KR101754855B1 - 유지 링 두께 및 수명의 실시간 모니터링 - Google Patents
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Abstract
폴리싱 모듈에서 캐리어 헤드 상에 배치된 유지 링의 표면의 상태를 모니터링하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 장치가 제공된다. 장치는 캐리어 헤드 및 센서를 포함하고, 상기 캐리어 헤드는 기판이 캐리어 헤드 내에 유지되는 동안 기판을 폴리싱하기 위한 적어도 하나의 폴리싱 스테이션과, 캐리어 헤드로 그리고 캐리어 헤드로부터 기판을 이송하기 위한 이송 스테이션 사이의 이동 경로에서 이동가능하며, 유지 링을 갖고, 상기 센서는 캐리어 헤드의 이동 경로에 배치되며, 유지 링의 상태를 나타내는 메트릭을 제공하도록 동작가능하다.
Description
본 발명의 실시예들은 반도체 기판과 같은 기판을 폴리싱하기 위한 폴리싱 시스템들에 관한 것이다. 특히, 폴리싱 시스템의 부품들을 모니터링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
화학적 기계적 폴리싱(CMP)은 기판상에 증착된 재료의 층을 평탄화하거나 폴리싱하기 위해 고밀도 집적 회로들의 제조에 흔히 사용되고 있는 하나의 프로세스이다. 기판이 폴리싱 시스템의 폴리싱 스테이션에 제공될 수 있으며, 이동하는 폴리싱 패드에 대해 기판을 제어가능하게 강제하는 캐리어 헤드 내에 유지될 수 있다. CMP는 기판의 피쳐면 사이에 접촉을 제공하고 폴리싱 유체가 존재하는 동안 폴리싱 패드에 대해 기판을 이동시킴으로써 효과적으로 사용된다. 화학적 및 기계적 작용의 조합을 통하여 폴리싱 표면과 접촉한 기판의 피쳐면으로부터 재료가 제거된다.
통상적으로, 캐리어 헤드는 유지 링을 포함하며, 유지 링은 기판을 둘러싸며 캐리어 헤드 내에서 기판의 유지를 용이하게 할 수 있다. 유지 링의 하나 또는 그 초과의 표면들은 전형적으로 폴리싱 동안 폴리싱 패드와 접촉한다. 유지 링이 다수의 기판들의 폴리싱을 견디도록 되어 있지만, 폴리싱 패드와 접촉하는 표면들은 마모를 경험하며 유지 링의 주기적 교체가 필수적이다. 따라서, 마모를 모니터링하고 교체 간격들을 결정하기 위해, 유지 링의 검사가 필요하다.
종래의 검사 방법들은 시간 소모적이며, 사람이 스테이션 내에서 부품들을 물리적으로 처리하도록 요구하며, 폴리싱 시스템의 폐쇄를 요구한다. 아울러, 종래의 방법들은 폴리싱 스테이션의 부분적인 분해 및 그 폴리싱 스테이션으로부터의 캐리어 헤드의 제거를 요구할 수 있으며, 이는 시스템 내부의 다른 부품들을 오염에 노출시킬 수 있다.
따라서, 유지 링을 물리적으로 처리하거나 폴리싱 시스템을 폐쇄하지 않고 유지 링의 모니터링을 용이하게 하는 장치 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 일반적으로 유지 링의 상태를 결정하고 및/또는 유지 링의 수명을 평가하기 위해 폴리싱 시스템 내부에서 유지 링의 모니터링을 용이하게 하는 장치 및 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 장치가 제공된다. 상기 장치는 캐리어 헤드 및 센서를 포함하고, 상기 캐리어 헤드는 캐리어 헤드 내에서 기판이 유지되는 동안 기판을 폴리싱하기 위한 적어도 하나의 폴리싱 스테이션과, 상기 캐리어 헤드로 그리고 상기 캐리어 헤드로부터 상기 기판을 이송하기 위한 이송 스테이션 사이의 이동 경로 내에서 이동가능하고, 유지 링(retaining ring)을 가지며, 상기 센서는 상기 캐리어 헤드의 이동 경로에 배치되고, 상기 유지 링의 상태를 나타내는 메트릭(metric)을 제공하도록 동작가능하다.
다른 실시예에서, 기판 이송 디바이스와 적어도 하나의 캐리어 헤드 사이에서 기판들을 이송하기 위해 폴리싱 모듈 내에 배치되는 이송 스테이션이 제공된다. 상기 이송 스테이션은 로드 컵 어셈블리(load cup assembly) 및 센서를 포함하고, 상기 로드 컵 어셈블리는 기판을 수용하도록 적응된 크기의 본체 및 적어도 하나의 캐리어 헤드에 커플링된 유지 링의 적어도 일부를 가지며, 상기 센서는 본체 상에 배치되고 상기 유지 링의 상태를 나타내는 메트릭을 제공하도록 동작가능하며, 상기 기판은 제 1 반경을 포함하고, 상기 센서는 상기 제 1 반경보다 더 큰 제 2 반경의 상기 본체 상에 위치된다.
다른 실시예에서, 캐리어 헤드에 커플링된 유지 링의 적어도 하나의 표면을 모니터링하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 캐리어 헤드를 폴리싱 모듈 내에 배치된 센서 디바이스 근처로 이동시키는 단계; 센서 디바이스로부터의 에너지를 유지 링을 향하여 전송하는 단계; 유지 링으로부터 반사된 에너지를 수신하는 단계; 및 수신된 에너지에 기초하여 유지 링의 상태를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 캐리어 헤드에 커플링된 유지 링의 적어도 하나의 표면을 모니터링하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 캐리어 헤드를 폴리싱 모듈 내에 배치된 로드 컵 어셈블리 근처로 이동시키는 단계 ― 상기 로드 컵 어셈블리의 본체 내에 센서 디바이스가 배치됨 ―; 상기 유지 링이 상기 센서 디바이스의 시선 내에 있을 때, 상기 센서 디바이스로부터의 에너지를 유지 링의 표면을 향하여 전송하는 단계; 상기 표면으로부터 반사된 에너지를 수신하는 단계; 및 수신된 에너지에 기초하여 상기 유지 링의 두께를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 캐리어 헤드에 커플링된 유지 링의 적어도 하나의 표면을 모니터링하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 캐리어 헤드를 폴리싱 모듈 내에 배치된 로드 컵 어셈블리 근처로 이동시키는 단계 ― 상기 로드 컵 어셈블리의 본체 내에 센서 디바이스가 배치됨 ―; 상기 유지 링을 세정(rinsing)하는 단계; 상기 유지 링이 상기 센서 디바이스의 시선 내에 있을 때, 상기 센서 디바이스로부터의 에너지를 유지 링의 표면을 향하여 전송하는 단계; 상기 표면으로부터 반사된 에너지를 수신하는 단계; 및 수신된 에너지에 기초하여 상기 유지 링의 두께를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 장치가 제공된다. 상기 장치는, 캐리어 헤드 및 센서를 포함하며, 상기 캐리어 헤드는 기판이 캐리어 헤드 내에 유지되는 동안 기판을 폴리싱하기 위한 적어도 하나의 폴리싱 스테이션과, 캐리어 헤드로 그리고 캐리어 헤드로부터 기판을 이송하기 위한 이송 스테이션 사이의 이동 경로에서 이동가능하고, 유지 링을 가지며, 상기 센서는 캐리어 헤드의 이동 경로 내에 배치되고, 유지 링의 상태를 나타내는 메트릭을 제공하도록 동작가능하다.
