KR20220113540A - 연마 헤드 리테이닝 링 기울임 모멘트 제어 - Google Patents

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KR20220113540A
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KR1020227025812A
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앤드류 나겐가스트
스티븐 엠. 주니가
제이 구루사미
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본원의 실시예들은 일반적으로, 전자 디바이스들의 제조에서 사용되는 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템들에 관한 것이다. 일 실시예에서, 기판의 표면을 연마하기 위한 기판 캐리어는 연마 프로세스 동안 기판을 둘러싸도록 구성된 리테이닝 링을 포함한다. 리테이닝 링은 연마 프로세스 동안 연마 패드의 표면에 접촉하도록 구성되는 제1 표면, 제1 표면에 대향하는 리테이닝 링의 측 상에 있는 제2 표면, 및 제2 표면에 형성된 리세스들의 어레이를 포함한다. 기판의 표면을 연마하기 위한 기판 캐리어는 또한, 복수의 하중 지지 핀들을 포함하고, 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀은 접촉 표면, 및 길이를 갖는 몸체를 포함하고, 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀의 길이의 적어도 일부는 리세스들의 어레이의 각각의 리세스 내에 배치되고, 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀의 접촉 표면은 연마 프로세스 동안 하중 지지 핀이 배치된 리세스의 표면에 대하여 위치가능하다.

Description

연마 헤드 리테이닝 링 기울임 모멘트 제어
본 발명의 실시예들은 일반적으로, 반도체 디바이스들의 제조에서 사용되는 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템들에 관한 것이다. 특히, 본원의 실시예들은 CMP 처리 동안 기판의 표면의 균일한 평탄화를 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 기판 표면 상에 퇴적된 물질의 층을 평탄화하거나 연마하기 위해 반도체 디바이스들의 제조에 통상적으로 사용된다. 전형적인 CMP 프로세스에서, 기판은 리테이닝 링에 의해 기판 캐리어에 유지되고, 기판 캐리어는 기판의 후면측에 접촉하고 기판의 정면측 상의 물질 층 표면을 연마 유체의 존재 하에서 회전 연마 패드를 향하여 압박하는 멤브레인을 포함한다. 일반적으로, 연마 유체는 하나 이상의 화학적 구성성분의 수용액 및 수용액에 현탁된 나노규모의 연마 입자들을 포함한다. 물질은, 연마 유체에 의해 제공되는 화학적 및 기계적 활동과, 기판과 연마 패드의 상대 운동에 의해 생성되는 연마 작용의 조합을 통해, 기판의 물질 층 표면에 걸쳐 제거된다.
기판 연마 동안, 기판과 연마 패드, 및 기판 주위에 배치되는 리테이닝 링과 연마 패드 사이에 생성되는 마찰에 의해 연마 전단력이 생성된다. 리테이닝 링에 대한 마모, 및 기판 캐리어를 연마 시스템에 결합시키는 요소들 내의 강성은 리테이닝 링이 연마 패드 표면에 대해 기울어지게 하고, 따라서, 연마 동안 기판의 표면에 걸친 물질 제거 프로세스의 균일성에 영향을 미치는 바람직하지 않은 모멘트들 및 반력들(reaction forces)을 생성한다. 이러한 기울어짐에 의해 생성되는 기울임 모멘트는 리테이닝 링 상의 추가의 마모로 이어질 수 있고, CMP 프로세스 동안 기판의 에지 부근에서의 불균일성들에 기여할 수 있다.
이에 따라, 관련 기술분야에는 위에서 설명된 문제를 해결하는 물품들 및 관련된 방법들이 필요하다.
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 반도체 디바이스들의 제조에 사용되는 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템들 및 그를 위한 방법들에 관한 것이다. 일 실시예에서, 기판의 표면을 연마하기 위한 기판 캐리어는 연마 프로세스 동안 기판을 둘러싸도록 구성된 리테이닝 링을 포함한다. 리테이닝 링은 연마 프로세스 동안 연마 패드의 표면에 접촉하도록 구성되는 제1 표면, 제1 표면에 대향하는 리테이닝 링의 측 상에 있는 제2 표면, 및 제2 표면에 형성된 리세스들의 어레이를 포함한다. 기판의 표면을 연마하기 위한 기판 캐리어는 또한, 복수의 하중 지지 핀들을 포함하고, 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀은 접촉 표면, 및 길이를 갖는 몸체를 포함하고, 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀의 길이의 적어도 일부는 리세스들의 어레이의 각각의 리세스 내에 배치되고, 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀의 접촉 표면은 연마 프로세스 동안 하중 지지 핀이 배치된 리세스의 표면에 대하여 위치가능하다.
일 실시예에서, 기판의 표면을 연마하기 위한 기판 캐리어는 연마 프로세스 동안 기판을 둘러싸도록 구성된 리테이닝 링을 포함하고, 리테이닝 링은 연마 프로세스 동안 연마 패드의 표면에 접촉하도록 구성되는 제1 표면, 제1 표면에 대향하는 리테이닝 링의 측 상에 있는 제2 표면, 및 제2 표면에 형성된 리세스들의 어레이를 포함한다. 기판의 표면을 연마하기 위한 기판 캐리어는 또한, 복수의 하중 지지 핀들 - 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀은 연마 프로세스 동안 하중 지지 핀이 배치된 리세스의 표면에 대하여 위치가능한 접촉 표면을 가짐 -, 및 복수의 하중 지지 핀들 중 하나 이상에 결합된 하나 이상의 액추에이터 조립체 - 하나 이상의 액추에이터 조립체는 복수의 하중 핀들 중 하나 이상의 하중 핀의 접촉 표면의 위치를 하중 핀이 배치된 리세스의 표면에 대해 조정하도록 구성됨 - 를 포함한다.
일 실시예에서, 기판을 연마하는 방법은, 리테이닝 링의 제1 표면에 형성된 리세스들의 어레이의 각각의 리세스에 하중 지지 핀의 부분을 위치시키는 단계를 포함한다. 리테이닝 링은 제1 표면이 배치되는 측에 대향하는 리테이닝 링의 측 상에 위치되는 연마 패드 접촉 표면을 포함하고, 리테이닝 링은 연마 프로세스 동안 기판을 둘러싸도록 구성되고, 리세스에 위치된 하중 지지 핀의 부분은 접촉 표면을 포함한다. 기판을 연마하는 방법은 또한, 기판 캐리어 조립체를 중심 캐리어 축을 중심으로 회전시키는 단계, 및 리테이닝 링의 연마 패드 접촉 표면을 연마 패드의 표면에 대하여 압박하는 단계를 포함하고, 하중 지지 핀들 각각의 접촉 표면은 연마 프로세스 동안 하중 지지 핀이 배치된 리세스의 표면에 대하여 위치가능하다.
본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에 간략히 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이들 중 일부는 첨부 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부 도면들은 단지 예시적인 실시예들만을 예시하고 그러므로 그의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되며, 다른 동등하게 효과적인 실시예들을 허용할 수 있다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 본원에 개시된 실시예들에 따른 사용을 위한 연마 시스템의 개략적인 측면도이다.
도 2a-2b는 상이한 실시예들에 따른, 2개의 기판 캐리어 조립체들, 예컨대, 도 1의 기판 캐리어 조립체의 개략적인 측면도들이다.
도 3a는 일 실시예에 따른, 도 2a의 기판 캐리어 조립체의 부분의 단면도이다.
도 3b는 일 실시예에 따른, 도 2a 및 3a의 기판 캐리어 조립체의 상이한 부분의 단면도이다.
도 3c는 일 실시예에 따른, 도 2b의 기판 캐리어 조립체의 부분의 단면도이다.
도 4a는 본원에 설명된 하나 이상의 실시예에 따른, 도 2a-2b 또는 3a-3c의 기판 캐리어 조립체의 부분 내에 위치될 수 있는 하중 핀 링의 개략적인 등각도이다.
도 4b는 본원에 설명된 하나 이상의 실시예에 따른, 도 2a-2b 또는 3a-3c의 기판 캐리어 조립체의 부분 내에 위치될 수 있는 하중 핀 요소의 개략적인 등각도이다.
도 5는 하나 이상의 실시예에 따른, 도 2a-2b의 캐리어 링 조립체의 부분의 단면도이다.
도 6a-6c는 하나 이상의 실시예에 따른, 도 5에 도시된 캐리어 링 조립체의 부분에 가해지는 힘들을 예시하는 단면도들이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들이 추가의 언급 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
본원의 실시예들은 일반적으로, 전자 디바이스들의 제조에서 사용되는 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템들에 관한 것이다. 특히, 본원의 실시예들은 반도체 기판들의 CMP 처리에 사용되는 기판 캐리어들 및 그를 위한 방법들에 관한 것이다.
