KR101011095B1 - 전기화학적 기계적 연마에서의 공정 제어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연마 단계의 종점을 탐지하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 일반적으로, 전해연마 시스템은 전해액을 통하여 전류를 전달하도록 구성된 전력 공급기를 갖는다. 상기 전력 공급기에 의해 제공된 신호의 신호 특성이 모니터링되어 연마 종점이 결정된다. 보다 상세하게, 모니터되는 신호 특성에는 전류와 전압이 포함된다. 다른 실시예에서, 전류는 제거되는 재료와 연관된다. 이 때, 시간에 따라 전류가 모니터링되어 제거되는 전체 재료가 결정된다.

Description

전기화학적 기계적 연마에서의 공정 제어 {PROCESS CONTROL IN ELECTRO-CHEMICAL MECHANICAL POLISHING}
본 발명은 대체적으로 연마, 평탄화, 도금 및 그 조합에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연마 공정의 종점 탐지, 그리고 전기화학적 기계적 연마 및 전해연마의 모니터링 및 제어에 관한 것이다.
1/4 미크론 이하의 다층 금속화(metallization)는 차세대 초대규모 집적(ULSI)분야에서의 핵심 기술 중 하나이다. 이러한 기술의 중심에 있는 다층 인터커넥트(interconnect)는 콘택트(contact), 비아(via), 트렌치 및 기타 피쳐(feature)를 포함하는 높은 종횡비 개구내에 형성된 인터커넥트 피쳐의 평탄화를 필요로 한다. 이러한 인터커넥트 피쳐를 신뢰할 수 있게 형성하는 것은 ULSI의 달성 및 각 기판과 다이(die)에서 회로 밀도 및 품질을 높이려는 계속되는 노력에 있어서 매우 중요하다.
집적 회로 및 기타 전자 소자의 제조에서, 전도체, 반도체, 및 유전체 재료로 이루어진 복수의 층이 기판의 표면상에 부착되거나 그 표면으로부터 제거된다. 전도체, 반도체, 및 유전체 재료의 얇은 층들은 수많은 부착 방법으로 부착될 수 있다. 최근 공정에서의 일반적인 부착 방법은 스퍼터링으로도 알려진 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD), 및 전기화학적 도금(ECP)을 포함한다.
재료층들이 연속적으로 부착되고 제거됨에 따라, 기판의 최상부 표면은 그 표면에 걸쳐 비-평면이 되고 그에 따라 평탄화가 요구된다. 비-평면 공정의 예는 ECP 공정으로 구리 필름을 부착하는 것으로서, 그러한 공정에서, 특히 10 미크론 보다 넓은 라인의 경우에, 구리 토포그래피(topography)는 웨이퍼 표면의 기존 비-평면적 포토그래피를 단지 따라간다. 표면의 평탄화, 또는 표면의 "연마"는 기판의 표면으로부터 재료를 제거하여 대체적으로 평탄한 평면형 표면을 형성하는 공정이다. 평탄화는 거친 표면, 응집된 재료, 결정 격자 손상, 스크래치, 및 오염 층 또는 재료와 같은 표면 결함 및 바람직하지 않은 표면 토포그래피를 제거하는데 유용하다. 평탄화는 또한 금속화 및 공정의 후속 레벨을 위한 균일한 표면을 제공하고 피쳐를 충진하기 위해 사용된 과다 부착 재료를 제거함으로써 기판상에 피쳐를 형성하는데 유용하다.
화학적 기계적 평탄화, 또는 화학적 기계적 연마(CMP)는 기판을 평탄화하기 위해 이용되는 일반적인 기술이다. CMP는 기판으로부터 재료를 선택적으로 제거하기 위해 화학적 조성물, 통상적으로 슬러리 또는 기타 유체 매체를 사용한다. 통상적인 CMP 기술에서, 기판 캐리어 또는 연마 헤드는 캐리어 조립체상에 장착되고 CMP 장치내에서 연마 패드와 접촉하도록 위치된다. 캐리어 조립체는 기판에 제어가능한 압력을 제공하며, 그에 따라 기판을 연마 패드에 대해 가압한다. 패드는 외부 구동력에 의해 기판에 대해 상대적으로 이동한다. CMP 장치는 연마 조성물을 분산시키면서 기판 표면과 연마 패드 사이의 연마 또는 마찰 운동을 유발하여, 화학적 작용 및/또는 기계적 작용 그리고 기판 표면으로부터의 재료의 결과적인 제거를 일으킨다.
다른 평탄화 기술은 전기화학적 기계적 연마(ECMP; Electro Chemical Mechanical Polishing)이다. ECMP 기술은 전기화학적 용해에 의해 기판 표면으로부터 전도성 재료를 제거하면서, 동시에 통상적인 CMP 공정에 비해 적은 기계적 마모로 기판을 연마한다. 전기화학적 용해는 음극과 기판 표면 사이에 바이어스(bias)를 인가하여 기판 표면으로부터 주변 전해액으로 전도성 재료를 제거함으로써 실시된다. 통상적으로, 바이어스는 전도성 콘택트의 링에 의해 기판 캐리어 헤드와 같은 기판 지지 장치내의 기판 표면에 인가된다. 기판을 통상적인 연마 패드와 접촉되게 위치시키고 그들 사이에 상대적인 운동을 부여함으로써, 기계적 마모가 이루어진다.
연마의 목적은 예상가능한 재료의 양을 제거하는 것이다. 따라서, 연마 기술은 적절한 양의 재료가 제거되었을 때를 결정하는 종점 탐지를 필요로 한다. 그러나, 기판과 패드 사이의 접촉으로 인해, 연마 작업 공정은 쉽게 육안으로 확인할 수 없다.
또한, 연마 조건의 편차는 연마 종점의 정확한 결정을 방해한다. 슬러리 조성, 패드 상태, 패드와 기판 사이의 상대적인 속도, 및 패드에 대한 기판의 로드(load) 등의 편차는 재료 제거율의 편차를 초래하며, 이는 연마 종점에 도달하는데 필요한 시간을 변화시킨다. 따라서, 연마 종점은 단순히 연마 시간의 함수로서 평 가될 수 없다.
연마 종점을 예측하기 위한 하나의 접근 방법은 연마 표면으로부터 기판을 분리하고 기판상에 남아 있는 필름의 두께를 측정하는 것이다. 연마중에 주기적으로 그러한 두께를 측정함으로써, 기판으로부터 제거된 재료의 양을 측정할 수 있을 것이다. 그 경우, 재료 제거율의 선형 추정(linear approximation)을 이용하여 연마 종점을 결정할 수 있을 것이다. 그러나, 이러한 방법은 너무 시간이 많이 소요되며, 측정 간격 중에 발생할 수 있는 제거율의 급격한 변화를 설명하지 못한다.
몇가지 비-침투형의 종점 탐지 방법이 공지되어 있다. 종점 탐지의 하나의 타입은 연마되는 기판 표면의 적어도 일부에 접근하는 것을 필요로 하는데, 이는 예를 들어 기판의 일부를 연마 패드의 엣지(edge)를 지나 슬라이딩시키고 또는 패드내의 윈도우(window)를 통해 슬라이딩 시키며, 동시에 기판의 노출된 부분을 분석하는 것에 의해 이루어진다. 예를 들어, 유전체 층에 매립된 금속 라인을 노출시키기 위해 연마를 하는 경우, 라인이 노출됨에 따라 연마되는 표면의 전체적인 또는 복합적인 반사도가 변화된다. 연마 표면의 반사도 또는 표면으로부터 반사된 빛의 파장을 모니터링함으로써, 유전체 층을 통한 라인의 노출 및 그에 따른 연마 종점이 탐지될 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 연마 중에 하부 층이 노출되지 않는 경우에는 연마 종점을 결정할 수가 없다. 또한, 이러한 방법은 하부의 모든 라인이 동시에 노출되지 않으면 연마 종점을 예측하는데 있어서 어느 정도 오류를 나타낸다. 또한, 탐지 장치는 세심한 주의를 요하며 측정 또는 탐지 장치가 슬러리나 전해액 유체에 노출되면 종종 고장을 일으킨다.
연마 종점을 결정하기 위한 두번째 타입의 방법은 여러 가지 공정 변수를 모니터링하고, 하나 이상의 변수가 급격히 변화할 때 종점을 표시한다. 예를 들어, 연마 패드와 기판의 계면에서의 마찰 계수는 기판의 표면 상태의 함수이다. 연마되는 필름과 상이한 하부의 재료가 노출된 경우, 마찰 계수 역시 변화될 것이다. 이는 요구되는 연마 패드 속도를 제공하는데 필요한 토크에 영향을 미친다. 이러한 변화를 모니터링함으로써, 종점이 탐지될 수 있을 것이다.
기판 표면 이외의 다른 변수가 변화되지 않는 이상적인 시스템에서, 공정 변수 종점 탐지가 수용가능하다. 그러나, 기판이 연마됨에 따라, 패드-기판 계면에서의 슬러리/전해액 조성 및 패드 상태도 변화된다. 그러한 변화는 하부 금속 층의 노출을 탐지할 수 없게 하거나, 또는 종점 조건을 가장(imitate)함으로써, 연마의 조기 정지를 초래할 수도 있다.
