KR101965475B1

KR101965475B1 - 리테이닝 링 두께 모니터링 및 압력 제어

Info

Publication number: KR101965475B1
Application number: KR1020157001586A
Authority: KR
Inventors: 사미어 데쉬판데; 지홍 왕; 사무엘 추-치앙 흐; 가우탐 샤샹크 단다바테; 헝 치흐 첸; 웬-치앙 투
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2019-04-03
Also published as: US20140027407A1; CN104471685B; JP2015526303A; US9067295B2; CN104471685A; TWI572445B; KR20150037859A; TW201408435A; WO2014018238A1

Abstract

화학적 기계적 폴리싱 장치는 바닥 표면이 폴리싱 패드에 접촉하는 플라스틱 부분을 갖는 리테이닝 링을 포함하는 캐리어 헤드; 플라스틱 부분의 두께에 의존하는 신호를 생성하는 센서를 포함하는 인-시튜 모니터링 시스템; 및 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 신호를 수신하고, 신호에 응답하여 적어도 하나의 폴리싱 파라미터를 조절해서, 리테이닝 링의 플라스틱 부분의 두께 변화에 의해 야기되는 불균일을 보상하도록 구성되는 제어기를 포함한다.

Description

리테이닝 링 두께 모니터링 및 압력 제어{MONITORING RETAINING RING THICKNESS AND PRESSURE CONTROL}

본 발명은 예를 들어 화학적 기계적 폴리싱(chemical mechanical polishing) 동안, 리테이닝 링(retaining ring)의 두께를 모니터링하는 것에 관한 것이다.

집적 회로는 통상적으로 실리콘 웨이퍼 상에 전도체, 반도체 또는 절연체 층들을 순차적으로 퇴적(deposition)함으로써 기판 상에 형성된다. 한 제조 단계는 비-평면 표면(non-planar surface) 위에 필러층(filler layer)을 퇴적하고 그 필러층을 평탄화하는 것을 포함한다. 특정 응용들에 있어서, 필러층은 패터닝된 층의 최상부 표면이 노출될 때까지 평탄화된다. 예를 들어, 전도성 필러층이 패터닝된 절연체 층 상에 퇴적되어, 절연체 층 내의 트렌치 또는 홀을 채울 수 있다. 평탄화 후에, 절연체 층의 상승된 패턴 사이에 남아있는 전도체 층의 부분들은, 기판 상의 박막 회로들 사이의 전도성 경로를 제공하는 비아, 플러그 및 라인을 형성한다. 산화물 폴리싱(oxide polishing)과 같은 다른 응용에 있어서, 필러층은 비-평면 표면 위에 미리 결정된 두께가 남을 때까지 평탄화된다. 추가로, 통상적으로 포토리소그래피를 위해서는 기판 표면의 평탄화가 요구된다.

화학적 기계적 폴리싱(CMP: chemical mechanical polishing)은 인정되는 평탄화 방법 중 하나이다. 이 평탄화 방법은 통상적으로 기판이 캐리어 헤드 상에 탑재될 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 통상적으로 회전 폴리싱 패드에 맞닿아 놓인다(placed against a rotating polishing pad). 캐리어 헤드는 기판 상에 제어가능한 로드를 제공하여, 기판을 폴리싱 패드 쪽으로 민다(push the substrate against the polishing pad). 통상적으로, 연마 입자들(abrasive particles)을 갖는 슬러리와 같은 폴리싱 액체(polishing liquid)가 폴리싱 패드의 표면에 공급된다.

일부 캐리어 헤드들은 베이스, 및 베이스에 접속되어 가압 챔버를 제공하는 멤브레인을 포함한다. 기판은 멤브레인의 하부 표면 상에 탑재될 수 있고, 멤브레인 위에서의 챔버 내 압력은 폴리싱 동안의 기판에 대한 로드를 제어한다.

캐리어 헤드는 기판이 폴리싱 동안 캐리어 헤드 아래로부터 미끄러져 나오는 것을 방지하기 위한 리테이닝 링을 통상적으로 포함한다. 리테이닝 링의 바닥 표면 상에서의 폴리싱 패드의 마찰로 인해, 리테이닝 링은 점진적으로 마멸되고, 교체될 필요가 있다. 일부 리테이닝 링들은 리테이닝 링이 교체되어야 할 때를 보여주기 위한 물리적 마킹들을 포함해왔다.

폴리싱 시스템 내에서 쉽게 보이지 않는 리테이닝 링을 교체할 때를 결정하는 것은 어려울 수 있다. 그러나, 리테이닝 링의 마모가능한 부분의 두께를 결정하기 위해 센서가 이용될 수 있다.

리테이닝 링이 마모됨에 따라, 캐리어 헤드의 베이스와 폴리싱 패드 간의 거리가 변화한다. 링이 마모됨에 따라, 기판의 에지 부근에서의 압력 분포 또한 변화할 수 있다. 어떠한 특정 이론에도 제한되지 않고서, 이것은 거리 변화가 멤브레인을 통한 힘의 분포에 영향을 주기 때문일 수 있다. 그러나, 센서에 의해 측정되는 리테이닝 링의 두께는 기판 에지 부근에서의 폴리싱 레이트의 변화를 보상하기 위해 폴리싱 파라미터를 제어하기 위한 입력으로서 이용될 수 있다.