본원에 설명된 실시예들은 CMP 프로세스 동안 기판을 둘러싸는 리테이닝 링과 연마 패드의 상호작용에 의해 생성되는 기울임 모멘트(MG)(도 1)를 제어하도록 구성된 기판 캐리어들을 제공한다. 일부 실시예들에서, 생성된 기울임 모멘트의 영향은, 다양한 하드웨어 구성요소들에 의해 기판 캐리어가 그의 중심 축을 중심으로 회전되고 연마 패드에 걸쳐 병진될 때 기판 캐리어를 연마 시스템에 결합시키는 요소들(예를 들어, 짐벌 조립체)에서의 바람직하지 않은 강성으로 인해 생성되는 기울임 모멘트(MG)를 상쇄하기 위해, 리테이닝 링 내의 원하는 위치에 원하는 형상 및 배향을 갖는 하중 지지 핀들 또는 간단히 하중 핀들을 위치시킴으로써 제어된다. 비틀림 이동에 대한, 기판 캐리어를 연마 시스템에 결합시키는 요소들에서의 강성 또는 저항은, 이러한 결합 요소들로부터의 거리에 작용하는 리테이닝 링 반력들을 생성하고, 이는 기울임 모멘트(MG)를 생성한다. 따라서, 기울임 모멘트(MG)는 일반적으로, 리테이닝 링 및 연마 패드가 CMP 연마 프로세스 동안 서로에 대하여 연속적으로 회전되고 이동될 때 연마 패드에 대한 리테이닝 링의 위치 변경에 대한, 기판 캐리어를 연마 시스템에 결합시키는 요소들의 저항으로 인해 형성된다. 따라서, 캐리어 리테이닝 링(502)에 의해 경험되는 기울임 모멘트는 리테이닝 링의 하부 표면(즉, 연마 패드 접촉 표면)이 처리 동안 연마 패드의 표면에 균일하게 접촉하는 것을 방지하고, 이는, 기판의 에지 부근에 배치되는 리테이닝 링이 연마 동안 기판(105)의 에지 부근의 연마 패드의 표면에 대한, 특히, 기판의 중심에 대한 방사상 방향의 압력 분포를 제어하고/거나 균일하게 제공할 수 있는 것을 방지한다. 처리 동안 리테이닝 링에 의한 연마 패드 표면에의 압력의 인가는 연마 프로세스 동안 기판의 에지에서 자연스럽게 경험되는 다양한 에지 효과들(예를 들어, "체크 마크" 효과 또는 "나이프 에지" 효과)을 감소시키는 데 사용된다.
추가적으로, 기판, 기판 척 요소, 또는 기판 캐리어의 다른 내측 구성요소들은 종종 기판 캐리어 아래에서 이동하고 리테이닝 링의 방사상 내측 표면에 충돌한다. 기판 및/또는 기판 캐리어와 리테이닝 링의 내측 표면 사이의 접촉은 리테이닝 링의 방사상 내측 표면에 가해지는 측방향 충격력을 생성할 수 있고, 이는 연마 동안 리테이닝 링에 의해 경험되는 모멘트들 및/또는 하중들에 바람직하지 않게 영향을 미칠 수 있고, 따라서 연마 불균일성들을 생성할 수 있고 이러한 연마 불균일성들은 본원에 제공된 본 개시내용의 실시예들 중 하나 이상에 의해 또한 해결된다.
아래에 더 논의되는 바와 같이, 적어도 리테이닝 링 내에서의 하중 핀들의 위치, 그리고 따라서 리테이닝 링 내에서의 하중 핀들의 상호작용을 제어함으로써, 리테이닝 링에 의해, 그리고 차례로 기판에 의해 경험되는 반력들이 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하중 핀들을 리테이닝 링 내에 위치시키고, 그에 의해 리테이닝 링의 연마 패드 접촉 표면에 대한 하중 핀들의 접촉의 위치를 조정하기 위해, 하나 이상의 액추에이터 조립체가 사용된다. 접촉의 위치를 조정하는 것은, 연마 프로세스 동안 리테이닝 링에 인가되는 적어도 전단 및 충격 관련 힘들로 인해 리테이닝 링에 의해 경험되는 기울임 모멘트(MG)를 상쇄하도록 생성되는 모멘트를 증가시키거나 감소시킨다. 또한, 리테이닝 링이 마모됨에 따라, 기울임 모멘트(MG)는 시간의 경과에 따라 증가하거나 변하며, 이는 전형적으로, 기판 내에서의 또는 기판 간에서의, 특히, 기판의 방사상 외측 에지들 상에서의 연마 균일성 문제들을 초래할 것으로 여겨진다. 일부 실시예들에서, 리테이닝 링 내에서의 하중 핀들의 위치를 능동적으로 조정함으로써, 기울임 모멘트(MG)는 처리 동안 제어되고/거나 일정하게 유지될 수 있고, 기판 상에서의, 특히, 기판의 방사상 외측 에지들 상에서의 압력 분포는 균일하게 유지될 수 있다.
도 1은 본원에 개시된 실시예들에 따른 사용을 위한 연마 시스템(100)의 개략적인 측면도이다. 연마 시스템(100)은 연마 스테이션(102) 및 시스템 제어기(107)를 포함한다. 시스템 제어기(107)는 일반적으로, 연마 시스템(100)에서 발견되는 자동화된 구성요소들의 활동들 및 작동 파라미터들을 제어한다. 일반적으로, 연마 시스템(100)의 부분들을 통한, 예컨대, 연마 스테이션(102)을 통한 기판(105)의 이동은 시스템 제어기(107)에 의해 전송된 명령들의 사용에 의해, 본원에 개시된 다양한 자동화된 디바이스들을 사용하여 수행된다. 시스템 제어기(107)는 연마 시스템(100)에서 발견되는 하나 이상의 구성요소를 제어하는 데 사용되는 범용 컴퓨터이다. 시스템 제어기(107)는 일반적으로, 본원에 개시된 처리 순서들 중 하나 이상의 처리 순서의 제어 및 자동화를 용이하게 하도록 설계되고, 전형적으로, 중앙 처리 유닛(CPU)(도시되지 않음), 메모리(도시되지 않음), 및 지원 회로들(또는 I/O)(도시되지 않음)을 포함한다. 소프트웨어 명령어들 및 데이터는 CPU에 명령하기 위해 메모리(예를 들어, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체) 내에 코딩되고 저장될 수 있다. 시스템 제어기(107) 내의 처리 유닛에 의해 판독가능한 프로그램(또는 컴퓨터 명령어들)은, 어느 작업들이 연마 시스템(100)에서 수행가능한지를 결정한다. 예를 들어, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체는, 처리 유닛에 의해 실행될 때, 본원에 설명된 방법들 중 하나 이상을 수행하도록 구성되는 프로그램을 포함한다. 바람직하게, 프로그램은, 다양한 프로세스 레시피 작업들 및 그에서 수행되는 다양한 연마 스테이션(102) 프로세스 레시피 단계들과 함께, 기판의 이동, 지지, 및/또는 위치결정의 모니터링, 실행 및 제어에 관련된 작업들을 수행하기 위한 코드를 포함한다.
도시된 바와 같이, 연마 스테이션(102)은 캐리어 조립체(104), 플래튼(106), 플래튼(106) 상에 장착되고 플래튼에 고정된 연마 패드(108), 연마 패드를 세정하고/거나 회생(rejuvenating)시키기 위한 패드 컨디셔너 조립체(110), 및 연마 패드(108) 상에 연마 유체를 분배하기 위한 유체 전달 암(112)을 포함한다. 짐벌 조립체(191)는 캐리어 조립체(104)를 다양한 하드웨어 구성요소들(도시되지 않음)에 결합시키고, 다양한 하드웨어 구성요소들은, 캐리어 조립체(104)로 하여금 연마 프로세스 동안 축(A)을 중심으로 회전하고 동시에 연마 패드(108)의 표면에 걸쳐 병진하게 하도록 구성된다. 캐리어 조립체(104)는 일반적으로, 리테이닝 링(109), 캐리어 부재(204), 하우징 부재(202), 및 제1 멤브레인(214)을 포함하고, 이들 모두는 아래에 더 상세히 설명된다. 여기서, 플래튼(106)은 베이스 플레이트(114) 위에 배치되고, 집합적으로 배수조(116)를 한정하는 플래튼 차폐부(120)(둘 다 단면으로 도시됨)에 의해 둘러싸인다. 배수조(116)는 플래튼(106)으로부터 방사상 외측으로 회전되는 유체들을 수집하고, 배수조와 유체 연통하는 배수부(118)를 통해 유체들을 배수하는 데 사용된다.
