KR102371040B1 - 폴리싱 장치 및 폴리싱 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 몇몇 실시예들은 웨이퍼의 표면을 폴리싱 하도록 구성된 폴리싱 메커니즘을 가진 장치를 포함한다. 폴리싱 메커니즘은 폴리싱 공정 동안 새로운 슬러리를 사용된 슬러리로 변환시킨다. 하나 이상의 이미터는 전자기 방사선을 사용된 슬러리에 또는 사용된 슬러리를 통해 안내하도록 구성된다. 하나 이상의 디텍터는 사용된 슬러리로부터 전자기 방사선의 반사율 또는 사용된 슬러리를 통과하는 전자기 방사선의 투과율을 탐지하도록 구성된다. 식별 시스템이 하나 이상의 디텍터와 결합되며 폴리싱 공정의 종점에 도달했는지를 나타내는 사용된 슬러리의 특성을 식별하도록 구성된다. 제어 회로가 식별 시스템과 결합되며 식별 시스템으로부터 트리거를 수용했는 지에 따라 폴리싱 공정을 중지하도록 구성된다. 본 발명의 또 다른 몇몇 실시예들은 폴리싱 방법들을 포함한다.

Description

폴리싱 장치 및 폴리싱 방법
본 발명은 폴리싱 장치 및 폴리싱 방법, 가령, 반도체 기판(예컨대, 실리콘-함유 웨이퍼)의 화학적-기계적 폴리싱 장치 및 폴리싱 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스(예컨대, 집적회로)의 제작 동안 재료를 제거하기 위하여, 화학적-기계적 폴리싱(CMP) 공정이 사용될 수 있다. CMP 공정의 한 예가 도 1에 관해 기술된다. 특히, 구성요소(10)가 지지 베이스(14) 위에 위치된 상측 구조물(12)을 포함한다. 구성요소(10)는 CMP 공정을 거쳐 상측 구조물(12)을 제거하고, 베이스(14)가 평면화된 표면(15)을 가지게 된다.
구조물(12)은 단일 재료를 포함할 수 있거나, 혹은 다수의 재료들을 포함할 수 있으며, 몇몇 실시예들에서는 매스(mass), 층(layer) 등으로 지칭될 수 있다.
베이스(14)는 반도체 기판일 수 있다. 용어 "반도체 기판"은 반도체 재료(예컨대, 실리콘, 게르마늄 등)을 포함하는 임의의 구성요소, 가령, 이들에만 제한되지는 않지만, 대형 반도체 재료, 가령, 반도체 웨이퍼(단독 또는 그 밖의 다른 재료들을 포함하는 조립체), 및 반도체 재료 층(단독 또는 그 밖의 다른 재료들을 포함하는 조립체)를 의미한다. 용어 "기판"은 임의의 지지 구조물, 가령, 이들에만 제한되지는 않지만, 위에서 기술된 반도체 기판들을 지칭한다. 몇몇 적용예들에서, 베이스(14)는 집적회로 제작과 관련된 하나 또는 그 이상의 재료를 포함하는 반도체 기판에 상응할 수 있다. 이러한 재료들은, 예를 들어, 내화성 금속 재료, 차단 재료, 융합 재료, 단열 재료 중 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다.
CMP 공정 동안 발생할 수 있는 문제점은, CMP 공정의 종점(endpoint)을 결정하는 문제이다. 특히, 상측 구조물(12) 전체가 제거되고 난 바로 직후, 및 임의의 현저한 양의 베이스(14)를 제거하기 전에, CMP 공정을 중지시키는 것이 바람직할 수 있다. 베이스(14)가 상측 구조물(12)에 비해 상대적으로 경질의 재료를 포함하는 경우, CMP 공정의 종점은 마찰의 변화에 의해 확인될 수 있다. 하지만, 만약, 베이스(14)가 연질 재료를 포함하는 경우에는, CMP 공정의 종점을 확인하는 것은 보다 어려울 수 있다. 또한, 연질 재료는, 연질 재료에 너무 많은 압력이 제공되면, CMP 공정 동안 상당히 변형되어, 디싱(dishing) 및/또는 그 밖의 바람직하지 못한 결과가 발생될 수 있다.
몇몇 양태에서, 베이스(14)는 이종의(heterogeneous) 상측 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2는 반도체 웨이퍼에 상응하는 베이스(14)의 한 예를 도시한다. 베이스(14)의 표면(15)의 한 영역이 확대도로 도시되는데, 상기 영역은 다수의 재료(16, 18 및 20)을 포함한다. 몇몇 적용예들에서, 재료(16)는 상대적으로 경질의 재료일 수 있으며(예컨대, 탄소를 포함하거나, 실질적으로 탄소로 구성되거나, 혹은 탄소로 구성될 수 있으며), 재료(18 및 20)는 상대적으로 연질의 재료일 수 있다. 예를 들어, 재료(18)는 실리콘, 산소 및 탄소; 가령, 예를 들어, 스핀-온 공법을 사용하여 증착된 재료를 포함할 수 있다. 재료(20)는 실리콘 디옥사이드를 포함하거나, 실질적으로 실리콘 디옥사이드로 구성되거나 또는 실리콘 디옥사이드로 구성될 수 있으며, 몇몇 경우에서는, 저-밀도 실리콘 디옥사이드에 상응할 수 있다. 몇몇 특정 적용예들에서는, 도 2의 베이스(14)는 3차원 크로스-포인트 집적회로 아키텍처의 제작 동안 사용되는 구성요소에 상응할 수 있다.
도 2의 구성요소(10)의 상측 표면(15)을 노출시키기 위해 CMP 공정을 사용하는 데 발생하는 문제점은, CMP 공정 동안에 너무 많은 압력이 사용되거나 및/또는 원하는 종점에 도달했을 때(즉 상측 표면(15)이 처음으로 노출되었을 때) CMP 공정이 즉시 중지되지 않으면, 연질 재료(18 및 20)가 변형될 수 있다는 것이다. 그에 따라, 개선된 CMP 공정 방법을 개발하는 것이 바람직할 것이다.
도 3 및 3A에 관해, 종래 기술의 CMP 장치(30)가 기술된다. 장치(30)는 제1 샤프트(34)에 결합되고 회전하도록 구성된(회전 방향은 화살표(33)로 표시됨) 압반(즉 테이블)(32)을 포함한다. 또한, 상기 장치는, 제2 샤프트(38)와 결합되고 회전하도록 구성된(회전 방향은 화살표(35)로 표시됨) 웨이퍼 홀더(즉 캐리어)(36)를 포함한다. 또한, 웨이퍼 홀더는 압반(32)의 상측 표면을 가로질러 횡방향으로 스위핑하도록(sweep) 구성된다(스위핑 방향은 화살표(37)로 표시됨). 웨이퍼 홀더(36) 내에 보유된 웨이퍼(10)가 도시된다. 웨이퍼(10)는 압반(32)을 향해 배열된 표면(11)을 가지는데, 상기 표면은 폴리싱(즉 CMP) 공정 동안 폴리싱 된다.
웨이퍼 홀더(36)와 압반(32)의 움직임들은 컨트롤러(40)를 이용하여 조절된다. 이러한 컨트롤러는 폴리싱 공정 동안 웨이퍼 홀더(36)에 제공되는 하향력(downforce)을 조절할 수 있다. 상기 하향력은 웨이퍼 홀더(36)에서 웨이퍼(10)를 압반(32)의 상측 표면을 향해 가압하는 수직력(vertical force)으로서, 폴리싱 공정 동안 웨이퍼(10)의 표면(11)에 제공되는 수직력에 상응한다.
