KR20000070934A - 가공품 표면을 클리닝하고 가공품 처리중에 프로브를 감시하는방법 및 장치 - Google Patents

가공품 표면을 클리닝하고 가공품 처리중에 프로브를 감시하는방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가공품, 예컨대 반도체 웨이퍼의 표면층의 실제두께를 원래 위치에서 제조공정 동안 실시간 측정할 수 있게 해주는 방법 및 장치에 관한 것이다. 프로브는 웨이퍼의 일부분이 연마패드의 외주부를 넘어 연장될 때 자신이 웨이퍼 표면과 광접촉하도록 CMP 테이블상의 연마패드의 외주부에 근접시켜 배치된다. 프로브에 의해 수신된 반사신호는 표면층의 두께를 계산하도록 분석된다. 그 대신에 반도체층의 반사특성이 반사신호의 특성에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 금속층이 언제 산화물층으로부터 제거되는지를 나타내도록 반사신호의 변화가 검출될 수 있다. 본 발명의 다른 특징에 따르면, 검사될 가공품의 국부영역으로부터 과도한 슬러리와 부스러기를 제거하기 위해 검사중에 표면에 탈이온수의 스트림을 공급할 수 있는 복수의 유체 배출구를 갖는 노즐 어셈블리가 구비된다. 제 2 유체노즐은 프로브 선단에 탈이온수의 스트림을 공급하여 종료점 검출 사이클들 사이에서 프로브 선단을 클리닝하기 위해 구비된다. 노즐 어셈블리는 또한 질소가스의 스트림을 공급하여 종료점 검출처리 동안 프로브 선단으로부터 부스러기를 벗어나게하기 위한 제 3 유체 노즐과, 질소가스의 스트림을 공급하여 종료점 검출처리 동안 프로브 선단으로부터 물과 부스러기를 제거하기 위한 제 4 유체노즐을 포함한다.

Description

가공품 표면을 클리닝하고 가공품 처리중에 프로브를 감시하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CLEANING WORKPIECE SURFACE AND MONITORING PROBES DURING WORKPIECE PROCESSING}
관련출원
본 출원은 1997년 2월 12일자로 출원된 「평탄화중의 박막층 제거를 검출하기 위한 방법 및 장치」라는 명칭의 미국특허출원 제08/798,803호의 일부 계속출원이며, 1996년 7월 6일자로 출원된 「박막층 제조과정중의 측정을 위한 방법 및 장치」라는 명칭의 미국특허출원 제08/687,710호의 일부 계속출원이다.
본 발명은 평탄화 공정 동안 반도체층의 원래위치의 종료점을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 종료점 검출공정 동안 이용되는 광측정 프로브(probe)와 반도체 가공품(workpiece) 제조과정중의 클리닝을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
배경기술 및 기술적 문제점
집적회로의 제조는 고품질 반도체 웨이퍼의 생성으로부터 시작된다. 웨이퍼 제조공정 동안 웨이퍼는 다중 마스킹 공정, 에칭공정, 유전체 및 반도체 증착공정을 거치게 된다. 이들 집적회로의 제조에는 높은 정밀도가 요구되기 때문에 웨이퍼 표면상에 생성되는 마이크로일렉트로닉 구조의 적절한 정밀도와 성능을 유지하기 위해서는 일반적으로 극단적으로 평평한 표면이 반도체 웨이퍼의 적어도 일면에 필요하다. 집적회로의 크기가 계속해서 축소되고 집적회로상의 마이크로구조의 밀도가 증가함에 따라 정밀한 표면을 갖는 웨이퍼에 대한 필요성이 더욱 중요하게 되었다. 따라서 각 공정단계 사이에서 가능하면 최상의 평탄면을 얻을 수 있도록 웨이퍼 표면을 연마하고 평탄화하는 것이 필수적이다.