다른 실시예에서, 기판 이송 디바이스와 적어도 하나의 캐리어 헤드 사이에서 기판들을 이송하기 위해 폴리싱 모듈에 배치되는 이송 스테이션이 제공된다. 상기 이송 스테이션은, 로드 컵 어셈블리 및 센서를 포함하고, 상기 로드 컵 어셈블리는 기판을 수용하도록 적응된 크기의 본체 및 상기 적어도 하나의 캐리어 헤드에 커플링된 유지 링의 적어도 일부를 가지며, 상기 센서는 상기 본체 상에 배치되고 상기 유지 링의 상태를 나타내는 메트릭을 제공하도록 동작가능하며, 상기 기판은 제 1 반경을 포함하고, 상기 센서는 상기 제 1 반경보다 더 큰 제 2 반경의 상기 본체 상에 위치된다.
본 발명의 앞서-언급된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략하게 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 폴리싱 시스템의 일 실시예의 평면도이다.
도 2는 도 1의 폴리싱 시스템에 사용될 수 있는 이송 스테이션의 일 실시예의 부분 단면도이다.
도 3은 도 1의 폴리싱 시스템과 함께 사용될 수 있는 이송 스테이션의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1의 폴리싱 시스템과 함께 사용될 수 있는 이송 스테이션의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 5a는 유지 링의 일 실시예의 부분 평면도이다.
도 5b는 도 1의 폴리싱 시스템과 함께 사용될 수 있는 이송 스테이션의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 1의 폴리싱 시스템과 함께 사용될 수 있는 이송 스테이션의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 7은 방법의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 가능한 한 도면에서 공통된 동일 엘리먼트들은 동일한 참조번호들을 사용하여 표시하였다. 일 실시예에 개시된 엘리먼트들이 특별한 언급없이 다른 실시예들에 유리하게 사용될 수 있음을 고려하였다.
도 1은 폴리싱 시스템의 일 실시예의 평면도이다.
도 2는 도 1의 폴리싱 시스템에 사용될 수 있는 이송 스테이션의 일 실시예의 부분 단면도이다.
도 3은 도 1의 폴리싱 시스템과 함께 사용될 수 있는 이송 스테이션의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1의 폴리싱 시스템과 함께 사용될 수 있는 이송 스테이션의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 5a는 유지 링의 일 실시예의 부분 평면도이다.
도 5b는 도 1의 폴리싱 시스템과 함께 사용될 수 있는 이송 스테이션의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 1의 폴리싱 시스템과 함께 사용될 수 있는 이송 스테이션의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 7은 방법의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 가능한 한 도면에서 공통된 동일 엘리먼트들은 동일한 참조번호들을 사용하여 표시하였다. 일 실시예에 개시된 엘리먼트들이 특별한 언급없이 다른 실시예들에 유리하게 사용될 수 있음을 고려하였다.
본 발명은 일반적으로 유지 링의 마모를 결정하고 그리고/또는 유지 링의 수명을 평가하기 위해 폴리싱 시스템 내부에서 유지 링의 모니터링을 용이하게 하는 장치 및 방법을 제공한다. 유지 링을 물리적으로 처리하거나 폴리싱 시스템을 폐쇄할 필요없이 유지 링의 모니터링을 제공하는 온-툴 모니터링 디바이스(on-tool monitoring device)가 개시된다. 아울러, 모니터링 디바이스로부터의 데이터가 컨트롤러에 제공되어, 후속 폴리싱 프로세스들을 튜닝(tuning)하기 위해 사용될 수 있다.
도 1은 전기화학적 기계적 폴리싱 및/또는 화학적 기계적 폴리싱에 적합한 기판 이송 디바이스 및 폴리싱 모듈(105)을 가진 폴리싱 시스템(100)의 평면도이다. 폴리싱 모듈(105)은 환경적으로 제어된 인클로져(115) 내에 배치된, 제 1 폴리싱 스테이션(110A), 제 2 폴리싱 스테이션(110B), 및 제 3 폴리싱 스테이션(110C)을 포함한다. 캐러셀(125)과 같은 기판 이송 디바이스가 폴리싱 스테이션들(110A,110B,110C) 사이에서 기판들을 이동시킨다. 폴리싱 스테이션들(110A,110B,110C) 동안 임의의 폴리싱 스테이션은 기판의 피쳐면으로부터 재료를 제거하여 상기 피쳐면에 평탄한 표면을 형성하기 위해 평탄화 또는 폴리싱 프로세스를 실시할 수 있다. 모듈(105)은, 다른 폴리싱 시스템들이 사용될 수 있으나, 예컨대, 캘리포니아주 산타 클라라에 소재한 어플라이드 머티어리얼 인코포레이티드로부터 이용가능한 REFLEXION®, REFLEXION® LK, REFLEXION® LK ECMPTM, MIRRA MESA® 및 REFLEXION GTTM 폴리싱 시스템과 같은 대형 폴리싱 시스템의 일부일 수 있다. 다른 유형들의 폴리싱 패드들, 벨트들, 인덱서블 웨브(web)형 패드들 또는 이들의 조합을 사용하는 것들과, 폴리싱 표면에 대해 기판을 회전 운동, 선형 운동 또는 다른 평면 운동으로 이동시키는 것들을 포함하는 다른 폴리싱 모듈들이 본 명세서에 개시된 실시예들로부터의 장점을 이용하도록 적응될 수도 있다.
일 실시예에서, 폴리싱 모듈(105)의 각각의 폴리싱 스테이션들(110A,110B,110C)은 통상의 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 프로세스를 실시하도록 적응된다. 대안적으로, 제 1 폴리싱 스테이션(110A)은 전기화학적 기계적 평탄화(ECMP) 프로세스를 실시하도록 구성될 수 있는 반면, 제 2 폴리싱 스테이션(110B)과 제 3 폴리싱 스테이션(110C)은 CMP 프로세스를 실시할 수 있다. 프로세스의 일 실시예에서, 피쳐 정의(feature definitions)들이 내부에 형성되고 배리어층과 그 배리어 층 위에 배치된 전도성 재료로 커버된 기판은, 그 전도성 재료가 CMP 프로세스에 의해 제 1 및 제 2 폴리싱 스테이션(110A,110B)들에서의 2개의 단계들에서 제거되며, 배리어층이 제 3 폴리싱 스테이션(110C)에서 제 3 CMP 프로세스에 의해 프로세싱되어 기판상에 평탄화된 표면을 형성하게 된다.