장치(30)는 슬러리(42)를 압반(32)에 분배하는 디스펜서(40)를 포함한다. 디스펜서(40)는 슬러리-분배 메커니즘의 일부분으로 고려될 수 있으며, 슬러리를 함유하는 리저버(도시되지 않음)과 유체 내에 있다.
슬러리(42)는 압반(32)의 상측 표면을 가로질러 필름(44)을 형성하며, 이러한 필름은 웨이퍼(10) 하에서 연장된다. 슬러리(42)는 처음에 압반(32)의 상측 표면에 분배될 때에는 새로운 슬러리(fresh slurry)이지만, 웨이퍼(10)의 표면(11)을 폴리싱하기 위해 사용된 후에는 사용된 슬러리(used slurry)가 된다. 사용된 슬러리는 웨이퍼(10)로부터 제거된 재료들을 갖고 있을 것이다. 사용된 슬러리는 윈심력을 통해 외부 방향으로 배출되는데, 슬러리가 외부 방향으로 움직이는 것은 화살표(43)로 표시된다.
쉴드(46)가 압반(32)의 횡방향 주변(lateral periphery)을 둘러싸며, 폴리싱 공정 동안, 사용된 슬러리를 횡방향으로 배출하는 것을 차단하도록 구성된다.
베이즌(48)이 사용된 슬러리를 수거한다. 베이즌(48)은 출구(50)들을 포함하며, 슬러리는 출구(50)들을 통해 베이즌으로부터 배출된다. 예시된 베이즌(48)은 도 3의 횡단면을 따라 한 쌍의 출구(50)를 포함하는 것으로 도시된다. 베이즌은 몇몇 실시예들에서는 2개보다 많은 출구를 포함할 수 있거나, 혹은 오직 하나의 출구만을 포함할 수 있다.
몇몇 적용예들에서, CMP 공정의 종점은, 상기 표면을 따라 노출된 재료들의 변화 때문에, 웨이퍼(10)의 표면(11)을 따라 마찰의 변화에 의해 결정된다. 이러한 마찰의 변화는, 압반(32)의 특정 회전 속도를 유지하는 데 필요한 파워 변화와 같이, 컨트롤러(40)에 의해 탐지될 수 있다. 도 3 및 3A의 CMP 장치(30)는 마찰의 변화에 의해 CMP 공정의 종점이 결정될 수 있는 적용예들에서 유효할 수 있다.
몇몇 적용예들에서, CMP 공정의 종점은 단순히 웨이퍼(10)의 표면(11)을 따라 마찰의 변화에 의해 쉽게 결정될 수 없다. 예를 들어, 웨이퍼(10)에 제공되는 하향력이 상대적으로 작으면(즉 폴리싱 공정 동안 약 1 제곱 인치당 파운드(psi) 또는 이보다 작으면) 마찰의 변화는 탐지하기가 어려울 수 있다. 또한, 상대적으로 작은 하향력을 이용하는 이유는, 웨이퍼(10)의 최종 폴리싱된 표면이 연질 재료(예시된 연질 재료는 도 2에 관해 위에서 기술된 실리콘 디옥사이드 재료임)를 포함하며, 원하는 종점을 넘어서도 폴리싱 되는 것은, 연질 재료에 대해 특히 문제가 될 수 있기 때문이다(도 1 및 2에 관해 위에서 논의된 것과 같이). 그에 따라, 폴리싱 공정의 종점을 결정하기 위해 마찰의 변화가 적절하지 않는 CMP 적용예들에서 사용하기 위해 개선된 장치를 개발하고, CMP 공정의 개선된 방법을 개발하는 것이 바람직할 수 있다.
도 1은 종래 기술의 화학적-기계적 폴리싱(CMP) 공정을 거친 반도체 웨이퍼의 개략적인 횡단면 측면도.
도 2는 도 1의 폴리싱된 종래 기술의 반도체 웨이퍼의 개략적인 상부도로서, 폴리싱된 반도체 웨이퍼의 확대된 영역을 보여준다.
도 3 및 3A는 종래 기술의 폴리싱 장치의 개략적인 횡단면 측면도 및 개략적인 부분-단면 상부도.
도 4는 폴리싱 공정의 한 실시예를 도시한 플로차트.
도 5는 폴리싱 장치의 한 실시예의 개략적인 횡단면 측면도.
도 6은 폴리싱 장치의 한 실시예의 개략적인 횡단면 측면도.
도 7은 폴리싱 장치의 한 실시예의 개략적인 횡단면 측면도.
도 7A는 2개의 작동 모드에 있는 것을 도시한 도 7의 폴리싱 장치의 한 영역의 개략적인 횡단면 측면도.
도 8은 폴리싱 장치의 한 실시예의 개략적인 횡단면 측면도.
도 9는 폴리싱 장치의 한 실시예의 개략적인 횡단면 측면도.
도 9A는 3개의 작동 모드에 있는 것을 도시한 도 9의 폴리싱 장치의 한 영역의 개략적인 횡단면 측면도.
도 10은 폴리싱 장치의 한 실시예의 개략적인 횡단면 측면도.
도 11은 폴리싱 장치의 한 실시예의 개략적인 횡단면 측면도.
도 11A는 4개의 작동 모드에 있는 것을 도시한 도 11의 폴리싱 장치의 한 영역의 개략적인 횡단면 측면도.
몇몇 실시예들은 폴리싱 공정의 종점(endpoint)을 확인하기 위해 사용된 슬러리의 분광 분석(spectroscopic analysis)을 통합하도록 구성된 CMP 장치를 포함한다. 상기 실시예들은 도 4-11을 참조하여 기술된다.
도 4를 보면, 본 발명의 폴리싱 공정들의 몇몇 실시예들을 설명하기 위하여 플로차트(50)가 사용된다.
초기 단계 52에서, 새로운 슬러리가 제공된다. 몇몇 적용예들에서, 새로운 슬러리는 도 3에 관해 위에서 기술된 타입의 디스펜서(40)를 이용하여 제공될 수 있다.
상기 슬러리는 단계 54에서 CMP를 위해 사용되어, 사용된 슬러리를 형성한다.
단계 56에서, 사용된 슬러리로부터의 반사율(reflectance) 및/또는 사용된 슬러리를 통한 투과율(transmittance)이 모니터링 되어 CMP의 종점이 결정된다.
종점이 결정되고 나면, CMP 공정은 단계 58에서 중지된다.
일련의 선택적인 단계들이 예시되는데, 이 단계들이 선택적이라는 것을 강조하기 위하여, 선택적인 단계들로부터 들어가고 나오는 과정들은 점선들로 제공된다.
한 선택적인 단계 60는, 사용된 슬러리가 윈도우(window)를 가로질러 통과하는 단계를 포함한다. 슬러리가 윈도우를 가로질러 통과하는 동안 반사율 및/또는 투과율이 결정될 수 있다.
선택적인 단계들 62 및 64은, 사용된 슬러리가 윈도우를 가로질러 통과하기 전에 및/또는 사용된 슬러리가 윈도우를 가로질러 통과한 후에, 윈도우를 세척하는 단계를 포함한다. 윈도우를 세척하면, 윈도우를 가로질러 통과하는 사용된 슬러리의 분광 검사(spectroscopic examination)가 향상될 수 있다.
선택적인 단계들 66 및 68은, 각각, 게이트(gate)를 윈도우로 개방하는 단계 및 게이트를 닫는 단계를 포함한다. 게이트를 이용하면, 윈도우를 가로질러 통과하는 사용된 슬러리의 흐름이 조절될 수 있게 되어, 사용된 슬러리가, 폴리싱 공정의 전체 지속기간(duration) 동안이 아니라 종점에 도달되는 짧은 지속기간 동안에만 윈도우를 가로질러 흐를 수 있다. 이러한 사실은, 윈도우가 깨끗한 상태로 유지될 수 있으며, 그에 따라 윈도우를 가로질러 통과하는 사용된 슬러리의 분광 검사가 향상되는 데 도움을 줄 수 있다.