마지막으로, ECMP는 통상적인 CMP에 비해 화학적, 전기적 및 물리적으로 독특한 환경을 제공한다. 따라서, CMP를 위한 종점 탐지 기술들(위에서 설명된 기술 포함)이 존재하지만, 그러한 기술들은 ECMP에도 용이하게 적용되지 않는다. 그러한 기술을 ECMP까지 확장 적용하는 경우에도, 그 적용을 위해서는 고가의 장비를 포함하는 현재의 공정 시스템을 개장(改裝)하여야 할 필요가 있을 것이다. 바람직한 접근방법은 현재 시스템의 개장과 관련한 문제점들을 완화하거나 회피할 수 있을 것이다.
따라서, 특히 ECMP에 대해, 연마 중단 시점을 정확하고도 신뢰성 있게 결정하는 연마 종점 탐지가 요구된다.
일 실시예는 전해연마 환경에서 연마 종점을 탐지하는 방법을 제공한다. 그 방법은 전해액 수용 공간을 형성하는 셀 몸체를 제공하는 단계를 포함하며, 이 때 상기 전해액 수용 공간은 적어도 전해액을 수용한다. 기판은 적어도 부분적으로 전해액에 침지된 연마 패드와 접촉하도록 위치되며, 기판상에서 하나 이상의 전도성 재료가 전해연마된다. 그에 따라, 전해연마의 연마 종점이 탐지된다.
다른 실시예에서, 상기 탐지 방법은 상기 전해액을 통하여 전류를 생성하도록 상기 전해액에 위치된 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전위차를 발생시키는 단계로서, 적어도 상기 제 1 전극이 상기 연마패드의 연마면상에 위치되지 않는, 전위차를 발생시키는 단계를 더 포함한다. 전해연마의 연마 종점은 전위차와 전류중 하나 이상에 따라 탐지된다.
다른 실시예는 종점 탐지 시스템을 구비한 전기화학적 기계적 연마 시스템을 제공한다. 그 시스템은 전해액 수용 공간을 형성하는 셀 몸체 및 상기 전해액 수용 공간내에 배치되는 연마패드를 포함한다. 전력 공급기가 전해액 수용 공간내에 수용된 전해액에 전기 신호를 공급하도록 구성된다. 종점 탐지 시스템은 전기 신호의 신호 특성을 모니터링하여 연마 종점을 탐지하도록 구성된다.
다른 실시예는 기판으로부터 제거된 재료의 양을 결정하는 방법을 제공한다. 그 방법은 기판상에서 하나 이상의 전도성 재료를 전해연마하는 단계; 상기 기판의 연마 과정에서 기판으로부터 제거된 총전하를 결정하는 단계; 및 제거된 전체 전하를 기판으로부터 제거된 재료의 두께와 상호연관시키는 단계를 포함한다.
상술한 본 발명의 특징, 장점 및 목적들, 보다 구체적으로는 앞서 간단히 요약한 본 발명의 상세한 설명을 달성하고 상세히 이해할 수 있는 방법은 첨부된 도면에 도해된 본원의 실시예를 참조함으로써 가능하다.
그러나, 첨부된 도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예이므로 본 발명을 제한하는 것으로 고려되어서는 안되며, 본 발명에 대해 다른 동일한 효과의 실시예를 인정할 수도 있다.
도 1은 전해연마 시스템의 횡단면도이다.
도 2는 예시적인 연마 패드의 평면도이다.
도 3은 제어기 및 종점 탐지기를 갖추도록 구성된 전해연마 시스템의 측면 횡단면이다.
도 4a 내지 도 4c는 연마 사이클을 도해하는 연마 패드 및 기판의 측면 횡단면도의 연속도이다.
도 5는 전압이 거의 일정한 값으로 유지되는 시간에 대한 전류의 변화를 도해하는 전류 곡선의 그래프이다.
도 6은 전압이 제 1 시간 주기에 대해 거의 일정한 제 1 값으로 그리고 제 2 시간 주기에 대해 거의 일정한 제 2 값으로 유지되는 시간에 대한 전류의 변화를 도해하는 전류 곡선의 그래프이다.
도 7은 전류가 거의 일정한 값으로 유지되는 시간에 대한 전압의 변화를 도해하는 전압 곡선의 그래프이다.
도 8은 제거된 총 전하 및 재료와 관련한 경험적으로 결정된 곡선의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 y축은 구리의 제거율이며 x축은 총 전류(누전으로 인한 오프셋)인 전류/제거율 관계의 그래프이다.
본 발명은 연마 단계의 종점를 탐지하는 시스템 및 방법을 제공한다. 대개, 전해연마 시스템에는 전해액을 통해 전압을 전달하도록 구성된 전력 공급기가 제공된다. 일 실시예에 있어서, 전력 공급기에 의해 제공되는 신호의 신호 특성은 연마 종점를 결정하기 위해 모니터링된다. 도해적으로, 모니터링된 신호 특성은 전류 및 전압을 포함한다. 다른 실시예에서, 시간에 대한 총 전류는 제거된 총 재료와 관련이 있다. 어떤 경우이건, 종점 탐지에 의한 프로세스 제어를 위해 비관입법(non-intrusive approach)이 제공된다.
여기에서 사용되는 단어 및 문구는 당해 기술 분야의 기술자에게 당해 기술에서 통상적이며 일상적인 의미의 용어일 것이며, 그렇지 않은 경우에는 추가로 정의될 것이다. 화학적 기계적 연마는 광범위하게 해석될 수 있는데, 제한적이지는 않지만, 화학적 작용, 기계적 작용 또는 이들 화학적 작용 및 기계적 작용의 조합에 의해 기판 표면을 마모시키는 것을 포함한다. 전해연마는 광범위하게 해석될 수 있는데, 제한적이지는 않지만, 전기 및/또는 전기화학적 작용의 적용에 의해 기판을 평탄화시키는 것을 포함한다. 전기화학적 기계적 연마(ECMP)는 광범위하게 해석될 수 있는데, 제한적이지는 않지만, 전기화학적 작용, 기계적 작용 또는 이들 전기화학적 작용 및 기계적 작용의 조합을 적용하여 기판 표면으로부터 재료를 제거함으로써 기판을 평탄화시키는 것을 포함한다. 전기화학적 기계적 도금 프로세스(ECMPP)는 광범위하게 해석될 수 있는데, 제한적이지는 않지만, 기판 상에 전기화학적으로 재료를 증착하고, 이와 동시에, 전기화학적 작용, 기계적 작용 또는 이들 전기화학적 작용 및 기계적 작용의 조합의 적용에 의해 증착된 재료를 평탄화시키는 것을 포함한다.
아노드 분해(anodic dissolution)는 광범위하게 해석될 수 있는데, 제한적이지는 않지만, 직접 또는 간접적으로 기판에 아노드 바이어스(anodic bias)를 인가하여, 기판 표면으로부터 주위의 전해액으로 전도성 재료를 제거하는 것을 포함한다. 관통공(perforation)은 광범위하게 해석될 수 있는데, 제한적이지는 않지만, 대상물을 통해 부분적으로 또는 완전하게 형성된 개구(aperture), 홀(hole), 채널 또는 통로(passage)를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 연마 시스템 내에서 종점의 탐지를 광범위하게 제공한다. 대체로, 앞서 정의한 연마 기술 중 어느 것이건 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 연마 및 도금이 동시에 또는 교대로 실행될 수도 있음을 고려해 볼 수 있다. 상술한 실시예들은 광범위하게 전해연마로서의 특징을 가진다.
도 1은 전기화학적 기계적 연마(ECMP) 스테이션(100)을 도시하는데, 이러한 스테이션은 보다 큰 플랫폼 또는 툴의 부품일 수 있다. 본 발명으로부터 유리하게 적용될 수 있는 하나의 연마 툴은 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)로부터 이용가능한 MIRRA® 화학적 기계적 연마기이다.
일반적으로, 전기화학적 기계적 연마(ECMP) 스테이션(100)은 기판(113)을 보유하게 되는 연마 헤드(130)를 포함한다. 도해상으로, 연마 헤드(130)는 브레이스(137)에 의해 카루셀(carousel)(111)에 장착된 외팔보이다. 이러한 카루셀(111)은 ECMP 스테이션(100)을 포함한 여러 스테이션에 걸친 위치에 대해 연마 헤드(130)를 회전시키도록 작동한다. 여기에 설명되는 연마 장치(100)와 함께 사용될 수 있는 연마 헤드(130)의 구현예들은 2000년 2월 25일자로 Shendon 등에게 허여된 USP 6,024,630에 개시되어 있다. 사용될 수 있는 구체적인 하나의 연마 헤드는 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드에서 제조한 TITAN HEADTM 웨이퍼 캐리어이다.
ECMP 스테이션(100)은 베이신(102), 전극(104), 연마 매체(105), 패드 지지 디스크(106) 및 커버(108)를 더 포함한다. 일 실시예에서, 베이신(102)는 연마 장치(100)의 기부(107)에 연결되어 있다. 베이신(102), 커버(108) 및 패드 지지 디스크(106)는 기부(107)에 대해 이동가능하게 배치될 수 있다. 따라서, 베이신(102), 커버(108) 및 패드 지지 디스크(106)는 기부(107)를 향해 축방향으로 이동될 수 있어서, 카루셀(111)이 ECMP(100)와 다른 폴리싱 스테이션(도시 안됨) 사이에서 기부(113)를 인덱싱하면서 연마 헤드(130)의 유극(clearance)을 촉진시킨다.
