KR20240047493A - 화학적 평탄화를 위한 도구들 - Google Patents

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Abstract

연마재의 사용 없이 기판들을 평탄화하는 것에 관련된 예들이 개시된다. 일 예는 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법을 제공하며, 그 방법은 연마재 없는 평탄화 용액을 다공성 패드 상에 도입하는 단계, 기판의 더 높은 부분들이 다공성 패드와 접촉하고 기판의 더 낮은 부분들이 다공성 패드와 접촉하지 않도록 다공성 패드 및 기판을 서로에 대해 이동시키는 동안 기판을 다공성 패드와 접촉시키는 단계, 및 기판의 더 낮은 부분들에 대한 기판의 더 높은 부분들의 높이를 감소시키기 위해 다공성 패드와의 접촉을 통해 기판의 더 높은 부분들로부터 재료를 제거하는 단계를 포함한다. 일부 예들에서, 선형 모션이, 화학적으로 평탄화하기 위해 사용될 수도 있다.

Description

화학적 평탄화를 위한 도구들
관련 출원에 대한 상호참조
본 출원은 "TOOLS FOR CHEMICAL PLANARIZATION" 의 명칭으로 2021년 9월 3일자로 출원된 미국 가출원 제63/240,846호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용들은 모든 목적들을 위해 본 명세서에 참조에 의해 통합된다.
화학적 기계적 평탄화 (CMP) 는, 화학적 힘과 기계적 힘의 조합을 사용하여 재료의 제거에 의해 반도체 기판의 표면과 같은 표면들을 평활화하기 위해 집적 회로 제조 프로세스들에서 일반적으로 사용된다. 통상적인 CMP 프로세스는, 제거되는 재료에 부식될 수 있는 화학적 슬러리 및 연마재를, 폴리싱 패드와 조합하여 사용하는 것을 수반한다. 기판 및 폴리싱 패드는 함께 가압되고, 비-동심 회전 축들로 서로에 대해 회전된다. 힘과 슬러리의 조합은, 더 낮은 토폴로지를 갖는 영역들에 비해 더 높은 토폴로지를 갖는 기판의 영역들을 제거함으로써, 표면을 평활화한다.
이 개요는, 상세한 설명에서 이하 더 설명되는 개념들의 선택을 단순화된 형태로 소개하도록 제공된다. 이 개요는 청구물의 핵심 특징들 또는 중요한 특징들을 식별하도록 의도되지 않으며 청구물의 범위를 한정하는데 사용되도록 의도되지도 않는다. 더욱이, 청구된 주제는, 본 개시의 임의의 부분에서 언급된 임의의 또는 모든 단점들을 해결하는 구현들로 제한되지 않는다.
연마재의 사용 없이 기판들을 평탄화하는 것에 관련된 예들이 개시된다. 일 예는 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법을 제공하며, 그 방법은 연마재 없는 (abrasive-free) 평탄화 용액을 다공성 패드 상에 도입하는 단계, 기판의 더 높은 부분들이 다공성 패드와 접촉하고 기판의 더 낮은 부분들이 다공성 패드와 접촉하지 않도록 다공성 패드 및 기판을 서로에 대해 이동시키는 동안 기판을 다공성 패드와 접촉시키는 단계, 및 기판의 더 낮은 부분들에 대한 기판의 더 높은 부분들의 높이를 감소시키기 위해 다공성 패드와의 접촉을 통해 기판의 더 높은 부분들로부터 재료를 제거하는 단계를 포함한다.
다른 예는 기판의 화학적 평탄화를 수행하기 위한 다공성 패드, 평탄화 동안 기판과 접촉하도록 구성된 제 1 폴리머 층으로서, 제 1 폴리머 층은 제 1 의 더 큰 평균 기공 사이즈 및 제 1 의 더 작은 두께를 포함하는, 상기 제 1 폴리머 층, 및 제 1 폴리머 층의 기판-접촉 측으로서 제 1 폴리머 층의 반대측 상에 포지셔닝된 제 2 폴리머 층으로서, 제 2 폴리머 층은 제 2 의 더 작은 평균 기공 사이즈 및 제 2 의 더 큰 두께를 포함하는, 상기 제 2 폴리머 층을 제공한다.
일부 예들에서, 선형 모션이 화학적 평탄화를 위해 사용될 수도 있다.
예시적인 평탄화 도구 구성들이 또한 개시된다.
도 1 은 예시적인 화학적 평탄화 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 2 는 화학적 평탄화를 수행하기 위한 예시적인 다공성 패드의 개략도를 도시하고, 기판의 위상학적으로 더 높은 부분들과 패드의 상부 층 사이의 접촉을 예시한다.
도 3 은 화학적 평탄화 용액을 기판에 전달하기 위한 예시적인 회전 플랫폼의 개략도를 도시한다.
도 4 는 화학적 평탄화 용액을 기판에 전달하기 위한 예시적인 중공 섬유 (hollow fiber) 플랫폼의 개략도를 도시한다.
도 5 는 화학적 평탄화 프로세스를 수행하기 위한 예시적인 방법을 도시하는 플로우 다이어그램을 도시한다.
도 6 은 수평 배향 벨트로서 구성된 패드를 포함하는 다른 예시적인 화학적 평탄화 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 7 은 수직 배향 벨트로서 구성된 다른 예시적인 화학적 평탄화 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 8a 는, 화학물질들이 패드 아래로부터 전달되는, 벨트로서 구성된 패드를 포함하는 다른 예시적인 화학적 평탄화 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 8b 는, 화학물질들이 패드 아래로부터 전달되는, 벨트로서 구성된 패드를 포함하는 또다른 예시적인 화학적 평탄화 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 9a 내지 도 9b 는 벨트로서 구성된 화학적 평탄화 패드 상의 기판 배열들의 개략도들을 도시한다.
CMP 의 현재 방법들은 매우 다양한 디바이스 제조 컨텍스트들에서의 사용을 발견하지만, 현재 CMP 방법들은 또한 다양한 단점들을 제기한다. 예를 들어, 현재 CMP 프로세스들은, 평탄화 동안 재료를 기계적으로 연마하는 연마재 슬러리 및 패드 뿐만 아니라 적어도 부분적으로 컨디셔너 화학물질(conditioner chemical)들의 사용으로 인해, 다른 제조 프로세스들에 비해 상대적으로 더티 (dirty) 하다. CMP 에 의해 생성된 결함들은 팹 (fab) 에 대한 큰 수율 손실 기여자들일 수 있다. CMP 동안 생성된 결함들 및 스크래치들은, 슬러리 내의 연마재들, 기판에 대한 패드의 힘, 패드 컨디셔닝, 및 프로세스의 마찰학적 양태들과 같은, 프로세스에서의 기계적 컴포넌트들로부터 크게 기인할 수도 있다. 추가로, 슬러리는 디바이스 층들을 스크래치할 수 있는 연마재들을 함유하여, 킬러 결함들이 될 수 있는 피트(pit)들을 생성하고 잔류물들을 남긴다. 부가적으로, 폴리싱 및 패드 컨디셔닝 동안 패드 잔해물 (debris) 이 생성된다. 그러한 패드 잔해물은, 프로세싱되는 기판을 오염시키는 입자들 및 응집물들을 생성할 수 있다. 또한, 웨이퍼에 대한 패드의 힘은 패드 변형을 야기할 수 있다. 이는 기판과의 긴밀한 접촉으로부터의 계면들에서의 전단 응력들 및 기판과 패드 사이의 상대적 모션을 초래할 수 있다. 추가로, CMP 프로세스들은 예측가능하지 않을 수도 있고, 따라서, 분석적 접근법들보다는 시행 착오 (trial-and-error) 접근법들에 의해 지배될 수도 있다. 더 추가로, 슬러리들의 취급, 전달 및 안정화는 고체 함량으로 인해 제조 설비들에 대한 어려움들을 제기할 수 있다. 이는 설비 유지관리 비용들을 증가시킬 수 있다. 결과적으로, 종래의 CMP 프로세스들은 디포지션 및 오버폴리싱에서 중복성 (redundancy) 을 요구할 수 있으며, 이는 낭비되는 리소스들, 증가되는 비용들, 및 저하되는 생산성을 유도할 수 있다.
