KR20230027248A - 화학 기계적 연마를 위한 온수 생성 - Google Patents

Abstract

화학 기계적 연마 시스템은, 연마 패드를 지지하기 위한 플래튼; 캐리어 헤드; 플래튼과 캐리어 헤드 사이의 상대적인 움직임을 생성하기 위한 모터; 물 유입구 및 하나 이상의 증기 유출구를 갖는 용기, 및 증기를 생성하기 위해 하부 챔버의 일부에 열을 인가하도록 구성된 가열 요소를 포함하는 증기 생성기; 증기 생성기로부터 연마 패드 상에 증기를 전달하도록 배향된 노즐; 세정 유체를 보유하기 위한 탱크, 용기와 노즐을 제어가능하게 연결 및 분리하기 위한, 용기와 노즐 사이의 제1 유체 라인에 있는 제1 밸브; 및 용기로부터의 증기가 탱크의 유체를 가열하도록 용기와 탱크를 제어가능하게 연결 및 분리하기 위한, 용기와 탱크 사이의 제2 유체 라인에 있는 제2 밸브를 포함한다.

Description

화학 기계적 연마를 위한 온수 생성

본 개시내용은 기판 처리 도구, 예를 들어 화학 기계적 연마(CMP)를 위한 증기(steam)의 생성에 관한 것이다.

집적 회로는 전형적으로, 반도체 웨이퍼 상에 전도성, 반전도성, 또는 절연성 층들을 순차적으로 퇴적함으로써 기판 상에 형성된다. 다양한 제조 공정들에서 기판 상의 층의 평탄화가 필요하다. 예를 들어, 한 가지 제조 단계는 비평면 표면 위에 필러 층을 퇴적하고 패터닝된 층의 최상부 표면이 노출될 때까지 필러 층을 연마하는 것을 포함한다. 다른 예로서, 층이 패터닝된 전도성 층 위에 퇴적되고 후속 포토리소그래피 단계들을 가능하게 하도록 평탄화될 수 있다.

화학 기계적 연마(CMP)는 인정받는 평탄화 방법 중 하나이다. 이 평탄화 방법에서는 전형적으로 기판이 캐리어 헤드 상에 장착될 필요가 있다. 통상적으로, 기판의 노출된 표면은 회전 연마 패드에 맞닿아 놓인다. 캐리어 헤드는 제어 가능한 부하를 기판 상에 제공하여 연마 패드에 대해 기판을 누른다. 전형적으로, 연마 입자들을 갖는 연마 슬러리가 연마 패드의 표면에 공급된다.

연마 공정에서의 연마 속도는 온도에 민감할 수 있다. 연마 공정의 온도를 제어하기 위해 다양한 기법들이 제안되었다.

한 양태에서, 화학 기계적 연마 시스템은, 연마 패드를 지지하기 위한 플래튼; 연마 패드와 접촉하는 상태로 기판을 보유하기 위한 캐리어 헤드; 플래튼과 캐리어 헤드 사이의 상대적인 움직임을 생성하기 위한 모터; 물 유입구 및 하나 이상의 증기 유출구를 갖는 용기, 및 증기를 생성하기 위해 하부 챔버의 일부에 열을 인가하도록 구성된 가열 요소를 포함하는 증기 생성기; 증기 생성기로부터 연마 패드 상에 증기를 전달하도록 배향된 노즐, 세정 유체를 보유하기 위한 탱크; 용기와 노즐을 제어가능하게 연결 및 분리하기 위한, 용기와 노즐 사이의 제1 유체 라인에 있는 제1 밸브; 용기로부터의 증기가 탱크의 유체를 가열하도록 용기와 탱크를 제어가능하게 연결 및 분리하기 위한, 용기와 탱크 사이의 제2 유체 라인에 있는 제2 밸브; 및 제1 밸브 및 제2 밸브에 결합된 제어 시스템을 포함하며, 제어 시스템은 제1 밸브 및 제2 밸브를 개폐하도록 구성된다.

가능한 장점들은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.

증기, 즉 비등에 의해 생성되는 기체 H₂O가 각각의 기판의 연마 전에 연마 패드의 증기 가열을 허용하기에 충분한 양으로 생성될 수 있고, 증기는 웨이퍼마다 일관된 압력으로 생성될 수 있다. 연마 패드 온도, 따라서 연마 공정 온도가 웨이퍼별 방식으로 제어되고 더 균일할 수 있어, 웨이퍼별 불균일성(WIWNU)을 감소시킬 수 있다. 과잉 증기의 생성이 최소화되어, 에너지 효율을 개선할 수 있다. 증기는 실질적으로 순수한 기체일 수 있으며, 예를 들어 증기 내에 혼입된 액체가 거의 또는 전혀 없을 수 있다. 건증기(dry steam)로도 알려진 그러한 증기는 플래시 증기와 같은 다른 증기 대안들보다 더 높은 에너지 전달 및 더 낮은 액체 함량을 갖는 H₂O의 기체 형태를 제공할 수 있다.

또한, 증기 생성기의 압력 밸브에 의해, 결정된 압력 설정점을 넘어 생성된 증기와 같은 여분의 증기가 다른 목적들을 위해 이용될 수 있으며, 예를 들어 물을 가열하기 위해 물 탱크 내로 안내된 다음, 화학 기계적 연마 시스템의 다양한 컴포넌트들에 전달될 수 있다. 이는 또한, 증기를 생성하는 데 요구되는 전력의 양을 감소시킬 수 있고, 따라서, 전력 효율을 개선할 수 있다.

