KR102242321B1 - Apparatus and methods for acoustical monitoring and control of through-silicon-via reveal processing - Google Patents
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Abstract
CMP(chemical mechanical polishing)를 이용하는 TSV(through silicon via) 노출 프로세스는, TSV 파손을 검출하고 그에 자동으로 응답하도록 음향적으로 모니터링 및 제어될 수 있다. CMP 시스템의 기판 홀더 및/또는 폴리싱 패드에 근접 위치된 하나 이상의 음향 센서에 의해 수신되는 음향 방출들이 분석되어, CMP 프로세스 동안 TSV 파손을 검출할 수 있다. TSV 파손을 검출하는 것에 응답하여, 하나 이상의 교정 동작이 자동으로 발생할 수 있다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드 플래튼에는, 폴리싱 패드 플래튼 상에 장착된 폴리싱 패드로 확장되는 하나 이상의 음향 센서가 내부에 통합되어 있을 수 있다. TSV 노출 프로세스를 모니터링 및 제어하는 방법들도 다른 양태들과 마찬가지로 제공된다.Through silicon via (TSV) exposure processes using chemical mechanical polishing (CMP) can be acoustically monitored and controlled to detect and automatically respond to TSV breakage. Acoustic emissions received by one or more acoustic sensors located proximate to the substrate holder and/or polishing pad of the CMP system can be analyzed to detect TSV breakage during the CMP process. In response to detecting TSV breakage, one or more corrective actions may occur automatically. In some embodiments, the polishing pad platen may have one or more acoustic sensors incorporated therein extending to a polishing pad mounted on the polishing pad platen. Methods of monitoring and controlling the TSV exposure process are provided as well as other aspects.
Description
관련 출원들Related applications
본 출원은, 2013년 5월 1일자로 출원되었으며 발명의 명칭이 "APPARATUS AND METHODS FOR ACOUSTICAL MONITORING AND CONTROL OF THROUGH-SILICON-VIA REVEAL PROCESSING"인 미국 특허 출원 제13/874,495호(대리인 정리 번호 20654/USA)로부터 우선권을 주장하는데, 이 특허 출원은 참고로 다목적으로 본 명세서에 완전히 포함된다.This application was filed on May 1, 2013, and the name of the invention is "APPARATUS AND METHODS FOR ACOUSTICAL MONITORING AND CONTROL OF THROUGH-SILICON-VIA REVEAL PROCESSING", US Patent Application No. 13/874,495 (Agent Arrangement No. 20654/ USA), which patent application is incorporated herein by reference in its entirety for purposes of reference.
기술분야Technical field
본 발명은 일반적으로 반도체 디바이스 제조에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 TSV들(through-silicon vias)의 후방 화학 기계적 폴리싱(backside chemical mechanical polishing)에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to semiconductor device fabrication, and more particularly to backside chemical mechanical polishing of through-silicon vias (TSVs).
화학 기계적 평탄화(chemical mechanical planarization)라고도 알려져 있는 화학 기계적 폴리싱(CMP)은 반도체 기판 상의 집적 회로들(IC)의 제조에서 통상적으로 이용되는 프로세스이다. CMP 프로세스는, 후속 처리를 위해 평탄한 표면을 생성하기 위해서, 부분적으로 처리된 기판으로부터 지형적 피쳐들(topographic features) 및 재료들을 제거할 수 있다. CMP 프로세스는 기판의 표면에 대하여 눌려지는 하나 이상의 회전하는 폴리싱 패드 상에 연마제 및/또는 화학적으로 활성인 폴리싱 용액(chemically-active polishing solution)을 이용할 수 있다. 기판은 기판을 회전시키는 기판 홀더에 유지될 수 있다. 기판 홀더는 또한 회전하는 폴리싱 패드(들)의 표면에 걸쳐 기판을 앞뒤로 진동시킬 수 있다.Chemical mechanical polishing (CMP), also known as chemical mechanical planarization, is a process commonly used in the manufacture of integrated circuits (ICs) on semiconductor substrates. The CMP process can remove topographic features and materials from the partially processed substrate to create a flat surface for subsequent processing. The CMP process may use an abrasive and/or a chemically-active polishing solution on one or more rotating polishing pads that are pressed against the surface of the substrate. The substrate can be held in a substrate holder that rotates the substrate. The substrate holder can also vibrate the substrate back and forth over the surface of the rotating polishing pad(s).
IC들의 제조에서, 콤팩트한 풋프린트에서 회로 기능성 및/또는 성능을 증가시키기 위해 3D 패키징이 이용될 수 있다. 3차원 패키징은, 적층된 IC 칩들을 전기적으로 접속하기 위해 TSV들(through silicon vias)을 이용하여 서로의 상부에 적층된 IC 칩들의 상호접속을 수반할 수 있다. TSV들은 기판을 통하여 연장되는 수직 전기 전도체들이다. (아래의 다른 IC에 대한 후속 전기 접속을 위해) 기판의 후방으로부터 TSV들에 접근하기 위해서, CMP가 TSV 노출 프로세스(reveal process)에서 이용될 수 있다. TSV 노출 프로세스는 후방 표면으로부터 돌출하는 스터브들(stubs)로서 TSV들을 노출시키기 위해서 기판의 후방 표면을 그라인딩 및 에칭하는 것을 포함할 수 있다. 다음으로, 후방 표면 상에 유전체 막이 퇴적될 수 있다. CMP는, 돌출하는 스터브들을 제거하고 원하는 유전체 막 두께까지 후방 표면을 폴리싱하여 TSV 노출 프로세스를 완료하는데 이용될 수 있다. 그러나, 기판을 파괴할 수 있는 TSV 파손(즉, 하나 이상의 스터브의 파손)이 발생할 수 있다. 따라서, 개선된 TSV 노출 프로세스들이 요구된다.In the manufacture of ICs, 3D packaging can be used to increase circuit functionality and/or performance in a compact footprint. Three-dimensional packaging may involve interconnection of IC chips stacked on top of each other using TSVs (through silicon vias) to electrically connect the stacked IC chips. TSVs are vertical electrical conductors that extend through the substrate. To access TSVs from the back of the substrate (for subsequent electrical connection to another IC below), CMP can be used in the TSV reveal process. The TSV exposure process may include grinding and etching the rear surface of the substrate to expose the TSVs as stubs protruding from the rear surface. Next, a dielectric film can be deposited on the back surface. CMP can be used to complete the TSV exposure process by removing the protruding stubs and polishing the back surface to the desired dielectric film thickness. However, TSV breakage (ie, breakage of one or more stubs) can occur that can destroy the substrate. Therefore, improved TSV exposure processes are needed.
일 양태에 따르면, 화학 기계적 폴리싱(CMP) 장치를 위한 플래튼이 제공된다. 플래튼은, 표면 상에 폴리싱 패드를 수용하도록 구성된 디스크 형상 베이스 - 디스크 형상 베이스는 적어도 하나의 관통공(through-hole)을 가짐 -; 및 적어도 하나의 관통공에 수용되며, 디스크 형상 베이스의 표면으로부터 돌출하는 음향 센서 - 음향 센서는 제어기에 전기적으로 연결되도록 구성됨 - 를 포함한다.According to one aspect, a platen for a chemical mechanical polishing (CMP) device is provided. The platen comprises: a disk-shaped base configured to receive a polishing pad on a surface, the disk-shaped base having at least one through-hole; And an acoustic sensor received in the at least one through hole and protruding from the surface of the disk-shaped base, the acoustic sensor being configured to be electrically connected to the controller.