패드 컨디셔너 조립체(110)는 컨디셔너 디스크(124)(예를 들어, 다이아몬드 함침 디스크)를 연마 패드(108)의 표면에 대하여 압박함으로써 연마 패드(108)의 표면을 연마함으로써 연마 패드(108)를 세정하고/거나 회생시키는 데 사용된다. 패드 컨디셔닝 작동들은 연마 기판들 사이에서, 즉, 엑스-시튜 컨디셔닝(ex-situ conditioning)으로, 기판을 연마하는 것과 동시에, 즉, 인-시튜 컨디셔닝(in-situ conditioning)으로, 또는 둘 다로 행해질 수 있다.
여기서, 패드 컨디셔너 조립체(110)는 베이스 플레이트(114) 상에 배치된 제1 액추에이터(126), 제1 액추에이터(126)에 결합된 컨디셔너 암(128), 및 고정적으로 결합된 컨디셔너 디스크(124)를 갖는 장착 플레이트(130)를 포함한다. 컨디셔너 암(128)의 제1 단부는 제1 액추에이터(126)에 결합되고, 장착 플레이트(130)는, 제1 단부로부터 원위에(distal) 있는, 컨디셔너 암(128)의 제2 단부에 결합된다. 연마 패드(108)가 컨디셔너 디스크(124) 아래에서 회전하는 동안 컨디셔너 디스크(124)가 연마 패드(108)의 내측 반경과 연마 패드(108)의 외측 반경 사이에서 진동하도록, 제1 액추에이터(126)는 축(C)을 중심으로 컨디셔너 암(128), 그리고 따라서 컨디셔너 디스크(124)를 스위핑하는 데 사용된다. 일부 실시예들에서, 패드 컨디셔너 조립체(110)는 컨디셔너 암(128)의 제2 단부에 배치되고 그에 결합된 제2 액추에이터(132)를 더 포함한다. 제2 액추에이터(132)는 컨디셔너 디스크(124)를 축(D)을 중심으로 회전시키는 데 사용된다. 전형적으로, 장착 플레이트(130)는 장착 플레이트(130)와 제2 액추에이터(132) 사이에 배치된 샤프트(134)를 사용하여 제2 액추에이터(132)에 결합된다.
일부 실시예들에서, 회전 기판 캐리어 조립체(104)는 그 아래에서 플래튼(106)이, 그리고 따라서 연마 패드(108)가 플래튼 축(B)을 중심으로 회전하는 동안 플래튼(106)의 내측 반경으로부터 외측 반경까지 앞뒤로 스위핑된다. 연마 유체는 연마 패드(108) 위에 위치된 유체 전달 암(112)을 사용하여 연마 패드(108)에 전달되고, 플래튼 축(B)을 중심으로 한 연마 패드(108)의 회전에 의해 연마 패드(108)와 기판(105) 사이의 연마 계면에 더 전달된다. 종종, 유체 전달 암(112)은 전달 연장 부재 및 복수의 노즐들을 더 포함한다. 복수의 노즐들은 연마 유체, 또는 세정제 유체, 예를 들어, 탈이온수의 비교적 고압 스트림들을 연마 패드(108)에 전달하는 데 사용된다.
기판 캐리어 조립체(104)는 처리 동안 기판(105)이 위치되고 유지되는 장착 표면을 포함한다. 기판 처리 동안, 기판 캐리어 조립체(104)는 연마 프로세스를 가능하게 하고 기판(105)이 기판 캐리어 조립체(104) 아래로부터 미끄러져 나오는 것을 방지하기 위해 기판(105)을 둘러싸고 기판(105)에 하향력을 가한다. 기판(105)은 종종, 기판 캐리어 조립체(104)에 척킹된다. 기판 캐리어 조립체(104)는 기판(105)을 연마 패드(108)에 대해 압박하면서 캐리어 축(A)을 중심으로 회전한다. 위에서 언급된 바와 같이, 기판 캐리어 조립체(104)는 연마 패드의 최상부 표면에 걸쳐 진동 운동으로 추가적으로 병진된다.
도 2a-2b는, 도 1에 예시된 기판 캐리어 조립체(104)로서 사용될 수 있는, 상이한 실시예들에 따른 2개의 상이한 기판 캐리어 조립체들(104a 및 104b)의 개략적인 측면도들이다. 본원의 실시예들에서, 기판 캐리어 조립체(104a 또는 104b) 각각의 설명된 요소들은 다른 기판 캐리어 조립체(104a 또는 104b)의 요소들과 결합될 수 있고/거나 그러한 요소들을 대체할 수 있다고 고려된다. 일반적으로, 기판 캐리어 조립체들(104a-b) 각각은 하우징 부재(202), 캐리어 부재(204), 캐리어 부재(204)에 결합된 리테이닝 링(109), 캐리어 부재(204) 및 리테이닝 링(109)의 방사상 내측에 배치된 지지 플레이트(212), 및 기판(105)에 대한 장착 표면을 제공하기 위해 지지 플레이트(212) 아래에 배치된 제1 멤브레인(214), 예컨대, 기판 척킹 멤브레인을 특징으로 한다. 도 2a-2b의 설명을 위해, 방사상 외측이라는 용어는 캐리어 축(A)(도 1), 즉, 연마 동안 기판 캐리어 조립체들(104a-b) 각각의 회전 축에 대해 사용된다. 일부 실시예들에서, 리테이닝 링(109)은 하드웨어의 기계적 안정성 및 강건성을 개선하고/거나 연마 프로세스 결과들을 개선하는 데 사용되는 2개 이상의 요소들을 포함할 수 있다. 리테이닝 링(109)은 본원에서 단일 고체 요소를 포함하는 것으로서 일반적으로 예시되지만, 더 복잡한 다중 요소 리테이닝 링이, 본원에 개시된 실시예들 중 임의의 실시예와 교대로 사용될 수 있으므로, 이러한 구성은 본원에 제공된 본 개시내용의 범위에 관하여 제한적인 것으로 의도되지 않는다.
위에서 설명된 바와 같이, 도 2a-2b의 기판 캐리어 조립체들(104a-b) 각각은 기판(105)의 후면측(비활성) 표면에 하향력을 인가하는 데 사용된다. 기판 캐리어 조립체(104a 또는 104b)에 의해 가해지는 하향력은 연마 패드(108)의 표면에 대하여 기판(105)을 압박하는 데 사용된다. 기판 캐리어 조립체들(104a-b) 각각은 연마 프로세스 전체에 걸쳐 기판 캐리어 조립체(104a-b) 아래에 기판(105)을 유지하도록 구성된다.
일부 경우들에서, 기판(105) 및/또는 전체 지지 플레이트(212) 및 제1 멤브레인(214)은 캐리어 용적(252) 내에서 이동가능하다. 캐리어 용적(252)은 캐리어 조립체(104)의 캐리어 부재(204) 및 하우징 부재(202) 아래, 그리고 연마 패드(108)의 표면 위의 용적으로서 한정된다. 캐리어 용적(252)의 대부분은 지지 플레이트(212) 및 제1 멤브레인(214)에 의해 점유된다.
하우징 부재(202)는 지지 부재, 및 기판 캐리어 조립체들(104a-b) 각각의 최상위 부분이다. 하우징 부재(202)의 상부 표면은 짐벌 조립체(191)(도시되지 않음)에 결합되는 짝맞춤 플랜지(mating flange)(도시되지 않음)에 연결되고, 이는 기판 및 기판 캐리어 조립체(104a, 104b)가 처리 동안 연마 패드의 연마 표면에 실질적으로 평행하게 위치되는 것을 허용한다. 일부 실시예들에서, 하우징 부재(202)는 중심맞춤 단편(centering piece)(222)을 포함하고, 중심맞춤 단편은 하우징 부재(202)의 바닥 표면 상에 배치되고 캐리어 축(A)에 대하여 중심맞춤된다. 중심맞춤 단편(222)은 커버(224)를 더 포함한다. 커버(224)는 중심맞춤 단편(222)의 연장부의 부분 주위에 배치되고, 하향 연장된다. 커버(224)는 중심맞춤 단편과 캐리어 부재(204) 내의 함몰부 사이의 마찰력을 감소시키도록 구성된다. 캐리어 부재(204)는 하우징 부재(202) 주위에 배치되고 하우징 부재에 결합된다. 캐리어 부재(204)는 지지 플레이트(212) 및 제1 멤브레인(214) 각각의 주위에 배치된다. 캐리어 부재(204)는 지지 플레이트(212) 및 제1 멤브레인(214) 각각을 커버하고, 지지 플레이트(212)와 하우징 부재(202) 사이에 배치된다. 캐리어 부재(204)는 지지 플레이트(212) 및 제1 멤브레인(214)의 외측 직경들 주위에 하향 연장되는 외측 부분을 포함한다.