하나 이상의 구현들의 세부사항들은 첨부 도면들 및 아래의 설명에서 설명된다. 다른 양태, 특징 및 장점은 설명 및 도면과 청구범위로부터 명백히 알 수 있을 것이다.

도 1은 화학 기계적 연마 장치의 예시적인 연마 스테이션의 개략적인 평면도이다.
도 2는 예시적인 컨디셔닝 헤드 증기 처리 어셈블리의 개략적인 단면도이다.
도 3은 예시적인 증기 생성기의 개략적인 단면도이다.

화학 기계적 연마는 기판, 연마액, 및 연마 패드 사이의 계면에서의 기계적 마모와 화학적 반응의 조합에 의해 동작한다. 연마 공정 동안, 기판의 표면과 연마 패드 사이의 마찰로 인해 상당한 양의 열이 생성된다. 추가적으로, 일부 공정들은 또한, 연마 패드 표면을 컨디셔닝하고 텍스처링하기 위해, 컨디셔닝 디스크, 예를 들어, 연마 다이아몬드 입자들로 코팅된 디스크가, 회전하는 연마 패드에 대해 눌려지는 인-시튜 패드 컨디셔닝 단계를 포함한다. 컨디셔닝 공정의 마모도 열을 생성할 수 있다. 예를 들어, 2 psi의 공칭 하방력 압력 및 8000 Å/분의 제거 속도를 갖는 전형적인 1분 구리 CMP 공정에서, 폴리우레탄 연마 패드의 표면 온도는 약 30 ℃만큼 상승할 수 있다.

한편, 이전의 연마 동작에 의해 연마 패드가 가열된 경우, 새로운 기판이 초기에 하강되어 연마 패드와 접촉할 때, 기판은 더 낮은 온도에 있고, 따라서 히트 싱크로서 작용할 수 있다. 유사하게, 연마 패드 상에 분배되는 슬러리가 히트 싱크로서 작용할 수 있다. 전체적으로, 이러한 효과들은 공간적으로 그리고 시간 경과에 따라 연마 패드의 온도의 변동을 초래한다.

화학 기계적 연마 공정의 온도를 제어하기 위해 제안된 한 가지 기술은 연마 패드 상에 증기를 분무하는 것이다. 증기는 온수보다 우수할 수 있으며, 그 이유는, 예를 들어, 증기의 잠열로 인해, 온수와 동등한 양의 에너지를 부여하는데에 더 적은 증기가 요구될 수 있기 때문이다.

전형적인 연마 공정에서, 1% 내지 100%의 범위일 수 있는 (전형적으로, 하나의 웨이퍼의 연마의 시작으로부터 후속 웨이퍼의 연마의 시작까지의 총 시간의 백분율로서 측정되는) 듀티 사이클로 증기가 적용된다. 듀티 사이클이 100%보다 더 낮은 경우, 증기 생성 사이클은 2개의 섹션들, 회복 페이즈 및 분배 페이즈로 분할될 수 있다.

일반적으로, 회복 페이즈 동안, 목표는, 공정에 요구될 수 있는 파라미터(온도, 유량, 압력)에 의해 지시되는 바에 따라, 다음 분배 페이즈를 위해 증기가 준비되게 하기에 충분한 열 에너지를 추가하는 것이다. 그러나, 회복 페이즈에서 과잉 증기가 생성될 수 있다. 과잉 증기는 요구되는 파라미터들, 예를 들어, 압력을 유지하기 위해 경감, 예를 들어, 배기될 수 있다. 그러나, 이는 과잉 에너지를 소비하고 에너지 효율적이지 않다.

그러나, 화학 기계적 연마 시스템 내에 여분의 증기를 포함하는 것은, 시스템의 열 효율의 상당한 개선을 허용한다. 여분의 증기는 다른 목적들을 위해 사용될 수 있으며, 예를 들어, 연마 시스템의 다른 컴포넌트들로 안내될 물을 가열하기 위해 물 탱크 내로 안내될 수 있다.

도 1은 화학 기계적 연마 시스템의 연마 스테이션(20)의 예를 예시한다. 연마 스테이션(20)은 회전가능한 디스크-형상 플래튼(24)을 포함하고, 이 플래튼 상에 연마 패드(30)가 위치된다. 플래튼(24)은 도 1의 화살표 A로 도시된 바와 같이 축을 중심으로 회전하도록 동작가능하다. 연마 패드(30)는 외측 연마 층 및 연성 후면 층을 갖는 2층 연마 패드일 수 있다.

연마 스테이션(20)은 연마액, 예컨대, 연마재 슬러리를 연마 패드(30) 상으로 분배하기 위해, 예를 들면, 슬러리 공급 암(39)의 단부에, 공급 포트를 포함할 수 있다. 연마 스테이션(20)은 또한, 연마 패드(30)의 표면 거칠기를 유지하기 위해 컨디셔너 헤드(93)에 의해 보유되는 컨디셔너 디스크(92)를 갖는 패드 컨디셔너 시스템(90)을 포함할 수 있다. 컨디셔너 헤드(93)는, 베이스(96)에 의해 지지되는 암(94)의 단부에 위치될 수 있다. 컨디셔너 헤드(93)는 예를 들어 암(94)을 피벗시킴으로써 이동가능할 수 있고, 컨디셔너 헤드 클리너 어셈블리(250) 내에 위치될 수 있다. 예시적인 컨디셔닝 헤드 증기 처리 어셈블리는 도 2를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.

캐리어 헤드(70)는 연마 패드(30)에 맞닿게 기판(10)을 보유하도록 동작할 수 있다. 캐리어 헤드(70)는, 도 1에서 화살표 B로 도시된 바와 같이 회전할 수 있다. 캐리어 헤드(70)는 또한, 도 1에서 화살표 C로 도시된 바와 같이, 연마 패드(30)의 최상부 표면에 걸쳐 측방향으로 병진될 수 있다. 선택적으로, 캐리어 헤드(70)는 측방향으로 진동할 수 있다.