다른 양태에 따르면, 화학 기계적 폴리싱(CMP) 프로세스를 수행하도록 구성된 CMP 장치가 제공된다. CMP 장치는, 폴리싱 패드를 포함하는 플래튼, 폴리싱될 기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더 - 플래튼 또는 기판 홀더는 기판과 폴리싱 패드가 서로 접촉하게 하도록 구성됨 -, CMP 프로세스 동안 폴리싱 패드 또는 기판에 근접 위치된 음향 센서, 및 음향 센서에 전기적으로 연결되고, 음향 센서로부터 수신된 하나 이상의 신호를 분석하여, TSV(through silicon via) 파손을 검출하도록 구성된 음향 프로세서를 포함한다.According to another aspect, a CMP apparatus configured to perform a chemical mechanical polishing (CMP) process is provided. The CMP apparatus comprises: a platen comprising a polishing pad, a substrate holder configured to hold a substrate to be polished-the platen or substrate holder is configured to bring the substrate and the polishing pad into contact with each other -, positioned close to the polishing pad or substrate during the CMP process An acoustic sensor, and an acoustic processor electrically connected to the acoustic sensor and configured to analyze one or more signals received from the acoustic sensor to detect through silicon via (TSV) breakage.
추가 양태에 따르면, TSV(through silicon via) 노출 프로세스를 모니터링 및 제어하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 화학 기계적 폴리싱(CMP) 프로세스를 이용하여 기판을 처리하는 단계, CMP 프로세스의 음향 방출들을 감지하는 단계, 및 음향 방출들을 분석하여, TSV 파손을 검출하는 단계를 포함한다.According to a further aspect, a method of monitoring and controlling a through silicon via (TSV) exposure process is provided. The method includes processing the substrate using a chemical mechanical polishing (CMP) process, sensing acoustic emissions of the CMP process, and analyzing the acoustic emissions to detect TSV breakage.
본 발명의 또 다른 양태들, 특징들 및 이점들은, 본 발명을 수행하기 위해 고려되는 최상의 모드를 포함하여, 다수의 예시적인 실시예 및 구현예가 설명되고 예시되는 이하의 상세한 설명으로부터 손쉽게 명백해질 수 있다. 본 발명은 다른 실시예들 및 상이한 실시예들을 또한 포함할 수 있고, 그것의 몇몇 세부사항은 다양한 측면들에서 수정될 수 있으며, 그들 모두는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다. 따라서, 도면들 및 설명들은 본질적으로 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 도면들은 반드시 비례에 맞춰 그려지지는 않는다. 본 발명은 본 발명의 범위 내에 있는 모든 수정물들, 등가물들 및 대안물들을 커버한다.Still other aspects, features, and advantages of the invention may be readily apparent from the following detailed description, in which a number of exemplary embodiments and implementations are described and illustrated, including the best mode contemplated for carrying out the invention. have. The invention may also include other and different embodiments, and some details of it may be modified in various aspects, all of which do not depart from the scope of the invention. Accordingly, the drawings and descriptions should be regarded as illustrative in nature and not limiting. The drawings are not necessarily drawn to scale. The invention covers all modifications, equivalents and alternatives falling within the scope of the invention.
이하에 설명되는 도면들은 오직 예시를 위한 것이다. 도면들은 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지는 않는다.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 TSV(through silicon via) 파손이 없는 TSV 노출 프로세스를 겪는 반도체 기판의 순차적인 단면도들을 도시한다.
도 2는 종래 기술에 따른 파손이 없는 TSV를 도시한다.
도 3은 종래 기술에 따른 TSV 파손을 갖는 반도체 기판의 단면도를 도시한다.
도 4는 종래 기술에 따른 파손을 갖는 TSV를 도시한다.
도 5는 실시예들에 따른 화학 기계적 폴리싱(CMP) 시스템의 개략적인 부분 측면도를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 실시예들에 따른 CMP 시스템의 플래튼 및 폴리싱 패드의 상부도 및 측단면도(도 6a의 선 6B-6B를 따라 절취됨)를 각각 도시한다.
도 7은 실시예들에 따라 TSV 노출 프로세스를 모니터링 및 제어하는 방법의 흐름도를 도시한다.The drawings described below are for illustration only. The drawings are not intended to limit the scope of the invention in any way.
1A to 1C show sequential cross-sectional views of a semiconductor substrate undergoing a TSV exposure process without TSV (through silicon via) breakage according to the prior art.
2 shows a TSV without breakage according to the prior art.
3 shows a cross-sectional view of a semiconductor substrate with TSV breakage according to the prior art.
4 shows a TSV with breakage according to the prior art.
5 shows a schematic partial side view of a chemical mechanical polishing (CMP) system according to embodiments.
6A and 6B show a top view and a side cross-sectional view (cut along
7 shows a flowchart of a method of monitoring and controlling a TSV exposure process according to embodiments.
이하, 첨부 도면들에 도시되어 있는, 본 개시물의 예시적인 실시예들에 대해 상세하게 참조가 이루어질 것이다. 가능한 곳마다, 동일하거나 유사한 부분들을 지칭하기 위해 도면들 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호들이 이용될 것이다.Reference will now be made in detail to exemplary embodiments of the present disclosure, which are shown in the accompanying drawings. Wherever possible, the same reference numbers will be used throughout the drawings to refer to the same or similar parts.
일 양태에서, CMP(chemical mechanical polishing)를 이용하는 TSV(through silicon via) 노출 프로세스는, TSV 파손을 검출하고 그에 자동으로 응답하도록 음향적으로 모니터링 및 제어될 수 있다. 일부 IC 제조 프로세스들에서, TSV 파손은, TSV 종횡비(즉, 노출된 TSV 스터브 높이 대 TSV 직경)가 높을 수 있는(예를 들어, 작은 직경들을 갖는 TSV들) CMP 동안 더 자주 발생할 수 있다. 높은 종횡비의 TSV들은 IC가 더 큰 밀도의 칩간 상호접속부(chip-to-chip interconnects)를 갖는 것을 허용할 수 있다. 그러나, 높은 종횡비의 TSV들은 덜 강성일 수 있고, 따라서 기판의 후방 표면으로부터 노출된 TSV 스터브들을 제거하는 CMP 프로세스 동안 파손에 더 민감할 수 있다.In one aspect, the through silicon via (TSV) exposure process using chemical mechanical polishing (CMP) can be acoustically monitored and controlled to detect and automatically respond to TSV breakage. In some IC manufacturing processes, TSV breakage can occur more often during CMP, where the TSV aspect ratio (i.e., exposed TSV stub height versus TSV diameter) can be high (e.g., TSVs with small diameters). High aspect ratio TSVs can allow an IC to have a greater density of chip-to-chip interconnects. However, high aspect ratio TSVs may be less rigid and thus may be more susceptible to breakage during the CMP process removing exposed TSV stubs from the back surface of the substrate.