이에 따라, 종래의 CMP 방법들에서 사용되는 더티하고 결함 발생이 쉬운 기계적 프로세스들 없이, 평탄화를 화학적으로 수행하는 것에 관련된 예들이 본 명세서에서 개시된다. 간략하게, 개시된 예들은 연마재 슬러리 대신 연마재 없는 평탄화 용액을 활용하고, 기판 표면에 대한 평탄화 용액의 제어된 접촉에 의해 기판의 하부 부분들로부터 보다는 더 높은 레이트로 기판의 지형학적으로 더 높은 부분들로부터 재료를 선택적으로 제거한다. 용어 "연마재 없음" 은 기판 재료를 제거하기 위한 기계적 연마 고체 컴포넌트가 없는 평탄화 용액을 나타낸다. 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 일부 예들에서, 연마재 없는 평탄화 화학물질은 패드와 기판 사이의 패드의 상부보다는 다공성 패드 내에 상주한다. 이러한 방식으로, 기판은 다공성 패드에 대해 기판의 위상학적으로 더 높은 피처들을 접촉하고 기판의 위상학적으로 더 낮은 피처들을 접촉하지 않도록 제어될 수 있다. 평탄화 화학물질은 다공성 패드와 접촉하는 기판의 부분들에 노출되고, 이에 의해, 기판의 그러한 부분들로부터 재료를 선택적으로 제거한다. 이러한 방식으로, 연마재들을 사용하지 않고 그리고 기판에 대해 상대적으로 가벼운 압력만을 인가함으로써, 기판 표면의 토폴로지를 더 평활하게 만들 수도 있다. 이는 디바이스 층을 스크래칭하거나 그렇지 않으면 손상시키는 것을 회피하는 것을 도울 수도 있고, 이에 의해, 결함들을 회피하는 것을 돕고, 잠재적으로 종래의 CMP 프로세스들에 비해 수율들을 개선시킬 수도 있다.
개시된 프로세스들은 또한, 라운드형 패드들 및 회전 폴리싱 모션을 사용하는, CMP 에 사용되는 것들과는 상이한 도구 구성들을 사용하는 능력을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 화학적 평탄화 패드는 직사각형 또는 다른 형상을 가질 수도 있고, 선형 모션을 사용할 수도 있다. 추가로, 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 화학적 평탄화 패드는 일정한 선형 모션을 갖는 벨트로서 구성될 수도 있다. 화학적 평탄화 용액 분배 및 재생 (regeneration) 스테이션들은 벨트를 따라 포지셔닝되어, 벨트가 사용 중에 연속적으로 회전하도록 허용할 수도 있다.
도 1 은 본 개시에 따른 예시적인 화학적 평탄화 시스템 (100) 의 개략도를 도시한다. 시스템 (100) 은 다공성 패드 (104) 를 지지하는 플래튼 (102) 을 포함한다. 시스템 (100) 은 다공성 패드 (104) 의 표면에 대해 기판 (108) 을 홀딩하도록 구성된 기판 홀더 (106), 및 다공성 패드 (104) 상에 평탄화 용액 (112) 을 도입하기 위한 평탄화 용액 도입 시스템 (110) 을 더 포함한다. 시스템 (100) 은 기판 (108) 의 표면으로부터 제거된 복합 재료들과 같은, 다공성 패드 (104) 로부터 가능한 오염 재료들을 린싱하도록 구성된 패드 린싱 시스템 (114) 을 더 포함할 수도 있다. 패드 린싱 시스템 (114) 은 또한, 하기에서 설명되는 바와 같이, 상이한 평탄화 용액 화학물질들을 사용하는 것 사이에서 패드를 세정하는데 사용될 수도 있다. 시스템 (100) 에 통합될 수도 있는 다른 컴포넌트들 (도시 안됨) 은 소비된 용액 회수 시스템, (예컨대, 폐쇄 루프 프로세스에서 평탄화 용액을 재순환시키기 위한) 재료 재순환 시스템, 및 종 스트리핑 (species stripping) 시스템을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
종래의 CMP 프로세스들에서, 기판 홀더는 플래튼 상에 지지된 폴리싱 패드에 대해 기판을 푸쉬하고, 패드 및 기판은 비-동심 패턴으로 서로에 대해 회전된다. 그러한 종래의 프로세스들에서, 40-100rpm 사이와 같은 상대적으로 높은 회전 레이트들이 사용된다. 추가로, 기판은 평방 인치 당 1-4 파운드의 범위와 같이 상대적으로 높은 압력으로 패드에 대해 푸쉬된다. 대조적으로, 평방 인치 당 0.25 내지 0.75 파운드의 범위의 압력들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 더 가벼운 압력이 개시된 예들에서 사용될 수 있다. 더 가벼운 압력은 패드 형상의 왜곡을 회피할 수도 있고, 종래의 CMP 프로세스들에 비해 전단 응력들을 감소시킬 수도 있다. 마찬가지로, 회전 모션이 연마를 위해 사용되지 않기 때문에, 종래의 CMP 프로세스들에서보다 더 느린 회전 레이트가 개시된 예들에서 사용될 수도 있다. 대신, 플래튼 (102) 의 회전은 다공성 패드 (104) 에 걸쳐 평탄화 유체를 배포하는 것을 돕는다. 임의의 적합한 회전 레이트가 사용될 수도 있다. 예들은 0-60rpm, 바람직하게는 5-30rpm 범위의 레이트들을 포함하지만, 반드시 그러한 것은 아니다.
평탄화 용액은 (예컨대, 산화 및 용해에 의해) 기판 재료를 가수분해하기 위한 화학 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 평탄화 용액은 임의의 적합한 재료들을 제거하도록 구성될 수도 있다. 일 예로서, 폴리실리콘은 탈이온수에 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드) (PDADMAC)를 포함하는 평탄화 용액을 통해 제거될 수도 있다. 일부 그러한 예들에서, PDADMAC 용액은 옥살산 및/또는 과산화수소와 혼합될 수도 있고, pH 를 조정하기 위해 적합한 산 또는 알칼리제 (예컨대, 질산 또는 수산화칼륨) 를 더 포함할 수도 있다. 폴리(디메틸아민-코-에피클로로하이드린-코-에틸렌디아민), 폴리(알릴아민), 및 폴리(에틸렌 이민) (PEI) 를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 시약들이 또한 폴리실리콘을 평탄화하는데 사용될 수도 있다. 다른 예들에서, 구리, 몰리브덴, 루테늄, 레늄, 로듐, 및 코발트와 같은 하나 이상의 금속들은, 예들로서, 다시, 원하는 용액 pH 를 달성하기 위한 pH 조절제와 함께, 과산화수소 및 구아니딘 카보네이트를 포함하는 평탄화 용액을 사용하여 제거될 수도 있다. 다른 예로서, 암모늄 퍼설페이트가 원하는 용액 pH 를 달성하기 위한 pH 조정제와 함께, 적합한 금속들 (예컨대, 코발트) 의 제거를 위해 사용될 수도 있다. 적합한 가수분해제의 다른 예들은 질산, 황산, 염산, 인산, 수산화암모늄, 수산화나트륨 및 수산화칼륨을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다.
