KR100811172B1 - Pneumatic diaphragm head having an independent retaining ring and multi-region pressure control, and method to use the same - Google Patents
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Abstract
기판을 평탄화하는 장치 및 방법이 제공된다. 상기 장치(101)는 그 위에 기판(230)을 수용하는 판(212); 소정 방향으로 판에 힘을 가하는 제1챔버(238); 판의 외측에지에 결합된 스페이서(260); 스페이서(260)를 통하여 판에 결합되고 스페이서의 두께만큼 판으로부터 분리된 멤브레인(250); 및 멤브레인과 멤브레인에 또 다른 소정방향으로 힘을 가하는 판사이에 형성된 제2챔버(251)를 구비한 캐리어(202)를 포함한다. 상기 방법은 제1압력으로 폴리싱패드(226)에 대하여 기판(244)의 주변에지를 가압하는 단계, 및 제2압력으로 상기 패드(226)에 대하여 기판(244)의 내부를 가압하는 단계를 포함한다.
An apparatus and method for planarizing a substrate are provided. The apparatus 101 includes a plate 212 receiving a substrate 230 thereon; A first chamber 238 for applying a force to the plate in a predetermined direction; A spacer 260 coupled to the outer edge of the plate; A membrane 250 coupled to the plate through the spacer 260 and separated from the plate by the thickness of the spacer; And a carrier 202 having a second chamber 251 formed between the membrane and a plate that exerts a force in another predetermined direction on the membrane. The method includes pressing a peripheral edge of the substrate 244 against the polishing pad 226 at a first pressure, and pressing the interior of the substrate 244 against the pad 226 at a second pressure. do.
Description
본 발명은 일반적으로 반도체웨이퍼를 폴리싱하고 평탄화하는 시스템, 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체웨이퍼의 표면에 걸쳐 고평탄화 균일성을 달성하기 위해서 다중 평탄화 압력구역을 이용하는 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. FIELD OF THE INVENTION The present invention generally relates to systems, apparatuses, and methods for polishing and planarizing semiconductor wafers, and more particularly systems, apparatuses, and methods for utilizing multiple planarization pressure zones to achieve high flattening uniformity across the surface of semiconductor wafers. It is about.
피처크기가 작아지고 밀도가 증가하며 반도체기판 또는 웨이퍼의 크기가 커짐에 따라, 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정요건은 보다 엄격해진다. 웨이퍼 대 웨이퍼 공정 균일성과 인트라웨이퍼(intra-wafer) 평탄화 균일성은 저비용으로 반도체 제품을 생산하는 견지에서 볼 때 중요한 사항들이다. 다이 또는 칩의 크기가 커질 수록, 하나의 작은 영역내의 결함으로 인하여 상대적으로 큰 회로가 불합격품이 되므로, 반도체산업에서는 매우 작은 결함이 상대적으로 큰 경제적 손실을 가져온다. As feature sizes become smaller, densities increase, and semiconductor substrates or wafers become larger, chemical mechanical planarization (CMP) process requirements become more stringent. Wafer-to-wafer process uniformity and intra-wafer planarization uniformity are important from the standpoint of producing semiconductor products at low cost. As the size of a die or chip increases, relatively small circuits fail due to defects in one small area, resulting in relatively large economic losses in the semiconductor industry.
당업계에는 균일성 문제에 영향을 주는 많은 원인들이 공지되어 있다. 평탄 화시 웨이퍼 배면압력이 웨이퍼에 가해지는 방식, 중심영역에 비해 웨이퍼의 에지부에서의 폴리싱패드간의 전형적으로 상이한 상호작용으로 생기는 에지영향 불균일성, 및 평탄화시 재료제거 프로파일을 조정함으로써 바람직하게 보상될 수도 있었던 금속 및/또는 산화물층의 불균일한 퇴적도 상기의 원인에 포함된다. 이제까지, 이들 문제를 동시에 해결하려는 노력들은 완전하게 성공하지는 못했다. Many causes are known in the art that influence uniformity problems. The wafer back pressure during planarization may be desirably compensated by adjusting the way the wafer back pressure is applied to the wafer, the edge effect nonuniformity resulting from the typically different interactions between the polishing pads at the edge of the wafer relative to the center region, and the material removal profile during planarization. Uneven deposition of the metal and / or oxide layer which existed is also included in the cause. So far, efforts to solve these problems at the same time have not been completely successful.
웨이퍼 뒷면 폴리싱압력의 성질에 대해서, 경질받침헤드(hard backed head)가 통상적으로 사용되었다. 최근에 생산된 종래기계의 대다수에는, 여타의 경질받침시스템내에 소정의 연성(softness)을 제공할 목적으로 캐리어(또는 서브캐리어)면과 폴리싱되거나 평탄화될 웨이퍼 또는 기타 기판간에 인써트가 제공된다. 흔히, 인써트는 웨이퍼인써트로 칭해진다. 이들 인써트는 흔히 기판-대-기판 변동을 초래하는 공정변동을 야기하기 때문에 문제가 있다. 이들 공정변동은 일정하지 않거나 일반적으로 정해져 있지 않다. 변동의 한 요소는 사용기간 동안과 그 사용수명을 초과하는 동안 인써트에 의하여 흡수된 물의 양이다. 약간의 공정 균일성 개선은 초기사용 이전에 인써트를 물에 흠뻑 적셔 달성될 수 있다. 이는 사용기간의 나중에도 사용기간의 초기와 거의 동일하게 하려고 하지만, 허용할 수 없는 공정변동이 여전히 관찰된다. 이들 공정변동은 서술된 바와 같이, 인써트를 물로 전처리(preconditioning)하고 허용가능한 한계를 너머 그 특성이 변화되기 전에 인써트를 교체함으로써 제한된 범위로 제어될 수 있다. For the nature of the wafer backside polishing pressure, a hard backed head has conventionally been used. The majority of conventional machines produced recently are provided with an insert between the carrier (or subcarrier) surface and a wafer or other substrate to be polished or planarized for the purpose of providing some softness in other rigid support systems. Often the insert is called a wafer insert. These inserts are problematic because they often lead to process variations that result in substrate-to-substrate variations. These process variations are not constant or generally defined. One component of the variation is the amount of water absorbed by the insert during its service life and over its service life. Some process uniformity improvement can be achieved by soaking the insert in water prior to initial use. This is intended to be almost identical to the beginning of the use period even after the use period, but unacceptable process variations are still observed. These process variations can be controlled to a limited extent by preconditioning the inserts with water and replacing the inserts before changing their properties beyond acceptable limits, as described.
또한, 인써트의 사용으로 인하여 인써트가 여하한의 불균일하고 불완전하게 부착된 서브캐리어의 전체표면의 미세한 제어가 요구되었고, 미세하게 제어되지 않 으면, 통상적으로 기판 표면에 걸친 평탄화 변동으로서 표면의 평면성 또는 평행성으로부터의 일탈이 나타날 수도 있었다. 예를 들어 종래의 헤드에서, 알루미늄 또는 세라믹판이 제작되었다면 폴리싱헤드내에 설치되기 전에 겹쳐지고(lap) 폴리싱된다. 이러한 제작은 특히 다중헤드가 제공되는 경우, 헤드의 비용 및 기계의 비용을 증가시킨다. In addition, the use of inserts required fine control of the entire surface of the subcarrier with any non-uniform and incompletely adhered inserts, and if not finely controlled, the planarity or Deviations from parallelism may have appeared. For example, in conventional heads, aluminum or ceramic plates, if manufactured, are lap and polished before being installed in the polishing head. Such fabrication increases the cost of the head and the cost of the machine, especially if multiple heads are provided.
반도체웨이퍼면상의 구조체의 크기(피처크기)가 더욱 더 작아진 지금은 통상적으로 대략 0.2미크론보다 작은 크기로 감소되어 왔기 때문에, 불균일한 평탄화와 관련된 문제가 증가하고 있다. 이 문제는 간혹 웨이퍼내의 불균일성(Within Wafer Non-Uniformity; WIWNU)문제로서 칭해진다. As the size (feature size) of the structure on the semiconductor wafer surface is even smaller, it has now been reduced to a size that is typically less than approximately 0.2 micron, increasing the problems associated with non-uniform planarization. This problem is sometimes referred to as a problem with With Wafer Non-Uniformity (WIWNU).
소위 경질받침평탄화 헤드, 즉 경질의 표면을 갖는 반도체웨이퍼의 뒷면에 대하여 가압하는 헤드로 인하여, 웨이퍼의 앞면은 폴리싱패드의 표면과 일치하지 않아 평탄화 불균일성이 나타날 수 있다. 일반적으로, 이러한 경질받침헤드설계는 비교적 높은 폴리싱압력(예를 들어, 대략 6psi와 대략 8psi 사이의 범위의 압력)을 이용하고, 이러한 비교적 높은 압력은 폴리싱패드의 표면형태를 매칭하기 위해서 웨이퍼를 효과적으로 변형시킨다. 이러한 웨이퍼표면왜곡이 발생할 때에, 높은 스팟(high spot)이 광범위한 어느 정도의 균일성을 주는 낮은 스팟과 동시에 폴리싱되나 실제로 좋지 않게 평탄화되는 결과를 초래한다. 즉, 웨이퍼의 어떤 영역내의 트레이스(trace)로부터 너무 많은 재료가 제거될 것이며, 나머지 영역에서는 재료가 거의 제거되지 않을 것이다. 제거된 재료의 양이 과도할 경우, 이들 다이는 사용할 수 없게 된다. Due to the so-called hard bearing flattening head, ie, the head pressing against the back side of the semiconductor wafer having a hard surface, the front surface of the wafer does not coincide with the surface of the polishing pad, which may result in flattening unevenness. In general, such rigid support head designs utilize relatively high polishing pressures (eg, pressures in the range between approximately 6 psi and approximately 8 psi), and these relatively high pressures effectively drive the wafer to match the surface shape of the polishing pad. Transform. When such wafer surface distortion occurs, high spots are polished at the same time as low spots giving a wide range of uniformity, but in fact result in poor planarization. That is, too much material will be removed from traces in certain areas of the wafer and little material will be removed in the remaining areas. If the amount of material removed is excessive, these dies become unusable.
한편, 인써트를 구비한 헤드가 사용되는 경우, 웨이퍼는 폴리싱패드에 대하여 가압되나 인써트의 연성물질이 웨이퍼의 왜곡을 유발하지 않기 때문에, 더 낮은 폴리싱압력이 채택될 수 있고, 왜곡이 덜 되면서 웨이퍼 앞면의 일치성 (conformity)이 달성되므로, 광범위한 폴리싱 균일성과 양호한 평탄화가 둘다 어느정도 달성될 수 있다. 평탄화 균일성은, 웨이퍼상의 다이에서 다이로 유사한 피처의 폴리싱속도가 일반적으로 동일하기 때문에 적어도 어느 정도 달성된다. On the other hand, when a head having an insert is used, the wafer is pressed against the polishing pad, but since the soft material of the insert does not cause the wafer to be distorted, a lower polishing pressure can be adopted, and the wafer front face with less distortion. Since conformity of is achieved, both broad polishing uniformity and good planarization can be achieved to some extent. Planarization uniformity is achieved at least to some extent because the polishing rates of similar features from die to die on the wafer are generally the same.
연성받침 CMP헤드를 이용하기 위하여 몇몇의 시도가 행해졌지만, 전반적으로 만족스럽지는 못하다. 어떠한 연성받침헤드설계에서, 평탄화시 폴리싱패드에 대하여 웨이퍼를 가압하는데는 웨이퍼의 전체 뒷면상에 가압된 공기층이 사용된다. 공교롭게도, 이러한 접근법으로 인하여 연성받침헤드가 제공될 수는 있지만, 웨이퍼 에지 불균일성 문제를 해결하도록 웨이퍼의 에지에 그리고 보다 중심영역에 가해진 압력 또는 힘의 독립적인 조정이 허용되지는 않는다. Several attempts have been made to utilize flexible CMP heads, but overall they are not satisfactory. In some flexible support head designs, a pressurized air layer on the entire backside of the wafer is used to press the wafer against the polishing pad during planarization. Unfortunately, this approach may provide a flexible support head, but does not allow independent adjustment of the pressure or force applied to the edge of the wafer and to the more central area to solve the wafer edge nonuniformity problem.
에지 폴리싱영향에 대한 보정 또는 보상에 대해서, 웨이퍼 주위에 배치된 리테이닝 링의 형상을 조정하고 및/또는 리테이닝 링 부근의 웨이퍼로부터 제거된 재료의 양이 수정되도록 리테이닝 링 압력을 수정하는 것이 시도되었다. 통상적으로는, 에지 폴리싱영향 즉 에지영향으로 인하여 웨이퍼의 에지로부터 제거되고 있는 물질이 보다 많아지게 된다. 즉, 웨이퍼 에지부는 과폴리싱된다. 이러한 과폴리싱을 보정하기 위해서, 일반적으로는 리테이닝링압력이 웨이퍼 배면압력보다 약간 높도록 조정되어, 그 영역내의 폴리싱패드가 리테이닝 링에 의하여 다소 압축되었고, 리테이닝 링의 몇 밀리미터내에서 웨이퍼로부터 제거되었다. 하지만, 웨이퍼 의 주변에지부에서의 평탄화압력이 리테이닝 링 압력에 기초하여 간접적으로만 조정되었기 때문에, 상기의 시도조차도 완전히 만족스럽지는 않았다. 일반적으로는, 리테이닝 링 보상효과의 유효거리를 웨이퍼에지로부터 임의의 거리만큼 연장할 수 없다. 또한, 바람직한 결과를 달성하도록 리테이닝 링압력, 에지압력, 또는 전체 뒷면 웨이퍼압력을 독립적으로 조정할 수도 없다. With respect to compensation or compensation for edge polishing effects, adjusting the shape of the retaining ring disposed around the wafer and / or modifying the retaining ring pressure so that the amount of material removed from the wafer near the retaining ring is modified Tried. Typically, edge polishing effects, i.e., edge effects, result in more material being removed from the edges of the wafer. That is, the wafer edge portion is overpolished. To compensate for this overpolishing, the retaining ring pressure is generally adjusted to be slightly higher than the wafer back pressure, so that the polishing pad in the area is somewhat compressed by the retaining ring and the wafer within a few millimeters of the retaining ring. Has been removed. However, even the above attempt was not completely satisfactory since the planarization pressure at the peripheral edge of the wafer was adjusted only indirectly based on the retaining ring pressure. In general, the effective distance of the retaining ring compensation effect cannot be extended by an arbitrary distance from the wafer edge. In addition, the retaining ring pressure, the edge pressure, or the entire backside wafer pressure may not be adjusted independently to achieve the desired results.
곧 시작될 웨이퍼 불균일 퇴적을 조정하도록 재료제거프로파일을 조정하는 것이 바람직한데, 이러한 보상을 제공하기 위한 시도는 거의 행해지지 않았다. It is desirable to adjust the material removal profile to adjust for wafer non-uniform deposition, which will soon begin, and very few attempts have been made to provide such compensation.
그러므로, 웨이퍼 반도체 기판상의 구조층의 불균일한 퇴적을 보상하도록 우수한 평탄화를 제공하고, 에지평탄화영향을 제어하며, 웨이퍼재료제거프로파일을 조정하는 연질받침 CMP헤드의 필요성이 남아 있다. Therefore, there remains a need for soft support CMP heads that provide good planarization, control edge leveling effects, and adjust wafer material removal profiles to compensate for uneven deposition of structural layers on wafer semiconductor substrates.
본 발명은 반도체웨이퍼와 같은 기판 또는 또 다른 작업대상물의 표면을 폴리싱하거나 평탄화하기 위한 폴리싱헤드 및 폴리싱장치, 기계 또는 툴(CMP 툴)을 제공한다. 상기 장치는 회전가능한 폴리싱패드, 및 그 자체가 기판을 수용하여 폴리싱패드에 대하여 기판을 위치시키기 위한 웨이퍼 또는 기판 수용부를 포함하는 웨이퍼 서브캐리어; 및 제1가압부재 및 제2가압부재를 포함하는 웨이퍼가압부재로서, 상기 제1가압부재는 폴리싱패드에 대하여 웨이퍼의 에지부에서 제1부하압력을 가하고, 상기 제2가압부재는 패드에 대하여 웨이퍼의 중앙부에 제2부하압력을 가하며, 상기 제1 및 제2부하압력은 상이한 상기 웨이퍼 가압부재를 포함한다. 이 웨이퍼서브캐리어 및 웨이퍼가압부재는 별도로 사용될 수 있지만, 본 발명의 바람직 한 실시예에서, 폴리싱장치는 웨이퍼 서브캐리어에 외접하는 리테이닝 링; 및 폴리싱패드에 대하여 리테이닝링에서의 제3부하압력을 가하는 리테이닝 링 가압부재를 더욱 포함한다. 상기 제1, 제2 및 제3부하압력은 독립적으로 조정될 수 있다.The present invention provides a polishing head and polishing apparatus, machine or tool (CMP tool) for polishing or planarizing the surface of a substrate or another workpiece such as a semiconductor wafer. The apparatus includes a wafer subcarrier comprising a rotatable polishing pad and a wafer or substrate receptacle that itself receives a substrate to position the substrate relative to the polishing pad; And a first pressurizing member and a second pressurizing member, wherein the first pressurizing member applies a first load pressure at an edge portion of the wafer to a polishing pad, and the second pressurizing member is a wafer against the pad. A second load pressure is applied to a central portion of the second load pressure, and the first and second load pressures include different wafer pressing members. Although the wafer subcarrier and the wafer pressing member may be used separately, in a preferred embodiment of the present invention, the polishing apparatus includes a retaining ring circumscribed to the wafer subcarrier; And a retaining ring press member for applying a third load pressure on the retaining ring to the polishing pad. The first, second and third load pressures can be adjusted independently.
또 다른 실시형태에서, 본 발명은 원형의 디스크형 반도체웨이퍼 또는 다른 기판을 평탄화하는 방법을 제공한다. 상기 방법은, 제1압력으로 폴리싱패드에 대한 웨이퍼를 둘러싸는 리테이닝 링을 가압하는 단계; 제2압력으로 폴리싱패드에 대한 웨이퍼의 제1주변에지부를 가압하는 단계; 및 제3압력으로 폴리싱패드에 대한 주변에지부 안에 있는 웨이퍼의 제2부분을 가압하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 제2압력은 주변에지부와 접촉하는 기계적인 부재를 통하여 제공될 수 있으며; 제2압력은 웨이퍼의 뒷면에 대한 공기압력이다. 공기압력은 탄성멤브레인을 통하여 가해지거나, 웨이퍼 뒷면의 적어도 일부분에 대하여 직접 가압하는 가스에 의하여 가해지는 것이 바람직하다.In yet another embodiment, the present invention provides a method of planarizing a circular disk-shaped semiconductor wafer or other substrate. The method includes pressurizing a retaining ring surrounding the wafer against the polishing pad at a first pressure; Pressing a first peripheral edge portion of the wafer against the polishing pad at a second pressure; And pressing the second portion of the wafer in the peripheral edge portion against the polishing pad at a third pressure. In yet another embodiment, the second pressure can be provided through a mechanical member in contact with the peripheral edge portion; The second pressure is the air pressure on the back side of the wafer. The air pressure is preferably applied through the elastic membrane or by a gas that directly presses against at least a portion of the back surface of the wafer.
또한 또 다른 실시형태에서, 본 발명은, 외측면이 있는 판; 소정 방향으로 판을 추진시키도록 힘을 가하는 제1압력챔버; 판의 주변에지부에 결합된 스페이서; 스페이서를 거쳐 판에 결합되어 스페이서의 두께만큼 판으로부터 분리된 멤브레인; 및 멤브레인과 제3소정방향으로 멤브레인을 추진시키도록 제2힘을 가하는 판의 표면 사이에 형성된 제2압력챔버를 포함하는 CMP 장치용 서브캐리어를 제공한다. In still another embodiment, the present invention provides a plate having an outer surface; A first pressure chamber for applying a force to propel the plate in a predetermined direction; A spacer coupled to the periphery of the plate; A membrane coupled to the plate via the spacer and separated from the plate by the thickness of the spacer; And a second pressure chamber formed between the membrane and a surface of the plate exerting a second force to propel the membrane in a third predetermined direction.
다시 또 다른 실시형태에서, 본 발명은, 하우징; 하우징에 유연하게 결합된 리테이닝 링; 하우징에 대한 제1소정방향으로 리테이닝 링을 추진시키도록 제1힘을 가하는 제1압력챔버; 외측면을 구비하고 하우징에 유연하게 결합된 서브캐리어판; 하우징에 대한 제2소정방향으로 서브캐리어판을 추진시키도록 제2힘을 가하는 제2압력챔버; 서브캐리어판의 일부분에 외접하고 원형의 후퇴부를 형성한 리테이닝 링; 리테이닝 링 원형의 후퇴부내에서 서브캐리어판의 외면의 주변에지부에 결합된 스페이서; 스페이스를 거쳐 서브캐리어판에 결합되고 원형의 후퇴부내에 놓여진, 스페이서의 두께만큼 서브캐리어판의 외면으로부터 분리된 멤브레인; 및 멤브레인과 하우징에 대한 제3소정방향으로 멤브레인을 추진시키도록 제3힘을 가하는 서브캐리어판의 외면 사이에 형성된 제3압력챔버를 포함하는 기판 폴리싱장치용 캐리어를 더욱 제공한다. In yet another embodiment, the present invention provides a kit comprising: a housing; A retaining ring flexibly coupled to the housing; A first pressure chamber applying a first force to propel the retaining ring in a first predetermined direction relative to the housing; A subcarrier plate having an outer surface and flexibly coupled to the housing; A second pressure chamber applying a second force to propel the subcarrier plate in a second predetermined direction relative to the housing; A retaining ring circumscribed to a portion of the subcarrier plate and forming a circular recess; A spacer coupled to a periphery of the outer surface of the subcarrier plate in a recess of the retaining ring circle; A membrane, separated from the outer surface of the subcarrier plate by the thickness of the spacer, coupled to the subcarrier plate via a space and placed in a circular recess; And a third pressure chamber formed between the membrane and an outer surface of the subcarrier plate applying a third force to propel the membrane in a third predetermined direction relative to the housing.
본 발명은 본 발명의 방법에 따라 처리되거나 제작된 반도체웨이퍼와 같은 기판을 포함한다.The present invention includes a substrate, such as a semiconductor wafer, processed or fabricated in accordance with the method of the present invention.
도 1은 예시적인 다중헤드 CMP폴리싱 또는 평탄화기계를 도시한 도면;1 illustrates an exemplary multihead CMP polishing or planarizing machine;
도 2(종래기술)는 종래의 CMP헤드를 도시한 도면;2 (Prior Art) shows a conventional CMP head;
도 3은 밀봉된 압력챔버를 구비한 멤브레인을 갖는 연성받침 CMP헤드의 실시예를 도시한 도면으로서, 도 3a는 압력챔버후퇴부를 갖는 멤브레인받침판을 이용한 실시예; 도 3b는 환형의 코너링을 이용한 실시예; 및 도 3c는 폴리싱힘을 전달하도록 멤브레인의 두껍게 된 주변에지부를 이용한 실시예;3 shows an embodiment of a flexible support CMP head having a membrane with a sealed pressure chamber, FIG. 3A illustrates an embodiment using a membrane support plate having a pressure chamber recess; 3B illustrates an embodiment using annular cornering; And FIG. 3C illustrates an embodiment using a thickened peripheral edge of the membrane to transfer a polishing force.
도 4는 멤브레인 및 오리피스를 구비한 CMP헤드의 실시예를 도시한 도면;4 shows an embodiment of a CMP head with a membrane and an orifice;
도 5는 오리피스를 갖는 멤브레인 및 홈이 파진 받침판을 구비한 CMP헤드의 실시예를 도시한 도면; 5 shows an embodiment of a CMP head with a membrane having an orifice and a grooved backing plate;
도 6은 멤브레인과 오리피스 및 웨이퍼의 표면에 걸쳐 충격흡수기류 (cushioning air flow)를 구비한 CMP헤드의 실시예를 도시한 도면;FIG. 6 shows an embodiment of a CMP head with cushioning air flow over the membrane and the orifice and the surface of the wafer; FIG.
도 7은 이중 밀봉된 압력챔버를 구비한 CMP헤드의 실시예를 도시한 도면으로서, 도 7a는 이중 밀봉된 압력챔버를 갖는 멤브레인을 이용한 CMP헤드의 실시예; 및 도 7b는 CMP헤드의 다른 부분들 없이 리테이닝 링 및 서브캐리어의 부분만을 도시한 실시예;FIG. 7 shows an embodiment of a CMP head with a double sealed pressure chamber, and FIG. 7A is an embodiment of a CMP head with a membrane having a double sealed pressure chamber; And FIG. 7B illustrates an embodiment showing only a portion of the retaining ring and subcarrier without other portions of the CMP head;
도 8은 멤브레인 및 웨이퍼의 일부분에 걸쳐 차동압력을 부가하는 환형 튜브압력링 및 멤브레인밀봉챔버를 구비한 CMP헤드의 실시예를 도시한 도면;FIG. 8 shows an embodiment of a CMP head with an annular tube pressure ring and a membrane sealing chamber that applies differential pressure across a portion of the membrane and wafer;
도 9는 멤브레인 및 웨이퍼의 복수의 영역에 걸쳐 차동압력을 부가하기 위한 복수의 동심의 환형튜브압력링 및 멤브레인밀봉챔버를 구비한 CMP헤드의 실시예를 도시한 도면;9 illustrates an embodiment of a CMP head having a plurality of concentric annular tube pressure rings and a membrane sealing chamber for applying differential pressure across a plurality of regions of the membrane and wafer;
도 10은 멤브레인 및 밀봉된 압력챔버를 갖는 본 발명의 헤드의 바람직한 실시예를 도시한 도면;10 shows a preferred embodiment of the head of the invention with a membrane and a sealed pressure chamber;
도 11은 도 10의 실시예에 사용된 리테이닝 링 서스펜션부재의 실시예를 도시한 도면;FIG. 11 shows an embodiment of a retaining ring suspension member used in the embodiment of FIG. 10;
도 12는 도 10의 실시예에서 사용될 수 있는 토크이송부재의 실시예 및 대안예를 도시한 도면;12 illustrates an embodiment and an alternative example of a torque transfer member that can be used in the embodiment of FIG. 10;
도 13은 조립된 헤드내의 서브캐리어 어셈블리 서스펜션부재의 부착을 예시한 도 10의 CMP헤드의 상세도;FIG. 13 is a detailed view of the CMP head of FIG. 10 illustrating the attachment of a subcarrier assembly suspension member in the assembled head. FIG.