도 5를 보면, 한 장치(30a)가 예시된다. 장치(30a)는 도 3 및 3A에 관해 위에서 기술된 종래 기술의 장치(30)에 따르는데, CMP 공정의 종점을 탐지하기 위한 개선사항들을 포함하며, 종점의 탐지에 따라 CMP 공정을 종료한다. CMP 공정은 종점을 탐지했을 때 바로 중지될 수 있거나 혹은 프로그래밍된 지연(programmed delay) 후에 중지될 수도 있다.
장치(30a)는, 도 3 및 3A에 관해 위에서 기술된 것과 같이, 압반(32), 샤프트(34), 웨이퍼 홀더(36), 샤프트(38), 쉴드(46) 및 베이즌(48)을 포함한다. 또한, 장치(30a)는 웨이퍼 홀더(36)에 제공되는 하향력을 조절하고 압반(32)에 대한 웨이퍼 홀더(36)의 상대 운동을 조절하기 위해 사용되는 컨트롤러(40)를 포함한다.
슬러리(42)는 압반(32)의 상측 표면을 따라 도시되는데, 이러한 슬러리는 필름(44)을 형성한다. 사용된 슬러리는 원심력을 통해 쉴드(46)를 향해 배출되며, 그 뒤, 베이즌(48) 내로 낙하한다. 사용된 슬러리는 출구(즉, 배출구)(50)들을 통해 베이즌(48)으로부터 배출된다. 사용된 슬러리는 화살표(70)들로 개략적으로 예시되는데, 이러한 화살표들은 배출된 슬러리의 대략적인 경로를 도시한다.
장치(30a)가 작동되는 동안 사용되는 하향력은 약 1 제곱 인치당 파운드(psi) 또는 이보다 작을 수 있으며, 몇몇 실시예들에서는, 약 0.1 psi 내지 약 1 psi 또는 이보다 작은 값 사이에 있을 수 있다.
장치(30a)는 사용된 슬러리가 폴리싱 공정의 종점을 나타내는 사전결정된 특성을 가지고 있는 지를 확인하기 위해 사용된 슬러리를 분광 분석하기 위한 하나 또는 그 이상의 시스템을 포함한다. 위에 기술된 기술분야 부분에서는, 베이스(14) 위에서부터 구조물(12)이 제거된 폴리싱 공정이 기술되었다(도 1 참조). 몇몇 적용예들에서, 베이스(14)는 구조물(12)이 없는 구성성분(constituent)을 포함할 수 있다. 그에 따라, 폴리싱 공정의 종점을 나타내는 사전결정된 특성은, 사용된 슬러리 내에 이러한 구성성분이 존재하는 특성일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 적용예들에서, 구조물(12)은 실리콘 니트라이드를 포함하거나, 또는 실리콘 니트라이드로 구성될 수 있으며, 그 안에는 탄소가 없거나 거의 없다. 베이스(14)는 하나 또는 그 이상의 탄소-함유 재료를 포함하는 상측 표면을 가질 수 있으며, 폴리싱 공정의 종점을 나타내는 사전결정된 특성은 사용된 슬러리 내에 탄소가 존재하는 특성일 수 있다. 그 밖의 다른 적용예들에서, 구조물(12)은 없으며 베이스(14) 내에는 존재하는 구성성분은 금속(예컨대, 티타늄, 텅스텐, 백금, 로듐, 등), 금속-함유 재료(예컨대, 금속 카바이드, 금속 니트라이드, 금속 실리사이드, 등), 또는 사용된 슬러리에 분광 탐지될 수 있는 그 밖의 다른 임의의 물질일 수 있다.
몇몇 적용예들에서, 구조물(12)과 베이스(14)는 둘 다 공통의 구성성분을 포함할 수 있지만, 구성성분의 농도(concentration)는 구조물(12) 내부보다 베이스(14)의 상측 표면에서 실질적으로 상이할 수 있다. 그에 따라, 폴리싱 공정의 종점을 나타내는 사전결정된 특성은 사용된 슬러리 내의 구성성분의 임계 농도에 상응할 수 있다. 예를 들어, 구조물(12)과 베이스(14)는 둘 다 탄소를 포함할 수 있지만, 베이스(14)의 상측 표면은 구조물(12)보다 실질적으로 높은 탄소 농도를 포함할 수 있다. 그에 따라, 폴리싱 공정의 종점을 나타내는 사전결정된 특성은 사용된 슬러리 내의 탄소 농도에 있어서 상부를 향하는 뾰족한 부분(upward spike)에 상응할 수 있다. 상기 공정은 베이스(14)가 구조물(12)보다 낮은 탄소 농도를 가질 때에도 적용될 수 있는데, 이 경우, 폴리싱 공정의 종점을 나타내는 사전결정된 특성은 탄소 농도에 있어서 하부를 향하는 뾰족한 부분(downward spike)이다. 하지만, 탄소 농도에 있어서 상부를 향하는 뾰족한 부분을 결정하는 데 비해, 탄소 농도에 있어서 하부를 향하는 뾰족한 부분을 결정할 때 지연(lag)이 더 길 수 있는데, 그 이유는, 처음에는, 사용된 슬러리 내의 배경 탄소 농도가 탄소 농도에 있어서 하부를 향하는 뾰족한 부분을 탐지하는 것과 간섭될(interfere) 수 있기 때문이다.
사용된 슬러리의 분광 분석은 도 5의 장치(30a) 내의 임의의 적절한 위치에서 수행될 수 있다. 위치(72, 74, 76 및 78)들이 개략적으로 예시된다. 위치(72)는 압반(32)의 상측 표면을 따라 배열되며, 상기 위치에서 수행된 분광 분석은 사용된 슬러리의 반사 특성들을 결정하는 것과 상응할 수 있다. 위치(74)는 쉴드(46)를 따라 배열되며, 상기 위치에서 수행된 분광 분석은 사용된 슬러리의 반사 특성들을 결정하거나 및/또는 사용된 슬러리의 투과 특성들을 결정하는 것과 상응할 수 있다(사용된 슬러리의 투과 특성들은 사용된 슬러리의 흡수 특성들의 반대(inverse)이며, 대안으로 흡수 특성들로서 지칭될 수도 있다). 위치(76)는 베이즌(48)과 쉴드(46) 사이에 배열되며, 상기 위치에서 수행된 분광 분석은 사용된 슬러리의 반사 특성들을 결정하거나 및/또는 사용된 슬러리의 투과 특성들을 결정하는 것과 상응할 수 있다. 위치(78)는 출구(50)의 하류에(downstream) 배열되며, 상기 위치에서 수행된 분광 분석은 사용된 슬러리의 반사 특성들을 결정하거나 및/또는 사용된 슬러리의 투과 특성들을 결정하는 것과 상응할 수 있다.
분광 분석은 위치(72, 74, 76 및 78)들 중 오직 한 위치에서 수행될 수 있거나, 또는 위치(72, 74, 76 및 78)들 중 2개 또는 그 이상의 위치에서 수행될 수 있다. 또한, 위치(72)는 분광 분석이 압반(32)의 표면을 따라 사용된 슬러리에 대해 수행되는 다수의 위치를 나타낼 수 있다. 이와 유사하게, 위치(74)는 분광 분석이 쉴드(46)를 따라 흐르는 사용된 슬러리에 대해 수행되는 다수의 위치들 중 한 위치를 나타낼 수 있으며, 위치(76)는 분광 분석이 쉴드(46)로부터 베이즌(48)으로 흐르는 사용된 슬러리에 대해 수행되는 다수의 위치들 중 한 위치를 나타낼 수 있고, 위치(78)는 분광 분석이 출구(50)로부터 하류에 있는 경로를 따라 흐르는 사용된 슬러리에 대해 수행되는 다수의 위치들 중 한 위치를 나타낼 수 있다.