일부 예들에서, 평탄화 용액은 추가적인 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 평탄화 용액은 가수분해 이후 기판으로부터 제거된 재료를 이송하기 위해 착화제/킬레이트제를 포함할 수도 있다. 적합한 킬레이트제의 예들은 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA), 설포살리실산, 나프톨 (PAN), 디티존, 유기인산 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜, 아민 및 티옥신을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다. 추가로, 일부 예들에서, 평탄화 용액은 패시베이팅제 및/또는 부식 억제제를 포함할 수도 있다. 예들은 벤자트리아졸 (BTA), 톨릴트리아졸 (TTA), 티올 (예컨대, PTAT (5-(페닐)-4H-1,2-4-트리아졸-3-티올)), 티오디아졸, 카르복실산, 벤조산, 및 암모늄 벤조에이트를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 평탄화 용액에 포함될 수도 있는 재료들의 다른 예들은 계면활성제, 패시베이션 및/또는 부식 억제제 이외의 표면 개질제, 촉매, 열 활성화 화학물질, 광 활성화 화학물질, 종 추적자 (species tracer), 첨가제, 및 안정화제를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
일부 예들에서, 가수분해제 및 착화제는, 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 다공성 패드의 작용화된 폴리머들에 결합될 수도 있다. 그러한 예들에서, 다공성 패드 상에 분배되는 평탄화 용액은 탈이온수를 포함할 수도 있고, 화학적 평탄화는 작용화된 폴리머들에 의해 수행될 수도 있다. 그러한 예들에서, 평탄화 용액은, 상기에서 설명된 바와 같이, 탈이온수 이외의 추가적인 컴포넌트들을 포함할 수도 있다.
도 2 는 다공성 패드 (104) 로서 사용하기에 적합한 예시적인 다공성 패드 (200) 의 개략도를 도시한다. 다공성 패드 (200) 는 제 1 층 (202) 및 제 2 층 (204) 을 포함한다. 그러한 이중 층 구조는 2-부분 재료 제거 및 분리 프로세스를 구현하는데 사용될 수도 있으며, 여기서, 제 1 단계는 제거되는 종의 가수분해 (및 잠재적 용해) 를 포함하고, 제 2 단계는 종의 화학적 착화를 포함한다. 제 1 층 (202) 은 제 2 패드에 비해 상대적으로 얇을 수도 있고, 평탄화 프로세스에서 제거되는 재료들의 가수분해 (예컨대, 일부 예들에서, 금속 종의 산화) 를 위해 구성될 수도 있다. 그에 따라, 제 1 층 (202) 은 상대적으로 큰 기공들을 포함할 수도 있고, 친수성일 수도 있으며, 폴리머 표면을 작용화하도록 표면 개질될 수도 있고, 이에 의해, 제 1 층 (202) 의 폴리머가 가수분해 반응들에 참여하게 할 수도 있다. 일부 예들에서, 제 1 층은 두께가 0.1 미크론 내지 5 미크론의 범위의 두께를 가질 수도 있다. 추가로, 일부 예들에서, 제 1 층은 10nm 내지 1000nm, 바람직하게는 30nm 내지 200nm 범위의 평균 기공 사이즈를 가질 수도 있다. 제 1 층 및 제 2 층은 임의의 적합한 재료 또는 재료들로부터 제조될 수도 있다. 일부 예들에서, 제 1 층 (202) 및/또는 제 2 층 (204) 은 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리술폰, 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에테르술폰, 폴리아릴술폰, 폴리아크릴로니트릴, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 추가로, 제 1 층 및/또는 제 2 층은 60-90 쇼어 A 또는 30-60 쇼어 D 경도를 가질 수도 있다.
추가로, 제 1 층 및/또는 제 2 층의 다공성 폴리머는, 웨이퍼 부하 및 하향력/인가된 압력들을 취급하고 점탄성 특성들을 갖기에 충분히 단단하도록 하는 기계적 속성들로, 그리고 예를 들어, 저장 탄성률이 15MPa 내지 1200MPa 또는 바람직하게는 400-800MPa 이고, 손실 탄성률이 100-600MPa, 바람직하게는 150-500MPa 이고, Tan 델타 (저장에 의해 나누어진 손실) 가 0.2-0.9, 또는 바람직하게는 0.4-0.8 이고, 압축률이 <5% 이고, 표면 장력이 40mN/m 미만이 되도록 표준 DMA, DSC 및 TGA 방법들에 의해 결정된 바와 같은 물리적 속성들로, 설계될 수도 있다.
제 2 층 (204) 은 제 1 층보다 상대적으로 두꺼울 수도 있으며, 제 1 층보다 상대적으로 작은 기공들을 가질 수도 있다. 일부 예들에서, 제 2 층은, 제 1 층에 의해 제거된 재료들을 보유하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 2 층은, 기판으로부터 제거된 금속 이온들을 보유하기 위해 기공들 내에서 제 2 층에 흡착되거나 결합된 금속 착화제로 화학적으로 개질된 표면을 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제 2 층은 두께가 수 미크론 내지 3mm, 더 구체적인 예들에서, 두께가 40 미크론 내지 2mm 의 두께를 가질 수도 있다. 추가로, 일부 예들에서, 제 2 층은 5nm 내지 500nm 범위의 평균 기공 사이즈를 가질 수도 있다. 제 1 층 및 제 2 층은 임의의 적합한 방식으로, 예컨대, 접착제를 통해, 함께 결합될 수도 있다. 일부 예들에서, 다공성 패드 (200) 는 직조 텍스타일 매트릭스 또는 연질 폴리머 시트 (예컨대, 종래의 CMP 폴리싱 패드들에 현재 사용되는 유형의 서브-패드들) 와 같은 추가적인 서브층에 접착되거나 그렇지 않으면 결합될 수도 있다. 일부 예들에서, 2개 층들은 통합될 것이고, 외견상 복합 다공성 패드를 구성할 것이다. 그러한 예들에서, 상부 층과 하부 층 사이에 상이한 특성들을 가짐으로써, 이는 비대칭 다공성 매체들을 구성한다. 그러한 비대칭 다공성 매체들은, 일부 예들에서, 기공 특성들에서의 점진적이고 체계적인 변동을 포함할 수도 있거나, 또는 2개 층들의 계면에서 갑자기 전이할 수도 있다.