베이신(102)는 전체적으로 용기 또는 전해액 수용 공간(electrolyte-containing volume)(132)를 형성하는데, 여기에는 전해액(102)(저장기(13) 내에 도시됨)과 같은 전도성 유체가 수용질 수 있고, 전극(104), 연마 매체(105) 및 디스 크(106)가 전체적으로 수납되어 있다. 기판(113)을 처리할 때 사용되는 전해액(120)은 구리, 알루미늄, 텅스텐, 금, 은 또는 다른 전도성 재료와 같은 금속을 전기화학적으로 제거할 수 있다. 따라서, 전해액(120)은 플로로중합체, TEFLON®, PFA, PE, PES, 또는 전해도금 및 전해연마 화학물질과 융화성을 가지는 다른 재료로 이루어진 사발형 부재(bowl-shaped member)일 수 있다.
베이신(102)은 개구(116) 및 드레인(114)을 포함하는 바닥(110)을 갖추고 있다. 개구(116)는 대체로 바닥(110)의 중앙에 배치되며 샤프트(112)가 바닥을 관통하게 한다. 개구(116)와 샤프트(112) 사이에는 시일(seal; 118)이 배치되며, 이러한 시일(118)은 샤프트(112)가 회전할 수 있게 하는 한편, 베이신(102) 내에 배치된 유체가 개구(116)를 통과하는 것을 방지한다. 샤프트(112)의 하단부에 연결된 모터에 의해 샤프트(112)가 회전하게 된다. 이러한 모터는 소정의 속도 또는 여러 속도로 샤프트를 회전시킬 수 있는 액츄에이터이다.
상단부에서, 샤프트는 디스크 또는 패드 지지체(106)를 지지한다. 이러한 패드 지지 디스크(106)는 연마 매체(105)를 위한 장착면을 제공하며, 연마 매체(105)는 클램핑 메카니즘 또는 접착제(예컨대 압력 감지 접착제)에 의해 패드 지지 디스크(106)에 고정될 수 있다. 샤프트(112)에 연결되어 있는 것으로 도시하였지만, 다른 실시예에서는 패드 지지 디스크(106)가 스크류 또는 다른 고정 수단과 같은 패스너를 사용하여 베이신(102) 내에 고정될 수 있어서, 샤프트(112)의 필요성을 제거한다. 패드 지지 디스크(106)는 보다 양호한 전해액 재순환을 제공하도록 전극(104)으로부터 간격을 두고 떨어져 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 패드 지지 디스크(106)는 도해적으로 연마에 해로운 영향을 주지 않는 전해액(120)과 융화가능한 재료로 이루어질 수 있으며, 예컨대, 플로로중합체, PE, TEFLON®, PFA, PES, HDPE, UHMW 등과 같은 중합체로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 패드 지지 디스크(106)는 내부에 형성된 다수의 관통공 또는 채널을 포함한다. 이러한 관통공은 패드 지지 디스크(106)로부터 연마 매체(105)의 상부면으로 연장하는 채널(122)을 협력하여 형성하는 연마 매체(105)의 관통공과 결합되어 있다. 이러한 채널(122)을 제공함으로써, 패드 지지 디스크(106) 및 폴리싱 매체(105)가 전체적으로 전해액(102)을 투과할 수 있다. 관통공의 크기 및 밀도는 패드 지지 디스크(106)를 통해 기판(113)으로 전해액(120)의 균일한 분포를 제공하도록 선택된다.
연마 매체(105)는 유체 환경과 프로세싱 요구조건과 용화될 수 있는 재료로 이루어진 패드, 웨브 또는 벨트일 수 있다. 연마 매체(105)는 베이신(102)의 상단부에 위치되며 패드 지지 디스크(106)에 의해 하단부 상에 지지되어 있다. 일 실시예에서, 연마 매체(105)는 프로세싱 동안 기판 표면과의 접촉을 위한 전도성 재료의 적어도 부분적으로 전도성 표면을 포함한다. 따라서, 연마 매체(105)는 전도성 연마 재료, 또는 종래의 연마 재료 내에 배치되는 전도성 연마 재료의 혼합물일 수 있다. 전도성 재료는 또한 연마 동안 기판과의 접촉을 위한 일부 전도성 단부로서 패드 지지 디스크(106)와 연마 재료 사이에 삽입될 수 있다. 전도성 연마 재 료 및 종래의 연마 재료는 대체로 지속되는 전기장 하에서 기능이 저하되지 않으며 산성 또는 염기성 전해액 내에서 분해되지 않는 기계적 물성을 가진다.
전도성 연마 재료는 전도성 중합체, 전도성 재료를 함유한 중합체 혼합물, 전도성 금속, 전도성 충전재 또는 전도성 도핑 재료, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 전도성 중합체는 폴리아세틸렌, BaytronTM라는 상표로 시판되는 폴리에틸렌다이옥시티오펜(PEDT), 폴리아닐린, 폴리피롤, 및 이들의 혼합물과 같은 고유의 전도체인 중합체 재료를 포함할 수 있다.
전도성 재료를 함유한 중합체 혼합물은 중합체-귀금속 하이브리드 재료를 포함할 수 있다. 여기에 설명된 전도성 연마 재료로서 사용될 수 있는 중합체-귀금속 하이브리드 재료는 산화 방지성의 귀금속을 함유하는 재료와 같이, 주변 전해액과 화학적으로 불활성이다. 중합체-귀금속 하이브리드 재료의 일례는 백금-중합체 하이브리드 재료이다. 본 발명은 중합체-귀금속 하이브리드 재료의 사용을 고려하는데, 이러한 중합체-귀금속 하이브리드 재료는 다른 재료에 의해 주변 전해액으로부터 고립되어 있는 경우 주변 전해액과 화학적으로 반응한다.
연마 재료로서 사용될 수 있는 전도성 재료는 주변 전해액과 화학적으로 반응할 수 있는 비교적 불활성인 금속이다. 연마 재료로서 사용될 수 있는 전도성 금속의 일례는 백금이다. 전도성 금속은 연마 재료의 전체 연마면 또는 일부분을 형성할 수 있다. 연마면의 일부분을 형성하는 경우, 전도성 금속들은 종래의 연마 재료 내에 통상적으로 배치된다.
전도성 연마 재료는 상술된 전도성 중합체 또는 종래의 연마 재료와 같은, 바인더 재료에 배치된 전도성 도핑 재료 또는 전도성 충전재를 더 포함할 수 있다. 전도성 충전재의 예는 탄소 분말, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브(carbon nanotubes), 탄소 나노포옴(carbon nanofoam), 탄소 에어로겔, 및 이들의 조합물을 포함한다. 탄소 나노튜브는 나노미터 크기 범위의 직경을 가지는 탄소 재료의 전도성 중공형 필라멘트이다. 전도성 충전재 또는 전도성 도핑 재료는 원하는 전도성을 가지는 연마 매체를 제공하기에 충분한 양으로 바인딩 재료에 배치된다. 바인더 재료는 통상적으로 종래의 연마 재료이다.
종래의 연마 재료는 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 또는 이들의 조합물, 및 연마 기판 표면에 사용되는 다른 연마 재료와 같은 중합 물질을 포함할 수 있다. 전형적인 종래의 재료는 연마 매체의 IC 시리즈에서 발견된 재료를 포함하며, 예를 들면 미국 아리조나 피닉스에 있는 로델 인코포레이티드(Rodel Inc.)로부터 상업적으로 이용가능한 폴리우레탄 및 충전재와 혼합된 폴리우레탄이다. 본 발명은 또한 압축가능한 재료의 층과 같은 다른 종래의 연마 재료를 이용한다. 압축가능한 재료는 압축 펠트 섬유와 같은 종래의 연한 재료를 포함한다.
일반적으로, 전도성 연마 재료 또는 전도성 연마 재료와 종래의 연마 재료의 복합물이 약 10 Ω㎝ 또는 그 미만의 부피 저항률 또는 약 10 Ω/스퀘어(square) 또는 그 미만의 표면 저항률을 가지는 전도성 연마 재료를 생산하기 위해 제공된다. 하나의 양상에서, 연마 매체는 약 1 Ω㎝ 또는 그 미만의 저항률을 갖는다. 전도성 연마 재료의 일 예는 0℃에서 9.81 μΩ㎝의 저항률을 가지는 백금 층이다.
전도성 연마 재료 및 종래의 연마 재료의 복합물은 연마 매체(105)에 있는 전도성 연마 재료의 약 5 wt% 내지 약 60 wt%를 포함할 수 있다. 전도성 연마 재료 및 종래의 연마 재료의 복합물의 일 예는 약 10 Ω㎝ 또는 그 미만의 부피 저항률 또는 약 10 Ω/스퀘어 또는 그 미만의 표면 저항률을 가지는 연마 매체를 제공하도록 충분한 양으로 폴리카보네이트 또는 폴리우레탄의 종래의 연마 재료에 배치된 탄소 섬유 또는 탄소 나노튜브를 포함한다.
또한, 본 발명은 종래의 연마 재료에 매립된 마모 재료의 이용이 심사숙고된다. 이 같은 일 실시예에서, 고정된 마모 입자는 일반적으로 전도성 마모 재료를 포함한다.
이와 달리, 연마 매체(105)는 종래의 연마 재료에 배치된 금속 메시를 포함할 수 있다. 금속 메시는 백금과 같은 화학적 불활성 전도성 재료를 포함할 수 있다. 금속 메시가 종래의 재료의 공형 층(conformal layer)에 의한 것처럼 전해액으로부터 화학적으로 격리된 경우, 금속 메시는 또한 주위의 전해액과 반응하는 것이 관찰되는, 구리와 같은 재료를 포함할 수도 있다.