일부 구현들에서, 연마 스테이션(20)은 연마 스테이션 또는 연마 스테이션의/연마 스테이션 내의 컴포넌트의 온도, 예를 들면, 연마 패드(30) 및/또는 연마 패드 상의 슬러리의 온도를 모니터링하기 위한 온도 센서(64)를 포함한다. 예를 들어, 온도 센서(64)는, 연마 패드(30)보다 위에 위치되고 연마 패드(30) 및/또는 연마 패드 상의 슬러리의 온도를 측정하도록 구성된, 적외선(IR) 센서, 예를 들면, IR 카메라일 수 있다. 특히, 온도 센서(64)는 반경방향 온도 프로파일을 생성하기 위해 연마 패드(30)의 반경을 따라 다수의 지점들에서 온도를 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, IR 카메라는 연마 패드(30)의 반경에 걸쳐지는 시야를 가질 수 있다.

일부 구현들에서, 온도 센서는 비접촉 센서가 아니라 접촉 센서이다. 예를 들어, 온도 센서(64)는 플래튼(24) 상에 또는 플래튼(24) 내에 위치된 열전쌍 또는 IR 온도계일 수 있다. 또한, 온도 센서(64)는 연마 패드와 직접 접촉할 수 있다.

일부 구현들에서, 다수의 온도 센서가 연마 패드(30)의 반경을 따라 다수의 지점에서의 온도를 제공하기 위해 연마 패드(30)에 걸쳐 다양한 반경방향 위치에 이격 배치될 수 있다. 이 기법은 IR 카메라의 대안으로 또는 그에 추가하여 사용될 수 있다.

연마 패드(30) 및/또는 패드(30) 상의 슬러리의 온도를 모니터링하도록 위치된 것으로 도 1에 예시되지만, 온도 센서(64)는 기판(10)의 온도를 측정하기 위해 캐리어 헤드(70) 내부에 위치될 수 있다. 온도 센서(64)는 기판(10)의 반도체 웨이퍼와 직접 접촉할 수 있다(즉, 접촉 센서일 수 있다). 일부 구현들에서, 예를 들어, 연마 스테이션(20)의/연마 스테이션(20) 내의 다양한 컴포넌트들의 온도들을 측정하기 위해, 다수의 온도 센서들이 연마 스테이션(20)에 포함된다.

연마 스테이션(20)은 또한, 연마 패드(30)의 및/또는 연마 패드(30) 상의 슬러리의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 시스템(100)을 포함한다. 온도 제어 시스템(100)은 연마 패드(30)의 연마 표면 상에(또는 연마 패드 상에 이미 존재하는 연마액 상에) 온도 제어된 매체인 증기를 전달함으로써 동작하는 가열 시스템(104)을 포함한다. 특히, 매체는 예를 들어 증기 생성기(410)(도 3 참조)로부터의 증기를 포함한다. 증기는 다른 기체, 예를 들어 공기, 또는 액체, 예를 들어 가열된 물과 혼합될 수 있거나, 또는 매체는 실질적으로 순수한 증기일 수 있다. 일부 구현들에서, 첨가제 또는 화학물질이 증기에 첨가된다.

가열 매체는, 열 전달 암 상의 애퍼처, 예를 들어, 하나 이상의 노즐에 의해 제공되는 예를 들어 홀 또는 슬롯을 통해 유동함으로써 전달될 수 있다. 애퍼처는 가열 매체의 공급원에 연결된 매니폴드에 의해 제공될 수 있다.

예시적인 가열 시스템(104)은 플래튼(24) 및 연마 패드(30) 위로 연마 패드(30)의 에지로부터 연마 패드의 중심까지 또는 적어도 중심 근처(예를 들어, 연마 패드의 총 반경의 5% 이내)로 연장되는 암(140)을 포함한다. 암(140)은 베이스(142)에 의해 지지될 수 있고, 베이스(142)는 플래튼(24)과 동일한 프레임 상에 지지될 수 있다. 베이스(142)는, 하나 이상의 액추에이터, 예를 들어, 암(140)을 상승 또는 하강시키기 위한 선형 액추에이터, 및/또는 암(140)을 플래튼(24) 위에서 측방향으로 스윙시키기 위한 회전 액추에이터를 포함할 수 있다. 암(140)은 다른 하드웨어 컴포넌트들, 예컨대, 연마 헤드(70), 패드 컨디셔닝 디스크(92), 암(94) 및 슬러리 분배 암(39)과의 충돌을 회피하도록 위치된다.

일부 구현들에서, 암(140)의 바닥 표면에 다수의 개구들(144)이 형성된다. 각각의 개구(144)는 기체 또는 수증기(vapor), 예를 들어, 증기를 연마 패드(30) 상으로 안내하도록 구성될 수 있다. 암(140)은, 개구들(144)이 간극에 의해 연마 패드(30)로부터 분리되도록 베이스(142)에 의해 지지될 수 있다. 간극은 0.5 내지 5 mm일 수 있다. 특히, 간극은, 가열 유체가 연마 패드에 도달하기 전에 유체의 열이 현저히 소산되지 않도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 간극은, 개구들로부터 방출된 증기가 연마 패드에 도달하기 전에 응축되지 않도록 선택될 수 있다.