도 14는 서브캐리어 어셈블리 서스펜션부재의 실시예를 도시ㅎ한 도면; 14 illustrates an embodiment of a subcarrier assembly suspension member;
도 15는 웨이퍼 뒷면 멤브레인의 실시예를 도시한 도면;15 illustrates an embodiment of a wafer backside membrane;
도 16은 오리피스를 가진 멤브레인 및 원뿔형 공동을 가진 서브캐리어를 구비한 본 발명의 헤드의 대안적인 바람직한 실시예를 도시한 도면;16 shows an alternative preferred embodiment of the head of the invention with a membrane with an orifice and a subcarrier with a conical cavity;
도 17은 도 16의 실시예와 함께 사용될 수 있는 멤브레인받침판의 실시예를 도시한 도면;FIG. 17 shows an embodiment of a membrane support plate that can be used with the embodiment of FIG. 16;
도 18은 도 17의 멤브레인 받침판의 사시도;18 is a perspective view of the membrane support plate of FIG. 17;
도 19는 내측챔버 및 외측챔버를 구비한 본 발명의 헤드의 실시예를 도시한 도면;19 shows an embodiment of a head of the invention with an inner chamber and an outer chamber;
도 20은 2개의 멤브레인이 중첩되지 않고, 외측멤브레인이 개방 환형링의 형태인 것을 제외하고는 도 19에 도시된 것과 유사한 본 발명의 헤드의 실시예를 도시한 도면;FIG. 20 shows an embodiment of the head of the invention similar to that shown in FIG. 19 except that the two membranes do not overlap and the outer membrane is in the form of an open annular ring;
도 21은 2개의 멤브레인이 중첩되지 않는 것을 제외하고는 도 19에 도시된 것과 유사한 본 발명의 헤드의 실시예를 도시한 도면;FIG. 21 shows an embodiment of a head of the invention similar to that shown in FIG. 19 except that the two membranes do not overlap;
도 22는 외측챔버가 부풀릴 수 있는 내측튜브 또는 블래더를 포함하거나 그것으로 형성된 것을 제외하고는 도 21에 도시된 것과 유사한 본 발명의 헤드의 실시예를 도시한 도면;FIG. 22 illustrates an embodiment of a head of the invention similar to that shown in FIG. 21 except that the outer chamber includes or is formed with an inflatable inner tube or bladder;
도 23은 외측챔버가 외측환형챔버를 포함하는 본 발명의 헤드의 실시예를 도시한 도면;23 shows an embodiment of the head of the invention wherein the outer chamber comprises an outer annular chamber;
도 24는 동시에 또한 실질적으로 독립적으로 5개의 구역을 제어하는 방법 및 구조체를 갖는 본 발명의 헤드의 실시에를 도시한 도면; 24 shows an embodiment of a head of the invention having a method and structure for controlling five zones simultaneously and substantially independently;
도 25는 외측 멤브레인이 개방 환형링 형태로 형성되어 있고, 힘이 가해진 기판의 중앙부의 영역을 변동시키도록 내측 원형멤브레인에 가해진 압력이 변동될 수 있는 이중 멤브레인헤드의 실시예를 도시한 도면;FIG. 25 shows an embodiment of a double membrane head in which the outer membrane is formed in the form of an open annular ring and the pressure applied to the inner circular membrane can be varied to vary the area of the central portion of the substrate to which the force is applied;
도 26은 외측멤브레인은 원형의 멤브레인 형태로 형성되어 있고 내측 멤브레인을 에워싼, 도 25에 도시된 것과 유사한 이중 멤브레인헤드의 실시예를 도시한 도면;FIG. 26 shows an embodiment of a double membrane head similar to that shown in FIG. 25 with the outer membrane formed in the form of a circular membrane and surrounding the inner membrane;
도 27은 힘이 가해진 기판의 에지부의 영역을 변화시키도록 멤브레인에 가해진 압력은 변동될 수 있으며, 폐쇄된 환형링형태의 외측 멤브레인을 구비한 헤드의 실시예를 도시한 도면;FIG. 27 shows an embodiment of a head with an outer membrane in the form of a closed annular ring, in which pressure applied to the membrane can be varied to change the area of the edge portion of the applied substrate;
이제, 본 발명의 구조 및 방법이 도면에 예시된 특정 예시적인 실시예와 관련하여 기술된다. 본 발명의 구조 및 방법은 웨이퍼의 뒷면과 웨이퍼 서브캐리어의 표면 사이에 폴리머 인써트(polymeric insert)를 사용하는 종래의 헤드디자인과 관련된 많은 문제 뿐만 아니라 연성보강(soft-backed) 헤드에 대한 웨이퍼표면에 걸친 압력분배와 관련된 문제들을 제거한다. 상이한 힘 또는 압력들은 폴리싱패드에 대하여 웨이퍼의 앞면에 상이한 부하를 제공하여 상이한 비율로 제거되도록 한다. 유사하게, 리테이닝 링에 가해진 압력은 리테이닝 링에 대한 리테이닝 링접촉면의 하중력(loading force)을 변경시키고 웨이퍼의 에지에서 재료의 제거에 영향을 미친다. 본 발명의 구조 및 방법은 웨이퍼의 뒷면에 인접한 유연성필름 또는 멤브레인을 구비한 인써트로 대체된다. 일 실시예에서, 본 멤브레인은 밀봉된 포위체(enclosure)를 형성하는 한편, 제2실시예에서, 멤브레인은 웨이퍼의 뒷면에 대하여 적어도 부분적으로 압력이 인가되도록 개구부 또는 오리피스를 가진다. 이 뒷면연성표면압력챔버의 사용 또는 대안적으로 본 발명의 헤드의 기타 요소와 함께 웨이퍼뒷면에 대하여 직접 가해지는 압력은 또한 낮은 압력에서의 폴리싱을 허용하여 웨이퍼의 균일성을 증가시킨다. 폐쇄된 챔버의 실시예 및 개방 오리피스 실시예는 본 명세서에 보다 더 상세히 설명된다. The structure and method of the present invention are now described with reference to certain exemplary embodiments illustrated in the drawings. The structure and method of the present invention is directed to the wafer surface for soft-backed heads as well as many of the problems associated with conventional head designs using polymeric inserts between the backside of the wafer and the surface of the wafer subcarrier. Eliminate problems associated with pressure distribution across Different forces or pressures provide different loads on the front side of the wafer against the polishing pad to allow removal at different rates. Similarly, the pressure applied to the retaining ring changes the loading force of the retaining ring contact surface to the retaining ring and affects the removal of material at the edge of the wafer. The structure and method of the present invention is replaced by an insert with a flexible film or membrane adjacent to the backside of the wafer. In one embodiment, the membrane forms a sealed enclosure, while in the second embodiment the membrane has an opening or orifice such that at least partially pressure is applied to the backside of the wafer. The use of this backside soft surface pressure chamber or alternatively the pressure directly applied to the backside of the wafer together with other elements of the head of the present invention also allows polishing at low pressures to increase the uniformity of the wafer. Embodiments of closed chambers and open orifice embodiments are described in more detail herein.
본 발명의 헤드는 웨이퍼의 중심 근처에서 제거된 재료의 양과 비교하여, 웨이퍼의 에지에서 제거된 재료의 양을 개별적으로 제어함에 따라, 에지의 균일성을 제어할 수 있다. 이러한 제어는 실질적으로 3개의 개별적인 독립적인 압력제어: (i)웨이퍼의 중심부에 가해지는 뒷면웨이퍼압력, (ⅱ)웨이퍼의 뒷면의 주변에지에 가해지는 서브캐리어압력, 및 (ⅲ)웨이퍼를 에워싸는 고리모양의 영역에서 폴리싱패드에 직접 가해지는 리테이닝 링의 압력제어를 구비하고 있는 헤드를 제공하여 부분적으로 달성될 수 있다.The head of the present invention can control the uniformity of the edges by individually controlling the amount of material removed at the edge of the wafer compared to the amount of material removed near the center of the wafer. This control consists essentially of three separate independent pressure controls: (i) the back wafer pressure applied to the center of the wafer, (ii) the subcarrier pressure applied to the peripheral edge of the back of the wafer, and (iii) the ring surrounding the wafer. This can be achieved in part by providing a head having pressure control of the retaining ring applied directly to the polishing pad in the region of the shape.
후술될 구조에서, 리테이닝 링은 유연성재료를 거쳐 하우징에 지지되어, 거의 마찰이 없고 구속됨이 없이 구속됨이 없이 수직으로 이동할 수도 있다. 폴리싱 또는 평탄화 작업시에 작은 각도의 변화량을 수용하는 방식으로 리테이닝 링이 폴리싱패드면위에 뜰 수 있도록 인접한 기계구성요소들 사이에 약간의 허용오차가 제공된다. 또한, 서브캐리어는 유연한 재료에 의하여 하우징에 매달려져서, 거의 마찰이 없고 구속됨이 없이 미세한 마찰로 수직으로 이동될 수 있다. 리테이닝 링에 대하여는, 폴리싱 또는 평탄화 작업시에 보다 작은 각도의 변화량을 수용하는 방식 으로 서브캐리어가 폴리싱패드면위에 뜰 수 있도록 인접한 기계요소들 사이에 작은 기계적인 허용오차가 제공된다. 웨이퍼는 모든 웨이퍼 주변에지만을 근접시키는 견고한 연결을 통하여 서브캐리어와 접촉한다. 웨이퍼의 고리모양 주변에지의 내부에 있는 웨이퍼의 중심부는 폴리싱 또는 평탄화 작업시에 유연성필름이나 멤브레인 및 공기 또는 여타의 공압이나 유압의 쿠셔닝볼륨(cushioning volume)을 통해서만 서브캐리어에 접촉한다. 리테이닝 링 및 서브캐리어가 헤드하우징에 매달리는 것 외에 하우징 자체가 평탄화기계의 기타 요소에 부착되거나 매달리기도 한다. 일반적으로, 이러한 부착 또는 매달림은 공압식, 기계식 또는 유압식이동수단에 의하여 제공된다. 예를 들어, 당업계에 잘 알려진 바와 같이, 공압실린더는 이러한 이동을 제공한다. 이러한 부착은 웨이퍼가 폴리싱에 앞서 서브캐리어상에 위치되고 폴리싱의 완료시 서브캐리어로부터 제거될 수 있도록 폴리싱패드의 표면에 대하여 전체적으로 헤드가 수직으로 상하로 이동될 수 있도록 한다. 일반적으로 로봇장치가 이러한 목적으로 이용된다.In the structure to be described later, the retaining ring may be supported by the housing via a flexible material and move vertically with little friction and no restraint. A slight tolerance is provided between adjacent mechanical components so that the retaining ring can float on the polishing pad surface in a manner that accommodates small angle variations during polishing or planarization operations. In addition, the subcarrier is suspended from the housing by a flexible material so that it can be moved vertically with fine friction with little friction and no restraint. For the retaining ring, a small mechanical tolerance is provided between adjacent mechanical elements so that the subcarrier can float on the polishing pad surface in a manner that accommodates a smaller amount of change in the polishing or planarization operation. The wafer is in contact with the subcarrier through a rigid connection that closes only around all wafers. The center of the wafer inside the annular periphery of the wafer contacts the subcarrier only through a flexible film or membrane and air or other pneumatic or hydraulic cushioning volumes during polishing or planarization operations. In addition to the retaining ring and the subcarrier hanging on the head housing, the housing itself may be attached to or suspended from other elements of the flattening machine. Generally, such attachment or suspension is provided by pneumatic, mechanical or hydraulic moving means. For example, as is well known in the art, pneumatic cylinders provide this movement. This attachment allows the head to be moved vertically and vertically relative to the surface of the polishing pad so that the wafer is positioned on the subcarrier prior to polishing and can be removed from the subcarrier upon completion of polishing. Robotic devices are generally used for this purpose.
본 발명의 일 실시예에서, 조정가능한 경질의 물리적인 하향멈춤부(hard physical stop down)가 제공되는 헤드 승강기구(lifting and lowering mechanism)는 폴리싱패드마모 및 리테이닝 링마모를 보상한다. 이것은 리테이닝 링 및 서브캐리어를 이동범위의 중심 또는 그 근처에 유지시켜, 헤드의 동작에 불필요한 기계적 영향을 미칠 가능성을 최소화시키고 공정의 균일성을 증가시키거나 안정화시키기 때문에, 하우징에 대하여 서브캐리어 또는 리테이닝 링의 이동 또는 행정의 어떤 수직 범위을 이용하기 보다는 패드에 대하여 전체적으로 헤드의 위치를 조정함으로 써, 패드마모 및/또는 리테이닝 링마모를 보상하는 것이 바람직하다. 이러한 기계적 영향은 예를 들어, 슬라이딩면의 면적의 증가나 감소 및 이와 관련된 마찰을 포함하며, 예를 들어, 불완전조립 또는 정렬에 의하여 발생되는 기타 기계적영향 뿐만 아니라 하우징과 리테이닝링 사이 또는 하우징과 서브캐리어 사이의 유연성커플링의 특성을 변화시킨다. 본질적으로, (리테이닝 링, 서브캐리어 및 뒷면 멤브레인 등과 같은)헤드내부의 중요한 작동요소가 사전설정된 위치 또는 그 근처에서 작동될 수 있도록 항상 헤드조립체를 위치설정하면, 공정에 영향을 미칠 수 있는 어떠한 2차영향이 감소되기도 한다. In one embodiment of the present invention, a head lifting and lowering mechanism provided with an adjustable hard physical stop down compensates for polishing pad wear and retaining ring wear. This keeps the retaining ring and the subcarrier at or near the center of the range of movement, minimizing the possibility of unnecessary mechanical effects on the operation of the head and increasing or stabilizing the process uniformity, thereby reducing the subcarrier or It is desirable to compensate for pad wear and / or retaining ring wear by adjusting the position of the head as a whole relative to the pad rather than using any vertical range of movement or stroke of the retaining ring. Such mechanical influences include, for example, an increase or decrease in the area of the sliding surface and the friction associated therewith, for example, between the housing and the retaining ring, as well as other mechanical effects caused by incomplete assembly or alignment. The characteristics of the flexible coupling between the subcarriers are changed. In essence, if the head assembly is always positioned so that important actuating elements inside the head (such as retaining rings, subcarriers and back membranes, etc.) can be operated at or near a predetermined location, any Secondary impacts may be reduced.
폴리싱패드에 대한 헤드조립체에 걸쳐 이러한 제어의 수단이 제공되면, 특정 두께의 폴리싱패드를 더 오래 사용할 수 있으며, 초기에 사용수명이 더 길것으로 예상되는 더 두꺼운 폴리싱패드를 사용할 수 있게 된다. 물론, 이러한 상황에서, 사전설정된 개수의 웨이퍼가 폴리싱된 다음, 폴리싱패드의 그 당시의 특성을 토대로 이러한 더 두꺼운 폴리싱패드에 대한 패드의 리컨디셔닝이 필요할 수도 있다.Providing this means of control over the head assembly to the polishing pad allows the use of a polishing pad of a certain thickness longer, and allows use of a thicker polishing pad that is initially expected to have a longer service life. Of course, in such a situation, after a predetermined number of wafers have been polished, reconditioning of the pads to these thicker polishing pads may be necessary based on the properties of the polishing pad at that time.
일반적으로, 수밀리미터의 조정이 폴리싱패드 및 리테이닝 링마모를 수용하는데 충분하다. 예를 들어, 통상적으로 대략 2mm 내지 8mm의 범위에서 헤드위치를 충분히 조정할 수 있다면, 일반적으로 대략 1mm 내지 20mm의 범위에서 상기의 조정으로 충분하다. 이들 조정은 조정너트나 스크루를 통하여 이루어질 수 있으며, 압력의 변화를 이용하는 고압이나 유압식 액추에이터에 의하여, 또는 랙과 피니언기어 조립체에 의하여, 또는 래칫기구에 의하여, 또는 당업계에 공지되어 있는 바와 같은 기타의 기계적수단에 의하여 이루어질 수 있다. 대안적으로, 위치인코더는 헤 드하부정지위치를 검출하도록 이용될 수 있고, 이곳에 도달하면, 클램프 또는 여타의 수단에 의하여 유지된다. 어떤 전자제어가 검출된 정지위치를 유지하도록 이용될 수 있지만, 그들이 반도체웨이퍼 또는 여타의 기판의 정밀한 평탄화를 이룰 수 있는 기계적 위치에서 노이즈 및 지터(jitter)의 영향을 받을 수 있으므로, 이러한 전자제어는 바람직하지 않다. In general, adjustments of several millimeters are sufficient to accommodate polishing pads and retaining ring wear. For example, if the head position can be sufficiently adjusted, typically in the range of approximately 2 mm to 8 mm, the above adjustment is generally sufficient in the range of approximately 1 mm to 20 mm. These adjustments can be made via adjustment nuts or screws, by high pressure or hydraulic actuators using pressure variations, by rack and pinion gear assemblies, by ratchet mechanisms, or other as known in the art. It can be made by the mechanical means of. Alternatively, the position encoder can be used to detect the head bottom stop position and, once reached, is held by a clamp or other means. Any electronic control may be used to maintain the detected stop position, but such electronic control may be affected by noise and jitter at mechanical locations where they can achieve precise planarization of semiconductor wafers or other substrates. Not desirable
본 발명의 CMP헤드구조 및 평탄화방법은 단일 헤드 또는 대안적으로는 예를 들어, 캐러셀(carousel)조립체와 함께 제공될 수도 있는 복수의 헤드를 갖는 CMP기계를 구비하여 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 헤드는 당업계에 잘 알려진 여타의 CMP 및 폴리싱기계와 함께 또는 그 안에서 뿐만 아니라, 궤도운동 폴리싱구성요소, 원운동 폴리싱구성요소, 선형 및 왕복운동 폴리싱구성요소 및 이들 폴리싱운동의 조합을 이용하는 기계를 포함하는 모든 방식의 CMP기계에 이용될 수 있다. The CMP head structure and planarization method of the present invention may be used with a CMP machine having a single head or alternatively a plurality of heads which may, for example, be provided with a carousel assembly. In addition, the head of the present invention may be used in conjunction with or within other CMP and polishing machines well known in the art, as well as orbital polishing components, circular polishing components, linear and reciprocating polishing components and their polishing movements. It can be used in all manner of CMP machines, including machines using combinations.
도 1에는, 헤드장착조립체(104) 및 기판(웨이퍼)캐리어조립체(106)로 이루어지고 복수의 폴리싱헤드조립체(103)를 가지고 있는 캐러셀(102)을 포함하는 화학기계적폴리싱 즉, 평탄화(CMP)툴(101)이 도시되어 있다. 본 명세서에서 "폴리싱"이란 용어는 일반적으로, 반도체웨이퍼 또는 기판을 포함하는 기판(113)(도시되지 않음)의 폴리싱을 의미하는 용어로 사용되며, 기판이 반도체웨이퍼상으로 전자회로요소가 배치된 기판일 때는 기판의 평탄화를 의미하기도 한다. 반도체웨이퍼는 보통 100mm 내지 300mm 사이의 직경을 갖는 일반적으로 얇고 다소 부서지기 쉬운 디스크이다. 최근에는 100mm, 200mm, 300mm의 반도체웨이퍼가 산업에 사용되고 있다. 본 발명의 디자인은 직경이 적어도 300mm까지인 것 뿐만 아니라 더 큰 직경의 반도체 웨이퍼 및 여타의 기판에도 적용가능하며, 중요한 웨이퍼표면 폴리싱비균일성은 반도체웨이퍼의 반경 둘레의 소위 제외부로 국한시킨다. 일반적으로, 이 제외부는 대략 1mm 내지 5mm이지만, 대부분 2mm 내지 3mm 정도이다.1, a chemical mechanical polishing, i.e., planarization (CMP) comprising a
베이스(105)는 헤드조립체(103)가 부착된 캐러셀(102)의 상승 및 하강을 지지하고 허용하는 브리지(107)를 포함하는 여타의 구성요소에 대한 지지체를 제공한다. 헤드장착조립체(104)는 캐러셀(102)에 설치되고, 각각의 폴리싱헤드조립체(103)는 회전을 위하여 헤드장착조립체(104)에 장착되고, 캐러셀은 캐러셀 중심축선(108)을 중심으로 회전하도록 장착되며, 각각의 폴리싱헤드조립체(103)는 캐러셀의 회전축선(108)에 대하여 실질적으로 평행하지만, 분리되어 있는 회전축선(111)을 가진다. CMP툴 즉, CMP기(101)는 또한, 플래튼구동축선(110)을 중심으로 회전하도록 장착된 모터구동플래튼(109)을 포함한다. 플래튼(109)은 폴리싱패드(135)를 유지하고, 플래튼모터(도시되지 않음)에 의하여 회전하도록 구동된다. CMP툴(101)의 이러한 특정 실시예는 각각의 캐러셀(102)에 대하여 복수의 폴리싱헤드(103)을 가지고 있음을 의미하는 다중헤드디자인이지만, 단일헤드 CMP툴이 공지되어 있으며, 본 발명의 CMP헤드 및 폴리싱방법은 다중헤드 또는 단일헤드식 폴리싱장치 어느 것으로도 사용될 수 있다.The
또한, 본 특정 CMP디자인에서, 각각의 복수의 헤드(103)는 체인(도시되지 않음)을 구동시키는 단일헤드모터(도시되지 않음)에 의하여 구동되고, 체인 및 스프로켓기구를 거쳐 각각의 폴리싱헤드(103)를 차례로 구동시키지만, 본 발명은 각각의 헤드(103)가 개별적인 모터 및/또는 체인 및 스프로켓식구동 이외의 것에 의하 여 회전되는 실시예에 사용될 수도 있다. 본 발명의 CMP툴은 또한 헤드 외부의 정치공급원(stationary source)과 헤드내의 위치 사이의 공기, 물, 진공 등등의 가압된 유체와 연통하는 복수의 상이한 가스/유체채널을 제공하는 로터리유니온을 포함한다. 일 실시예에는, 5개의 상이한 가스/유체채널이 로터리유니온에 의하여 제공된다. 챔버가 있는 서브캐리어가 포함되는 본 발명의 실시예에서는, 소정의 가압된 유체를 추가챔버에 제공하도록 추가 로터리유니온포트가 포함된다.In addition, in this particular CMP design, each of the plurality of
동작시, 폴리싱패드(135)가 부착된 폴리싱플래튼(109)이 회전하고, 캐러셀(102)이 회전하며, 각각의 헤드(103)가 그들의 축선을 중심으로 회전한다. 본 발명의 CMP툴의 일 실시예에서, 캐러셀의 회전축선(108)은 플래튼의 회전축선(110)으로부터 대략 1인치정도 오프셋된다. 그러나, 이것은 모든 상황에서 필요하거나 바람직한 것은 아니다. 또 다른 실시예에서, 각각의 구성요소가 회전하는 속도는 기판의 균일한 폴리싱 또는 평탄화를 제공하도록 웨이퍼(113)상의 각 부분이 웨이퍼상의 모든 다른지점들과 동일한 평균속도로 실질적으로 동일한 거리를 이동하도록 선택된다. 폴리싱패드는 일반적으로 다소 압축가능하므로, 패드와 웨이퍼와의 상호작용의 방식 및 속도가 웨이퍼의 에지로부터 제거되는 재료의 양 및 폴리싱된 웨이퍼표면의 균일성의 중요한 결정요인이다. In operation, the polishing
본 발명의 CMP헤드와 헤드의 실시예의 사용에 관련된 CMP방법간의 차이점을 규정하기 위하여, 우선 도 2의 종래의 디자인을 갖는 간소화된 모형헤드에 주목한다.In order to define the difference between the CMP head of the present invention and the CMP method related to the use of embodiments of the head, attention is first drawn to the simplified model head with the conventional design of FIG.
도 2의 실시예에서, 기계적 코일스프링은 헤드의 상이한 부분에 상이한 힘이 적용되는 것을 예시하는데 사용된다. 실제로, 스프링이 본 발명을 이론적으로 시행하는데 사용되었지만, 일반적으로는 공기압의 형태로 공압 또는 유압이 소정의 영역상에 더 균일한 압력을 제공하도록 사용된다. 상기 도면에서 스프링을 사용한 것은 본질적으로 설명을 명확히 제공하고 불필요한 종래의 세부항목을 설명함으로써, 본 발명을 애매하게 하는 것을 피하기 위함이다. In the embodiment of Figure 2, mechanical coil springs are used to illustrate the application of different forces to different parts of the head. Indeed, although springs have been used to theoretically practice the present invention, pneumatic or hydraulic pressure in the form of pneumatic pressure is generally used to provide a more uniform pressure on a given area. The use of springs in this figure is essentially to avoid obscuring the present invention by providing a clear description and explaining unnecessary prior details.