일 양태에서, 화학적 기계적 폴리싱 장치는 바닥 표면이 폴리싱 패드에 접촉하는 플라스틱 부분을 갖는 리테이닝 링을 포함하는 캐리어 헤드; 플라스틱 부분의 두께에 의존하는 신호를 생성하는 센서를 포함하는 인-시튜 모니터링 시스템; 및 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 신호를 수신하고, 신호에 응답하여 적어도 하나의 폴리싱 파라미터를 조절하여, 리테이닝 링의 플라스틱 부분의 두께 변화에 의해 야기되는 불균일을 보상하도록 구성되는 제어기를 포함한다.

구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 캐리어 헤드는 복수의 챔버를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 폴리싱 파라미터는 복수의 챔버 중의 적어도 하나에서의 압력을 포함할 수 있다. 복수의 챔버 중의 적어도 하나는 캐리어 헤드 내에 유지되는 기판의 에지에 대한 압력을 제어하는 챔버일 수 있다. 제어기는 신호가 증가하는 경우, 복수의 챔버 중의 적어도 하나에서의 압력을 감소시키도록 구성될 수 있다. 리테이닝 링은 플라스틱 부분의 최상부 표면에 고정된 금속 부분을 포함할 수 있다. 인-시튜 모니터링 시스템은 와전류(eddy current) 모니터링 시스템을 포함한다. 회전식 플래튼이 폴리싱 패드를 지지할 수 있고, 센서는 플래튼 내에 위치되어 플래튼과 함께 회전할 수 있다. 모니터링 시스템은 각각의 스캔(scan)에서 측정치들의 시퀀스(a sequence of measurements)를 생성할 수 있고, 제어기는 리테이닝 링 아래의 하나 이상의 위치에서 구해지는 하나 이상의 측정치를 식별하도록 구성될 수 있다. 제어기는 리테이닝 링 아래의 위치들에서 구해지는 측정치들의 평균을 구하도록 구성될 수 있다. 제어기는 리테이닝 링 아래의 위치들에서 구해지는 복수의 측정치 중에서 최대 또는 최소 측정치를 선택하도록 구성될 수 있다.

다른 양태에서, 화학적 기계적 폴리싱 장치는, 바닥 표면이 폴리싱 패드에 접촉하는 플라스틱 부분을 갖는 리테이닝 링을 포함하는 캐리어 헤드; 플라스틱 부분의 두께에 의존하는 신호를 생성하는 센서를 포함하는 인-시튜 모니터링 시스템; 및 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 신호를 수신하고, 신호로부터 플라스틱 부분의 두께를 결정하도록 구성된 제어기를 포함한다.

다른 양태에서, 폴리싱 동작을 제어하는 방법은 기판을 폴리싱 패드에 대고 유지하기 위해 이용되는 캐리어 헤드 내의 리테이닝 링의 플라스틱 부분의 두께를 감지하는 단계; 및 감지된 두께에 응답하여 적어도 하나의 폴리싱 파라미터를 조절해서, 리테이닝 링의 플라스틱 부분의 두께 변화들에 의해 야기되는 불균일을 보상하는 단계를 포함한다.

다른 양태에서, 머신 판독가능한 저장 장치 내에 유형으로(tangibly) 구현되는 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 프로그램 제품은 폴리싱 머신이 방법을 수행하게 하기 위한 명령어들을 포함한다.

구현들은 이하의 이점들 중 하나 이상을 선택적으로 포함할 수 있다. 예를 들어 리테이닝 링의 시각적 검사 없이도, 리테이닝 링의 마모가능한 부분의 두께가 감지될 수 있다. 센서에 의해 측정되는 리테이닝 링의 두께는 기판 에지 부근에서의 폴리싱 레이트의 변화를 보상하기 위해 폴리싱 파라미터를 제어하기 위한 입력으로서 이용될 수 있다. 웨이퍼-내 및 웨이퍼-간 두께 불균일성(WIWNU 및 WTWNU)이 개선될 수 있다. 추가로, 리테이닝 링은 더 작은 두께들에서 허용가능한 균일성을 제공할 수 있다. 결과적으로, 리테이닝 링의 수명이 증가될 수 있고, 그에 의해 운영 비용이 감소된다.

하나 이상의 실시예의 상세가 이하의 첨부 도면 및 설명에 제시된다. 다른 특징, 양태 및 이점은 설명, 도면 및 청구항들로부터 명백해질 것이다.