가열 시스템(104)은 증기의 공급원, 예를 들어, 증기 생성기(410)를 포함할 수 있다. 증기 생성기(410)는, 배관, 가요성 배관, 암(140)을 제공하는 고체 본체를 통한 통로들, 또는 이들의 조합에 의해 제공될 수 있는 유체 전달 라인(143)에 의해 암(140)의 개구들(144)에 연결될 수 있다.

증기 생성기(410)는 물을 보유하는 용기(420), 및 용기(420) 내의 물에 열을 전달하는 가열기(430)를 포함한다. 전력은 전원(250)으로부터 가열기(430)에 전달될 수 있다. 센서(260)는 증기의 물리적 파라미터, 예를 들어, 온도 또는 압력을 측정하기 위해 용기(420) 내에 또는 유체 전달 라인(146) 내에 위치될 수 있다.

일부 구현들에서, 공정 파라미터, 예를 들어, 유량, 압력, 온도, 및/또는 액체 대 기체의 혼합 비율은 각각의 노즐에 대해 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 각각의 개구(144)에 대한 유체는, 가열 유체의 온도, 예를 들어, 증기의 온도를 독립적으로 제어하기 위해, 독립적으로 제어가능한 가열기를 통해 유동할 수 있다.

다양한 개구(144)는 증기(148)를 연마 패드(30) 상의 상이한 반경방향 구역 상으로 안내할 수 있다. 인접한 반경방향 구역들은 중첩될 수 있다. 선택적으로, 개구들(144) 중 하나 이상은 그 개구로부터의 분무의 중심 축이 연마 패드(30)의 연마 표면에 대해 비스듬한 각도를 이루도록 배향될 수 있다. 증기는, 플래튼(24)의 회전에 의해 야기되는 바와 같은 충돌의 영역에서의 연마 패드(30)의 운동의 방향에 반대되는 방향으로 수평 성분을 갖도록 개구(144) 중 하나 이상으로부터 안내될 수 있다.

도 1은 개구들(144)을 균등한 간격들로 이격된 것으로 예시되지만, 이는 필수적인 것은 아니다. 개구들(144)은 반경방향으로, 또는 각지게, 또는 둘 모두로 불균일하게 분포될 수 있다. 예를 들어, 개구들(144)은 연마 패드(30)의 중심을 향해 더 조밀하게 군집될 수 있다. 다른 예로서, 개구들(144)은 연마액이 슬러리 전달 암(39)에 의해 연마 패드(30)에 전달되는 반경에 대응하는 반경에 더 조밀하게 군집될 수 있다. 또한, 도 1은 9개의 개구들을 예시하지만, 더 많거나 더 적은 수의 개구들이 존재할 수 있다.

증기(148)의 온도는 (예를 들어, 도 3의 증기 생성기(410)에서) 증기가 생성될 때 90 내지 200℃일 수 있다. 증기의 온도는 증기가 개구(144)에 의해 분배될 때, 예를 들어, 수송 중 열 손실로 인해 90 내지 150℃일 수 있다. 일부 구현들에서, 증기는 70-100℃, 예를 들어, 80-90℃의 온도에서 개구(144)에 의해 전달된다. 일부 구현들에서, 개구들에 의해 전달되는 증기는 과열되며, 즉, 비등점을 초과한 온도에 있다.

증기의 유량은 증기가 개구(144)에 의해 전달될 때 가열기 전력 및 압력에 따라 1-1000cc/분일 수 있다. 일부 구현들에서, 증기는 다른 기체들과 혼합되며, 예를 들어, 일반적 대기 또는 N₂와 혼합된다. 대안적으로, 개구들(144)에 의해 전달되는 유체는 실질적으로 순수한 물이다. 일부 구현들에서, 개구들(144)에 의해 전달되는 증기(148)는 액체 물, 예를 들어, 에어로졸화된 물과 혼합된다. 예를 들어, 액체 물과 증기는 1:1 내지 1:10의 상대 유동 비율(예를 들어, sccm 단위의 유량들)로 조합될 수 있다. 그러나, 액체 물의 양이 낮은 경우, 예를 들어, 5 중량% 미만, 예를 들어, 3 중량% 미만, 예를 들어, 1 중량% 미만인 경우, 이때, 증기는 우수한 열 전달 품질을 가질 것이다. 따라서, 일부 구현들에서, 증기는 건증기인데, 즉, 수적들이 실질적으로 없다.

연마 스테이션(20)은 또한 냉각 시스템, 예를 들어 냉각제 유체를 연마 패드 상에 분배하기 위한 애퍼처를 갖는 암, 고압 헹굼 시스템, 예를 들어 헹굼액을 연마 패드 상에 분무하기 위한 노즐을 갖는 암, 및 연마 패드(30)에 걸쳐 연마액을 고르게 분배하기 위한 와이퍼 블레이드 또는 와이퍼 본체를 포함할 수 있다.

일부 구현들에서, 연마 스테이션(20)의 적어도 일부 컴포넌트들은 하우징(320)에 의해 에워싸인다. 예를 들어, 플래튼(30), 캐리어 헤드(70), 컨디셔너 시스템(90) 및 전달 암들(39, 140)이 하우징(320) 내에 위치될 수 있다.

연마 시스템(20)은 또한, 다양한 컴포넌트들, 예를 들어 온도 제어 시스템(100)의 동작뿐만 아니라, 캐리어 헤드의 회전, 플래튼의 회전, 캐리어 헤드에 있는 챔버들에 의해 인가되는 압력 등을 제어하기 위한 제어 시스템(200)을 포함한다.

제어 시스템(200)은 온도 센서(64)로부터 패드 온도 측정치를 수신하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템은, 예를 들어, 증기 생성기(410)로부터 연마 패드(30)로의 증기의 유량을 제어하기 위해 유체 전달 라인(143)의 밸브(482)를 제어함으로써, 연마 패드(30)에 전달되는 열의 양을 제어할 수 있다.