분광 위치(72, 74, 76 및 78)들에서의 분광 분석은 이미터(emitter)와 디텍터(detector)를 포함하는 시스템을 사용하여 수행될 수 있다. 이미터는 전자기 방사선(electromagnetic radiation)을 사용된 슬러리에 또는 사용된 슬러리를 통해 안내하고(direct), 디텍터는, CMP 공정의 종점을 나타내는 사전결정된 특성이 있는 지를 확인하기 위해, 사용된 슬러리의 반사율 및/또는 투과율을 탐지한다. 분광 분석을 위해 사용되는 시스템들은 컨트롤러(40)(점선(71, 73, 75 및 77)을 이용하여 개략적으로 예시된 것과 같이)와 결합될 수 있다. CMP 공정의 종점을 나타내는 사전결정된 특성이 탐지되면, CMP 공정을 중지시키기 위해 트리거(trigger)가 컨트롤러(40)에 보내질 수 있다(sent).
종종, 폴리싱 공정의 종점에 도달되는 시간(예컨대, 도 1의 표면(15)이 노출되는 시간)과 CMP 공정의 종점을 나타내는 특성이 탐지되는 시간 사이에는 지연 시간(lag time)이 존재할 것이다. 이러한 지연 시간은, 웨이퍼(10)로부터 분광 분석의 거리(거리가 가까울수록 긴 거리에 비해 짧은 지연 시간을 제공할 수 있음), 분광 분석을 거친 총 사용된 슬러리의 백분율(백분율이 높을수록 신호-잡음 비율이 우수하고, 그에 따라 지연 시간이 줄어들 수 있음), 및 CMP 공정의 종점을 나타내는 특정의 특성을 위한 탐지 공정의 감응도(sensitivity)(감응도가 높을수록 지연 시간이 줄어들 수 있음)에 좌우될 수 있다. 따라서, 원하는 짧은 지연 시간을 구현하기 위하여 다양한 요일들 간의 균형을 맞추는 것이 바람직할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 지연 시간은 약 5 초 또는 그 미만, 약 2초 또는 그 미만, 혹은 약 0.1 초 내지 약 5 초 사이일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 폴리싱 공정의 종점에 도달한 시간은 폴리싱 공정이 CMP 공정의 종점을 나타내는 특성을 생성하는 시간을 의미할 수 있다.
각각의 위치(72, 74, 76 및 78)들에서 분광 분석을 위한 특정 배열이 도 6-11에 대해 도시된다.
도 6을 보면, 사용된 슬러리(70)의 분광 분석이 분광 디바이스(80)를 이용하여 압반(32)의 상측 표면을 따라 배열된 위치(74)에서 수행되는 실시예가 도시된다. 디바이스(80)는 사용된 슬러리(70)에 전자기 방사선(81)을 안내하는 이미터(82)를 포함하며, 사용된 슬러리(70)로부터 다시 반사되는 전자기 방사선(83)을 탐지하는 디텍터(84)를 포함한다. 또한, 디바이스(80)는 디텍터(84)에 결합되고 폴리싱 공정의 종점에 도달되었다는 것을 나타내는 사용된 슬러리의 특성을 식별하도록 구성된 식별 시스템(86)을 포함한다. 이러한 특성에 도달했다고 결정되면, 식별 시스템(86)은 경로(71)를 따라 트리거를 제어 회로(40)에 보낸다. 제어 회로(40)는 식별 시스템(86)으로부터 트리거를 수용했는 지에 따라 폴리싱 공정을 중지하도록 구성된다. 제어 회로(40)는 식별 시스템(86)으로부터 트리거를 수용할 때 폴리싱 공정을 즉시 중지하도록 프로그래밍 되거나, 혹은 사전결정된 지연 시간 후에 폴리싱 공정을 중지하도록 프로그래밍 될 수 있다.
방출된 전자기 방사선(81)은 임의의 적절한 파장을 포함할 수 있으며, 몇몇 실시예들에서는 자외선 범위, 가시 범위 또는 적외선 범위 내에 있는 파장을 가질 수 있다. 이와 유사하게, 반사된 전자기 방사선(83)도 임의의 적절한 파장을 가질 수 있으며, 몇몇 실시예들에서 자외선 범위, 가시 범위 또는 적외선 범위 내에 있는 파장을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 분광 디바이스(80)는 탄소, 금속, 및/또는 금속-함유 재료를 탐지하도록 구성될 수 있다.
분광 디바이스(80)가 단일의 이미터와 단일의 디텍터를 포함하는 것으로 도시되었지만, 그 밖의 다른 실시예들에서는, 디바이스는 2개 또는 그 이상의 이미터를 포함할 수 있거나, 및/또는 2개 또는 그 이상의 디텍터를 포함할 수 있다. 또한, 오직 하나의 분광 디바이스(80)가 도시되었지만, 그 밖의 다른 실시예들에서는, 하나보다 많은 분광 디바이스(80)가 사용될 수도 있다.
도 7을 보면, 사용된 슬러리(70)의 분광 분석이 분광 디바이스(80)를 이용하여 출구(50)의 하류에 있는 위치(78)에서 수행되는 실시예가 도시된다. 이러한 위치(78)는 몇몇 실시예들에서 출구 경로를 따라 배열된 위치로 지칭될 수 있다. 튜브(90)가 출구 경로를 따라 연장되며, 상기 튜브를 따라 윈도우(92)가 제공된다. 윈도우(92)는 디바이스(80)에 의해 위를 통과하는 전자기 방사선에 대해 투명한 임의의 적절한 재료, 가령, 예를 들어, 플라스틱, 유리, 석영(quartz) 등을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 윈도우(92)는 도관(93)으로서 구성되는 것으로 간주될 수 있으며, 이러한 도관은 사용된 슬러리(70)의 흐름 경로를 따라 출구(50)의 하류에 위치된다.
디바이스(80)는 이미터(82)를 포함하며, 도 7에서는, 이미터(82)는 전자기 방사선(81)를 사용된 슬러리(70)를 통해, 그리고, 윈도우(92)를 통해 안내하도록 구성된다. 또한, 디바이스(80)는 디텍터(84)를 포함하며, 도 7에서는, 디텍터(84)는 사용된 슬러리(70)를 통해 통과하는 전자기 방사선(81)을 탐지한다. 디텍터(84)는 전자기 방사선(81)에 대한 사용된 슬러리(70)의 투과율(또는 그 반대로 흡수율)을 결정할 수 있다. 디바이스(80)는 디텍터(84)와 결합되고 폴리싱 공정의 종점에 도달했는지를 나타내는 사용된 슬러리의 특성을 식별하도록 구성된 식별 시스템(86)을 포함한다. 이러한 특성에 도달했다고 결정되면, 식별 시스템(86)은 경로(77)를 따라 트리거를 제어 회로(40)에 보낸다. 제어 회로(40)는 식별 시스템(86)으로부터 트리거를 수용했는 지에 따라 폴리싱 공정을 중지하도록 구성된다.
방출된 전자기 방사선(81)은 임의의 적절한 파장을 포함할 수 있으며, 몇몇 실시예들에서는 자외선 범위, 가시 범위 또는 적외선 범위 내에 있는 파장을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 전자기 방사선은 탄소를 탐지하도록 사용되는 적외선 방사선(infrared radiation)일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 분광 디바이스(80)는 탄소를 탐지하기 위해 라만 분광법(Raman spectroscopy)을 수행하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 분광 디바이스(80)는 금속, 및/또는 금속-함유 재료를 탐지하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도 7의 디바이스(80)는 투과율을 탐지하는 대신, 또는 투과율을 탐지하는 것 외에도, 사용된 슬러리(70)로부터 반사율을 탐지하도록 구성될 수 있다.