지지 플레이트(212) 및 제1 멤브레인(214)은 본원에 설명된 바와 같은 제1 가요성 부재(218)를 사용하여 캐리어 부재(204)에 부착된다. 제1 가요성 부재(218)는 환형 굴곡부이고, 기판 처리 동안 기판(105), 지지 플레이트(212), 및 제1 멤브레인(214)이 캐리어 부재(204)에 대하여 수직 및 수평 방향 둘 다로 이동하는 것을 허용한다(여기서, 수직 방향은 캐리어 축(A)에 평행하고, 수평 방향은 연마 패드(108)(도 1)의 최상부 표면에 평행하다). 제1 가요성 부재(218)는 캐리어 부재(204)에 대한 지지 플레이트(212)의 수직 이동을 허용하도록 굽혀지거나 변형될 수 있다. 제1 가요성 부재(218)는 지지 플레이트(212)의 제어된 이동을 허용하면서 동시에 지지 플레이트(212)의 하중을 지지한다.
지지 플레이트(212), 캐리어 부재(204), 및 제1 가요성 부재(218)는 집합적으로, 지지 플레이트(212)와 캐리어 부재(204) 사이의 제1 용적(230)을 한정한다. 전형적으로, 제1 용적(230), 및 제1 멤브레인(214)에 형성된 복수의 채널들(226)은 각각, 기판 캐리어 조립체(104a, 104b)가 캐리어 축(A)을 중심으로 회전하는 동안 지지 플레이트(212) 및 제1 멤브레인(214)이 기판(105)에 하향력을 가하고 따라서 기판(105)을 연마 패드(108)(도 1)에 대하여 압박하게 하기 위해 연마 동안 개별적으로 가압된다. 제1 멤브레인(214)에 형성된 채널들(226) 중 하나 이상은 환형이고, 캐리어 축(A)에 대하여 중심맞춤된다. 예를 들어, 도 2a-2b에서, 제1 채널(227)은 캐리어 축(A)이 통하여 배치되도록 기판 캐리어 조립체(104a-b)의 회전 중심에 배치되고, 복수의 환형 채널들(226)(8개가 도시됨)은 제1 채널(227) 주위에 배치되고 캐리어 축(A)으로부터 방사상 외측에 이격된다. 일부 실시예들에서, 약 5개의 채널들(226) 내지 약 15개의 채널들(226), 예컨대, 약 6개의 채널들(226) 내지 약 12개의 채널들(226), 예컨대, 약 7개의 채널들(226) 내지 약 10개의 채널들(226)이 포함될 수 있다. 채널들(226) 각각은 지지 플레이트(212) 내에 형성된 가스 통로들과 유체 연통한다. 채널들(226)은 기판(105)의 후면측 표면에 양의 또는 음의 가스 압력들을 인가하는 데 사용된다. 제1 멤브레인(214)은, 환형 채널들(226) 각각 내의 압력이 증가되거나 감소될 때 제1 멤브레인(214)의 편향을 허용하는 연성 및/또는 가요성 물질, 예컨대, 엘라스토머 물질(예를 들어, 규소 물질)로 형성된다. 채널들(226) 각각은 기판(105)의 반경에 걸친 상이한 수준들의 진공력을 가능하게 하기 위해 상이한 또는 동일한 가스 압력들을 가질 수 있다.
연마 전후에, 제1 멤브레인(214)이 기판(105)과 제1 멤브레인(214) 사이에 저압 포켓을 생성하기 위해 상향으로 편향되고, 따라서 지지 플레이트(212) 및 척킹된 기판(105)을 연마 패드의 표면으로부터 들어올리도록 진공이 제1 용적(230)에 인가된다. 기판은 제1 멤브레인(214)에 형성된 복수의 채널들(226) 중 하나 이상에 진공 압력을 인가함으로써 제1 멤브레인(214)에 "척킹"될 수 있다. 제1 멤브레인(214)은 지지 플레이트(212)의 바닥에 결합된다. 따라서, 제1 멤브레인(214)은 또한, 제1 멤브레인(214)에 형성된 복수의 채널들(226) 중 하나 이상에 진공을 인가함으로써 기판(105)의 표면을 파지하도록 구성된다. 제1 멤브레인(214)은 지지 플레이트(212)의 실질적으로 전체 바닥 표면에 걸쳐 연장된다.
제2 가요성 지지부(220)는 캐리어 부재(204)와 하우징 부재(202) 사이에 배치된다. 제2 가요성 지지부(220)는 캐리어 부재(204)를 하우징 부재(202)에 결합시키는 환형 지지부이다. 캐리어 부재(204)와 하우징 부재(202) 사이에 제2 용적(232)이 한정된다. 제2 가요성 지지부(220)는, 제2 용적(232) 내에 형성된 압력이 주변 환경에 대해 조정되는 것을 허용하고 따라서, 캐리어 부재(204)가 가요성 지지부(220)의 연장 또는 수축으로 인해 하우징 부재(202)에 대해 변위되는 것을 허용하기 위해, 캐리어 부재(204)와 하우징 부재(202) 사이에 밀봉부를 형성한다. 그러므로, 제2 용적(232) 내에 형성된 압력은 하우징 부재(202)에 대한 캐리어 부재(204)의 수직 편향에 영향을 주는 데 사용될 수 있고, 일부 경우들에서, 도 2b 및 3c와 관련하여 아래에서 논의되는 바와 같이, 하향력은, 캐리어 부재(204)에 결합되는 캐리어 링 조립체(206)에 의해 연마 패드에 개별적으로 인가될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 2a 및 3a에 도시된 바와 같이, 리테이닝 링(109)은 캐리어 부재(204)의 외측 부분 아래에 배치된다. 기판 캐리어 조립체(104)의 일부 실시예들에서, 예컨대, 기판 캐리어 조립체(104a)(도 2a)에서, 기판 캐리어 조립체는 액추에이터 조립체(601), 리테이닝 링(109), 하중 핀 링(504), 및 하중 핀 링(504)의 부분에 결합되는 복수의 하중 핀들(338)을 포함한다.
도 3a는 일 실시예에 따른, 도 2a의 기판 캐리어 조립체(104a)의 부분의 단면도이다. 더 구체적으로, 도 3a는 액추에이터 조립체(601)를 통해 캐리어 부재(204)에 결합되는 리테이닝 링(109)의 확대 단면도이다. 리테이닝 링(109)은 액추에이터 조립체(601)의 하중 핀들(338)을 수용하도록 구성된 상부 리세스들(505)의 어레이를 포함하는 캐리어 리테이닝 링(502)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 각각의 상부 리세스(505)는 하중 핀(338)의 부분에 접촉하도록 구성되는 표면(예를 들어, 도 3a의 수직 표면)을 갖는 블라인드 홀 또는 블라인드 슬롯이다. 액추에이터 조립체(601)는 일반적으로, 복수의 하중 핀들(338), 하나 이상의 액추에이터(401) 및 하나 이상의 스프링(602)을 포함한다. 캐리어 부재(204)의 부분과 하중 핀(338)의 부분 사이에 배치되는 하나 이상의 스프링(602)은, 캐리어 조립체(104a)가 연마 프로세스 동안 축(A)를 중심으로 회전되고 동시에 연마 패드(108)의 표면에 걸쳐 병진될 때 임의의 순간에 하중 핀들(338)의 접촉 부분의 위치가 상부 리세스들(505) 내의 원하는 높이 또는 위치에 위치되도록, 하나 이상의 액추에이터(401)에 의해 인가되는 하중을 상쇄하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 하중 핀(338)의 접촉 숄더(501)는, 아래에 더 논의되는, 캐리어 리테이닝 링(502)에 형성된 상부 리세스(505)와 하중 핀(338) 사이의 접촉 지점(507)(도 5-6c)의 역할을 할 수 있도록, 하중 핀(338)의 몸체(339)의 나머지보다 더 큰 두께를 갖는다. 일 예에서, 도 3a 및 3c에 예시된 바와 같이, 복수의 하중 핀들(338) 각각은, 접촉 숄더(501)의 존재로 인해, 하중 핀들(338)의 길이(340)의 나머지의 수평 폭보다, 몸체(339)의 길이(340)의 단부에서 더 큰 두께 또는 수평 폭을 갖는다. 본원에 개시된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일 실시예에서, 스프링(602)은 스테인리스 강 물질로 제조된다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어기(107)는, 캐리어 리테이닝 링(502)에 인가되는 기울임 모멘트를 보상하기 위해 임의의 순간에 하중 핀들(338) 중 하나 이상의 하중 핀의 위치를 그들 각각의 상부 리세스(505) 내에서 조정하기 위해 액추에이터들(401) 중 하나 이상에 의해 하중 핀들(338) 및 스프링(602)에 인가되는 힘의 양을 조정하도록 구성된다. 일 예에서, 시스템 제어기(107)는, 캐리어 리테이닝 링(502)에 형성된 상부 리세스들(505)에 대한 하중 핀 링(504)(도 4a) 및 하중 핀들(338)의 위치를 조정하기 위해, 하나 이상의 액추에이터(401)가, 복수의 하중 핀들(338)을 포함하는 하중 핀 링(504) 및 스프링(602)에 원하는 양의 힘을 인가하게 하도록 구성된다. 다른 예에서, 시스템 제어기(107)는, 캐리어 리테이닝 링(502)에 형성된 상부 리세스들(505)에 대한 하중 핀(338)의 접촉 부분의 위치를 조정하기 위해, 액추에이터(401)가, 하중 핀(338)을 포함하는 하중 핀 요소(511)(도 4b) 및 스프링(602)에 원하는 양의 힘을 인가하게 하도록 구성된다.