화학 기계적 평탄화(CMP: Chemical Mechanical Planarization) 공정 및 장치에 대해서는 예를들면 1989년 2월 특허된 Arai 등의 미국특허 제4,805,348호와, 1992년 3월 특허된 Arai 등의 미국특허 제5,099,614호와, 1994년 7월에 특허된 Karlsrud 등의 미국특허 제5,329,732호와, 1996년 3월 특허된 Karlsrud 등의 미국특허 제5,498,196호와, 1996년 3월 특허된 Karlsrud 등의 미국특허 제5,498,199호를 참조하기 바란다. 전형적인 CMP 처리는 웨이퍼상에 원래 존재하는 하나 이상의 반도체층을 제거하는 것을 포함한다. 이들 층(텅스텐, 티타늄 등과 같은 금속재료로 형성됨)의 제거는 결과적으로 웨이퍼의 산화물층을 노출시킨다. 이러한 제거처리의 종료점은 산화물층의 노출, 금속층의 제거, 산화물층의 두께, 웨이퍼의 두께 또는 다른 측정가능한 웨이퍼의 파라미터에 의해 표시될 수 있다.
종료점 검출을 실행하기 위한 방법 및 시스템은 1997년 2월 12일자로 출원된 「평탄화하는 동안 박막층의 제거를 검출하기 위한 방법 및 장치」라는 명칭의 미국특허출원 제08/798,803호와, 1996년 7월 26일자로 출원된 「박막층 제조과정중의 측정을 위한 방법 및 장치」라는 명칭의 미국특허출원 제08/687,710호에 발표되어 있으며, 이들은 참고로 본 명세서에 포함된다. 이들 출원에 발표된 시스템은 평탄화중에 반도체 웨이퍼 표면의 반사특성을 검출하는 광프로브 장치를 이용한다. 불행하게도 웨이퍼 표면 및/또는 광프로브에 존재하는 수분, 슬러리 및 기타 처리물질이 이러한 시스템의 성능에 악영향을 미칠 수 있다.
이러한 종료점 검출처리 동안 가공품을 클리닝하는 이전의 시도는 인테로게이션 신호(interrogation signal)가 가공품의 표면과 접촉하는 지점을 지향하는 압축공기를 이용하여 왔다. 불행하게도 압축공기는 가공품 표면 및/또는 슬러리를 건조시킬 수 있으나 재료를 강화시키고 광택면을 긁히게 하는 문제점을 야기시킬 수 있었다. 게다가 압축공기는 부스러진 미립자를 가공품의 표면으로 불어버려서 미립자가 가공품에 손상을 일으키거나 슬러리의 광택특성을 변경시킬 수도 있다.
발명의 개요
따라서, 본 발명의 이점은 가공품에 실행되는 평탄화 처리의 종료점을 검출하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 이점은 가공품 표면을 클리닝하고 가공품에 실행되는 평탄화 처리동안 광학적 종료점 검출 프로브를 클리닝하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 이점은 본 발명이 종료점 검출공정 동안 광 인테로게이션에 적합한 영역을 제공하도록 반도체 웨이퍼 표면을 클리닝하기 위해 물을 사용하는데 있다.
본 발명의 또 다른 이점은 본 발명이 종료점 검출공정 동안 실질적으로 일정한 신호의 발생과 검출을 용이하게 하도록 광학적 종료점 검출 프로브를 클리닝하기 위해 압축가스를 이용하는데 있다.
본 발명의 또 다른 이점은 대응하는 종료점 검출 공정의 작업 프로토콜에 따라 제어된 방식으로 광학적 종료점 검출 프로브와 가공품을 각각 클리닝하기 위해 물과 압축가스를 이용하는 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 상술한 이점은 가공품의 처리중에 가공품의 표면을 클리닝하기 위한 장치에 의해 하나의 형태로 실행될 수 있다. 이 장치는 내부에 형성된 제 1 및 제 2 유로(fluid path)를 구비하는 지지블록과, 인테로게이션 프로브(interrogation probe)를 지지블록에 결합시키는 공동(cavity)과, 가공품의 처리중에 프로브의 선단 가장 가까이로 제 1 유체를 향하게 하는 제 1 유체 배출구와, 가공품 감시 처리동안 가공품의 표면에 제 2 유체를 공급하는 제 2 유체 배출구를 포함한다. 프로브는 감시처리 동안 가공품의 표면을 인테로게이트하기 위해 이용된다.