하나 이상의 음향 센서가 CMP 프로세스 동안 음향 방출들을 수신하도록 CMP 시스템에 위치될 수 있다. 하나 이상의 음향 센서는 예를 들어 기판 홀더 및/또는 폴리싱 패드 플래튼에 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드 플래튼에는, 폴리싱 패드 플래튼 상에 장착된 폴리싱 패드로 확장되는 하나 이상의 음향 센서가 내부에 통합되어 있을 수 있다.One or more acoustic sensors may be located in the CMP system to receive acoustic emissions during the CMP process. One or more acoustic sensors may be connected to the substrate holder and/or the polishing pad platen, for example. In some embodiments, the polishing pad platen may have one or more acoustic sensors incorporated therein extending to a polishing pad mounted on the polishing pad platen.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 음향 센서에 의해 수신되는 음향 방출들은 시스템 제어기 및/또는 음향 프로세서에 의해 분석되어, TSV 파손을 검출할 수 있다. 음향 프로세서는 CMP 시스템 제어기의 일부일 수 있거나, 또는 대안적으로는 CMP 시스템 제어기에 연결된 별개의 독립형 컴포넌트일 수 있다. TSV 파손을 검출하는 것에 응답하여, 시스템 제어기 및/또는 음향 프로세서는 하나 이상의 교정 동작(remedial actions)을 자동으로 개시할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 운영자에게 TSV 파손이 통지될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, CMP 프로세스는, 시스템 제어기 및/또는 음향 프로세서에 미리 프로그래밍되어 있을 수 있는 바와 같이, 예를 들어 기판 또는 폴리싱 패드 중 하나가 다른 하나에 가하는 하향력(down force)을 미리 결정된 양만큼 감소시키는 것, 폴리싱 패드 및/또는 기판의 회전 속도를 미리 결정된 양만큼 감소시키는 것, 및/또는 둘 다의 조합에 의해 자동으로 수정될 수 있다. 일부 실시예들에서, CMP 프로세스는, TSV 파손을 검출하는 것에 응답하여, 자동으로 중지되고/되거나, 시스템 제어기의 종료점 루틴으로 제어 이전될(control transferred) 수 있다.In some embodiments, acoustic emissions received by one or more acoustic sensors may be analyzed by a system controller and/or acoustic processor to detect TSV breakage. The acoustic processor may be part of the CMP system controller, or alternatively may be a separate standalone component connected to the CMP system controller. In response to detecting the TSV breakage, the system controller and/or acoustic processor may automatically initiate one or more remedial actions. For example, in some embodiments, an operator may be notified of a TSV break. Alternatively or additionally, the CMP process pre-determines a down force exerted by one of the substrates or polishing pads on the other, as may be pre-programmed in the system controller and/or acoustic processor. It can be corrected automatically by reducing by an amount, by reducing the rotational speed of the polishing pad and/or the substrate by a predetermined amount, and/or a combination of both. In some embodiments, the CMP process may be automatically stopped and/or control transferred to an endpoint routine of the system controller in response to detecting a TSV break.
다른 양태들에서, 도 1a 내지 도 7과 관련하여 아래에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, TSV 노출 프로세스를 모니터링 및 제어하는 방법들이 제공된다.In other aspects, methods of monitoring and controlling the TSV exposure process are provided, as described in more detail below in connection with FIGS. 1A-7.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른, BVR(backside via reveal) CMP 프로세스라고 지칭될 수 있는 TSV 노출 프로세스를 겪는 기판(100)을 도시한다. 도 1a는 TSV 노출 프로세스에 의해 부분적으로 처리된 후방 표면(102A)을 갖는 기판(100)을 도시한다. 기판(100)은 실리콘 베이스 층(104), 금속(예를 들어, 구리) 층(106), 금속 층(106)으로부터 연장되고 실리콘 베이스 층(104)을 넘어 돌출하는 복수의 TSV(108), TSV들(108)과 금속 층(106)을 덮는 배리어 층(110), 및 후방 표면(102A)을 덮는 유전체 층(112)을 가질 수 있다. 일부 제조 프로세스들에서, TSV들(108)은 실리콘 베이스 층(104) 위로 높이 H를 가질 수 있는데, 이 높이는 약 2㎛ 내지 약 4㎛의 범위일 수 있고, TSV(108)와 TSV(108) 간에 다를 수 있다. 후방 표면(102A)을 갖는 기판(100)은 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같은 추가 TSV 노출 처리를 위해 CMP 시스템에서 수취될 수 있다.1A-1C illustrate a
도 1b는 추가 처리된 후방 표면(102B)을 갖는 기판(100)을 도시하는데, 여기서 유전체 층(112) 및 배리어 층(110)은 CMP 프로세스에 의해 TSV들(108)의 상부 표면들(109)로부터 제거되어 있을 수 있다. TSV 파손이 발생하지 않는다면, CMP 프로세스는, 도 1c의 후방 표면(102C)이 생성될 때까지, 기판(100)의 후방 표면(102B)으로부터 재료들을 제거하고/하거나 이 후방 표면을 폴리싱하는 것을 계속할 수 있다. 도 1c에 도시된 바와 같이, TSV들(108)은 유전체 층(112)의 표면(113)과 동일 평면으로 될 수 있거나, 또는 일부 제조 프로세스들에서는 원하는 덜 두꺼운 유전체 층(112)이 달성될 때까지 약간 더 낮을 수 있다. 도시된 바와 같이, TSV들(108)의 단부 표면 상에 소정의 구리 디싱(copper dishing)(111)이 발생할 수 있다. 표면 마감을 제어하고 작은 표면 결함들 및 흠집들을 제거하기 위해서, 최종 소프트 버프(final soft buff)가 제공될 수 있다. TSV 파손이 발생하지 않는 경우, TSV 노출 프로세스의 완료 시에 기판(100)의 최종 표면 상태는 도 1c에 도시된 바와 같이 나타날 수 있다.1B shows a
도 2는 TSV 파손이 없는 TSV 노출 프로세스의 완료 시의 TSV(208) 및 주변 후방 기판 표면(202)을 갖는 기판(200)의 현미경 사진을 보여준다.2 shows a micrograph of a
도 3은 종래 기술에 따른 TSV 파손을 갖는 처리된 후방 표면(302)을 갖는 기판(300)을 도시한다. TSV 파손은, 기판 표면에 걸쳐, IC 칩 수율 및 신뢰도에 악영향을 줄 수 있는 재작업불가능한(non-reworkable) 스크래치들 및/또는 결함들을 야기시킬 수 있다. 기판(300)은 실리콘 베이스 층(304), 금속(예를 들어, 구리) 층(306), TSV들(308a 및 308b), 배리어 층(310) 및 유전체 층(312)을 가질 수 있다. TSV(308b)는 CMP 프로세스 동안 파손되었을 수 있다. 이러한 파손은 산화물 가우징(oxide gouging)(315)을 야기시켰을 수 있고, 이는 처리 동안 실리콘 층(304)을 금속 오염에 노출시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, TSV(308b)는 예를 들어 비교적 소프트한 재료인 구리로 형성될 수 있다. TSV 파손에 의해 야기된 실리콘 층(304) 상의 구리 스미어링(copper smearing)은 패키징-후(post-packaging) 전기 테스트 동안 IC 품질 및/또는 신뢰도에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있다.3 shows a