도 2의 종래의 CMP헤드(152)는 하우징최상부(204) 및 하우징, 실제로는 CMP헤드의 잔여부(remainder)를 당업계에 공지된 바와 같이, 모터 또는 여타의 회전운동원에 연결하는 샤프트(206)를 포함한다. 일반적으로 하우징(204)은 폴리싱슬러리로부터 보호 수단을 제공하고, 불필요한 노광 및 마모로부터 내부요소를 보호하며, 예를 들어, 리테이닝 링(214)과 같은 여타의 내부요소에 대한 기계적 가이드로서의 역할을 수행하도록 헤드내의 여타의 구성요소를 둘러싸는 고리형상의 하우징측면부(205)를 포함한다. 요약하여 설명하면, 샤프트(206)가 부착되는 상면(208) 및 리테이닝 링(214)과 서브캐리어(212)가 매달리는 하면(210)을 갖는 평평한 수평 하우징판에 리테이닝 링(214) 및 서브캐리어(212)가 매달려지는 것으로 간주될 수 있다. The
상기 서브캐리어(212)는 서브캐리어의 상면(218)에 고정되어 연결되고, 하면(210)내의 원통형 보어(222)에 의하여 캡처된 구형툴링볼(220)을 향하여 연장하는 샤프트(216)를 거쳐 하우징(204)의 하면(210)에 연결된다. 툴링볼(220)은 하우징(204)을 수직운동에 대하여 보호하도록 보어(222)내에서 수직으로 이동하거나 슬라이딩할 수 있다. 보어(222)는 바인딩없이 툴링볼(220)을 이동시키고 소정의 제 어된 양의 운동을 할 수 있도록, 복수의 툴링볼 및 보어가 자리잡을 때, 하우징(204) 및 폴리싱패드(226)에 대한 서브캐리어의 소정의 각운동 또는 틸트가 발생할 수 있도록 약간 더 큰 것이 바람직하다. 그러나, 임의의 과도한 운동을 하지 않도록 즉, 헤드의 정밀도를 해치는 정도로는 움직이지 않도록 충분히 밀착하여 맞아야 한다. 툴링볼(220)은 샤프트(206)로부터의 회전운동이 서브캐리어(212)를 통하여 평탄화되고 있는 웨이퍼(230)에 전달될 수 있도록 하우징과 서브캐리어(212) 사이에 토크전달연결부를 제공한다. 본 발명을 애매하게 만들 수 있는 불필요한 복잡성을 피하기 위하여, 도면에는 도시되지 않았지만, 하우징을 연결하는데 리테이닝 링 툴링볼이 유사하게 사용될 수도 있다.The
1이상의 스프링(232)은 하우징의 하면(210)과 리테이닝 링(214)의 상면(234) 사이에 배치되고, 최상 하우징(204)으로부터 리테이닝 링(214)을 분리하도록 작용한다. 폴리싱 또는 평탄화 작업시에는 하우징의 운동이 구속되므로, 순효과는 폴리싱패드(226)의 상면에 대하여 리테이닝 링(214)을 아래쪽으로 가압하는 것이다. 본 특정 실시예에서는, 스프링(232)의 종류 및 스프링(232)의 개수가 소정의 리테이닝 링 힘(FRR) 또는 리테이닝 압력(PRR)을 제공하도록 조정될 수 있다. 그러나, 폴리싱패드(226)에 대하여 리테이닝 링을 추진시키는데 공압이 사용되면, 리테이닝 링상에 아래쪽으로 가해지는 공압은 폴리싱패드(226)에 대하여 리테이닝 링(214)의 하향력(downward force)을 달성하도록 조정될 것이다. One or
유사한 방식으로, 1이상의 서브캐리어 스프링(238)이 하우징의 하면(210)과 서브캐리어(212)의 상면(218) 사이에 배치되고, 하우징으로부터 서브캐리어를 분리 시키고, 서브캐리어를 폴리싱패드쪽으로 추진시키도록 작용한다. 하우징(208)의 운동은 폴리싱작업시에 구속되어 있고, 순효과는 폴리싱패드(226)의 상면을 향하여 서브캐리어(212)를 아래쪽으로 가압하는 것이다. 보통, 헤드(152)를 폴리싱패드(226)에 대하여 이동 및 위치시키기 위하여 별도의 공압실린더가 사용된다. 이 운동은 예를 들어, 웨이퍼 또는 여타의 기판이 평탄화를 위하여 로드된 후, 헤드를 폴리싱패드에 근접하게 더 낮게 위치시키고, 평탄화가 완료된 후에 헤드를 상기 패드(226)로부터 멀리 상승시키는데 사용된다. 합당한 반복성을 보장하고 헤드 또는 웨이퍼에 물리적인 손상을 주지 않도록 운동의 하부한계에 대한 기준으로서 기계적 중단이 제공되는 것이 유리하다.In a similar manner, one or more subcarrier springs 238 are disposed between the
이러한 종래의 구성에서, 서브캐리어의 하면은 직접적으로 또는 광학 폴리머 인써트(160)를 통하여 반도체웨이퍼(230)의 뒷면(244)에 장착된다.In this conventional configuration, the bottom surface of the subcarrier is mounted to the
도 2의 종래의 CMP헤드는 폴리싱패드(226)에 대한 리테이닝 링(214)의 리테이닝압력(PRR) 및 적어도 이론적으로 웨이퍼(230)의 전면과 폴리싱패드의 표면 사이에 균일한 단일서브캐리어압력(PSC)을 제공하는 것을 이해할 수 있다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 웨이퍼는 회전헤드 및 회전패드와 관련된 역학, 국부적인 패드압축, 폴리싱 슬러리 분포 및 다양한 여타의 팩터로 인하여 실제로 그 전체 표면에 걸쳐 균일한 압력을 받을 수 없을 것이다. 당업자들은 또한 본 명세서에 제공된 설명의 관점에서 볼 때, 균일한 평탄화 압력이 균일한 평탄화 결과를 산출하지 않을 수도 있으며, 소정의 제어된 평탄화 압력변동은 바람직할 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 이러한 제어는 도 2의 CMP헤드 또는 평탄화방법으로 달성 될 수 없다.The conventional CMP head of FIG. 2 has a single subcarrier uniform between the retaining pressure (PRR) of the retaining
본 발명은 몇몇 CMP헤드의 실시예 및 본 발명의 헤드 등등에 사용하기 적합한 새로운 폴리싱 및 평탄화 방법을 제공한다. 각 실시예들은 폴리싱패드에 대하여 리테이닝 링의 하향력을 개별적으로 조정할 뿐만 아니라, 반도체웨이퍼의 적어도 2개의 영역에 걸친 평탄화압력을 제어가능하게 변경시키기 위한 구조를 제공한다. 리테이닝 링 압력의 제어는 이것이 웨이퍼의 주변에지에서 웨이퍼 및 폴리싱패드의 상호작용에 영향을 미침에 따라, 웨이퍼평탄화 에지특성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 리테이닝 링압력의 영향은 웨이퍼내의 한정된 거리에 대하여만 확대될 수 있으므로, 이러한 영향은 간접적이다. The present invention provides several embodiments of CMP heads and novel polishing and planarization methods suitable for use with the heads of the present invention and the like. Each embodiment provides a structure for individually adjusting the downward force of the retaining ring relative to the polishing pad, as well as controllably changing the planarization pressure across at least two regions of the semiconductor wafer. Control of the retaining ring pressure is known to affect wafer leveling edge characteristics as it affects the interaction of the wafer and the polishing pad at the edges of the wafer. Since the influence of the retaining ring pressure can only be extended for a limited distance within the wafer, this effect is indirect.
도 3은 멤브레인 및 서브캐리어와 멤브레인 사이에 형성된 밀봉된 압력챔버를 각각 갖는 본 발명의 헤드와 관련된 3개의 실시예를 예시한다. 도 3a는 실질적으로 고형멤브레인받침판(26)을 구비한 실시예를 예시하고, 도 3b는 외주면에만 고리형상 코너링(260)에 의하여 서브캐리어판(212)으로부터 멤브레인(250)으로 서브캐리어력을 전달하는 멤브레인받침판(261)이 없는 실시예를 예시한다. 도 3c는 도 3b의 실시예와 유사하지만, 고리모양의 코너링(260)이 제거되고 서브캐리어력을 전달하는 멤브레인(250)의 두꺼운 부분(263)으로 대체되었다. 일부 실시예에서는, 멤브레인이 합성재료로 형성될 수도 있으며, 코너링(260) 또는 여타의 구조체가 멤브레인의 에지부내에 일체로 형성될 수도 있음을 유의하여야 한다. Figure 3 illustrates three embodiments associated with the head of the present invention each having a membrane and a sealed pressure chamber formed between the subcarrier and the membrane. FIG. 3A illustrates an embodiment with a substantially solid membrane support plate 26, and FIG. 3B transfers the subcarrier force from the
이제, 도 3a의 본 발명에 따른 CMP헤드의 실시예의 구조가 더 상세히 설명된다. 기계적 코일스프링(232, 238)은 헤드(202)의 상이한 부분에 상이한 힘을 인가 하는 것을 예시하기 위하여 사용된다. 실제로, 스프링이 본 발명을 이론적으로 시행하는데 사용되었지만, 공기압력의 형태인 공압 또는 유압은, 이러한 압력이 소정의 영역에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있고, 시간에 걸쳐 변화하지 않고 대부분 기계적 스프링을 요구하는 빈번한 유지보수조정을 필요로 하지 않는 압력이 모니터될 수 있으므로, 일반적으로 더 좋은 평탄화결과를 제공하는 것으로 기대될 수 있다. 본 도면에서 스프링을 사용한 것은 주로 설명을 명확히 제공하고 본 발명과 관련이 없는 종래의 구조에 대한 소요를 피하기 위함이다. The structure of an embodiment of a CMP head according to the present invention of FIG. 3A is now described in more detail. Mechanical coil springs 232 and 238 are used to illustrate the application of different forces to different portions of the
도 3의 본 발명의 헤드(202)는 당업계에 잘 알려진 바와 같이, 하우징최상부(204) 및 하우징 즉, 헤드의 잔여부를 모터 또는 여타의 회전운동원에 연결하는 샤프트(206)를 포함한다. 일반적으로 하우징(204)은 폴리싱 슬러리로부터 보호 수단을 제공하고, 불필요한 노출 및 마모로부터 내부요소를 보호하며, 여타의 내부요소에 대한 기계적 가이드로서의 역할을 수행하도록 헤드내의 여타의 구성요소를 둘러싸는 하우징측면부 즉, 스커트(205)를 포함한다. 리테이닝 링(214) 및 서브캐리어(212)는 일반적으로 샤프트(206)가 부착되는 상면(208) 및 리테이닝 링(214)과 서브캐리어(212)가 매달리는 하면(210)을 갖는 하우징을 형성하는 수평판에 매달린다.The
상기 서브캐리어(212)는 서브캐리어(212)의 상면(218)에 고정되어 연결되고, 하우징최상부(204)의 하면(210)내의 원통형 보어(222)에 의하여 캡처된 구형툴링볼(220)을 향하여 연장하는 샤프트(216)를 거쳐 하우징(204)의 하면(210)에 연결된다. 툴링볼(220)은 하우징(204)에 상대 수직운동(패드에 대한 상승 및 하 강운동)을 제공하도록 보어(222)내에서 수직으로 이동하거나 슬라이딩할 수 있다. 보어(222)는 바인딩없이 툴링볼(220)을 이동시키고 약간의 제어된 양의 운동을 할 수 있도록, 복수의 툴링볼 및 보어(예를 들어, 3세트)가 자리잡을 때, 하우징(204) 및 폴리싱패드(226)에 대한 서브캐리어의 소정의 각운동 또는 틸트가 발생될 수 있도록 기계적인 공차를 가지는 것이 바람직하다. 툴링볼(220)은 샤프트(206)로부터의 회전운동이 서브캐리어(212)를 통하여 평탄화되는 웨이퍼(230)에 전달될 수 있도록 하우징(204)과 서브캐리어(212) 사이에 토크전달연결부를 제공한다. 본 발명을 애매하게 만들 수 있는 불필요한 복잡성을 피하기 위하여, 도면에는 도시되지 않았지만, 이와 유사하게 리테이닝 링은 서브캐리어에 대하여 기술된 바와 동일한 방식으로 툴링볼을 사용하여 하우징에 연결될 수도 있다. 종래에 잘 알려져 있는 기타 형태의 토크 또는 회전운동결합구조체 및 방법이 사용될 수도 있다. The
1이상의 스프링(232)은 하우징의 하면(210)과 리테이닝 링(214)의 상면(234) 사이에 배치되고, 하우징으로부터 리테이닝 링을 분리시키고 패드(226)에 대하여 리테이닝 링을 추진시키도록 작용한다. 폴리싱 또는 평탄화 작업시에는 하우징의 운동이 구속되므로, 순효과는 폴리싱패드(226)의 상면에 대하여 리테이닝 링(214)을 아래쪽으로 가압하는 것이다. 본 특정 실시예에서는, 스프링(232)의 종류 및/또는 스프링의 개수가 소정의 리테이닝 링 힘(FRR) 또는 리테이닝압력(PRR)을 제공하도록 조정될 수 있다. 그러나, 공압을 이용하는 바람직한 실시예에서, 리테이닝 링상에서 (직접 또는 간접적으로)아래쪽으로 가해지는 공압은 폴리싱패드(226)에 대하여 리테이닝 링(214)의 하향력을 달성하도록 조정될 것이다.
One or
유사한 방식으로, 1이상의 서브캐리어 스프링(238)이 하우징의 하면(210)과 서브캐리어(212)의 상면(218) 사이에 배치되고, 하우징 최상부(204)로부터 서브캐리어를 분리시키도록 작용한다. 하우징(208)의 운동은 폴리싱작업시에 구속되며, 순효과는 폴리싱패드(226)의 상면을 향하여 서브캐리어(212)를 아래쪽으로 가압하는 것이다. 폴리싱패드(226)를 직접 가압하는 하면(240)을 갖는 리테이닝 링(214)과 달리, 본 발명의 서브캐리어는 폴리싱패드와 직접 접촉하지 않고, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 웨이퍼(230)의 뒷면웨이퍼표면(244)과도 직접 접촉하지 않는다. 오히려, 대부분은 멤브레인, 다이어프램 또는 여타의 유연한 탄성재를 통하여 접촉이 이루어지고, 여타의 실시예에서는, 가압된 공기 또는 가스의 층을 통하여 부분적으로 또는 전체적으로 접촉이 이루어진다.In a similar manner, one or more subcarrier springs 238 are disposed between the
본 발명의 구조에서, 서브캐리어(212)는 주로 유연한 필름, 다이어프램 또는 멤브레인(250)의 부착을 위한 안정된 플랫폼을 제공하는 역할을 한다. 일 실시예에서(도 3b 및 도 3c 참조), 챔버(251)는 서브캐리어(218)의 하면(252)과 멤브레인(250)의 내면이나 상면(254) 사이에 형성된다. 멤브레인(250)의 반대면 또는 외면(256)은 반도체웨이퍼(230)의 뒷면(244)과 접촉한다. 또 다른 실시예에서는(도 3a 참조), 멤브레인받침판(261)의 하면과 멤브레인(250)의 내면(254) 사이에 챔버(251)가 형성된다. 힘(FBS) 또는 압력(PBS)으로 가압된 공기 또는 가스의 소스 및 진공은 헤드표면에서 또는 로터리유니온을 통하여 피팅(267)에 결합되고, 파이프, 튜브 또는 여타의 도관에 의하여 챔버(251)에 결합된다.In the structure of the present invention, the
도 4의 대안적인 실시예에서, 멤브레인은 웨이퍼뒷면(244)에 걸쳐 단지 부분 적으로 덮거나 연장하고, 오리피스(265) 또는 여타의 개구부가 멤브레인(250)에 제공된다. 이러한 대안적인 실시예에서는, 헤드자체의 구조에 의하여 챔버가 형성되지 않고 오히려, 웨이퍼(230) 또는 여타의 기판이 폴리싱을 위하여 (척킹된)헤드상으로 로드될 때에만 웨이퍼뒷면(244)에 배면압력(PBS)이 형성된다.In the alternative embodiment of FIG. 4, the membrane only partially covers or extends over the
도 6의 또 다른 대안적인 실시예에서, 웨이퍼의 뒷면으로 흐르는 다량의 공기(280) 또는 여타의 가스는 오리피스를 통하여 조정되어, 웨이퍼가 공기의 쿠션(280)상에 뜨도록 멤브레인(250)과 웨이퍼뒷면 사이에서 공기가 누출한다. In yet another alternative embodiment of FIG. 6, a large amount of
도 3의 실시예를 참조하면, 본 발명의 구조는 멤브레인의 외면(256)의 상이한 부분을 웨이퍼뒷면(244)상에서 에지부(282)에 대하여 중심부(281)에서의 상이한 압력으로 가압하도록 한다(도 3a 참조). 도 3b에 예시된 본 발명의 실시예에서, 고리모양 또는 링모양의 에지 또는 코너피스(coner piece)(260)는 웨이퍼의 주변에지(262)에 또는 그 근처에 배치된다. 웨이퍼접촉면적에 실질적으로 연속한 멤브레인을 제공하도록 멤브레인(250)의 부분이 코너피스(260)에 걸쳐 연장된다고 하더라도, 서브캐리어 힘(FSC) 또는 서브캐리어압력(PSC)의 적어도 일부 성분을 웨이퍼뒷면(256)에 전달하도록 코너피스(260)가 다소 단단한 재료로 형성된다. 예를 들어, 코너피스(260)는 금속, 경질의 폴리머재료 등등의 비압축성 또는 실질적으로 비압축성인 재료나 소프트플라스틱, 고무, 실리콘 등등의 압축성 또는 탄성재료로 만들어질 수도 있다. 코너피스(260)는 대안적으로 공기, 가스, 유체, 겔 또는 기타재료를 포함하는 관상 블래더의 형태일 수 있으며, 일정한 부피 및 압력을 가지거나 또는 견고성, 압축성 등등의 특성이 특정 평탄화과정을 적절하게 수행하도록 조 정될 수 있도록 공기, 가스, 유체, 겔 또는 기타 재료의 부피 및/또는 압력을 변화시키기 위한 기구에 결합될 수도 있다. 전반적으로 코너피스(260)의 특성은 얼마나 많은 서브캐리어 힘(FSC)이 웨이퍼(230)의 뒷면(244)에 전달되는지를 결정한다. 이러한 코너피스(260)의 목적은 재료제거 및 에지영향이 조절될 수 있도록 웨이퍼의 잔여부상에 가해지는 폴리싱압력과 별도로 웨이퍼(230)의 주변에지(262)에서의 폴리싱압력을 조정하는 수단을 제공하는 것이다. Referring to the embodiment of FIG. 3, the structure of the present invention forces different portions of the
실질적으로 비압축성재료가 코너피스(260)에 사용된다면, 사실상 멤브레인(250)의 부분에는 코너피스와 웨이퍼의 내부 사이의 경계에서 발생할 수 있는 임의의 에지전이를 최소화하는데 유리한 소정의 압축성 및 탄성이 제공될 수 있음을 유의하여야 한다. 소정의 견고성 및 탄성을 제공하기 위하여 멤브레인(250)의 두께가 선택될 수도 있다. 심지어는 상이한 공정들이 상이한 특성들로부터 얻어질 수 있다. 도 3b의 실시예에 예시된 코너피스(260)는 직사각형 단면을 갖는 것으로 도시되었지만, 표면윤곽 및 압력의 평활한 전이를 제공하기 위하여, 대안적으로는 그 단면이 테이퍼지거나 둥글게 될 수도 있다.If a substantially incompressible material is used for the
도 3a의 실시예에서, 멤브레인받침판(261)은 웨이퍼(230)의 주변에지(283)에서 고리모양의 코너피스의 기능적인 특성을 제공하고, 또한 진공력에 의하여 헤드(202)에 유지될 때, 웨이퍼용 추가 지지체를 제공한다. 멤브레인받침판(261)은 홀딩 또는 척킹작업시 웨이퍼에 일어날 수 있는 보잉(bowing)의 양을 제한하고, 웨이퍼앞면(245)상에 형성된 트레이스(trace) 및 여타의 구조체내에 크랙(crack)이 형성되는 것을 막는다.
In the embodiment of FIG. 3A, the
멤브레인받침판의 하면(261)(도 3a 참조) 또는 서브캐리어하면(264)(도 3b 및 도 3c 참조)과 멤브레인상면(254) 사이에 개재된 공압(예를 들어, 공기압력)은 멤브레인(250)을 통하여 웨이퍼뒷면(244)상으로 하향력을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서, 웨이퍼뒷면하향력(FBS)은 피팅(267)을 거쳐 보어, 오리피스, 튜브, 도관, 파이프 또는 여타의 연통채널(272)을 통하여 공동(251)에 전달되는 공압 및/또는 외부원에 대한 로터리유니온에 의하여 생성된다. 이러한 배면압력은 도 3b의 실시예의 고리모양 코너피스(260) 내부 및 도 3c의 실시예의 두꺼운 멤브레인부분(263)의 내부의 웨이퍼의 표면에 걸쳐 균일하게 분포되고, 멤브레인받침판을 갖는 도 3a의 실시예에서의 하부멤브레인받침판(261)의 후퇴부(279)와 멤브레인상면(254) 사이에 형성된 공동(251)에서 웨이퍼표면에 걸쳐 균일하게 분포된다.The air pressure (eg, air pressure) interposed between the lower surface 261 (see FIG. 3A) or the subcarrier lower surface 264 (see FIGS. 3B and 3C) and the upper surface of the
코너링피스(260) 또는 멤브레인받침판의 주변에지부에 걸쳐 그리고 그것들에 접촉하여 뻗어진 멤브레인(250)의 고리형상부(285)와 서브캐리어하면(252) 사이의 효과적인 기계적 결합의 결과로, 웨이퍼(230)는 그 주변에지부(283) 부근의 서브캐리어압력(PSC)과 관련된 압력을 받게 됨을 이해할 것이다. 멤브레인받침판(261)은 그것의 하면에 형성된 오목한 후퇴부(279)로 인하여 그 중심의 내부영역에서 서브캐리어로부터 기계적 힘이 전달되지 않음을 유의하여야 한다. 웨이퍼(230)는 웨이퍼의 중심에서 에지를 향하여 연장하는 배면압력(PBS)과 관련된 압력을 받는다. 코너피스(260)의 내부반경에 인접한 영역 및 멤브레인받침판(261)의 오목한 원형후퇴부의 에지에서는, 통상적으로 두 압력(PSC 및 PBS)간의 소정의 전이가 일어난다.
As a result of the effective mechanical coupling between the
일반적으로, 웨이퍼 주변에지 폴리싱압력은 웨이퍼뒷면중심의 폴리싱압력보다 크거나, 작거나 같도록 조정될 수 있다. 또한, 리테이닝 링 압력(PRR)도 웨이퍼중심의 폴리싱압력 또는 주변에지의 폴리싱압력보다 크거나, 작거나 같아질 수 있다. 본 발명의 하나의 특정 실시예에서, 리테이닝 링 압력은 일반적으로 대략 5psi 내지 6psi 사이의 범위에 있지만, 대략 5.5psi가 더 일반적이고, 서브캐리어압력은 일반적으로 대략 3psi와 대략 4psi 사이의 범위에 있지만, 댜략 3.5psi가 더 일반적이며, 웨이퍼배면압력은 일반적으로 4.5psi 내지 5.5psi 사이의 범위에 있지만, 대략 5psi인 것이 더 일반적이다. 그러나, 대략 2psi 내지 대략 8psi 사이의 범위에 걸친 소정의 폴리싱 또는 평탄화효과를 얻기 위하여 압력이 조정될 수도 있으므로, 이들 범위는 예시적인 것에 불과하다. 본 발명의 일부 실시예에서, 리테이닝 링 조립체의 중량 및 서브캐리어 조립체의 중량과 같은 기계적 요소의 물리적 중량은 유효압력을 제공할 수도 있다. In general, the polishing pressure around the wafer can be adjusted to be greater than, less than or equal to the polishing pressure at the backside of the wafer. The retaining ring pressure PRR may also be greater than, less than or equal to the polishing pressure at the wafer center or the polishing pressure at the peripheral edge. In one particular embodiment of the present invention, the retaining ring pressure is generally in the range between about 5 psi and 6 psi, but about 5.5 psi is more common and the subcarrier pressure is generally in the range between about 3 psi and about 4 psi. However, approximately 3.5 psi is more common, and wafer back pressure is generally in the range between 4.5 psi and 5.5 psi, but more typically around 5 psi. However, these ranges are exemplary only, as pressures may be adjusted to achieve a desired polishing or planarization effect over a range between approximately 2 psi and approximately 8 psi. In some embodiments of the invention, the physical weight of the mechanical elements, such as the weight of the retaining ring assembly and the weight of the subcarrier assembly, may provide an effective pressure.
