KR102374591B1 - 화학적 기계적 연마의 온도 제어 - Google Patents
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Abstract
화학적 기계적 연마 시스템은, 연마 패드를 유지하기 위한 지지부, 연마 공정 동안 연마 패드에 맞닿게 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드, 기판 상의 물질의 양을 표시하는 신호를 생성하도록 구성되는 인-시튜 모니터링 시스템, 연마 공정의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 시스템, 및 인-시튜 모니터링 시스템 및 온도 제어 시스템에 결합되는 제어기를 포함한다. 제어기는, 온도 제어 시스템으로 하여금, 신호에 대한 응답으로 연마 공정의 온도를 변화시키게 하도록 구성된다.
Description
본 발명은, 화학적 기계적 연마(CMP)의 온도 제어를 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다.
집적 회로들은 전형적으로, 다양한 층들, 이를테면, 전도성 층, 반도체 층, 또는 절연 층들의 순차적 증착에 의해, 기판들, 이를테면 규소 웨이퍼들 상에 형성된다. 층이 증착된 후에, 포토레지스트 코팅이 층의 최상부 상에 도포될 수 있다. 코팅의 부분들을 제거하여 회로 피쳐들이 형성될 영역들 상에 포토레지스트 코팅을 남기기 위해, 코팅 상에 광 이미지를 집속시킴으로써 동작하는 포토리소그래피 장치가 사용될 수 있다. 이어서, 층의 코팅되지 않은 부분들이 제거되도록 기판이 식각되어, 원하는 회로 피쳐들이 남을 수 있다.
일련의 층들이 순차적으로 증착되고 식각됨에 따라, 기판의 외측 또는 최상위 표면은 점점 더 비-평면이 되는 경향이 있다. 이러한 비-평면 표면은, 집적 회로 제조 공정의 포토리소그래피 단계들에서 문제들을 나타낸다. 예컨대, 포토리소그래피 장치를 사용하여 포토레지스트 층 상에 광 이미지를 집속시키는 능력은, 비-평면 표면의 피크들과 밸리들 사이의 최대 높이차가 장치의 초점 심도를 초과하는 경우 손상될 수 있다. 따라서, 기판 표면을 주기적으로 평탄화할 필요가 있다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 평탄화의 하나의 용인된 방법이다. 화학적 기계적 연마는 전형적으로, 화학적으로 반응성인 작용제를 함유하는 슬러리에서 기판을 기계적으로 마모시키는 것을 포함한다. 연마 동안, 기판은 전형적으로, 캐리어 헤드에 의해 연마 패드에 맞닿게 유지된다. 연마 패드는 회전할 수 있다. 캐리어 헤드가 또한 회전할 수 있고, 연마 패드에 대해 기판을 이동시킬 수 있다. 캐리어 헤드와 연마 패드 사이의 움직임의 결과로서, 화학 용액 또는 화학 슬러리를 포함할 수 있는 화학물질들이 화학적 기계적 연마에 의해 비-평면 기판 표면을 평탄화시킨다.
일 양상에서, 화학적 기계적 연마 시스템은, 연마 패드를 유지하기 위한 지지부, 연마 공정 동안 연마 패드에 맞닿게 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드, 기판 상의 물질의 양에 의존하는 신호를 생성하도록 구성되는 인-시튜 모니터링 시스템, 연마 공정의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 시스템, 및 인-시튜 모니터링 시스템 및 온도 제어 시스템에 결합되는 제어기를 포함한다. 제어기는, 온도 제어 시스템으로 하여금, 신호에 대한 응답으로 연마 공정의 온도를 변화시키게 하도록 구성된다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
온도 제어 시스템은, 연마 패드 상으로 열을 지향시키기 위한 적외선 가열기, 지지부 또는 캐리어 헤드에 있는 저항성 가열기, 지지부 또는 캐리어 헤드에 있는 열전 가열기 또는 냉각기, 연마 패드에 연마 액체가 전달되기 전에 연마 액체와 열을 교환하도록 구성되는 열 교환기, 또는 지지부에 있는 유체 통로를 갖는 열 교환기를 포함할 수 있다.
인-시튜 모니터링 시스템은, 연마 공정 동안 하부 층의 노출을 검출하도록 구성될 수 있고, 제어기는, 하부 층의 노출을 검출하는 것에 대한 응답으로 연마 공정의 온도를 변경하도록 구성될 수 있다. 그 함수는, 기판의 하부 층의 노출의 변화들에 따라 불연속적인 계단 함수일 수 있다.