제어 시스템(200) 및 그의 기능 동작은 디지털 전자 회로로, 유형적으로 구현된 컴퓨터 소프트웨어 또는 펌웨어로, 컴퓨터 하드웨어로, 또는 이들 중 하나 이상의 조합으로 구현될 수 있다. 컴퓨터 소프트웨어는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램, 즉, 데이터 처리 장치의 프로세서에 의한 실행을 위하여, 또는 프로세서의 동작을 제어하기 위하여 유형의 비일시적 저장 매체 상에서 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령어의 하나 이상의 모듈로서 구현될 수 있다. 전자 회로 및 데이터 처리 장치는 범용 프로그램가능, 프로그램가능 디지털 프로세서, 및/또는 다수의 디지털 프로세서 또는 컴퓨터는 물론, 특수 목적 논리 회로, 예를 들어, FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application specific integrated circuit)를 포함할 수 있다.

제어 시스템이 특정 동작 또는 작용을 수행"하도록 구성"된다는 것은 시스템에 동작 시에 시스템으로 하여금 동작 또는 작용을 수행하게 하는 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합이 설치되어 있다는 것을 의미한다. 하나 이상의 컴퓨터 프로그램이 특정 동작들 또는 작용들을 수행하도록 구성된다는 것은 하나 이상의 프로그램이, 데이터 처리 장치에 의해 실행될 때, 장치로 하여금 동작들 또는 작용들을 수행하게 하는 명령어들을 포함한다는 것을 의미한다.

도 2는 하우징(255)을 포함하는 예시적인 컨디셔닝 헤드 세정 어셈블리(250)를 도시한다. 하우징(255)은 컨디셔너 디스크(92) 및 컨디셔너 헤드(93)를 수용하기 위해 "컵"으로 형성될 수 있다. 세정 유체, 예를 들어, 탈이온수 탱크(300)(도 1 참조)로부터의 가열된 물은 하우징(255)의 공급 라인(280)을 통해 하나 이상의 노즐(275)로 순환된다. 노즐들(275)은, 각각의 컨디셔닝 동작 후에 컨디셔너 디스크(92) 및/또는 컨디셔너 헤드(93) 상에 남아 있는 연마 부산물, 예를 들어, 잔해물 또는 슬러리 입자들을 제거하기 위해 세정 유체(295)를 분무할 수 있다. 노즐들(275)은 하우징(255)에, 예를 들어, 하우징(255)의 내부의 천장, 측벽, 또는 바닥에 위치될 수 있다. 하나 이상의 노즐은, 패드 컨디셔너 디스크의 바닥 표면, 및/또는 컨디셔너 헤드(93)의 최상부 표면, 측벽들, 및/또는 바닥 표면을 세정하도록 위치될 수 있다. 배출부(285)는 하우징(255)에서의 축적을 방지하기 위해 과잉의 물, 세정 용액 및 세정 부산물이 통과하는 것을 허용할 수 있다.

컨디셔너 헤드(93) 및 컨디셔너 디스크(92)는 세정될 하우징(255) 내로 적어도 부분적으로 하강될 수 있다. 컨디셔너 디스크(92)가 동작으로 복귀되어야 할 때, 컨디셔너 헤드(93) 및 컨디셔닝 디스크(92)는 연마 패드(30)를 컨디셔닝하기 위해 하우징(255)으로부터 들어올려지고 연마 패드(30) 상에 위치된다. 컨디셔닝 동작이 완료될 때, 컨디셔너 헤드(93) 및 컨디셔닝 디스크(92)는 연마 패드로부터 들어올려지고, 컨디셔너 헤드(93) 및 컨디셔너 디스크(92) 상의 연마 부산물을 제거하기 위해 다시 하우징 컵(255)으로 스윙된다. 일부 구현들에서, 하우징(255)은 수직 작동가능하며, 예를 들어, 수직 구동 샤프트(260)에 장착된다.

도 3을 참조하면, 본 설명에 설명된 공정들을 위한 증기, 또는 화학 기계적 연마 시스템에서의 다른 용도들을 위한 증기는 증기 생성기(410)를 사용하여 생성될 수 있다. 예시적인 증기 생성기(410)는 내부 용적(425)을 에워싸는 캐니스터(420)를 포함할 수 있다. 캐니스터(420)의 벽들은 매우 낮은 수준의 미네랄 오염물질들을 갖는 단열 물질, 예를 들어, 석영으로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 캐니스터의 벽들은 다른 물질로 형성될 수 있고, 예를 들어, 캐니스터의 내부 표면이 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 다른 플라스틱으로 코팅될 수 있다. 일부 구현들에서, 캐니스터(420)는 10-20 인치 길이 및 1-5 인치 폭일 수 있다.

일부 실시예들에서, 캐니스터(420)의 내부 용적(425)은 장벽(426)에 의해 하부 챔버(422) 및 상부 챔버(424)로 분할된다. 장벽(426)은 캐니스터 벽들과 동일한 물질, 예를 들어, 석영, 스테인리스 강, 알루미늄, 또는 세라믹, 예컨대, 알루미나로 만들어질 수 있다. 석영은 오염의 더 낮은 위험의 측면에서 우수할 수 있다. 장벽(426)은 비등하는 물에 의해 비산된 수적을 차단함으로써 액체 물(440)이 상부 챔버(424)에 들어가는 것을 실질적으로 방지할 수 있다. 이는 상부 챔버(424)에 건증기가 축적될 수 있게 한다.