도 4는 TSV 파손 이후의 TSV(408) 및 주변 후방 기판 표면(402)을 갖는 기판(400)의 현미경 사진을 보여준다. 보여진 바와 같이, CMP 프로세스 동안 TSV(408)의 파손 이후에 상당한 표면 스크래치 및 결함이 발생할 수 있다. 또한, TSV 파손에 의해 떼어졌을 수 있는 금속 입자들(metal grains)은, 예를 들어 금속 패드(414)(즉, TSV(408)의 상부 표면)로 하여금 추가 처리를 위해 요구되는 하나 이상의 규격을 충족시키지 못하게 할 수 있고, 이는 IC 수율 및/또는 신뢰도에 더 영향을 미칠 수 있다.4 shows a micrograph of a
도 5는 하나 이상의 실시예에 따른 화학 기계적 폴리싱(CMP) 시스템(500)을 도시한다. CMP 시스템(500)은 기판(501)을 폴리싱 패드(516)와 접촉하여 유지하도록 구성될 수 있고, TSV 노출 프로세스의 일부로서 기판(501) 상에서 CMP 프로세스를 수행하기 위해 이용될 수 있다. 기판(501)은, 부분적으로 또는 완전히 형성된 트랜지스터들 및 내부에 형성된 복수의 TSV를 포함하는 패터닝된 웨이퍼와 같은 실리콘-함유 웨이퍼일 수 있다. 기판(501)은, TSV 노출 프로세스가 기판(501) 상에서 수행될 수 있도록 제2 캐리어 웨이퍼 또는 다른 적합한 배킹(backing)에 (예를 들어, 접착제들을 통해) 부착될 수 있다. 폴리싱 패드(516)는, 샤프트(520)에 의해 플래튼(518)에 연결되는 적합한 모터(도시되지 않음)에 의해 회전되며 디스크 형상일 수 있는 플래튼(518) 상에 장착될 수 있다. 플래튼(518)은 약 10-200rpm으로 회전될 수 있다. 다른 회전 속도들이 이용될 수 있다.5 illustrates a chemical mechanical polishing (CMP)
기판(501)은 기판 홀더(522)에 유지될 수 있다. 기판 홀더들은 또한 리테이너들 또는 캐리어 헤드들이라고도 지칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(501)은 진공을 통해 기판 홀더(522)에 유지될 수 있다. 다른 적합한 기판 유지 기술들이 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 홀더(522)는 기판(501)을 폴리싱 패드(516)와 접촉하도록, 그리고 폴리싱 패드로부터 떨어지도록(즉, 도시된 바와 같이 상하로) 이동시키도록 구성될 수 있다. 기판 홀더(522)는 회전될 수 있고, 일부 실시예들에서는 폴리싱 패드(516)가 기판(501)의 후방 표면과 접촉하여 회전하고 있을 때 폴리싱 패드(516)의 표면에 걸쳐 앞뒤로 진동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 홀더(522)의 진동 속도는 약 0.1㎜/sec 내지 5㎜/sec일 수 있다. 다른 진동 속도들이 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 홀더(522)는 약 10-200rpm으로 회전될 수 있다. 다른 회전 속도들이 이용될 수 있다. 폴리싱 패드(516)의 방사상 측면(radial side)과 중심 사이에서 진동이 일어날 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 홀더(522)는 캘리포니아주 산타 클라라에 있는 Applied Material로부터 입수가능한 컨투어 5-존 압력 헤드(Contour, 5-zone pressure head)일 수 있다.The
다른 실시예들에서, 폴리싱 패드(516)/플래튼(518) 및 기판(501)/기판 홀더(522)의 위치들이 반전될 수 있다. 즉, 폴리싱 패드(516) 및 플래튼(518)은, 폴리싱 패드(516)를 기판 홀더(522)에 유지된 기판(501)의 후방 표면으로부터 떨어지게 상향으로 그리고 이 후방 표면과 접촉하게 하향으로 이동시키도록 구성된 오버헤드 어셈블리 또는 폴리싱 헤드에 장착될 수 있거나, 오버헤드 어셈블리 또는 폴리싱 헤드의 일부일 수 있다.In other embodiments, the positions of the
슬러리(524)(화학적 폴리싱 용액)가 분배기(526)에 의해 폴리싱 패드(516)에 도포되고 폴리싱 패드(516)와 기판(501) 사이에 삽입될 수 있다. 분배기(526)는 하나 이상의 적합한 도관을 통해 슬러리 공급부(528)에 연결될 수 있다. 펌프(530), 밸브(532), 또는 다른 액체 전달 및 이송 메커니즘이 계량된(metered) 양의 슬러리(524)를 폴리싱 패드(516)의 표면에 공급할 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬러리(524)는 분배기(526)에 의해 기판(501)보다 먼저 폴리싱 패드(516)의 표면 상에 공급될 수 있고, 그에 의해 슬러리(524)는 기판(501)의 정면에서 수취될 수 있고, 폴리싱 패드(516)의 회전에 의해 폴리싱 패드(516)와 기판(501) 사이에 끌어들여질 수 있다.A slurry 524 (chemical polishing solution) may be applied to the
일부 실시예들에서, CMP 시스템(500)의 하나 이상의 부분은 예를 들어 캘리포니아주 산타 클라라에 있는 Applied Material에 의한 Reflexion® GT™ CMP 시스템의 것들과 동등하거나 그에 기초할 수 있다.In some embodiments, one or more portions of the
CMP 시스템(500)은, 기판(501) 상에서 수행되는 CMP 프로세스 동안 발생하는 음향 방출들을 감지하도록 동작가능한 하나 이상의 음향 센서(534a 및/또는 534b)를 또한 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, CMP 시스템(500)은 음향 센서들(534a 또는 534b) 중 하나만을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, CMP 시스템(500)은 음향 센서들(534a 및 534b) 둘 다를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, CMP 시스템(500)은 2개보다 많은 음향 센서를 포함할 수 있고, 이러한 음향 센서들은 음향 센서들(534a 및 534b)에 대해 도시된 것과는 다르게 위치될 수 있다.The
음향 센서들(534a 및/또는 534b)은 CMP 프로세스 동안 폴리싱 패드(516) 및/또는 기판(501)에 근접 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향 센서(534a)는 임의의 적합한 방식으로 플래튼(518)(또는 오버헤드 폴리싱 헤드)에 물리적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 음향 센서(534a)는 플래튼(518)에 기계적으로 고정되는 브래킷에 장착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플래튼(518)은, 함께 부착된 상부 플래튼과 하부 플래튼(도시되지 않음)을 포함하는 어셈블리일 수 있다. 상부 플래튼은 상부 플래튼 위에 장착된 폴리싱 패드(516)를 가질 수 있는데, 여기서 음향 센서(534a)는 예를 들어 브래킷 또는 다른 적합한 메커니즘을 통해, 예를 들어 하부 플래튼의 외부 에지에 통합 또는 장착되거나 상부 플래튼 아래에 통합 또는 장착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 브래킷 또는 다른 적합한 메커니즘은, 음향 센서(534a)가 폴리싱 패드와 일정한 접촉을 유지하는 것을 보장하기 위한 스프링-로딩 메커니즘(spring-loading mechanism)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 브래킷 또는 다른 적합한 메커니즘은 신호 감쇠 또는 열화를 감소시키기 위한 완충 패드(cushioning pad)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급부 및 신호 케이블(신호 접속(536a)에 의해 적어도 부분적으로 표현될 수 있음)은 플래튼(518)(또는 위에서 설명된 플래튼 어셈블리의 하부 플래튼)을 통해 라우팅되고, 고주파수(예를 들어, 약 1㎒) 8-단자 슬립 링을 통해 센서(534a)에 접속될 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향 센서(534a)에 부가하여 또는 이 음향 센서에 대한 대안으로, 음향 센서(534b)가 임의의 적합한 방식으로 기판 홀더(522)에 물리적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 음향 센서(534b)는 기판 홀더(522)에 기계적으로 고정되는 브래킷에 장착될 수 있다. 대안적으로, 음향 센서들(534a 및/또는 534b)은 기판(501) 및 폴리싱 패드(516)에 대한 다른 적합한 위치들에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향 센서들(534a 및/또는 534b)은 플래튼(518), 기판 홀더(522), 및/또는 CMP 시스템(500)의 임의의 다른 적합한 컴포넌트에 직접 내장되거나 그와 통합될 수 있다(예를 들어, 도 6a 및 도 6b와 관련하여 아래에 설명되는 플래튼(618) 참조).