도 1은 폴리싱 장치의 일례의 개략적 단면도를 도시한다.
도 2는 복수의 구역을 갖는 기판의 개략적인 상면도를 도시한다.
도 3은 폴리싱 패드의 상면도를 예시하며, 기판 상에서 인-시튜 측정이 행해지는 위치들을 보여준다.
도 4는 센서가 기판을 가로질러 스캔할 때의 인-시튜 모니터링 시스템으로부터의 신호를 도시한다.
도 5는 리테이닝 링의 마모로 인한 신호의 변화를 도시한다.
다양한 도면 내의 유사한 참조 번호 및 명칭은 유사한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 폴리싱 장치(100)의 예를 도시한다. 폴리싱 장치(100)는 폴리싱 패드(110)가 놓이는 회전식 디스크 형상의 플래튼(platen; 120)을 포함한다. 플래튼은 축(125)에 대하여 회전하도록 동작가능하다. 예를 들어, 모터(121)는 플래튼(120)을 회전시키기 위해 구동 샤프트(124)를 돌릴 수 있다. 폴리싱 패드(110)는 외측 폴리싱 층(112) 및 더 연성인 후면 층(backing layer)(114)을 갖는 2층 폴리싱 패드일 수 있다.

폴리싱 장치(100)는 슬러리와 같은 폴리싱 액체(132)를 폴리싱 패드(110) 상에 제공(dispense)하기 위한 포트(130)를 포함할 수 있다. 폴리싱 장치는 폴리싱 패드(110)를 일관된 연마 상태로 유지하기 위해 폴리싱 패드(110)를 연삭(abrade)하기 위한 폴리싱 패드 컨디셔너를 또한 포함할 수 있다.

폴리싱 장치(100)는 하나 이상의 캐리어 헤드(140)를 포함한다. 각각의 캐리어 헤드(140)는 기판(10)을 폴리싱 패드(110)에 대고 유지(hold against)하도록 동작할 수 있다. 각각의 캐리어 헤드(140)는 각각의 개별 기판에 연관된 폴리싱 파라미터들, 예를 들어 압력을 독립적으로 제어할 수 있다.

특히, 각각의 캐리어 헤드(140)는 가요성 멤브레인(144), 및 가요성 멤브레인(144) 아래에 기판(10)을 유지하기 위한 리테이닝 링(160)을 포함할 수 있다. 각각의 캐리어 헤드(140)는 또한 멤브레인에 의해 정의되는 복수의 독립적으로 제어가능한 가압 챔버, 예를 들어 3개의 챔버(146a-146c)를 포함하는데, 이들은 가요성 멤브레인(144) 상의, 그리고 그에 따른 기판(10) 상의 관련 구역들(148a-148c)에 독립적으로 제어가능한 압력들을 가할 수 있다(도 1 및 2 참조). 도 2를 참조하면, 중심 구역(148a)은 실질적으로 원형일 수 있고, 나머지 구역들(148b-148c)은 중심 구역(148a) 주위의 동심 환상 구역들(concentric annular zones)일 수 있다. 도시의 편의를 위해, 도 1 및 도 2에는 3개의 챔버만이 도시되어 있지만, 1개 또는 2개의 챔버, 또는 4개 이상의 챔버, 예를 들어 5개의 챔버가 있을 수 있다.

도 1을 참조하면, 리테이닝 링(160)은 하측 부분(162) 및 상측 부분(164)을 포함한다. 하측 부분(162)은 마모가능한 플라스틱 재료, 예를 들어 PPS(polyphenylene sulfide) 또는 PEEK(polyetheretherketone)인 반면, 상측 부분(164)은 금속, 예를 들어 알루미늄 또는 스테인레스 스틸이다. 상측 부분(164)이 하측 부분(162)보다 더 단단하다. 폴리싱 유체를 폴리싱 중인 기판(10)을 향해 내측으로 지향시키기 위해, 하측 부분(162)의 하측 표면 내에 복수의 슬러리 이송 채널(slurry-transport channel)이 형성될 수 있다. 하측 부분은 약 0.1 내지 1 인치, 예를 들어 100 내지 150 밀(mil)의 두께를 가질 수 있다. 동작 시에, 하측 부분(162)은 폴리싱 패드(110)에 맞닿아 눌러지고, 따라서 하측 부분(162)이 마멸되는 경향이 있다.

각각의 캐리어 헤드(140)는 지지 구조물(150), 예를 들어 캐러셀(carousel) 또는 트랙에 매달려서, 구동 샤프트(152)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(154)에 접속되므로, 캐리어 헤드는 축(155)에 대하여 회전할 수 있다. 선택적으로, 각각의 캐리어 헤드(140)는 횡방향으로, 예를 들어 캐러셀 또는 트랙(150) 상의 캐리지(carriage)의 움직임에 의해, 또는 캐러셀 자체의 회전 진동(rotational oscillation)에 의해 진동할 수 있다. 동작 시에, 플래튼은 그것의 중심 축(125)에 대하여 회전되며, 각각의 캐리어 헤드는 그것의 중심 축(155)에 대하여 회전되고, 폴리싱 패드의 최상부 표면을 가로질러 횡방향으로 병진된다.