장벽(426)은 하나 이상의 애퍼처(428)를 포함한다. 애퍼처(428)는 증기가 하부 챔버(422)로부터 상부 챔버(424) 내로 전달되는 것을 허용한다. 애퍼처들(428)- 특히, 장벽(426)의 에지 근처의 애퍼처들(428) -은, 상부 챔버(426)에서 액체 함량을 감소시키고 액체가 물(440)과 함께 재가열되는 것을 허용하기 위해, 상부 챔버(424)의 벽들 상의 응축물이 하부 챔버(422) 내로 아래로 떨어지는 것을 허용할 수 있다.

애퍼처(428)는 장벽(426)이 캐니스터(420)의 내측 벽과 만나는 장벽(426)의 에지에, 예를 들어 에지에만 위치될 수 있다. 애퍼처들(428)은 장벽(426)의 에지들 근처에, 예를 들어, 장벽(426)의 에지와 장벽(426)의 중심 사이에 위치될 수 있다. 이러한 구성은, 장벽(426)이 중심에 애퍼처가 없고, 따라서 액체 수적이 상부 챔버에 들어가는 위험을 감소시키면서, 상부 챔버(424)의 측벽 상의 응축물이 상부 챔버 밖으로 유동하는 것을 여전히 허용한다는 점에서 유리할 수 있다.

그러나, 일부 구현들에서, 애퍼처들은 또한, 에지들로부터 멀리, 예를 들어, 장벽(426)의 폭에 걸쳐, 예를 들어, 장벽(425)의 영역에 걸쳐 균일하게 이격되어 위치된다.

물 유입구(432)는 캐니스터(420)의 하부 챔버(422)에 물 저장소(434)를 연결할 수 있다. 물 유입구(432)는 하부 챔버(422)에 물(440)을 제공하기 위해 캐니스터(420)의 바닥에 또는 바닥 근처에 위치될 수 있다.

하나 이상의 가열 요소(430)는 캐니스터(420)의 하부 챔버(422)의 일부를 둘러쌀 수 있다. 가열 요소(430)는 예를 들어 캐니스터(420)의 외부 주위에 감긴 가열 코일, 예를 들어 저항성 가열기일 수 있다. 가열 요소는 또한 캐니스터의 측벽들의 물질 상에 박막 코팅에 의해 제공될 수 있고; 전류가 인가되면, 이때, 이 박막 코팅은 가열 요소의 역할을 할 수 있다.

가열 요소(430)는 또한, 캐니스터(420)의 하부 챔버(422) 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 가열 요소는 오염물질들, 예를 들어, 금속 오염물질들이 가열 요소로부터 증기 내로 이동하는 것을 방지하는 물질로 코팅될 수 있다.

가열 요소(430)는 최소 수위(443a)까지 캐니스터(420)의 바닥 부분에 열을 인가할 수 있다. 즉, 가열 요소(430)는 과열을 방지하고 불필요한 에너지 지출을 감소시키기 위해 최소 수위(443a) 미만인 캐니스터(420)의 부분을 덮을 수 있다.

제1 증기 유출구(436)는 상부 챔버(424)를 증기 전달 통로(438)에 연결할 수 있다. 증기 전달 통로(438)는, 증기가 캐니스터(420)로부터 증기 전달 통로(438) 내로, 그리고 CMP 장치의 다양한 컴포넌트들로 전달되는 것을 허용하기 위해, 캐니스터(420)의 최상부에 또는 최상부 근처에, 예를 들어, 캐니스터(420)의 천장에 위치될 수 있다. 제1 증기 전달 통로(438)는, 예를 들어, 연마 패드(30)의 증기 세정 및 예열을 위해, 화학 기계적 연마 장치의 다양한 영역들을 향해 증기를 펀늘링(funnel)하는 데에 사용될 수 있다.

일부 구현들에서, 증기(446) 내의 오염물을 감소시키도록 구성된 필터(470)가 증기 유출구(438)에 결합된다. 필터(470)는 이온-교환 필터일 수 있다.

물(440)은 물 저장소(434)로부터 물 유입구(432)를 통해 하부 챔버(422) 내로 유동할 수 있다. 물(440)은 적어도 가열 요소(430) 위에 그리고 장벽(426) 아래에 있는 수위(442)까지 캐니스터(420)를 채울 수 있다. 물(440)이 가열될 때, 기체 매체(446)가 생성되고 장벽(426)의 애퍼처들(428)을 통해 상승한다. 애퍼처들(428)은 증기가 상승하는 것을 허용하고, 동시에, 응축물이 애퍼처들을 통해 떨어지는 것을 허용하여, 물이 실질적으로 액체가 없는(예를 들어, 증기에 혼입된 액체 수적들을 갖지 않는) 증기인 기체 매체(446)를 생성한다.

일부 구현들에서, 수위는 바이패스 튜브(444)에서 수위(442)를 측정하는 수위 센서(460)를 사용하여 결정된다. 바이패스 튜브는 캐니스터(420)와 병렬로 물 저장소(434)를 증기 전달 통로(438)에 연결한다. 수위 센서(460)는 수위(442)가 바이패스 튜브(444) 내의, 및 그에 따라 캐니스터(420) 내의 어디에 있는지를 표시할 수 있다. 예를 들어, 수위 센서(444) 및 캐니스터(420)는 동등하게 가압되고(예를 들어, 양쪽 모두 동일한 물 저장소(434)로부터 물을 수용하고, 예를 들어, 양쪽 모두 최상부에서 동일한 압력을 가지며, 양쪽 모두 증기 전달 통로(438)에 연결됨), 따라서 수위(442)는 수위 센서와 캐니스터(420) 사이에서 동일하다. 일부 실시예에서, 수위 센서(444)의 수위(442)는 달리 캐니스터(420)의 수위(442)를 표시할 수 있으며, 예를 들어 수위 센서(444)의 수위(442)는 캐니스터(420)의 수위(442)를 표시하도록 스케일링된다.