음향 센서들(534a 및/또는 534b)은, 무선 또는 유선 신호 접속들(536a 및/또는 536b)을 통해, CMP 프로세스로부터의 음향 방출들에 기초하여 TSV 파손을 검출하도록 구성된 음향 프로세서(538) 및/또는 시스템 제어기(540)에 각각 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
음향 프로세서(538)는 도시된 바와 같이 시스템 제어기(540)의 일부일 수 있거나, 또는 시스템 제어기(540)에 전기적으로 연결될 수 있는 별개의 독립형 컴포넌트일 수 있다. 시스템 제어기(540)는 프로세서(542)를 포함할 수 있고, 이 프로세서는, TSV 노출 프로세스에서 이용되는 하나 이상의 CMP 프로세스를 포함하여, CMP 시스템(500)의 동작을 제어할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템 제어기(540)는 음향 프로세서(538)에 연결되지 않을 수 있고/있거나 음향 프로세서를 포함하지 않을 수 있으나, 대신에 프로세서(542)가 본 명세서에 설명된 음향 프로세서(538)의 기능들을 추가로 수행하게 할 수 있다.The
음향 프로세서(538)는 음향 센서들(534a 및/또는 534b)에 의해 송신된 음향 방출들을 나타내는 하나 이상의 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 음향 프로세서(538)는 음향 센서들(534a 및/또는 534b)로부터 수신된 하나 이상의 신호를 분석함으로써 TSV 파손을 검출하도록 구성될 수 있다. 음향 센서들(534a 및/또는 534b)로부터 수신된 하나 이상의 신호는 시간에 따라 변할 수 있는 진폭들(예를 들어, 음향 방출 강도를 나타냄)을 가질 수 있다. 음향 프로세서(538)는 시변(time-varying) 신호들을 수신하도록 구성될 수 있고, 이러한 신호들의 진폭들과 하나 이상의 임계치 및/또는 임계 대역(threshold bands)을 비교할 수 있다. 그러한 임계치들을 초과하거나 그러한 임계 대역들의 밖에 있는 신호 진폭들은 TSV 파손을 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 수신된 신호들의 처리는 수신된 신호 파형들의 특정 양상들 또는 영역들과 미리 설정된 임계치들을 비교하는 것을 포함할 수 있다. 음향 프로세서(538)는 적합한 신호 필터링, 증폭, 변환(예를 들어, A/D 변환) 및 처리 컴포넌트들을 포함할 수 있고, 데이터 및 하나 이상의 분석을 저장하도록 구성된 적합한 메모리를 포함할 수 있다. 데이터 및 분석은, 예를 들어 음향 프로세서(538) 및/또는 시스템 제어기(540)의 임의의 적합한 저장 매체(예를 들어, RAM, ROM 또는 다른 메모리)에 저장될 수 있다. 하나 이상의 저장된 분석 및 데이터는 TSV 파손의 검출에 관하여 하나 이상의 CMP 프로세스를 모니터링 및 제어하는데 이용될 수 있다.The
일부 실시예들에서, 음향 데이터를 처리하기 위해 주파수 기반 분석이 이용될 수 있다. 음향 센서들(534a 및/또는 534b)로부터의 음향 신호들의 높은 샘플링 레이트 취득은 고속 푸리에 변환(FFT: fast Fourier transformations)과 같은 정지 신호 분석(stationary signal analysis), 또는 웨이브릿 패킷 변환(WPT: wavelet packet transformations)과 같은 비-정지 신호 분석(non-stationary signal analysis)의 이용을 허용할 수 있다. WPT는 수신된 음향 신호를 2개의 부분, 즉 신호 아이덴티티의 근사치를 산출해낼 수 있는 저주파수 성분, 및 신호의 상세를 산출해낼 수 있는 고주파수 성분으로 분해할 수 있다. 분해는, 후속 근사치들이 차례로 분해되며 반복될 수 있다.In some embodiments, frequency based analysis may be used to process the acoustic data. High sampling rate acquisition of acoustic signals from
다른 실시예들에서, 음향 데이터를 처리하기 위해 시간 기반 분석이 이용될 수 있다. 예를 들어, TSV 파손 이벤트들이 신호대 잡음비에 관하여 충분히 큰 신호 스파이크들을 갖는다면, 음향 센서들(534a 및/또는 534b)로부터 수신된 음향 신호들의 단순 rms(root mean square)가 모니터링될 수 있다.In other embodiments, time-based analysis may be used to process the acoustic data. For example, if the TSV breakage events have signal spikes that are large enough with respect to the signal-to-noise ratio, a simple root mean square (rms) of acoustic signals received from
수신된 음향 신호들과 TSV 파손 이벤트들을 상관시키기 위해서, 일부 실시예들에서는 이하의 셋업 절차가 이용될 수 있다. 돌출 TSV 스터브들을 갖지 않는 제1 셋업 기판은 정규화를 위한 기준선 음향 신호 데이터를 생성하기 위해 CMP 프로세스를 겪을 수 있다. 매우 높은 돌출 TSV 스터브들(예를 들어, 5㎛ 직경과 함께 15㎛ 스터브 길이)을 갖는 제2 셋업 기판이 CMP 프로세스를 겪을 수 있다. 제2 셋업 기판은 처리 이후에 예를 들어 광학적 검사 또는 주사 전자 현미경을 이용하여 TSV 파손에 대해 검사될 수 있다. 제1 및 제2 셋업 기판들로부터의 기록된 신호 크기들의 비교가 이루어질 수 있다. 정상 상태(steady state) CMP 처리 동안 음향 활동에서 기준선 신호 위에 보이는 임의의 신호 스파이크들은 파손 신호들로서 분류될 수 있고, 다음에 이들은 TSV 파손 이벤트들을 상관시키는데 이용될 수 있다.In order to correlate the received acoustic signals and TSV break events, the following setup procedure may be used in some embodiments. The first setup substrate without protruding TSV stubs may undergo a CMP process to generate baseline acoustic signal data for normalization. A second setup substrate with very high protruding TSV stubs (eg, 15 μm stub length with 5 μm diameter) can undergo the CMP process. The second set-up substrate can be inspected for TSV breakage after processing, for example using optical inspection or scanning electron microscopy. A comparison of the recorded signal magnitudes from the first and second setup substrates can be made. Any signal spikes visible above the baseline signal in acoustic activity during steady state CMP processing can be classified as break signals, which can then be used to correlate TSV break events.
음향 프로세서(538)는 하나 이상의 교정 동작을 개시함으로써 TSV 파손의 검출에 자동으로 응답할 수 있다. 교정 동작들은, 예를 들어 가청 경보를 야기시키거나 경고 또는 다른 타입의 메시지를 시스템 제어기(540)에 연결된 디스플레이 디바이스 상에 디스플레이함으로써 운영자에게 통지하는 것을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 교정 동작들은, TSV 파손을 검출하는 것에 응답하여, CMP 프로세스를 자동으로 중지하는 것을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 교정 동작들은, TSV 파손을 검출하는 것에 응답하여, CMP 프로세스의 하나 이상의 파라미터를 자동으로 수정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 음향 프로세서(538)는, TSV 파손을 검출하는 것에 응답하여, 음향 프로세서(538) 또는 시스템 제어기(540)에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그래밍된 루틴에 따라, 폴리싱 패드(516)에 대하여 기판 홀더(522)에 의해 가해지는 하향력(또는 그 반대)을 자동으로 감소시키고/시키거나, 기판 홀더(522), 플래튼(518) 또는 둘 다의 회전 속도를 자동으로 감소시키도록 구성될 수 있다. 이것은 CMP 시스템(500)이 수정된 처리 파라미터들을 갖고서 후속 기판들의 처리를 자동으로 계속하는 것을 허용할 수 있다.The