대안적인 실시예의 구조는 도 3c에 예시된다. 본 대안적인 실시예에서는, 코너피스(260)가 제거되고 코너링 또는 코너피스로서 효과적으로 작용하는 멤브레인(250)의 두꺼운 부분으로 대체된다. 멤브레인의 재료특성 및 상기 두꺼운 부분의 두께(t) 및 너비(w)는 대체로 어떤 부분의 서브캐리어 힘이 웨이퍼뒷면의 어떤 부분에 걸쳐 분포될 것인지를 결정한다. 또한, 일반적으로 두꺼운 멤브레인 벽의 직사각형 단면도가 도 3c의 실시예에서 예시되지만, 서브캐리어 힘의 소정의 크기 및 분포를 제공하도록 두꺼운 부분의 여타의 단면형상 또는 프로파일이 유리하게 선택될 수도 있다. 상기 형상을 적절하게 선택하면, 소정의 재료제거특성을 얻기 위하여 주변에지로부터 불균일하게 즉, 반경거리의 함수에 따라 힘이 분포될 수 있다. 비용 또는 여타의 고려사항에 의하여 정당화되는 경우에는, 두꺼운 벽을 통하여 상이한 힘전달특성을 얻기 위하여, (특히, 두꺼운 벽(263)의 영역의)중심으로부터의 반경거리의 함수에 따라 멤브레인의 재료특성이 변화될 수도 있다.The structure of an alternative embodiment is illustrated in FIG. 3C. In this alternative embodiment, the
(이후에 설명될 각각의 다른 실시예에서 뿐만 아니라)도 3의 실시예에서, 서브캐리어 힘이 웨이퍼에 직접 또는 실질적으로 직접 전달되는 웨이퍼(230)의 영역은 꽤 넓은 범위에 걸쳐 조정될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인받침판 재료 및/또는 멤브레인받침판후퇴부(279)(도 3a), 코너부(도 3b) 또는 두꺼운 멤브레인 벽부분의 위치는 주변에지(262)로부터 일반적으로 대략 1mm 내지 대략 30mm 사이에서, 더 일반적으로는 대략 2mm 내지 대략 15mm 사이에서, 더욱 더 일반적으로는 대략 2mm 내지 대략 10mm 사이에서 연장한다. 그러나, 일반적으로, 후퇴부, 코너부 또는 두꺼운 멤브레인 벽부분의 너비 및 크기는 물리적인 거리에 대한 어떤 절대적인 한계 보다는 오히려 소정의 결과물에 의하여 결정된다. 이들 치수는 공정파라미터의 설정 및 테스트시에 실험적으로 결정되는 것이 바람직할 것이다. 200mm 웨이퍼 CMP기계의 일 실시예에서는, 후퇴부가 대략 198mm의 직경을 갖는 한편, 또 다른 실시예에서는 후퇴부가 대략 180mm의 직경을 가진다. 일반적으로, 소요 치수는 특별하게 가공 및/또는 처리되고, 기계의 개발과 디자인 및 CMP공정의 조율시에 실험적으로 결정된다. In the embodiment of FIG. 3 (as well as in each of the other embodiments described below), the area of the
끝으로, 스프링은 힘생성요소 즉, 리테이닝 링 힘(FRR) 및 서브캐리어 힘(FSC)을 생성하기 위한 수단으로 예시되었지만, 일반적으로 스프링은 여러가지 이유들로 사용될 수 없음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 매칭스프링특성을 제공하면, 다수의 스프링은 실제 관점에서, 특히 초기 제조후, 몇개월 또는 몇년 후에 교체가 필요한 경우에 문제시될 수 있다. 또한, 스프링의 구조는 부득이 운동의 독립성에 지장이 있도록, 하우징, 리테이닝 링 및 서브캐리어에 물리적으로 결합될 것이다. 오히려, 리테이닝 링, 서브캐리어 및 멤브레인을 구동시키는 공압 또는 유압의 힘 또는 압력이 전개되도록, 공기 또는 유체기밀챔버나 공압식 또는 유압식 실린더가 제공된다. 압력챔버가 이용되고 부재들간의 물리적인 결합이 감소되는 방식은, 도 10, 도 16 및 이들 실시예에 관련된 여타의 도면의 본 발명의 바람직한 실시예의 설명에서 언급된다. Finally, although the spring is illustrated as a means for generating the force generating elements, namely retaining ring force FRR and subcarrier force FSC, it should be understood that the spring generally cannot be used for various reasons. For example, by providing matching spring characteristics, many springs can be problematic in practical terms, especially where replacement is needed after months or years after initial manufacture. In addition, the structure of the spring will be physically coupled to the housing, retaining ring and subcarrier, inevitably impairing the independence of motion. Rather, an air or fluid tight chamber or pneumatic or hydraulic cylinder is provided so that the force or pressure of the pneumatic or hydraulic pressure that drives the retaining ring, subcarrier and membrane is developed. The manner in which the pressure chamber is used and the physical coupling between the members is reduced is referred to in the description of the preferred embodiment of the invention in FIGS. 10, 16 and other figures related to these embodiments.
이제, 개별적인 리테이닝 링 폴리싱 힘, 웨이퍼에지 폴리싱 힘 및 웨이퍼중심 폴리싱 힘을 제공하는 몇몇 여타의 대안적인 실시예가 설명된다. 도 4 내지 도 9에 예시된 본 발명의 실시예의 일반적인 구조는 도 3의 실시예의 구조와 유사하므로, 주요한 차이점만 이하에 설명된다.Several alternative embodiments are now described that provide separate retaining ring polishing forces, waferedge polishing forces, and wafer-centric polishing forces. Since the general structure of the embodiment of the invention illustrated in FIGS. 4 to 9 is similar to that of the embodiment of FIG. 3, only the main differences are described below.
도 4의 실시예에서, 멤브레인(250)은 적어도 하나의 개구부 또는 오리피스(265)를 포함하고, 헤드 자체의 구조에 의해서는 폐쇄된 챔버가 형성되지 않는다. 오히려, 웨이퍼가 헤드에 처킹(장착)되고, 웨이퍼 뒤의 오리피스(265)를 통하여 공압이 도입된 후, 웨이퍼를 폴리싱패드에 대하여 추진시키기 위하여 단지 웨이퍼 배면압력이 생성된다. 멤브레인받침판(261)을 구비한 실시예가 예시되었지만, 이러한 실시예들은 대안적으로 도 3b 및 도 3c와 관련되어 이미 기술된 코너피스(260) 또는 두꺼운 멤브레인 에지부(263)를 구비하여 시행될 수 있다. 멤브레인 받침판이 사용되면, 멤브레인받침판은 웨이퍼를 장착하고 유지하기 위하여 진공이 가해질 때, 라인(272)으로 흡입되거나 잡아 당겨질 수 있는 어떠한 폴리싱 슬러리 또는 잔재(debris)를 수집하는 저장소(reservoir)(291)를 선택적이지만 유리하게 포함한다. 이 저장소(291)는 이러한 축적물이 라인을 막는 것을 방지한다. 그 이상의 이익은 저장소에 대하여 아래쪽으로 경사진 측면(292) 및 선택적으로 저장소의 가장 큰 크기보다 더 작은 저장소의 개구부(293)를 제공하여 실현된다. 이러한 특징은 비교적 큰 저장소의 용량을 허용하는 동시에, 웨이퍼뒷면지지를 최대로 유지하고 액체 또는 슬러리가 라인밖으로 배출되는 것을 돕는다. In the embodiment of FIG. 4, the
도 5의 실시예에서, 멤브레인받침판(261)의 외향면은 웨이퍼의 상이한 부분에 진공을 전달하고 적절한 웨이퍼의 위치설정에 대한 테스트 또는 감지를 돕기 위하여 표면상에 가공되거나 아니면 형성된 그루브(294)를 가진다. 상승된 부분(295)은 웨이퍼를 지지하도록 유지되고 과도한 보잉을 막는다. 오리피스로 인하여, 웨이퍼의 진공장착 및 유지가 손상될 수 있으므로, 이러한 수정이 이루어지는 것이 바람직하다. 일 실시예에는, 반경 및 주위 그루브(294)의 조합이 제공된다. 웨이퍼존재감지홀(296)은 웨이퍼가 적절하게 헤드상에 장착되었는지를 결정하도록 선택적으로 제공된다. 웨이퍼의 뒤에 진공압력이 형성되면, 웨이퍼가 적절하게 장착되지만, 진공이 형성되지 않으면, 웨이퍼가 존재하지 않거나 또는 웨이퍼가 적절하게 장착되지 않는다. 이러한 그루브 멤브레인받침판의 상세 사항은 도 17 및 도 18에 예시된 특정 멤브레인받침판의 상세 사항을 가지고, 도 16의 실시예에 대하여 더 상세히 기술된다.
In the embodiment of FIG. 5, the outward side of the
도 6의 실시예는 또한 적어도 하나의 개구부 또는 오리피스(265)를 갖는 멤브레인(250)을 이용하고, 웨이퍼 전면으로부터 소정의 재료를 제거하기 위하여 압력을 제어하는것 외에도, 웨이퍼뒷면(244)과 멤브레인외면(256) 사이에 공기(또는 가스)의 층을 유지하기 위하여, 공기 또는 여타의 가스의 흐름이 조절된다. 본 실시예에서, 웨이퍼는 공기의 층위에 뜨게 된다. 도면에는 단일 오리피스만이 예시되었지만, 복수 또는 다수의 오리피스가 사용될 수도 있다. 과도한 공기(280)는 웨이퍼에지에서 웨이퍼와 멤브레인 사이로 빠져나간다. 공기를 수집하고 복귀시키는 추가 도관이 리테이닝 링계면에 제공될 수도 있다. 화살표는 웨이퍼의 뒷면에 걸쳐 웨이퍼의 주변에지를 빠져나가는 공기의 흐름을 나타낸다.The embodiment of FIG. 6 also utilizes a
도 7의 실시예는 도 3의 실시예의 변형이며, 웨이퍼뒷면에 대하여 복수의 압력챔버(본 예시에서는 힘(FBS1, FBS2) 및 이에 대응하는 압력을 미치는 2개의 압력챔버)를 제공한다. 도 7a의 실시예에서는, 유사한 제2받침판(261-2) 및 제1멤브레인(250-1)의 내부에 결합된 제2멤브레인(250-2)을 제공하여, 도 3a의 실시예가 수정된다. 에지 및 리테이닝 링 압력의 제어에 덧붙여, 웨이퍼의 중심부에 걸쳐 균일한 압력이 개별적으로 제어될 수 있도록 2개의 구조체가 중심부에서 중첩된다. 중심챔버(251-2) 및 멤브레인(250-2)부는 더 큰 외측멤브레인(250-1)에 대하여 제공된 받침판(261-1)과 유사한 받침판(261-2)을 갖는 것으로 예시되었지만, 대안적으로는 상이한 받침판구조체가 사용되거나 받침판이 사용되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 챔버를 형성하는 단순한 멤브레인이 사용될 수도 있다. 웨이퍼뒷면(244)에 대한 멤브레인(250-1, 250-2)의 두께 및 분리가 상당히 작아지도록 1개 또는 2개의 멤브레인이 매우 얇아질 수도 있으며, 도 7a에서 구조를 나타내기 위하여 다소 과장될 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 2개의 멤브레인이 결합된 두께는 대략 0.5mm 내지 2mm 일 수 있지만, 더 얇거나 더 두꺼운 결합물이 사용될 수도 있다. 여타의 실시예에서, 상이한 압력챔버로부터의 멤브레인은 오버레이 된다기 보다는 맞닿고, 분할파티션 또는 벽은 일반적으로 고리형상인 다수의 챔버를 분할한다. 이러한 다중챔버실시예에서는, 구역경계(zone boundary)에서 분할벽이 압력의 불연속성을 쉽게 가져오지 않도록, 인접한 고리모양 압력챔버들 사이의 분할벽이 매우 얇을 것이다.The embodiment of FIG. 7 is a variation of the embodiment of FIG. 3 and provides a plurality of pressure chambers (two pressure chambers in this example with forces FBS1 and FBS2 and corresponding pressures) on the backside of the wafer. In the embodiment of FIG. 7A, the embodiment of FIG. 3A is modified by providing a similar second support plate 261-2 and a second membrane 250-2 coupled to the interior of the first membrane 250-1. In addition to the control of the edge and retaining ring pressures, the two structures overlap at the center so that uniform pressure can be individually controlled over the center of the wafer. The center chamber 251-2 and the membrane 250-2 portions are illustrated as having a base plate 261-2 similar to the base plate 261-1 provided for the larger outer membrane 250-1. Different support plate structures may be used or support plates may not be used. For example, a simple membrane forming the chamber may be used. One or two membranes may be very thin so that the thickness and separation of the membranes 250-1 and 250-2 relative to the
도 7a의 구조상의 변경은 CMP헤드(202)의 기타 부분없이, 리테이닝 링(214) 및 서브캐리어(212) 부분만 도시된 도 7b에 예시된다. 본 실시예에서, 외측 또는 에지전이챔버(251-1)는 제1압력을 받아들이고, 내측 또는 배면압력챔버(251-2)는 제2압력을 받아들인다. 리테이닝 링(214)은 제3압력(도시되지 않음)을 받아들인다. 본 발명의 여타의 실시예와 관련되어 이미 상술된 바와 같이, 에지전이챔버(251-1) 및 뒷면챔버(251-2)중의 하나 또는 양자 모두는 개구부 또는 오리피스를 포함할 수 있다. 에지전이챔버(251-1)가 개구부를 포함할 때, 이러한 개구부는 내측 뒷면챔버(251-2)에 인접한 고리모양 링(도시되지 않음)으로 편리하게 제공될 수 있고, 본 특정 실시예에서 이해할 수 있는 바와 같이, 원형의 내측멤브레인 및 내측멤브레인을 에워싸는 고리형상의 외측멤브레인(250-1, 250-2)은 반드시 중첩될 필요는 없다. The structural modification of FIG. 7A is illustrated in FIG. 7B where only the retaining
도 8에 예시된 실시예에 의하여 다중 중심압력의 상이한 변화 또는 차별적인 압력제어개념이 제공되며, 여기서 실질적으로는 관형인 고리형상의 압력링 또는 블래더(255)는 멤브레인받침판(261) 부분들의 사이에 또는 서브캐리어(212) 즉, 일반적으로 서브캐리어내의 그루브(257)내에 배치되고, 가압된 튜브 또는 블래더(257)는 추가적인 재료의 제거가 필요한 소정의 영역에 추가 압력을 제공하는데 사용된다. 채널(259)은 외부원으로부터의 가압된 공기(FBS2) 또는 여타의 유체를 관형 블래더(257)에 연결시킨다. 가압될 때, 챔버(251)에 의하여 존재하는 평탄화압력(PBS1)을 부분적으로 증가시키기 위하여 상기 튜브는 멤브레인의 내면(254)에 대하여 가압된다. The embodiment illustrated in FIG. 8 provides for a different change in differential pressure or a differential pressure control concept, wherein the substantially tubular annular pressure ring or
도 9의 실시예에서는 둘러싸는 구역보다 더 높거나 더 낮은 압력으로 폴리싱되거나 평탄화될 수 있도록 맞닿은 또는 실질적으로 맞닿은 복수의 동심압력링 또는 블래더(255)를 제공하기 위하여 상기의 개념을 더욱 확대한다. 실질적으로 원형 단면을 갖는 관형 링 또는 블래더가 예시되었지만, 도 8 및 도 9의 실시예에서는, 멤브레인 즉, 웨이퍼(230)에 대하여 소정의 압력 또는 힘의 프로파일을 갖도록 튜브형상이 편리하게 선택될 수 있음을 이해할 수 있다. 가압된 가스 또는 유체(FBS1, FBS2, FBS3, FBS4, FBS5)는 웨이퍼표면에 걸쳐 소정의 폴리싱압력 프로파일을 제공하도록 조정된다. 일 실시예에서, 튜브는 일반적으로 원형단면을 갖는 한편, 바람직한 실시예에서는, 튜브가 직사각형 단면을 가지며 실질적으로 평탄한튜브의 면이 멤브레인에 대하여 가압된다. 도 9의 실시예에서, 고리모양 튜브는 내경과 외경 사이에 상이한 반경범위 또는 너비를 가질 수 있다.9 further expands the above concept to provide a plurality of abutted or substantially abutted concentric pressure rings or
각각의 이들 몇개의 실시예들은 개별적으로 설명되었지만, 본 명세서에 제공 된 설명에 비추어 볼 때, 당업자들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 일 실시예내의 요소 및 특징들을 여타의 실시예내의 요소 및 특징들과 결합시킬 수 있다. While each of these several embodiments has been described individually, in view of the description provided herein, those skilled in the art will appreciate that elements and features in one embodiment may be modified from elements and features in other embodiments without departing from the scope of the invention. It can be combined with features.
이들 실시예들에서는 특별한 개별적인 수단들에 의하여 불명확성이 제거된 몇몇의 CMP헤드의 중요한 특징들을 예시하였다. 일단, 이들 실시예의 동작시의 구조가 이해되었다면, 도 10 및 도 16의 실시예의 구조, 평탄화방법 및 이점들이 보다 쉽게 이해될 것이다.These embodiments illustrate some of the important features of some CMP heads whose ambiguity has been eliminated by special individual means. Once the structure in operation of these embodiments is understood, the structure, planarization method and advantages of the embodiment of FIGS. 10 and 16 will be more readily understood.
도 2의 종래의 디자인을 다시 살펴보면, 종래의 폴리머 인써트(160)를 이용하는 유사한 헤드디자인이 하부서브캐리어(264)와 웨이퍼뒷면(244) 사이에 개재된다. 이러한 구조에서, 웨이퍼(230)의 뒷면(244)에 미치는 압력은 균일하다(적어도 균일하게 되려고 한다). 웨이퍼의 중심부에 미치는 압력 또는 리테이닝 링(214)에 의하여 폴리싱패드(226)의 상면에 대하여 미치는 압력 중의 하나에 대한 웨이퍼의 주변에지나 그 근처에서의 압력을 변화시키기 위하여 구조 및 기구가 제공되지 않는다. Looking back at the conventional design of FIG. 2, a similar head design using a
도 3 내지 도 9에 대한 본 발명의 구조의 대안적인 실시예를 기술하고, 이들 구조 및 평탄화방법을 도 2의 구조와 같은 종래의 구조와 비교하면서, 본 발명의 2개의 바람직한 실시예의 더 상세한 설명에 관심을 기울이면, 얇은 멤브레인 및 밀봉된 압력챔버(도 10)를 이용하는 제1실시예 및 도 3 및 도 5에 관하여 기술된 실시예와 유사하지만, 개방 오리피스를 구비한 멤브레인을 갖는 제2실시예(도 16)는 각각 이들 실시예를 능가하는 추가 특징 및 이점을 제공한다. 본 명세서에 제공된 설명에 비추어 볼 때, 당업자들은 도 5 내지 도 9의 이들 실시예에 관하여 기술된 대안들이 도 10 및 도 16의 실시예에 관하여 이루어졌음을 이해할 수 있을 것이다. Further embodiments of two preferred embodiments of the present invention are described, describing alternative embodiments of the structures of the present invention with respect to FIGS. 3-9 and comparing these structures and planarization methods with conventional structures such as the structure of FIG. Attention is directed to a first embodiment using a thin membrane and a sealed pressure chamber (Fig. 10) and a second embodiment having a membrane with an open orifice, similar to the embodiment described with respect to Figs. Examples (FIG. 16) each provide additional features and advantages over these embodiments. In view of the description provided herein, those skilled in the art will appreciate that alternatives described with respect to these embodiments of FIGS. 5-9 have been made with respect to the embodiments of FIGS. 10 and 16.
웨이퍼의 외측 에지에 비교적 단단한 고무의 링을 제공하고, 서브캐리어압력을 가하면, 에지에서 제거되는 재료의 양은 기판의 중심부에 관련되는 것과 같이, 에지에 대하여 내부구역에서 제거된 재료의 양에 대하여 제어될 수 있다. By providing a ring of relatively rigid rubber to the outer edge of the wafer and applying subcarrier pressure, the amount of material removed at the edge is controlled with respect to the amount of material removed in the inner zone relative to the edge, such as relative to the center of the substrate. Can be.
서브캐리어압력은 압축밀봉을 형성시키면서 웨이퍼뒷면에 대하여 고무링을 가압한다. 에지에서 고무링을 통하여 웨이퍼를 아래로 가압하면, 에지 비균일성이 제어되고 한정될 수 있도록 웨이퍼내부 또는 중앙의 제거율에 대하여 웨이퍼에지제거율을 제어할 수 있게 된다.The subcarrier pressure presses the rubber ring against the backside of the wafer while forming a compression seal. Pressing the wafer down through the rubber ring at the edges allows the wafer edge removal rate to be controlled relative to the removal rate within or at the center of the wafer so that edge nonuniformity can be controlled and defined.
다이어프램을 사용하여 웨이퍼배면압력을 제공하는 일부 헤드디자인에서, 공지된 종래의 CMP헤드에는 에지와 내부구역에 차별적인 압력을 가하도록 하는 구조를 제공하는 것은 없다. 본 발명의 구조에서, 배면압력에 비하여 더 높은 서브캐리어압력은 웨이퍼의 중심부에 대하여 제거된 재료의 양을 증가시키고, 웨이퍼배면압력에 비하여 낮은 서브캐리어압력은 중심부에 대하여 에지로부터 제거된 재료의 양을 감소시킨다. 이들 2개의 압력은 균일하거나 또는 실질적으로 균일한 재료제거를 달성할 수 있도록 또는 이전 제조공정에서 어떠한 비균일성이 도입되는 경우에는, 에지로부터 중심부까지 이전에 도입된 비균일성을 보상하는 재료제거의 프로파일을 달성할 수 있도록 조정될 수 있다.In some head designs that use a diaphragm to provide wafer back pressure, there is no known conventional CMP head that provides a structure to apply differential pressure to the edge and the inner zone. In the structure of the present invention, a higher subcarrier pressure relative to the backside pressure increases the amount of material removed relative to the center of the wafer, and a lower subcarrier pressure relative to the wafer backside pressure results in an amount of material removed from the edge relative to the centerside. Decreases. These two pressures can be used to achieve uniform or substantially uniform material removal or, if any nonuniformity is introduced in a previous manufacturing process, to compensate for previously introduced nonuniformity from edge to center. It can be adjusted to achieve a profile of.
본 발명의 이들 실시예에서, 서브캐리어는 주로 서브캐리어압력챔버를 고무링에 균일하게 연통시킴에 따라, 웨이퍼의 에지 근처의 영역으로 연통시키는 안정 된 요소를 제공하도록 유지된다(에지에서의 압력을 조절하기 위하여 본 발명의 실시예가 제공되어 절대적인 균일압력이 바람직하지 않거나 제공되지 않을 수도 있음을 상기한다). 하향압력이 고무링을 통하여 웨이퍼에 가해지는 주변에지에서의 적절한 평탄성 요구사항을 제외한, 서브캐리어표면의 평탄도(flatness) 및 평활도(smoothness)는 중요하지 않다. 따라서, 서브캐리어는 정밀도가 낮고 비용이 덜 드는 부분이 될 수 있다. In these embodiments of the present invention, the subcarrier is primarily maintained to provide a stable element that communicates to the area near the edge of the wafer as the subcarrier pressure chamber is in uniform communication with the rubber ring (pressure at the edges is maintained). An embodiment of the present invention is provided for the purpose of adjustment, recalling that absolute uniform pressure may be undesirable or may not be provided). The flatness and smoothness of the subcarrier surface are not critical, except for the proper flatness requirements at the peripheral edges where downward pressure is applied to the wafer through the rubber ring. Thus, the subcarrier can be a low precision and less expensive part.
이들 구조는 폴리싱(또는 평탄화)장치, 기계 또는 반도체웨이퍼와 같은 기판 또는 여타의 작업물을 폴리싱하는 툴(CMP툴)을 제공한다. 상기 장치는 회전가능한 폴리싱패드, 기판을 받아들이고 폴리싱패드에 대하여 기판을 위치시키도록 그 자체가 웨이퍼 또는 기판수용부를 포함하는 웨이퍼서브캐리어; 및 제1처리부재 및 제2처리부재를 포함하는 웨이퍼처리부재를 포함하고, 제1처리부재는 웨이퍼의 에지부에서 폴리싱패드에 대하여 제1부하압력을 가하고, 제2처리부재는 웨이퍼의 중심부에서 패드에 대하여 제2부하압력을 가하며, 여기서, 제1 및 제2부하압력은 상이하다. 이러한 웨이퍼서브캐리어 및 웨이퍼처리부재가 개별적으로 사용될 수 있지만, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 폴리싱장치는 웨이퍼서브캐리어를 에워싸는 리테이닝 링 및 리테이닝 링에서 폴리싱패드에 대하여 제3부하압력을 가하는 리테이닝 링가압부재를 더욱 포함한다. 제1, 제2, 제3부하압력은 독립적으로 조정될 수 있다.These structures provide tools (CMP tools) for polishing substrates or other workpieces, such as polishing (or planarizing) devices, machines or semiconductor wafers. The apparatus includes a rotatable polishing pad, a wafer subcarrier that itself includes a wafer or substrate receiving portion to receive the substrate and position the substrate relative to the polishing pad; And a wafer processing member comprising a first processing member and a second processing member, wherein the first processing member exerts a first load pressure against the polishing pad at the edge of the wafer, and the second processing member is at the center of the wafer. A second load pressure is applied to the pad, where the first and second load pressures are different. Although such a wafer subcarrier and a wafer processing member can be used separately, in a preferred embodiment of the present invention, the polishing apparatus applies a third load pressure against the polishing pad in the retaining ring and the retaining ring surrounding the wafer subcarrier. It further comprises an ining ring pressing member. The first, second and third load pressures can be adjusted independently.
도 10의 본 발명의 헤드(302)는 상부하우징판(308), 하부하우징스커트(310) 및 내부하우징판(312)을 포함하는 하우징을 포함한다. 상부하우징판(308)은 스크루 또는 여타의 패스너(fastener)에 의하여 샤프트부착칼라(316)를 거쳐 샤프트(306)에 부착된다. 간단한 샤프트(306)가 예시되었지만, 샤프트(306)는 일반적으로 종래의 디자인이며, 예를 들어, 샤프트를 폴리싱기계의 잔여부에 회전가능하게 장착시키는 베어링(도시되지 않음) 및 이러한 가스 또는 유체의 정치원으로부터 나오는 가스 및/또는 유체를 이 헤드에서 저 헤드로 연통시키는 1이상의 로터리 유니온(305)을 포함한다. 본 발명의 헤드구조로 사용될 수 있는 샤프트 및 로터리유니온 형식의 일예는 Mitsubishi Materials Corporation에 양도된 Volodarsky 등등에 의한 Rotary Union for Coupling Fluids in a Wafer Polishing Apparatus라는 제목의 미국특허출원 제 5,443,416호에 예시된다. The
상술된 실시예에서, 상부하우징판(308)은 리테이닝 링 조립체(320) 및 서브캐리어 조립체(350)를 매달거나 장착시키는 안정된 기계적인 플랫폼을 제공한다. 하부하우징스커트(310)는 리테이닝 링 조립체(320)의 외주부에 걸쳐, 헤드의 내부로 폴리싱 슬러리가 들어가는 것을 막는 등의 보호를 제공하고, 리테이닝 링 조립체(320)의 수평운동을 제어하거나 제약하며, 유연한 리테이닝 링 조립체 장착링(323)의 외부 반경에지부(324)를 상부하우징판(308)에 클램핑하도록 작동된다. In the embodiment described above, the
내부하우징판(312)은 상부하우징판(308)의 하면에 부착되고, 상부하우징판 (308)에 유연한 리테이닝 링 조립체 장착링(323)의 내부 반경에지부(326)를 클램핑하도록 작동된다. 내부하우징판(328)은 또한 유연한 서브캐리어 조립체 장착링 (327)의 내부 반경에지부(328)를 내부 하우징판(312)에 클램핑하도록 작동되고, 상 부하우징판(308)으로의 그것의 직접연결에 의하여 상부하우징판(308)에 대하여도 동일하다.The
도 3 및 도 4의 실시예는 일반적으로 원통형 및 고리형상인 간단한 한개의 서브캐리어 및 리테이닝 링에 대하여 기술되었지만, 본 실시예는 이들 기능을 수행하도록 복수의 구성요소를 포함하는 다소 복잡한 조립체를 제공한다. 따라서, 리테이닝 링 보다는 리테이닝 링 조립체를, 서브캐리어보다는 서브캐리어 조립체를 참조하는 것이 바람직하다. 상술된 구조적 기능적 원리는 이들 추가 실시예에 적절하며, 도 3 내지 도 9에 예시된 실시예에 관련된 본 발명의 특징은 도 10 및 도 16의 일 실시예에 관하여 설명되는 특별한 실시 상세사항으로 강화되고 정밀하게 구성될 수 있다. Although the embodiments of FIGS. 3 and 4 have been described with respect to one simple subcarrier and retaining ring, generally cylindrical and annular, this embodiment provides a rather complex assembly comprising a plurality of components to perform these functions. to provide. Therefore, it is preferable to refer to the retaining ring assembly rather than the retaining ring and the subcarrier assembly rather than the subcarrier. The structural and functional principles described above are appropriate for these further embodiments, and features of the invention relating to the embodiments illustrated in FIGS. 3-9 are enhanced with particular implementation details described with respect to the embodiments of FIGS. 10 and 16. Can be configured precisely.