인-시튜 모니터링 시스템은, 연마 공정 동안 층의 두께 또는 제거된 양을 나타내는 값을 갖는 신호를 생성하도록 구성될 수 있고, 제어기는, 신호에 대한 응답으로 연마 공정의 온도를 변화시키도록 구성될 수 있다. 신호의 값은, 층의 두께 또는 제거된 양에 비례할 수 있다. 그 함수는, 기판의 층의 두께의 연속 함수일 수 있다. 제어기는, 온도 제어 시스템으로 하여금, 신호의 값이 임계치와 교차하는 것에 대한 응답으로 연마 공정의 온도를 변경, 예컨대, 증가 또는 감소시키게 하도록 구성될 수 있다. 신호의 값이 임계치와 교차하는 것은, 층의 남아 있는 두께가 임계 두께 미만으로 떨어졌음을 표시할 수 있고, 제어기는, 층의 남아 있는 두께가 임계 두께 미만으로 떨어지는 것에 대한 응답으로, 온도를, 예컨대 적어도 10 ℃만큼 감소시키도록 구성될 수 있다. 제어기는, 목표 연마 특성을 달성하기에 충분한 양만큼 온도를 조정하도록 구성될 수 있다.
센서가 연마 공정의 온도를 모니터링할 수 있고, 제어기는 센서로부터 신호를 수신할 수 있고, 제어기는, 센서로부터의 측정된 온도를 원하는 온도로 유도하기 위한 온도 제어 시스템의 폐쇄 루프 제어를 포함할 수 있다.
인-시튜 모니터링 시스템은, 광학 모니터링 시스템, 와전류 모니터링 시스템, 마찰 센서, 모터 전류 또는 모터 토크 모니터링 시스템 또는 온도 센서를 포함할 수 있다.
다른 양상에서, 화학적 기계적 연마 방법은, 연마 패드에 맞닿게 기판을 유지하는 단계, 기판의 연마 동안 인-시튜 모니터링 시스템으로 기판 상의 물질의 양을 모니터링하고 물질의 양을 표시하는 신호를 생성하는 단계, 및 신호에 대한 응답으로 온도 제어 시스템으로 하여금 연마 공정의 온도를 변화시키게 하는 단계를 포함한다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
온도 제어 시스템으로 하여금 온도를 변화시키게 하는 것은, 적외선 가열기로부터의 열을 연마 패드 상으로 지향시키는 것, 연마 패드를 지지하는 플래튼에 있는 저항성 가열기에 전력을 공급하는 것, 연마 액체를 가열하는 것, 또는 세정액을 가열하는 것 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
기판의 두께의 함수로서 연마 공정의 원하는 온도를 표시하는 데이터가 저장될 수 있다. 인-시튜 모니터링 시스템은, 연마 공정 동안 하부 층의 노출을 검출하도록 구성될 수 있고, 그 함수는, 기판의 하부 층의 노출에 의해 촉발되는 계단 함수일 수 있다. 인-시튜 모니터링 시스템은, 연마 공정 동안 연마되고 있는 층의 두께를 나타내는 값을 생성할 수 있고, 그 함수는, 층의 두께의 연속 함수일 수 있다.
본원에 설명된 화학적 기계적 연마 장치의 잠재적인 이점은, 그 장치가 연마 동작 동안 기판 상의 물질의 디싱(dishing) 및 침식을 제어하거나 제한할 수 있다는 것이다. 디싱 및 침식의 양이 하나의 연마 동작으로부터 다음 연마 동작까지 더 일관될 수 있고, 웨이퍼 간 불균일성(WTWNU; wafer-to-wafer non-uniformity)이 감소될 수 있다. 연마 공정의 반복가능성이 개선될 수 있다. 벌크 연마 동작 동안 처리량이 유지되거나 증가될 수 있다.
하나 이상의 실시예의 세부사항들이 첨부한 도면들 및 아래의 설명에서 기재된다. 다른 양상들, 특징들 및 이점들은, 설명 및 도면들로부터, 그리고 청구항들로부터 명백해질 것이다.
도 1은, 화학적 기계적 연마 시스템의 주요 구성요소들의 블록도이다.
도 2는, 연마시스템, 이를테면 도 1의 연마 시스템을 제어하기 위한 동작들을 도시하는 흐름도이다.
다양한 도면들에서 동일한 참조 기호들은 동일한 요소들을 표시한다.
도 2는, 연마시스템, 이를테면 도 1의 연마 시스템을 제어하기 위한 동작들을 도시하는 흐름도이다.
다양한 도면들에서 동일한 참조 기호들은 동일한 요소들을 표시한다.
CMP 공정의 전체 효능은, 연마되고 있는 물질뿐만 아니라 연마 공정의 온도, 예컨대, 연마 패드의 표면에서의 온도 및/또는 연마 액체의 온도 및/또는 웨이퍼의 온도에 의존할 수 있다. 일부 연마 공정들, 예컨대 금속의 벌크 연마의 경우, 더 높은 온도는 더 높은 연마율을 제공할 수 있고, 따라서, 더 높은 처리량을 제공하는 데 바람직하다. 임의의 특정 이론에 제한됨이 없이, 이는, 더 높은 온도가 화학물질의 반응성을 증가시키기 때문일 수 있다.