도 6a 및 도 6b는 하나 이상의 실시예에 따른, 예를 들어 CMP 시스템(500)과 같은 CMP 장치에서 이용될 수 있는 플래튼(618)과 폴리싱 패드(616)의 어셈블리(600)를 도시한다. 플래튼(618)은 디스크 형상 베이스(644)의 표면(617) 상에 폴리싱 패드(616)를 수용하도록 구성된 디스크 형상 베이스(644)를 포함할 수 있다. 디스크 형상 베이스(644)는 하나 이상의 관통공(633a, 633b 및 633c)을 가질 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서, 디스크 형상 베이스(644)는 관통공들(633a, 633b 및 633c) 중 단 1개, 또는 관통공들(633a, 633b 및 633c) 중 단 2개, 또는 3개의 관통공(633a, 633b 및 633c)보다 많은 관통공을 가질 수 있다.6A and 6B illustrate an
플래튼(618)은 각각의 관통공들(633a, 633b 및 633c)에 수용되는 하나 이상의 음향 센서(634a, 634b 및/또는 634c)를 또한 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향 센서들(634a, 634b 및/또는 634c)은 각각의 관통공들(633a, 633b 및 633c)에 마찰 끼움(friction fit)될 수 있다. 다른 실시예들에서, 음향 센서들(634a, 634b 및/또는 634c)은 임의의 적합한 방식으로 디스크 형상 베이스(644)에 물리적으로 연결되거나 디스크 형상 베이스와 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플래튼(618)은, 음향 센서가 내부에 수용되어 있지 않은 관통공들(633a, 633b 및 633c)을 가질 수 있다.The
일부 실시예들에서, 음향 센서들(634a, 634b 및/또는 634c)은 디스크 형상 베이스(644)의 표면(617)으로부터 거리 D1만큼 돌출할 수 있다. 거리 D1은, 예를 들어 폴리싱 패드(616)의 일부 실시예들의 폴리우레탄 소프트 SUBA™ 부분에서 발생할 수 있는 음향 신호 감쇠를 감소시키도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리 D1은 약 50 밀(mils)(약 1.27㎜)일 수 있다. 이것은, 음향 센서들(634a, 634b 및/또는 634c) 중 하나 이상이 폴리싱 패드(616)의 폴리싱 표면(621)에 매우 근접할 수 있지만 폴리싱 동안 손상될 가능성이 적다는 것을 보장할 수 있다.In some embodiments,
일부 실시예들에서, 음향 센서(634a)는 플래튼(618)의 대략 중심에 위치될 수 있다. 이러한 중심 위치는 처리 중인 기판에 대한 음향 센서(634a)의 거리가 일정하게 유지되는 것을 보장할 수 있다. 음향 센서(634b)는 플래튼(618)의 중심으로부터 약 거리 D2만큼 방사상 외측에 위치될 수 있고, 음향 센서(634c)는 플래튼(618)의 중심으로부터 약 거리 D3만큼 방사상 외측에 위치될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 거리 D2는 플래튼(618)의 중심으로부터 방사상 외측으로 약 5인치(약 12.7㎝)일 수 있고, 거리 D3은 플래튼(618)의 중심으로부터 방사상 외측으로 약 10인치(약 25.4㎝)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 약 10인치(약 25.4㎝)의 D3 거리는 음향 센서(634c)가 모든 회전 패스(rotation pass)에서 기판에 가장 가깝게 위치되는 것을 보장할 수 있다. 일부 실시예들에서, CMP 처리 동안 기판이 음향 센서(634c)로부터 떨어져 이동할 때, 수신된 음향 데이터는 필터링될 수 있다. 거리 D2 및/또는 D3은 대안적으로 다른 적합한 치수를 가질 수 있다.In some embodiments,
음향 센서들(634a, 634b 및/또는 634c) 각각은 유선 또는 무선 접속을 통해 제어기 또는 음향 프로세서에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향 센서들(634a, 634b 및/또는 634c)은 플래튼(618) 아래에서(즉, 표면(617)의 반대쪽에서) 접근가능한 전기 커넥터들(646a, 646b 및/또는 646c)을 포함할 수 있다.Each of the
도 6b를 참조하면, 폴리싱 패드(616)는 디스크 형상 베이스(644)에 장착될 수 있고, 폴리싱 패드(616)의 베이스측 표면(619) 상에 하나 이상의 비관통공들(non-through holes)(635a, 635b 및 635c)을 가질 수 있다. 비관통공들(635a, 635b 및 635c)은 약 거리 D1의 깊이를 가질 수 있고, 각각의 음향 센서들(634a, 634b 및/또는 634c) 중 하나 이상의 음향 센서의 돌출 부분을 내부에 수용하도록 구성될 수 있다. 비관통공들(635a, 635b 및 635c)의 개수 및 위치는 플래튼(618)의 관통공들(633a, 633b 및 633c)의 개수 및 위치에 각각 대응할 수 있다. 폴리싱 패드(616)는, 예를 들어 내부에 형성된 하나 이상의 비관통공(635a, 635b 및/또는 635c)을 갖는 SUBA™ IV 서브패드를 구비한 IC1000™ 폴리싱 패드와 동일하거나 유사할 수 있다.6B, the
일부 실시예들에서, 음향 센서들(534a, 534b, 634a, 634b 및/또는 634c) 중 임의의 하나 이상은 압전, 트랜스듀서 및/또는 가속도계 타입 센서일 수 있고, 각각은 높은 신호대 잡음비를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향 센서들(534a, 534b, 634a, 634b 및/또는 634c)은 약 100-500㎑의 범위에 걸친 정주파수 응답(flat frequency response)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향 센서들(534a, 534b, 634a, 634b 및/또는 634c) 중 임의의 하나 이상은 약 40-60dB의 이득으로 음향 신호를 증폭할 수 있다. 일부 실시예들에서, 음향 센서들(534a, 534b, 634a, 634b 및/또는 634c)은 약 50㎐-100㎐의 범위를 갖는 고역 통과 필터를 포함할 수 있다. 센서들(534a, 534b, 634a, 634b 및/또는 634c)을 위해 임의의 적합한 음향 센서가 이용될 수 있다.In some embodiments, any one or more of the
도 7은 하나 이상의 실시예에 따라 TSV 노출 프로세스를 모니터링 및 제어하는 방법(700)을 도시한다. 프로세스 블록(702)에서, 방법(700)은 CMP 프로세스를 이용하여 기판을 처리하는 단계를 포함할 수 있다. CMP 프로세스는 TSV 노출 프로세스의 일부일 수 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1c 및 도 5를 참조하면, 후방 표면(102A)을 갖는 기판(100)이 CMP 시스템(500)에서 수취될 수 있다. 기판(100)은 기판 홀더(522)에 장착되거나 부착될 수 있고, 후방 표면들(102B 및 102C, 또는 가능하게는 302)과 관련하여 도시되고 설명된 것과 같이 CMP 처리를 위해 폴리싱 패드(516)에 대하여 눌려진다.7 illustrates a
프로세스 블록(704)에서, CMP 프로세스의 음향 방출들의 감지가 일어날 수 있다. 도 5, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 음향 방출들의 감지는 음향 센서들(534a, 534b, 634a, 634b 및/또는 634c) 중 임의의 하나 이상에 의해 수행될 수 있다. 음향 방출들은, 예를 들어 도 1a의 후방 표면(102A)을 갖는 기판(100) 또는 도 5의 기판(501)과 같은 기판이, 도 5의 폴리싱 패드(516) 또는 도 6a 및 도 6b의 폴리싱 패드(616)와 같은 폴리싱 패드로 처리되고 있는 CMP 프로세스로부터 온 것일 수 있다. 음향 센서들(534a, 534b, 634a, 634b 및/또는 634c)은 기판(100 또는 501)의 처리에 기인하는 음향 방출들을 감지할 수 있고, 그러한 음향 방출들을 나타내는 전기 신호들을, 예를 들어 시스템 제어기(540) 및/또는 음향 프로세서(538)와 같은 제어기 및/또는 음향 프로세서에 송신할 수 있다.At
프로세스 블록(706)에서, 방법(700)은, 음향 방출들을 분석하여, TSV 파손을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 음향 방출들의 분석은 하나 이상의 수신된 신호의 하나 이상의 파라미터(예를 들어, 진폭)와 하나 이상의 임계치 및/또는 임계 범위를 비교하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 수신된 신호는 CMP 프로세스로부터의 음향 방출들을 나타낼 수 있고, 하나 이상의 임계치 및/또는 임계 범위는 CMP 프로세스 동안 TSV 파손이 발생했는지 여부를 나타낼 수 있다. 각각 TSV 파손이 발생하였고 발생하지 않은 제1 및 제2 셋업 기판들 상에서 수행되는 하나 이상의 기준선 CMP 프로세스들 동안, 하나 이상의 임계치 및/또는 임계 범위가 미리 결정되었을 수 있다. At
판정 블록(708)에서 TSV 파손이 검출되는 경우에는, 방법(700)은 프로세스 블록(710)으로 진행할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 수신된 음향 신호에서의 높은 스파이크는, 예를 들어 음향 프로세서(538) 상에서 실행되는 프로그램의 일부 또는 예를 들어 시스템 제어기(540) 상에서 실행되는 종료점 소프트웨어의 일부일 수 있는 미리 정의된 알고리즘에 따라 프로세스 블록(710)으로 진행하도록 방법(700)을 트리거할 수 있다. TSV 파손이 검출되지 않는 경우에는, 방법(700)은 판정 블록(712)으로 진행할 수 있다.If TSV breakage is detected at