분광 디바이스(80)가 단일의 이미터와 단일의 디텍터를 포함하는 것으로 도시되었지만, 그 밖의 다른 실시예들에서는, 디바이스는 2개 또는 그 이상의 이미터를 포함할 수 있거나, 및/또는 2개 또는 그 이상의 디텍터를 포함할 수 있다. 또한, 오직 하나의 분광 디바이스(80)가 도시되었지만, 그 밖의 다른 실시예들에서는, 하나보다 많은 분광 디바이스(80)가 사용될 수도 있다. 도 7의 예시된 실시예에서, 2개의 출구(50)들은 베이즌(48) 내에 제공되며, 윈도우(92)는 오직 이들 출구들 중 한 출구의 하류에 제공된다. 그 밖의 다른 실시예들에서, 제2 출구는 생략될 수 있어서(omitted), 사용된 슬러리 전체가 예시된 윈도우(92)를 통해 통과할 수 있다. 그 밖의 또 다른 실시예들에서, 다수의 출구가 사용될 수 있으며, 윈도우들과 분광 디바이스들은 이러한 출구들 중 2개 또는 그 이상의 출구들의 하류에 제공될 수 있다.
베이즌 내에 하나보다 많은 출구를 가지는 것에 대한 이점은, 윈도우의 상류에 있는 출구를 통해 사용된 슬러리의 흐름이, 사용된 슬러리가 전체 폴리싱 공정 동안이 아니라 폴리싱 공정의 짧은 지속기간 동안에만, 윈도우를 가로질러 흐르도록 조절될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 도 7A는, 사용된 슬러리(70)가 출구(50)를 통해 흐르는 것을 조절 가능하게 차단하기 위해 게이트(94)가 제공되는 실시예에 따라, 구성요소(30a)의 확대된 영역을 도시한다. 제1 작동 모드 I에서, 게이트(94)는 출구(50)를 차단하며(즉 "닫힌" 위치에 있으며), 그에 따라, 사용된 슬러리(70)는 윈도우(92)를 가로질러 흐르지 않는다. 제2 작동 모드 II에서, 게이트(94)는 출구(50)를 개방하도록 이동되며(즉 "개방" 위치에 있으며), 사용된 슬러리(70)는 윈도우(92)를 가로질러 흐를 수 있게 된다. 제1 작동 모드 I로부터 제2 작동 모드 II로의 변환은 가역적이며(reversible), 몇몇 실시예들에서는 컨트롤러(40)로 조절될 수 있다(도 7 참조).
몇몇 실시예들에서, 운영자는 종점에 도달하는 데 필요한 대략적인 지속기간을 알기 위해 폴리싱 공정을 충분히 경험할 것이다. 게이트(94)는 컨트롤러(40)로 작동될 수 있으며, 폴리싱 공정의 종점에 도달하기 전에, 폴리싱 공정의 지속기간 동안의 제1 기간(period) 동안, 사용된 슬러리(70)가 도관(93)을 통해 흐르는 것을 차단하기 위하여 "닫힌" 위치에서 사용된다. 그 뒤, 게이트(94)는 폴리싱 공정의 종점에 도달하는 시간을 포함하는 제2 기간 동안 "개방" 위치로 이동될 수 있다. 폴리싱 공정의 적어도 일부분 동안 게이트(94)를 닫힌 상태로 유지하는 데에 관한 이점은, 이렇게 하면, 폴리싱 공정의 전체 지속기간 동안, 사용된 슬러리에 윈도우가 노출되는 실시예들에 비해, 윈도우(92)를 상대적으로 깨끗한 상태로 유지할 수 있다는 점이다. 도 7A의 게이트(94)와 비교될 수 있는 또 다른 게이트(즉, 제2 게이트)는 베이즌의 또 다른 출구(예를 들어, 도 7에 도시된 제2 출구)에 제공될 수 있으며, 도관(93)에 걸쳐 게이트에 대해 반대로 작동될 수 있다. 구체적으로, 사용된 슬러리가 도관을 통해 흐르는 것이 차단될 때, 사용된 슬러리는 제2 게이트를 "개방" 위치에 배치시킴으로써 다른 출구를 통해 배출될 수 있으며, 사용된 슬러리가 도관(93)을 통해 통과될 때(그에 따라, 윈도우(92)를 가로질러 흐를 때), 제2 게이트를 "닫힌" 위치에 배치시킴으로써 그 밖의 다른 출구는 차단될 수 있다.
도 7A의 예시된 실시예에서, 이미터(82)는, 게이트(94)가 "개방" 위치에 있는 기간 동안에만 전자기 방사선(81)을 방출하며, 그로 인해 디텍터(84)와 이미터(82) 중 하나 또는 둘 모두의 수명이 연장될 수 있다. 그 밖의 다른 실시예들에서, 이미터(82)는 게이트(94)가 "닫힌" 위치에 있는 기간을 포함하여, 전체 폴리싱 공정 동안 지속적으로 방사선(81)을 방출할 수 있다.
도 8을 보면, 사용된 슬러리(70)의 분광 분석이 분광 디바이스(80)를 이용하여 쉴드(46)를 따라 배열된 위치(74)에서 수행되는 실시예가 도시된다. 윈도우(92)가 쉴드(46)를 따라 제공된다. 윈도우(92)는 윈도우를 통과하는 전자기 방사선에 대해 투명한 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있다. 도 8의 실시예에서, 쉴드(46)의 오직 일부분만이 윈도우(92)의 투명한 조성물을 포함할 수 있다. 그 밖의 다른 실시예들에서, 전체 쉴드(46)가 윈도우(92)의 투명한 조성물을 포함할 수 있다.
디바이스(80)는 이미터(82), 디텍터(84) 및 식별 시스템(86)을 포함한다. 도 8의 실시예에서, 디바이스(80)는 윈도우(92)에 의해 통과되는 사용된 슬러리의 반사율을 모니터링 하도록 사용된다. 식별 시스템(86)은 디텍터(84)에 결합되고 폴리싱 공정의 종점에 도달되었다는 것을 나타내는 사용된 슬러리의 특성을 식별하도록 구성된다(도 6에 관해 위에서 논의된 실시예에 유사함). 이러한 특성에 도달했다고 결정되면, 식별 시스템(86)은 경로(73)를 따라 트리거를 제어 회로(40)에 보낸다. 제어 회로(40)는 식별 시스템(86)으로부터 트리거를 수용했는 지에 따라 폴리싱 공정을 중지하도록 구성된다.