일 실시예에서, 하나 이상의 힘 액추에이터(401)는 원하는 양의 힘을 하중 핀들(338) 및 스프링(602)에 전달하기 위해 캐리어 부재(204) 및 하우징 부재(202)에 형성된 포트(도시되지 않음)를 통해 원하는 압력으로 전달되는 가스를 수용하도록 구성되는 공압 작동 디바이스를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 액추에이터(401)는 하우징 부재(202)에 형성된 회전 전기 피드스루(도시되지 않음)로부터, 그리고 그러한 피드스루를 통해 전기 전력을 수용하도록 구성되는 전기기계 작동 디바이스를 포함할 수 있다. 액추에이터 조립체(601)의 액추에이터들의 개수 대 하중 핀들(338)의 개수의 비율은 하중 핀들(338)의 충분한 제어를 허용하기 위한 임의의 적합한 비율, 예를 들어, 약 1:3 내지 약 1:1이다. 일부 실시예들에서, 액추에이터 조립체(601)의 액추에이터들 각각은 복수의 하중 핀들(338) 중의 하중 핀들(338) 중 하나 이상의 하중 핀에 결합되고 그를 수직으로 작동시키도록 구성된다. 도 5 및 6a-6c에 도시된 바와 같이, 전원(280)은 액추에이터 조립체(601)의 액추에이터들 중 하나 이상에 결합될 수 있다. 하나 이상의 힘 액추에이터(401) 및 스프링(602)은 캐리어 리테이닝 링(502)에 대하여 하중 핀(338)을 약 0.001 인치 내지 약 1.25 인치, 예를 들어, 약 0.005 인치 내지 약 1 인치, 또는 0.01 인치 내지 0.5 인치, 또는 심지어는 0.1 인치 내지 0.25 인치만큼 상승 및 하강시키도록 작동가능하다.
본원에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는, 도 3b에 도시된 바와 같은, 일부 실시예들에서, 실질적으로 하중 인가 요소(522)는 캐리어 리테이닝 링(502)과 캐리어 부재(204) 사이에 배치된다. 도 3b에 예시된 단면도는 인접한 하중 핀들(338) 사이에 배치되는 캐리어 조립체(104)의 부분을 포함하고, 따라서 하중 인가 요소(522)는 하중 인가 요소(522)에 의해 캐리어 리테이닝 링(502) 및 연마 패드(108)에 비교적 균일한 하향력이 인가될 수 있도록 하중 핀들(338) 사이에 산재되어 있는 복수의 규칙적으로 이격된 섹션들을 포함할 수 있다. 하중 인가 요소(522)는, 일 단부에서 캐리어 부재(204)에 밀봉되는, 블래더, 벨로우즈 또는 다른 확장가능한 요소를 포함할 수 있다. 처리 동안 캐리어 리테이닝 링(502)이 연마 패드(108)의 표면에 인가할 수 있는 하향력의 양을 조정하고, 또한, 하중 핀들(338)에 대한 캐리어 리테이닝 링(502)의 상대 위치를 조정하기 위해, 하중 인가 요소(522)의 내부 영역(523)은 가스 공급원(524)을 사용하여 팽창 또는 수축될 수 있다. 하중 인가 요소(522)에 의해 인가되는 하향력은, 캐리어 부재(204) 및 하우징 부재(202)에 형성된 포트(도시되지 않음)를 통해 전달되는 가스의 압력을 조정할 수 있는 하나 이상의 공압 구성요소(예를 들어, 밸브, 압력 조절기 등)를 사용하여 내부 영역(523)에 형성되는 가스 압력을 제어하는 시스템 제어기(107)를 사용하여 조정된다.
기판 캐리어 조립체(104)의 일부 실시예들에서, 리테이닝 링(109)의 부분에 대한 하중 핀들(338)의 상대 높이를 검출하고/거나 측정하기 위해 액추에이터 조립체(601) 내에 센서 조립체(531)(도 3a)가 배치된다. 일 실시예에서, 센서 조립체(531)는 리테이닝 링(109)의 부분에 대한 하중 핀들(338)의 상대 높이를 검출하고/거나 측정하기 위해 단독으로 또는 조합하여 사용되는, 리테이닝 링 위치 센서(532) 및 하중 핀 위치 센서(533)를 포함한다. 리테이닝 링 위치 센서(532)는 캐리어 부재(204)와 캐리어 리테이닝 링(502)의 표면 사이의 거리를 측정하도록 구성된다. 하중 핀 위치 센서(533)는 캐리어 부재(204)와 하중 핀(338)의 부분 사이의 거리를 측정하도록 구성된다. 일 실시예에서, 일단 하중 핀들(338)의 상대 높이가 센서들(532, 533)에 의해 제공되는 신호들의 비교에 의해 결정되면, 이에 따라, 하중 핀들(338)의 위치는 힘 액추에이터들(401), 스프링(602), 및 시스템 제어기(107)로부터 전송된 명령들을 사용하여 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 캐리어 리테이닝 링(502)에 대한 하중 핀들(338)의 위치를 조정하기 위해 시스템 제어기(107)가, 하중 핀 위치 센서(533)에 의해 제공되는 단일 입력만을 요구하도록, 캐리어 부재(204)와 부분 캐리어 리테이닝 링(502) 사이의 평균 거리가, 교정 프로세스를 사용함으로써 미리 결정될 수 있다. 리테이닝 링 위치 센서(532) 및 하중 핀 위치 센서(533)는 광학 기법(예를 들어, 레이저 센서들, 초음파 센서들, 또는 다른 비접촉 변위 또는 거리 측정 센서들) 또는 기계적 기법(예를 들어, LVDT, 와이어 활성화 인코더 센서들)을 사용하여 부분들 또는 표면들 사이의 상대 거리를 측정하도록 구성되는 디바이스를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 복수의 하중 핀들(338)은 이들이 하중 핀 링(504)을 형성하도록 함께 결합된다. 하중 핀 링(504) 내의 하중 핀들(338)은, 캐리어 조립체(104a)가 연마 프로세스 동안 축(A)을 중심으로 회전되고 동시에 연마 패드(108)의 표면에 걸쳐 병진될 때, 각각의 하중 핀(338)에 의해 수용되는, 기울임 모멘트로 생성된 가변 반력들을 수용하고 분배하는 데 사용된다. 하중 핀 링(504)의 바닥측 등각도인 도 4a에 도시된 바와 같이, 하중 핀 링(504)은, 원형 어레이로 배향되고, 따라서, 캐리어 리테이닝 링(502) 내에 형성되는 상부 리세스들(505)의 원형 어레이 내에 배치되도록 구성되는 복수의 하중 핀들(338)(예를 들어, 9개의 하중 핀들(338)이 도시됨)을 포함한다. 하중 핀 링(504)은 복수의 하중 핀들(338) 각각을 함께 결합시키는 몸체 부분(509)을 포함한다. 하중 핀 링(504)은 하나의 고체 구조 단편을 형성하기 위해 주조 또는 기계가공될 수 있는 고체 구조 물질, 예컨대, 금속(예를 들어, SST)으로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하중 핀 링(504)의 복수의 하중 핀들(338)은 캐리어 리테이닝 링(502) 내에서 동등하게 이격된다. 일부 실시예들에서, 하중 핀(338)의 접촉 숄더(501)는 하중 핀(338)의 몸체(339)보다 더 큰 두께를 갖고, 아래에 더 논의되는, 캐리어 리테이닝 링(502)과 하중 핀(338) 사이의 접촉 지점(507)(도 5-6)의 역할을 한다.