프로세스 블록(710)에서, 방법(700)은 TSV 파손의 검출에 자동으로 응답하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이 단계는 현재 처리되는 기판을 재작업가능할 수 있는 운영자에게 자동으로 통지하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법(700)은, 추가적으로 또는 대안적으로, 예를 들어 하향력을 감소시키는 것, 회전 속도를 감소시키는 것, 또는 둘 다에 의해, CMP 프로세스를 자동으로 수정함으로써 TSV 파손의 검출에 응답할 수 있다. 방법(700)은 추가적으로 또는 대안적으로 CMP 프로세스를 자동으로 중지함으로써 TSV 파손의 검출에 응답할 수 있다. 이것은 종료 블록(714)으로 곧바로 진행함으로써(파선으로 도시된 경로), 또는 일부 실시예들에서는 판정 블록(712)으로 진행함으로써 발생할 수 있는데, 이 판정 블록에서는 "예" 응답이 자동으로 트리거될 수 있고, 그에 의해 CMP 프로세스를 유효하게 중지시킨다. 방법(700)은 다른 방식으로 판정 블록(712)으로 진행할 수 있다.At
판정 블록(712)에서, 방법(700)은 CMP 프로세스의 종료점이 검출되었는지를 판정하는 단계를 포함할 수 있다. 종료점 검출은 예를 들어 CMP 시스템(500)의 시스템 제어기(540)와 같은 CMP 시스템의 시스템 제어기에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, TSV 노출 프로세스에 대한 종료점 검출은, 도 1c 및 도 2에 도시된 바와 같이, TSV들이 유전체 산화물 표면과 동일 평면으로 평탄화되는 지점을 검출하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 종료점 검출은, 예를 들어 음향 분석, 및/또는 예를 들어 폴리싱 패드의 회전과 같은 모터 구동의 모터 토크 피드백에 의해 결정될 수 있다. 음향 분석 및 모터 토크 피드백 둘 다는 처리 중인 재료(들)가 변경될 때 발생할 수 있는 마찰 변화들에 기초할 수 있다. 예를 들어, CMP 프로세스가 기판 표면 상의 금속 재료를 주로 제거/폴리싱하는 것으로부터 기판 표면 상의 산화물 재료를 주로 제거/폴리싱하는 것으로 변화할 때, 기판 표면과 폴리싱 패드 사이에서, 하나 이상의 수신된 음향 신호에서 그리고/또는 수신된 모터 토크 피드백에서 나타내어질 수 있는 마찰 변화가 발생할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, TSV 노출 프로세스에 대한 종료점 검출은 특정 산화물 두께를 나타내는 백색광 분광사진에 기초하여 결정될 수 있다. 판정 블록(712)에서 종료점이 검출된 경우에는, 방법(700)은 종료 블록(714)으로 진행할 수 있다. 종료점이 검출되지 않은 경우에는, 방법(700)은 프로세스 블록(704)으로 되돌아갈 수 있다.At
종료 블록(714)에서, 방법(700), 및 CMP 프로세스를 이용한 기판의 처리가 종료될 수 있다.At the
방법(700)의 상기 프로세스 및 판정 블록들은, 도시되고 설명된 순서 및 시퀀스에 제한되지는 않는 순서 또는 시퀀스로 실행 또는 수행될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 프로세스 블록(704)은 프로세스 블록들(706 및/또는 710) 및/또는 판정 블록들(708 및/또는 712)과 동시에 수행될 수 있다.The process and decision blocks of
관련 기술분야의 통상의 기술자라면, 본 명세서에 설명된 본 발명이 광범위한 활용 및 응용을 허용한다는 것을 손쉽게 인식할 것이다. 본 발명의 본질 또는 범위로부터 벗어나지 않으면서, 본 명세서에 설명된 것들과는 다른 본 발명의 많은 실시예들 및 적응물들뿐만 아니라, 많은 변형물들, 수정물들 및 등가의 구성들은 본 발명 및 전술한 설명으로부터 명백해지거나 그에 의해 적절하게 시사될 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에서 구체적인 실시예들과 관련하여 상세하게 설명되었지만, 본 개시물은 예시적일 뿐이고, 본 발명의 예들을 제시하는 것이며, 본 발명의 완전하고 사용가능하게 하는 개시물을 제공하는 목적으로만 이루어진 것임을 이해해야 한다. 본 개시물은 본 발명을 개시된 특정 장치, 디바이스, 어셈블리, 시스템 또는 방법으로 제한하도록 의도되지는 않으며, 반대로, 본 발명의 범위 내에 포함되는 모든 수정물들, 등가물들 및 대안물들을 커버하도록 의도된다.Those of ordinary skill in the art will readily appreciate that the invention described herein permits a wide range of applications and applications. Many embodiments and adaptations of the invention other than those described herein, as well as many modifications, modifications, and equivalent configurations, other than those described herein, without departing from the nature or scope of the invention, are intended for use in the invention and the foregoing description. From or will be appropriately suggested by him. Accordingly, although the present invention has been described in detail with reference to specific embodiments herein, the present disclosure is only illustrative, and provides examples of the present invention, and provides a complete and usable disclosure of the present invention. It should be understood that it is made only for the purpose of doing so. This disclosure is not intended to limit the invention to the specific apparatus, device, assembly, system or method disclosed, and, on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives included within the scope of the invention.
Claims (15)
디스크 형상 베이스 - 상기 디스크 형상 베이스는 상기 디스크 형상 베이스의 표면 상에 폴리싱 패드를 수용하도록 구성되고, 상기 디스크 형상 베이스는 적어도 하나의 관통공을 가짐 -;
상기 적어도 하나의 관통공에 수용되며, 상기 디스크 형상 베이스의 표면으로부터 돌출하는 음향 센서 - 상기 음향 센서는 제어기에 전기적으로 연결되도록 구성됨 -; 및
상기 디스크 형상 베이스에 연결되며 상기 음향 센서를 유지하는 브래킷 - 상기 브래킷은 신호 감쇠를 감소시키도록 구성된 완충 패드(cushioning pad) 및 상기 폴리싱 패드가 상기 디스크 형상 베이스 상에 장착될 때 상기 음향 센서와 상기 폴리싱 패드 간의 일정한 접촉을 유지하도록 구성된 바이어스 메커니즘을 포함함 -
을 포함하는 플래튼.As a platen for a chemical mechanical polishing (CMP) device,
A disk-shaped base, wherein the disk-shaped base is configured to receive a polishing pad on a surface of the disk-shaped base, the disk-shaped base having at least one through hole;
An acoustic sensor received in the at least one through hole and protruding from a surface of the disk-shaped base, the acoustic sensor being configured to be electrically connected to a controller; And
A bracket connected to the disk-shaped base and holding the acoustic sensor-the bracket is a cushioning pad configured to reduce signal attenuation and the acoustic sensor and the polishing pad when the polishing pad is mounted on the disk-shaped base Includes a bias mechanism configured to maintain constant contact between polishing pads-
Platen comprising a.