하나의 캐리어 헤드(140)만이 도시되어 있지만, 폴리싱 패드(110)의 표면 영역이 효율적으로 사용될 수 있도록 추가의 기판들을 유지하기 위해, 더 많은 캐리어 헤드가 제공될 수 있다. 따라서, 동시적인 폴리싱 프로세스를 위해 기판들을 유지하도록 되어 있는 캐리어 헤드 어셈블리의 수는 폴리싱 패드(110)의 표면 영역에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.

폴리싱 장치는 또한 리테이닝 링(160)의 하측 부분(162)의 두께에 의존하는 신호를 생성하도록 구성된 모니터링 시스템(170)을 포함한다. 일례에서, 모니터링 시스템(170)은 와전류 모니터링 시스템이다. 와전류 모니터링 시스템은 또한 기판(10) 상에서 폴리싱 중인 전도체 층의 두께를 모니터링하기 위해 이용될 수 있다. 도 1은 와전류 모니터링 시스템을 예시하고 있지만, 하측 부분(162)의 두께에 의존하는 신호를 생성할 수 있는 다른 유형의 센서들, 예를 들어 음향, 용량성 또는 광학 센서들이 이용될 수 있다.

모니터링 시스템(170)의 센서는 플래튼(120) 내의 리세스(128) 내에 위치될 수 있다. 와전류 모니터링 시스템의 예에서, 센서는 코어(172), 및 코어(172) 둘레에 감겨진 구동 및 감지 코일들(174)을 포함할 수 있다. 코어(172)는 높은 투자율을 갖는 재료, 예를 들어 페라이트이다. 구동 및 감지 코일들(174)은 구동 및 감지 회로(176)에 전기적으로 접속된다. 예를 들어, 구동 및 감지 회로(176)는 코일(174)을 구동하기 위한 발진기를 포함할 수 있다. 와전류 시스템과, 구동 및 감지 회로에 관한 추가의 상세는 미국 특허 제7,112,960호, 미국 특허 제6,924,641호, 및 미국 특허 공개 제2011-0189925호에서 찾을 수 있으며, 이들 각각은 참조에 의해 포함된다.

도 1은 단일 코일(174)을 도시하고 있지만, 와전류 모니터링 시스템은 와전류들을 구동하고 감지하기 위해 별개의 코일들을 이용할 수 있다. 마찬가지로, 도 1은 U-형상 코어(172)를 도시하고 있지만, 다른 코어 형상들, 예를 들어 단일 샤프트, 또는 후면 부분(backing piece)으로부터 연장되는 3개 이상의 프롱(prong)도 가능하다. 선택적으로, 코어(172)의 일부분이 플래튼(120)의 최상부 표면 위로, 그리고 폴리싱 패드(110)의 바닥에 있는 리세스(118) 내로 상향 연장될 수 있다. 폴리싱 시스템(100)이 광학 모니터링 시스템을 포함하는 경우, 리세스(118)는 폴리싱 패드 내의 투명 윈도우에 위치될 수 있고, 광학 모니터링 시스템의 일부분은 플래튼 내의 리세스(128)에 위치될 수 있으며, 광학 모니터링 시스템은 윈도우를 통해 광을 지향시킬 수 있다.

회로(176)의 출력은 구동 샤프트(124)의 로터리 커플러(rotary coupler)(129), 예를 들어 슬립 링(slip ring)을 지나 제어기(190)로 가는 디지털 전자 신호일 수 있다. 대안적으로, 회로(176)는 무선 신호로 제어기(190)와 통신할 수 있다.

제어기(190)는 중앙 처리 유닛(CPU)(192), 메모리(194), 및 지원 회로(196), 예를 들어 입력/출력 회로, 전력 공급부들(power supplies), 클럭 회로들, 캐시, 및 그와 유사한 것을 포함할 수 있다. 메모리는 CPU(192)에 접속된다. 메모리는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체이고, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 다른 형태의 디지털 저장소와 같은 하나 이상의 쉽게 이용가능한 메모리일 수 있다. 추가로, 단일 컴퓨터로서 도시되어 있긴 하지만, 제어기(190)는 예를 들어, 복수의 독립적으로 동작하는 프로세서 및 메모리를 포함하는 분산형 시스템일 수 있다.

일부 구현들에서, 인-시튜 모니터링 시스템(170)의 센서는 플래튼(120) 내에 설치되어 플래튼(120)과 함께 회전한다. 이 경우, 플래튼(120)의 움직임은 센서가 각각의 기판을 가로질러 스캔하게 할 것이다. 구체적으로, 플래튼(120)이 회전할 때, 제어기(190)는 예를 들어 샘플링 주파수에서 센서로부터의 신호를 샘플링할 수 있다. 샘플링 주파수에서의 측정치들을 생성하기 위해, 센서로부터의 신호가 샘플링 주기에 걸쳐서 통합될(integrated) 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 센서가 플래튼 내에 설치되는 경우에는, 플래튼의 회전으로 인해(화살표(204)에 의해 나타나 있음), 센서, 예를 들어 코어(172)가 캐리어 헤드 아래를 이동할 때, 모니터링 시스템(170)은 기판(10) 및 리테이닝 링(160)을 횡단하는 호(arc)의 위치들(201)에서 측정을 할 것이다. 예를 들어, 포인트들(201a-201k) 각각은 모니터링 시스템에 의한 측정의 위치를 나타낸다(포인트의 개수는 예시적인 것이며; 샘플링 주파수에 따라, 도시된 것보다 더 많거나 더 적은 측정이 행해질 수 있다).