이하, 첨부도면과 관련하여 본 발명을 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1 은 본 발명에 따른 프로브 어셈블리가 적합하게 설치된 예시적인 CMP 기기의 사시도.
도 2 는 본 발명의 프로브 어셈블리의 예시적인 방위를 나타낸 도 1의 CMP기기의 평면도.
도 3 은 웨이퍼의 표면을 샘플링하도록 구성되고, 광원, 분광계, 콘트롤러 및 디스플레이를 포함하는 본 발명에 따른 프로브의 개략도.
도 4 는 예시적인 반도체 웨이퍼의 단면도.
도 5 는 도 4에 도시된 반도체 웨이퍼의 금속층을 샘플링하는 프로브의 개략도.
도 6 은 도 5에 도시된 금속층의 샘플링에 응답하여 생성된 출력신호의 예시도.
도 7 은 도 4에 도시된 반도체 웨이퍼의 산화물층을 샘플링하는 프로브의 개략도.
도 8 은 도 7에 도시된 산화물층의 샘플링에 응답하여 생성된 출력신호의 예시도.
도 9 는 본 발명에 따라 픽스쳐(fixture)를 클리닝하는 프로브와 가공품의 사시도.
도 10 내지 도 14는 도 9에 도시된 픽스쳐의 다양한 도면.
도 15는 픽스쳐에 의해 이용될 수 있는 예시적인 노즐 어셈블리의 사시도.
도 16은 노즐 어셈블리의 분해 사시도.
도 17 내지 도 19는 점선으로 도시된 내부 유체도관을 구비하는 노즐 어셈블리의 다양한 도면.
본 발명은 광원과, 가공품으로부터 반사되는 광신호와 관련된 정보를 처리하는 콘트롤러를 이용하여, 가공품의 표면특성을 제조공정중에 검출하는 동안 가공품의 표면을 클리닝하는 픽스쳐(fixture)에 관한 것이다. 여기에서 설명되는 바람직한 실시예는 처리물질과 부스러기가 표면특성의 측정, 예컨대 반도체 웨이퍼(패턴화되거나 또는 패턴화되지 않은 웨이퍼)상의 산화물층 두께의 검출, 종료점 검출, 표면 불균일성 검출, 평탄성 등의 검출에 악영향을 미치지 않게 하기 위해 광신호를 생성하는 인테로게이션 프로브를 클리닝하도록 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 2를 참조하면 본 발명을 구현한 웨이퍼 연마장치(100)가 도시되어 있다. 웨이퍼 연마장치(100)는 이전 공정단계로부터 웨이퍼를 받아서 그 웨이퍼를 연마 및 세척하여 후속공정을 위한 웨이퍼 카세트에 다시 되돌려보내는 다중 헤드 웨이퍼 연마기기를 포함한다.