반면에, 일부 연마 공정들, 예컨대 하부 층 ― 예컨대, 배리어, 라이너 또는 산화물 층 ― 이 노출되는 공정들의 경우, 더 낮은 온도는, 토포그래피, 예컨대, 디싱 또는 침식, 및/또는 연마 균일성을 개선할 수 있다. 그러한 공정들의 예들은, 금속 소거, 배리어 층 제거, 및 과다연마(overpolishing)를 포함한다. 또한 임의의 특정 이론에 제한됨이 없이, 이는, 더 낮은 온도가 연마 공정에서의 더 낮은 선택도를 초래하기 때문일 수 있다.
그러나, 기판 상의 물질의 양을 표시하는 신호에 대한 응답으로 CMP 공정의 온도를 조절함으로써 침식 및 디싱과 같은 CMP 효과들을 제어하거나 완화시키면서 처리량이 유지 또는 증가될 수 있다.
도 1을 참조하면, 화학적 기계적 연마(CMP) 장치(10)는, 연마 패드(14)를 지지하기 위한 플래튼(12)을 포함한다. 플래튼(12)은, 연마 동작 동안 플래튼(12)을 회전시키는 모터(20)의 구동 샤프트(18)의 단부 상에 장착된다. 플래튼(12)은, 열 전도성 물질, 예컨대 알루미늄으로 만들어질 수 있다.
전형적으로, 연마 패드(14)는, 접착식으로 플래튼(12)에 부착된다. 연마 패드(14)는, 예컨대, 종래의 연마 패드, 고정식 연마 패드 등일 수 있다. 종래의 패드의 예는, IC1000 패드(델라웨어 주 뉴어크의 로델(Rodel))이다. 연마 패드(14)는 연마 표면(34)을 제공한다.
캐리어 헤드(36)는 플래튼(12)과 대면하고, 연마 동작 동안 기판(16)을 유지한다. 캐리어 헤드(36)는 전형적으로, 연마 동안 그리고 플래튼(12)이 또한 회전하는 것과 동시에 캐리어 헤드(36)를 회전시킬 수 있는 제2 모터(40)의 구동 샤프트(38)의 단부 상에 장착된다. 다양한 구현들은, 예컨대, 캐리어 헤드(36)가 회전하는 동안 연마 패드(14)의 연마 표면(34) 위에서 측방향으로 캐리어 헤드(36)를 이동시킬 수 있는 병진 모터를 더 포함할 수 있다.
캐리어 헤드(36)는, 지지 조립체, 예컨대 피스톤형 지지 조립체(42)를 포함할 수 있다. 지지 조립체(42)는, 환형 유지 링(43)에 의해 둘러싸일 수 있다. 지지 조립체(42)는, 유지 링(43)의 중앙 개방 구역 내부에, 기판 수용 표면, 이를테면 가요성 멤브레인을 갖는다. 지지 조립체(42) 뒤의 가압가능 챔버(44)는, 지지 조립체(42)의 기판 수용 표면의 위치를 제어한다. 챔버(44) 내의 압력을 조정함으로써, 연마 패드(14)에 맞닿게 기판(16)을 누르는 압력이 제어될 수 있다. 더 구체적으로, 챔버(44) 내의 압력의 증가는, 지지 조립체(42)로 하여금 더 큰 힘으로 연마 패드(14)에 맞닿게 기판(16)을 밀게 하며, 챔버(44) 내의 압력의 감소는 그 힘을 감소시킨다.
연마 시스템은 연마 액체 전달 시스템을 포함한다. 예컨대, 펌프는, 연마 액체를 공급 저장소(60)로부터 연마 액체 전달 튜브(58), 예컨대, 파이프 또는 가요성 튜빙을 통해 연마 패드(14)의 표면으로 지향시킬 수 있다. 일부 구현들에서, 연마 패드(14)는 연마재를 포함하고, 연마 액체(56)는 전형적으로, 연마 공정에 도움을 주는 화학물질들과 물의 혼합물이다. 일부 구현들에서, 연마 패드(14)는 연마재를 포함하지 않고, 연마 액체(56)는 화학물질 혼합물 중에 연마재를 함유할 수 있는데, 예컨대, 연마 액체는 슬러리일 수 있다. 일부 구현들에서, 연마 패드(14) 및 연마 액체(56) 둘 모두가 연마재를 포함할 수 있다.
연마 시스템은 또한, 패드 세정 시스템, 이를테면, 세정액, 예컨대 탈이온수(72)를 탱크(74)로부터 연마 패드(14)의 표면(34)으로 전달하는 전달 튜브(70)를 포함할 수 있다.