일 실시예에서, 시스템(100)은 폴리싱 스테이션들(110A,110B,110C), 이송 스테이션(120) 및 캐러셀(125)을 지지하는 모듈 베이스(118)를 포함한다. 각각의 폴리싱 스테이션들(110A,110B,110C)은 폴리싱 프로세스 동안 폴리싱 표면(175)으로 폴리싱 유체를 전달하도록 적응된 폴리싱 유체 전달 암(128)을 포함한다. 모듈 베이스(118)에 커플링된 복수의 컨디셔닝 디바이스들(130)이 도시되어 있으며, 이들은 각각의 폴리싱 스테이션들(110A,110B,110C) 위에 컨디셔닝 디바이스(130)를 선택적으로 위치시키기 위해 방향(A)으로 이동가능하다. 이송 스테이션(120)은 일반적으로 습식 로봇(140)에 의해 시스템(100)으로 그리고 시스템으로부터 기판(135)의 이송을 용이하게 한다. 습식 로봇(140)은 일반적으로 이송 스테이션(120)과 팩토리 인터페이스(미도시) 사이에서 기판(135)들을 이송하며, 팩토리 인터페이스는 세척 모듈, 계측 장치 및 하나 또는 그 초과의 기판 저장 카세트들을 포함할 수 있다. 이송 스테이션(120)은 제 1 버퍼 스테이션(145), 제 2 버퍼 스테이션(150), 이송 로봇(155) 및 로드 컵 어셈블리(160)를 포함한다. 이송 로봇(155)은 제 1 버퍼 스테이션(145), 제 2 버퍼 스테이션(150) 및 로드 컵 어셈블리(160) 사이에서 기판들을 이송한다. 로드 컵 어셈블리(160)는 컨트롤러에 커플링된 모니터링 디바이스(162)를 포함한다.
캐러셀(125)은 복수의 암(170)들을 포함하며, 각각의 암(170)은 캐리어 헤드(165A 내지 165D)를 지지한다. 이송 스테이션(120)과 폴리싱 스테이션(110C)의 폴리싱 표면(175)이 보일 수 있도록, 캐리어 헤드(165C 및 165D)뿐만 아니라 2개의 암(170)들의 일부가 가상선으로 도시되어 있다. 폴리싱 표면(175)은 회전가능한 플래튼(이 도면에는 도시되지 않음) 상에 배치된 패드 어셈블리의 상부 표면을 포함한다. 캐리어 헤드들(165A 내지 165D) 각각은 액츄에이터(168)를 포함한다. 캐러셀(125)은 캐리어 헤드들(165A 내지 165D)을 이송 스테이션(120)과 폴리싱 스테이션들(110A,110B,110C) 사이에서 이동하고, 액츄에이터(168)는 캐러셀(125)에 대해 캐리어 헤드들(165A 내지 165D)을 이동시키도록 적응된다. 캐리어 헤드들(165A 내지 165D)이 사용자에 의해 규정된 순서로 이송 스테이션(120)과 폴리싱 스테이션들(110A,110B,110C) 사이에서 이동될 수 있도록, 캐러셀(125)은 인덱서블하다. 각각의 캐리어 헤드들(165A 내지 165D)은 폴리싱 스테이션들(110A 내지 110C)에서의 폴리싱 프로세스 동안 하나의 기판(135)을 유지한다. 폴리싱 스테이션 마다 하나 초과의 캐리어 헤드를 포함하는 REFLEXTION GTTM 폴리싱 시스템과 같은 다른 폴리싱 모듈들이 본 명세서에 개시된 실시예들로부터의 장점을 이용하도록 적응될 수 있다. 각각의 캐리어 헤드(165A 내지 165D)는 각각의 암(170)의 종축에서 이동가능하다. 폴리싱된 기판(135)은 이송 스테이션(120A)에서 각각의 캐리어 헤드(165A 내지 165D)로부터 이송될 수 있다. 아울러, 폴리싱되지 않은 기판(135)이 이송 스테이션(120)에서 각각의 캐리어 헤드(165A 내지 165D)로 이송될 수 있다. 캐리어 헤드(165D)를 인용하여 도시한 바와 같이, 캐리어 헤드(165D)가 로드 컵 어셈블리(160)에 액세스하고 기판들의 이송을 용이하게 하도록 허용하기 위하여, 캐리어 헤드(165D)는 쇄선들로 표시된 이동 경로(164)에서 암(170)의 종축을 따라 이동가능하다.
일 실시예에서, 캐러셀(125)은 폴리싱 스테이션들(110A,110B,110C)과 이송 스테이션(120) 위로 캐리어 헤드(165A 내지 165D)를 이동시키기 위해 반시계 방향(방향 B)으로 순차적으로 진행된다. 프로세싱 동안, 4개의 캐리어 헤드들(165A 내지 165D) 중 내부에 기판들을 유지하고 있는 3개의 캐리어 헤드 상에서 폴리싱 프로세스를 실시하기 위해 폴리싱 스테이션들(110A,110B,110C) 위에 배치된다. 동일한 캐리어 헤드(165A 내지 165D) 내에 유지된 상태에서 기판을 스테이션들 사이로 이동시킴으로써, 기판(135)들이 순차적으로 프로세싱된다. 일 예에서, 3개의 캐리어 헤드(165A 내지 165C)들은 기판들을 포함하고 있으며, 폴리싱 스테이션들(110A,110B,110C)의 폴리싱 표면(175)을 향하여 기판(135)들을 강제한다(urge). 폴리싱 동안, 기판들을 수용하고 있는 캐리어 헤드들(165A 내지 165C)은 시계 방향(방향 C)으로 회전하게 되는 반면, 폴리싱 표면(175)은 반시계 방향(방향 D)으로 회전하게 된다.
이 예에서 캐리어 헤드(165A 내지 165C)들로서 도시된 3개의 캐리어 헤드들이 스테이션들(110A,110B,110C)에서 사용되고 있기 때문에, 캐리어 헤드(165D)는 기판 이송 프로세스가 발생하는 이송 스테이션(120) 근처에 놓인다. 캐리어 헤드(165D)는 3개의 캐리어 헤드(165A 내지 165C)들이 폴리싱 프로세스를 실시하고 있는 시간 주기 동안 휴지 상태(idle)일 수 있다. 이 시간 주기 동안, 캐리어 헤드(165D)는 후속 사이클에서 폴리싱 스테이션(110A)에서의 활용을 위해 이송 스테이션(120)에서 준비된다. 캐리어 헤드(165D)는 이송 스테이션(120)에 근접하도록 이동 경로(164)를 따라 진행될 수 있다. 캐리어 헤드(165D)가 이송 스테이션(120)에 있을 때, 캐리어 헤드(165D)는 폴리싱된 기판(135)을 언로딩하고, 세척되며, 폴리싱 스테이션(110A)에서의 폴리싱 프로세스를 위해 폴리싱되지 않은 새로운 기판(135)을 수용할 수 있다. 일 실시예에서, 캐리어 헤드(165D)는 이송 스테이션(120) 내에 배치된 모니터링 디바이스(162)를 사용하여 검사된다.