연마장치(100)를 보다 상세히 설명하면, 연마장치(100)는 로드부(102), 웨이퍼 천이부(104), 연마부(106), 웨이퍼 린스 및 언로드부(108)를 구비한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 복수의 웨이퍼를 유지하는 카세트(110)는 로드부(102)에서 기기에 적재된다. 다음으로, 로봇의 웨이퍼 캐리어 아암(112)이 카세트(110)로부터 웨이퍼를 제거하여 한번에 하나씩 그들을 제 1 웨이퍼 전달 아암(114)에 올려놓는다. 웨이퍼 전달 아암(114)은 각 웨이퍼를 차례로 들어올려서 웨이퍼 천이부(104)로 옮겨놓는다. 즉, 전달아암(114)이 개개의 웨이퍼를 웨이퍼 천이부(104)내의 회전 테이블(120)상에 위치한 복수의 웨이퍼 픽업부(116) 위에 적당히 올려놓는다. 회전 테이블(120)은 또한 픽업 스테이션(116)과 번갈아 있는 복수의 웨이퍼 강하부(118)를 포함한다. 웨이퍼가 복수의 픽업부(116) 중의 하나에 위치된 후, 테이블(120)은 새로운 픽업부(116)가 전달아암(114)과 일치하도록 회전한다. 전달아암(114)은 다음 웨이퍼를 새로운 빈 픽업부(116) 위에 위치시킨다. 이 공정은 모든 픽업부(116)가 웨이퍼로 채워질 때까지 계속된다. 본 발명의 예시된 실시예에서, 테이블(120)은 5개의 픽업부(116)와 5개의 강하부(118)를 포함한다.
다음으로 별개의 웨이퍼 캐리어 요소(124)를 포함하는 웨이퍼 캐리어 장치(122)는 각각의 캐리어 요소(124)가 각각의 픽업부(116)에 존재하는 웨이퍼 바로 위에 위치되도록 테이블(120) 위에 정렬된다. 그리고 캐리어 장치(122)는 각 부로부터 웨이퍼를 강하 및 픽업하여 웨이퍼가 연마부(106) 위에 위치되도록 측방으로 웨이퍼를 이동시킨다. 일단 연마부(106) 위에서 캐리어 장치(122)는 개개의 캐리어 요소(124)에 의해 유지된 웨이퍼를 랩휠(128) 상단에 위치한 연마패드(126)와 동작결합하게 적절히 낮추어 준다. 동작중에 랩휠(128)은 연마패드(126)를 그 수직축을 중심으로 회전시킨다. 동시에 개개의 캐리어 요소(124)는 웨이퍼를 그들 각각의 수직축을 중심으로 회전시키고, 그들이 연마패드를 누를 때 연마패드(126)를 가로질러(실제로는 화살표 133을 따라) 앞뒤로 웨이퍼를 진동시킨다. 이러한 방식으로 웨이퍼의 저면이 연마되어 평탄화된다.
적당한 시간의 주기후에 웨이퍼는 연마패드(126)로부터 제거되고 캐리어 장치(122)는 웨이퍼를 다시 천이부(104)로 이송한다. 캐리어장치(122)는 개개의 캐리어 요소(124)를 낮추어 웨이퍼를 강하부(118) 위에 올려놓는다. 웨이퍼는 제 2 전달아암(130)에 의해 강하부(118)로부터 제거된다. 전달아암(130)은 천이부(104)로부터 각 웨이퍼를 적당하게 들어올려 웨이퍼 린스 및 언로드부(108)에 전달한다. 언로드부(108)에서 전달아암(130)은 웨이퍼가 린스되는 동안 웨이퍼를 지지한다. 전면 린스후에 이들 웨이퍼는 카세트(132)에 다시 로드되며, 이 카세트는 추가의 처리 또는 패키징을 위해 후속 부로 이동된다.
비록 CMP 기기(100)가 5개의 연마부를 가지는 것으로 도시되어 있지만 본 발명은 실제상황에서는 임의 수의 연마부가 이용될 수 있다. 게다가 본 발명은 모든 연마부가 한번에 기능하지 않는 환경에서도 또한 사용될 수 있다. 예컨대 많은 표준 웨이퍼 카세트는 하나의 카세트에 25개까지의 개별 가공품을 운반할 수 있다. 결국, 하나의 CMP 기기상에 5개의 가공품 척(chuck)이 존재하기 때문에 흔히 하나의 카세트내의 마지막 4개의 디스크는 한번에 연마되고 다섯 번째의 디스크홀더는 빈 채로 남겨진다.