제 1 층 및/또는 제 2 층의 다공성 폴리머는 임의의 적합한 방식으로 제조될 수도 있다. 일부 예들에서, 폴리머 상 반전 (phase inversion) 또는 상 분리가 사용될 수도 있다. 다른 예들에서, 증기 유도 상 분리 (에어 캐스팅) 가 사용될 수도 있다. 또 다른 예로서, 상 분리를 유도하기 위해 상온에서 폴리머를 용매에 용해시키고 그리고 액체 비용매에 침지(immerse)시킴으로써 액체 유도 상 분리 (침지 캐스팅) 가 사용될 수도 있다. 이는 비대칭 멤브레인들을 포함하는 상이한 모폴로지들을 가능케 한다. 비대칭 구조 (예컨대, 다중층 다공성 매트릭스) 를 형성하기 위한 방법들은 단일층 캐스팅 동안 상 분리 조건들을 조작하는 단계, 큰 기공 사이즈 기판 상에 작은 기공 사이즈 멤브레인을 캐스팅하는 단계, 상이한 기공 사이즈들의 다중층들을 동시에 캐스팅하는 단계, 상이한 기공 사이즈 층들을 함께 라미네이팅하는 단계, 및 온도 유도 상 분리 (TIPS 또는 용융 캐스팅) (여기서, 폴리머는 용융점 초과로 가열되고 포로겐(porogen)에 용해되며, 상 분리는 냉각에 의해 유도됨) 를 활용하는 단계를 포함한다.
다른 예들에서, 가수분해 및 착화 양자 모두는 제 1 층 (202) 에서 및/또는 양자가 제 2 층 (204) 에서 상이한 작용화 종들에 의해 제공될 수도 있다. 추가로, 일부 예들에서, 단일층 다공성 패드가 사용될 수도 있어서, 가수분해 및 착화가 동일한 층에서 발생하도록 구성된다.
도 2 는 또한, 기판 (206) 과 다공성 패드 (200) 사이의 접촉을 도시한다. 기판 (206) 은, 일부 예들에서, 도 1 의 기판 (108) 을 나타낼 수도 있다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 기판 (206) 과 다공성 패드 (200) 사이의 접촉은 기판 (206) 의 위상학적으로 더 높은 영역들로 제한되어, 다공성 패드 (200) 는 기판의 위상학적으로 더 낮은 영역들과 접촉하지 않는다. 다공성 패드 (200) 에 대한 기판 (206) 의 상대적으로 작은 압력의 사용은, 패드와 기판 사이의 공간 대신에 다공성 패드 (200) 내에 위치되는 가수분해 화학물질과 조합되어, 위상학적으로 더 높은 영역들이 다공성 패드에서의 가수분해 환경과 접촉하기 때문에, 위상학적으로 더 낮은 영역들과 비교하여 또는 심지어 그 더 낮은 영역들을 배제하여 더 높은 레이트로 기판 (206) 의 위상학적으로 더 높은 영역들로부터의 재료의 제거를 달성하는 것을 돕는다.
제 1 층 (202) 및 제 2 층 (204) 은 각각, 임의의 적합한 모폴로지를 가질 수도 있다. 다양한 예들에서, 제 1 층 (202) 및/또는 제 2 층 (204) 은 각각, 층류 (laminar), 중공 튜브들 또는 섬유, 나선 권취, 또는 시트 모폴로지를 포함할 수도 있다.
본 명세서에서의 실시예들에 개시된 바와 같은 화학적 평탄화는 종래의 화학적 기계적 평탄화에 비해 다양한 이점들을 제공한다. 예를 들어, 기판 상의 위상학적으로 더 높은 영역들로부터의 선택적인 재료 제거는 기판과 패드 사이의 더 적은 압력 및 모션을 사용하여 달성될 수도 있고, 슬러리 내에 연마재 재료가 없다. 이는 종래의 CMP 의 기계적 양태들 (예컨대, 패드 및 기판의 분 당 마찰 및 상대 회전) 으로부터 발생하는 무작위성을 완화시키거나 심지어 제거하는 것을 도울 수도 있고, 이에 의해, 확립된 화학적 동역학 및 확산으로 인해 프로세스를 더 예측가능하게 하고 모델링에 순응가능하게 한다. 추가로, 패드 컨디셔너의 사용이 또한 회피될 수도 있다. 이들 팩터들 모두는 종래의 CMP 프로세스들에서의 기계적 프로세스들로부터 발생하는 결함들을 회피하는 것을 도울 수도 있고, 따라서, 종래의 CMP 프로세스들에 비해 수율을 향상시키는 것을 도울 수도 있다. 개시된 예들은 어플리케이션들에 대해 화학적으로 맞춤화될 수도 있고, 미래에 진보된 재료들 및 디바이스 설계들로 스케일링가능할 수도 있다.
추가로, 본 명세서에서 설명된 예들은, 예를 들어, 패드에 대한 더 낮은 압력 및 더 낮은 회전 속도들과 조합하여 개시된 바와 같은 연마재 없는 평탄화 용액을 사용함으로써, 종래의 CMP 머신들에서 드롭-인 (drop-in) 용액으로서 구현될 수도 있다. 드롭-인 용액의 부분으로서 종래의 CMP 머신에 대해 행해질 수도 있는 다른 변형예들은 개시된 바와 같이 종래의 CMP 패드를 다공성 패드로 대체하는 것, 및 패드 컨디셔너를 탈이온수 또는 다른 적합한 세정 용액으로 대체하는 것을 포함한다. 이들 제안된 변형예들은, 문제가 되는 단계들 또는 재료들을 제거하고 CMP 머신의 종래의 사용에 비해 비용을 저하시킬 수도 있다는 점에 있어서 긍정적일 수도 있다.
도 1 을 다시 간략히 참조하면, 시스템 (100) 은 회전 도구를 포함하는 것으로서 예시되는데, 예시된 플래튼 및/또는 기판 홀더는 패드에 대한 기판의 회전 모션을 부여하기 위해 회전하도록 구성된다. 그러한 예에서, 평탄화 용액은 다공성 패드의 중앙 위치 상에 분배될 수도 있다. 이는, 다공성 패드 (304) 의 중앙 부분 상에 분배되는 평탄화 용액 (화살표 (302) 에 의해 표현됨) 을 도시하는 도 3 에 개략적으로 예시된다. 기판 위치는 306 에 예시된다. 중앙에 디포짓되는 평탄화 용액은 다공성 패드를 통해 외측으로 유동할 수도 있고, 이에 의해, 다공성 패드의 볼륨 전반에 걸쳐 배포될 수도 있다. 그러한 유동은, 다공성 패드가 장착된 플래튼을 회전시킴으로써 용이하게 될 수도 있다. 이러한 방식으로, 다공성 패드는 회전 플랫폼 역할을 한다. 상기에서 언급된 바와 같이, 회전 레이트는, 회전 모션이 기판으로부터 재료를 연마하기 위해 본 명세서에서의 예들에서 사용되는 것이 아니기 때문에, 종래의 CMP 프로세스에서 플래튼이 회전하는 레이트보다 낮을 수도 있다.
다른 예들에서, 회전 메커니즘보다 평탄화 용액을 배포하기 위해 임의의 다른 메커니즘이 사용될 수도 있다. 도 4 는, 평탄화 용액 (402) 이 중공 섬유들 (404) 을 통해 유동하는 중공 섬유 멤브레인 메커니즘 (400) 의 일 예를 개략적으로 도시한다. 기판은 406 에서 개략적으로 예시된다. 다양한 플랫폼 유형들 (회전형, 선형 또는 벨트 스타일, 수직형, 롤러, 중공 섬유) 에 대해 다수의 상이한 구성들 및 설계들이 가능함이 이해될 것이다. 추가로, 일부 예들에서, 화학 재료들은 비용 경제성 및 환경적 이유들로 재생되고 재사용될 수도 있다.