폴리싱 표면(175)은 기판(135)들로부터 재료의 기계적 제거를 용이하게 하기 위해 거칠게 되어 있다. 폴리싱 패드의 폴리싱 표면(175)은 폴리싱 프로세스 동안 기판(135)들로부터 재료들의 제거를 용이하게 하기 위해 단독 유전체일 수 있는 폴리머 재료일 수 있다. 대안적으로, 폴리싱 패드의 폴리싱 표면(175)은 전기화학적 기계적 폴리싱(ECMP) 프로세스에서 기판들로부터 재료의 전기화학적 분해를 용이하게 하기 위해 적어도 부분적으로 전도성일 수 있다. 사용될 수 있는 적당한 폴리머 재료들은 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 플로오로폴리머들, PTFE, PTFA, 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 또는 이들의 조합, 및 기판 표면들을 폴리싱하는데 사용되는 다른 폴리싱 재료들을 포함한다. 일 실시예에서, 폴리싱 패드의 폴리싱 표면(175)은 반도체 기판들의 폴리싱에서의 서비스를 위한 폴리싱 패드들의 제조에 통상적으로 사용되는 개방형 세공 또는 폐쇄형 세공 폴리우레탄 재료와 같은 폴리머 재료를 포함한다. 다른 실시예에서, 폴리싱 패드의 폴리싱 표면(175)은 고정된 연마재들을 포함할 수 있다. 폴리싱 동안 폴리싱 패드의 폴리싱 표면(175)에는 폴리싱 유체가 통상적으로 전달된다. 사용되는 폴리싱 패드의 유형와 폴리싱 프로세스에 따라 폴리싱 유체는 슬러리 또는 전해질 유체일 수 있다.
도 2는 도 1의 이송 스테이션(120)의 일 실시예의 부분 단면도이다. 전술한 바와 같이, 이송 스테이션(120)은 제 1 버퍼 스테이션(145) 근처에 로드 컵 어셈블리(160)를 포함한다. 제 1 버퍼 스테이션(145)은 기판(135)을 지지하도록 구성된 입력 또는 출력 버퍼 스테이션일 수 있다. 이송 로봇(155)은 캐리어 헤드(165D)로의 기판들의 이송을 용이하게 하는 로드 컵 어셈블리(160)와 제 1 버퍼 스테이션(145) 간에 기판(135)들을 이송한다.
일 실시예에서, 제 1 버퍼 스테이션(145)은 후속 폴리싱 및/또는 저장을 위한 팩토리 인터페이스에 습식 로봇(140)(도 1 참조)으로 하여금 기판(135)을 이송할 수 있도록 허용하기 위해 폴리싱된 기판(135)을 지지한다. 다른 실시예에서, 제 1 버퍼 스테이션(145)은 폴리싱 스테이션(110A) 상에서의 폴리싱을 위해 캐리어 헤드(165D)로 하여금 폴리싱되지 않은 기판(135)을 수용하도록 허용하기 위해 폴리싱되지 않은 기판(135)을 지지한다. 일 실시예에서, 이송 로봇(155)은 도 2에 가상선으로 도시된 바와 같이 캐리어 헤드(165D)로 하여금 기판(135)을 수용하도록 허용하기 위해 제 1 버퍼 스테이션(145)과 로드 컵 어셈블리(160) 간에 기판(135)들을 이송하도록 구성된다.
캐리어 헤드(165D)는 샤프트(200)에 커플링되며, 샤프트는 캐리어 헤드(165D)를 암(170)에 대해 측방향으로 선형 운동으로(X 및/또는 Y 방향) 이동시키도록 구성된 모터(215)에 커플링된다. 또한, 캐리어 헤드(165D)는 암(170)에 대해 Z 방향으로 캐리어 헤드(165D)를 상승 또는 하강시키기 위해 액츄에이터 또는 모터(210)를 포함한다. 또한, 캐리어 헤드(165D)는 암(170)에 대해 회전축에 대해 캐리어 헤드(165D)를 회전시키도록 적응된 회전식 액츄에이터 또는 모터(220)에 커플링된다. 또한, 캐리어 헤드(165D) 상에 배치된 모터들(210, 215 및 220)은 폴리싱 패드의 폴리싱 표면(175)(도 1 참조)에 대해 캐리어 헤드(165D)의 운동을 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, 모터들(210, 215 및 220)은 회전하는 폴리싱 표면(175)에 대해 캐리어 헤드(165D)를 회전시킬 뿐만 아니라, 프로세싱 동안 폴리싱 패드의 폴리싱 표면(175)에 대해 그 내부에 유지되어 있는 기판(135)을 강제하기 위한 하향력을 제공하도록 구성된다. 도 2에 도시된 캐리어 헤드(165D)의 구조 및 동작은 도 1의 캐리어 헤드들(165A 내지 165C)을 나타내며, 간결함을 위해 캐리어 헤드들(165A 내지 165C)은 더 이상 설명하지 않기로 한다.
캐리어 헤드(165D)는 유지 링(230)에 의해 둘러싸인 본체(225)를 포함한다. 또한, 캐리어 헤드(165D)는 가요성 멤브레인(240) 근처에 있는 하나 또는 그 초과의 블래더들(235A 및 235B)을 포함한다. 가요성 멤브레인(240)은, 기판(135)이 캐리어 헤드(165D)에 유지되어 있을 때, 기판(135)의 배면에 접촉한다. 블래더들(235A 및 235B)은 가요성 멤브레인(240)에 힘을 인가하기 위해 블래더들(235A 및 235B)에 유체를 선택적으로 전달하는 제 1 가변 압력 소오스(245A)에 커플링된다. 일 실시예에서, 블래더(235A)는 가요성 멤브레인(240)의 외측 구역에 힘을 인가하는 반면, 블래더(235B)는 가요성 멤브레인(240)의 중심 구역에 힘을 인가한다. 블래더들(235A 및 235B)로부터 가요성 멤브레인(240)에 인가되는 힘들은 기판(135)의 부분들에 전달되며, 폴리싱 패드(미도시)의 폴리싱 표면을 향하여 기판(135)의 부분들을 강제하기 위해 사용될 수 있다. 제 1 가변 압력 소오스(245A)는 가요성 멤브레인(240)을 통과하는 기판(135)의 개별 영역들에 대한 힘들을 제어하기 위해 각각의 블래더들(235A 및 235B)에 대해 독립적으로 유체들을 전달하도록 구성된다. 아울러, 캐리어 헤드(165D)에서 기판(135)의 유지를 용이하게 하기 위해 기판(135)의 배면에 흡인력(suction)을 인가하는 진공 포트(미도시)들이 캐리어 헤드(135)에 제공될 수 있다. 사용될 수 있는 캐리어 헤드(165D)의 예들은 캘리포니아주 산타 클라라에 소재한 어플라이드 머티어리얼 인코포레이티드로부터 이용가능한 TITAN HEADTM, TITAN CONTOURTM 및 TITAN PROFILERTM 캐리어 헤드들을 포함한다.
일 실시예에서, 유지 링(230)은 액츄에이터(232)에 의해 본체(225)에 커플링된다. 액츄에이터(232)는 제 2 가변 압력 소오스(245B)에 의해 제어된다. 제 2 가변 압력 소오스(245B)는 액츄에이터(232)에 대해 유체를 제공하거나 그로부터 유체를 제거함으로써, 유지 링(230)이 캐리어 헤드(165D)의 본체(225)에 대해 적어도 Z 방향에서 이동하도록 한다. 제 2 가변 압력 소오스(245B)는 모터(210)에 의해 제공되는 운동과는 무관하게 유지 링(230)의 Z 방향 운동을 제공하도록 적응된다. 제 2 가변 압력 소오스(245B)는 액츄에이터(232) 및/또는 유지 링(230)에 대해 음압 또는 양압을 인가함으로써 유지 링(230)의 운동을 제공할 수 있다. 일 양태에서, 폴리싱 프로세스 동안 폴리싱 패드(미도시)의 폴리싱 표면(175)(도 1 참조)을 향하여 유지 링(230)을 강제하기 위해 유지 링(230)에 압력이 인가된다. 각각의 제 1 가변 압력 소오스(245A) 및 제 2 가변 압력 소오스(245B)는, 폴리싱 프로세스 동안 기판(135)의 구역들에 대한 압력들을 자동으로 제어하는 폴리싱 레시피의 실행을 용이하게 하기 위해 컨트롤러에 커플링될 수 있다.