계속해서 도 2를 참고하면, 프로브 어셈블리(127)는 각 캐리어 요소(124)에 근접한 연마패드(126)의 외주 가장자리 부근에 적당하게 구성된다. 보다 구체적으로 본 발명의 바람직한 실시예에서 각각의 캐리어 요소는 화살표 133을 따라 전후로 적당하게 진동하며, 각 캐리어 요소(124)는 또한 캐리어 요소(124)의 수직축을 중심으로 가공품을 적당하게 회전시킨다. 동시에 랩휠(128)과 패드(126)는 그들 수직축을 중심으로, 예컨대 화살표 134로 표시된 방향과 반시계 방향으로 회전하도록 구성된다.
특히 바람직한 실시예에 따라 각 캐리어 요소(124)는 적어도 각 가공품의 외측 반경의 부분이 테이블(126)의 외측 가장자리를 넘어 연장되도록 화살표 125를 따라 테이블(126)의 중심으로부터 방사상으로 주기적으로 연장되게 구성된다. 연마 테이블(126)의 외부 가장자리를 교차시킴으로써 가공품에 대해 표면재료 두께의 정보, 원하는 재료의 제거율 및 제거층의 범위를 구할 수 있다. 가공품이 화살표 125를 따라 연마패드의 외주부를 넘어 연장될 때 가공품의 표면을 향하는 저면이 도 3과 관련하여 상세히 후술되는 바와 같이 프로브 어셈블리(127)에 의해 편리하게 광학적으로 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따라 장치(100)는 연마공정동안 연마패드(126) 상에 웨이퍼 또는 웨이퍼 조각이 존재하는지를 검출하는데 유용한 프로브 어셈블리(129)로 구성될 수 있다. 이러한 본 발명의 특징에 따라 만약 예외적인 것임을 나타내는 시간 및/또는 위치에서 웨이퍼나 웨이퍼 조각이 패드상에서 검출되면 CMP기기(100)가 셧다운되도록 구성될 수 있다. 프로브 어셈블리(129)의 동작에 대한 상세한 설명은 1996년 7월 17일자 「CMP 환경에서 가공품 제조공정중의 검출을 위한 방법 및 장치」라는 명칭으로 출원된 미국특허출원 제08/683,150호에 상세히 설명되어 있다.
이제 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 프로브 어셈블리(127)의 전형적인 실시예는 프로브(316)와, 유체를 가공품(306)(예컨대, 반도체 웨이퍼 디스크)의 하면 또는 프로브(316)로 적당하게 지향하게 하는 복수의 유체 배출구(도 3에서는 도시생략)를 구비하는 픽스쳐(310)와, 광원(322)과, 분광분석기(324)와, 콘트롤러/프로세서(326)와, 디스플레이(328)를 구비한다.
도 3은 도 1 및 도 2와 관련하여 상술한 바와 같이 연마패드(126)에 의해 연마되는 가공품의 예를 나타낸다. 명료화를 위해 도 3에서는 캐리어 요소(124)와 다른 구성요소를 생략한다. 픽스쳐(310)는 적어도 가공품의 일부분이 연마면(126)의 외주 가장자리로부터 벗어나 연장될 때 클리닝 유체가 가공품의 저면(304)을 지향하도록 패드의 외주부(330)에 근접하여 적절하게 장착된다.