도 2를 간단히 참조하면, 연마 매체(105)의 특별한 예시적인 실시예가 평면도로 도시되어 있다. 일반적으로, 연마 매체(105)는 상부 연마 표면에 배치된 전도성 소자(202)를 가지는 천공 디스크형 패드이다. 도시된 바와 같이, 전도성 소자(202)는 연마 매체(105)의 중앙 축선에 대해 배치된 고리형 부재이다. 그러나, 더욱 일반적으로, 전도성 소자(202)는 임의의 형상일 수 있다. 또한, 전도성 소자 (202)는 단일 부재일 필요가 없지만, 상술된 금속 메시의 경우에서와 같이, 다수의 일체형 전도성 부재일 수 있다. 전도성 소자(202)의 위치 및 크기는 연마 매체(105) 상의 기판의 위치와 관계없이 소자(202)와 기판(예를 들면, 기판(113)) 사이의 접촉을 보장하도록 선택된다.
연마 매체(105)가 적어도 부분적으로 전도성을 가지기 때문에, 연마 매체(105)는 전기화학적 공정 동안 기판과 조합하여 전극으로서 작용할 수 있다. 도 1을 참조하면, 전극(104)은 기판 표면과 접촉하는 연마 매체(105)에 대한 상대 전극이다. 전극(104)은 전극(104) 및 연마 매체(105) 사이에 인가되는 양성 바이어스(아노드) 또는 음성 바이어스(캐쏘오드)에 따라 아노드 또는 캐쏘오드일 수 있다.
예를 들면, 기판 표면 상의 전해액으로부터 재료를 증착하면, 전극(104)은 아노드로서 작용하고 기판 표면 및/또는 연마 매체(105)는 캐쏘오드로서 작용한다. 인가되는 바이어스로부터 분해와 같이, 기판 표면으로부터 재료를 제거할 때, 전극(104)은 캐쏘오드로서 기능하고 기판 표면 및/또는 연마 매체(105)는 분해 공정에 대한 아노드로서 작용할 수 있다.
전극(104)은 전해액(120)에 침지될 수 있는 베이신(102)의 바닥(110)과 디스크(106) 사이에 일반적으로 위치된다. 전극(104)은 판형 부재일 수 있으며, 판은 투과성 막 또는 컨테이너에 배치된 다수의 전극 피스 또는 관통 형성되는 다중 구멍을 갖는다. 투과성 막(도시안됨)은 디스크(106)와 전극(104) 사이에 배치될 수 있어 입자 또는 슬러지가 전극(104)으로부터 전해액으로 방출되는 것을 방지한다. 투과성 막은 충전재로서 작용할 수 있어 공정 동안 또한 상대 전극으로부터의 가스 방출이 기판에 도달하는 것을 방지한다. 투과성 막의 기공 크기 및 밀도는 공정 성능을 최적화하는 방식으로 한정된다.
아노드 분해와 같은, 전기화학적 제거 공정에 있어서, 전극(104)은 구리 분해용 백금과 같은, 증착된 재료가 아닌 재료의 비 소모성 전극을 포함할 수 있다. 그러나, 전극(104)은 또한 바람직한 경우, 구리 연마를 위해 구리로 제조될 수 있다.
작동 중, 전해액(120)이 저장부(133)로부터 노즐(170)을 경유하여 공간(132)으로 유동된다. 전해액(120)이 스커트(154)에 배치된 다수의 구멍(134)에 의해 공간(132)으로 유동되는 것을 방지한다. 구멍(134)은 일반적으로 공간(132)에서 배출되고 베이신(102)의 하부로 유동하는 전해액(120)용 커버(108)를 통한 경로를 제공한다. 구멍(134)의 적어도 일 부분은 함몰부(158)의 하부면(136)과 중앙부(152) 사이에 일반적으로 위치된다. 구멍(134)이 통상적으로 함몰부(158)의 하부면(136) 보다 더 높기 때문에, 전해액(120)은 공간(132)에 채워지고 따라서 기판(113)과 연마 매체(105)가 접촉한다. 따라서, 기판(113)은 커버(108)와 디스크(106) 사이의 상대적인 간격의 완전한 범위를 통하여 전해액(120)과 접촉을 유지한다.
베이신(102)에 수집된 전해액(120)은 일반적으로 바닥(110)에 배치된 드레인(114)을 통하여 유체 전달 시스템(172)으로 유동한다. 유체 전달 시스템(712)은 통상적으로 저장부(133)와 펌프(142)를 포함한다. 유체 전달 시스템(172)으로 유동하는 전해액(120)이 저장부(133)에 수집된다. 펌프(142)는 전해액(120)을 저장부(133)로부터 공급 라인(144)을 통하여 노즐(170)로 이송하고 노즐에서 전해액 (120)이 ECMP 스테이션(102)을 통하여 재순환된다. 필터(140)는 일반적으로 저장부(133)와 노즐(170) 사이에 배치되어 전해액(120)에 존재할 수 있는 덩어리진 재료와 입자를 제거한다.
전해액은 상업적으로 입수가능한 전해액을 포함할 수 있다. 예를 들면, 구리 함유 재료 제거시, 전해액은 황산, 황산염 기재 전해액 또는 인산, 포타시움 포스페이트(K3PO4), (NH4)H2PO4, (NH4) 2HPO4, 또는 이들의 조합물과 같은 인산염 기재 전해액을 포함할 수 있다. 전해액은 또한 황산 동과 같은 황산 기재 전해액의 유도체, 인산 동과 같은 인산 기재 전해액의 유도체를 포함할 수 있다. 과염소산, 초산 용액 및 이들의 유도체를 가지는 전해액도 사용될 수 있다. 부가적으로, 본 발명은 다른 것들 중에서 광택제, 킬레이트제, 및 레벨러와 같은, 종래에 사용된 전기도금 또는 전해 연마 첨가물을 포함하여, 전기 도금 또는 전해 연마 공정에 종래에 이용되는 전해액 복합물을 이용하는 것이 심사숙고된다. 전해액의 일 양상에서, 전해액은 약 0.2 내지 약 1.2 몰의 용액 사이로 농축될 수 있다. 바람직하게는, 전해액은 금속과 반응하도록 선택되지만 유전체와 같은 하부 재료와 반응하지 않는다.
작동 도중, 전위차가 전극(104 및 105) 사이에 인가된다. 이 때, 전극(105)와 직접 접촉하는 기판(113)이 전극(105)과 동일한 전위에 있다. 전류 루프는 전해액에서 원자 기판 재료를 이온으로 변환시킴으로써 연마 스테이션에서 완료된다. 기판(113)의 동시 기계적 연마는 기판과 연마 매체(105) 사이의 상대적 이동에 의 해 달성된다. 또한, 연마 사이클은 종점을 결정하도록 모니터링된다. 전력 공급기 및 종점 탐지 시스템으로 구성된 예시적인 연마 스테이션이 지금부터 도 3을 참조하여 설명된다.
도 3은 상술된 연마 스테이션(100)의 대표적일 수 있는 연마 스테이션(300)의 일 실시예를 보여준다. 따라서, 동일한 도면부호는 도 1 및 도 2를 참조하여 상술된 동일한 부품을 표시한다. 일반적으로, 이같은 동일한 부품은 베이신(102), 연마 헤드(130), 기판(113), 하나의 전극(104), 스템(112), 천공 패드 지지 디스크(106), 연마 매체(105) 및 전도성 소자(202)(제 2 전극을 형성함)를 포함한다.
연마 스테이션(300)은 전력 공급기(302)와 같은 하나 이상의 전력 공급기에 의해 에너지를 공급받는다. 일실시예에서, 전력 공급기(302)는 직류(DC) 전력 공급기이다. 그러나, 전력 공급기(302)는 또한 교류(AC) 전력 공급기일 수 있다. 일면으로는, 기판 상에서 재료를 교번적으로 제거하고 증착하는 것을 피하기 위해 직류 전력 공급기가 바람직하다. 일반적으로, 전력 공급기(302)는 약 0 와트에서 100 와트 사이의 전력, 약 0 볼트에서 10 볼트 사이의 전압 및 약 0 암페어에서 10 암페어 사이의 전류를 공급하는 것이 가능하다. 그러나, 전력 공급기(302)의 특정 작동 사양은 적용 분야에 따라 변경될 수 있다.
전력 공급기(302)는 특히 전해액(120)을 통해 전압 또는 전류를 제공하도록 적용된다. 이를 위해, 전력 공급기(302)는 양(+)단자에 의해 제 1 전극에 연결되고 음(-)단자에 의해 제 2 전극에 연결된다. 일실시예에서, 제 1 전극은 전도성 부재(202)와 같은 연마 매체(105)의 전도성 부분이다. 결과적으로, 제 1 전극은 적어도 연마 사이클의 일부 동안 연마 매체(105) 상에 배치되는 기판에 직접 접촉하게 된다. 제 2 전극은 예를 들어, 베이신(102)의 바닥에 배치되는 대응 전극(104)이다. 제 1 전극과 달리, 제 2 전극은 기판과 물리적으로 직접 접촉하지 않을 수 있다.
일실시예에서, 연마 스테이션(300)은 기준 전극을 포함한다. 예를 들어, 기준 전극(310A)은 디스크(106)와 대응 전극(104) 사이에 배치될 수 있다. 더 일반적으로, 기준 전극은 상기 기준 전극이 전해액(120) 내에 침지되는 한 베이신 내의 어떤 위치에라도 있을 수 있다. 예를 들어, 기준 전극(310B)은 베이신(102)의 측벽과 연마 매체(105) 사이에 부유된 상태로 도시된다. 기준 전극은 기판 상에 일정한 전기화학적 전위을 유지하도록 작용한다. 따라서, 기준 전극의 존재는 전류 루프에서 전도율의 변화로부터 제거 속도가 독립적이도록 하며, 이는 예를 들어, 대응 전극(104) 상의 자유 구리(loose copper)의 증착에 의해 발생될 수 있다. 기준 전극은 백금으로 제조된 와이어와 같은 매우 얇은 금속 와이어로 만들어질 수 있고 전력 공급기(302)에 연결된다.