유지 링(230)은 폴리싱 프로세스 동안 폴리싱 표면(175)에 접촉한다. 유지 링(230)은 폴리싱 표면(175) 상에서 폴리싱 유체의 이송을 또한 용이하게 하며, 폴리싱 표면(175)과의 접촉으로 인한 마찰에 의해 열을 생성할 수도 있다. 유체 이송과 발생된 열은 폴리싱 프로세스 동안 유리하게 활용될 수 있다. 폴리싱 표면(175)과의 접촉은 유지 링(230)의 마모를 유발한다. 유지 링(230)의 표면들의 마모는 폴리싱 프로세스에 영향을 미치며, 유지 링(230)은 결국 교체를 요구하게 될 것이다. 따라서, 마모와 교체 기간들을 결정하기 위해 유지 링(230)의 두께가 주기적으로 평가되어야만 한다.
일 실시예에서, 유지 링(230)의 표면들이 로드 컵 어셈블리(160)에 배치된 모니터링 디바이스(162)에 의해 모니터링된다. 유지 링(230)의 표면들은 캐리어 헤드(165D)가 로드 컵 어셈블리(160) 근처에 있을 때 감지될 수 있으며, 유지 링(230)의 마모를 나타내는 데이터가 컨트롤러에 전송될 수 있다. 컨트롤러는 사용자에게 데이터를 디스플레이하기 위해 모니터와 통신할 수 있다. 모니터링 디바이스(162)로부터의 데이터는 유지 링(230)의 수명과 교체를 결정하기 위해 활용되는 유지 링(230)의 상태를 예측 및/또는 확인하기 위해 사용된다. 일 실시예에서, 데이터는 유지 링(230)의 두께를 표시한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 컨트롤러는 데이터를 분석하고, 폴리싱 프로세스에서 유지 링(230)의 마모를 보상하기 위해 프로세스 레시피의 교정 수단들을 구현할 수 있는 시스템 컨트롤러일 수 있다. 따라서, 모니터링 디바이스(162)로부터의 데이터는 유지 링(230)의 수명과 교체를 결정하기 위해 사용되며, 폴리싱 프로세스를 튜닝하기 위한 제어 노브(knob)로서 부가적으로 활용될 수 있다. 또한, 유지 링들을 구비한 다수의 캐리어 헤드들을 가진 시스템들에서, 모니터링 디바이스(162)로부터의 데이터는 시스템에서 다른 캐리어 헤드들의 다른 유지 링들로부터 독립적으로 개별 유지 링들의 프로세스 레시피를 조절하기 위해 활용될 수 있다. 예컨대, 각각의 유지 링들이 상이한 속도로 마모될 수 있기 때문에, 하나의 캐리어 헤드의 하나의 유지 링을 위한 프로세스 레시피는 조절될 수 있는 반면, 나머지 캐리어 헤드들의 다른 유지 링들에 대한 다른 프로세스 레시피들은 동일하게 유지될 수 있다.
도 3은 도 1의 폴리싱 시스템(100)과 함께 사용될 수 있는 이송 스테이션(120)의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다. 이송 스테이션(120)은 로드 컵 어셈블리(160)를 포함하고, 캐리어 헤드(165D)는 로드 컵 어셈블리(160) 근처에 배치된다. 이 실시예에서, 로드 컵 어셈블리(160)는, 캐리어 헤드(165D)가 도 1의 폴리싱 스테이션들(110A 내지 110C)에서 폴리싱을 위해 사용되지 않을 때, 캐리어 헤드(165D)를 세정하도록 적응된 세척 스테이션(300)으로서 구성된다.
일 실시예에서, 로드 컵 어셈블리(160)는 베이스(309)에 커플링된 기준 콘(cone) 또는 링(307)을 가진 본체(305)를 포함한다. 링(307)과 베이스(309)는 제 1 액츄에이터(310A)에 의해 모듈 베이스(118)에 대해 이동가능하다. 제 1 액츄에이터(310A)는 모듈 베이스(118)에 대해 적어도 선형 방향(Z 방향)으로 본체(305)를 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 로드 컵 어셈블리(160)는 (가상선으로 도시된) 기판(135)을 지지하도록 적응된 페데스탈(320)을 또한 포함한다. 페데스탈(320)은 페데스탈(320)의 지지면(321)을 상승 및 하강시키도록 적응된 제 2 액츄에이터(310B)에 커플링된다. 제 2 액츄에이터(310B)는 본체(305)에 대해 Z 방향으로 지지면(321)을 이동시킴으로써 캐리어 헤드(165D)로 또는 캐리어 헤드(165D)로부터 기판(135)의 이송을 용이하게 한다.
본체(305)는, 기판이 페데스탈(320) 상에 없을 때, 캐리어 헤드(165D)를 세척하기 위해 사용되는 복수의 노즐들(315)을 또한 포함한다. 노즐들(315)은 가압 유체 서플라이(330)와 유체 연통한다. 가압 유체 서플라이(330)는 캐리어 헤드(165D)를 세정하기 위해 노즐들(315)을 통해 공급되는 탈이온수와 같은 유체를 포함한다. 일 실시예에서, 페데스탈(320)의 지지면(321)은 노즐들(315)로부터의 세정 유체가 캐리어 헤드(165D)에 충돌할 수 있도록 하기 위해 다수의 개방 영역들을 가진 링으로서 구성된다. 세정 유체는 캐리어 헤드(165D) 상에 있을 수 있는 폴리싱 프로세스로부터의 폴리싱 액체 및 다른 파편들을 세척한다. 세척 스테이션(300)은 캐리어 헤드(165D)로부터 분리된 폴리싱 파편과 유체를 선택적으로 제거하기 위한 배출구(drain)로서 적응된 베이스(309)에 형성된 개구(325)를 또한 포함한다.
이 실시예에서, 세척 스테이션(300)은 컨트롤러에 커플링된 센서(335)를 포함하는 모니터링 디바이스(162)를 포함한다. 센서(335)는 유지 링(230)의 두께(T)를 측정하도록 적응된다. 일 실시예에서, 센서(335)는 초음파 센서이다. 센서(335)는 음파들을 송신 및 수신하기 위해 본체(305)에 커플링되거나 그 내부에 내장될 수 있다. 음파들은 유지 링(230)의 두께(T)를 나타내는 메트릭을 제공하기 위해 컨트롤러에 송신된다. 일 실시예에서, 유지 링(230)은 상부(355A)와 하부(355B)와 같은 2개의 환형 부분들을 포함한다. 일 실시예에서, 상부(355A) 및 하부(355B)는 금속 재료, 세라믹 재료 또는 플라스틱 재료와 같이 CMP 프로세스에서 화학적으로 불활성인 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하부(355B)는 플라스틱, 예컨대, 폴리페닐렌 설페이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), PEEK 재료를 함유하는 탄소, PEEK 재료를 함유하는 TEFLON®, 또는 복합 재료를 포함한다. 상부(355A)는 하부(355B)보다 더 강하거나 밀도가 높은 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상부(355A)는 스테인리스강, 알루미늄, 몰리브덴 또는 세라믹 재료들을 함유한다.