실시예에서, 프로브(316)는 하면(304) 상의 영역(314)을 향하여 광대역(예컨대, 백색광) 인테로게이션 신호를 출력한다. 즉, 프로브(316)에 의해 방출된 광의 일부분이 반사되어 영역(314)으로부터 반사되거나 산란되고 프로브(316)에 의해 포착된다. 보다 상세하게는 후술하는 바와 같이, 픽스쳐(310)는 영역(314)으로부터 슬러리의 제거를 용이하게 하기 위해 클리닝 유체를 표면(304)에 공급하도록 구성되는 것이 바람직하다. 프로브(316)는 광원(322)으로부터의 광이 투과하여 프로브(316)와 가공품(306)의 하면(304)에까지 다다르게 하는 투과기 케이블(318)을 포함한다. 이와 유사하게 프로브(316)는 프로브(316)로부터의 반사광을 수신하여 분광계(324)로 투과시키는 리셉터 케이블(320)을 포함하는 것이 바람직하다. 가공품의 하면은 원하는 속도로 프로브 어셈블리(127)에 의해 샘플링될 수 있으며, 이 샘플링은 거의 연속적일 수 있는 것으로 여겨진다.
광원(322)은 원하는 광신호(예컨대, 광대역, 협대역 또는 단색성의)를 생성하여 가공품(306)의 표면(304)으로 투과시킨다. 예컨대, 350∼2000나노미터의 범위, 가장 바람직하게는 400∼850나노미터의 범위를 갖는 광대역 광신호를 방출할 수 있는 적합한 소스(예를들면, 텅스텐 할로겐 광원)가 허용될 수 있다. 본 발명에 따라 적합한 할로겐 광원은 미국 매사추세츠의 Gilway Corporation으로부터 입수가능한 모델번호 L73A98을 포함한다.
비록 케이블(318, 320)은 바람직한 실시예에서 광섬유 케이블을 포함하지만, 가공품(306)에 적절한 인테로게이션 신호(예컨대, 광신호)를 만족스럽게 공급하고 가공품(306)에 의해 반사된 신호의 적어도 일부분을 포착할 수 있는 것이라면 실질적으로 어떠한 도체라도 이용될 수 있다. 더욱이 본 명세서에서 설명된 바람직한 실시예가 비록 광신호를 이용하고 있지만 가공품의 표면을 인테로게이트하기 위하여 이용될 수 있는 편리한 형태, 예를들면, 음향신호, 자기신호 등이면 이용할 수 있다.
분광계(324)는 가공품(306)의 하면(304)으로부터 반사된 신호를 해석할 수 있는 어떠한 회로도 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 분광계(324)는 미국 캘리포니아 프레몬트의 Mission Peak Optic Company로부터 입수가능한 PCMCIA기반의 분광계 모델번호 PS1000을 포함한다. 그 대신 분광계(324)는 모델번호 PC1000(이것 또한 Mission Peak Optics Company로부터 입수가능함)인 PC 플러그인 장치로서 구성될 수 있다.
콘트롤러(326)는 분광계(324)로부터 출력신호(332)를 수신하고 그 출력신호(332)로부터 다양한 파라미터를 계산할 수 있는 범용 콘트롤러에 의해 실현될 수 있다. 바람직한 실시예에서 콘트롤러(326)는 출력신호(332)를 해석하여 가공품(306)의 영역(314)에 존재하는 산화물층의 두께를 유도하도록 구성된다. 특히 바람직한 실시예에서 콘트롤러(326)는 범용 퍼스널 컴퓨터에서 실행될 수 있으며, 특정 응용 소프트웨어의 명령에 응답할 수 있다.
컨트롤러(326)는 또한 신호(334)를 디스플레이 터미널(328)에 출력하도록 구성된다. 바람직한 실시예에서, 신호(334)는 영역(314)에서의 산화물층의 두께를 나타낸다. 그러나 이것은 어떤 파라미터의 수가 디스플레이 모듈(328)과 관련된 스크린에 편리하게 표시될 수 있도록 신호(334)가 가공품(306)의 표면(304) 또는 영역(314)과 관련된 특성 또는 임의의 적합한 정보를 구체화하는 것으로 이해된다. 예를들면 신호(334)는 제 2 반도체층(후술함)으로부터 제 1 반도체층이 제거됨을 나타내는 정보를 전달할 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에서 시간에 대한 산화물층의 두께에 따른 그래프가 도시되어 있다.