상기 폴리싱 패드는, 상기 음향 센서를 내부에 수용하도록 구성된 비관통공(non-through hole)을 상기 폴리싱 패드의 베이스측 표면 상에 갖는, 플래튼.The method of claim 1,
The polishing pad, the platen having a non-through hole configured to receive the acoustic sensor therein on the base side surface of the polishing pad.
상기 적어도 하나의 관통공은 상기 디스크 형상 베이스의 중심에, 또는 상기 중심으로부터 방사상 외측으로 5인치에, 또는 상기 중심으로부터 방사상 외측으로 10인치에 위치되는, 플래튼.The method of claim 1,
The at least one through hole is located at the center of the disk-shaped base, or 5 inches radially outward from the center, or 10 inches radially outward from the center.
상기 음향 센서는 상기 디스크 형상 베이스의 표면으로부터 50 밀(mils)만큼 돌출하는, 플래튼.The method of claim 1,
And the acoustic sensor protrudes by 50 mils from the surface of the disk-shaped base.
폴리싱 패드를 수용하도록 구성된 플래튼;
폴리싱될 기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더 - 상기 플래튼 또는 상기 기판 홀더는 상기 기판과 상기 장착된 폴리싱 패드가 서로 접촉하게 하도록 구성됨 -;
상기 CMP 프로세스 동안 상기 폴리싱 패드 또는 상기 기판에 근접 위치된 음향 센서; 및
상기 음향 센서로부터 수신된 하나 이상의 신호들과, 기록된 TSV 파손 이벤트들을 상관시킴으로써 TSV 파손을 검출하기 위해, 상기 음향 센서에 전기적으로 연결되고, 상기 하나 이상의 신호를 분석하도록 구성된 음향 프로세서
를 포함하고, 상기 기록된 TSV 파손 이벤트는,
돌출 TSV 스터브들을 갖지 않는 제1 셋업 기판을 이용하여 기준선 음향 신호를 기록하고, 돌출 TSV 스터브들을 갖는 제2 셋업 기판을 이용하여 TSV 파손 음향 신호를 기록하고, TSV 파손 이벤트들을 나타내는 신호 스파이크들을 식별하기 위해 상기 기준선 음향 신호를 상기 TSV 파손 음향 신호와 비교함으로써 생성되는, CMP 장치.A CMP device configured to perform a chemical mechanical polishing (CMP) process, comprising:
A platen configured to receive a polishing pad;
A substrate holder configured to hold a substrate to be polished, the platen or the substrate holder configured to cause the substrate and the mounted polishing pad to contact each other;
An acoustic sensor positioned close to the polishing pad or the substrate during the CMP process; And
An acoustic processor electrically connected to the acoustic sensor and configured to analyze the one or more signals to detect TSV failure by correlating one or more signals received from the acoustic sensor with recorded TSV failure events
Including, the recorded TSV damage event,
Recording a baseline acoustic signal using a first setup substrate without protruding TSV stubs, recording a TSV failure acoustic signal using a second setup substrate with protruding TSV stubs, and identifying signal spikes indicative of TSV failure events Generated by comparing the baseline acoustic signal with the TSV damaged acoustic signal.
상기 음향 프로세서는, TSV 파손을 검출하는 것에 응답하여, 운영자에게 자동으로 통지하도록 또한 구성되는, CMP 장치.The method of claim 5,
The acoustic processor is further configured to automatically notify an operator in response to detecting a TSV break.
상기 음향 프로세서는, TSV 파손을 검출하는 것에 응답하여 하향력(down force)을 감소시키는 것, 회전 속도를 감소시키는 것, 또는 둘 다에 의해, TSV 파손을 검출하는 것에 응답하여 상기 CMP 프로세스를 자동으로 중지하거나 수정하도록 또한 구성되는, CMP 장치.The method of claim 5,
The acoustic processor automatically triggers the CMP process in response to detecting a TSV break, by reducing a down force in response to detecting a TSV break, reducing a rotational speed, or both. Also configured to stop or modify as, a CMP device.
상기 음향 센서는 100-500㎑의 영역에 걸친 정주파수 응답(flat frequency response)을 포함하고, 50-100㎐의 범위를 갖는 고역 통과 필터를 포함하는, CMP 장치.The method of claim 5,
The acoustic sensor comprises a high pass filter having a flat frequency response over a range of 100-500 kHz and a range of 50-100 Hz.
상기 음향 센서는 40-60dB의 이득으로 음향 신호를 증폭하는, CMP 장치.The method of claim 5,
The acoustic sensor amplifies an acoustic signal with a gain of 40-60dB, CMP device.
상기 음향 센서는, 상기 음향 센서가 상기 플래튼의 표면으로부터 상기 폴리싱 패드로 돌출하도록 상기 플래튼에 통합되는, CMP 장치.The method of claim 5,
The acoustic sensor is incorporated into the platen such that the acoustic sensor protrudes from the surface of the platen to the polishing pad.
상기 음향 센서는, 상기 플래튼에서, 상기 플래튼의 중심에, 또는 상기 중심으로부터 방사상 외측으로 5인치에, 또는 상기 중심으로부터 방사상 외측으로 10인치에 통합되는, CMP 장치.The method of claim 5,
The acoustic sensor is incorporated in the platen, at the center of the platen, or at 5 inches radially outward from the center, or 10 inches radially outward from the center.
돌출 TSV 스터브들을 갖지 않는 제1 셋업 기판을 이용하여 기준선 음향 신호를 기록하는 단계;
돌출 TSV 스터브들을 갖는 제2 셋업 기판을 제공하는 단계;
돌출 TSV 스터브들을 갖는 상기 제2 셋업 기판을 이용하여 TSV 파손 음향 신호를 기록하는 단계;
TSV 파손 이벤트들을 나타내는 신호 스파이크들을 식별하기 위해 상기 기준선 음향 신호를 상기 TSV 파손 음향 신호와 비교하는 단계;
화학 기계적 폴리싱(CMP) 프로세스를 이용하여 기판을 처리하는 단계;
상기 CMP 프로세스의 음향 방출들을 감지하는 단계; 및
상기 음향 방출들과 기록된 TSV 파손 이벤트들의 상관(correlation)에 기초하여, 상기 음향 방출들을 분석하여, TSV 파손을 검출하는 단계
를 포함하는 방법.A method of monitoring and controlling a through silicon via (TSV) exposure process, comprising:
Recording a baseline acoustic signal using a first setup substrate that does not have protruding TSV stubs;
Providing a second setup substrate having protruding TSV stubs;
Recording a TSV breakage sound signal using the second setup substrate having protruding TSV stubs;
Comparing the baseline acoustic signal with the TSV vandal acoustic signal to identify signal spikes indicative of TSV vandal events;
Processing the substrate using a chemical mechanical polishing (CMP) process;
Sensing acoustic emissions of the CMP process; And
Analyzing the acoustic emissions, based on the correlation between the acoustic emissions and recorded TSV break events, detecting TSV break
How to include.
TSV 파손을 검출하는 것에 응답하여, 운영자에게 자동으로 통지하는 단계를 더 포함하는 방법.The method of claim 12,
In response to detecting the TSV breakage, the method further comprises automatically notifying an operator.
TSV 파손을 검출하는 것에 응답하여, 상기 CMP 프로세스를 자동으로 중지하거나 수정하는 단계를 더 포함하는 방법.The method of claim 12,
Responsive to detecting TSV breakage, automatically stopping or modifying the CMP process.
상기 자동으로 수정하는 단계는, TSV 파손을 검출하는 것에 응답하여, 하향력을 감소시키는 것, 회전 속도를 감소시키는 것, 또는 둘 다에 의해, 상기 CMP 프로세스를 자동으로 수정하는 단계를 포함하는, 방법.The method of claim 14,
Wherein the automatically correcting comprises automatically correcting the CMP process by reducing a downward force, reducing a rotational speed, or both, in response to detecting a TSV breakage. Way.
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