도시된 바와 같이, 플래튼의 1회의 회전 동안, 기판(10) 및 리테이닝 링(160) 상의 상이한 반경들로부터 측정치들이 획득된다. 즉, 일부 측정치들은 기판(10)의 중심에 더 가까운 위치들로부터 획득되고, 일부 측정치들은 기판(10)의 에지에 더 가까운 위치들로부터 획득되고, 일부 측정치들은 리테이닝 링 아래의 위치들로부터 획득된다.

도 4는 기판을 가로질러 스캔하는 동안의 와전류 센서로부터의 신호(220)를 도시한다. 신호(220)의 부분들(222)에서, 센서는 웨이퍼에 근접해 있지 않다(센서는 "오프-웨이퍼(off-wafer)" 상태이다). 근처에 전도성 물질이 없기 때문에, 신호는 비교적 낮은 값 S1에서 시작한다. 신호(220)의 부분들(224)에서, 센서는 리테이닝 링에 근접해 있다. 리테이닝 링(160)은 전도성 상측 부분(164)을 포함하므로, 신호(220)의 진폭은 (오프-웨이퍼 부분(222)에 비해) 비교적 높은 값 S2로 증가한다. 신호의 부분들(226)에서, 센서는 웨이퍼에 근접해 있다(센서는 "온-웨이퍼(on-wafer)" 상태이다). 이러한 부분(226)에서, 신호는 기판 상의 금속 층의 존재 및 두께에 의존하는 진폭 S3를 가질 것이다. 도 4에 도시된 예에서, 기판은 비교적 두꺼운 전도성 층을 포함하고, 따라서 S3는 S2보다 크다. 그러나, S3는 금속 층의 존재 및 두께에 따라, S2보다 높거나 낮을 수 있다.

제어기(190)는 어느 측정치들이 리테이닝 링 아래의 위치들에서 구해진 것인지를 판정하고 그 측정치들을 저장하도록 구성될 수 있다.

센서로부터의 연속적인 신호의 어느 부분이 기판, 리테이닝 링 및 오프-웨이퍼 구역에 대응하는지는, 예를 들어 위치 센서 및/또는 모터 인코더에 의해 측정되는 플래튼 각도 위치(platen angular position) 및 캐리어 헤드 위치(carrier head location)에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 기판을 가로지르는 센서의 임의의 주어진 스캔에 대하여, 제어기(190)는 타이밍, 모터 인코더 정보, 및/또는 기판 및/또는 리테이닝 링의 에지의 광학 검출에 기초하여, 그 스캔으로부터의 각각의 측정치에 대한 (스캔되고 있는 기판의 중심에 상대적인) 방사상 위치를 계산할 수 있다. 폴리싱 시스템은 또한 로터리 위치 센서, 예를 들어 정지된 광학 인터럽터(stationary optical interrupter)를 통과할 플래튼의 에지에 부착된 플랜지(flange)를 포함할 수 있음으로써, 측정치들의 위치를 결정하기 위한 추가 데이터를 제공할 수 있다. 일부 구현들에서는, 스펙트럼의 측정 시간이 방사상 위치의 정확한 계산을 위한 대체물로 이용될 수 있다. 측정치의 방사상 위치의 결정은 미국 특허 제6,159,073호 및 미국 특허 제7,097,537호에 논의되어 있으며, 이들 각각은 참조에 의해 포함된다.

제어기(190)는 리테이닝 링(160)의 물리적 치수로부터 알려지는 미리 정해진 방사상 구역 내에 들어오는 측정치들을 리테이닝 링과 연관시킬 수 있다.

상술한 접근방식들과 결합될 수 있는 일부 구현들에서, 리테이닝 링에 대응하는 신호의 부분은 신호 자체에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 제어기(190)는 신호 강도의 갑작스러운 변화를 검출하기 위한 신호 처리 알고리즘으로 구성될 수 있다. 이러한 갑작스러운 변화는 신호의 다른 부분으로의 시프트를 나타내는 것으로서 이용될 수 있다. 신호의 다른 부분을 검출하기 위한 다른 기법들은 기울기 변화들 및 진폭의 임계값들을 포함한다.

리테이닝 링 아래의 위치들에서 구해진 복수의 측정치가 존재하는 경우, 측정치들은 결합될(combined) 수 있는데, 예를 들면, 측정치들의 평균이 구해질 수 있다. 대안적으로, 주어진 스캔에 대하여, 복수의 측정치 중에서 측정치가 선택될 수 있는데, 예를 들면 복수의 측정치 중 최고 또는 최저 측정치가 이용될 수 있다.