리테이닝 링 조립체(320)는 내부반경에지(335)를 따라 웨이퍼포켓(334)를 형성하여 패드(226)의 수평면에서의 웨이퍼(230)의 구속운동으로 하부 링마모면(322)상의 폴리싱패드(226)와 접촉하는 리테이닝 링(321)을 포함한다. 리테이닝 링 조립체(320)는 또한 하면(337) 및 상면(338)을 갖는 일반적으로 고리형상인 현수판(336)(suspension plate)을 포함한다. 하면(337)은 리테이닝 링(338)의 상면에 부착되고, 현수판은 하면으로부터 리테이닝 링 현수판(322)을 일반적으로 고리형상인 리테이닝 링현수커플링요소(325)를 거쳐 하우징(308)에 이동가능하게 부착시키는 클램프(340)의 하면(339)과 상호작동하는 상면(338)으로 위쪽으로 연장된다.The retaining
본 발명의 일 실시예에서, 리테이닝 링 압력은 리테이닝 링마모에 대하여 보 상된다. 직사각형상이 아닌 리테이닝 링 마모의 경우에, 패드가 닿는 표면적은 시간 및 마모에 따라 변화된다. 따라서, 공정을 위하여 설정된 압력은 의도된 효과를 갖지 않으며 큰 표면을 수용하도록 수정되는 것이 바람직할 것이다. 베벨형 외측에지를 제공하는 리테이닝 링형상과 같은 직사각형상이 아닌 리테이닝 링형상은 이것이 웨이퍼 및 웨이퍼 바로 아래의 패드에 대한 폴리싱 슬러리의 분포를 개선시키므로 바람직하다. 이러한 각도를 갖게 되면, 슬러리를 쉽게 입수할 수 있다. 따라서, 리테이닝 링압력은 웨이퍼의 에지에서의 서브캐리어압력 및 웨이퍼의 중심영역에서의 배면압력 모두에 대하여 독립적으로 제어될 수 있다. 리테이닝 링 마모압력보상은 예를 들어, 처리된 웨이퍼의 개수, 작업시간, 수동측정 또는 리테이닝 링마모의 실제 양을 검출하는 센서 중의 어느 하나를 토대로 하는 컴퓨터제어하에서 오토메이션화되는 것이 바람직하다. In one embodiment of the invention, the retaining ring pressure is compensated for the retaining ring wear. In the case of non-rectangular retaining ring wear, the surface area contacted by the pad changes over time and wear. Thus, the pressure set for the process would not have the intended effect and would be desirable to be modified to accommodate large surfaces. A non-rectangular retaining ring shape, such as a retaining ring shape that provides a beveled outer edge, is preferred because it improves the distribution of polishing slurry for the wafer and the pads immediately below the wafer. With this angle, the slurry can be easily obtained. Thus, the retaining ring pressure can be independently controlled for both the subcarrier pressure at the edge of the wafer and the back pressure at the center region of the wafer. The retaining ring wear pressure compensation is preferably automated under computer control, for example based on any one of the sensors that detect the number of wafers processed, working time, manual measurement or the actual amount of retaining ring wear.
일 실시예에서, 리테이닝 링 현수요소(325)는 클램프(340)의 양쪽상에 2개의 고리모양 채널(341, 342)을 포함하도록 유연한 고무성 재료(EPDM재료)로 몰딩된다. 이러한 2개의 채널은 곡선루프(curved loop)형상의 단면을 갖고(도 12의 상세참조), 하우징(304) 및 서브캐리어 조립체(350)에 대하여 비교적 마찰이 없는 리테이닝 링 조립체의 수직운동을 제공한다. 또한, 이러한 형식의 현수요소(325)는 그들의 슬라이딩 표면에 생성될 수 있는 마찰을 제외하고는 독립적인 또는 실질적으로 독립적인 운동을 할 수 있도록 리테이닝 링 조립체(320) 및 서브캐리어 조립체(350)의 운동을 완화시킨다. In one embodiment, the retaining
스크루(344)나 여타 패스너 등으로 하부 하우징 스커트(310)에 상부 하우징(308) 부분 사이의 반경방향 외측 에지부(324)를 클램핑시킴으로써 하우징(304)에 대한 리테이닝 링 조립체(320)의 매달림이 적어도 어느 정도는 성취될 수 있다. 이와 유사한 방식으로, 반경방향 내측 에지부(326)는 스크루(345)나 여타 패스너 등에 의해 상부 하우징(308)의 다른 부분과 하부 하우징 스커트(310) 사이에 클램핑된다. 현수요소(325)의 중앙부(343)는 스크루(346)나 여타 패스너를 사용하여 리테이닝 링 현수판(336)의 윗면과 클램프(339) 사이에 클램핑된다. 바람직하게는, 하우징(304)의 에지와 코너, 리테이닝 링 현수판(336) 및 클램프(339)가 현수요소상의 응력을 줄이고 요소의 마모 방지 및 수명 연장을 위하여 그 접점에서 리테이닝 링 현수요소(325)의 공칭곡률과 근사하게 원형화된다. 채널 또는 루프(341,342)는 리테이닝 조립체(320)에 대하여 수직운동(폴리싱패드에 대하여 상하방향)의 범위를 제공하기 위한 크기로 되어 있다. Suspension of the retaining
리테이닝 링 조립체(320)의 움직임은 웨이퍼 로딩, 웨이퍼 언로딩 및 폴리싱작업을 위하여 충분한 소정의 운동범위로 제한되는 것이 유리하다. 도 10의 실시예에는 운동범위를 제한하기 위해 활용되는 간섭형 기계구조의 변형례가 예시되어 있으며, 리테이닝 링 조립체의 소정 한계를 넘는 움직임을 제한하기 위하여 리테이닝 링 현수판(336)에 노치(348)가 제공되어 내부 하우징판(312)로부터 연장되는 정합용돌출부(349)와 접촉하게 된다. 내부 구성요소, 특히 리테이닝 링 현수요소(325)를 파손이나 조기 마모로부터 보호하기 위하여 상기 범위 초과방지책을 제공하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 리테이닝 링 조립체의 전체 무게가 리테이닝 링 현수요소(325)에 의하여 지지된다면, 리테이닝 링 현수요소(325)는 파손되거나 적어도 조기마모되기 쉽다.The movement of retaining
리테이닝 링 현수요소(325)의 일 실시예는 중간부(343), 내측 및 외측 루프 또는 채널부(342,343) 및 내측 및 외측 반경방향 에지부(324,326)를 나타내고 있는 요소의 사시도이면서 이분된 부분단면도를 예시한 도 11에 예시되어 있다.One embodiment of the retaining
서브캐리어 조립체(350)는 서브캐리어판(351), 스크루 또는 여타 패스너에 의하여 지지판(351)에 부착되는 멤브레인받침판(352), 멤브레인을 포함하고 있으며, 일 실시예에서, 배면압력챔버(354)는 일반적으로 멤브레인받침판(352)의 아랫면 또는 외측면(355)과 멤브레인(350)의 내측면(356) 사이에 형성된다. 본 발명에 의해 제공되는 배면압력챔버(354)의 다른 실시예들에 대해서는 이후에 더욱 상세히 설명된다.
또한, 헤드가 폴리싱패드(226)로부터 멀리 리프팅될 경우 서브캐리어 조립체가 하우징으로부터 과도하게 연장되는 것을 방지하기 위하여 서브캐리어 조립체(350)는, 지지판(351)에 부착되고 내부 하우징판(312)의 구멍을 통하여 내부 하우징판(312)의 정지면(359)과 간섭식으로 상호작동하는 멈춤스크루 또는 멈춤볼트(358) 형태의 기계적 멈춤부(358)를 포함하는 것이 바람직하다. 멈춤볼트(358)는 로딩, 언로딩 및 폴리싱동안 헤드의 내부 요소가 과도한 연장에 의하여 손상될 수 있는 지나치게 큰 운동범위가 아닌, 헤드내의 서브캐리어의 적절한 운동범위를 부여하기 위하여 제공된다. 예를 들어, 리테이닝 링 조립체에 있어서, 서브캐리어 조립체(350)의 전체 무게가 서브캐리어 조립체 현수요소(360)에 의하여 지지되어야 한다면, 서브캐리어 현수요소(360)는 손상되거나 적어도 조기마모되기 쉽다.
In addition, the
도 3 및 도 4의 실시예에 관하여 설명된 바와 같이, 회전운동을 위해 리테이닝 링 조립체(320) 및 서브캐리어 조립체(350)에 하우징(208)을 결합시키기 위하여 툴 볼 또는 키, 스플라인, 시임, 다이어프램 등과 같은 대등한 기계구조체가 사용될 수도 있다. As described with respect to the embodiment of FIGS. 3 and 4, a tool ball or key, spline, seam to couple the
일 대안실시예에서는, 도 12에 예시된 바와 같이 리테이닝 링 조립체 및 서브캐리어 조립체에 토크를 전달하기 위하여 금속(예를 들어, 얇은 스테인리스강)과 같은 재료로 된 얇은 시트(329)가 사용된다. 이 구조는 하우징과 부착된 리테이닝 링 조립체 또는 서브캐리어 조립체 사이에 수직방향의 상대운동을 허용하는 동시에 결합된 부재간에 회전운동 및 토크를 전달한다. 금속 커플링(339)의 디자인은 일 회전방향으로 만 전달되도록 되어 있으나, 헤드가 일 방향으로만 회전될 때는 이러한 제한은 문제가 되지 않는다. 대안적으로는, 하우징을 리테이닝 링 조립체 및/또는 서브캐리어 조립체에 결합시키는데 여타 다이어프램 형태의 커플링이 사용될 수도 있다. 여기서 기술된 본 발명의 특징은 어떤 특정한 리테이닝 링 또는 서브캐리어 현수시스템으로 제한되는 것은 아니다. In one alternative embodiment, a
하우징, 리테이닝 링 조립체 및 서브캐리어 조립체의 기계적 구조는 CMP 헤드의 하면크기(footprint)를 줄이도록 디자인된다. 예를 들어, 링 현수판의 일부는 서브캐리어 지지판의 일부와 오버레이된다. 기계적 구조의 이들 및 다른 형태는 바람직하게 헤드의 크기를 줄이고 일반적으로 CMP 기계를 보다 작게 만드는 것을 가능하게 한다. The mechanical structure of the housing, retaining ring assembly and subcarrier assembly is designed to reduce the footprint of the CMP head. For example, part of the ring suspension plate is overlaid with part of the subcarrier support plate. These and other forms of mechanical structure preferably make it possible to reduce the size of the head and generally make the CMP machine smaller.
서브캐리어 조립체 현수요소(360)의 반경방향 외측부(361)는 제1클램프(367) 에 의하여 서브캐리어 지지판(351)의 윗면(366)에 부착된다. 클램프(367)는, 예를 들어, 반경방향 외측부(361)와 오버레이되고 현수 요소(360)의 구멍을 통해 서브캐리어 지지판(351)에 스크루(369)로 고정되는 고리형상 링(368)을 포함할 수도 있다. 서브캐리어 조립체 현수 요소(360)의 반경방향 내측부(362)는 제2클램프(371)에 의하여 아랫면(370)에 부착된다. 제2클램프(371)는, 예를 들어, 반경방향 내측부(362)와 오버레이되고 현수 요소(360)의 구멍(364)을 통해 서브캐리어 지지판(351)에 스크루(372)로 고정되는 고리형상 링(371)을 포함할 수도 있다. The radially
본 발명의 CMP 헤드의 상세한 부분은, 다른 특징들 중에 서브캐리어 조립체 현수 요소(360)의 예시적인 구조를 나타내고 있는 도 13에 예시되어 있다. 이 요소는 사시도 및 부분적인 이분단면도인 도 14에도 예시되어 있다. 특히, 도 14는 고리모양 루프 또는 채널부 형태의 중간부(363)와 반경방향 외측 및 내측 에지부(361,362)를 가지는 요소(360)를 나타내고 있다. 단면이 만곡된 루프 형태로 나타나는 고리모양 채널(363)은 하우징(304) 및 리테이닝 링 조립체(320)에 비해 서브캐리어 조립체에 상대적으로 마찰이없는 수직방향 움직임을 제공한다. 또한, 이러한 형태의 현수 요소(360)는 리테이닝 링 조립체(320) 및 서브캐리어 조립체(350)의 움직임의 충격을 바람직하게 완화시켜, 즉, 슬라이딩 면에서 발생할 수 있는 무시할 수 있을 정도의 마찰간섭을 제외하고는 상기 움직임이 독립적이 되도록 한다. 현수 요소(360)는 뛰어난 내화학성 및 동적특성을 가지는 일반적 목적의 고무재질인 EPR로 알려지기도 한 EPDM으로 형성될 수도 있다. EPDM의 일 변형례는 800psi의 인장강도 및 55와 65 사이의 공칭 듀로미터를 가진다.
A detailed portion of the CMP head of the present invention is illustrated in FIG. 13, which shows an exemplary structure of the subcarrier
멤브레인받침판(352)의 윗면(380)은 스크루(353)나 여타 패스너에 의하여 서브캐리어 지지판(351)의 아랫면(381)에 부착된다. 일 실시예에서, 받침판의 아랫면 또는 외측면(382)(멤브레인(350)을 향하는 면)은 후퇴부 또는 공동(383)을 포함하여, 멤브레인(350)이 멤브레인받침판(352)에 부착될 경우, 멤브레인이 받침판의 에지 부근의 외측의 반경방향 주변부에서만 받침판과 접촉되도록 한다. 도 10의 실시예에서, 멤브레인(350)과 멤브레인받침판 사이의 세퍼레이션 또는 공동(383)은 기체 또는 공기압(정압 및 부압 또는 진공)이 헤드의 소정 작업을 실시하도록 도입될 수 있는 챔버를 형성한다. The
도 16에 대하여 설명되는 대안적인 실시예에서, 멤브레인은 적어도 하나의 구멍 또는 오리피스(265)를 포함하여 엔클로져 또는 챔버가 형성되지 않고 오히려 압력이 웨이퍼의 뒷면에 직접적으로 가해지도록 한다. 후자의 실시예의 멤브레인(350)은 헤드내로의 슬러리의 오염을 제한하고 헤드에 대하여 웨이퍼를 밀봉 또는 부분적으로 밀봉하는 것을 돕는데 사용된다. In an alternative embodiment described with respect to FIG. 16, the membrane includes at least one hole or
단순화 시킨 도 3 및 도 4의 설명을 다시 참조하면, 소정의 재료 특성을 가지는 코너부(260), 후퇴부(279)를 가지는 멤브레인받침판(261) 또는 서브캐리어로부터 소정의 힘의 전달하는데 사용되는 멤브레인 자체의 두꺼워진 부분(263) 중 어느 하나는 주변에지와 근접해 있다. 이와 유사한 결과는 멤브레인받침판(351) 단독으로, 또는 멤브레인받침판(252)을 가로질러 유리하게 뻗어 있고(다소간 원통 프레임 위로 드럼 스킨의 방식으로), 멤브레인받침판(351) 및 클램핑 요소인 서브캐리어 지지판의 아랫면을 활용하여 부착되는 멤브레인(250)과 연계하여 제공된다.
Referring again to the simplified descriptions of FIGS. 3 and 4, it is used to transfer a predetermined force from a
일 실시예에서, 멤브레인(250)은 EPDM 또는 여타 고무류의 재료로부터 몰딩된다. 하지만, 다른 재료들도 사용될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 고무도 사용될 수 있긴 하지만, 때때로 일부 환경에서는 실리콘 웨이퍼에 들러붙을 수도 있다. 멤브레인 재료는 일반적으로 대략 20 내지 80, 바람직하게는 대략 30 내지 50, 보다 바람직하게는 대략 35 내지 45 사이의 듀로미터를 가져야 하며, 여러 예들 중에 40의 듀로미터가 최상의 결과를 제공한다. 듀로미터는 폴리머재료에 대한 경도의 단위이다. 낮은 듀로미터는 높은 듀로미터 재료보다 연질의 재료를 나타낸다. 본 재료는 탄성이 있고 CMP 평탄화 환경에서의 작업에서 지속적으로 양호한 내화학성과 여타 물리적 화학적 특성을 가져야 한다. In one embodiment, the
일 실시예에서, 멤브레인(250,350)은,특히 보다 낮은 듀로미터 재료용에 대하여는 소정의 설치되는 크기보다 직경이 대략 0% 내지 5%, 바람직하게는 대략 2% 내지 3% 더 작게 만들어져, 설치시에 전체크기(100%)로 늘려진다. 그러므로, 제조된 멤브레인은 설치될 때의 직경보다는 작기때문에 설치될 때 늘려지고 길들여진다. In one embodiment, the
도 15에는 원형 멤브레인(250)의 일 실시예가 예시되어 있다. 멤브레인(250)은 대략 0.2 내지 2mm, 바람직하게는 대략 0.5 내지 1.5mm, 특정 실시예에서는 대략 1mm의 두께로 제조된 공칭 두께를 가진다. 이들 치수는 일정한 두께의 멤브레인의 중앙부에 대한 것이지 상술된 일부 실시예의 주변에지 또는 그 부근의 두꺼워진 부분을 포함하는 것은 아니다. 멤브레인은 멤브레인받침판(261)의 코너 링 또는 외측 에지 중 어느 하나의 위에 피팅된다.
15 illustrates one embodiment of a
실제로 웨이퍼의 뒷면과 접촉하는 멤브레인의 크기는 에지 제외부, 들어오는 웨이퍼의 균일성, 에지 압력 차이가 없이 작동되는 경우의 CMP 공정의 폴리싱의 비균일성 및 기타 요인에 따라 변화될 수 있다. 통상의 상황에서는, 웨이퍼의 뒷면과 접촉되는 멤브레인의 크기는 대략 0.5 내지 20mm, 바람직하게는 대략 1 내지 10mm, 보다 바람직하게는 1 내지 5mm 사이에서 변화한다. 하지만, 이들 범위는 공정의 비균일성을 보정하기 위한 필요에서 생겨난 것이지 본 발명의 구조나 방법이 이들 범위를 제한 하는 것은 아니다. 예를 들어, 웨이퍼의 외측 50mm 영역으로 직접적인 서브캐리어 압력을 제공해야 할 이유가 있다면, 이러한 상황을 위해서 본 발명의 구조 및 방법이 적합하게 될 수 있다. In practice, the size of the membrane in contact with the backside of the wafer may vary depending on the edge exclusion, the uniformity of the incoming wafer, the nonuniformity of polishing of the CMP process when operated without edge pressure differences and other factors. Under normal circumstances, the size of the membrane in contact with the backside of the wafer varies between approximately 0.5-20 mm, preferably approximately 1-10 mm, more preferably 1-5 mm. However, these ranges arise from the need to correct for non-uniformity of the process, and the structure or method of the present invention does not limit these ranges. For example, if there is a reason to provide direct subcarrier pressure to the outer 50 mm area of the wafer, the structure and method of the present invention may be suitable for this situation.
웨이퍼의 에지로 서브캐리어의 압력을 전달하기 위하여 고리모양 또는 링형상 코너 인써트를 활용하는 본 발명의 헤드의 실시예에서, 멤브레인은 실질적으로 균일한 저부와 측벽부의 벽 두께를 가진다. 하지만, 두꺼워진 멤브레인 측벽 자체가 힘전달수단으로서 사용되는 경우에는, 측벽 두께는 서브캐리어 힘이 웨이퍼로 직접 가해지는 거리와 같아야 한다. 간단히 말해, 서브캐리어 힘이 웨이퍼의 외측 3mm에 가해지는 것이 바람직하다면, 멤브레인 측벽의 두께는 3mm이어야 한다. 서브 캐리어 힘이 가해질 소정의 영역 또는 구역과 멤브레인 측벽의 두께 사이의 관계는 정확히 1 대 1이 아닐 수도 있다. 인접한 영역들 사이에서는 일부 힘의 전이 또는 압력의 전달이 예상되며, 실제로 일부 상황에서 갑작스런 압력의 불연속성을 피하기 위하기 위하여 바람직한 경우도 있다. 또한, 항상은 아니지만 때때로, 상기 경우는 서브캐리어 압력과 웨이퍼 뒷면의 압력 사이의 소정의 압력 전이를 제공하기 위하여 서브캐리어 힘이 가해지는 거리 보다 약간 더 작거나 큰 멤브레인 측벽 두께를 제공하는 것이 바람직한 경우가 있다. 예를 들어, 직접적인 서브캐리어 압력이 가해지는 공칭 3mm 웨이퍼의 외측 주변 구역에 대한 일부 예에서, 멤브레인 측벽 두께는 대략 2 내지 4mm 범위에 있을 수 있다. 이들 특정 수치의 값은 단지 예시에 지나지 않으며 최상의 치수는 멤브레인 재료, 평탄화 압력, 폴리싱패드의 특성, 슬러리의 종류 등등의 인자에 따라 좌우되고 CMP 기계 및 공정을 개발하는 동안에 경험적으로 결정되는 것이 일반적이다. In an embodiment of the head of the present invention that utilizes an annular or ring shaped corner insert to deliver the pressure of the subcarrier to the edge of the wafer, the membrane has a substantially uniform bottom and sidewall wall thickness. However, if the thickened membrane sidewall itself is used as the force transmission means, the sidewall thickness should be equal to the distance the subcarrier force is applied directly to the wafer. In short, if it is desired that a subcarrier force be exerted on the outer 3mm of the wafer, the thickness of the membrane sidewalls should be 3mm. The relationship between the thickness of the membrane sidewall and the predetermined area or zone to which the subcarrier force is to be applied may not be exactly one to one. Between adjacent regions some transfer of force or transfer of pressure is anticipated and, in some situations, may be desirable to avoid sudden pressure discontinuities. Also, but not always, in this case, it is desirable to provide a membrane sidewall thickness that is slightly less than or greater than the distance the subcarrier force is applied to provide a predetermined pressure transition between the subcarrier pressure and the pressure on the backside of the wafer. There is. For example, in some examples for the outer peripheral region of a nominal 3mm wafer subjected to direct subcarrier pressure, the membrane sidewall thickness may be in the range of approximately 2-4 mm. The values of these specific values are only examples and the best dimensions depend on factors such as membrane material, planarization pressure, polishing pad properties, type of slurry, etc. and are generally determined empirically during the development of CMP machines and processes. .
이론의 뒷받침은 없는 일반적 생각으로, FCS>FBS일 경우, 서브캐리어 압력(FSC)은 웨이퍼의 에지의 압력을 압도하여 웨이퍼 에지에서는 서브캐리어 압력(FSC)이 나타나고, 웨이퍼의 중앙부에서는 배면압력(FBS)이 나타난다. FSC<FBS일 경우, 뒷면 멤브레인 압력(FBS)이 충분히 클 경우 서브캐리어 압력(FSC)을 지배할 수 있다. 하지만, 통상적으로 CMP 헤드는 FSC<FBS로 작동하여 웨이퍼 주변 에지에 있는 재료의 제거가 중앙부에서 제거되는 재료의 양에 비해 줄어든다. 상대 압력, 직경 및 재료 특성은 소정의 평탄화 결과를 얻기 위하여 조정된다. It is a general idea that the theory is not supported. For FCS> FBS, the subcarrier pressure (FSC) overwhelms the pressure at the edge of the wafer, resulting in the subcarrier pressure (FSC) at the wafer edge, and the back pressure (FBS) at the center of the wafer. ) Appears. If FSC <FBS, the subcarrier pressure (FSC) can be governed if the backside membrane pressure (FBS) is large enough. However, CMP heads typically operate with FSC <FBS so that the removal of material at the wafer peripheral edge is reduced relative to the amount of material removed at the center. Relative pressure, diameter and material properties are adjusted to achieve the desired planarization result.
이제, 압력 구역, 압력챔버 및 시스템의 여러 부분에 가해지는 압력에 대하여 기술하기로 한다. 요약하면, 리테이닝링 압력은 폴리싱패드에 대하여 리테이닝 링의 하부 마모면을 밀어주기 위해 가해지고, 서브캐리어 압력은 웨이퍼 외측의 반경방향 주변에주에 가해지고, 뒷면 웨이퍼 압력(또는 진공)은 웨이퍼의 뒷면 중앙부에 대하여 가해진다. 하나 더 추가된 가압된 라인 또는 챔버는 세척하지 않으면 이동해 갈 수 있는 폴리싱 슬러리 및 잔재(debris)를 세척하기 위한 헤드 세척용으로 유리하게 사용된다. 하나 이상의 추가적인 압력구역은 웨이퍼 뒷면 중앙의 원형영역 또는 웨이퍼 뒷면의 중앙영역과 외측 주변영역 사이에 개재된 고리모양 영역으로 선택적으로 가해질 수 있다. 가압된 유체와 헤드의 이들 및 다른 영역을 연통시키기 위한 로터리 유니온을 가지는 일반적으로 고리모양의 팽창성 튜브 또는 링형상 블래더를 활용하는 실시예가 본 명세서의 소정부분에 설명되어 있다. Now, the pressure applied to the pressure zone, the pressure chamber and the various parts of the system will be described. In summary, the retaining ring pressure is applied to push the lower wear surface of the retaining ring against the polishing pad, the subcarrier pressure is applied mainly around the radial periphery outside the wafer, and the backside wafer pressure (or vacuum) is It is applied against the back center of the wafer. One more pressurized line or chamber is advantageously used for head cleaning to clean polishing slurries and debris that can move if not washed. One or more additional pressure zones may optionally be applied as a circular region in the center of the backside of the wafer or in an annular region interposed between the center region and the outer peripheral region of the backside of the wafer. Embodiments utilizing a generally annular expandable tube or ring bladder having a rotary union for communicating pressurized fluid with these and other areas of the head are described in some of the specification herein.