연마 시스템(300)의 작동은 제어 시스템(312)에 의해 제어된다. 일실시예에서, 제어 시스템(312)은 제어기(314) 및 종점 탐지기(316)를 포함한다. 제어기(314)는 전력 공급기(302), 유체 전달 시스템(172), 모터(124) 및 캐리어 헤드(130)를 포함하는 연마 시스템(300)의 각각의 장치에 작동 가능하게 연결된다. 종점 탐지기(316)는 전력 공급기(302)에 의해 제공되는 신호의 신호 특성을 모니터링하도록 구성된다. 이를 위해, 종점 탐지기(316)는 전력 공급기(302)의 송전선에 배치되는 계량기(318)에 전기적으로 연결될 수 있다. 비록, 전력 공급기(302)로부터 분리된 것으로 도시되지만, 계량기(318)는 전력 공급기(302)와 전체로서 일부일 수 있다. 일실시예에서, 계량기(318)는 전류를 측정하도록 구성되는 전류계이다. 또 다른 실시예에서, 계량기(318)는 전압을 측정하도록 구성되는 전압계이다. 또 다른 실시예에서, 계량기는 전압 및 전류를 측정하도록 구성된다. 따라서, 계량기(318)로부터 얻어지는 기록은 기준을 만족하는가를 결정하기 위해 종점 탐지기(316)에 의해 사용될 수 있다. 하나의 기준은 기판이 충분히 연마되었는지 여부(즉, 연마 종점이 도달되었는지 여부)이다. 만약 연마 종점이 도달되었다면, 종점 탐지기(316)는 제어기(314)에 통지할 수 있고, 따라서 추가적인 단계를 시작하도록 및/또는 기판의 연마를 정지시키도록 하나 이상의 제어 신호를 내보낼 수 있다.
적어도 일실시예에서, "종점"은 연마 사이클 동안 충분한 양의 금속이 기판으로부터 제거된 시점을 나타낸다. 종점의 탐지에 따라, 잔류 금속을 제거하기 위해 일정 시간동안 연마를 지속하는 것이 필요할 수 있다.
종점 탐지 작동은 이제 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명될 것이다. 먼저 도 4a를 참조하면, 기판(113) 및 연마 매체(105)의 측면이 도시된다. 연마 매체(105)는 전력 공급기(302)로부터 전류 또는 전압의 인가에 의해 이온화된 전도체로 형성되는 전해액(120) 내에 침지되어 있는 것으로 도시된다. 기판(113)은 전해액(120) 위에 위치되고 연마 매체(105)를 향하여 하향으로 이동하는 것으로 도시된다. 일반적으로, 기판(113)은 그 내부에 형성된 미세구조물을 가지는 기초 재료(402)(통상적으로 실리콘으로 제조됨)를 포함한다. 기초 재료(402)는 유전체 재 료, 반도체 재료 및 전도체 재료로 이루어진 다층에 의해 피복될 수 있다. 최외각 금속층(406)은 미리 미세구조물(404)에 증착되고 유전층, 반도체층 및 도체층 위에 증착된다. 실례적으로, 금속층(406)은 구리이다. 패시배이션층(408)은 상기 금속층(406) 위에 형성된다. 패시배이션층(408)은 연마가 상기 연마 매체(105)와 접촉하는 곳에 주로 발생하는 것을 보장하도록 선택된다. 전도성 전해액의 일부인 패시배이션 에이전트는 연마되기 위해 유입되는 금속층의 리세스에 보호막을 씌울 것이다. 도시된 패시배이션 에이전트는 비티에이(BTA), 티티에이(TTA) 등을 포함한다. 따라서, 도 4b에서 도시된 것처럼, 패시배이션층(408)은 연마 매체(105) 및 금속층(406)의 경계면에 존재하지 않는다. 도 4b에서 이루어지는 연마는 기계적 연마(기판(113)과 연마 매체(105) 사이의 상대적 이동의 결과로서) 및 아노드 분해(anodic dissolution)(기판(113)과 전해액(120) 사이의 화학적 상호작용의 결과로서)의 조합이다.
연마는 종점 탐지기(316)가 종점에 도달되었음을 제어기(314)에 표시하는 시점으로 초과 벌크 금속이 제거될 때까지 계속된다. 도 4c는 연마 종점에서 기판의 표면 상태를 도시한다. 구리선(즉, 미세구조물(404) 내의 구리)은 상기 선들이 패시배이션 에이전트에 의해 보호되고 연마 매체(105)에 접하지 않는다는 사실 때문에 연마되지 않는다. 일실시예에서, 연마는 금속 잔류물의 충분한 제거를 보장하기 위해 일정 기간 계속되게 된다. 연마의 이러한 상태는 본 원에서 "과연마"로 지칭한다. 연마 종점이 이미 탐지되었기 때문에, 과연마는 주의 깊게 시간 조절될 수 있고 최적의 웨이퍼 처리량 및 구리 디싱(copper dishing)을 최소화하도록 제어 될 수 있다.
도 5를 참조하면, 곡선(500)은 시간에 대한 (전력 공급기(302)에 의해 공급된) 전해 연마 전류의 변화를 도식적으로 나타낸다. 시간이 수평축으로 도시되는 반면 전류 값은 수직축으로 도시된다. 곡선(500)에 의해 예증되는 연마 사이클 내내, 전력 공급기(382)는 실질적으로 일정한 전압을 유지한다. 이러한 작동 방식은 일정한 전압이 연마 셀에 적용되기 때문에 본 원에서 "전압 모드"로 언급된다. 계량기(318)로부터 직접 발생되는 전류 곡선은 도 5에 도시된 것처럼 매끄러울 수 없다는 것을 인식해야 하지만, 신호는 전자 필터 또는 소프트웨어 평균화에 의해 매끄럽게 될 수 있다.
제 1 시간 영역(t0 내지 t1) 동안, 연마는 전류에 있어 거의 또는 아무런 변화 없이 일어난다. 상기 기간동안 기판의 상태는 도 4b에 도시된다. 상기 기간 동안, 금속층(406)으로부터 공급되는 금속 이온(예를 들어, 구리층의 경우에 있어 구리 이온)의 이용 가능성 때문에, 상대적으로 높은 전류가 유지된다. 시간 t1에서, 신호의 하강은 연속적인 필름과 불연속적인 필름 사이의 전이에 상응한다. t1에서의 신호 하강은 종점 탐지기(316)에 의해 탐지된다. 따라서, 시간 t1에서 종점 탐지기(316)는 (도 5에서 도시된 것처럼) 동일한 전압을 유지하기 위해 또는 (도 6의 하부에 도시된 것처럼) 프로세스를 저 전압으로 스위칭하기 위해 제어기에 신호를 보낸다.
제 2 시간 영역(t1 내지 t2)에서, 전류의 감소가 발생되며, 종점 탐지기(316)에 의해 탐지될 수 있다. 이러한 시간 영역은 도 4b 및 도 4c에 도시된 연마 상태 사이의 시간 영역에 의해 도시된다. 전류의 감소는 전해액 내에 용해된 금속 이온의 감소 때문이다. t1 및 t2 사이의 시간 주기는 통상적으로 매우 얇은 연속 금속층과 불연속 금속층 사이의 전이에 상응한다. 불연속 금속층의 연마으로 인해 결과적으로 전해액 내로 방출되는 구리 이온이 작게 되어, 보다 낮은 전류로 된다.
약 t2에서, 전류는 안정화되고, 즉 곡선(500)의 기울기는 거의 0이 된다. 이는 금속 이온(즉, 금속층(406))의 소오스가 실질적으로 고갈되었기 때문이다. 연마 종점은 특정 정도의 전류 안정화에서 달성된다. 연마 종점에서 기판의 상태는 도 4c에 예증되며 종점은 종점 탐지기(316)에 의해 탐지된다. t2와 t3 사이의 제 3 시간 주기에서 기판은 잔류 금속을 제거하기 위해 추가 연마(즉, 과연마)된다. t2에서 t3까지의 시간 주기의 기간은 연마가 중지되고 기판이 연마 매체로부터 제거되는 특정 패턴 설계 및 밀도에 따라 변할 수도 있다. 시간 t3에서, 전력 공급기는 꺼지고 기판은 그 후 추가 프로세싱(예를 들어, 세척 또는 배리어층 연마)을 위해 연마 시스템의 또 다른 위치로 전달될 수도 있다.
도 5에 도시된 실시예에서, 전력 공급기(302)는 단일 전압을 유지하도록 구성된다. 그러나, 또 다른 실시예에서, 인가된 전압은 둘 이상의 값 사이에서 변할 수도 있다. 예를 들어, 도 6의 전류 곡선(600)은 전압이 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변할 때 전류에 대한 효과를 도시한다. 특히, 제 1 전압값은 t0에서 t2까지의 기간 동안 유지된다. 이러한 시간 주기(t0에서 t1)의 일부 동안, 전류는 초기에 실질적으로 일정한 값 I0로 유지된다. t1 내지 t2에서, 상당히 감소된 전류가 관찰된다. t2에서 전류는 제 2 값으로 스위치 된다.