동작시에, 캐니스터(420)의 수위(442)는 최소 수위(443a) 위에 그리고 최대 수위(443b) 아래에 있다. 최소 수위(443a)는 적어도 가열 요소(430) 위에 있고, 최대 수위(443b)는 증기 유출구(436) 및 장벽(426)의 충분히 아래에 있으며, 이에 따라 기체 매체(446), 예를 들어 증기가 캐니스터(420)의 최상부 근처에 축적될 수 있으면서 여전히 액체 물은 실질적으로 없게 하도록 충분한 공간이 제공된다.

일부 구현들에서, 제어 시스템(200)은 물 유입구(432)를 통한 유체 흐름을 제어하는 밸브(480), 증기 유출구(436)를 통한 유체 흐름을 제어하는 밸브(482), 및/또는 수위 센서(460)에 결합된다. 수위 센서(460)를 사용하여, 제어 시스템(200)은 캐니스터(420) 내로 들어가는 물(440)의 흐름을 조절하고 캐니스터(420)를 떠나는 기체(446)의 흐름을 조절하여 최소 수위(443a) 위에(그리고 가열 요소(430) 위에), 그리고 최대 수위(443b) 아래에(그리고 장벽(426)이 있다면 장벽(426) 아래에) 있는 수위(442)를 유지하도록 구성된다. 제어 시스템(200)은 또한 캐니스터(420) 내의 물(440)에 전달되는 열의 양을 제어하기 위해 가열 요소(430)를 위한 전원(250)에 결합될 수 있다.

증기 생성기(410)의 동작 동안, 과잉 증기가 캐니스터(420)에서 생성될 수 있다. 제2 증기 유출구(500)는 상부 챔버(424)를 제2 증기 전달 통로(502)에 연결할 수 있다. 제2 증기 전달 유출구(500)는, 증기가 캐니스터(420)로부터 제2 증기 전달 통로(502)로 전달될 수 있게 하기 위해, 캐니스터(420)의 최상부에 또는 최상부 근처에, 예를 들어 캐니스터(420)의 천장에 위치될 수 있다. 제어 시스템(200)은 제2 유출구(500)를 통한 제2 증기 전달 통로(502) 내로의 유체 흐름을 제어하는 밸브(504)에 결합된다. 도 3은 별개의 개구들을 예시하지만, 예를 들어 밸브들(482, 504)을 통해 통로들(438, 500) 둘 다에 연결되는 단일 개구가 존재할 수 있다.

제2 증기 전달 통로(502)는 탱크(300)를 가열하기 위해 증기를 펀늘링하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 증기는 탱크의 물을 통해 기포를 형성하도록 안내될 수 있다. 예를 들어, 제2 증기 전달 통로(502)는 탱크(300)의 바닥에 결합될 수 있다. 대안적으로, 증기는 열 교환기(310), 예를 들어, 탱크(300)를 둘러싸는 가열 튜브들을 통해 유동할 수 있다.

제어 시스템(120)은 한 번에 2개의 밸브(482, 504) 중 하나만이 개방되게 하도록 구성될 수 있다. 특히, 회복 페이즈 동안, 제어 시스템(120)은, 원하는 압력에 도달할 때까지 밸브들(482, 504) 둘 모두가 폐쇄되게 하도록 구성될 수 있다. 그 다음, 제어 시스템(120)은 (제1 밸브(482)가 폐쇄된 채로 유지되는 동안) 제2 밸브(504)가 개방되게 하여 과잉 증기 압력을 빼낼 수 있고, 이는 그 다음, 탱크(300)의 물을 가열하는 데 사용될 수 있다. 한편, 분배 페이즈 동안, 제어 시스템(120)은, 증기를 연마 패드(30) 상으로 안내하기 위해 제1 밸브(482)가 (제2 밸브(504)가 폐쇄된 동안) 개방되게 할 수 있다.

도 1로 되돌아가면, 탱크(300)로부터의 가열된 유체, 예를 들어 가열된 물은 다양한 목적들을 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 공급 라인(280)은 가열된 유체가 컨디셔너 헤드 클리너 어셈블리(250)에 안내될 수 있도록 탱크(300)에 결합될 수 있다. 다른 예로서, 탱크(300)로부터의 가열된 유체는 하우징(320)의 내부 표면 상의 노즐(330)로부터 분무될 수 있다. 다른 예로서, 탱크(300)로부터의 가열된 유체는 노즐로부터 하나 이상의 다른 컴포넌트, 예를 들어 캐리어 헤드 상에 분무될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 기판이라는 용어는, 예를 들어, 제품 기판(예를 들어, 다수의 메모리 또는 프로세서 다이들을 포함함), 테스트 기판, 베어 기판, 및 게이팅 기판을 포함할 수 있다. 기판은 집적 회로 제조의 다양한 스테이지들에 있을 수 있으며, 예를 들어, 기판은 베어 웨이퍼일 수 있거나, 또는 기판은 하나 이상의 퇴적된 그리고/또는 패터닝된 층을 포함할 수 있다. 기판이라는 용어는 원형 디스크 및 직사각형 시트를 포함할 수 있다.

상대적 위치를 설명하는 용어들은, 반드시 중력에 대한 것은 아닌, 시스템의 컴포넌트들의 서로에 대한 위치를 나타내기 위해 사용되며, 연마 표면 및 기판은 수직 배향 또는 소정의 다른 배향으로 유지될 수 있음을 이해해야 한다.