방금 설명한 실시예에서, 배면압력챔버(354)는 일반적으로 멤브레인받침판(352)의 외측면(355)과 멤브레인(350)의 내면(356) 사이에 형성된다. In the embodiment just described, the
이제, 이미 도 4에 대하여 설명된 것과 유사한 오리피스를 구비한 멤브레인을 가지는 도 16의 본 발명에 따른 실시예에 대하여 주목해 보기로 한다. 멤브레인(250)에는 멤브레인 압력 구멍 또는 오리피스가 제공되기 때문에 직접적인 서브캐리어 압력이 가해질 웨이퍼의 외측 주변에지 부근을 제외하고 웨이퍼 뒷면과 멤브레인을 접촉시킬 필요없이 웨이퍼에 대하여 배면압력이 직접 가해진다. 본 실시예에서, 폴리싱시 웨이퍼의 중앙부 위에 가로 놓이는 멤브레인은 주로 압력/진공 시일을 형성하는데 사용된다. 이는 웨이퍼가 웨이퍼의 로딩 및 언로딩 작업시 헤드에 대하여 유지되는 경우이다. 멤브레인 오리피스의 크기는 수 밀리미터로부터 서브캐리어 판의 외경 가까이에 이르는 직경까지 변화한다. Attention is now directed to the embodiment according to the invention of FIG. 16 having a membrane with an orifice similar to that already described with respect to FIG. 4. Since the
도 4에 대하여 설명된 바와 같이, 웨이퍼 로딩시 저장소는 폴리싱 슬러리가 압력/진공 라인내로 빨아 들여지는 것을 방지한다. 저장소의 에지에 경사를 부여하 면 헤드로부터 슬러리가 다시 배출되는 것을 촉진한다. 저장소내로 빨아 들여진 슬러리의 양은 작을 것으로 예상되기 때문에 가끔씩만 세정해 줄 필요가 있다는 점에 유의한다. 라인과 저장소를 세정하기 위하여 상기 세정은 수동으로 또는 증기 또는 가압된 공기, 물 또는 공기와 물의 혼합물을 분출시킴으로 달성된다. As described with respect to FIG. 4, the reservoir during wafer loading prevents the polishing slurry from being sucked into the pressure / vacuum line. Inclination of the edge of the reservoir facilitates the discharge of the slurry from the head again. Note that the amount of slurry sucked into the reservoir is expected to be small and only needs to be cleaned from time to time. The cleaning is accomplished by manually or by blowing off steam or pressurized air, water or a mixture of air and water to clean the lines and reservoirs.
멤브레인 오리피스의 존재는 웨이퍼 뒷면으로의 진공의 연통을 곤란하게 하며 진공 압력 축적을 위한 센싱(sensing)에 의하여 센싱이 이루어지는 경우에 적절한 웨이퍼장착의 적절한 센싱을 곤란하게 한다. 멤브레인받침판의 후퇴부가 얕은 경우, 중앙 압력 라인으로부터 진공을 빼내면 받침판에 대하여 중앙부에서 멤브레인의 밀봉이 초래되지만 웨이퍼의 다른 영역으로 진공이 연통되지 않는다. 멤브레인 자체는 오리피스가 없을 때처럼 상기 진공을 빼내지는 않는다. 한편, 이러한 문제는 두께 또는 멤브레인받침판 후퇴부를 키우거나 코너인써트 또는 두꺼워진 멤브레인 에지의 구현물을 사용함으로써 해결될 수 있다. 하지만, 이것은 웨이퍼 지지력을 저하시킨다. The presence of the membrane orifices makes it difficult to communicate vacuum to the back side of the wafer and makes it difficult to properly sense wafer mounting when sensing is accomplished by sensing for vacuum pressure accumulation. If the recess of the membrane backing plate is shallow, withdrawing the vacuum from the central pressure line results in sealing of the membrane at the center with respect to the backing plate but no vacuum is communicated to other areas of the wafer. The membrane itself does not draw out the vacuum as there is no orifice. On the other hand, this problem can be solved by increasing the thickness or membrane backing recess, or by using the corner insert or the implementation of the thickened membrane edge. However, this lowers the wafer holding capacity.
도 17 및 도 18에 예시된 멤브레인받침판의 실시예에 의하여 더 나은 해법이 제공되며, 여기서, 도 18은 도 17에 예시된 판의 사시도이다. 웨이퍼의 플랙싱(flexing), 보우잉(bowing) 또는 래핑(wrapping)을 막기 위하여 추가적으로 지지해 주는 것이 바람직하다. 웨이퍼 기판 자체는 통상적으로는 영구히 변형되거나, 크랙이 발생하거나 손상되지 않지만, 금속, 산화물 및/또는 여타 구조체 및 웨이퍼 전면의 라인은 응력을 받는 경우 크랙이 생길 수도 있다. 따라서, 특히 웨이퍼를 제거하기 전의 폴리싱 전후의 로딩시 다이어프램에 대하여 웨이퍼를 잡아당길 경우 뒷면에 대하여 충분히 지지해주는 것이 바람직하다. A better solution is provided by the embodiment of the membrane support plate illustrated in FIGS. 17 and 18, where FIG. 18 is a perspective view of the plate illustrated in FIG. 17. It is desirable to provide additional support to prevent flexing, bowing or wrapping of the wafer. The wafer substrate itself is typically not permanently deformed, cracked or damaged, but metals, oxides and / or other structures and lines on the front of the wafer may crack when stressed. Therefore, it is desirable to fully support the back side, especially when the wafer is pulled against the diaphragm during loading before and after polishing before removing the wafer.
멤브레인받침판의 외측 에지 부근에는 1개 이상의 오리피스가 제공된다. 이들은 서브캐리어 판에 멤브레인받침판을 부착시키는 동안 그들 사이에 멤브레인을 클램핑시키는 볼트 구멍으로서의 역할을 한다. 제1 및 제2 반경방향 채널은 폴리싱시 배면압력을 제공하는 외부 압력/진공원과 연통되고 폴리싱 전후에 웨이퍼를 장착하는 동안 진공 연통되기 위하여 결합되는 중앙 오리피스로부터 연장된다. 동심의 제1 및 제2고리형 채널은 반경방향 채널과 교차한다. 그 취지는 압력과 진공을 웨이퍼로 전달하고 웨이퍼를 바람직하게 지지하기 위한 것이다. At least one orifice is provided near the outer edge of the membrane support plate. They serve as bolt holes to clamp the membrane between them while attaching the membrane backing plate to the subcarrier plate. The first and second radial channels extend from a central orifice that is in communication with an external pressure / vacuum that provides back pressure during polishing and that is joined to be in vacuum communication during loading of the wafer before and after polishing. The concentric first and second annular channels intersect the radial channels. The purpose is to transfer pressure and vacuum to the wafer and to preferably support the wafer.
또한, 헤드의 물리적인 구조는 여러 종래의 헤드구조체에서와 같이 헤드를 분해할 필요 없이 헤드의 외측에서 서브캐리어 지지판으로부터 멤브레인(250)을 제거하기 위한 접근을 용이하게 한다. 멤브레인받침판의 볼트구멍은 멤브레인을 서브캐리어 판에 고정시키고 헤드 외부로부터 접근 가능하도록 되어 있다는 점을 상기하자. 하나 또는 일 세트의 구멍은 멤브레인을 헤드에 부착시키는 스크루 또는 여타 패스너를 접근시키는데 사용된다. 멤브레인은 마모성 품목이기 때문에, 때때로 교체할 필요가 있으며, 따라서, 헤드를 분해할 필요없이 헤드의 외부로부터 멤브레인을 교체시킬 수 있는 능력은 우수하다. In addition, the physical structure of the head facilitates an access to remove the
이제, 추가 실시예가 도 19 내지 도 27에 대하여 설명된다. 이들 CMP 헤드 및 툴 디자인 각각은 이미 도 7a, 도 7b, 도 8 및 도 9에 대하여 설명된 것과 어느 정도 유사하다. Further embodiments are now described with respect to FIGS. 19-27. Each of these CMP head and tool designs are somewhat similar to those already described with respect to FIGS. 7A, 7B, 8 and 9.
도 19는 폴리싱헤드(300)가 에지구역 및 중앙구역을 제공하기 위한 2개의 챔 버를 구비하고 있는 제1구역 또는 Zone I를 예시하고 있다. 도 19의 실시예에서, 부분적으로 단면도로 표시된 부분은 외측 챔버, 즉 에지 전이 챔버(edge transition chamber)(302) 및 내측, 즉 백 압력챔버(304)를 가지는 헤드(300)를 도시하고 있다. 도시되어 있는 상기 헤드(300)의 부분단면도는 외측면(308), 리테이닝 링(310) 및 받침판, 즉 어댑터 리테이닝 링(312)을 구비한 서브캐리어 판(306)를 포함한다. (그들의 유연하거나 탄성적인 특성을 강조하기 위하여 불규칙한 선으로 나타낸) 유연성 멤브레인(314,316)은 챔버(302,304)를 형성하기 위하여 서브캐리어 판(306)의 외측면(312) 및 스페이서(313), 즉 지지체와 연계하여 사용된다. 외측 멤브레인(314)은 그 위에 기판이나 웨이퍼(318)를 수용하기에 적합한 수용면(317)을 가진다. 외부의 가압원(도시 안됨)으로부터 가압된 유체가 제1압력으로 에지 전이 챔버(302)내로 도입되고 제2압력으로 백 압력챔버(304)내로 도입된다. 가압된 유체는 통상적으로 공기 또는 기타 가스이지만, 대안적으로는 액체가 사용될 수도 있다. 상기 유체는 기판의 에지를 포함하는 전체 웨이퍼(318)를 폴리싱패드(도시 안됨)상으로 가압하는 역할을 하는 한편, 백 압력챔버(304)는 부하력을 웨이퍼의 중앙영역에 가하는 역할을 한다. 에지 영역 또는 구역에서 에지 전이 챔버(302)의 에지 전이 압력만이 웨이퍼(318)를 패드에 대하여 로딩 또는 가압한다. 하지만, 2개의 멤브레인(314,316)이 서로 오버레이되는 중앙영역에서는, 폴리싱 압력은 2가지 압력과 합쳐지는데, 이들이 반드시 부가되어야 하는 것은 아니다. 두 영역을 오버래핑하는 목적은 다양한 압력 또는 부하력을 2개의 영역 또는 구역에 걸쳐 조성하기 위한 것이다. 이들 2가지 압력은 소정의 평탄화의 결과를 성취하 기 위한 공정 배치동안 바람직하게 결정된다. 일반적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 백 압력챔버(304)내로 도입되는 유체의 압력은 에지 전이 챔버(302)내로 도입되는 유체의 압력보다 높다. 본 실시예는 중앙에서의 빠른 제거속도를 갖는 폴리싱처리가 바람직한 경우, 예를 들어, 웨이퍼(318)가 그 위에 퇴적되는 구리와 같은 재료로 인하여 볼록한 표면을 가지는 경우에 유용하다. 대안적으로, 중앙영역에서의 보다 높은 압력은, 보상이 되지 않는 경우 폴리싱패드, 사용되는 특정 슬러리 또는 소위 에지효과로 인한 에지의 신속한 제거속도를 가지는 공정을 보상해주기에 바람직할 수 있다. 19 illustrates a first zone, or Zone I, in which the polishing
도 20은 폴리싱헤드(300)가 에지 구역 및 중앙 구역을 가지는 제2구역 또는 Zone Ⅱ의 개략도이다. 도 20의 실시예는, 외측 멤브레인(314)이 개방 고리모양 멤브레인 형태로 되어 있고, 내측 멤브레인(316)는 원형 또는 디스크 형상 있고 2개의 멤브레인이 오버랩되지 않는다는 점을 제외하면 유사한 구조로 제공된다. 본 실시예에서, 고리모양의 외측 멤브레인(314)은 그 위에 웨이퍼(318)를 수용하기에 적합한 수용면(317) 및 웨이퍼를 헤드(300)로 밀봉시키는 것을 돕는 립 부(lip portion)(320)를 구비한다. 외측 멤브레인(314)에 의하여 형성된 제1챔버(302), 웨이퍼(318)의 뒷면 및 서브캐리어 판(306)의 외측면(308)내로 도입되는 가압된 유체는 웨이퍼 뒷면의 일부에 대하여 직접적으로 힘으로 가한다. 또한, 외측 멤브레인(314)은 웨이퍼(318)의 에지부에 대하여 에지 압력 또는 힘을 가하는 것을 돕는다. 20 is a schematic diagram of a second zone or Zone II in which the polishing
도 21은 폴리싱헤드(300)가 에지 구역 및 중앙 구역을 가지는 제3구역 또는 Zone Ⅲ의 개략도이다. 도 21의 실시예는 외측 및 내측 멤브레인(314,316)이 오버랩 되지 않는 에지 구역 챔버 및 배면압력챔버를 분리하는 내부벽(324)을 가지는 단일 멤브레인(322)으로 대체되었다는 점을 제외하면 도 19 및 도 20으로 나타낸 실시예들과 유사하다. 따라서, 외측의 고리모양 구역에 대해서는 외측 챔버(302)내로 도입되는 에지 전이 압력만 작용하며, 웨이퍼의 내측 원형부에 대해서는 웨이퍼(318)의 외측 고리모양 구역 및 내측 챔버(304)로 도입되는 에지 전이 압력만 작용한다. 21 is a schematic diagram of a third zone or Zone III in which the polishing
도 22는 폴리싱헤드(300)가 에지 구역 및 중앙 구역을 가지는 제4구역 또는 Zone Ⅳ의 개략도이다. 도 22의 실시예는 이미 도 21와 비교설명된 실시예와 유사하지만, 외측 챔버는 팽창성 내측 튜브(326) 또는 블래더를 포함하거나 이들로 형성되어 있다. 본 실시예의 일 형태에서, 헤드(300)에는 이전에 소정 압력으로 팽창되고 밀봉된 내측 튜브(326)가 조합되어 가압된 유체의 헤드까지의 연결부를 단순화 한다. 따라서, 웨이퍼(318)의 에지부에 가해지는 힘은 주로 서브캐리어(306)에 의하여 가해지는 힘에 의하여 결정되는 한편, 웨이퍼(318)의 중앙부로 가해지는 힘은 중앙챔버로 도입되는 유체의 압력과 서브캐리어로 가해지는 힘의 조합에 의한 것이다. 따라서, 중앙챔버내로 도입되는 유체의 압력을 변화시키면 웨이퍼(318)의 중앙 영역 및 에지 영역으로 전달되는, 서브캐리어(306)에 의하여 가해지는 힘의 분할을 변화시킬 수 있다. 즉, 팽창성 튜브(326)내의 압력 보다 큰 압력으로 중앙챔버(304)내로 도입되는 유체는 웨이퍼(318)의 중앙영역으로 전달될 서브캐리어(306)에 의하여 가해지는 힘의 대부분 또는 모두를 야기하는 한편, 팽창 성 튜브내의 압력보다 작은 압력은 에지 영역으로 전달되는 서브캐리어(306)에 의하여 가해지는 힘의 대부분 또는 모두를 초래한다. 22 is a schematic diagram of a fourth zone or Zone IV in which the polishing
도 23은 폴리싱헤드(300)가 에지 구역 및 중앙 구역을 생성하기 위한 단일 고리모양 멤브레인(328)을 가지는 제5구역 또는 Zone Ⅴ의 개략도이다. 도 23의 실시예는 상술된 고리모양 멤브레인(328)에 의하여 형성되는 외측 고리모양 챔버(330)를 포함한다. 에지 전이 챔버(302)는 고리모양 멤브레인(328), 서브캐리어 판(306)의 외측면(308) 및 스페이서(313)에 의하여 형성된다. 웨이퍼의 내부에 폴리싱 압력을 부과하는 백 압력챔버(304)는 별도의 멤브레인 또는 명백한 챔버를 포함하지 않는다. 대신, 백 압력챔버(304)는 서브캐리어(306)의 외측면(308), 고리모양 멤브레인(328)의 내주 에지(332) 및 고리모양 멤브레인의 수용면(317)상에서 유지되는 웨이퍼(318)의 뒷면에 의하여 형성된다. 따라서, 백 압력챔버(304)는 웨이퍼(318) 또는 여타 기판이 헤드(300)에 장착되는 경우, 특히, 고리모양 멤브레인(328)과 함께 밀봉되도록 장착되는 경우에만 형성된다. 본 실시예는 멤브레인(또는 종래 기술의 접촉식 서브캐리어)에서 있을 수 있는 결함이, 압력이 직접적으로 가해질 수 있는 웨이퍼(318) 중앙부의 평탄화 변화를 야기하지 않는 이점을 가진다. FIG. 23 is a schematic diagram of a fifth zone or Zone V in which the polishing
도 24는 중앙구역 및 복수의 고리모양 구역을 제공하기 위한 내벽을 갖는 다수의 멤브레인 또는 단일 멤브레인을 구비하고 있는 폴리싱헤드(300)의 개략도이다. 도 24에 나타낸 실시예는 서브캐리어 판(306)의 아랫면(308) 및 고리모양 구역(338a-d)을 생성하는 4개의 고리모양 멤브레인(336a-d)을 실질적으로 덮고 있 는 단일 멤브레인(334) 및 서브캐리어 판의 아랫면, 단일 멤브레인(334) 및 고리모양 멤브레인(336d)의 내주벽에 의하여 형성되는 중앙구역(340)을 포함하는 여러개의 멤브레인을 제공한다. 대안적으로, 5개의 구역을 형성하는 4개의 내부 고리모양 벽을가지는 단일 멤브레인(도시 안됨)이 사용될 수 있다. 어느 한 실시예에서는, 5개의 구역이 동시에 또는 실질적으로 독립적으로 제어될 수 있다. 보다 적은 또는 그 보다 많은 구역이 바람직한 경우에는, 내벽 및/또는 멤브레인의 개수는 소정 개수의 챔버를 제공하도록 적절히 조정될 수 있다. 24 is a schematic diagram of a polishing
도 25는 2중 멤브레인 헤드의 실시예를 예시하고 있으며, 외측 멤브레인은 개방된 고리모양 멤브레인의 형태이고, 힘이 가해지는 기판 중앙부의 영역을 변화시키기 위하여 내측 원형 멤브레인에 가해지는 압력이 변화될 수 있다. 도 25를 참조하면, 폴리싱헤드(350)는 일반적으로 폴리싱 또는 평탄화작업시 폴리싱면(도시 안됨)상에 기판(356)을 유지 및 위치설정하는 서브캐리어 판(354)를 구비한 하우징 또는 캐리어(352) 및 서브캐리어 판의 일부에 대하여 원주방향으로 배치되는 리테이닝 링(358)을 포함한다. 서브캐리어 판(354) 및 받침링(360)을 통한 리테이닝 링(358)은 캐리어(352)로부터 매달려 그들이 구속되지 않고 마찰도 거의 없이 수직방향으로 이동할 수 있도록 한다. 서브캐리어 판(354) 및 리테이닝 링(358) 및 그에 인접한 요소들 사이에는 작은 기계적 허용오차가 제공되어 폴리싱 작업시 작은 수직방향 움직임 및 작은 각 변화 모두를 수용할 수 있는 방식으로 폴리싱 면 상에서 부유(float)할 수 있게 된다. 플랜지(361)는 스크루(도시 안됨) 또는 여타 패스너에 의하여 하우징(352)의 내부 아랫면(362)에 부착된다. 플랜지(361)는 서브캐리 어 판을 유연하게 지지하고 서브캐리어 판 위의 폐쇄된 챔버 또는 공동(368)을 형성하기 위하여 서브캐리어 판(354)에 부착된 내부 지지링(366)에 제1유연성부재 또는 개스킷(370)을 거쳐 결합된다. 리테이닝 링(358)은 서브캐리어 판(354)와 캐리어(352)의 스커트부 사이에서 연장되는 제2유연성부재 또는 개스킷(370)에 의하여 지지된다. 리테이닝 링(358)은 접착제, 스크루 또는 여타 패스너(도시 안됨)를 사용하여 개스킷 대향 측상의 받침판(도시 안됨)에 부착되는 받침링(360)을 거쳐 제2개스킷(370)에 결합될 수 있다. 플랜지 (361), 하부 스커트부(372), 내부 지지링(366) 및 제1 및 제2개스킷(366,370)은 리테이닝 링(358) 위에 제2폐쇄공동(374)을 형성한다. 상술된 바와 같이, 작업중에 가스 또는 액체와 같은 가압된 유체가 서브캐리어 판(354) 및 리테이닝 링(358) 각각을 폴리싱 면에 대하여 밀어주는 힘을 제공하기 위하여 상기 공동(368,374)내로 도입될 수 있다. 25 illustrates an embodiment of a double membrane head, wherein the outer membrane is in the form of an open annular membrane, and the pressure applied to the inner circular membrane can be varied to change the area of the substrate center where the force is applied. have. Referring to FIG. 25, a polishing
본 발명의 실시예에 따르면, 폴리싱헤드(350)는 스페이서(379)에 의하여 서브캐리어 판(354)의 외측면(378)에 결합되는, 그 위에 기판(356)을 수용하기에 적합한 수용면(380), 기판의 뒷면과 서브캐리어 판의 외측면 사이에서 제1챔버(384)를 형성하기 위하여 기판의 뒷면으로 밀봉되기에 적합한 립부 또는 립(382)을 가지는 고리모양 제1멤브레인(376) 및 제1멤브레인 위에 위치하는 제2멤브레인(386)을 더욱 포함한다. 제2멤브레인(386)은 제2멤브레인의 내측면(390)과 서브캐리어 판의 외측면(378) 사이에 제2챔버(388)를 형성하기 위하여 서브캐리어 판(354)에 결합된다. 폴리싱 작업시 통로(391)를 통하여 제2챔버(388)내로 도입되는 가압된 유체는 멤브레인이 기판(356)의 뒷면부상에 힘을 가하기 위하여 외부로 굽거나 확장되도록 하여 기판 표면의 화살표(356) 모양으로 표시된 소정의 영역을 폴리싱패드에 대하여 가압한다. 이 소정 영역은 제2챔버내로 도입되는 유체의 압력에 비례한다. 일 실시예에서, 소정 영역은 유체의 압력에 직접적으로 비례한다. According to an embodiment of the present invention, the polishing
일 실시예에서는, 기판(356)의 표면을 폴리싱패드에 대하여 가압하기 위하여 제2챔버(388)내로 도입되는 유체보다 낮은 압력의 가압된 유체도 통로(393)를 통해 제1챔버(384)내로 도입된다. 본 실시예에서, 소정 영역(392)은 제1챔버 및 제2챔버내로 도입되는 유체의 압력간의 차이에 비례한다. In one embodiment, a pressurized fluid of lower pressure than the fluid introduced into the
다른 실시예에서, 제2멤브레인(386)은 스커트부(394) 및 하면부(396)를 포함하며, 상기 스커트부는 제2멤브레인의 아랫면이 제1챔버(384)와 제2챔버(388)간의 압력 변화에 의하여 규칙적이고 제어된 방식으로 확장되거나 굽거나 변형되도록 하기 위하여 하면부의 경도보다 작은 경도를 가진다. 바람직하게는, 스커트부(394)는 하면부(396) 보다 적어도 대략 50% 높은 경도를 가진다. 보다 바람직하게는, 하면부(396)가 대략 30A 내지 60A의 듀로미터를 가지는 경우에, 스커트부(394)는 대략 60A 내지 대략 90A의 듀로미터를 가진다. 가장 바람직하게는, 하면부(396)가 대략 50A보다 작은 듀로미터의 경도를 가지는 경우에, 스커트부(394)는 적어도 대략 70A 듀로미터의 경도를 가진다.In another embodiment, the
대안적으로, 하면부(396)는 스커트부(394)의 두께보다 더 얇은 두께를 가진다. 바람직하게는, 스커트부(394)는 하면부(396)의 두께보다 대략 20 내지 70% 더 두꺼운 두께를 가진다. 보다 바람직하게는, 스커트부(394)는 하면부(396)의 두께보다 적어도 50% 더 두꺼운 두께를 가진다. 따라서, 대략 0.3mm 내지 3mm의 두께를 갖는 아래면부(396)을 구비한 제2 또는 내측 멤브레인(386)에 대하여, 스커트부(394)는 일반적으로 대략 1mm 내지 30mm의 두께를 가진다. 정확한 두께는, 특히, 내측 멤브레인(386)의 전체 직경에 따라 좌우된다는 점을 이해해야 한다. 즉, 100mm의 직경을 갖는 기판(356)을 수용하기 위한 크기의 내측 멤브레인(386)은 200mm 내지 300mm 기판을 위하여 디자인된 것 보다 얇은 것이 일반적이다. Alternatively, the
도 26에 도시되어 있는 또 다른 실시예에서, 제1멤브레인(376)은 실질적으로, 제2 또는 내측 멤브레인(386)를 둘러싸는 서브캐리어 판(354)의 외측면(378)을 가로질러 연장되며, 제2챔버내로 도입된 가압된 유체는 소정 영역(392)을 갖는 기판(356)의 표면의 일부를 폴리싱패드에 대하여 가압하기 위하여 제2멤브레인이 제1 또는 외측 멤브레인상에 힘을 가하도록 한다. 선택적으로는, 제1 또는 외측 멤브레인(376)은 가압된 유체가 기판(356)의 뒷면에 대하여 적어도 어느 정도 직접적으로 공급되어 상기 기판을 폴리싱면에 대하여 직접적으로 가압하도록 외측 멤브레인(376)의 두께를 통하여 연장되는 다수의 개구부 또는 구멍(도시 안됨)을 더욱 포함할 수 있다. 일반적으로, 가해지는 압력은 대략 2 내지 8psi 사이의 범위에 있으며, 보다 바람직하게는 대략 5psi이다. 바람직하게는, 구멍의 개수 및 크기는 가압된 유체에 직접 노출되는 기판(356)의 영역은 최대로 하면서 기판과 맞물리거나 접촉하는 수용면(380)의 영역은 충분히 제공하여 폴리싱 작업시 폴리싱헤드(350)로부터 기판으로 토크 또는 회전에너지를 제공하도록 선택된다. In another embodiment shown in FIG. 26, the
도 27은 기판(356) 뒷면의 에지부와 밀봉하기에 적합한 폐쇄된 고리모양 멤브레인(400) 형태의 단일 멤브레인을 구비하여 2개의 챔버를 형성하는 헤드(350)의 또 다른 실시예를 예시하고 있다. 제1고리모양챔버(402)는 고리모양 멤브레인(400), 스페이서(379) 및 서브캐리어 판(354)의 외측면(378)에 의하여 형성된다. 제2 또는 중앙챔버(404)는 고리모양 멤브레인(400), 서브캐리어 판(354)의 외측면(378) 및 고리모양 멤브레인의 수용면(380)상에서 유지되는 기판(356)의 뒷면에 의하여 형성된다. 고리모양 멤브레인(400)으로 가해지는 압력을 변화시켜 힘이 가해지는 기판(356) 에지부의 영역 또는 챔버(402,404)의 상대적 크기가 변화될 수 있다. FIG. 27 illustrates another embodiment of a
일 실시예에서, 고리모양 챔버(402)내로 도입되는 압력보다 낮은 압력의 가압된 유체는 기판(356)의 표면을 폴리싱패드에 대하여 가압하기 우하여 중앙챔버(404)내로 도입된다. 본 실시예에서, 소정 영역(392)은 고리모양 챔버(402)와 중앙챔버(404)내로 도입되는 유체의 압력간의 차에 비례한다. In one embodiment, pressurized fluid at a pressure lower than the pressure introduced into the
다른 실시예에서, 고리모양 멤브레인(400)은 스커트부(406)와 하면부(408)를 가지며, 상기 스커트부는 고리모양 멤브레인(400)의 하면부(408)가 챔버(402,404)로 가해지는 가압된 유체의 압력 변화로 인하여 규칙적이고 제어된 방식으로 굽거나 변형될 수 있도록 하기 위하여 하면부의 경도보다 낮은 경도를 가진다. 바람직하게는, 스커트부(406)가 하면부(408) 보다 적어도 대략 50% 높은 경도를 가진다. 보다 바람직하게는, 하면부(408)가 대략 30A 내지 60A의 듀로미터를 가지는 경우에, 스커트부(406)는 대략 60A 내지 대략 90A의 듀로미터를 가진다. 가장 바람직하게는, 하면부(408)가 대략 50A보다 작은 듀로미터의 경도를 가지는 경우에, 스커트부(406)는 적어도 대략 70A 듀로미터의 경도를 가진다.