일 측면에서, 보다 높은 값에서 보다 낮은 값으로 스위칭되는 목적은 웨이퍼의 작업 처리량을 증가시키기 위한 것이다. 특히, 보다 높은 전압값은 보다 높은 전류, 및 그러므로 보다 높은 제거 속도에 대응한다. 그러나, 보다 높은 제거 속도가 작업 처리량과 관련하여 바람직하지만, 보다 높은 전압값이 구리 디싱, 구리 잔류물, 표면 조도 등에 대해 최상의 결과를 제공하지는 않을 수도 있다. 따라서, 잔류 구리층이 매우 얇지만 연속적이면, 이때 전압은 보다 낮은 값으로 스위치된다. 설명을 위해, 스위치 시간은 작업 처리량을 최적화하도록 선택된 소정의 시간값에 따라 결정된다. 이러한 방식으로, 프로세스는 작업 처리량 뿐만 아니라 결과(예를 들어, 필름 품질)를 위해 최적화될 수 있다.
전압이 제 2 전압값으로 스위치된 후에, 전류는 다시 실질적으로 일정한 값(l1)으로 유지된다. 예로서, 상기 실질적으로 일정한 전류값은 시간(t2 내지 t3)동안 유지된다. 시간 주기(t3)에서, 상기 전류의 제 2 감소가 관찰된다. 상기 전류의 감소는 연마 종점이 시간(t4)에서 탐지될 때까지 종점 탐지기(316)에 의해 모니터된다. 그 후 과연마 단계가 시간 주기(t4 내지 t5) 동안 유지될 수 있으며, 상기 주기 후에 연마 사이클이 완료되고 기판이 다음 공정을 위해 연마 스테이션으로부터 제거될 수 있다.
전술한 바와 같이, 곡선(500,600)은 전류의 변화가 일정 전압 중에 모니터되는 "전류 모드" 작동을 나타낸다. 다른 실시예에서, "전류 모드"를 참조하면 전류가 실질적으로 일정한 전압값으로 유지되는 동안에 전압의 변화가 모니터될 수 있다. 도 7은 전류 모드 작동 중에 모니터되는 신호 특성을 나타내는 전압 곡선 (700)을 도시한다. 상기 전압 곡선(700)은 수직축 상에 나타낸 전압값에 따라 정의되며 이는 수평축 상에 나타낸 시간에 대해 변화된다. 연마 사이클 전반에 걸쳐, 전류는 실질적으로 일정한 값으로 유지된다. 연마 초기 주기(t0 내지 t1) 동안에, 전압은 실질적으로 일정한 값(VO)으로 유지된다. 시간(t1)에서, 전압의 증가가 V0로부터 V1으로 관찰되었다. 종점은 전압 안정이 관찰되는 시간(t2)에서 종점 탐지기(316)에 의해 탐지된다. 그 후 과연마 단계가 시간 주기(t2 내지 t3) 동안 유지될 수 있으며, 상기 시간 주기 이후에는 연마가 정지된다.
따라서, 작동 모드(즉, 전류 모드 또는 전압 모드)와 무관하게, 연마 종점은 전력 공급기(302)에 의해 제공되는 신호의 신호 특성에 따라 탐지된다. 각각의 경우에, 동일한 또는 유사한 알고리즘이 종점을 탐지하는데 사용될 수 있다. 일 실시예로, 공지의 알고리즘이 신호 특성의 예정 변화율을 탐지하는데 사용될 수 있다. 예를들어, 에칭 시스템에 사용된 에칭 종점 탐지 알고리즘이 본 발명에 사용될 수 있다. 그러한 에칭 시스템에서, 반사광의 파장이 통상적으로 모니터된다. 파장의 변화는 재료가 충분히 에칭되었음을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 일 실시예는 이들 및 이들과 유사한 알고리즘을 유리하게 사용할 수 있다는 것이 장점이다. 그러나, 더 일반적으로 본 기술분야의 당업자들은 유리하게 사용될 수 있는 다른 알고리즘과 기술을 인식할 수 있을 것이다.
하나의 특징적인 종점 알고리즘이 도 5를 참조하여 설명될 것이다. 예시적인 알고리즘은 "윈도우" 510A-F로 지칭되는 소프트웨어 규정을 사용한다. 상기 윈도우의 용도는 종점 곡선을 모니터하는 것이다. 그와 같이, 윈도우의 크기와 수가 예상 곡선의 형태를 일반적으로 그려낼 수 있도록 선택된다. 윈도우의 크기와 수는 ECMP의 작동자에 의해 정의될 수 있으며 이는 윈도우들 사이에서 변화될 수 있다. 게다가, 윈도우는 도 5의 그래프상에서 특정 시간 간격에 고정되지 않으며, 그 대신에 곡선 500에 따른 변화에 응답한다.
공정 초기에, (전력 공급기(302)가 켜지는 대로) 전류의 값은 I1이다. 제 1 쌍의 윈도우(510A-B)의 높이는 I1이 전류 예정 범위 내에 있도록 설정된다. I1이 윈도우 높이 내에 있지 않으면, 연마 스테이션의 옴 저항은 특정 범위 내에 있지 않으며 적절한 거동을 나타내지 않는다. 이러한 경우에, 상기 공정은 종점 탐지기(316)에 의해서 자동으로 정지된다.
적절한 작동중에, 전류는 t0 내지 t1 범위에서 안정된다. 즉, 종점 곡선(500)은 측면으로부터 윈도우(510A-B)로 진입하여 측면으로부터 윈도우(510A-B)를 빠져나간다. 시간(t1)에서, 연마될 금속 층은 불연속적으로 되며, 전류는 하강하며 전류 곡선(500)은 바닥으로부터 윈도우(510C)를 빠져나간다. 윈도우(510C)의 바닥을 빠져나가는 곡선(500)은 종점 탐지기(316)에 대한 전류 하강을 나타낸다. 상기 신호는 모든 나머지 구리 패치가 연마될 때까지(즉, 시간(t2)까지) 다수의 윈도우(510D-E)의 바닥을 빠져나간다. 시간(t2)에서는 연마될 더 이상의 구리가 없으며 전류가 다시 I2로 안정화된다. 따라서, 곡선(500)은 윈도우(510F)의 측면으로부터 빠져나가며 종점 탐지기(316)는 t2에서 공정의 종점을 탐지한다. 전류(I2)는 금속이온이 전해액에서 방출되지 않는(또는 금속 이온이 무시할만한 양이 방출되는) 상황에 해당한다. 그와 같이, I2(즉, 수 밀리암페아)는 I1(수암페아)에 비 교해 통상적으로 매우 적다. 과연마 단계는 어떤 잔류물이 제거되는 시간(t3)까지 수행될 수 있다.
다른 실시예에서, 종점 탐지기(316)는 웨이퍼로부터 제거될 총전하를 계산하여 제거된 재료의 양을 결정한다. 이는 시간에 대해, 연마 동안 셀/웨이퍼에 제공된 총 전류 신호(여기서는 총 전류 신호 또는 셀 전류 신호로서 지칭됨)를 적분함으로써 수행된다. (셀 전류 신호의 적분에 의해 주어지는)셀 전류 신호가 제거된 재료와 임의의 누설 전류를 제공한다고 인식하면, 연마 종점은 제거된 총 전하를 제거된 총 재료량에 적용(임의의 누설 전류에 대해 보정된 셀 전류 신호의 적분)함으로써 결정될 수 있다. 이후에 더 상세히 설명하는 바와 같이, 이러한 전하/제거량의 관계는 이론적 또는 경험적으로 결정될 수 있다. 그후 웨이퍼의 연마 주기에 대한 종점의 탐지는 연마 이전의 웨이퍼에 대한 초기 두께만을 알면된다. 웨이퍼는 초기 웨이퍼 두께와 제거된 두께 사이의 차이가 소정의 두께와 동일해질 때까지 연마된다.
목표 두께 = 초기 두께 - 제거된 재료 두께 ....... (방정식 1)
여기서, "제거된 재료의 두께"는 (이후 설명하는 바와 같이 임의의 누설 전류값에 대해 보정될 수 있는)전류값을 적분함으로써 얻어지는 전류량의 함수이다. 전류 신호가 단지 주기적으로 샘플링되는 경우에(즉, 종점 탐지기(316)가 전력 공급기(302)의 계량기(318)로부터 얻는 전류값 샘플을 사용하는 경우에), 적분값은 다음과 같이 구해진다.
전류량(t) = 적분 (0,t)[l(t)dt]{sum(0,t)[l(t)*(샘플링 주기)]...(방정식 2)
시간에 대한 전류값의 총합(즉, 제거된 총전하)이 계산되면, "제거된 재료의 두께"는 예정된 전하/제거율 관계를 참조하여 결정된다. 일 실시예로, 전하/제거율 관계는 룩업 테이블과 같은 데이타 장치에 저장된다. 따라서, 룩업 테이블은 종점(316)에 의해 기판으로부터 제거된 총 재료량에 대해 계산된 값(즉, 방정식 2를 참조하여 설명한 바와 같이 총합에 의해 결정된 제거된 총전하)과 관련이 있다. 별도의 룩업 테이블이 다양한 공정 조건 및 기판 형태 각각에 대해 제공될 수 있다. 예를 들어, 별도의 룩업 테이블은 패턴화된 기판 및 비패턴화된 기판에 대해 제공될 수 있다. 상기 룩업 테이블은 전해액 조성, 제거될 재료의 형태 등에 의해 특징지워질 수 있다. 이러한 방식으로 종점 탐지기(316)는 다양한 공정 조건 및 기판 형태에 대한 연마 사이클의 종점을 탐지하는데 적용될 수 있다.