그러나, 일부 실시예들에서, 복수의 하중 핀들(338) 각각은 캐리어 부재(204)의 부분 내에 개별적으로 장착가능하고 위치가능하며, 따라서 이러한 구성에서, 하중 핀들(338) 각각의 접촉 부분이, 각각의 하중 핀(338)에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되는 액추에이터(401)의 사용에 의해, 리테이닝 링(109) 내에 형성된 상부 리세스(505)에 대해 상이한 높이들에 위치되는 것을 허용할 것이다. 일 구성에서, 하중 핀 요소(511)는 베이스 요소(508)에 결합되는 하중 핀(338)을 포함할 수 있다. 베이스 요소(508)는 하중 핀(338)의 상부 단부 상에 장착되고, 하중 핀들(338)을 위한 고정 지점 또는 장착 표면을 제공하는 데 사용될 수 있다. 하중 핀 요소들(511)의 바닥측 등각도인 도 4b에 도시된 바와 같이, 하중 핀 요소들 각각은, 캐리어 리테이닝 링(502) 내에 형성된 상부 리세스들(505)의 원형 어레이 내에 개별적으로 배치될 수 있다. 하중 핀 요소들(511)은 하나의 고체 구조 단편을 형성하기 위해 주조 또는 기계가공될 수 있는 고체 구조 물질, 예컨대, 금속(예를 들어, SST)으로 형성될 수 있다.
일반적으로, 하중 핀 요소(511) 또는 하중 핀 링(504) 구성에서의 하중 핀들(338)의 개수 및 하중 핀들의 간격은 비용 및 기판 캐리어 조립체(104) 복잡도를 감소시키면서 리테이닝 링에 의해 경험되는 반력들의 동등한 분포를 최적화하도록 선택될 수 있다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 기판 캐리어 조립체(104)에 사용되는 하중 핀들(338)의 개수는, 예를 들어, 4개 이상, 6개 이상, 8개 이상, 12개 이상, 또는 임의의 적합한 값을 포함할 수 있다.
하중 핀(338)의 일 실시예에서, 각각의 하중 핀(338)의 몸체(339)는 대략 I 형상이고, 그 전체에 걸쳐 대략 동일한 두께를 갖는다. 다른 실시예에서, 하중 핀들(338) 각각의 몸체(339)는 대략 T 형상이고, 하중 핀들(338)을 하중 핀 링(504)에 결합시킬 목적으로 캐리어 리테이닝 링(502)과 접촉하지 않는 하중 핀(338)의 단부에서 더 큰 수평 폭을 갖는다. 또 다른 실시예에서, 하중 핀들(338) 각각의 몸체(339)는 대략 L 형상이고, 캐리어 리테이닝 링(502)에 접촉하도록 구성되는 하중 핀(338)의 단부에서 더 큰 수평 폭을 갖는다. 몸체(339)는 길이(340), 및 길이(340)에 수직인 방향으로 측정되는 단면적을 갖는다. 일반적으로, 특정 물질(예를 들어, 316 SST)에 대한 길이(340) 및 단면적 둘 다는 하중 핀들이 정상 사용 동안 항복 또는 파괴되지 않도록 하는 크기를 갖는다. 일 예에서, 길이(340)는 12 mm 내지 60 mm, 예컨대, 16 mm 내지 50 mm, 또는 심지어는 18 mm 내지 40 mm이다. 일부 실시예들에서, 처리 동안, 캐리어 리테이닝 링(502)에 형성된 상부 리세스(505) 내에 배치되는 몸체(339)의 부분과 상부 리세스(505) 사이의 중첩의 양은 몸체의 길이(340)의 10% 내지 95%, 예컨대, 길이(340)의 40% 내지 90%일 수 있다.
도 3c는 일 실시예에 따른, 도 2b의 기판 캐리어 조립체의 부분의 단면도이다. 더 구체적으로, 도 3c는 캐리어 부재(204)에 둘 다 결합되는 리테이닝 링(109) 및 캐리어 링 조립체(206)의 확대 단면도이다. 본원에 개시된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일 실시예에 따르면, 리테이닝 링(109)은 하중 핀들(338)의 적어도 일부를 수용하도록 구성된 복수의 상부 리세스들(505)을 갖는 캐리어 리테이닝 링(502)을 포함하고, 여기서 캐리어 리테이닝 링(502)은 캐리어 리테이닝 링(502)의 방사상 외측면 상에 돌출부(503)를 포함한다. 돌출부(503)는 캐리어 리테이닝 링(502) 전체 주위에 연장되는 환형 돌출부일 수 있거나, 캐리어 리테이닝 링(502)의 방사상 외측면으로부터 연장되는 불연속 개수의 돌출부들(503), 예컨대, 2개 이상, 5개 이상, 10개 이상의 돌출부들(503)이 존재할 수 있다. 돌출부(503)는 원하지 않는 액체, 입자 및 다른 오염물질이 캐리어 리테이닝 링(502)에 인접한 공간들에 포획되는 것을 방지한다. 복수의 하중 핀들(338) 각각은 캐리어 리테이닝 링(502)의 복수의 상부 리세스들(505) 각각에 배치된다. 일부 실시예들에서, 복수의 하중 핀들(338) 각각은 위에서 설명된 바와 같이 하중 핀 링(504)을 형성하도록 함께 결합된다. 다른 실시예들에서, 복수의 하중 핀들(338) 각각은 캐리어 부재(204)의 부분 내에 개별적으로 장착가능하고 위치가능하며, 따라서, 위에서 설명된 하중 핀 요소들(511)과 유사하게 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 하중 핀들(338)은 캐리어 리테이닝 링(502) 내에서 동등하게 이격된다.
본원에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는, 기판 캐리어 조립체(104b)의 일부 실시예들에서, 하중 인가 요소, 예컨대, U 형상 블래더(512)는 캐리어 리테이닝 링(502)과 캐리어 부재(204) 사이에 배치된다. U 형상 블래더(512)는 클램프(513)를 사용하여 캐리어 리테이닝 링(502)에 결합되는 일 단부에서 밀봉될 수 있고, U 형상 블래더(512)의 부분을 캐리어 부재(204)의 부분에 클램핑하는 U 형상 플레이트(514)에 의해 대향 단부에서 밀봉될 수 있다. 처리 동안 캐리어 리테이닝 링(502)이 연마 패드(108)의 표면에 인가할 수 있는 하향력의 양을 조정하고, 또한, 하중 핀들(338)에 대한 캐리어 리테이닝 링(502)의 상대 위치를 조정하기 위해, U 형상 블래더(512)의 내부 영역(512A)은 팽창 또는 수축될 수 있다. U 형상 블래더(512)에 의해 인가되는 하향력은, 캐리어 부재(204), 하우징 부재(202) 및 U 형상 플레이트(514)에 형성된 포트(도시되지 않음)를 통해 전달되는 가스의 압력을 제어함으로써 내부 영역(512A)에 형성되는 가스 압력을 제어함으로써 조정된다.
기판 캐리어 조립체(104b)의 일부 실시예들에서, 캐리어 부재(204)에 결합되는 캐리어 링 조립체(206)에 의해 연마 패드(108) 상에 조정가능한 하향력이 또한 개별적으로 생성될 수 있도록, 가스 공급원 및 시스템 제어기(107)를 사용하여 제2 용적(232) 내에서 압력이 형성되고 제어될 수 있다. 제2 용적(232) 내에 형성되는 압력은 하우징 부재(202)에 대한 캐리어 부재(204)의 수직 편향에 영향을 줄 것이고, 따라서, 캐리어 리테이닝 링(502)에 비해, 캐리어 링 조립체(206)에 의해 연마 패드(108)에 하향력이 개별적으로 인가되는 것을 허용할 것이다.