일 동작예에서, 센서(335)는 본체(305)의 랜드 영역(345)의 활성면(340)에 장착된다. 랜드 영역(345)은 유지 링(230)의 하부(355B)가 링(307)의 표면에 접촉하는 링(307)의 바닥면의 영역으로서 규정될 수 있다. 활성면(340)은 유지 링(230)이 위치된 랜드 영역(345)에서 링(307)의 표면과 수평을 이룰 수 있다. 일 실시예에서, 음파들은 유지 링(230)의 하부(355B)에 전송되거나 이를 통과하며, 상부(355A)로부터 반사된다. 반사된 신호들은 컨트롤러로 전송되며, 유지 링(230)의 하부(355B)의 두께(T)를 결정하기 위해 사용된다. 시간에 따른 두께(T)의 변화는 유지 링(230)의 마모를 나타낸다.
도 4는 도 1의 폴리싱 시스템(100)과 함께 사용될 수 있는 이송 스테이션(120)의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다. 이 실시예에서, 로드 컵 어셈블리(160)는 세척 스테이션(400)으로서 구성되며, 이는 도 3에 도시된 실시예와 실질적으로 유사할 수 있다. 도 3의 이송 스테이션(120)과 유사한 이송 스테이션(120)의 엘리먼트들은 간결함을 위해 반복하지 않기로 한다.
이 실시예에서, 모니터링 디바이스(162)는 하부(355B)의 두께(T)를 측정하도록 적응된 와전류 센서인 센서(335)를 포함한다. 이 실시예에서, 하부(355B)의 접촉면(405)은 링(307)의 활성면(340)과 접촉하고 있다. 다른 실시예들에서, 센서(335)는 유지 링(230)이 링(307)으로부터 이격되었을 때 사용될 수 있다. 일 양태에서, 와전류 센서로서 적응된 센서(335)가 유지 링(230)의 상부(355A)의 접촉면(405)과 활성면(340) 간의 변위를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 변위는 유지 링(230)의 적어도 하부(355B)의 두께 변화에 대응한다. 변위는, 유지 링(230)의 하부(355B)가 활성면(340)과 접촉할 때 또는 하부(355B)가 활성면(340)으로부터 일정 거리에 유지될 때, 결정될 수 있다.
도 5a는 하나 또는 그 초과의 그루브들(500)을 가진 유지 링(230)의 일 실시예의 부분 평면도이다. 하나 또는 그 초과의 그루브들(500)은 유지 링(230)의 접촉면(405)과 그루브(500)의 바닥(505) 사이의 소정 깊이에 있는 유지 링(230)에 각각 형성된다. 유지 링(230) 상에 배치된 각각의 그루브들(500)은 폴리싱 프로세스 동안 폴리싱 유체의 이송을 강화함으로써 폴리싱을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다.
도 5b는 도 5a에 도시된 유지 링(230) 및 도 1의 폴리싱 시스템(100)과 함께 사용될 수 있는 이송 스테이션(120)의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다. 유지 링(230)은 바닥(505)과 접촉면(405)에 의해 규정되는 깊이(D')를 가진 하나 또는 그 초과의 그루브들(500)을 포함한다. 그루브(500)의 깊이(D')의 변화는 유지 링(230)의 두께의 변화에 대응한다. 일 실시예에서, 센서(335)가 링(307)에 커플링되거나 그 내부에 내장될 수 있다. 센서(335)는 광학 센서, 와전류 센서, 초음파 센서 또는 다른 적당한 센싱 디바이스일 수 있다. 일 실시예에서, 센서(335)는 접촉면(405)에 충돌하는 신호(510)들로서 도시된 음파들을 송신 및 수신하도록 구성된 초음파 센서이다. 음파들은 그루브(500)의 깊이(D'), 및 그에 따른 유지 링(230)의 두께, 유지 링(230)이 건식 또는 습식으로 감지되었는지의 여부를 나타내는 메트릭을 제공하기 위해 컨트롤러에 송신된다. 따라서, 로드 컵 어셈블리(160)의 다른 부분들과 유지 링(230) 간의 물리적 접촉 없이 마모를 결정하기 위해 바닥(505)과 접촉면(405) 사이에서 그루브(500)의 깊이가 측정된다. 이 때, 음파와 같은 에너지는 액체를 통하여 전송되거나 수신될 수 있다. 캐리어 헤드(165D)는 유지 링(230)의 다수의 위치들에서의 감지를 제공하기 위해 미리 정해진 회전 속도로 회전될 수 있다. 따라서, 다수의 그루브들(500)이 모니터링될 수 있다. 대안적으로, 캐리어 헤드(165D)는 단일 그루브(500)의 감지를 가능하게 하기 위해 정지식(motionless)일 수 있다. 다른 실시예에서, 신호(510)들을 둘러싸고 유지 링(230)과 센서(335) 간의 인터페이스를 제어하기 위해, 제어된 공기 칼럼(controlled air column) 또는 액체 칼럼이 사용될 수 있다. 예컨대, 신호(510)들의 경로를 둘러싸는 원통형 공기 칼럼을 형성하기 위해 버블러(미도시)가 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 모니터링 디바이스(162)의 위치는 관심없는 캐리어 헤드(165D)의 부분들 또는 기판(135)의 어떤 우연한 감지를 방지하기 위해 기판(135)의 영역 외부에 있다. 예컨대, 기판(135)은 원형 기판인 경우 제 1 반경(R1)을 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 반경(R1)은 200㎜ 직경의 기판에 대하여 약 100㎜의 반경을 포함한다. 다른 실시예에서, 제 1 반경(R1)은 300㎜ 직경의 기판에 대하여 약 150㎜의 반경을 포함한다. 일 실시예에서, 모니터링 디바이스(162)는 제 1 반경(R1)보다 더 크거나 그 외부에 있는 제 2 반경(R2)에 위치된다. 제 2 반경(R2)은 200㎜ 기판에 대하여 중심선(C')으로부터 약 105㎜ 내지 약 120㎜와 같이 약 100㎜보다 더 클 수 있다. 다른 예에서, 제 2 반경(R2)은 300㎜ 기판에 대하여 중심선(C')으로부터 약 155㎜ 내지 약 170㎜와 같이 약 150㎜보다 더 클 수 있다. 중심선(C')은 로드 컵 어셈블리(160)의 기하학적 중심 및/또는 캐리어 헤드(165D)의 중심일 수 있다. 따라서, 모니터링 디바이스(162)의 위치지정(positioning)은 관심없는 캐리어 헤드(165D)의 부분들 또는 기판(135)의 어떤 우연한 감지를 방지한다.