이와 같이, 일 실시예로 종점 탐지기(316)는 전류 신호의 적분값을 계산하고 제거된 재료의 해당 양을 결정하기 위하여 적합한 룩업 테이블에 접근한다.
본 발명의 특징이 룩업 테이블에 대해 설명되었지만, 그와 같은 테이블은 단지 대표적인 일 실시예일뿐이라고 이해해야한다. 더 일반적으로, 계산된 총 충전량이 제거된 총 재료의 양과 상호관련되어 있는 임의의 기술이라면 유리하게 사용될 수 있다.
일반적으로, 룩업 테이블은 이론적으로 유도된 정보 또는 경험적으로 유도된 정보를 사용함으로써 대중화될 수 있다. 다른 경우에, 전기화학적 기계적 연마에서 셀 내에서 측정된 전류(즉, 총 셀 전류)는 제거된 금속(예를 들어, 구리)과 관 련이 있다. 셀(총) 전류는 누설 전류와 웨이퍼 상의 제거된 금속으로 구성된다(즉, 예를 들어 Cu+Cu++/Cu 복합물 제거일 수 있는 실제 제거 공정). 누설 전류는 일반적으로 비유효 전류로서 특징지워지며 그 공급원은 발생될 수 있는 상이한 산화물과 연마 물질(105)의 전도체 소자(예를 들어 도 2의 전도체 소자(202))간의 화학 반응을 포함한다. 제 1 형태의 누설 전류는 존 스위치(zone switch)가 사용되는 경우 실질적으로 제거될 수 있다. 존 스위치는 연마될 기판과 간헐적으로 접촉되는 연마 물질(105)의 전도체 소자를 구성한다. 예를 들어, 연마 물질(105)은 전도체 소자가 연마될 기판과 접촉하는 동안에만 전력 공급기(302)에 전기 접속되는 복수의 방사상 전도체 소자로 구성될 수 있다. 일단 전도체 소자가 기판 아래로부터 회전되면 전도체 소자와 전력 공급기(302) 사이의 전기 접촉이 종료된다.
제 2 형태의 누설 전류는 특정 연마 반응에 의존한다. 구리 연마의 경우에, 구리 산화 전위는 산소 방출 반응의 전위보다 크다. 따라서, 이들 두 산화 반응 사이의 경합이 있을 때, 대부분의 전류는 구리 산화반응으로 간다. 따라서, 웨이퍼 상에서의 산소 방출에 의한 누설 전류는 구리가 연마되는 경우에 비해 무시될 수 있다. 임의의 경우에, 누설 전류는 실리콘 웨이퍼를 사용하여 쉽게 계산될 수 있다. 이는 누설 전류와 셀에 가해지는 전압 사이의 관련성을 제공한다.
누설 전류를 결정(또는 무시)하면, 총 전류는 웨이퍼 상의 제거된 금속량을 결정함으로써 알 수 있다. 그후, 시간에 대한 총 전류와 시간에 대한 제거율이 단위 시간 동안에 제거된 총 재료의 양과 제거된 총 전하의 양으로 표현된다. 이는 설명한 바와 같이 이론적으로 또는 경험적으로 수행될 수 있다. 단시 예시의 목적 으로 연마될 재료는 구리라고 가정할 수 있다. 본 발명은 어떤 다른 전도체 재료에 대해서도 유리하게 사용될 수 있다고 이해해야 한다.
일 실시예에서, 전류/제거율 및 전하/제거 관계는 실험적으로 결정된다. 예를 들어, 웨이퍼로부터 제거된 재료의 양은 전류 모드에서 전력 공급기(302)가 작동하는 동안 (예를 들어, 쉬트 저항률 측정에 의해서) 실험적으로 측정될 수 있다.
대안적으로, 전류는 (예를 들어, 약간 상이한 연마 시간, 전압 바이어스, 등) 상이한 조건에서 처리된 일련의 웨이퍼에 대하여 측정될 수 있다. 이러한 방법에서, 보정 곡선이 얻어질 수 있다. 특별한 경우에는, 20개의 웨이퍼가 서로 다른 조건하에서 연마되고, 평균 전류가 기록된다. 웨이퍼의 두께는 평균 제거율을 결정하기 위해 연마 전후에 측정된다. (y= 1.1185x+ 1.2512와 같이 표현되는) 보정 곡선은 평균 전류와 평균 제거율 사이의 선형 관계를 나타내었고, (외삽법에 의해)주어진 전류에 대한 제거율의 예측을 가능하게 한다.
전류와 제거율 사이의 관계를 정립하므로써, (제 2식을 참조하여 서술된 바와 같이, 전류 측정값의 합에 의해 주어진) 제거된 총 전하와 제거된 재료의 두께 사이의 관계를 정립하는 것이 남는다. 도 8에는 (x축 위에 전류(A*sec)양으로서 언급된) 총 전하와 (y축에서 제거(removal)로서 언급된) 제거된 재료에 관련한 실험적으로 결정된 곡선의 일 실시예가 도시된다. 도 8의 정보는 룩업 테이블을 채우는데 사용된다.
작업시에, 총 전하값은 실험적으로 측정된 전류값을 사용하여 계산된다. 이 때 제거된 재료의 두께를 결정하기 위해 적합한 룩업 테이블이 사용된다. 이 때 종점 탐지 알고리즘은 목표 두께(또는 목표 총 전하)에 도달되었는지를 결정한다. 만일 그러하다면, 연마 과정은 정지되고, 기판은 셀로부터 제거된다.
또다른 실시예에서, 전류/제거율 및 전하/제거 관계는 실험적으로 결정된다. 전류/제거율 관계는 다음과 같이 설명될 수 있다: 전류 →단위 시간당 전하 →단위 시간당 제거된 원자 →웨이퍼에서의 제거율.
전류/제거량 관계는 웨이퍼가 블랭킷 웨이퍼(blanket wafer)인지 또는 패턴화된 웨이퍼인지에 따라, 그리고 화학적 성질에 따라 달라질 수 있다. 어떤 경우에는, 전류/제거율 관계는 만일 재반응 관계식이 공지된 경우라면 이론적으로 얻어질 수 있다. 예를 들어, 단지 Cu++(Cu+이 아님)가 주어진 과정동안 제거된다고 알려져 있다고 가정하자. 추가적으로 200mm웨이퍼(표면적=314 ㎠)에서 1000Å/min의 균일한 제거율이 웨이퍼에 대하여 측정되었다고 가정하자. 구리 광석에 대하여:a = b = c = 361.49pm = 3.6149 Å임이 알려져 있다. 따라서, 단일 셀(cell)의 부피는 47.23 Å3 이다. 단일 셀안에 4개의 원자와 단일 셀마다 두개의 전하가 있기 때문에, 제거된 단일 셀 마다의 총 전하는 4원자*2전하*1.6e-19C이다. 추가적으로, 1000Å의 부피는 314e19Å3이기 때문에, 1000Å마다 단일 셀의 수는 314*e19/47.23= 6.64e19이다. 제거된 총 전하는 따라서 6.64e19* (4원자*2전하*1.6e-19C) = 85C/min이다. 따라서, 1000Å/min의 제거율은 Cu++의 1.42 암페어에 대응한다. 이 때 200mm웨이퍼에 대하여, 전류/제거 관계는 킬로암스트롱/min당 1.4 암페어이다. 이러한 방법으로, 전류/제거율 관계는 전류값의 원하는 범위 및 제거율에 대하여 결정될 수 있다.
도시된 전류/제거율 관계는 도 9의 선형 플롯선(900)에 의해서 표현되고, 여기에서 y축은 구리의 제거율이며, x선은 (누설 전류에 기인하여 오프셋된) 총전류이다. 관계가 거의 선형이라는 점에 주목하라. 따라서, 플롯선(900)은 y=mx+b 로 표현되고, m은 상기 선의 기울기이다. 상기 선의 기울기는 산화 과정이 발생하는 장소에 따른다. 예를 들어, Cu+ 및 Cu++ 제거가 발생하는 장소에서, 상기 기울기는 Cu+/Cu++ 제거율에 따른다. 도시에 의해서, 순수 Cu++가 제거되는 장소에서, 전류는 킬로암스트롱/min 당 1.42 암페어라는 것이 계산되었다는 점을 상기하라. 이와 유사하게 순수 Cu+가 제거되는 장소에서, 전류는 킬로암스트롱/min 당 0.71 암페어라는 것이 유사하게 계산될 수 있다. 따라서, 만일 상기에서 Cu+ 및 Cu++가 제거된다면, 전류/제거율 관계식은 킬로암스트롱/min 당 0.71 내지 1.42 암페어의 사이에 위치할 것이다. 결과적으로, 유효 전류는 채용되는 특정 화학물에 의존한다.
셀 전류 및 제거율 사이의 관계가 설정됨으로써, 연마 사이클의 종점을 결정하기 위해 이러한 관계의 의미있는 적용을 설정하는 것만이 남는다. 상기에서 서술한 것과 같이, 상기 종점은 측정된 전류값으로부터 제거된 총 전하를 계산함으로써 결정된다. 따라서, 필요한 것은 주어진 시간동안 제거된 총 재료에 대하여 제거된 총 전하의 관계이다. 셀 전류와 제거율 사이의 이론적인 관계는 상기에서 언급한 방법에 따라 설정되었기 때문에, 추론된 관계식이 제거된 총 전하와 제거된 총 재료에 대하여 쉽게 표현될 수 있다. 이때 제거된 총 전하와 제거된 총 재료 사이의 관계식은 룩업 테이블을 채우는데 사용되고, 상기 룩업 테이블은 제 시간에 주어진 지점에서 제거되는 재료의 양을 결정하고 이에 따라, 연마 사이클의 종점이 결정하기 위해 종점 탐지기(316)에 의해 사용된다. 더욱 상세하게는, 두께는 전체 시간의 전류값을 측정하고 (식 1의 특정예인) 하기 식을 풂으로써 알 수 있다.