일부 구현들에서, 복수의 스캔에 걸쳐 구해진 측정치들이 결합될 수 있고, 예를 들면, 측정치들의 평균이 구해질 수 있으며, 또는 복수의 스캔으로부터의 측정치가 선택될 수 있는데, 예를 들면 복수의 스캔으로부터의 측정치들 중 최고 또는 최저 측정치가 이용될 수 있다.

일부 구현들에서, 복수의 기판에 걸쳐 구해진 측정치들이 결합될 수 있고, 예를 들면, 측정치들의 평균이 구해질 수 있으며, 또는 복수의 기판으로부터의 측정치가 선택될 수 있는데, 예를 들면 복수의 기판으로부터의 측정치들 중 최고 또는 최저 측정치가 이용될 수 있다. 일부 구현들에서, 리테이닝 링은 폴리싱 중인 기판들 전부보다는 적은 기판들에서 모니터링된다. 예를 들어, 리테이닝 링의 하측 부분의 두께의 측정치는 5개의 기판이 폴리싱될 때마다 한 번씩 생성될 수 있다.

추가로, 일부 구현들에서, 제어기는 미리 정해진 방사상 구역 내부에 있는 다양한 측정치들을 기판(10) 상의 제어가능한 구역들(148b-148c)(도 2 참조)과 연관시킨다.

복수의 기판을 폴리싱하는 동안, 리테이닝 링의 하측 부분(162)은 마멸된다. 리테이닝 링(160)은 폴리싱 패드(110)와 접촉하도록 눌러지므로, 리테이닝 링이 마모됨에 따라, 금속 상측 부분(164)은 점진적으로 플래튼(120)에 가까워지게 이동할 것이다. 결과적으로, 기판 아래에서 측정되는 신호의 강도는 변화할 것이며, 예를 들면 증가할 것이다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 센서가 새로운 리테이닝 링에 근접해 있는 경우의 신호(220)의 부분(224)은 신호 강도 S2를 가질 수 있고, 센서가 마모된 리테이닝 링에 근접해 있는 경우의 신호의 부분은 다른, 예를 들면 더 높은 신호 강도 S2'를 가질 수 있다.

추가로, 제어기(190)는 리테이닝 링의 마모가 기판 에지에서의 폴리싱 레이트(polishing rate)에 미치는 영향을 보상하기 위해, 하나 이상의 폴리싱 파라미터를 조절하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 리테이닝 링에 대응하는 신호 강도 S2, S2'는 폴리싱 파라미터들을 설정하는 함수에의 입력으로서 제어기(190)에 의해 이용될 수 있다.

예를 들어, 제어기(190)는 최외측 영역(148c)에 인가되는 압력, 예를 들어 최외측 챔버(146c)에 의해 인가되는 압력을 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 리테이닝 링의 마모가 기판에서의 폴리싱 레이트의 증가를 야기하는 경우, 제어기는 기판(10)의 최외측 영역(148c)에 인가되는 압력을 감소시킬 수 있다. 이 경우, 최외측 영역(148c)에의 압력을 설정하는 함수는 신호 강도 S2를 입력으로서 취하며, 함수는 S2가 증가하는 경우에 감소하는 요구되는 압력을 출력하도록 선택된다. 반대로, 리테이닝 링의 마모가 기판 에지에서의 폴리싱 레이트의 감소를 야기하는 경우, 제어기는 기판(10)의 최외측 영역(148c)에 인가되는 압력을 증가시킬 수 있다. 이 경우, 최외측 영역(148c)에의 압력을 설정하는 함수는 신호 강도 S2를 입력으로서 취하며, 함수는 S2가 증가하는 경우에 증가하는 요구되는 압력을 출력하도록 선택된다.

모니터링 회로의 구성에 따라, 신호 강도는 리테이닝 링이 마모됨에 따라 실제로 감소할 수 있다. 이 경우, 함수들은 적절하게 조절될 수 있는데, 예를 들어, 리테이닝 링의 마모가 기판에서의 폴리싱 레이트의 증가를 야기하는 경우, 압력을 설정하는 함수는 S2가 감소하는 경우에 감소하는 요구되는 압력을 출력하도록 선택된다.

리테이닝 링의 마모가 기판 에지에서의 폴리싱 레이트를 증가시키는지 아니면 감소시키는지, 및 신호 강도 S2에 대한 감소량은 경험적인 측정에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 한 세트의 테스트 기판들이 하측 부분(162)에 대해 상이한 두께들을 갖는 리테이닝 링들(160)을 이용하되 보상은 수행하지 않으면서 폴리싱될 수 있다. 하측 부분(162)의 상이한 두께들에 대한 신호 강도들 S2가 모니터링될 수 있고, 예를 들어 인-라인 계측 스테이션 또는 별개의 계측 스테이션에서, 폴리싱 중인 층에 대한 중심 대 에지 두께 차이가 측정될 수 있다. 폴리싱 레이트가 압력에 비례하는 프레스토니안 모델(Prestonian model)을 가정하면, 수집되는 데이터는 신호 강도에 기초한 압력 보정치를 생성하는 함수, 예를 들어 룩업 테이블을 제공할 수 있다.