In another embodiment, the
대안적으로, 하면부(408)는 스커트부(406)의 두께보다 더 얇은 두께를 가진다. 바람직하게는, 스커트부(406)는 하면부(408)의 두께보다 대략 20 내지 70% 더 두꺼운 두께를 가진다. 보다 바람직하게는, 스커트부(406)는 하면부(408)의 두께보다 적어도 50% 더 두꺼운 두께를 가진다. 따라서, 대략 0.3mm 내지 3mm의 두께를 갖는 아래면부(408)을 구비한 고리모양 멤브레인(400)에 대하여, 스커트부(406)는 일반적으로 대략 1mm 내지 30mm의 두께를 가진다. 정확한 두께는, 특히, 고리모양 멤브레인(400)의 전체 직경에 따라 좌우된다는 점을 이해해야 한다. 즉, 100mm의 직경을 갖는 기판(356)을 수용하기 위한 크기의 고리모양 멤브레인(386)은 200mm 내지 300mm 기판을 위하여 디자인된 것 보다 얇은 것이 일반적이다. Alternatively, the
본 명세서에 제공된 설명의 대상이 되는 기술의 당업자들은 원형 및 고리모양이 혼합된 여타 챔버가 제공될 수도 있으며 각각의 챔버는 밀봉된 형태 또는 헤드에 기판이 장착될 때에만 밀봉되는 형태일 수도 있다는 점을 이해해야 한다. Those skilled in the art to which the description provided herein may be provided may have other chambers of mixed circular and annular shapes, each chamber may be in sealed form or sealed only when the substrate is mounted to the head. Should understand.
또한, 구역의 수가 증가됨에 따라 구역마다 상이한 압력을 제공할 필요가 있다는 점을 이해해야 한다. 이제까지는 이러한 목적을 위해 로터리 유니온이 사용되어 왔다. 하지만, 구역의 수가 증가함에 따라 로터리 결합체를 제공하거나 소정 종류의 상이한 압력을 전달하기 위한 로터리 유니온의 수를 제공하기가 더욱 복잡해졌다. 따라서, 본 발명의 CMP 헤드, CMP 툴 및 폴리싱과 평탄화 방법에 대한 몇가지 실시예에서는, 헤드상 또는 헤드내부에 압력조절수단이 제공된다. 압력조절수단은, 예를 들어, 공통의 공급원으로부터 가압된 가스를 수용하는 공통의 매니폴드에 결합되는 복수의 압력조절기를 포함할 수도 있다. 그 다음, 가압된 가스의 단일 공 급원은 조절된 소정 압력으로 상이한 구역에 분배된다. 압력조절은 고정되거나 각각의 구역에 대해 소정 레벨의 압력으로 유지시키기 위하여 센서 및 피드백을 포함할 수도 있다. It is also to be understood that as the number of zones increases, it is necessary to provide different pressures for each zone. To date, rotary unions have been used for this purpose. However, as the number of zones has increased, it has become more complicated to provide rotary unions or the number of rotary unions to deliver certain kinds of different pressures. Thus, in some embodiments of the CMP head, CMP tool and polishing and planarization methods of the present invention, pressure regulating means are provided on or within the head. The pressure regulating means may, for example, comprise a plurality of pressure regulators coupled to a common manifold for receiving pressurized gas from a common source. Then, a single source of pressurized gas is distributed to the different zones at a regulated predetermined pressure. The pressure regulation may include sensors and feedback to maintain a fixed or constant level of pressure for each zone.
이제부터는 본 발명의 중요한 측면들 중 몇가지를 그들의 구조, 기능 및 장점을 더욱 강조하기 위하여 반복하기로 한다. In the following, some of the important aspects of the present invention will be repeated to further emphasize their structure, function and advantages.
일 형태에서는, 반도체웨이퍼와 같은 기판을 폴리싱하는 기판폴리싱장치용 캐리어가 제공된다. 상기 캐리어는, 하우징; 하우징에 고정적으로 결합되는 리테이닝 링; 하우징에 대하여 소정의 제1방향으로 리테이닝 링을 밀어주기 위한 제1힘을 가하는 제1압력챔버; 외측면을 가지고 하우징에 고정적으로 결합되는 서브캐리어 판; 하우징에 대하여 소정의 제2방향으로 서브캐리어 판을 밀어주기 위한 제2힘을 가하는 제2압력챔버; 서브캐리어 판의 일부를 에워싸고 원형 후퇴부를 형성하는 리테이닝 링; 리테이닝 링의 원형 후퇴부 내부의 서브캐리어 판의 외측면의 외주에지에 결합되는 스페이서; 스페이서를 거쳐 서브캐리어 판에 결합되는 유연한 탄성 물질을 포함하며, 스페이서의 두께만큼 서브캐리어 외측면으로부터 분리되는 멤브레인; 및 하우징에 대하여 소정의 제3방향으로 멤브레인을 밀어주기 위한 제3힘을 가하기 위하여 멤브레인과 외측 서브캐리어 판 면 사이에 형성되는 제3압력챔버를 포함한다. 일반적으로, 멤브레인과 기판사이에는 인써트가 제공되지 않기 때문에 인써트 특성의 변화에 의하여 야기되는 변화를 처리하기 위한 공정을 줄일 수 있다. In one aspect, a carrier for a substrate polishing apparatus for polishing a substrate such as a semiconductor wafer is provided. The carrier includes a housing; A retaining ring fixedly coupled to the housing; A first pressure chamber applying a first force for pushing the retaining ring in a predetermined first direction with respect to the housing; A subcarrier plate having an outer surface and fixedly coupled to the housing; A second pressure chamber for applying a second force for pushing the subcarrier plate in a predetermined second direction with respect to the housing; A retaining ring surrounding a portion of the subcarrier plate and forming a circular recess; A spacer coupled to an outer circumferential edge of the outer surface of the subcarrier plate inside the circular recess of the retaining ring; A membrane comprising a flexible elastic material coupled to the subcarrier plate via a spacer, the membrane being separated from the subcarrier outer surface by the thickness of the spacer; And a third pressure chamber formed between the membrane and the outer subcarrier plate surface to apply a third force for pushing the membrane in a predetermined third direction with respect to the housing. In general, since no insert is provided between the membrane and the substrate, the process for handling changes caused by changes in insert properties can be reduced.
스페이서는 고리모양 링, 원형디스크 또는 멤브레인의 주변에지 부근의 멤브레인의 두꺼워진 부분을 포함할 수 있다. 일반적으로, 스페이서는 고리의 형상 및 고리모양의 폭을 가지며, 에지 폴리싱 압력은 고리모양 스페이서를 통하여 작용하는 제2힘에 의하여 기판의 주변에지에 대하여 가해지며, 여기서, 중앙의 폴리싱 압력은 기판의 중앙부에 대하여 가해진다. 바람직하게는, 스페이서는 대략 1mm 내지 20mm 사이의 고리모양 폭을 가진다. 보다 바람직하게는, 스페이서는 대략 2mm 내지 10mm, 가장 바람직하게는 대략 1mm 내지 5mm 사이의 고리모양 폭을 가진다. 더 더욱 바람직하게는, 스페이서는 1mm 내지 2mm, 또는 대략 2mm 내지 5mm 사이의 고리모양 폭을 가진다. The spacer may comprise a ring of rings, a circular disk, or a thickened portion of the membrane near the periphery of the membrane. Generally, the spacer has a ring shape and annular width, and the edge polishing pressure is applied against the peripheral edge of the substrate by a second force acting through the annular spacer, where the central polishing pressure is applied to the substrate. Applied against the center part. Preferably, the spacer has a annular width between approximately 1 mm and 20 mm. More preferably, the spacer has a annular width of between about 2 mm and 10 mm, most preferably between about 1 mm and 5 mm. Even more preferably, the spacer has a annular width between 1 mm and 2 mm, or approximately 2 mm and 5 mm.
스페이서는 소정의 에지압력을 중앙의 압력 전이부로 제공하기 위하여 선택된 재료로 만들어진다. 스페이서는 금속재료와 같은 비압축성재료 또는 압축성 폴리머재료 또는 점성재료와 같은 압축성재료로부터 형성될 수 있다. The spacer is made of a material selected to provide a predetermined edge pressure to the central pressure transition. The spacer may be formed from an incompressible material, such as a metallic material, or a compressible material, such as a compressible polymer material or a viscous material.
일반적으로, 멤브레인과 외측 서브캐리어 판 면 사이에 형성되는 제3압력챔버는 기판이 후퇴부에 장착되는 경우에만 형성된다. 바람직하게는, 멤브레인은 제3챔버와 후퇴부 사이에 오리피스를 포함한다. 보다 바람직하게는, 기판의 평탄화작업 동안 가압된 유체가 오리피스를 통하여 후퇴부내로 흐른다. Generally, the third pressure chamber formed between the membrane and the outer subcarrier plate surface is formed only when the substrate is mounted in the recess. Preferably, the membrane comprises an orifice between the third chamber and the recess. More preferably, pressurized fluid flows through the orifice into the recess during planarization of the substrate.
일 실시예에서, 리테이닝 링은 간접적으로 서브캐리어에 의하여 하우징에 유연하게 결합되고, 상기 서브캐리어는 리테이닝 링을 거쳐 간접적으로 하우징에 유연하게 결합된다. 대안적으로, 리테이닝 링 및 서브캐리어는 직접적으로 하우징에 유연하게 고정 결합된다. In one embodiment, the retaining ring is indirectly coupled to the housing by a subcarrier, and the subcarrier is flexibly coupled to the housing indirectly via a retaining ring. Alternatively, the retaining ring and the subcarrier are flexibly fixedly coupled directly to the housing.
다른 실시예에서, 캐리어는 별도의 공압(pneumatic) 시스템또는 기계적 운동 시스템에 의하여 폴리싱패드에 대해 위치설정될 수 있다. In other embodiments, the carrier may be positioned relative to the polishing pad by a separate pneumatic system or mechanical motion system.
또 다른 실시예에서, 제1, 제2, 제3압력은 각각 다른 압력과는 독립적으로 조성된다. In another embodiment, the first, second and third pressures are each constructed independently of the other pressures.
또 다른 실시예에서, 리테이닝 링은 제1다이어프램에 의하여 하우징에 유연하게 결합되고, 서브캐리어 판는 제2다이어프램에 의하여 하우징에 유연하게 결합된다. 본 실시예의 일 형태로, 리테이닝 링은 적응성 재료로 형성된 제1링을 거쳐 하우징에 유연하게 결합되고, 서브캐리어 판는 적응성 재료로 형성된 제2링을 거쳐 하우징에 유연하게 결합된다. 바람직하게는, 상기 적응성 재료는 EPDM, EPR 및 고무로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. In another embodiment, the retaining ring is flexibly coupled to the housing by the first diaphragm and the subcarrier plate is flexibly coupled to the housing by the second diaphragm. In one form of this embodiment, the retaining ring is flexibly coupled to the housing via a first ring formed of an adaptive material and the subcarrier plate is flexibly coupled to the housing via a second ring formed of an adaptive material. Preferably, the adaptive material is selected from the group consisting of EPDM, EPR and rubber.
대안실시예에서, 서브캐리어 판는, 또한, 로드 및 하우징과 서브캐리어 판 사이에서 회전력을 전달하는 로드를 수용하기 위한 수용기(receptacle)를 통하여 결합된다. 일반적으로, 로드는 말단부에 툴링 볼(tooling ball)을 포함하며, 수용기는 툴링 볼을 슬라이딩 가능하게 수용하는 실린더를 포함한다. 본 발명의 일 변형으로, 다수의 로드와 수용기가 서브캐리어 판을 하우징에 결합시킨다. In an alternative embodiment, the subcarrier plate is also coupled through a receptacle for receiving the rod and the rod transmitting the rotational force between the housing and the subcarrier plate. Generally, the rod includes a tooling ball at the distal end and the receiver includes a cylinder for slidably receiving the tooling ball. In one variation of the invention, a plurality of rods and receivers couple the subcarrier plate to the housing.
또 다른 실시예에서, 리테이닝 링은, 또한, 로드 및 하우징과 서브캐리어 판 사이에서 회전력을 전달하는 로드를 수용하기 위한 수용기(receptacle)에 의하여 결합된다. 일반적으로, 로드는 말단부에 툴링 볼(tooling ball)을 포함하며, 수용기는 툴링 볼을 슬라이딩 가능하게 수용하는 실린더를 포함한다. 바람직하게는, 다수의 로드와 수용기는 리테이닝 링을 하우징에 결합시킨다. In another embodiment, the retaining ring is further coupled by a receptacle for receiving the rod and the rod transmitting the rotational force between the housing and the subcarrier plate. Generally, the rod includes a tooling ball at the distal end and the receiver includes a cylinder for slidably receiving the tooling ball. Preferably, the plurality of rods and receivers couple the retaining ring to the housing.
일 실시예에서, 멤브레인은 적어도 하나의 구멍을 포함하고, 제3챔버는 멤브레인에 기판을 장착시킬 때에만 밀봉된다. 대안적으로, 멤브레인은 적어도 하나의 구멍을 포함하고 제3챔버는 기판을 캐리어에 장착시킬 때에만 형성된다. In one embodiment, the membrane comprises at least one hole and the third chamber is sealed only when mounting the substrate to the membrane. Alternatively, the membrane comprises at least one hole and the third chamber is formed only when mounting the substrate to the carrier.
다른 실시예에서, 서브캐리어 판의 압력은 기판의 주변에지에 가해지는 압력이다. 서브캐리어 판는 기판과 접촉하지는 않으나 안정성을 제공한다. 대안적으로, 멤브레인은 기계적 힘을 전달하기 위하여 에지에 두꺼워진 부분을 갖는다. In another embodiment, the pressure of the subcarrier plate is the pressure applied to the peripheral edge of the substrate. The subcarrier plate is not in contact with the substrate but provides stability. Alternatively, the membrane has a thickened portion at the edge to transmit mechanical force.
또 다른 실시예에서, 멤브레인은 구멍을 포함하며, 상기 구멍은 기판이 소정 크기의 제3챔버에 진공을 생성하기 위한 가능성을 기초로 하여 멤브레인에 부착되는지를 판단하는데 사용된다. 본 실시예의 일 변형례에서는, 기판 부착 검사구멍이 멤브레인의 중앙 부근에 배치된다. 다른 변형례에서, 멤브레인은 때때로 교체가 필요한 소모성품목이며, 다수의 구멍이 제공되어 멤브레인은 캐리어를 해체할 필요없이 제거될 수 있다. 구멍은 대략 1mm 내지 대략 10mm 사이의 크기를 가진다. In another embodiment, the membrane comprises a hole, which hole is used to determine if the substrate is attached to the membrane based on the possibility to create a vacuum in a third chamber of a predetermined size. In one modification of this embodiment, the inspection hole with the substrate is disposed near the center of the membrane. In another variation, the membrane is sometimes a consumable item that needs to be replaced and multiple holes are provided so that the membrane can be removed without having to disassemble the carrier. The hole has a size between about 1 mm and about 10 mm.
일반적으로, 멤브레인과 조합되는 스페이서는 기판을 멤브레인에 밀봉할 필요는 없이 약간의 탄성력을 전달한다. In general, spacers in combination with the membrane transfer some elastic force without the need to seal the substrate to the membrane.
또 다른 실시예에서, 서브캐리어 판는 외부의 공급원으로부터 제3챔버내로 제3압력을 전달하는 통로를 더욱 포함한다. 바람직하게는, 서브캐리어 판는 폴리싱 슬러리용 저장소을 제공하고 기판을 멤브레인에 부착시키기 위하여 진공을 가하는 경우 상기 폴리싱 슬러리가 통로내로 끌려 들어가는 것을 방지하기 위하여 통로 주위에 배치되는 공동을 포함한다. 보다 바람직하게는, 폴리싱 전후에 멤브레인에 대해 기판을 유지시키기 위한 제3챔버로 진공이 가해진다. 가장 바람직하게는, 공동, 및 멤브레인과 서브캐리어 판 사이로부터 폴리싱 슬러리가 용이하게 배출되도록 공동은 원뿔형상을 가진다. In yet another embodiment, the subcarrier plate further comprises a passage for transmitting a third pressure from an external source into the third chamber. Preferably, the subcarrier plate comprises a cavity disposed around the passageway to provide a reservoir for the polishing slurry and to prevent the polishing slurry from being drawn into the passageway when a vacuum is applied to attach the substrate to the membrane. More preferably, a vacuum is applied to the third chamber for holding the substrate with respect to the membrane before and after polishing. Most preferably, the cavity has a conical shape so that the polishing slurry is easily discharged from between the membrane and the subcarrier plate.
또 다른 실시예에서, 장착시 기판을 지지하기 위하여 뒷면 기판 지지체가 제공되고, 기판의 존재여부를 검사하기 위하여 다수의 채널이 상기 지지체에 제공된다. In another embodiment, a back substrate support is provided to support the substrate upon mounting, and a plurality of channels are provided on the support to check for the presence of the substrate.
다른 형태에서는, 기판 폴리싱장치용 캐리어가 제공된다. 상기 캐리어는, 서브캐리어 판; 서브캐리어 판상에 제1하향압력을 발생시키기 위해 배치되는 제1압력챔버; 기판수용면을 가지고 서브캐리어 판에 결합되는 멤브레인으로서, 상기 멤브레인의 고리모양 외주부는 서브캐리어에 장착되고, 상기 멤브레인의 내측의 원형부는 서브캐리어 판과는 분리되어 있으며, 제2압력을 발생시키기 위한 제2압력챔버를 형성하는 멤브레인; 고리모양 외주부 및 내측의 원형부 둘 모두에서 멤브레인에 장착가능한 기판; 및 기판의 외주에지에 대하여 제1압력을 가하는 고리모양 외주부 및 기판에 대하여 제2압력을 가하는 내측 원형부를 포함한다. In another form, a carrier for a substrate polishing apparatus is provided. The carrier includes a subcarrier plate; A first pressure chamber disposed to generate a first downward pressure on the subcarrier plate; A membrane having a substrate receiving surface and bonded to a subcarrier plate, wherein the annular outer circumference of the membrane is mounted to the subcarrier, the inner circular part of the membrane is separated from the subcarrier plate, and is adapted to generate a second pressure. A membrane forming a second pressure chamber; A substrate mountable to the membrane at both the annular outer circumference and the inner circular portion; And an annular outer circumferential portion for applying a first pressure to the outer circumferential edge of the substrate and an inner circular portion for applying a second pressure to the substrate.
또 다른 형태에서는, 반도체웨이퍼를 평탄화하는 방법이 제공된다. 일반적으로, 본 방법은 웨이퍼를 둘러싸는 리테이닝 링을 폴리싱패드에 대하여 제1압력으로 가압하는 방법; 웨이퍼의 제1주변에지부를 폴리싱패드에 대하여 제2압력으로 가압하는 방법; 및 주변에지부에 대하여 내측인 웨이퍼의 제2부분을 제3압력으로 폴리싱패드에 대하여 가압하는 방법을 포함한다. In another aspect, a method of planarizing a semiconductor wafer is provided. Generally, the method includes pressing the retaining ring surrounding the wafer to a polishing pad at a first pressure; Pressing the first peripheral edge portion of the wafer against the polishing pad at a second pressure; And a method of pressing the second portion of the wafer that is inward with respect to the peripheral edge portion against the polishing pad at a third pressure.
일 실시예에서, 제2압력은 외주에지부와 접촉하는 기계적 수단을 통하여 제공되고, 제2압력은 웨이퍼의 뒷면에 대항하는 공압이다. 본 실시예의 일 변형에서, 공압은 탄성 멤브레인을 통하여 가해진다. 공압은 웨이퍼 뒷면의 적어도 일부를 직접 가압하는 가스에 의하여 가해진다. In one embodiment, the second pressure is provided through mechanical means in contact with the outer edge portion, and the second pressure is pneumatic against the back side of the wafer. In one variation of this embodiment, pneumatic pressure is applied through the elastic membrane. Pneumatic pressure is applied by a gas that directly presses at least a portion of the backside of the wafer.
다른 실시예에서, 상기 방법은 주변에지부에 대하여 내측인 다수의 웨이퍼 내부의 고리형상부를 폴리싱패드에 대하여 여러가지 압력으로 가압하는 방법을 더욱 포함한다. In another embodiment, the method further includes a method of pressing the annular portions inside the plurality of wafers that are inward with respect to the peripheral edge portion at various pressures against the polishing pad.
다른 형태에서는, CMP 장치용 서브캐리어가 제공되며, 상기 장치는, 외측면을 갖는 판; 소정 방향으로 판을 밀어주기 위한 힘을 가하는 제1압력챔버; 판의 주변 외측에지에 결합되는 스페이서; 스페이서를 거쳐 판에 결합되고 스페이서의 두께만큼 판과 분리되는 멤브레인; 및 소정의 제3방향으로 멤브레인을 밀어주기 위한 제2힘을 가하기 위하여 멤브레인과 판면 사이에 형성되는 제2압력챔버를 포함한다. In another aspect, a subcarrier for a CMP apparatus is provided, the apparatus comprising: a plate having an outer surface; A first pressure chamber for applying a force for pushing the plate in a predetermined direction; A spacer coupled to the peripheral outer edge of the plate; A membrane coupled to the plate via the spacer and separated from the plate by the thickness of the spacer; And a second pressure chamber formed between the membrane and the plate surface to apply a second force for pushing the membrane in a predetermined third direction.
또 다른 형태에서는, 기판 표면을 폴리싱하기 위하여 폴리싱장치가 제공된다. 폴리싱장치는 회전식 폴리싱패드와 기판 서브캐리어를 포함한다. 기판 서브캐리어는 기판을 수용하고 폴리싱패드에 대하여 상기 기판을 위치설정하기 위한 기판수용부 및 제1가압부재 및 제2가압부재를 포함하는 기판가압부재를 포함하며, 상기 제1가압부재는 폴리싱패드에 대하여 기판의 에지부로 제1부하압력을 가하고, 상기 제2가압부재는 폴리싱패드에 대하여 기판의 중앙부로 상기 제1부하압력과는 상이한 제2부하압력을 가한다. In another form, a polishing apparatus is provided for polishing a substrate surface. The polishing apparatus includes a rotary polishing pad and a substrate subcarrier. The substrate subcarrier includes a substrate receiving portion for receiving the substrate and positioning the substrate with respect to the polishing pad and a substrate pressing member including a first pressing member and a second pressing member, wherein the first pressing member is a polishing pad. A first load pressure is applied to the edge portion of the substrate with respect to the substrate, and the second pressing member applies a second load pressure different from the first load pressure to the center portion of the substrate with respect to the polishing pad.
일 실시예에서, 폴리싱장치는 웨이퍼 서브캐리어를 둘러싸는 리테이닝 링 및 폴리싱패드에 대하여 리테이닝 링으로 제3부하압력을 가하는 리테이닝 링 가압부재를 포함한다. 바람직하게는, 제1, 제2 및 제3부하압력이 별개로 조정될 수 있다. In one embodiment, the polishing apparatus includes a retaining ring surrounding the wafer subcarrier and a retaining ring pressing member for applying a third load pressure to the retaining ring against the polishing pad. Preferably, the first, second and third load pressures can be adjusted separately.