일부 예들에서, 금속들 및 합금 층들이 프로세싱되고 있는 경우, 다공성 패드가 장착되는 플래튼은 애노드로서 구성될 수 있는 한편, 일부 예들에서, 전도성 기판은 캐소드로서 구성될 수 있다. 높은 토포그래피 영역들 사이에 그리고 그들과 접촉하는 화학물질은, 전해력이 선택적 제거를 향상시키고 따라서 평탄화를 향상시키는데 사용될 전해질로서 작용할 것이다. 이러한 방식으로, 평탄화를 위한 전기화학적으로 보조된 선택적 제거가 구현될 수 있다.
평탄화 용액은, 다양한 예들에서, 기판 평탄화 프로세스 이전 및/또는 그 동안 사용 시점 (POU) 에서 다공성 패드 상에 적용될 수도 있다. 일부 예들에서, 화학물질들은 레시피 단계들을 변경함으로써 평탄화 프로세스 동안 변경될 수 있다. 적절한 분리가 발생하고 있음을 보장하기 위해 (예컨대, 디바이스 층들 상의 상이한 재료들) 그리고 프로세스를 제어하기 위해, 상이한 화학물질들이 인시츄로 추가되거나 변경될 수 있다. 추가로, 일부 예들에서, 하나의 화학물질로부터 다른 화학물질로의 스위칭은 (예컨대, 화학물질들 사이의 린스 시스템을 사용하여) 기판 평탄화 동안 인시츄로 수행될 수 있고, 또한 도구 (예컨대, 멀티-플레이트 도구) 의 상이한 평탄화/폴리싱 챔버에 특정적으로 정의될 수 있다. 부가적으로, 작용화된 폴리머들이 다공성 패드들에 사용되는 경우, 작용화는, 예를 들어, 금속 종을 스트리핑하고 킬레이트화 작용기를 재생하기 위해 (예컨대, 평탄화 용액 분배 메커니즘을 통해) 인시츄로 새로운 작용기를 첨가함으로써 재생될 수도 있다. 작용화를 재생하는 추가적인 양태들은, "PAD SURFACE REGENERATION AND METAL RECOVERY" 의 명칭으로 2022년 4월 26일자로 출원된 미국 특허출원 제17/729,805호에 더 상세히 기술되어 있으며, 그 전체 내용은 모든 목적들을 위해 본원에 참조에 의해 통합된다.
상기에서 설명된 바와 같이, 일부 예들에서, 폴리머 재료의 표면은 폴리머에 가수분해, 착화 및/또는 다른 기능성들을 제공하도록 작용화될 수도 있다. 그러한 예들에서, 기판으로부터 재료들을 제거하고 재료들을 착화시키기 위해 사용되는 화학물질들은, 용액에서 느슨해지기 보다는, 폴리머 표면에 그리고 기공들 내에 고정된다. 일 예로서, 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF) 다공성 층 또는 다른 적합한 다공성 층은 기판으로부터의 제거 이후 금속 이온들을 착화시키기 위해 폴리(아크릴산)과 같은 킬레이트제로 작용화될 수도 있다. PVDF 다공성 층은, 도 2 의 예에서 제 1 층 또는 제 2 층 중 어느 하나에 사용될 수도 있다. 폴리머 분자들은 층의 표면으로부터 층의 깊이 내로 연장될 수도 있고, 따라서, 가수분해 이후 기판 표면으로부터 멀리 금속 이온들을 이송할 수도 있으며, 이에 의해, 표면의 오염 및 결과적인 결함들을 방지하는 것을 도울 수도 있다. 다른 예로서, 다공성 PVDF 폴리머 층은, PVDF 표면을 먼저 수산화시킨 다음, 과량의 아디포일 클로라이드를 첨가하고, 그 다음, 과분지형 폴리에틸렌과 반응시킴으로써, 과분지형 폴리에틸렌으로 작용화될 수도 있다. 또 다른 예들에서, 표면은, 평탄화 동안 기판 재료를 가수분해하기 위해 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드와 같은 가수분해 재료로 작용화될 수도 있다. 다른 예들에서, 임의의 다른 적합한 작용화가 수행되어 다공성 패드에 임의의 원하는 화학적 기능성을 부여할 수도 있다. 작용기의 다른 예들은 COOH, -NH2, -SO3H, -COOCH2CH2OH, -N(CH3)2, -PO3H2, -N(CH2CH2OH)2, 및 -CONHR 을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 또 다른 예들에서, 표면은 이미노디숙신산 (IDS), 에틸렌디아민디숙신산 (EDDS), 글루탐산 (GLDA), 메틸글리신디아세트산 (MGDA) 및/또는 디시안아미드 (DCA) 와 같은 생분해성 착화제로 작용화될 수도 있다. 그러한 종은 또한, 그러한 종으로의 패드의 작용화에 부가하여 또는 그에 대안적으로, 패드로부터 분리된 킬레이트제로서 사용될 수 있다.
임의의 적합한 방법이 다공성 패드의 폴리머들을 작용화하는데 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, 폴리머는 코팅에 의해 작용화될 수도 있으며, 여기서, 작용기는 폴리머 기판에 가교되지 않고 대신 흡착된다. 다른 예에서, 작용기는 가교될 수도 있다. 예를 들어, 가교된 코폴리머는 다공성 패드의 다공성 폴리머 매트릭스 상에 침전될 수 있다. 또 다른 예로서, 작용기는 폴리머에 공유 결합될 수 있다.
도 5 는 화학적 평탄화 프로세스를 수행하기 위한 예시적인 방법 (500) 을 도시하는 플로우 다이어그램을 도시한다. 방법 (500) 은, 502 에서, 연마재 없는 평탄화 용액을 다공성 패드 상에 도입하는 단계를 포함한다. 일부 예들에서, 평탄화 용액은 기판 상의 종을 가수분해하기 위한 화학종을 포함한다. 그에 따라, 다양한 예들에서, 평탄화 용액은 과산화수소 (504), 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드) (506), 및/또는 다양한 산 (질산, 염산, 황산, 인산 등) 과 같은 임의의 다른 적합한 가수분해 화합물을 포함할 수도 있다. 추가로, 일부 예들에서, 평탄화 용액은 착화제 (507), 및 다른 임의의 다른 적합한 컴포넌트들 (안정화제, 패시베이터/부식방지제 등) 을 포함한다. 다른 예들에서, 가수분해제 및 착화제는 다공성 패드의 폴리머 재료에 작용적으로 결합된다. 그러한 예들에서, 평탄화 용액은 탈이온수 (508), 또는 다른 적합한 용매를 포함할 수도 있다.
방법 (500) 은, 510 에서, 다공성 패드와 기판을 접촉시키는 단계를 더 포함하며, 이는, 기판의 위상학적으로 더 낮은 부분들은 다공성 패드와 접촉하지 않으면서 기판의 위상학적으로 더 높은 부분들이 다공성 패드와 접촉하도록 다공성 패드와 기판을 서로에 대해 이동시키는 동안 발생할 수도 있다. 일부 예들에서, 패드는, 512 에 표시된 바와 같이, 작용화된 폴리머 패드일 수도 있다. 작용화된 폴리머 패드는 가수분해, 착화, 및/또는 임의의 다른 추가적인 화학적 프로세스들을 수행하기 위해 결합되거나 흡착된 작용성 분자/기를 포함할 수도 있다.