화학적 기계적 연마 장치(10)는 또한 인-시튜 모니터링 시스템(66), 예컨대, 연마 표면(34) 아래에 위치되는 와전류 모니터링 시스템 또는 광학 모니터링 시스템을 포함한다. 다른 가능성들은, 기판과 연마 패드 사이의 마찰을 검출하기 위한 마찰 모니터링 시스템, 모터들(20 및/또는 40)에 의해 사용되는 토크 또는 전류를 모니터링하기 위한 모터 토크 또는 모터 전류 모니터링 시스템, 연마 액체의 화학물질을 모니터링하기 위한 화학물질 센서, 또는 연마 공정의 온도, 예컨대, 연마 패드(14) 및/또는 연마 액체 및/또는 웨이퍼(16)의 온도를 모니터링하기 위한 온도 센서, 예컨대, 아래에 논의되는 열전대(162) 또는 적외선 카메라(164)를 포함한다. 인-시튜 모니터링 시스템(66)은, 기판 상의 물질의 양에 의존하는(그리고 그에 따라 그 양을 표시하는) 신호를 생성하도록 구성된다.
기판(16) 상의 물질의 양은, 이진 값으로서 표현될 수 있다(즉, 물질이 존재하거나 존재하지 않는 것으로 표현될 수 있음). 예컨대, 마찰 모니터링 시스템, 모터 토크 또는 모터 전류 모니터링 시스템, 또는 와전류 모니터링 시스템 또는 온도 모니터링 시스템으로부터의 신호에서의 갑작스런 변화는, 하부 층의 노출, 및 연마되고 있던 위에 놓인 물질이 이제 존재하지 않는다는 것을 표시할 수 있다.
신호는 또한, 물질의 두께를 나타내는 값, 예컨대, 그에 비례하는 값, 또는 예컨대, 피쳐들의 디싱 및/또는 침식으로 인해 제거되거나 손실된 물질의 양을 나타내는 값, 예컨대, 그에 비례하는 값일 수 있다. 예컨대, 와전류 모니터링 시스템 또는 광학 모니터링 시스템으로부터의 측정치들은, 실제 두께 측정치들로, 또는 두께에 비례하는 값들로, 또는 연마 동작을 통한 진행을 표현하는 값들로 변환될 수 있다. 일반적으로, 신호는 두께에 따라 단조적으로 변할 수 있다.
화학적 기계적 연마 장치(10)는, 연마 공정의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 시스템(100)을 포함한다. 온도 제어 시스템(100)은, 제어기(102), 예컨대, 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 인-시튜 모니터링 시스템(66)으로부터 신호를 수신하고 인-시튜 모니터링 시스템(66)의 출력에 대한 응답으로 온도를 제어하기 위한 연마 시스템의 다양한 구성요소들을 제어하는 프로그래밍된 컴퓨터 또는 특수 목적 프로세서를 포함한다.
일부 구현들에서, 온도 제어 시스템(100)은 플래튼(12)의 온도를 제어하고, 플래튼(12)은 차례로, 연마 패드(14) 및 기판(16)의 온도를 제어한다.
예컨대, 플래튼(12)은, 자신의 내부 내에 유체 순환 채널들(110)의 어레이를 포함할 수 있고, 이를 통해, 냉각제 또는 가열 유체가 동작 동안 순환될 수 있다. 펌프(112)는, 유입 튜브(116a)를 통해 예비(reserve) 탱크(114)로부터 채널들(110) 내로 유체를 지향시키고/거나 순환 채널들(110)로부터 유체를 인출하여 배출 튜브(116b)를 통해 예비 탱크(114)로 유체를 반환한다. 유입 튜브(116a) 및 배출 튜브(116b)는 구동 샤프트(18)에 있는 채널들에 연결될 수 있고, 구동 샤프트(18)는 차례로, 회전식 결합부(19)에 의해 순환 채널들(110)에 연결된다.
예비 탱크(114)를 둘러싸는 가열 및/또는 냉각 요소(118)는, 순환 시스템을 통해 유동하는 유체를, 예컨대 미리 결정된 온도로 가열하고/거나 냉각시킬 수 있으며, 그에 의해, 연마 동작 동안 플래튼(12)의 온도를 제어한다. 예컨대, 가열 요소는, 저항성 전기 가열기, 적외선 램프, 또는 예비 탱크(114)에 있는 교환 재킷 또는 코일을 통해 가열된 유체를 지향시키는 열 교환 시스템 등을 포함할 수 있다. 냉각 요소는, 예비 탱크(114)에 있는 교환 재킷 또는 코일을 통해 냉각된 유체를 지향시키는 열 교환 시스템, 펠티에(Peltier) 열 펌프 등을 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 그에 부가하여, 온도 제어 시스템(100)은, 플래튼(12)에 매립된 저항성 가열기(120) 또는 열전 냉각기, 예컨대 펠티에 열 펌프를 포함할 수 있다. 전원(122)이 플래튼(12)에 있는 저항성 가열기(120) 또는 열전 냉각기에 조정가능하게 전력을 전달하여 플래튼 온도가 제어될 수 있다. 전력은 회전식 결합부(19)를 통해서 구동 샤프트(18)를 통해 라우팅될 수 있다.