다수의 구현들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 수정들이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 이에 따라, 다른 구현들은 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (19)

1. 화학 기계적 연마 시스템으로서,
   연마 패드를 지지하기 위한 플래튼;
   상기 연마 패드와 접촉하는 상태로 기판을 보유하기 위한 캐리어 헤드;
   상기 플래튼과 상기 캐리어 헤드 사이의 상대적인 움직임을 생성하기 위한 모터;
   물 유입구 및 하나 이상의 증기 유출구를 갖는 용기, 및 증기를 생성하기 위해 하부 챔버의 일부에 열을 인가하도록 구성된 가열 요소를 포함하는 증기 생성기;
   상기 증기 생성기로부터의 증기를 상기 연마 패드 상에 전달하도록 배향된 노즐;
   세정 유체를 보유하기 위한 탱크;
   상기 용기와 상기 노즐을 제어가능하게 연결 및 분리하기 위한, 상기 용기와 상기 노즐 사이의 제1 유체 라인에 있는 제1 밸브;
   상기 용기로부터의 증기가 상기 탱크 내의 유체를 가열하도록 상기 용기와 상기 탱크를 제어가능하게 연결 및 분리하기 위한, 상기 용기와 상기 탱크 사이의 제2 유체 라인에 있는 제2 밸브; 및
   상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브에 결합된 제어 시스템- 상기 제어 시스템은 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 개폐하도록 구성됨 -을 포함하는, 시스템.
2. 제1항에 있어서, 컨디셔너 헤드를 세정하기 위한 컨디셔너 헤드 세정 스테이션을 더 포함하고, 상기 탱크는 상기 컨디셔너 헤드 상에 세정 유체를 공급하기 위해 상기 컨디셔너 헤드 세정 스테이션에 결합되는, 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 캐리어 헤드를 헹구기 위한 캐리어 헤드 헹굼 스테이션을 더 포함하고, 상기 탱크는 상기 캐리어 헤드 상에 세정 유체를 공급하기 위해 상기 캐리어 헤드 헹굼 스테이션에 결합되는, 시스템.
4. 제1항에 있어서, 하나 이상의 애퍼처를 갖는 패드 헹굼 암을 더 포함하고, 상기 탱크는 상기 세정 유체를 상기 하나 이상의 애퍼처를 통해 상기 연마 패드 상에 공급하기 위해 상기 패드 헹굼 암에 결합되는, 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 플래튼을 둘러싸는 하우징을 더 포함하고, 상기 탱크는 세정 유체를 상기 하우징의 내부 표면에 전달하도록 구성된 노즐에 결합되는, 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 제2 유체 라인은 상기 증기를 상기 탱크의 유체에 주입하기 위해 상기 탱크에 결합되는, 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 제2 유체 라인은 상기 탱크의 바닥에 결합되는, 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 제2 유체 라인은 상기 탱크 외부의 열 교환기에 결합되는, 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 한 번에 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브 중 하나만이 개방되게 하도록 구성되는, 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 회복 페이즈의 제1 부분 동안 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브 둘 모두가 폐쇄되게 하도록 구성되는, 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 상기 회복 페이즈의 제2 부분 동안 상기 제2 밸브가 개방되게 하도록 구성되는, 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 제2 밸브를 개방하고, 상기 제2 유체 라인 내로 과잉 압력을 빼내기 위해 상기 용기 내부에서 원하는 증기 압력이 도달될 때 상기 회복 페이즈의 상기 제2 부분을 시작하도록 구성되는, 시스템.
13. 제11항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 상기 회복 페이즈의 상기 제2 부분 이후에, 분배 페이즈 동안 상기 제2 밸브가 폐쇄되고 상기 제1 밸브가 개방되게 하도록 구성되는, 시스템.
14. 화학 기계적 연마 시스템을 동작시키는 방법으로서,
    회복 페이즈의 제1 부분 동안, 용기 내의 물을 가열하여 증기를 생성하는 단계;
    제1 밸브를 폐쇄 상태로 유지하고, 제2 밸브를 개방하여, 상기 용기로부터 탱크로 증기를 안내하여, 상기 회복 페이즈의 제2 부분 동안 상기 탱크 내의 세정 유체를 가열하는 단계;
    분배 페이즈 동안, 증기를 상기 용기로부터 상기 화학 기계적 연마 시스템의 연마 패드로 안내하기 위해, 상기 제1 밸브를 개방하고 상기 제2 밸브를 폐쇄하는 단계; 및
    가열된 세정 유체를 상기 용기로부터 상기 연마 시스템의 다른 컴포넌트로 안내하는 단계를 포함하는, 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 용기 내의 압력이 임계 압력에 도달할 때까지 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 폐쇄된 상태로 유지하는 단계를 포함하는, 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 용기로부터의 과잉 압력을 제거하기 위해 상기 용기 내의 압력이 상기 임계 압력에 도달할 때 상기 제2 밸브를 개방하는 단계를 포함하는, 방법.
17. 제14항에 있어서, 상기 다른 컴포넌트는 상기 연마 시스템의 플래튼을 둘러싸는 하우징의 내측 표면, 컨디셔너 헤드 세정 스테이션, 캐리어 헤드 이송 스테이션 또는 패드 헹굼 시스템을 포함하는, 방법.
18. 제14항에 있어서, 상기 증기를 상기 세정 유체 내에 주입하는 단계를 포함하는, 방법.
19. 제14항에 있어서, 상기 탱크에 열적으로 결합된 열 교환기를 통해 증기를 순환시키는 단계를 포함하는, 방법.

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