방법 (500) 은, 514 에서, 다공성 패드와의 접촉을 통해 기판의 위상학적으로 더 낮은 부분들로부터의 재료들보다는 더 높은 레이트로 기판의 위상학적으로 더 높은 부분들로부터의 재료를 제거하여 기판을 평탄화하는 단계를 더 포함한다. 일부 예들에서, 제거되는 재료는 구리 (516) 또는 구리 함유 종, 코발트 (518) 또는 코발트 함유 종, 또는 폴리실리콘 (520) 을 포함할 수도 있다. 다른 예들에서, 임의의 다른 적합한 재료들이 평탄화 프로세스에서 제거될 수도 있다. 다른 예들은 몰리브덴, 루테늄, 레늄, 로듐, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 탄탈륨, 탄탈륨 나이트라이드, 티타늄, 티타늄 나이트라이드, 텅스텐, 및/또는 다른 재료들 중 하나 이상을 포함한다. 상기에서 설명된 바와 같이, 가수분해 및 착화 화학물질이 패드에 상주하기 때문에, 재료가 패드와 접촉하는 영역들에서 기판으로부터 선택적으로 제거될 수도 있고, 이에 의해, 기판을 평탄화할 수도 있다.
상기에서 언급된 바와 같이, 개시된 예시적인 화학적 평탄화 프로세스들의 연마재 없는 성질은 라운드형 패드들을 갖는 회전 도구들 이외의 도구 구성들을 허용할 수도 있다. 도 6 은, 상기에서 논의된 바와 같이, 다공성 화학적 평탄화 패드 (604) 를 지지하는 운반 메커니즘 (602) 을 포함하는 예시적인 화학적 평탄화 시스템 (600) 의 개략도를 도시한다. 이 예에서, 운반 메커니즘 (602) 은 폐쇄 루프 구성을 갖는 벨트로서 도시되지만, 롤-투-롤 (roll-to-roll) 시트와 같이 다른 예들에서 임의의 적합한 형태를 취할 수도 있다.
시스템 (600) 은 다공성 패드 (604) 의 표면에 대해 기판 (608) 을 홀딩하도록 구성된 기판 홀더 (606), 및 다공성 패드 상에 평탄화 용액 (612) 을 도입하기 위한 평탄화 용액 도입 시스템 (610) 을 더 포함한다. 기판 (608) 이 다공성 패드 (604) 의 표면에 대해 홀딩됨에 따라, 운반 메커니즘 (602) 은 다공성 패드 (604) 를 선형으로 병진시킨다. 일부 예들에서, 운반 메커니즘 (602) 은 초당 0.5-5 인치 범위의 선형 속도로 다공성 패드 (604) 를 병진시킨다. 도 1 에 도시된 예에서, 병진은 수평 방향 (614) (예컨대, 중력 방향에 실질적으로 수직) 으로 도 1 에서 좌측으로부터 우측으로 발생한다. 일부 예들에서, 운반 메커니즘 (602) 은 다공성 패드 (604) 를 일 방향으로 병진시킬 수도 있는 한편, 다른 예들에서, 운반 메커니즘 (602) 은 화학적 평탄화 프로세스에서 다공성 패드 (604) 를 2개 방향들 (예컨대, "순방향" 및 "역방향" 모션 양자 모두) 로 병진시킬 수도 있다. 추가로, 일부 예들에서, 기판 홀더 (606) 및/또는 다공성 패드는 또한, 방향 (614) 을 가로지르는 모션을 지지할 수도 있다.
시스템 (600) 은 기판 홀더 (606) 의 다운스트림에 포지셔닝된 재생 스테이지 (616) 를 더 포함한다. 상기에서 설명된 바와 같이, 다공성 패드 (604) 는 평탄화 동안 기판으로부터 제거된 킬레이트화된 종을 함유할 수도 있다. 그에 따라, 재생 스테이지는 다공성 패드 (604) 로부터 킬레이트를 스트리핑하도록 구성될 수도 있고, 이에 의해, 다공성 패드 (604) 를 재생할 수도 있다. 일 예로서, 다공성 패드 (604) 가 킬레이트화된 구리 이온들을 포함하는 경우, 적합한 산성 용액이 구리 염을 형성하기 위해 적용될 수도 있으며, 이에 의해, 킬레이트화된 구리를 스트리핑하고 패드를 재생할 수도 있다. 재생 이후, 다공성 패드 (604) 로부터 제거된 종 (이 예에서는, 구리) 이 회수될 수도 있다.
도 6 은, 기판 (608) 이 중력 방향에 실질적으로 수직인 수평 방향으로 운반되는 예들을 예시한다. 하지만, 시스템에서의 다양한 컴포넌트들은 임의의 적합한 배향으로 배열될 수도 있다. 하나의 그러한 대안적인 배열의 일 예로서, 도 7 은 운반 메커니즘 (702) 및 다공성 패드 (704) 가 기판 (706) 을 수직 방향 (708) (예컨대, 중력 방향에 실질적으로 평행) 으로 운반하도록 배열되는 시스템 (700) 을 도시한다. 이에 따라, 평탄화 용액 도입 시스템 (710) 은 운반 메커니즘 (702) 및 다공성 패드 (704) 의 단부에 근접하게 배열되고, 수직 방향 (708) 에 실질적으로 평행한 방향으로 평탄화 용액 (712) 을 전달하도록 구성된다.
도 8a 는, 평탄화 용액 (802) 및 재생 스테이지 (804) 를 통해 전달되는 재생 화학물질이 패드를 향해 지향된 개별 분무기들에 의해 다공성 패드 아래로부터 전달되는 시스템 (800) 에서의 또 다른 잠재적인 배열을 예시한다. 일부 예들에서, 패드는 컨베이어 벨트 (806) 로서 구성된다. 이는 패드의 연속적인 작동을 가능케 한다. 도 8b 는, 패드가 배취 (batch) 작동으로 롤러들 (810A 및 810B) 둘레에 권취되는 시스템 (808) 에서의 다른 잠재적인 배열을 예시한다. 도 8b 의 예에서, 패드는 초기에 롤러 (810A) 주위에 완전히 권취될 수 있고, 그 다음, 롤러 (810B) 주위에 완전히 권취되어 종료될 수 있다. 이 시점에서, 새로운 패드가 롤러 (810A) 에 설치될 수 있고, 사용된 패드는 적절하게 재컨디셔닝되거나 배치될 수 있다.
상기에서 설명된 예들에서, 기판들은 임의의 적합한 수 및 배열로 다공성 패드들과 접촉하여 배치될 수도 있다. 도 9a 는 다수의 기판들 (900) - 이 예에서는, 3개 - 이 벨트로서 구성되고 병렬로 프로세싱 (예컨대, 평탄화) 되는 패드 (902) 상에 배열되는 일 예를 예시한다. 그러한 예에서, 기판 홀딩 시스템은 다수의 기판들을 홀딩하기 위한 다수의 기판 홀더들을 포함할 수도 있다. 도 9b 는, 기판들 (900) 이 패드 (902) 상에 배열되고 개별적으로 직렬로 프로세싱되는 다른 예를 예시한다. 또 다른 잠재적인 배열들이, 추가적인 예들로서, 기판들 (900) 의 대각선 및 사선 정렬들을 포함할 수도 있다.
실험 결과들
작용화된 패드의 개념의 증명으로서 화학 시약을 구현하는 패드로 폴리싱을 위한 조건들을 시뮬레이션하고 연마재 없는 화학물질들을 사용하여 폴리실리콘 (폴리-Si), 구리 (Cu) 및 코발트 (Co) 필름들의 재료 제거 레이트 (RR) 를 결정하기 위해 실험들을 수행하였다.
폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드) 또는 PDADMAC 의 연마재 없는 슬러리를 폴리-Si 폴리싱 제거 레이트 연구들에 사용하였다. 상용 IC1000 패드 상의 pH 10 에서의 250 ppm PDADMAC 용액을, 비교하기 위한 벤치마크로서 사용하였다. 옥살산과 H2O2 의 혼합물을 사용하여, 실리카 연마재 없이 Cu 를 폴리싱하였다. 0.065 M 옥살산과 1 wt% 의 H2O2 의 용액을 낮은 Cu 용해 레이트 (DR) 와 함께 사용하였다.
이 작업에서는, 연마재 없는 슬러리들을 사용하였다. 실험은, 웨이퍼 폴리싱 전에 화학물질로 패드들을 사전-침액 (pre-soak) 시키지만 폴리싱 동안 화학물질 전달을 종단하도록 설계되었다. 그렇게 함으로써, 폴리싱 패드는 작용화된 형태로 화학물질을 구현하는 상황과 유사하였다. 폴리-Si, Cu 및 Co 필름들의 폴리싱은, 연마재 없는 슬러리의 연속적인 공급의 부존재 시에 수행하였다.
200 mm Si 웨이퍼들 상에 디포짓된 폴리-Si (~1000 nm), Cu (~1500 nm), 및 Co (~300 nm) 필름들이 이들 실험들에서 사용되었다. ACS 시약 등급, PDADMAC (MW 200,000-350,000), 옥살산 및 암모늄 퍼설페이트를 사용하여, 연마재 없는 슬러리를 제조하였다. 슬러리의 pH 를, 필요에 따라 HNO3 또는 KOH 를 사용하여 조정하였다.
초기에, 패드들을, 10분 동안 DI 워터로 습윤시키고, 이어서 컨디셔닝하였다. 폴리싱 전에, 플래튼을 회전시키면서 120 mL/min 의 유량으로 5분 동안 개별 연마재 없는 슬러리로 패드들을 침액하였다. 그 다음, 플래튼의 회전을 정지시켰고, 침액을 2분 더 계속하였다. 후속하여, 플래튼 및 캐리어를 회전시키지만 패드들 상에 연마재 없는 슬러리를 전달하지 않음으로써 웨이퍼들을 폴리싱하였다. 비교를 위해, 60 또는 120 mL/min 의 유량으로 연마재 없는 슬러리를 공급하면서 3개 유형들의 필름들을 폴리싱하였다. 2개의 상이한 폴리셔(polisher)들을 채용하여, 폴리-Si 및 2개의 금속 필름들 (Cu 및 Co) 을 폴리싱하였다. 폴리싱 조건들은 표 1 에서 주어진다.
침액된 패드들의 경우는 화학종 구현된 패드를 직접 관찰한 것이며, 작용화된 패드의 거동에 근접할 수도 있다. 이들은 상업용 패드들이고, 어떠한 기능성에도 맞춤화되지 않기 때문에, 결과들은 개념의 증명에만 사용될 것으로 예상된다. 그러한 상황에서 달성되는 임의의 제거 레이트는, 패드의 최상부 표면으로의 화학 시약의 전달 또는 연마재들을 요구하지 않는 제거 메커니즘의 실현가능성의 증거이다.
폴리-Si 필름의 제거 레이트들
표 2 는 연속적인 연마재 없는 슬러리 공급의 존재 하에, Suba400 (Scottsdale, AZ 소재의 Eminess Technologies 로부터 입수가능), IC1000 (Eminess Technologies 로부터 또한 입수가능) 및 Fujibo-Polypas (Tokyo, Japan 소재의 Fujibo Holdings, Inc 로부터 입수가능) 폴리싱 패드들 상의 RR들과 함께, pH 10 에서의 250 ppm PDADMAC 용액의 연마재 없는 슬러리로 침액된 Suba400 폴리싱 패드 상의 폴리-Si 필름들의 RR들을 나열한다. 침액된 Suba400 상의 폴리-Si 의 RR 은 ~639 nm/min 이며, 이는 PDADMAC 연마재 없는 슬러리의 연속적 유동으로 폴리싱된 폴리-Si 필름들의 RR 보다 단지 5-7%만 더 낮다. IC-1000 상의 RR 은 Suba-400 의 RR 과 유사한 한편, 연질 Fujibo 패드 상의 RR 은 <1 nm/min 이다. Penta 등1은 pH 10 DI 워터 (PDADMAC 없음) 로 폴리싱된 폴리-Si 필름들에 대한 <200 nm/min RR 을 리포팅하였는데, 이는 PDADMAC 연마재 없는 슬러리로 침액된 Suba-400 패드 상의 RR 보다 현저히 더 낮으며, 이는 침액된 Suba-400 패드가 연마재 없는 슬러리의 연속적 전달 없이도 폴리싱 동안 충분한 레벨의 PDADMAC 를 유지할 수 있었음을 시사한다.
하지만, Fujibo-Polypas 에 대한 결과들은 예상된 제거 레이트를 생성하기 위해 화학적 재제제 (또는 pH 체제) 에 대한 필요성을 나타낸다. 이는 침액된 패드 대 분배된 패드의 표시가 없는데, 왜냐하면 화학물질이 Fujibo-Polypas 패드에 대해 선택된 조건에서 효과적인 것으로 보이지 않기 때문이다.
Cu 및 Co 필름들의 제거 레이트들
Cu 및 Co RR들에 대한 연마재 없는 슬러리 유동 및 패드 유형의 효과를 조사하였고, 수득된 RR들을 표 3 에 나열하였다. pH 9 에서의 1 wt% H2O2 + 50 mM 구아니딘 카보네이트 및 pH 6 에서의 1 wt% H2O2 + 65 mM 옥살산의 연마재 없는 슬러리와 함께 침액된 Fujibo-Polypas 패드를 사용함으로써 ~60 및 ~74 nm/min 의 Cu RR 을 수득하였다. 화학물질의 수행된 이전의 작업2-3 에 기초하였다. 침액된 Fujibo-Polypas 및 Politex 패드들의 사용은 그 개념의 실현가능성을 표시하는 포지티브 제거 레이트들을 나타냈다. 이들은 특히, 재료가 최적의 작용화된 패드를 최적화하도록 맞춤형으로 설계되지 않았기 때문에 상업용 패드들과 비교할 때 고무적인 결과이다.
Co 폴리싱의 경우, pH 9 에서의 1 wt% 의 암모늄 퍼설페이트 (APS) 연마재 없는 슬러리는 2-폴리싱 방법들을 비교할 때 상당한 RR 을 생성하지 않았다. 하지만, pH 의 8 로의 감소는 RR 을 현저하게 향상시켰다. 이는, 연마재들이 완전히 제거될 수 있는, 작용화된 패드에 필요한 맞춤화 및 화학물질의 중요성의 또다른 지표이다.