도 9를 보면, 사용된 슬러리(70)의 분광 분석이 윈도우(92)와 분광 디바이스(80)를 이용하여 쉴드(46)를 따라 배열된 위치(74)에서 수행되는 실시예가 도시된다. 도 9의 디바이스(80)는 전자기 방사선(81)을 윈도우(92)와 사용된 슬러리(70)를 통해 안내하도록 구성된 이미터(82)를 포함하고, 사용된 슬러리(70)을 통해 통과하는 전자기 방사선(81)을 탐지하는 디텍터(84)를 포함한다. 디텍터(84)는 전자기 방사선(81)에 대한 사용된 슬러리(70)의 투과율(또는 그 반대로 흡수율)을 결정할 수 있다. 디바이스(80)는 디텍터(84)와 결합되고 폴리싱 공정의 종점에 도달했는지를 나타내는 사용된 슬러리의 특성을 식별하도록 구성된 식별 시스템(86)을 포함한다. 이러한 특성에 도달했다고 결정되면, 식별 시스템(86)은 경로(73)를 따라 트리거를 제어 회로(40)에 보낸다. 제어 회로(40)는 식별 시스템(86)으로부터 트리거를 수용했는 지에 따라 폴리싱 공정을 중지하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 사용된 슬러리(70)의 분광 분석 전에 윈도우(92)를 세척하는 것이 바람직할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 운영자는 종점에 도달하는 데 필요한 대략적인 지속기간을 알기 위해 폴리싱 공정을 충분히 경험할 것이다. 윈도우(92)는 폴리싱 공정의 실질적인 지속기간 후에 세척될 수 있는데, 폴리싱 공정의 종점 바로 직전이 바람직하다. 도 9A는 노즐(100)이 쉴드(46) 옆에 제공되고 윈도우(92)를 세척하도록 사용되는 실시예에 따른 구성요소(30a)의 확대된 영역을 도시한다. 제1 작동 모드 I에서, 사용된 슬러리(70)는 윈도우(92)를 가로질러 흐른다. 제2 작동 모드 II에서, 세척액(102)(예컨대, 탈이온수)이 노즐(100)로부터 배출되고 윈도우(92)를 가로질러 씻어져서 윈도우를 세척한다. 예시된 실시예에서, 사용된 슬러리(70)는 윈도우가 세척액(102)으로 세척될 때 윈도우(92)를 가로질러 계속하여 흐른다. 제3 작동 모드 III에서, 세척액(102)의 흐름은 중지되며, 사용된 슬러리가 폴리싱 공정의 종점에 도달했는지를 확인하기 위해 모니터링 될 수 있도록, 전자기 방사선(81)은 윈도우(92) 및 사용된 슬러리(70)를 통과한다. 노즐(100)로부터의 세척액 흐름은 도 9에 도시된 컨트롤러(40)로 조절될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 노즐(100)은 컨트롤러(40)로 조절되는 스프레이 메커니즘의 일부분으로 간주될 수 있다.
도 9에 관해서 윈도우(92)의 세척 과정이 기술되었지만, 그 밖의 다른 실시예들에서, 도 7, 도 7A 및 도 8에 관해 위에서 기술된 실시예들 중 하나 이상의 실시예에 대해 이와 유사한 세척이 사용될 수 있다.
도 10을 보면, 사용된 슬러리(70)가 쉴드(46)로부터 베이즌(48)을 향해 낙하할 때, 사용된 슬러리(70)의 분광 분석이 위치(76)에서 수행되는 실시예가 도시된다. 분광 분석은 분광 디바이스(80)를 이용하는데, 도시된 실시예에서는, 제1 전자기 방사선(81)이 사용된 슬러리를 향해 배출되는 과정, 및 사용된 슬러리로부터 반사된 제2 전자기 방사선(83)이 탐지되는 과정이 포함된다. 디바이스(80)는 디텍터(84)와 결합되고 폴리싱 공정의 종점에 도달했는지를 나타내는 사용된 슬러리의 특성을 식별하도록 구성된 식별 시스템(86)을 포함한다. 이러한 특성에 도달했다고 결정되면, 식별 시스템(86)은 경로(75)를 따라 트리거를 제어 회로(40)에 보낸다. 제어 회로(40)는 식별 시스템(86)으로부터 트리거를 수용했는 지에 따라 폴리싱 공정을 중지하도록 구성된다.
도 11을 보면, 사용된 슬러리(70)의 분광 분석이 투명한 윈도우(92)를 가진 도관(93)과 분광 디바이스(80)를 이용하여 쉴드(46) 밑에 배열된 위치(76)에서 수행되는 실시예가 도시된다. 도 11의 디바이스(80)는 전자기 방사선(81)을 윈도우(92)와 사용된 슬러리(70)를 통해 안내하도록 구성된 이미터(82)를 포함하고, 사용된 슬러리(70)을 통해 통과하는 전자기 방사선(81)을 탐지하는 디텍터(84)를 포함한다. 디텍터(84)는 전자기 방사선(81)에 대한 사용된 슬러리(70)의 투과율(또는 그 반대로 흡수율)을 결정할 수 있다. 디바이스(80)는 디텍터(84)와 결합되고 폴리싱 공정의 종점에 도달했는지를 나타내는 사용된 슬러리의 특성을 식별하도록 구성된 식별 시스템(86)을 포함한다. 이러한 특성에 도달했다고 결정되면, 식별 시스템(86)은 경로(75)를 따라 트리거를 제어 회로(40)에 보낸다. 제어 회로(40)는 식별 시스템(86)으로부터 트리거를 수용했는 지에 따라 폴리싱 공정을 중지하도록 구성된다.
도 11의 도관(93)은 사용된 슬러리(70)을 포함하며 사용된 슬러리(70)를 분광 디바이스(80)의 이미터(82) 앞의 위치에 농축시키도록 사용될 수 있다. 이러한 특징은 몇몇 실시예들에서 이점을 가질 수 있다. 그 밖의 다른 실시예들에서, 도 11의 도관(93)은 생략될 수 있으며 전자기 방사선(81)은 포함되지 않고서 쉴드(46)로부터 베이즌(48)으로 낙하될 때 사용된 슬러리(70)를 통해 통과될 수 있다(도 10에 관해 앞에서 기술된 실시예와 유사하게, 하지만, 몇몇 실시예들에서는, 도 11에 도시된 타입의 도관(93)이 도 10에 관해 위에서 기술된 타입의 적용예들에 사용될 수 있다).
이러한 도관(93)이 사용되면, 도 7A에 관해 위에서 기술된 것과 유사한 방식으로 배열될 수 있으며, 도관의 내부는, 도 9A에 관해 위에서 기술된 것과 같이, 윈도우 세척과 유사한 방식으로 세척될 수 있다. 예를 들어, 도 11A는, 게이트(94)가 도관(93) 내의 개구에 인접하게 작동 가능하게 제공되고 노즐(100)이 도관(93)에 걸쳐 제공되는 실시예에 따라, 구성요소(30a)의 확대된 영역을 도시한다. 제1 작동 모드 I에서, 게이트(94)는 출구(93)를 차단하며(즉 "닫힌" 위치에 있으며), 그에 따라, 사용된 슬러리(70)는 도관 내로 흐르지 않는다. 대신, 사용된 슬러리(70)는 도관 주위로 흐르며, 도시된 실시예에서는, 분광 디바이스(80)의 탐지/식별 구성요소(84, 86) 주위로 흐른다. 탐지/식별 구성요소(84, 86)가 사용된 슬러리(70)에 노출되는 것을 방지하기 위해 상기 구성요소 주위에 선택적인 하우징(110)이 제공될 수 있다. 제2 작동 모드 II에서, 게이트(94)는 사용된 슬러리(70)가 도관(93) 내에서 윈도우(92)를 가로질러 흐를 수 있도록 "개방" 위치로 이동된다. 제3 작동 모드 III에서, 세척액(102)(예컨대, 탈이온수)가 노즐(100)로부터 배출되고 도관(93) 내로 들어가고 윈도우(92)를 가로질러 씻어져서 윈도우를 세척한다. 예시된 실시예에서, 사용된 슬러리(70)는 윈도우가 세척액(102)으로 세척될 때 윈도우(92)를 가로질러 계속하여 흐른다. 제4 작동 모드 IV에서, 세척액(102)의 흐름은 중지되며, 사용된 슬러리가 폴리싱 공정의 종점에 도달했는지를 확인하기 위해 모니터링 될 수 있도록, 전자기 방사선(81)은 윈도우(92) 및 사용된 슬러리(70)를 통과한다. 노즐(100)로부터의 세척액 흐름과 게이트(94)의 움직임은 도 11에 도시된 컨트롤러(40)로 조절될 수 있다.