대안적으로 또는 그에 부가하여, 온도 제어 시스템(100)은, 기판의 온도를 조정하기 위한 요소를 캐리어 헤드에 포함할 수 있다. 예컨대, 유체 순환 채널들이 캐리어 헤드를 통과할 수 있고, 고온 또는 저온 액체가 채널들을 통해 펌핑되어 캐리어 헤드를 가열하고/거나 냉각시킬 수 있다. 다른 예로서, 저항성 가열기 또는 열전 냉각기, 예컨대 펠티에 열 펌프가 캐리어 헤드에, 예컨대 가요성 멤브레인에 매립될 수 있다. 전력 또는 유체는 구동 샤프트(38)를 통해 라우팅될 수 있다.
일부 구현들에서, 온도 제어 시스템(100)은, 연마 패드(14)를, 그리고 그에 따라 연마 액체(56) 및 기판(16)을 직접 가열하거나 냉각시키기 위한 가열 또는 냉각 요소를 포함한다. 예컨대, 적외선 가열기(130), 예컨대 적외선 램프가 연마 패드(14)를 가열하는 데 이용될 수 있다. 적외선 가열기(130)는, 적외선 광(132)을 연마 패드(14) 상으로 지향시키도록 플래튼(12) 위에 위치될 수 있다.
일부 구현들에서, 온도 제어 시스템(100)은, 연마 액체(56)의 온도를, 연마 패드(14)의 표면으로의 연마 액체의 전달 전에 제어한다. 예컨대, 가열/냉각 요소(140)는 저장소(60)를 둘러싸거나 그에 배치될 수 있고, 연마 액체를, 연마 액체가 연마 패드(14)에 전달되기 전에, 예컨대 원하는 온도로 가열하고/거나 냉각시키는 데 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, 온도 제어 시스템(100)은 세정액의 온도를 제어한다. 예컨대, 온도 제어 시스템(100)은, 세정액이 연마 패드(14)에 전달되기 전에 세정액의 가열 및/또는 냉각을 제공하는 가열 및/또는 냉각 요소(150)를 포함할 수 있다. 가열 및/또는 냉각 요소(150)는, 탱크(74)를 둘러싸고/거나 그에 위치될 수 있다.
온도를 제어하기 위해 액체가 플래튼에 전달되는 구현들에서, 액체가 플래튼에 전달되기 전에 액체의 온도를 감지하기 위해 센서가 사용될 수 있다. 게다가, 온도 제어 시스템(100)은, 유체의 온도를 안정화시키기 위한 피드백 시스템을 포함할 수 있다.
예컨대, 냉각제 또는 가열 유체의 온도를 모니터링하기 위해 열 센서(119)가 예비 탱크(114)에 또는 그에 인접하게 위치될 수 있다. 온도 제어 시스템(100)은, 센서(119)로부터 신호를 수신하고, 유체가 제어기(102)로부터 수신된 원하는 온도와 일치하는 온도에 이르게 하거나 그 온도로 유체를 유지하도록 가열/냉각 요소(118)의 동작을 조정하는 제어기(111)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 동작들은 제어기(102)에 의해 직접 수행될 수 있다.
다른 예로서, 열 센서(142)가 예비 탱크(60)에 또는 그에 인접하게 위치될 수 있다. 온도 제어 시스템(100)은, 연마 액체의 온도를 모니터링하기 위해 센서(142)로부터 신호를 수신하는 제어기(144)를 포함할 수 있다. 제어기(144)는, 연마 액체가 제어기(102)로부터 수신된 원하는 온도와 일치하는 온도에 이르게 하거나 그 온도로 연마 액체를 유지하도록 가열/냉각 요소(140)의 동작을 조정한다.
다른 예로서, 열 센서(152)가 예비 탱크(74)에 또는 그에 인접하게 위치될 수 있다. 온도 제어 시스템(100)은, 세정액의 온도를 모니터링하기 위해 센서(152)로부터 신호를 수신하는 제어기(154)를 포함할 수 있다. 제어기(154)는 가열/냉각 요소(150)에 결합되고, 세정액이 제어기(102)로부터 수신된 원하는 온도와 일치하는 온도에 이르게 하거나 그 온도로 세정액을 유지하도록 가열/냉각 요소(150)의 동작을 조정한다.
게다가, 제어기(102)는, 연마 공정의 온도를 표시하는 측정치들을 수신할 수 있다. 특히, 센서는, 연마 패드(14) 상의 연마 액체(56)의 온도, 및/또는 연마 패드(14)의 온도 및/또는 기판(16)의 온도를 모니터링하도록 위치될 수 있다. 예컨대, 센서는, 연마 패드(14)의 온도를 측정하기 위해 플래튼(12) 상에 배치되거나 그에 매립된 열전대(160), 또는 기판(16)의 온도를 측정하기 위해 캐리어 헤드(36)에 있는 열전대(162)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 센서는, 연마 패드(14) 및/또는 연마 패드(14) 상의 연마 액체(56)의 온도를 모니터링하기 위해 플래튼 위에 위치되는 적외선 카메라(164)를 포함할 수 있다.