반도체들을 위한 모든 3가지 핵심 어플리케이션들, 즉, 폴리-Si, Cu 및 Co 폴리싱 프로세스들에 대해, 다양한 상업용 패드 재료들에 대해 연마재 없는 화학물질들을 성공적으로 비교하였다. 침액된 패드 조건은, 패드가 화학 시약을 구현하는 경우 및 폴리싱 동안 슬러리가 전달되지 않을 경우의 상황을 나타내었다. '침액된' 패드 조건은 제거 레이트의 실현가능성을 보여주었고, 일부 경우들에서는, 종래의 폴리싱 모드에 필적하였다. 패드 재료들이 이러한 개념 증명 연구에서 원하는 정도로 화학적으로 작용화되지 않았기 때문에 결과들은 고무적이다. 기능성에 대한 맞춤화는 프로토타입화 및 제품 개발의 후속 스테이지들에서 달성될 것이다. 그 결과들은, 연마재 또는 임의의 복잡한 화학물질을 요구하지 않는 상업용 패드일 수 있는 혁신적인 패드를 개발하기 위해 폴리머 재료를 제형화하고 매트릭스를 작용화하기 위한 기반을 형성하는데 중요하다.
본 명세서에서 설명된 구성들 및/또는 접근법들은 본질적으로 예시적이며, 다수의 변형예들이 가능하기 때문에, 이들 특정 실시형태들 또는 예들은 제한적인 의미로 고려되지 않아야 함이 이해될 것이다. 본 명세서에서 설명된 특정 루틴들 또는 방법들은 임의의 수의 프로세싱 전략들 중 하나 이상을 나타낼 수도 있다. 그에 따라, 예시된 및/또는 설명된 다양한 동작들은, 예시된 및/또는 설명된 시퀀스로, 다른 시퀀스들로, 병렬로 수행되거나, 또는 생략될 수도 있다. 마찬가지로, 상기 설명된 프로세스들의 순서는 변경될 수도 있다.
본 개시의 주제는 본 명세서에 개시된 다양한 프로세스들, 시스템들 및 구성들, 그리고 다른 특징들, 기능들, 동작들, 및/또는 특성들의 모든 신규하고 비자명한 조합들 및 하위 조합들 뿐만 아니라, 이들의 임의의 및 모든 균등물들을 포함한다.

Claims (20)

  1. 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법으로서,
    연마재 없는 평탄화 용액을 다공성 패드 상에 도입하는 단계;
    상기 다공성 패드를 상기 기판에 대해 이동시키는 동안 상기 기판을 상기 다공성 패드와 접촉시키는 단계; 및
    상기 기판의 더 낮은 부분들에 대한 상기 기판의 더 높은 부분들의 높이를 감소시키기 위해 상기 다공성 패드와의 접촉을 통해 상기 기판의 상기 더 높은 부분들로부터 재료를 제거하는 단계를 포함하는, 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제거되는 상기 재료는 코발트, 구리, 몰리브덴, 루테늄, 레늄, 로듐, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 폴리실리콘, 탄탈륨, 탄탈륨 나이트라이드, 티타늄, 티타늄 나이트라이드, 또는 텅스텐 중 하나 이상을 포함하는, 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연마재 없는 평탄화 용액은 과산화수소를 포함하는, 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제거되는 상기 재료는 폴리실리콘을 포함하는, 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연마재 없는 평탄화 용액은 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드)를 포함하는, 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마재 없는 평탄화 용액은 착화제를 포함하는, 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다공성 패드는 벨트로서 구성되고, 상기 다공성 패드를 이동시키는 것은, 운반 메커니즘을 사용하여 상기 벨트를 초당 0.5-5 인치의 속도 범위로 회전시키는 것을 포함하는, 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    작용화된 폴리머 패드는 착화제로 작용화된 폴리머를 포함하는, 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    작용화된 폴리머 패드는 가수분해제로 작용화된 폴리머를 포함하는, 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 다공성 패드를 이동시키는 것은 분 당 0 내지 60 회전의 레이트로 상기 다공성 패드를 회전시키는 것을 포함하는, 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 패드를 서로에 대해 평방 인치 당 1 파운드 이하의 압력으로 가압하는 단계를 더 포함하는, 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법.
  12. 기판의 화학적 평탄화를 수행하기 위한 다공성 패드로서,
    평탄화 동안 상기 기판과 접촉하도록 구성된 제 1 폴리머 층으로서, 상기 제 1 폴리머 층은 제 1 의 더 큰 평균 기공 사이즈 및 제 1 의 더 작은 두께를 포함하는, 상기 제 1 폴리머 층; 및
    상기 제 1 폴리머 층의 기판-접촉 측으로서 상기 제 1 폴리머 층의 반대측 상에 포지셔닝된 제 2 폴리머 층으로서, 상기 제 2 폴리머 층은 제 2 의 더 작은 평균 기공 사이즈 및 제 2 의 더 큰 두께를 포함하는, 상기 제 2 폴리머 층을 포함하는, 기판의 화학적 평탄화를 수행하기 위한 다공성 패드.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 다공성 패드는 벨트 또는 회전 플랫폼으로서 구성되는, 기판의 화학적 평탄화를 수행하기 위한 다공성 패드.
  14. 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법으로서,
    연마재 없는 평탄화 용액을 다공성 패드 상에 도입하는 단계로서, 상기 연마재 없는 평탄화 용액은 가수분해제 및 착화제를 포함하는, 상기 연마재 없는 평탄화 용액을 도입하는 단계;
    상기 기판의 더 높은 부분들이 상기 다공성 패드와 접촉하고 상기 기판의 더 낮은 부분들이 상기 다공성 패드와 접촉하지 않도록 상기 다공성 패드를 선형으로 이동시키는 동안 상기 기판을 상기 다공성 패드와 접촉시키는 단계;
    상기 기판의 상기 더 낮은 부분들에 대한 상기 기판의 상기 더 높은 부분들의 높이를 감소시키기 위해 상기 다공성 패드 상의 가수분해제를 통해 상기 기판의 상기 더 높은 부분들로부터 재료를 제거하는 단계; 및
    상기 착화제를 통해, 제거된 상기 재료를 착화시키는 단계를 포함하는, 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 다공성 패드는 벨트로서 구성되고, 상기 다공성 패드를 이동시키는 것은, 운반 메커니즘을 사용하여 상기 벨트를 회전시키는 것을 포함하는, 기판을 화학적으로 평탄화하는 방법.
  16. 평탄화 도구로서,
    벨트로서 구성된 평탄화 패드;
    상기 벨트에 대해 기판을 홀딩하도록 구성된 기판 홀딩 시스템;
    상기 벨트를 선형으로 이동시키도록 구성된 운반 메커니즘; 및
    평탄화 용액을 상기 벨트에 첨가하도록 구성된 평탄화 용액 첨가 스테이션을 포함하는, 평탄화 도구.
  17. 제 16 항에 있어서,
    재생 스테이션을 더 포함하는, 평탄화 도구.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 벨트는 폐쇄 회로를 정의하는, 평탄화 도구.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 벨트는 롤-투-롤 작동을 위해 구성되는, 평탄화 도구.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 기판 홀딩 시스템은 상기 벨트에 대해 다수의 기판들을 홀딩하도록 구성되는, 평탄화 도구.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160354896A1 (en) * 2014-02-10 2016-12-08 President And Fellows Of Harvard College 3d-printed polishing pad for chemical-mechanical planarization (cmp)
US11331767B2 (en) * 2019-02-01 2022-05-17 Micron Technology, Inc. Pads for chemical mechanical planarization tools, chemical mechanical planarization tools, and related methods
US11545365B2 (en) * 2019-05-13 2023-01-03 Chempower Corporation Chemical planarization
US11495471B2 (en) * 2019-09-26 2022-11-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Slurry compositions for chemical mechanical planarization

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