기판 캐리어 조립체(104)의 일부 실시예들에서, 하중 핀들(338)의 접촉 부분(예를 들어, 접촉 숄더(501))은 캐리어 부재(204)에 대해 고정되지만, 캐리어 리테이닝 링(502)의 상부 리세스들(505)에 대해 원하는 위치에 위치되도록 구성되는 것이 고려된다. 이러한 구성에서, 액추에이터 조립체(601)는 요구되지 않고, 하중 핀 요소(511)의 베이스 요소(508) 또는 하중 핀 링(504)의 몸체(509)는 캐리어 부재(204)의 부분 상에 장착되거나 그에 결합될 수 있으며, 따라서, 하중 핀들(338)이 처리 동안 캐리어 부재(204)에 대해 정지 상태로 유지되는 것을 허용할 것이다. 그러므로, 모델링 및/또는 사전 시험의 사용에 의해, 하중 핀들(338)의 수직 길이(예를 들어, 길이(340))(예를 들어, 상부 리세스들(505) 내의 삽입 깊이)는, 처리 동안 생성되는 기울임 모멘트를 바람직하게 상쇄하기 위해, 하중 핀들(338)이 상부 리세스들(505) 내의 깊이에 대해 그리고 연마 패드(108)의 표면에 대해 원하는 평균 높이에 위치되도록 결정될 수 있다.
도 5 및 6a-6c는 도 2a-2b, 3a 및 3c의 기판 캐리어 조립체(104)의 부분의 개략적인 단면도들이고, 연마 프로세스 동안 생성된 기울임 모멘트(MG)의 영향을 최소화함에 있어서, 본원에 제공된 본 개시내용의 실시예들 중 하나 이상이 갖는 효과를 예시하도록 의도된다. 도 5는 본원에 제공된 본 개시내용의 실시예들 중 하나 이상에서 사용되는 연마 스테이션(102)의 다양한 요소들의 개략적인 표현이다. 본원에 제공된 본 개시내용의 범위에 관하여 제한적인 것으로 의도되지 않지만, 도 5 및 6a-6c는, 상부 리세스들(505)의 부분에 대해 하중 핀들(338)(예를 들어, 접촉 숄더(501))을 위치시키도록 구성된 액추에이터 조립체(601)를 포함하는 기판 캐리어 조립체(104)를 포함한다. 위에서 논의된 바와 같이, 힘 액추에이터들(401)은, 스프링(602)을 원하는 높이로 압축함으로써 캐리어 부재(204)에 대해 하중 핀들(338)을 위치시킬 수 있는, 공압, 압전, 전자기계, 또는 임의의 다른 적합한 디바이스를 포함할 수 있다.
처리 동안, 캐리어 리테이닝 링(502)은 하중 생성 디바이스, 예컨대, U 형상 블래더(512) 또는 하중 인가 요소(522)를 사용하여 연마 패드(108)의 표면에 대하여 압박되고, 캐리어 리테이닝 링(502)에 인접하여 배치된 기판(105)은 제1 멤브레인(214)을 사용하여 연마 패드의 표면에 대하여 압박된다. 처리 동안, 캐리어 리테이닝 링(502)과 연마 패드의 표면 사이에 생성되는 마찰로 인해, 캐리어 리테이닝 링(502)의 하부 표면에 연마 전단력(802)(도 6a)이 생성된다. 그러므로, 상부 리세스들(505) 내의 하중 핀들(338)의 접촉 부분(예를 들어, 접촉 숄더(501))의 위치를 조정함으로써, 하중 핀(338)의 부분과 상부 리세스(505)의 부분 사이의 접촉으로 인해 반대 반력(801)(도 6a)이 생성되고, 그에 의해, 처리 동안 기울임 모멘트의 크기가 제거되거나, 제어되거나, 일정하게 유지되거나 적어도 최소화될 수 있도록 기울임 모멘트를 상쇄할 반대 모멘트 또는 상쇄 모멘트(counter acting moment)가 생성된다. 캐리어 리테이닝 링(502)이, 기판(105)의 에지 부근에 위치되고, 캐리어 리테이닝 링(502)에 의해 경험되는 기울임 모멘트를 감소시킴으로써, 처리 동안 기판의 에지에서 일반적으로 경험되는 높은 접촉력들(예를 들어, "체크 마크" 효과 또는 "나이프 에지" 효과)을 감소시키고, 따라서, 리테이닝 링의 하부 표면(예를 들어, 연마 패드 접촉 표면)이 연마 패드의 표면에 균일하게 접촉하는 것을 허용하도록 구성되기 때문에, 연마 동안 기판(105) 상의, 특히, 기판(105) 중심에 대한 방사상 방향의 압력 분포가 더 균일하게 될 수 있다.
도 6a-6c는 하나 이상의 실시예에 따른, 도 5의 리테이닝 링(109)의 부분에 가해지는 힘들을 예시한다. 위에서 논의되는 바와 같이, 리테이닝 링 및 연마 패드가 CMP 연마 프로세스 동안 서로에 대하여 회전되고 이동될 때 연마 패드에 대한 리테이닝 링의 위치 변경에 대한, 기판 캐리어 조립체(104)를 연마 시스템에 결합시키는 요소들의 저항으로 인해 기울임 모멘트(MG)가 형성된다. 또한, 처리 동안, 기판(105), 제1 멤브레인(214), 또는 기판 캐리어 조립체(104a-b)의 다른 내측 구성요소들은 종종, 캐리어 아래에서 약간 이동하고, 제1 접촉 지점에서 캐리어 리테이닝 링(502)의 내측 표면에 충돌하여, 캐리어 리테이닝 링(502)의 방사상 내측 표면에 가해지는 측방향 충격력들을 초래한다. CMP 연마 프로세스 동안 리테이닝 링과 연마 패드가 서로에 대해 이동될 때, 연마 전단력(802)이 캐리어 리테이닝 링(502)에 또한 가해진다. 캐리어 리테이닝 링(502)의 방사상 내측 표면에 가해지는 이러한 측방향 힘들의 정점은 하중 핀들(338)의 접촉 숄더(501)에 의해 캐리어 리테이닝 링(502)에 작용하는 반력(801)으로 이어진다. 하중 핀(338)과 캐리어 리테이닝 링(502) 사이의 접촉 지점(507)의 수직 위치를 조정하는 것, 즉, 결과적인 힘(801)의 위치를 조정하는 것은, 연마 프로세스 동안 캐리어 리테이닝 링(502)에 의해 경험되는 기울임 모멘트를 상쇄하도록 생성되는 모멘트를 증가시키거나 감소시킨다.
다르게 말하면, 하중 핀들(338)의 위치를 조정함으로써, 연마 전단력(802)이 생성되는 캐리어 리테이닝 링(502)의 하부 표면과 반력(801) 사이의 오프셋 거리(803), 또는 거리, 또는 높이(803)가 증가되거나 감소될 수 있다. 도 6a에 비해 도 6b에 도시된 바와 같이 오프셋 거리(803)가 감소되는 경우, 캐리어 리테이닝 링(502)의 결과적인 기울임 모멘트는 감소된다. 결과적인 힘(801)에 의해 생성되는 상쇄 기울임 모멘트는 기판 캐리어 리테이닝 링(502)의 하부 표면에 인가되는 연마 전단력(802) 및 오프셋 거리(803)에 정비례한다. 도 6c에 도시된 바와 같이 증가된 오프셋 거리(803)는 캐리어 리테이닝 링(502)의 상쇄 기울임 모멘트의 증가를 초래한다. 오프셋 거리(803)가 도 6c에 도시된 바와 같이 더 증가되는 경우, 캐리어 리테이닝 링(502)의 결과적인 상쇄 기울임 모멘트는 증가된다. 센서 및/또는 시스템 제어기(107)로 오프셋 거리(803)를 모니터링함으로써, 캐리어 리테이닝 링(502)의 상쇄 기울임 모멘트는, 기울임 모멘트가 바람직하지 않게 큰 경우에는 오프셋 거리(803)를 증가시키고, 기울임 모멘트가 작은 경우에는 오프셋 거리(803)를 감소시키기 위해서 하중 핀(338)을 수직으로 작동시키도록 액추에이터 조립체들(601)을 사용함으로써 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 캐리어 리테이닝 링(502), 연마 패드(108) 또는 리테이닝 링(109)의 다른 구성요소들에 대한 마모에도 불구하고 일정한 상쇄 기울임 모멘트를 유지하는 것이 바람직할 수 있다.
본 개시내용의 실시예들은 연마 모듈들의 리테이닝 링들에 의해 경험되는 힘들에 대한 개선된 제어를 허용한다. 이러한 개선된 제어는 기판(105)의 표면에 대한 개선된 압력 분포 제어에 상관되고, 개선된 기판 연마 균일성을 가져온다.