게이트(94)는 도시된 실시예에서 세척액(102)이 쉴드(46)를 따라 분사되기 전에 개방되지만, 그 밖의 다른 실시예들에서, 게이트(94)는 세척액(102)이 흐르기 시작한 후에 또는 세척액(102)이 흐르기 시작하는 동시에 개방될 수도 있다.
몇몇 실시예들에서, 게이트(94)는 폴리싱 공정의 종점에 도달하기 전에 폴리싱 공정의 지속기간 동안의 제1 기간 동안, 사용된 슬러리(70)가 도관(93)을 통해 흐르는 것을 차단하기 위하여 사용될 수 있으며, 그 뒤, 게이트는 개방되어, 폴리싱 공정의 종점에 도달하는 시간을 포함하는 제2 기간 동안, 사용된 슬러리(70)가 도관(93)을 통해 통과할 수 있다. 도관을 세척액(102)으로 세척하는 과정은, 제2 기간 동안, 그리고, 폴리싱 공정의 종점에 도달되는 시간 전에 수행될 수 있다. 이에 따라, 사용된 슬러리의 분광 분석 동안에, 더러운 윈도우(92)로 구현되는 것보다 우수한 신호-잡음을 수득하기 위하여 윈도우(92)가 상대적으로 깨끗하게 유지될 수 있다.
도 7A에 관해 위에서 기술된 실시예가 세척액(102)이 없는 게이트(94)를 사용하지만, 그 밖의 다른 적용예들에서, 이러한 실시예는 도 11A에 관해 위에서 기술된 실시예와 유사하게 게이트와 조합하여 세척액(102)을 사용할 수 있다. 또한, 몇몇 적용예들에서, 도 11A의 실시예와 유사한 실시예들은, 세척액(102)과 조합한 게이트 대신에, 게이트(94) 만을 사용할 수 있다. 또한, 몇몇 적용예들에서, 도 7A 및 11A의 실시예와 유사한 실시예들은, 게이트(94)와 조합한 세척액 대신에, 세척액(102) 만을 사용할 수도 있다.
본 명세서에 기술된 CMP 공정은 다양한 범위의 반도체 디바이스들을 제작하는 데 제공될 수 있다. 예를 들어, CMP 공정은 메모리, 로직, 센서 등을 제작하는 동안 사용될 수 있다. 몇몇 적용예들에서, CMP 공정은, 3차원 메모리, 가령, 예를 들어, 3차원 크로스-포인트 아키텍처, 3차원 NAND 등을 제작하는 동안 사용될 수 있다.
도면들에서 다양한 실시예들의 특정 배열방향은 오직 예시적인 목적을 위해 제공된 것으로서, 이러한 실시예들은 몇몇 적용예들에서 도시된 배열방향에 대해 회전될 수도 있다. 본 명세서에 제공된 상세한 설명 및 청구항들은, 도면에서 어떠한 구성이 특정 방향으로 배열되거나 혹은 이러한 배열방향에 대해 회전되든지 간에, 다양한 특징부들 간의 관계에 관해 기술된 임의의 구성을 포함한다.
첨부도면들에 예시된 횡단면도들은 오직 횡단면 내의 특징부들 만을 예시하며, 도면을 명확하게 하기 위하여, 그 외에 달리 표시되지 않는 한, 횡단면 뒤에 위치된 재료들을 도시하지는 않는다. 위에서 기술된 것과 같이, 한 구성이 또 다른 구성의 "상부"에 배열되거나 또는 또 다른 구성에 "대해" 배열된다는 의미는, 한 구성이 또 다른 구성의 바로 위에 배열될 수 있거나, 혹은 그 사이에 배열된 구성이 존재할 수 있다는 의미이다. 그 반대로, 한 구성이 또 다른 구성의 "바로 위에" 배열되거나 혹은 또 다른 구성에 "대해 바로" 배열된다는 의미는, 그 사이에 배열된 구성이 존재할 수 없다는 의미이다.
몇몇 실시예들은 폴리싱 공정 동안 웨이퍼의 표면을 폴리싱 하도록 구성된 폴리싱 메커니즘을 가진 장치를 포함한다. 폴리싱 메커니즘은 폴리싱 공정 동안 웨이퍼의 표면에 약 1 제곱 인치당 파운드(psi) 또는 이보다 작은 수직력을 제공한다. 폴리싱 메커니즘은 폴리싱 공정 동안 새로운 슬러리를 사용된 슬러리로 변환시킨다. 하나 이상의 이미터는 전자기 방사선을 사용된 슬러리에 또는 사용된 슬러리를 통해 안내하도록 구성된다. 하나 이상의 디텍터는 사용된 슬러리로부터 전자기 방사선의 반사율 또는 사용된 슬러리를 통과하는 전자기 방사선의 투과율을 탐지하도록 구성된다. 식별 시스템이 하나 이상의 디텍터와 결합되며 폴리싱 공정의 종점에 도달했는지를 나타내는 사용된 슬러리의 특성을 식별하도록 구성되며, 사용된 슬러리의 특성을 식별했을 때 트리거를 보내도록 구성된다. 제어 회로가 식별 시스템과 결합되며 식별 시스템으로부터 트리거를 수용했는 지에 따라 폴리싱 공정을 중지하도록 구성된다.
몇몇 실시예들은 폴리싱 공정 동안 회전하도록(spin) 구성된 상측 표면을 가진 압반을 포함하는 장치를 포함한다. 웨이퍼 홀더가 폴리싱 공정 동안 웨이퍼를 보유하고 웨이퍼를 압반의 상측 표면을 향해 가압하도록 구성된다. 웨이퍼 홀더는 폴리싱 공정 동안 웨이퍼를 압반의 상측 표면에 대해 회전하도록 구성되며, 폴리싱 공정 동안 압반의 상측 표면을 가로질러 웨이퍼를 횡방향으로 스위핑하도록(sweep) 구성된다. 웨이퍼는 폴리싱 공정 동안 약 1 제곱 인치당 파운드(psi) 또는 이보다 작은 하향력으로 압반의 상측 표면을 향해 가압된다. 슬러리-분배 메커니즘이 압반의 상측 표면에 인접하게 위치된다. 쉴드가 압반의 횡방향 주변을 둘러싸며 폴리싱 공정 동안 횡방향으로 배출되는 사용된 슬러리를 차단하도록 구성된다. 베이즌이 쉴드 밑에 배열되며 쉴드에 의해 차단된 사용된 슬러리를 수거하도록 구성된다. 베이즌 내의 출구로 인해, 사용된 슬러리가 베이즌으로부터 배출될 수 있다. 출구 경로는 출구의 하류에 위치된다. 사용된 슬러리는 베이즌으로부터 출구 경로를 따라 흐른다. 하나 이상의 이미터는, 전자기 방사선이 압반의 상측 표면을 따라, 쉴드를 따라, 베이즌 내로 흐르거나 및/또는 출구 경로를 따라 흐를 때, 사용된 슬러리로 또는 사용된 슬러리를 통해 안내되도록 구성된다. 하나 이상의 디텍터는 사용된 슬러리로부터 전자기 방사선의 반사율 또는 사용된 슬러리를 통과하는 전자기 방사선의 투과율을 탐지하도록 구성된다. 식별 시스템이 하나 이상의 디텍터와 결합되며 폴리싱 공정의 종점에 도달했는지를 나타내는 사용된 슬러리의 특성을 식별하도록 구성되고, 사용된 슬러리의 특성을 식별했을 때 트리거를 보내도록 구성된다. 제어 회로가 식별 시스템과 결합되며 식별 시스템으로부터 트리거를 수용했는 지에 따라 폴리싱 공정을 중지하도록 구성된다.