본 명세서에서 사용될 때, 기판이라는 용어는 예를 들어 제품 기판(예를 들어 복수의 메모리 또는 프로세서 다이를 포함하는 것), 테스트 기판, 베어 기판(bare substrate) 및 게이팅 기판(gating substrate)을 포함할 수 있다. 기판은 집적 회로 제조의 다양한 스테이지에 있을 수 있는데, 예를 들면 기판은 베어 웨이퍼일 수 있거나, 하나 이상의 퇴적된 및/또는 패터닝된 층을 포함할 수 있다. 기판이라는 용어는 원형 디스크들 및 직사각형 시트들을 포함할 수 있다.

전술한 폴리싱 장치 및 방법은 다양한 폴리싱 시스템에서 적용될 수 있다. 폴리싱 패드 또는 캐리어 헤드, 또는 둘 다가 폴리싱 표면과 기판 사이의 상대적인 움직임을 제공하기 위해 이동할 수 있다. 예를 들어, 플래튼은 회전이 아니라 궤도를 그리며 돌 수 있다. 폴리싱 패드는 플래튼에 고정된 원형(또는 일부 다른 형상)의 패드일 수 있다. 종료점 검출 시스템의 일부 양태들은, 예를 들면 폴리싱 패드가 선형으로 이동하는 연속적 또는 릴-투-릴(reel-to-reel) 벨트인, 선형 폴리싱 시스템에 적용가능할 수 있다. 폴리싱 층은 표준(예를 들어, 필러를 갖거나 갖지 않는 폴리우레탄) 폴리싱 재료, 연성 재료, 또는 고정식 연마 재료(fixed-abrasive material)일 수 있다. 상대적 위치(relative positioning)의 용어들이 이용되는데, 폴리싱 표면과 기판은 수직 배향 또는 일부 다른 배향으로 유지될 수 있음을 이해해야 한다.

본 발명의 구체적인 실시예들이 설명되었다. 다른 실시예들은 이하의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims

화학적 기계적 폴리싱 장치(chemical mechanical polishing apparatus)로서,
바닥 표면이 폴리싱 패드에 접촉하는 플라스틱 부분을 갖는 리테이닝 링(retaining ring)을 포함하는 캐리어 헤드;
상기 폴리싱 패드를 지지하기 위한 플래튼;
상기 플라스틱 부분의 바닥 표면이 상기 폴리싱 패드에 접촉하는 동안 폴리싱 동작 중에 신호를 생성하는 센서를 포함하는 인-시튜 모니터링 시스템(in-situ monitoring system) - 상기 센서는 상기 캐리어 헤드에 걸쳐 복수의 스캔(scan)을 수행하고 각각의 스캔에서 상기 캐리어 헤드에 걸친 복수의 측정치를 생성하고, 상기 신호는 상기 플라스틱 부분의 두께에 의존하고, 상기 센서는 폴리싱 표면 아래의 위치에서 상기 플래튼에 의해 지지되고, 상기 센서는 상기 리테이닝 링으로부터 먼 쪽의 상기 폴리싱 패드의 측면 상에 배치됨 -; 및
상기 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 상기 신호를 수신하고, 상기 복수의 측정치 중 어느 측정치들이 상기 리테이닝 링 아래의 위치들에 대응되는지 결정하고, 상기 신호로부터의 상기 결정된 측정치들에 응답하여 적어도 하나의 폴리싱 파라미터를 조절해서, 상기 리테이닝 링의 상기 플라스틱 부분의 두께 변화에 의해 야기되는 불균일을 보상하도록 구성되는 제어기
를 포함하는 화학적 기계적 폴리싱 장치.
제1항에 있어서, 상기 캐리어 헤드는 복수의 챔버를 포함하고, 상기 적어도 하나의 폴리싱 파라미터는 상기 복수의 챔버 중의 적어도 하나의 챔버에서의 압력을 포함하는, 화학적 기계적 폴리싱 장치.
제2항에 있어서, 상기 복수의 챔버 중의 상기 적어도 하나의 챔버는 상기 캐리어 헤드 내에 유지되는 기판의 에지에 대한 압력을 제어하는 챔버를 포함하는, 화학적 기계적 폴리싱 장치.
제3항에 있어서, 상기 제어기는 상기 신호가 증가하는 경우, 상기 복수의 챔버 중의 상기 적어도 하나의 챔버에서의 압력을 감소시키도록 구성되는, 화학적 기계적 폴리싱 장치.
제1항에 있어서, 상기 리테이닝 링은 상기 플라스틱 부분의 최상부 표면에 고정된 금속 부분을 포함하는, 화학적 기계적 폴리싱 장치.
제5항에 있어서, 상기 인-시튜 모니터링 시스템은 와전류 모니터링 시스템을 포함하는, 화학적 기계적 폴리싱 장치.
제6항에 있어서, 상기 플래튼은 상기 폴리싱 패드를 지지하기 위한 회전식 플래튼을 포함하고, 상기 센서는 상기 플래튼 내에 위치되어 상기 플래튼과 함께 회전하는 코어를 포함하는, 화학적 기계적 폴리싱 장치.
화학적 기계적 폴리싱 장치로서,
바닥 표면이 폴리싱 패드에 접촉하는 플라스틱 부분을 갖는 리테이닝 링을 포함하는 캐리어 헤드;
상기 폴리싱 패드를 지지하기 위한 회전식 플래튼;
상기 플라스틱 부분의 바닥 표면이 상기 폴리싱 패드에 접촉하는 동안 신호를 생성하는 센서를 포함하는 인-시튜 모니터링 시스템 - 상기 신호는 상기 플라스틱 부분의 두께에 의존하고, 상기 센서는 상기 플래튼 내에 위치되어 상기 플래튼과 함께 회전하여, 상기 캐리어 헤드에 걸쳐 복수의 스캔을 수행하고 각각의 스캔에서 상기 캐리어 헤드에 걸친 복수의 측정치를 생성함 -; 및
상기 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 상기 신호를 수신하고, 상기 복수의 측정치 중 어느 측정치들이 상기 리테이닝 링 아래의 위치들에 대응되는지 결정하고, 상기 신호로부터의 상기 결정된 측정치들에 응답하여 적어도 하나의 폴리싱 파라미터를 조절해서, 상기 리테이닝 링의 상기 플라스틱 부분의 두께 변화에 의해 야기되는 불균일을 보상하도록 구성되는 제어기
를 포함하는 화학적 기계적 폴리싱 장치.
제8항에 있어서, 상기 제어기는 상기 리테이닝 링 아래의 위치들에서 구해지는 측정치들의 평균을 구하도록 구성되는, 화학적 기계적 폴리싱 장치.
제8항에 있어서, 상기 제어기는 상기 리테이닝 링 아래의 위치들에서 구해지는 복수의 측정치 중에서 최대 또는 최소 측정치를 선택하도록 구성되는, 화학적 기계적 폴리싱 장치.
제8항에 있어서, 상기 제어기는 상기 센서의 복수의 스캔으로부터 구해지는 측정치들을 결합(combine)하도록 구성되는, 화학적 기계적 폴리싱 장치.
제8항에 있어서, 상기 제어기는 상기 센서의 복수의 스캔으로부터 구해지는 측정치들 중에서 선택을 하도록 구성되는, 화학적 기계적 폴리싱 장치.
제8항에 있어서, 상기 제어기는 복수의 기판에 걸친 상기 센서의 스캔들로부터 구해지는 측정치들을 결합하거나, 상기 측정치들 중에서 선택을 하도록 구성되는, 화학적 기계적 폴리싱 장치.
제13항에 있어서, 상기 제어기는 연속적으로 폴리싱되는 것이 아닌 복수의 기판의 측정치들을 결합하거나, 상기 측정치들 중에서 선택을 하도록 구성되는, 화학적 기계적 폴리싱 장치.
제14항에 있어서, 상기 제어기는 폴리싱 중인 복수의 기판 중에서 주기적으로 선택되는 기판들로부터의 측정치들을 결합하거나, 상기 측정치들 중에서 선택을 하도록 구성되는, 화학적 기계적 폴리싱 장치.
화학적 기계적 폴리싱 장치로서,
바닥 표면이 폴리싱 패드에 접촉하는 플라스틱 부분을 갖는 리테이닝 링을 포함하는 캐리어 헤드;
상기 폴리싱 패드를 지지하기 위한 플래튼;
상기 플라스틱 부분의 바닥 표면이 상기 폴리싱 패드에 접촉하는 동안 폴리싱 동작 중에 신호를 생성하는 센서를 포함하는 인-시튜 모니터링 시스템 - 상기 신호는 상기 플라스틱 부분의 두께에 의존하고, 상기 센서는 상기 캐리어 헤드에 걸쳐 복수의 스캔을 수행하고 각각의 스캔에서 상기 캐리어 헤드에 걸친 복수의 측정치를 생성하고, 상기 센서는 폴리싱 표면 아래의 위치에서 상기 플래튼에 의해 지지되고, 상기 센서는 상기 리테이닝 링으로부터 먼 쪽의 상기 폴리싱 패드의 측면 상에 배치됨 -; 및
상기 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 상기 신호를 수신하고, 상기 복수의 측정치 중 어느 측정치들이 상기 리테이닝 링 아래의 위치들에 대응되는지 결정하고, 상기 신호로부터의 상기 결정된 측정치들로부터 상기 플라스틱 부분의 두께를 결정하도록 구성되는 제어기
를 포함하는 화학적 기계적 폴리싱 장치.
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