 상기 제2 각도 스와스가 상기 연마 제어 홈의 아치형 세그먼트 위에 놓이도록, 상기 플래튼의 회전을 상기 캐리어 헤드의 회전과 동기화하기 위해 상기 모터 및 상기 액추에이터를 제어하도록 구성되는 제어기
    를 포함하는, 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 아치형 세그먼트들은 상기 플래튼의 회전 축 주위에 동일한 각도 간격들로 이격되는, 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 아치형 세그먼트들은 동일한 길이들을 갖는, 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    각각의 아치형 세그먼트는 5-15°의 호에 대향하는, 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    4개 내지 20개의 아치형 세그먼트들이 존재하는, 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 연마 패드는 슬러리 공급 홈들을 더 포함하는, 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 슬러리 공급 홈들은 상기 연마 제어 홈보다 협소한, 시스템.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 캐리어 헤드의 회전의 제1 주파수가 상기 플래튼의 회전의 제2 주파수의 정수배가 되도록 상기 모터 및 상기 액추에이터를 제어하도록 구성되는, 시스템.
  16. 화학적 기계적 연마를 위한 방법으로서,
    연마 패드를 회전 축을 중심으로 회전시키는 단계;
    기판을 상기 연마 패드에 대해 위치시키는 단계 - 상기 연마 패드는 연마 표면 및 상기 회전 축과 동심인 연마 제어 홈을 가짐 -;
    상기 기판의 제1 에지 부분이 연마 표면 위에 위치되고 상기 기판의 제2 에지 부분이 상기 연마 제어 홈 위에 위치되도록, 상기 기판을 상기 연마 패드에 걸쳐 측방향으로 진동시키고 상기 기판을 회전시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 기판의 회전의 제1 주파수는 상기 기판의 측방향 진동의 제2 주파수의 정수배와 동일한, 방법.
  18. 화학적 기계적 연마를 위한 방법으로서,
    연마 패드를 회전 축을 중심으로 회전시키는 단계;
    기판을 상기 연마 패드에 대해 위치시키는 단계 - 상기 연마 패드는 연마 표면 및 상기 회전 축과 동심인 연마 제어 홈을 갖고, 상기 연마 제어 홈은 복수의 아치형 세그먼트들을 가짐 -;
    상기 기판의 제1 에지 부분이 아치형 세그먼트들 사이에서 상기 연마 표면의 부분 위에 위치되고 상기 기판의 제2 에지 부분이 상기 연마 제어 홈의 아치형 세그먼트 위에 위치되도록, 상기 기판을 회전시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 기판의 회전의 제1 주파수는 상기 연마 패드의 회전의 제2 주파수의 정수배와 동일한, 방법.
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