두께(t)=초기_두께 - Sum(0,t)[(전류(t)- 누설량(V((t))*전류_대_제거_계수].........(방정식 3)
이때 전류_대_제거_계수는 전류/제거율 곡선(예를 들어, 도 9의 플롯(900))의 기울기("m")이고 누설량은 상수("b")이다. 따라서, 서로 다른 과정/웨이퍼에 대한 "m" 및 "b" 값은 룩업 테이블에 저장될 수 있고, 이때 상기 룩업 테이블은 "m" 및 "b"값에 대한 적합한 값을 구하기 위해 주어진 과정에 대하여 사용된다.
만일 웨이퍼가 패턴화된 경우에는, 선택율이 100%라면, 제거가 단지 상승된 영역에서만 발생한다는 점을 고려하기 위해 밀도 계수가 필요하다. 밀도 계수는 모든 돌출부들 사이의 초기 높이 차이와 형상이 평탄화되는 속도 차이를 포함하는 여러가지 이유 때문에 구리 두께의 함수이다. 추가적으로, 상승된 영역이 연마에 의해 감소되기 때문에, 프로파일이 평평하게 되는 시간에 밀도는 1에 근접하게 된다. 따라서, 계수 1/밀도(두께(t))는 패턴화된 웨이퍼의 두께 측정을 정확하게 하도록 사용될 수 있다.
두께(t)= 초기_두께 - Sum(0,t)[(전류(t)-누설량(V(t)) * 전류_대-제거_계수/밀도(두께(t))])............ (방정식 4)
블랭킷 웨이퍼에 대하여 계수 1/밀도(두께(t))가 1이기 때문에, 이와 같은 경우 제 3식은 제 4식과 동일하게 되고, 따라서 제 4식은 제 3식보다 더 일반적인 식이라는 것을 알 수 있다. 다시, 제 4식을 사용하여 두께에 대해 풀기 위해 필요한 계수 및 누설 전류는 룩업 테이블에 저장될 수 있다.
일반적으로, 여기에서 서술되는 종점 탐지 알고리즘(들)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예는 예를 들어, 도 1 및 도 3에 각각 도시된 시스템들(100, 300)과 같은 컴퓨터 시스템을 사용하기 위한 프로그램 프로덕트로써 수행될 수 있다. 프로그램 프로덕트의 프로그램(들)은 바람직한 실시예의 함수를 규정하고, (i) 비-기록 저장 미디어에 영구적으로 저장된 정보(예를 들어, CD-ROM 드라이브에 의해 판독가능한 CD-ROM 디스크와 같은 컴퓨터 안의 단지 읽을 수만 있는 기억 장치); (ii) 기록 저장 미디어에 저장되는 변경가능한 정보(예를 들어, 디스켓 드라이브 또는 하드 디스크 드라이브 안의 플로피 디스크); 또는 (ⅲ) 무선 통신장치를 포함하는, 컴퓨터 또는 전화 네트워크를 통한 통신장비 매체에 의해 컴퓨터로 이송되는 정보를 포함하는, 그러나 이에 제한되는 것은 아닌, 다양한 신호-수용 미디어(또는 컴퓨터 판독 미디어)에 저장될 수 있다. 특히 상기 또다른 실시예는 인터넷 및 다른 네트워크로부터 다운로드된 정보를 포함한다. 그러한 신호-수용 미디어는, 본 발명의 함수를 수행하는 컴퓨터 판독가능 지시가 주어진 경우, 본 발명에 따른 실시예를 나타낸다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 앞선 실시예 및 도면에 대하여 인지할 것이다. 본 발명은 많은 다른 실시예들에 대하여 고려하며 이 를 허용한다. 예를 들어, 많은 상기 실시예들이 밑으로 향하는 전기연마 기술(face down electropolishing)에 대하여 서술하였다. 즉, 처리되는 기판들은 연마 패드에 대하여 밑으로 향한다. 그러나, 다른 실시예에서는, 위로 향하는 전기연마 기술(face up electropolishing technique)이 채용된다. 이러한 그리고 다른 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 고려된다.
상기에서 본 발명의 실시예에 대하여 서술하였으나, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 하기 청구범위에 의해서 결정되는 본 발명의 기본적인 범위를 벗어남이 없이 안출될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전해액 내에 적어도 부분적으로 침지된 연마패드와 접촉하도록 기판을 위치시키는 단계;
    상기 기판 상의 하나 또는 그보다 많은 전도성 재료를 전해연마하는 단계;
    상기 전해액을 통해 전기 신호를 공급하는 단계; 및
    상기 전기 신호의 신호 특성을 모니터하여 상기 전해연마의 연마 종점을 탐지하는 단계;를 포함하는,
    연마 종점 탐지방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해연마 과정중에 상기 기판과 패드간의 상대운동을 유발하는 단계를 더 포함하고, 상기 전해연마하는 단계가 상기 하나 또는 그보다 많은 전도성 재료의 적어도 일부를 전기화학 작용으로 제거하는 단계를 포함하는,
    연마 종점 탐지방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해연마의 연마 종점을 탐지하는 단계가,
    상기 기판을 전해연마하는 과정 중에 상기 기판으로부터 제거된 총전하를 결정하는 단계; 및
    상기 기판으로부터 제거된 재료의 두께에 대하여 상기 제거된 총전하를 상호연관시키는 단계;를 포함하는,
    연마 종점 탐지방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해연마의 연마 종점을 탐지하는 단계가,
    상기 전해연마하는 과정 중에 상기 기판으로부터 제거된 총전하를 결정하는 단계;
    상기 기판으로부터 제거된 재료의 두께에 대하여 상기 제거된 총전하를 상호연관시키는 단계; 및
    상기 제거된 재료의 두께를 제외한, 상기 기판의 예비측정된 최초 두께가 상기 기판의 선택된 목표 두께와 동일한지 또는 그보다 작은지의 여부를 결정하는 단계;를 포함하는,
    연마 종점 탐지방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마 종점을 탐지하는 단계가 상기 전기 신호의 전류 감소와 전압 증가 중 하나 이상을 탐지하는 단계를 포함하는,
    연마 종점 탐지방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 신호의 신호 특성을 모니터링하는 것은 상기 전기 신호의 전압과 전류 중 하나 이상을 모니터링하는 것인,
    연마 종점 탐지방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 전해액 수용 공간을 형성하는 셀 몸체;
    상기 전해액 수용 공간 내에 배열되는 연마패드;
    상기 전해액 수용 공간 내에 수용된 전해액을 통해 전기 신호를 공급하도록 구성된 전력 공급기; 및
    상기 전기 신호의 신호 특성을 모니터하여 연마 종점을 탐지하도록 구성된 종점 탐지 시스템;을 포함하는,
    전기화학적 기계적 연마 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연마패드가 전도성인,
    전기화학적 기계적 연마 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 종점 탐지 시스템과 상기 전력 공급기에 작동가능하게 연결되고, 상기 종점 탐지 시스템에 의해 전기 신호의 기울기 변화가 탐지되었을 때, 상기 전기 신호의 전압값을 변화시키도록 구성된 제어기를 더 포함하는,
    전기화학적 기계적 연마 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 종점 탐지 시스템과 상기 전력 공급기에 작동가능하게 연결되고, 상기 전기 신호를 위한 다수의 전압값을 포함하는 처리법을 실행하도록 구성된 제어기를 더 포함하며,
    상기 제어기가 연마 전이점에 따라 상기 전압값을 선택하도록 구성된,
    전기화학적 기계적 연마 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 종점 탐지 시스템과 상기 전력 공급기에 작동가능하게 연결되고, 상기 종점 탐지 시스템에 의해 연마 종점이 탐지되었을 때, 상기 전기 신호의 전압값을 변화시키도록 구성된 제어기를 더 포함하는,
    전기화학적 기계적 연마 시스템.
  15. 삭제
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 패드가 패드의 연마면상에 위치된 전기 전도성 매체를 포함하고, 상기 전력 공급기의 제 1 단자가 상기 전기 전도성 매체에 전기적으로 연결된,
    전기화학적 기계적 연마 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 연마면이 비전도성인,
    전기화학적 기계적 연마 시스템.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 종점 탐지 시스템이 전류와 전압 중 하나 이상의 신호 특성의 변화에 따라 상기 연마 종점을 탐지하도록 구성된,
    전기화학적 기계적 연마 시스템.
  19. 삭제
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 종점 탐지 시스템이,
    상기 연마 패드와 접촉되게 배열되는 기판으로부터 제거된 총전하를 결정하는 단계;
    상기 기판으로부터 제거된 재료의 두께에 대하여 상기 제거된 총전하를 상호연관시키는 단계; 및
    상기 제거된 재료의 두께를 제외한, 상기 기판의 예비측정된 최초 두께가 상기 기판의 선택된 목표 두께와 동일한지 또는 그보다 작은지의 여부를 결정하는 단계;를 포함하는 동작을 수행함으로써 상기 연마 종점을 탐지하도록 구성된,
    전기화학적 기계적 연마 시스템.
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