몇몇 실시예들은, 웨이퍼가 압반의 상측 표면에 대해 횡방향으로 이동되는 동안, 웨이퍼를 압반의 상측 표면을 향해 가압하는 단계, 및 폴리싱 공정 동안 웨이퍼가 이동될 때 슬러리를 압반의 상측 표면과 웨이퍼 사이에서 통과시키는 단계를 포함하는 폴리싱 방법을 포함한다. 슬러리는, 슬러리가 압반의 상측 표면과 웨이퍼 사이에서 통과될 때, 사용된 슬러리가 된다. 웨이퍼는 재료를 사용된 슬러리로 잃는다. 웨이퍼는 약 1 제곱 인치당 파운드(psi) 또는 이보다 작은 하향력으로 압반의 상측 표면을 향해 가압된다. 사용된 슬러리가 웨이퍼로부터 멀어지는 방향으로 흐를 때, 방출된 전자기 방사선은 사용된 슬러리에 또는 사용된 슬러리를 통해 안내된다. 사용된 슬러리로부터 전자기 방사선의 반사율 또는 사용된 슬러리를 통과하는 전자기 방사선의 투과율을 탐지하기 위하여 디텍터가 사용된다. 전자식 식별 시스템이 디텍터와 결합되며 폴리싱 공정의 종점에 도달했는지를 나타내는 사용된 슬러리의 특성을 식별하도록 사용된다. 상기 전자식 식별 시스템은 사용된 슬러리의 특성을 식별했을 때 트리거를 제어 회로에 보내도록 구성된다. 제어 회로는 트리거를 수용했는 지에 따라 폴리싱 공정을 중지하도록 구성된다.

Claims (44)

  1. 장치에 있어서, 상기 장치는:
    폴리싱 공정 동안 웨이퍼의 표면을 폴리싱하도록 구성된 폴리싱 메커니즘으로서, 상기 웨이퍼의 표면은 표면 영역을 가지며, 상기 웨이퍼는 표면 탄소 농도를 가지는 상측 표면을 가지는 베이스와 상기 베이스의 상기 상측 표면 상의 구조물로서 상기 표면 탄소 농도보다 낮은 탄소 농도를 가지는 상기 구조물을 포함하며, 상기 폴리싱 메커니즘은 폴리싱 공정 동안 웨이퍼의 표면에 1 제곱 인치당 파운드(psi) 또는 이보다 작은 수직력을 제공하며, 폴리싱 메커니즘은 폴리싱 공정 동안 새로운 슬러리를 사용된 슬러리로 변환시키는, 상기 폴리싱 메커니즘;
    사용된 슬러리가 상기 표면 영역 외부에 있는 동안 전자기 방사선을 사용된 슬러리에 또는 사용된 슬러리를 통해 안내하도록 구성된 하나 이상의 이미터;
    사용된 슬러리로부터 전자기 방사선의 반사율(reflection) 또는 사용된 슬러리를 통과하는 전자기 방사선의 투과율(transmittance)을 탐지하도록 구성된 하나 이상의 디텍터;
    하나 이상의 디텍터와 결합되고 폴리싱 공정의 종점에 도달했는지를 나타내는 사용된 슬러리의 특성을 식별하도록 구성되며 사용된 슬러리의 적어도 하나의 특성을 식별했을 때 트리거를 보내도록 구성된 식별 시스템 - 상기 적어도 하나의 특성은 상기 사용된 슬러리 내의 탄소의 존재를 포함함 - 및
    상기 식별 시스템과 결합되며 상기 식별 시스템으로부터 트리거를 수용했는 지에 따라 폴리싱 공정을 중지하도록 구성된 제어 회로를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 디텍터는 사용된 슬러리를 통과하는 전자기 방사선의 투과율을 탐지하도록 구성된 디텍터를 포함하는, 장치.
  3. 제1항에 있어서, 하나 이상의 디텍터는 사용된 슬러리로부터 전자기 방사선의 반사율을 탐지하도록 구성된 디텍터를 포함하는, 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 특성은 사용된 슬러리 내의 한 구성성분의 존재인, 장치.
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  7. 제1항에 있어서, 상기 특성은 사용된 슬러리 내의 탄소의 임계 농도인, 장치.
  8. 제1항에 있어서, 폴리싱 공정에 의한 사용된 슬러리 내의 특성의 생성과 폴리싱 공정의 중지 사이에는 지연 시간이 존재하며, 이러한 지연 시간은 5초 또는 이보다 작은, 장치.
  9. 제1항에 있어서, 폴리싱 공정에 의한 사용된 슬러리 내의 특성의 생성과 폴리싱 공정의 중지 사이에는 지연 시간이 존재하며, 이러한 지연 시간은 2초 또는 이보다 작은, 장치.
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  34. 폴리싱 방법에 있어서, 상기 방법은:
    상측 표면을 포함하는 압반을 가진 폴리싱 디바이스를 제공하는 단계;
    표면 영역을 가진 표면을 포함하는 웨이퍼를 제공하는 단계;
    폴리싱 공정 동안 웨이퍼의 표면에 1 제곱 인치당 파운드 또는 이보다 작은 수직력을 제공하는 단계;
    수직력을 제공하는 동안, 새로운 슬러리를 사용된 슬러리로 변환시키는 단계;
    적외선 전자기 방사선을 표면 영역 외부에 있는 사용된 슬러리에 또는 사용된 슬러리를 통해 안내하는 단계;
    사용된 슬러리로부터 적외선 전자기 방사선의 반사율 및 사용된 슬러리를 통과하는 전자기 방사선의 투과율 중 하나 또는 둘 모두를 탐지하는 단계; 및
    라만 분광 식별 시스템을 사용하여 사용된 슬러리의 특성을 식별하는 단계를 포함하는, 폴리싱 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 식별 시스템은 폴리싱 공정의 종점을 식별하고 특성을 식별했을 때 트리거를 보내도록 구성된, 폴리싱 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 특성은 사용된 슬러리 내의 한 구성성분의 존재인, 폴리싱 방법.
  37. 제35항에 있어서, 상기 특성은 사용된 슬러리 내의 탄소의 존재인, 폴리싱 방법.
  38. 제35항에 있어서, 상기 특성은 사용된 슬러리 내의 한 구성성분의 임계 농도인, 폴리싱 방법.
  39. 제35항에 있어서, 상기 특성은 사용된 슬러리 내의 탄소의 임계 농도인, 폴리싱 방법.
  40. 제35항에 있어서, 식별 시스템과 결합된 제어 회로를 제공하며, 식별 시스템에 의해 트리거를 수용했을 때, 제어 회로를 이용하여 폴리싱 공정을 중지시키는 단계를 추가로 포함하는, 폴리싱 방법.
  41. 제34항에 있어서, 수직력을 제공하는 동안 웨이퍼를 압반의 상측 표면에 대해 횡방향으로 이동시키며, 및 웨이퍼가 횡방향으로 이동될 때 새로운 폴리싱 슬러리를 압반의 상측 표면과 웨이퍼 사이에 통과시키는 단계를 추가로 포함하는, 폴리싱 방법.
  42. 제34항에 있어서, 방출된 전자기 방사선은 사용된 슬러리를 향해 윈도우를 통과하는, 폴리싱 방법.
  43. 제41항에 있어서, 폴리싱 공정의 종점은 폴리싱 공정이 일정 지속기간 동안 수행되고 난 뒤에 도달되며, 폴리싱 공정의 종점에 도달되기 전 및 상기 일정 지속기간 동안 특정 시간에 세척액으로 윈도우를 세척하는 단계를 포함하는, 폴리싱 방법.
  44. 제34항에 있어서, 사용된 슬러리는 도관을 통해 흐르고, 사용된 슬러리가 도관을 통해 흐르고 있을 때, 방출된 전자기 방사선은 사용된 슬러리와 도관을 통해 안내되는, 폴리싱 방법.
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