전술한 내용은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들은 그의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 그의 범위는 후속하는 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 기판의 표면을 연마하기 위한 기판 캐리어로서,
    연마 프로세스 동안 기판을 둘러싸도록 구성된 리테이닝 링(retaining ring) - 상기 리테이닝 링은:
    상기 연마 프로세스 동안 연마 패드의 표면에 접촉하도록 구성되는 제1 표면;
    상기 제1 표면에 대향하는 상기 리테이닝 링의 측 상에 있는 제2 표면; 및
    상기 제2 표면에 형성된 리세스들의 어레이
    를 포함함 -; 및
    복수의 하중 지지 핀들(load bearing pins)
    을 포함하고,
    상기 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀은 접촉 표면, 및 길이를 갖는 몸체를 포함하고,
    상기 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀의 상기 길이의 적어도 일부는 상기 리세스들의 어레이의 각각의 리세스 내에 배치되고,
    상기 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀의 접촉 표면은 상기 연마 프로세스 동안 하중 지지 핀이 배치된 상기 리세스의 표면에 대하여 위치가능한, 기판 캐리어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 하중 지지 핀들 중 하나 이상에 결합된 액추에이터 조립체를 더 포함하고, 상기 액추에이터 조립체는 상기 복수의 하중 지지 핀들 중 하나 이상의 하중 지지 핀의 접촉 표면의 위치를, 하중 지지 핀이 배치된 상기 리세스의 표면에 대해 조정하도록 구성되는, 기판 캐리어.
  3. 제2항에 있어서,
    지지 표면을 포함하는 캐리어 부재를 더 포함하고,
    상기 액추에이터 조립체는:
    상기 지지 표면과 상기 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀의 부분 사이에 배치된 복귀 스프링; 및
    상기 캐리어 부재에 결합되고, 상기 접촉 표면의 위치가 상기 리세스의 표면에 대해 조정될 때 상기 복귀 스프링을 압축하거나 압축해제하도록 구성되는 힘 액추에이터
    를 더 포함하는, 기판 캐리어.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 하중 지지 핀들 중 하나 이상에 결합된 하나 이상의 액추에이터 조립체를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 액추에이터 조립체는 상기 복수의 하중 지지 핀들 중 하나 이상의 하중 지지 핀의 접촉 표면의 위치를, 하중 지지 핀이 배치된 상기 리세스의 표면에 대해 조정하도록 구성되고, 상기 액추에이터 조립체들의 개수 대 하중 지지 핀들의 개수의 비율은 약 1:3 내지 약 1:1인, 기판 캐리어.
  5. 제1항에 있어서,
    캐리어 부재; 및
    상기 리테이닝 링과 상기 캐리어 부재 사이에 배치된 하중 인가 요소
    를 더 포함하고, 상기 하중 인가 요소는, 상기 하중 인가 부재의 내부 영역 내에 양의 압력이 인가될 때 상기 리테이닝 링의 제1 표면을 연마 패드에 대해 압박하도록 구성되는, 기판 캐리어.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 하중 지지 핀들 각각은 상기 캐리어 부재에 대해 고정되는, 기판 캐리어.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하중 지지 핀들 각각의 상기 몸체의 길이가 수직으로 배향될 때, 상기 복수의 하중 지지 핀들 각각은 상기 리세스 내에 배치된 하중 지지 핀의 상기 길이의 적어도 일부의 나머지의 수평 폭보다, 상기 하중 지지 핀들의 몸체의 길이의 단부에서 더 큰 수평 폭을 갖는, 기판 캐리어.
  8. 기판의 표면을 연마하기 위한 기판 캐리어로서,
    연마 프로세스 동안 기판을 둘러싸도록 구성된 리테이닝 링 - 상기 리테이닝 링은:
    상기 연마 프로세스 동안 연마 패드의 표면에 접촉하도록 구성되는 제1 표면;
    상기 제1 표면에 대향하는 상기 리테이닝 링의 측 상에 있는 제2 표면; 및
    상기 제2 표면에 형성된 리세스들의 어레이
    를 포함함 -;
    복수의 하중 지지 핀들 - 상기 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀은 상기 연마 프로세스 동안 하중 지지 핀이 배치된 상기 리세스의 표면에 대하여 위치가능한 접촉 표면을 가짐 -; 및
    상기 복수의 하중 지지 핀들 중 하나 이상에 결합된 하나 이상의 액추에이터 조립체 - 상기 하나 이상의 액추에이터 조립체는 상기 복수의 하중 지지 핀들 중 하나 이상의 하중 지지 핀의 접촉 표면의 위치를 하중 지지 핀이 배치된 상기 리세스의 표면에 대해 조정하도록 구성됨 -
    를 포함하는, 기판 캐리어.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀은 길이를 갖는 몸체를 더 포함하고, 상기 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀의 상기 길이의 적어도 일부는 상기 리세스들의 어레이의 각각의 리세스 내에 배치되는, 기판 캐리어.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하중 지지 핀들 각각의 상기 몸체의 길이가 수직으로 배향될 때, 상기 복수의 하중 지지 핀들 각각은 상기 리세스 내에 배치된 하중 지지 핀의 상기 길이의 적어도 일부의 나머지의 수평 폭보다, 상기 하중 지지 핀들의 몸체의 길이의 단부에서 더 큰 수평 폭을 갖는, 기판 캐리어.
  11. 제8항에 있어서,
    지지 표면을 포함하는 캐리어 부재를 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 액추에이터 조립체는:
    상기 지지 표면과 상기 복수의 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀의 부분 사이에 배치된 복귀 스프링; 및
    상기 캐리어 부재에 결합되고, 상기 접촉 표면의 위치가 상기 리세스의 표면에 대해 조정될 때 상기 복귀 스프링을 압축하거나 압축해제하도록 구성되는 힘 액추에이터
    를 더 포함하는, 기판 캐리어.
  12. 제8항에 있어서,
    액추에이터 조립체들의 개수 대 하중 지지 핀들의 개수의 비율은 약 1:3 내지 약 1:1인, 기판 캐리어.
  13. 기판을 연마하는 방법으로서,
    리테이닝 링의 제1 표면에 형성된 리세스들의 어레이의 각각의 리세스에 하중 지지 핀의 부분을 위치시키는 단계 -
    상기 리테이닝 링은 상기 제1 표면이 배치되는 측에 대향하는 상기 리테이닝 링의 측 상에 위치되는 연마 패드 접촉 표면을 포함하고, 상기 리테이닝 링은 연마 프로세스 동안 기판을 둘러싸도록 구성되고,
    상기 리세스에 위치된 상기 하중 지지 핀의 상기 부분은 접촉 표면을 포함함 -;
    기판 캐리어 조립체를 중심 캐리어 축을 중심으로 회전시키는 단계; 및
    상기 리테이닝 링의 연마 패드 접촉 표면을 연마 패드의 표면에 대하여 압박하는 단계
    를 포함하고,
    상기 하중 지지 핀들 중 각각의 하중 지지 핀의 상기 접촉 표면은 상기 연마 프로세스 동안 하중 지지 핀이 배치된 상기 리세스의 표면에 대하여 위치가능한, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    하중 지지 핀의 상기 접촉 표면의 위치를, 상기 연마 프로세스 동안 상기 하중 지지 핀이 배치된 상기 리세스의 표면에 대해 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    하중 지지 핀의 상기 접촉 표면의 위치를 조정하는 단계는 힘 액추에이터에 의해 상기 하중 지지 핀의 부분에 공급되는 힘의 양을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 리세스들의 어레이의 각각의 리세스에 배치된 각각의 하중 지지 핀의 상기 접촉 표면의 위치를, 상기 연마 프로세스 동안 하중 지지 핀이 배치된 상기 리세스의 표면에 대해 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 하중 지지 핀의 접촉 표면의 위치를 조정하는 단계는 상기 하중 지지 핀의 부분과 상기 기판 캐리어 조립체의 부분 사이에 배치되는 스프링을 압축하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 리테이닝 링의 부분과 상기 기판 캐리어 조립체의 부분 사이에 배치되는 하중 인가 부재의 내부 영역에 양의 압력을 인가함으로써, 상기 리테이닝 링의 연마 패드 접촉 표면을 연마 패드에 대해 압박하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 하중 지지 핀들 각각은 상기 기판 캐리어 조립체의 상기 부분에 대하여 고정되는, 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    각각의 하중 지지 핀의 상기 접촉 표면은 상기 하중 지지 핀의 나머지보다 더 큰 수평 폭을 갖는, 방법.
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