도 6은 도 1의 폴리싱 시스템(100)과 함께 사용될 수 있는 이송 스테이션(120)의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다. 이 실시예에서, 로드 컵 어셈블리(160)는 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 실시예와 유사하다. 도 3 내지 도 5의 이송 스테이션(120)과 유사한 이송 스테이션(120)의 엘리먼트들은 간결함을 위해 반복하지 않기로 한다. 일 실시예에서, 유지 링(230)은 도 5의 유지 링(230)의 실시예와 유사한 하나 또는 그 초과의 그루브들(500)을 포함한다.
이 실시예에서, 모니터링 디바이스(162)는, 광학 센서, 와전류 센서 또는 다른 적당한 감지 디바이스가 사용될 수도 있으나, 초음파 센서인 센서(335)를 포함한다. 일 실시예에서, 센서(335)는, 유지 링(230)이 센서(335)의 시선 또는 시야에 있을 때, 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 센서(335)는, 유지 링(230)이 로드 컵 어셈블리(160)에 적어도 부분적으로 배치될 때, 사용될 수 있다. 일 양태에서, 센서(335)는 센서(335) 근처에 배치된 관형 도관(600)을 포함한다. 관형 도관(600)은 센서(335)의 신호 경로를 둘러싸기 위해 탈이온수와 같은 유체를 전달하는 유체 서플라이(605)에 커플링된다. 유체는 센서(335)로부터의 신호들에 영향을 미칠 수 있는 제어되지 않은 공기를 제거하기 위해 사용된다. 일 실시예에서, 유지 링(230)의 접촉면(405)은 링(307)의 활성면(340)과 직접 접촉한다. 다른 실시예에서, 관형 도관(600)은 액츄에이터(610)에 커플링되며, 액츄에이터는 링(307)의 활성면(340)에 대해 관형 도관(600)이 팽창 및 수축할 수 있도록 한다. 관형 도관(600)은, 캐리어 헤드(165D)가 링(307)과 접촉하고 있지 않을 때, 유지 링(230)의 접촉면(405) 근처의 위치로 가상선으로 도시된 바와 같은 접촉면(405)을 향하여 액츄에이팅될 수 있다. 관형 도관(600)은 유지 링(230)의 접촉면(405)을 향하여 관형 도관(600)과 함께 이동하는 센서(335)의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 액츄에이터(610)는, 센서(335)가 필요없을 때, 관형 도관(600)을 수축시킬 수도 있다.
도 7은 방법(700)의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다. 단계(705)에서, 유지 링(230)을 가진 캐리어 헤드(165D)가 모니터링 디바이스(162) 근처로 이동하게 된다. 일 실시예에서, 모니터링 디바이스(162)는 폴리싱 모듈(105) 내부의 로드 컵 어셈블리(160) 상에 배치된다. 다른 실시예들에서, 모니터링 디바이스(162)는 이송 스테이션(120) 근처에, 또는 이송 스테이션(120) 근처의 캐리어 헤드(165D)의 이동 경로에, 또는 폴리싱 모듈(105) 상의 다른 위치에 있을 수 있다. 모니터링 디바이스(162)는 센서(335)를 포함하며, 단계(710)에 도시된 바와 같이 센서(335)로부터 에너지가 전송된다. 에너지는 초음파들, 광파들 또는 자기장들 또는 자기 신호들일 수 있다. 단계(715)에서, 유지 링(230)으로부터 반사된 에너지는 센서(335)에 의해 수신된다. 반사된 에너지는 유지 링(230)의 내부 또는 외부 표면 또는 표면들로부터 나올 수 있다. 단계(720)에서, 반사된 에너지에 기초하여 유지 링의 상태가 결정될 수 있다. 유지 링(230)의 상태에 대한 계측 표식을 얻기 위해, 예컨대, 유지 링(230) 또는 그 일부의 두께, 또는 유지 링(230)의 두께와 연관될 수 있는 유지 링(230)의 그루브(500)의 깊이를 얻기 위해, 반사된 신호들이 컨트롤러에 제공될 수 있다. 후속 폴리싱 프로세스들에서 변수들의 튜닝 및/또는 유지 링(230)의 교체 간격들을 결정하기 위해, 데이터가 사용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은, 본 명세서에 개시된 바와 같은 캐리어 헤드들(165A 내지 165D)과 같이, 폴리싱 스테이션의 캐리어 헤드 상에 배치된 유지 링(230)의 표면의 상태를 모니터링하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 모니터링 디바이스(162)는, 온-툴식으로 장착될 수 있는 것으로 설명되며, 일 실시예에서, 폴리싱 사이클들 간에 유지 링(230)의 상태를 감지한다. 유지 링(230)의 감지는 사용자의 기호에 기초하여 선택된 간격들로 또는 규칙적인 모니터링의 일부로서 미리 규정된 간격들로 사용자에 의해 설정될 수 있다. 모니터링 디바이스(162)로부터의 데이터는 유지 링(230)의 마모를 모니터링하거나, 유지 링(230)의 수명을 결정하거나, 및/또는 유지 링(230)의 교체 간격들을 결정하기 위해 사용될 수 있는 컨트롤러에 제공된다. 일 양태에서, 모니터링 디바이스(162)로부터의 데이터는 유지 링(230)의 수명을 예측하고, 유효 수명의 끝에서 유지 링(230)의 교체를 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 다른 양태에서, 모니터링 디바이스(162)로부터의 데이터는, 유지 링(230)이 완전히 마모되지 않았어도, 수명을 예측하고 통상적인 교체 간격을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 모니터링 디바이스(162)의 실시예들은 캐리어 헤드들(165A 내지 165D) 및 유지 링(230)과의 기계적 접촉 및/또는 물리적 처리을 최소화하거나 제거한다. 예컨대, 캘리퍼들과 같은 기계적 측정 디바이스들은 유지 링(230)과의 접촉을 요구한다. 기계적 측정 디바이스들과의 접촉은 측정 동안 유지 링(230)을 손상시킬 수 있고, 이는 프로세싱 동안 폴리싱 표면(175)을 다시 손상시킬 수 있다. 툴 내부에서 측정들이 이루어질 수 있으며, 폴리싱 시스템을 폐쇄할 필요가 없다. 아울러, 측정들을 위해 유지 링(230)을 완전히 건조시킬 필요가 없다. 모니터링 디바이스(162)는, 환경이 환경적으로 제어된 인클로져(115)(도 1 참조) 내에 수용되도록 온-툴식으로 장착된다. 따라서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 모니터링 디바이스(162)는, 캐리어 헤드들(165A 내지 165D)을 잠재적으로 손상시키는 처리 또는 접촉 및/또는 폴리싱 모듈(105)의 환경 파괴 없이, 유지 링(230)의 모니터링을 제공한다. 상기 방법 및 장치는 시간 소모적이며 부정확할 수 있는 시각적 검사들을 또한 최소화하거나 제거한다. 아울러, 유지 링(230)의 측정 및/또는 관측을 위해 폴리싱 시스템이 폐쇄될 필요가 없으므로, 처리량이 최대화될 수 있다.