연마 동안, 캐리어 헤드(36)는, 연마 표면(34)에 맞닿게 기판(16)을 유지하는 한편, 모터(20)는 플래튼(12)을 회전시키고 모터(40)는 캐리어 헤드(36)를 회전시킨다. 연마 액체 전달 튜브(58)는 물과 화학물질의 혼합물을 연마 표면(34)으로 전달한다. 연마 후에, 잔해 및 과잉 연마 액체가 전달 튜브(70)로부터의 세정액, 예컨대 물에 의해 패드 표면으로부터 세정될 수 있다.
속성상 부분적으로 화학적인 연마 공정 동안, 연마율 및 연마 균일성은 온도에 의존할 수 있다. 더 구체적으로, 연마율은 온도가 증가함에 따라 증가하는 경향이 있지만, 연마 불균일성 및 토포그래피 불균일성, 예컨대, 디싱 및/또는 침식은 온도가 증가함에 따라 감소하는 경향이 있다.
온도 제어 시스템(100)은, 기판 상의 물질의 양을 표시하는 인-시튜 모니터링 시스템(66)으로부터의 신호에 기반하여 공정 온도를 제어하도록 구성된다. 이는, 증가된 연마율과 감소된 불균일성 둘 모두, 및 제어된 표면 토포그래피, 예컨대, 제어된 디싱 및/또는 침식의 이점들을 제공할 수 있다.
특히, 온도 제어 시스템(100)은, 도 2에 예시된 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 도 2를 참조하면, 온도 제어 시스템(100), 예컨대 제어기(102)는, 신호의(그리고 그에 따라, 기판(16) 상의 물질의 양의) 함수로서 연마 공정에 대한 원하는 온도를 표시하는 데이터를 저장한다(단계 202). 이러한 데이터는, 다양한 형식들, 예컨대, 검색 테이블 또는 다항식 함수로 저장될 수 있다. 예컨대, 하부 층의 노출 시에 온도가 변경되어야 하는 일부 구현들에서, 물질의 양은 단순히 층의 존재 또는 부재로서 표시된다. 이러한 경우에서, 그 함수는, 계단 함수, 예컨대, 층의 존재 또는 부재에 따른 이진 출력일 수 있다. 예컨대, 연마가 진행됨에 따라 온도가 감소되어야 하는 일부 구현들에서, 물질의 양은 두께로서 또는 제거된 양으로서 표시된다. 이러한 경우에서, 그 함수는 두께의 연속 함수일 수 있다. 이러한 데이터는 연마 전에 설정될 수 있다.
연마 동안, 온도 제어 시스템(100)은, 기판(16) 상의 물질의 양에 의존하는 신호를 수신한다(단계 204). 예컨대, 온도 제어 시스템(100)은, 기판(16) 상의 물질의 양을 표시하는 신호를 인-시튜 모니터링 시스템(66)으로부터 수신할 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 물질의 양은, 단순히 층의 존재 또는 부재를 표시하는 이진 신호에 의해, 또는 두께 값으로서, 또는 두께 또는 제거된 물질의 양을 나타내는 값, 예컨대, 그에 비례하는 값으로서 표시될 수 있다.
물질의 양이 단순히 층의 존재 또는 부재로서 표시되는 경우들에서, 제어기(102)는, 센서(66)로부터의 신호에 기반하여 기판(16)의 하부 층의 노출을 검출하고, 그에 대한 응답으로, 원하는 온도(Td)를 조정한다(단계 206a).
물질의 양이 두께로서 표시되는 경우들에서, 제어기(102)는, 인-시튜 모니터링 시스템(66)으로부터의 신호로부터 연마되고 있는 기판(16)의 층의 두께를 결정하고, 측정된 두께에 기반하여, 원하는 온도를 결정한다(단계 206b).
제어기(102)는, 연마 공정의 온도, 예컨대, 기판(16), 연마 패드, 또는 연마 패드 상의 연마 액체의 온도를 검출한다(단계 208). 온도는, 센서, 이를테면, 열전대(160) 또는 적외선 카메라(164)에 의해 측정될 수 있다.
제어기(102)는, 원하는 온도와 매칭하도록 연마 공정의 온도를 조정한다(단계 210). 연마 공정의 온도가 원하는 온도보다 낮은 경우, 제어기(102)는 온도를 증가시킨다. 대안적으로, 기판(16)의 온도가 원하는 온도보다 높은 경우, 제어기(102)는 온도를 감소시킨다.
일반적으로, 온도의 변화는, 목표 연마 특성, 예컨대, 특정 수준의 디싱, 침식, 잔류물 제거, 물질 손실, 연마율, 두께, WIWNU 등을 달성하기에 충분하다.