다른 형태에서는, 기판의 표면을 폴리싱하는 폴리싱장치가 제공된다. 본 폴리싱장치는 회전식 폴리싱패드 및 기판 서브캐리어를 포함한다. 기판 서브캐리어는 기판을 수용하고 폴리싱패드에 대하여 기판을 위치설정하기 위한 기판수용부 및 제1가압부재 및 제2가압부재를 포함하는 기판가압부재를 포함하며, 상기 제1가압부재는 폴리싱패드에 대하여 기판의 에지부로 제1부하압력을 가하고, 상기 제2가압부재는 폴리싱패드에 대하여 기판의 중앙부로 제2부하압력을 가하며, 여기서, 제1 및 제2부하압력은 상이하다. In another form, a polishing apparatus for polishing the surface of a substrate is provided. The polishing apparatus includes a rotary polishing pad and a substrate subcarrier. The substrate subcarrier includes a substrate receiving portion for receiving the substrate and positioning the substrate relative to the polishing pad and a substrate pressing member including a first pressing member and a second pressing member, wherein the first pressing member is attached to the polishing pad. A first load pressure is applied to the edge portion of the substrate, and the second pressing member applies a second load pressure to the center portion of the substrate with respect to the polishing pad, wherein the first and second load pressures are different.
일 실시예에서, 폴리싱장치는 웨이퍼 서브캐리어를 둘러싸는 리테이닝 링 및 폴리싱패드에 대하여 리테이닝 링으로 제3부하압력을 가하는 리테이닝 링 가압부재를 더욱 포함한다. 바람직하게는, 제1, 제2 및 제3부하압력은 별개로 조절가능하다. In one embodiment, the polishing apparatus further includes a retaining ring surrounding the wafer subcarrier and a retaining ring press member for applying a third load pressure to the retaining ring against the polishing pad. Preferably, the first, second and third load pressures are separately adjustable.
또 다른 형태에서는, 기판의 표면을 폴리싱하기 위한 폴리싱장치가 제공된다. 본 폴리싱장치는 회전식 폴리싱패드 및 기판 서브캐리어를 구비한다. 기판 서브캐리어는 기판을 수용하고 폴리싱패드에 대하여 기판을 위치설정하기 위한 기판수용부 및 기판가압부재를 포함하며, 상기 기판가압부재는 폴리싱패드에 대하여 기판의 에지부로 제1부하압력을 가하는 제1가압부재 및 폴리싱패드에 대하여 기판의 중앙부로 다수의 상이한 부하압력을 가하는 제2가압부재를 구비한다. In another form, a polishing apparatus for polishing the surface of a substrate is provided. The polishing apparatus includes a rotary polishing pad and a substrate subcarrier. The substrate subcarrier includes a substrate receiving portion and a substrate pressing member for receiving the substrate and positioning the substrate with respect to the polishing pad, wherein the substrate pressing member applies a first load pressure to an edge portion of the substrate with respect to the polishing pad. And a second pressing member for applying a plurality of different load pressures to the central portion of the substrate with respect to the pressing member and the polishing pad.
일 실시예에서, 제2가압부재는 각각 폴리싱패드에 대하여 기판의 국부영역으로 부하압력을 가하는 실질적으로 동심인 다수의 가압부재를 포함한다. 본 실시예의 일 변형례에서, 실질적으로 동심인 복수의 가압부재 각각은 탄성면에 의하여 적어도 일 부분상에 형성되는 압력챔버를 포함하고, 상기 탄성면은 가압된 가스가 챔버내로 도입될 경우 부하를 걸기 위하여 기판에 대해 가압된다. 다른 변형례에서, 폴리싱장치는 각 탄성가압면과 기판 사이에 개재되는 멤브레인을 더욱 포함한다. 일반적으로, 멤브레인은 EPDM, EPR 및 고무로 이루어진 재료의 그룹으로부터 선택된다. In one embodiment, the second pressing member each comprises a plurality of substantially concentric pressing members which apply a load pressure to the localized area of the substrate with respect to the polishing pad. In one variation of this embodiment, each of the plurality of substantially concentric pressing members comprises a pressure chamber formed on at least one portion by an elastic surface, which elastic load is applied when the pressurized gas is introduced into the chamber. It is pressed against the substrate for hanging. In another variation, the polishing apparatus further includes a membrane interposed between each elastic pressing surface and the substrate. In general, the membrane is selected from the group of materials consisting of EPDM, EPR and rubber.
바람직하게는, 개재된 멤브레인은 가압된 가스의 외부 공급원으로부터의 압력을 받아서 폴리싱패드에 대하여 기판의 부하력을 가하는 외부 압력챔버의 표면부를 형성한다. 보다 바람직하게는, 개재된 멤브레인은 가압된 가스의 외부 공급원으로부터의 압력을 받아서 폴리싱패드에 대하여 기판의 부하력을 가하는 외부 압력챔버의 표면부를 형성하며, 실질적으로 동심인 복수의 가압부재 각각은 외부 압력챔버내에 포함된다. 가장 바람직하게는, 외부 압력챔버에 의하여 가해지는 부하압력에 복수의 가압부재 중 하나의 부하압력이 별도로 더해져서 상이한 구역에서의 부하압력이 개별적으로 조정될 수 있으며, 외부 압력챔버는 압력구역 경계부에 걸친 압력의 불연속성을 최소화한다. Preferably, the intervening membrane forms a surface portion of the outer pressure chamber that receives pressure from an external source of pressurized gas and exerts a load on the substrate against the polishing pad. More preferably, the intervening membrane forms a surface portion of the outer pressure chamber that receives pressure from an external source of pressurized gas and exerts a load on the substrate against the polishing pad, wherein each of the plurality of substantially concentric pressing members is external. It is included in the pressure chamber. Most preferably, the load pressure applied by the external pressure chamber is separately added to the load pressure of one of the plurality of pressure members so that the load pressures in different zones can be adjusted individually, and the external pressure chamber extends over the pressure zone boundary. Minimize pressure discontinuities.
다른 실시예에서, 실질적으로 동심인 복수의 가압부재 중 적어도 하나는 기판의 실질적으로 고리모양인 영역에 대하여 부하압력을 가하는 실질적으로 원형 또는 고리모양의 부재를 포함한다. 바람직하게는, 실질적으로 동심인 복수의 가압부재 중 적어도 하나는 기판의 실질적으로 고리모양인 영역에 대하여 부하압력을 가하는 실질적으로 고리모양의 부재를 포함하며, 실질적으로 동심인 복수의 가압부재 중 하나는 기판의 실질적으로 원형인 영역에 대하여 부하압력을 가하는 실질적으로 원형인 부재를 포함한다. In another embodiment, at least one of the plurality of substantially concentric pressing members comprises a substantially circular or annular member that exerts a load pressure on a substantially annular region of the substrate. Preferably, at least one of the plurality of substantially concentric pressing members comprises a substantially annular member for exerting a load pressure against a substantially annular region of the substrate, wherein one of the plurality of substantially concentric pressing members Includes a substantially circular member that exerts a load pressure on a substantially circular region of the substrate.
또 다른 형태에서는, CMP 툴의 폴리싱패드에 대하여 기판을 폴리싱하기 위한 기판 서브캐리어가 제공된다. 기판 서브캐리어는 기판을 수용하는 기판수용부; 폴리싱패드에 대하여 기판을 가압하는 기판가압부재를 포함하며, 상기 기판가압부재는 폴리싱패드에 대하여 기판의 에지부로 제1부하압력을 가하는 제1가압부재 및 폴리싱패드에 대하여 기판의 중앙영역으로 여러가지 상이한 부하압력을 가하는 제2가압부재를 구비한다. In another form, a substrate subcarrier is provided for polishing a substrate with respect to a polishing pad of a CMP tool. The substrate subcarrier includes a substrate receiving portion for receiving the substrate; And a substrate pressing member for pressing the substrate against the polishing pad, the substrate pressing member being different from the first pressing member for applying the first load pressure to the edge portion of the substrate with respect to the polishing pad and the polishing pad in the central region of the substrate. And a second pressing member for applying a load pressure.
일 실시예에서, 제2가압부재는 각각 폴리싱패드에 대하여 기판의 국부영역으로 부하압력을 가하는, 실질적으로 동심인 복수의 가압부재를 포함한다. 실질적으로 동심인 복수의 가압부재 각각은 탄성면에 의하여 적어도 일 부분에 형성되는 압력챔버를 포함할 수 있으며, 상기 탄성면은 가압된 유체가 챔버내로 도입될 경우 부하를 걸기 위하여 기판에 대하여 가압된다.In one embodiment, the second pressing members each comprise a plurality of substantially concentric pressing members that apply a load pressure to the localized area of the substrate with respect to the polishing pad. Each of the plurality of concentric pressing members may include a pressure chamber formed at least in part by an elastic surface, the elastic surface being pressed against the substrate to apply a load when the pressurized fluid is introduced into the chamber. .
다른 형태에서는, 반도체웨이퍼를 평탄화시키는 방법이 제공된다. 일반적으로, 본 방법은 폴리싱패드에 대하여 제1부하압력으로 반도체웨이퍼의 에지구역을 가압하는 방법 및 에지구역의 내측인 동심인 구역의 다수의 반도체웨이퍼의 부분을 폴리싱패드에 대하여 여러 상이한 부하압력으로 가압하는 방법을 포함한다.In another aspect, a method of planarizing a semiconductor wafer is provided. In general, the present invention provides a method of pressing an edge region of a semiconductor wafer at a first load pressure against a polishing pad and a portion of a plurality of semiconductor wafers of concentric regions inside the edge region at various different load pressures against the polishing pad. It includes a method of pressurizing.
일 실시예에서, 본 방법은 폴리싱패드에 대하여 제3부하압력으로 웨이퍼를 둘러싸는 리테이닝 링을 가압하는 방법을 포함한다. 본 실시예의 일 변형례에서는, 부하압력은 탄성 멤브레인을 통하여 가해지는 공압을 포함한다. In one embodiment, the method includes pressing the retaining ring surrounding the wafer at a third load pressure against the polishing pad. In one variation of this embodiment, the load pressure includes pneumatic pressure applied through the elastic membrane.
선택적으로, 공압은 웨이퍼 뒷면의 적어도 일부를 직접 가압하는 가스에 의하여 공압이 가해진다. Optionally, the pneumatic pressure is applied by a gas that directly presses at least a portion of the backside of the wafer.
본 발명의 일 형태에 따르면, 기판을 가압하여 기판으로부터 재료를 제거하 는 폴리싱장치의 폴리싱면상에 소정 면을 갖는 기판을 위치설정하기 위한 폴리싱헤드가 제공된다. 폴리싱헤드는, 외면을 갖는 서브캐리어 판, 서브캐리어 판에 결합되는 고리모양의 제1멤브레인으로서, 그 위에 기판을 수용하기에 적합한 수용면 및 서브캐리어 기판의 뒷면과 판의 외측면 사이에 제1챔버를 형성시키기 위하여 기판의 뒷면으로 밀봉시키기에 적합한 립을 구비하는 제1멤브레인 및 상기 제1멤브레인 위에 위치하는 제2멤브레인으로서, 제2멤브레인의 내측면과 서브캐리어 판의 외측면 사이에 제2챔버를 형성시키기 위하여 서브캐리어 판에 결합되는 제2멤브레인을 포함한다. 폴리싱작업이 진행되는 동안, 제2챔버내로 도입되는 가압된 유체는 그것을 바깥쪽으로 굽어지게 하여 기판의 뒷면의 일부에 힘을 가함으로써 폴리싱패드에 대하여 기판 표면의 소정영역을 가압한다. 상기 소정영역은 제2챔버내로 도입되는 유체의 압력에 비례한다. According to one aspect of the present invention, there is provided a polishing head for positioning a substrate having a predetermined surface on a polishing surface of a polishing apparatus that presses the substrate to remove material from the substrate. The polishing head is a subcarrier plate having an outer surface, an annular first membrane coupled to the subcarrier plate, the receiving surface suitable for receiving the substrate thereon, and a first surface between the rear surface of the subcarrier substrate and the outer surface of the plate. A first membrane having a lip suitable for sealing to the back side of the substrate to form a chamber and a second membrane positioned over the first membrane, the second membrane being disposed between the inner side of the second membrane and the outer side of the subcarrier plate; And a second membrane coupled to the subcarrier plate to form the chamber. During the polishing operation, the pressurized fluid introduced into the second chamber presses a predetermined area of the substrate surface against the polishing pad by forcing it to bend outward and exerting a portion of the backside of the substrate. The predetermined area is proportional to the pressure of the fluid introduced into the second chamber.
일 실시예에서, 제2챔버내로 도입된 압력보다 낮은 압력으로 가압된 유체가 제1챔버내로 도입되어 폴리싱패드에 대하여 상기 기판의 표면을 가압한다. 본 실시예에서, 소정 영역은 제1챔버와 제2챔버내로 도입된 유체의 압력간의 차이에 비례한다. In one embodiment, the fluid pressurized to a pressure lower than the pressure introduced into the second chamber is introduced into the first chamber to press the surface of the substrate against the polishing pad. In this embodiment, the predetermined area is proportional to the difference between the pressure of the fluid introduced into the first chamber and the second chamber.
다른 실시예에서, 제2멤브레인은 스커트부와 하면부를 포함하고, 상기 스커트부는 하면부보다 낮은 강도를 가진다. 대안적으로, 하면부는 스커트부의 두께보다 얇은 두께를 가진다. In another embodiment, the second membrane comprises a skirt portion and a lower surface portion, wherein the skirt portion has a lower strength than the lower surface portion. Alternatively, the lower surface portion has a thickness thinner than the thickness of the skirt portion.
또 다른 실시예에서는, 제1멤브레인이 실질적으로 서브캐리어 판의 외측면을 가로질러 연장되며, 제2챔버내로 도입된 가압된 유체는 제2멤브레인이 제1멤브레인 상에 힘을 가하도록 하여 폴리싱패드에 대하여 소정영역을 갖는 기판의 표면 중 일부를 가압한다. In another embodiment, the first membrane extends substantially across the outer surface of the subcarrier plate, and the pressurized fluid introduced into the second chamber causes the second membrane to apply a force on the first membrane to the polishing pad. A part of the surface of the substrate having a predetermined area is pressed against the surface.
본 발명의 다른 형태에서는, 상술된 장치를 사용하여 기판의 표면을 폴리싱하는 방법 및 상기 방법에 따라 폴리싱되는 반도체기판에 관한 것이다. 본 방법은, (ⅰ) 서브캐리어 판에 결합되는 고리모양 제1멤브레인을 제공하는 단계로서, 상기 제1멤브레인이 그 위에 기판을 수용하기에 적합한 수용면 및 기판의 뒷면과 서브캐리어 판의 외측면 사이에 제1챔버를 형성시키기 위하여 기판의 뒷면과 밀봉시키기에 적합한 립을 구비하는 것을 특징으로 하는 단계;(ⅱ) 제1멤브레인 위에 위치한 제2멤브레인을 제공하는 단계로서, 상기 제2멤브레인은 서브캐리어 판에 결합되어 제2멤브레인의 내측면과 서브캐리어 판의 외측면 사이에 제2챔버를 형성시키는 것을 특징으로 하는 단계;(ⅲ) 제1멤브레인의 수용면에 기판을 위치설정하는 단계;(ⅳ) 제2챔버내로 가압된 유체를 도입시켜 폴리싱패드에 대하여 기판의 표면을 가압하여 제2멤브레인이 기판 뒷면의 일부에 힘을 가하도록 함으로써 폴리싱패드에 대하여 기판 표면의 소정영역을 가압하는 단계; 및 (ⅴ) 기판의 표면을 폴리싱하기 위하여 서브캐리어와 폴리싱패드 사이에 상대적인 움직임을 제공하는 단계를 포함한다. 일반적으로, 가압된 유체는 미리정해진 소정의 영역을 제공하기 위해 선택된 압력을 갖는다. Another aspect of the present invention relates to a method for polishing a surface of a substrate using the apparatus described above, and a semiconductor substrate polished according to the method. The method comprises the steps of: (i) providing an annular first membrane coupled to a subcarrier plate, the receiving surface suitable for receiving the substrate thereon and a back surface of the substrate and an outer surface of the subcarrier plate. And a lip suitable for sealing with the back side of the substrate to form a first chamber therebetween; (ii) providing a second membrane positioned over the first membrane, the second membrane being a sub Coupling a carrier plate to form a second chamber between an inner side surface of the second membrane and an outer side surface of the subcarrier plate; (iii) positioning the substrate on the receiving surface of the first membrane; Iii) introducing a pressurized fluid into the second chamber to press the surface of the substrate against the polishing pad so that the second membrane exerts a force on a portion of the back side of the substrate. The step of pressing the predetermined region of the substrate surface; And (iii) providing relative movement between the subcarrier and the polishing pad to polish the surface of the substrate. In general, the pressurized fluid has a pressure selected to provide a predetermined predetermined area.
일 실시예에서, 폴리싱패드에 대하여 기판의 표면을 가압하는 단계는, 폴리싱패드에 대하여 기판의 표면을 가압하기 위하여 제2챔버내로 도입된 유체보다 낮은 압력으로 가압된 유체를 제1챔버내로 도입시키는 단계를 더욱 포함한다. 따라 서, 소정 영역은 제1챔버와 제2챔버내로 도입된 유체의 압력간의 차이에 비례하며, 가압된 유체는 미리정해진 소정의 영역을 제공하기 위해 선택된 압력을 가진다. In one embodiment, pressing the surface of the substrate against the polishing pad comprises introducing a pressurized fluid into the first chamber at a lower pressure than the fluid introduced into the second chamber to press the surface of the substrate against the polishing pad. It further comprises a step. Thus, the predetermined region is proportional to the difference between the pressures of the fluid introduced into the first chamber and the second chamber, and the pressurized fluid has a pressure selected to provide a predetermined predetermined region.
또 다른 형태에서는, 기판을 처리하여 상기 기판으로부터 재료를 제거하기 위한 폴리싱장치의 폴리싱면에 소정 표면을 가지는 기판을 위치설정하기 위하여 폴리싱헤드가 제공된다. 폴리싱헤드는 주변 외측에지 및 중앙부를 갖는 외측면을 가지는 서브캐리어 판, 서브캐리어의 주변 외측에지에 결합되는 스페이서 및 그 위에 기판을 수용하기에 적합한 수용면을 가지는 고리모양 멤브레인을 포함하며, 상기 고리모양 멤브레인은 스페이서를 통하여 서브캐리어 판의 외측면의 주변 외측에지에 결합되는 외측에지 및 서브캐리어 판의 외측면의 중앙부에 결합되는 내측에지를 가지며, 상기 고리모양 멤브레인은 멤브레인과 외측면 사이에 고리모양 챔버를 형성시키기 위하여 스페이서의 두께만큼 외측면으로부터 분리되어 있다. 폴리싱작업이 진행되는 동안, 고리모양 챔버내로 도입되는 가압된 유체는 그것을 바깥쪽으로 굽어지게 하여 기판 뒷면의 일부에 힘을 가함으로써 폴리싱패드에 대하여 기판 표면의 소정 영역을 가압한다. 소정 영역은 제2챔버내로 도입되는 유체의 압력에 비례한다. In another form, a polishing head is provided for positioning a substrate having a predetermined surface on a polishing surface of a polishing apparatus for processing a substrate to remove material from the substrate. The polishing head includes a subcarrier plate having a peripheral outer edge and an outer surface having a central portion, a spacer coupled to the peripheral outer edge of the subcarrier, and an annular membrane having a receiving surface suitable for receiving a substrate thereon, the ring The shaped membrane has an outer edge coupled to the peripheral outer edge of the outer side of the subcarrier plate through a spacer and an inner edge coupled to the central portion of the outer side of the subcarrier plate, wherein the annular membrane is looped between the membrane and the outer side. It is separated from the outer side by the thickness of the spacer to form the shape chamber. During the polishing operation, the pressurized fluid introduced into the annular chamber presses a predetermined area of the substrate surface against the polishing pad by forcing it to bend outward and exert a force on a portion of the backside of the substrate. The predetermined area is proportional to the pressure of the fluid introduced into the second chamber.
일 실시예에서 고리모양 멤브레인의 수용면은 기판의 뒷면, 고리모양 멤브레인의 수용면 및 서브캐리어 판의 외측면 사이에 중앙챔버를 형성하기 위하여 기판의 뒷면과 밀봉되고, 여기서 폴리싱패드에 대하여 기판의 표면을 가압하기 위하여 고리모양 챔버내로 도입되는 가압된 유체보다 낮은 압력의 가압된 유체가 중앙챔버내로 도입된다. 본 실시예에서, 소정 영역은 고리모양 챔버 및 중앙챔버내로 도입 되는 유체의 압력간의 차이에 비례한다. In one embodiment the receiving surface of the annular membrane is sealed with the backside of the substrate to form a central chamber between the backside of the substrate, the receiving surface of the annular membrane and the outer side of the subcarrier plate, wherein the substrate Pressurized fluid at a lower pressure than the pressurized fluid introduced into the annular chamber to pressurize the surface is introduced into the central chamber. In this embodiment, the predetermined area is proportional to the difference between the pressure of the fluid introduced into the annular chamber and the central chamber.
다른 실시예에서, 고리모양 멤브레인은 스커트부와 하면부를 가지며, 스커트부는 하면부의 경도보다 낮은 경도를 가진다. 대안적으로, 하면부는 스커트부의 두께보다 얇은 두께를 가진다. In another embodiment, the annular membrane has a skirt portion and a lower surface portion, and the skirt portion has a hardness lower than the hardness of the lower surface portion. Alternatively, the lower surface portion has a thickness thinner than the thickness of the skirt portion.
본 발명의 또 다른 형태는, 상술된 장치를 사용하여 기판의 표면을 폴리싱하는 방법 및 상기 방법에 따라 폴리싱되는 반도체 기판에 관한 것이다. 본 방법은: (ⅰ) 그 위에 기판을 수용하기에 적합한 수용면을 가지는 고리모양 멤브레인을 제공하는 단계로서, 상기 고리모양 멤브레인이 스페이서를 거쳐 서브캐리어 판의 외측면의 주변 외측에지에 결합되는 외측에지 및 서브캐리어 판의 외측면의 중앙부에 결합되는 내측에지를 가지며, 상기 고리모양 멤브레인은 멤브레인과 외측면 사이에 고리모양 챔버를 형성시키기 위하여 스페이서의 두께만큼 외측면으로부터 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 단계;(ⅱ) 고리모양 멤브레인의 수용면에 기판을 위치설정하는 단계;(ⅲ) 고리모양 챔버내로 가압된 유체를 도입시켜 고리모양 멤브레인이 기판 뒷면의 일부에 힘을 가하도록 함으로써 폴리싱패드에 대하여 기판 표면의 소정 영역을 가압하는 단계; 및 (ⅳ) 기판의 표면을 폴리싱하기 위하여 서브캐리어와 폴리싱 패드 사이에 상대운동을 제공하는 단계를 포함한다. 일반적으로, 가압된 유체는 미리 정해진 소정 영역을 제공하기 위하여 선택된 압력을 가진다. Another aspect of the invention relates to a method of polishing a surface of a substrate using the apparatus described above and a semiconductor substrate polished according to the method. The method comprises the steps of: (i) providing an annular membrane having a receiving surface adapted to receive a substrate thereon, wherein the annular membrane is coupled to a peripheral outer edge of the outer surface of the subcarrier plate via a spacer. An inner edge coupled to the center portion of the outer side of the edge and subcarrier plates, the annular membrane being separated from the outer side by the thickness of the spacer to form an annular chamber between the membrane and the outer side. (Ii) positioning the substrate on the receiving surface of the annular membrane; (iii) introducing a pressurized fluid into the annular chamber to force the annular membrane against a portion of the substrate backside by Pressing a predetermined area of the substrate surface; And (iii) providing relative motion between the subcarrier and the polishing pad to polish the surface of the substrate. In general, the pressurized fluid has a pressure selected to provide a predetermined predetermined area.
일 실시예에서는, 기판의 뒷면, 고리모양 멤브레인의 수용면 및 서브캐리어 판의 외측면 사이에 중앙챔버를 형성시키기 위하여 고리모양 멤브레인의 수용면을 기판의 뒷면과 밀봉시키고, 폴리싱패드에 대하여 기판의 표면을 가압하는 단계는 폴리싱패드에 대하여 기판의 표면을 가압하기 위하여 고리모양 챔버내로 도입된 가압된 유체보다 낮은 압력의 가압된 유체를 중앙챔버내로 도입시키는 단계를 더욱 포함한다. 따라서, 소정 영역은 고리모양 챔버와 중앙챔버내로 도입된 유체의 압력간의 차이에 비례하며, 가압된 유체는 미리정해진 소정 영역을 제공하기 위해 선택된 압력을 가진다. In one embodiment, the receiving surface of the annular membrane is sealed with the backside of the substrate to form a central chamber between the backside of the substrate, the receiving surface of the annular membrane and the outer surface of the subcarrier plate, and the polishing pad is closed against the polishing pad. Pressing the surface further includes introducing a pressurized fluid of lower pressure into the central chamber than pressurized fluid introduced into the annular chamber to pressurize the surface of the substrate against the polishing pad. Thus, the predetermined area is proportional to the difference between the pressure of the fluid introduced into the annular chamber and the central chamber, and the pressurized fluid has a pressure selected to provide a predetermined predetermined area.
본 발명의 특정 실시예에 관하여 상술된 설명들은 예시와 설명을 위한 목적으로 제시된 것들이다. 이들은 배타적이거나 본 발명을 개시된 형태로만 제한하려는 것은 아니며, 위에서 언급한 내용을 고려하여, 명백히 많은 수정 및 변형이 가능하다. 상기 실시예들은 본 발명의 원리와 실제적인 적용을 가장 잘 설명하기 위하여 선택 기술된 것으로, 당업자들이 본 발명 및 다양한 실시예를 최적으로 사용할 수 있도록 특정한 용도에 적합한지를 심사숙고하여 다양한 수정을 가할 수 있다. 본 발명의 범위는 본 명세서에 첨부된 청구항 및 그들의 균등물에 의하여 정의되는 것을 의미한다.The foregoing descriptions of specific embodiments of the present invention have been presented for purposes of illustration and description. They are not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed, and obviously many modifications and variations are possible in light of the above teaching. The above embodiments are selected and described in order to best explain the principles and practical application of the present invention, and various modifications can be made by considering whether they are suitable for a particular use in order that those skilled in the art can best use the present invention and various embodiments. . It is intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.
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