아울러, 유지 링(230) 마모 데이터가 폴리싱 프로세스 동안 제어 변수로서 사용될 수 있다. 예컨대, 유지 링(230)이 그루브들(500)을 포함하면, 그루브들(500)이 미리 정해진 마모량을 나타내며, 폴리싱 균일성에서 임의의 유지 링(230) 두께 효과를 보상하기 위해 하나 또는 그 초과의 폴리싱 매개변수들이 조절될 수 있다. 일 예에서, 유지 링(230)의 마모를 확인하고 덜 마모된 유지 링(230)의 폴리싱 효과를 모방하기 위해, 캐리어 헤드(165A 내지 165D)의 회전 속도 및 하향력과 같은 폴리싱 매개변수들이 조절될 수 있다. 일 양태에서, 덜 마모된 유지 링(230)의 효과와 실질적으로 동일한 열을 폴리싱 표면(175) 상에 생성하고 폴리싱 유체의 전달을 용이하게 하기 위해, 캐리어 헤드(165A 내지 165D)의 회전 속도가 가속될 수 있다.
다른 예에서, 유지 링(230) 마모 데이터는 유지 링(230)의 수명 동안 웨이퍼 내에서 불균일성을 최소화하기 위해 사용될 수 있다. 유지 링(230)의 마모 데이터는, 도 2에 도시된 캐리어 헤드(165D)와 같은 멀티-존 캐리어 헤드들에서 블래더들(235A 및 235B)에 커플링된 자동 프로세스 제어 시스템과 함께 사용될 수 있다. 아울러, 자동 프로세스 제어 시스템은 도 2에 도시된 캐리어 헤드(165D) 상의 액츄에이터(232)와 소통할 수 있다. 일 양태에서, 액츄에이터(232)에 의해 유지 링(230) 및/또는 외측 구역(블래더(235A))들에 인가되는 압력은 유지 링(230)의 두께 변화에 응답하여 변화될 수 있다. 블래더들(235A 및 235B)에 의해 기판에 인가되는 압력 및/또는 유지 링(230)에 인가되는 압력들의 변화는 유지 링(230)의 두께 데이터에 기초하여 실시간으로 이루어질 수 있다. 따라서, 폴리싱되고 있는 기판들의 제거율, 제거 프로파일 및/또는 지형은 유지 링(230)의 마모에 기초하여 폴리싱 매개변수들을 조작함으로써 제어될 수 있다. 아울러, 폴리싱 매개변수들이 각각의 캐리어 헤드(165A 내지 165D)에 대해 튜닝될 수 있으므로, 캐리어 헤드들 간의 편차가 최소화될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 유지 링의 상태를 결정하고 및/또는 유지 링의 수명을 평가하기 위해 폴리싱 시스템 내부의 유지 링의 모니터링을 용이하게 하는 장치 및 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 장치가 제공된다. 장치는 캐리어 헤드 및 센서를 포함하고, 상기 캐리어 헤드는 기판이 캐리어 헤드 내에 유지되는 동안 기판을 폴리싱하기 위한 적어도 하나의 폴리싱 스테이션과, 캐리어 헤드로 그리고 캐리어 헤드로부터 기판을 이송하기 위한 이송 스테이션 사이의 이동 경로에서 이동가능하며, 유지 링을 갖고, 상기 센서는 캐리어 헤드의 이동 경로에 배치되며, 유지 링의 상태를 나타내는 메트릭을 제공하도록 동작가능하다.
다른 실시예에서, 기판 이송 디바이스와 적어도 하나의 캐리어 헤드 사이에서 기판들을 이송하기 위해 폴리싱 모듈 내에 배치되는 이송 스테이션이 제공된다. 이송 스테이션은 적어도 하나의 캐리어 헤드에 커플링된 유지 링의 적어도 일부와 기판을 수용하도록 적응된 크기의 본체를 가진 로드 컵 어셈블리와, 본체 상에 배치된 센서를 포함하고, 상기 센서는 상기 유지 링의 상태를 나타내는 메트릭을 제공하도록 동작가능하며, 기판은 제 1 반경을 포함하고, 센서는 상기 제 1 반경보다 더 큰 제 2 반경의 본체 상에 위치된다.
이상은 본 발명의 실시예들과 관련되었으나, 본 발명의 또 다른 실시예들이 그 기본적인 범위를 벗어나지 않고 안출될 수 있다.
Claims (15)
- 캐리어 헤드에 커플링된 유지 링의 적어도 하나의 표면을 모니터링하기 위한 모니터링 장치로서,
캐리어 헤드 및 센서를 포함하고,
상기 캐리어 헤드는, 상기 캐리어 헤드 내에서 기판이 유지되는 동안 상기 기판을 폴리싱하기 위한 적어도 하나의 폴리싱 스테이션과, 상기 캐리어 헤드로 그리고 상기 캐리어 헤드로부터 상기 기판을 이송하기 위한 이송 스테이션 사이의 이동 경로 내에서 이동 가능하고, 유지 링(retaining ring)을 가지며,
상기 센서는, 상기 캐리어 헤드의 이동 경로에 배치되고, 상기 유지 링의 상태를 나타내는 메트릭(metric)을 제공하도록 동작 가능하며,
상기 센서는 관형 도관을 포함하고, 상기 관형 도관은 내부에 상기 센서의 신호 경로를 둘러싸는 유체를 포함하는,
모니터링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서는 초음파 센서인,
모니터링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서는 와전류 센서인,
모니터링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서는 광학 센서인,
모니터링 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 관형 도관은, 상기 이송 스테이션의 본체 내에 배치되며, 상기 유지 링이 상기 이송 스테이션의 본체와 정렬될 때 상기 유지 링을 향하여 광을 지향시키도록 위치된,
모니터링 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 센서는 상기 유지 링을 모니터링하기 위해 이용되는 신호를 전송 또는 수신하는,
모니터링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 이송 스테이션은 물 소오스와 유체 연통하는 하나 또는 둘 이상의 노즐들을 포함하는,
모니터링 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 이송 스테이션은 유체를 수용하도록 성형된 본체를 포함하는,
모니터링 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 기판은 제 1 반경을 포함하고, 상기 센서는 상기 제 1 반경보다 더 큰 제 2 반경에 위치되는,
모니터링 장치. - 캐리어 헤드에 커플링된 유지 링의 적어도 하나의 표면을 모니터링하기 위한 방법으로서,
상기 캐리어 헤드를 폴리싱 모듈 내에 배치된 센서 디바이스 근처로 이동시키는 단계;
상기 센서 디바이스로부터의 에너지를 상기 유지 링을 향하여 전송하는 단계;
상기 유지 링으로부터 반사된 에너지를 수신하는 단계; 및
수신된 에너지에 기초하여 상기 유지 링의 상태를 결정하는 단계
를 포함하고,
상기 센서 디바이스는 관형 도관을 포함하며, 상기 관형 도관은 내부에 상기 센서의 신호 경로를 둘러싸는 유체를 포함하는,
모니터링 방법. - 제 10 항에 있어서,
전송되고 수신되는 에너지는 음파(sound wave)인,
모니터링 방법. - 제 10 항에 있어서,
전송되고 수신되는 에너지는 광학 신호인,
모니터링 방법. - 제 10 항에 있어서,
전송되고 수신된 에너지는 자기장인,
모니터링 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 에너지가 액체를 통해 전송되고 수신되는,
모니터링 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 캐리어 헤드를 상기 폴리싱 모듈 내에 배치된 로드 컵 어셈블리 근처로 이동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 센서 디바이스는 상기 로드 컵 어셈블리의 본체 내에 배치되어 있는,
모니터링 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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