온도를 제어함으로써 침식 및 디싱과 같은 바람직하지 않은 부작용들이 제한될 수 있는 것으로 여겨진다. 일부 구현들에서, 개선된 토포그래피를 달성하기 위해, 하부 층이 노출되거나 연마되고 있는 층이 임계 두께 미만으로 떨어질 때, 온도는 적어도 10 ℃만큼 감소될 수 있다.
더 균일하고 반복가능한 연마율을 달성하기 위해, 그리고 침식 및 디싱과 같은 부작용들을 감소시키기 위해, CMP에서의 온도는, 후속하는 바와 같은 하나 이상의 방식으로, 특히, 평탄화를 개선하는 목표 온도를 향해 제어될 수 있다.
도 1로 돌아가서, 온도 제어 시스템(100)은, 유체 순환 채널들(110)을 통해 순환하는 유체의 온도를 제어함으로써 연마 공정의 온도를 제어할 수 있다. 플래튼(12)이 열 전도성 물질로 만들어지기 때문에, 채널들(110)에서의 유체의 온도는 연마 패드(14)의 온도에 직접 그리고 신속하게 영향을 줄 수 있다.
온도 제어 시스템(100)은, 전원(122)에 의해 플래튼(12)에 있는 저항성 가열기(120)에 전달되는 열전 전력을 조정하여 플래튼 온도를 제어함으로써 연마 온도를 제어할 수 있다.
온도 제어 시스템(100)은, 전원(134)에 의해 플래튼(12) 위의 적외선 가열 요소(130)에 전달되는 전력의 양을 제어함으로써 연마 공정의 온도를 제어할 수 있다.
온도 제어 시스템(100)은, 연마 표면(34)에 전달되는 액체의 온도를 제어함으로써 연마 공정의 온도를 제어할 수 있다. 플래튼(12)의 온도가 위에 설명된 바와 같이 제어되는 경우라 하더라도, 이러한 프로세스는, 플래튼의 열 전도율에 따라, 원하는 만큼의 연마 표면(34)의 온도의 제어를 제공하지 못할 수 있다. 부가적인 온도 제어는, 제어된 온도의 액체를 연마 표면(34)에 전달하는 것을 포함할 수 있다.
예컨대, 제어기(102)는, 액체 전달 튜브(58)를 통해 전달되는 연마 유체(56)를 제어할 수 있다. 제어기(102)는 목표 온도를 설정할 수 있고, 이어서, 제어기(144)는, 가열/냉각 요소(140)에 전달되는 전력을 조정하여 연마 유체(56)의 온도를 예컨대 목표 온도로 제어할 수 있다.
다른 예로서, 제어기(102)는 세정액(72)을 제어할 수 있다. 제어기(102)는, 가열/냉각 요소(150)에 전달되는 전력을 조정하여 세정액의 온도를 예컨대 목표 온도로 제어할 수 있다.
다른 실시예들이 다음의 청구항들 내에 있다. 예컨대, 냉각제가 플래튼(12)에 전달되어 연마 표면(34)의 온도를 조절할 수 있는 시스템들에서, 플래튼(12)은, 위에 설명된 바와 같은 알루미늄 이외의 임의의 적절한 열 전도성 물질로 만들어질 수 있다. 게다가, 기판(16) 상의 물질의 양을 측정하기 위한 다른 알려진 기법들, 예컨대, 광학 센서가 플래튼(12)에 설치되거나 연마 패드에 매립된다. 또한, 연마 표면에 전달되는 연마 액체 또는 물의 온도는, 설명된 위치들 이외의 전달 시스템들에서의 위치들에 배치된 가열 또는 냉각 요소들에 의해 제어될 수 있다. 게다가, 액체는, 독립적인 온도 제어기가 각각의 튜브에서의 액체의 온도를 제어하는 다수의 전달 튜브들을 통해 연마 표면들로 전달될 수 있다.
다단계 금속 연마 공정, 예컨대 구리 연마는, 연마 단계를 중단하기 위해 인-시튜 모니터를 사용하지만 온도 제어 없이 제1 연마 패드(14)로 제1 플래튼(12)에서 구리 층의 벌크 연마가 수행되는 제1 연마 단계, 및 배리어 층이 노출 및/또는 제거되고 위에 논의된 온도 제어 절차를 사용하는 제2 연마 단계를 포함할 수 있다.
본원에 설명된 시스템들의 제어기(102) 및 다른 컴퓨팅 디바이스들 부분은, 디지털 전자 회로로 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 예컨대, 제어기는 컴퓨터 프로그램 제품, 예컨대, 비-일시적인 기계 판독가능 저장 매체에 저장되는 바와 같은 컴퓨터 프로그램을 실행하기 위한 프로세서를 포함할 수 있다. 그러한 컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 또는 코드로 또한 알려져 있음)은, 컴파일 또는 해석되는 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있고, 이는 독립형 프로그램 또는 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하는 임의의 형태로 배포될 수 있다.
본 발명의 다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어남이 없이 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
Claims (15)
- 화학적 기계적 연마 시스템으로서,
연마 패드를 유지하기 위한 지지부;
연마 공정 동안 상기 연마 패드에 맞닿게 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드;
상기 기판 상의 물질의 양에 의존하는 신호를 생성하도록 구성되는 인-시튜 모니터링 시스템;
상기 연마 공정의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 시스템; 및
상기 인-시튜 모니터링 시스템 및 상기 온도 제어 시스템에 결합되는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는, 상기 온도 제어 시스템으로 하여금, 상기 신호에 대한 응답으로 상기 연마 공정의 온도를 변화시키게 하도록 구성되고,
상기 제어기는, 상기 신호의 함수로서 상기 연마 공정의 원하는 온도를 표시하는 데이터를 저장하도록 구성되고, 상기 제어기는, 상기 연마 공정의 온도를 상기 원하는 온도를 향해 유도하도록 구성되는, 화학적 기계적 연마 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 온도 제어 시스템은, 상기 연마 패드 상으로 열을 지향시키기 위한 적외선 가열기, 상기 지지부 또는 상기 캐리어 헤드에 있는 저항성 가열기, 상기 지지부 또는 상기 캐리어 헤드에 있는 열전 가열기 또는 냉각기, 상기 연마 패드에 연마 액체가 전달되기 전에 상기 연마 액체와 열을 교환하도록 구성되는 열 교환기, 또는 상기 지지부에 있는 유체 통로를 갖는 열 교환기 중 하나 이상을 포함하는, 화학적 기계적 연마 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 인-시튜 모니터링 시스템은, 상기 연마 공정 동안 상기 기판의 하부 층의 노출을 검출하도록 구성되는, 화학적 기계적 연마 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 함수는, 상기 기판의 하부 층의 노출의 변화들에 따라 불연속적인 계단 함수를 포함하는, 화학적 기계적 연마 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 인-시튜 모니터링 시스템은, 상기 연마 공정 동안 층의 두께 또는 제거된 양을 나타내는 값을 갖는 신호를 생성하도록 구성되는, 화학적 기계적 연마 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 신호의 값은, 상기 층의 두께 또는 상기 제거된 양에 비례하는, 화학적 기계적 연마 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 함수는, 상기 기판의 상기 층의 두께 또는 상기 제거된 양에서의 변화들에 걸쳐 연속적인 연속 함수를 포함하는, 화학적 기계적 연마 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 온도 제어 시스템으로 하여금, 상기 신호의 값이 임계치와 교차하는 것에 대한 응답으로 상기 연마 공정의 온도를 변경하게 하도록 구성되는, 화학적 기계적 연마 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 신호의 값이 상기 임계치와 교차하는 것은, 상기 층의 남아 있는 두께가 임계 두께 미만으로 떨어졌음을 표시하고, 상기 제어기는, 상기 층의 남아 있는 두께가 상기 임계 두께 미만으로 떨어지는 것에 대한 응답으로 상기 온도를 감소시키도록 구성되는, 화학적 기계적 연마 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 연마 공정의 온도를 모니터링하기 위한 센서를 더 포함하며, 상기 제어기는 상기 센서로부터 신호를 수신하고, 상기 제어기는, 상기 센서로부터의 측정된 온도를 상기 원하는 온도로 유도하기 위한 상기 온도 제어 시스템의 폐쇄 루프 제어를 포함하는, 화학적 기계적 연마 시스템. - 화학적 기계적 연마 방법으로서,
연마 패드에 맞닿게 기판을 유지하는 단계;
상기 기판의 연마 공정 동안 인-시튜 모니터링 시스템으로 상기 기판 상의 물질의 양을 모니터링하고 상기 물질의 양에 의존하는 신호를 생성하는 단계;
상기 신호에 대한 응답으로 온도 제어 시스템으로 하여금 상기 연마 공정의 온도를 변화시키게 하는 단계; 및
상기 신호의 함수로서 상기 연마 공정의 원하는 온도를 표시하는 데이터를 저장하는 단계
를 포함하는, 화학적 기계적 연마 방법. - 삭제
- 제12항에 있어서,
상기 인-시튜 모니터링 시스템은, 상기 연마 공정 동안 상기 기판의 하부 층의 노출을 표시하는 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 함수는, 상기 기판의 하부 층의 노출의 변화들에 따라 불연속적인 계단형을 포함하는, 화학적 기계적 연마 방법. - 제12항에 있어서,
상기 인-시튜 모니터링 시스템은, 상기 연마 공정 동안 연마되고 있는 층의 두께 또는 제거된 양을 나타내는 값을 생성하도록 구성되고, 상기 함수는, 상기 층의 두께 또는 상기 제거된 양에서의 변화들에 걸쳐 연속적인 연속 함수를 포함하는, 화학적 기계적 연마 방법.
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