계속해서 도 3을 참조하면, 디스플레이 터미널(328)은 원하는 포맷으로 가공품(306)의 하면(304)에 관한 정보(예컨대, 산화물층의 두께나 노출된 층의 재료 성분)를 디스플레이하도록 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 시간축에 대한 두께의 그래프에서, 원하는 두께에 도달하는데 필요한 나머지 처리시간은 조작자가 시각적으로 평가할 수 있으나, 그 대신에 콘트롤러(326)가 주어진 압력에 대하여 원하는 두께에 도달하는데 필요한 시간을 "예측"하고, 또한 조작자에게 나머지 시간을 디스플레이하도록 구성할 수 있다. 그 대신 콘트롤러는 예컨대 검사중에 가공품에 대응하는 특정 캐리어 요소(124)와 관련된 압력 또는 다른 동작 파라미터를 변화시키도록 기기(100)의 주콘트롤러에 제 2 출력신호(342)를 전송한다. 예를들어 만약 모든 가공품이 거의 동일한 시간에 그들의 처리를 완료하고, 하나 이상의 가공품이 다른 가공품보다 원하는 두께에 더욱 가까워지는 것이 바람직하면, 적은 재료가 제거되도록 남는 가공품에 대한 압력을 감축 및/또는 비교적 많은 양의 재료가 제거되도록 남는 가공품에 대한 압력을 증가시키는 것이 유리하다.
이와 관련하여 본 발명자들은 반도체 웨이퍼상의 산화물층의 통상적인 원하는 재료의 제거속도가 1분당 약 1,000∼5,000옹스트롬의 범위를 갖는 것으로 결정했다. 상이한 샘플링 주기에 대한 두께의 차이를 계산하여 실시간 또는 평균적인 재료제거 속도를 발생시키도록 콘트롤러(326)를 적절하게 구성할 수 있다. 바람직한 실시예에 따라 원할 때 제거속도를 증가 또는 감소시키기 위해 신호(342)를 출력하도록 콘트롤러(326)를 적당하게 구성할 수 있다.
계속해서 도 3을 참조하면, 픽스쳐(310)는 임의의 편리한 방식으로, 예컨대 픽스쳐를 기기(100)와 결합한 프레임에 적절한 체결기구를 사용하여 부착함으로써 기기(100)에 장착될 수 있다. 게다가 프로브(316)에 의한 인테로게이션 동안 각각의 프로브(316)가 가공품(306)의 표면(304)에 근접하여 위치되도록, 예를들어 가공품(306)으로부터 0.1∼0.5인치, 가장 바람직하게는 0.3인치의 범위에 위치되도록 각각의 픽스쳐(310)를 배치할 수 있다. 비록 이러한 환경이 때때로 슬러리 방울과 물에 의해 스프레이되더라도 픽스쳐(310)는 슬러리가 프로브(316)의 동작을 저해하는 것을 방지해주는 클리닝 유체를 방출하는 다수의 유체 배출구(후술함)를 포함하는 것이 바람직하다. 도 9∼도 19를 참조하여 픽스쳐(310)의 바람직한 실시예에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
특히 바람직한 실시예에 따라, 원하는 두께(340)가 달성된 것으로 결정되면 프로브 어셈블리(127)는 출력신호(342)를 기기(100)로 지향시켜 특정 가공품(306)의 처리를 종료하도록 구성된다. 이러한 방식으로 비록 일단 가공품(306)이 제거된 산화물층의 두께를 입증하는 것이 여전히 바람직하지만 산화물층의 실제 두께에 있어서는 매우 높은 정밀도가 얻어진다. 본 발명의 이러한 특징에 따라 추가의 재료제거를 위해 기기(100)에 다시 부분적으로 완성된 웨이퍼를 위치시킬 필요가 없어진다. 이와 유사하게 너무 많은 산화물층을 제거하여 웨이퍼의 질을 저하시킬 위험성을 또한 상당히 줄일 수 있다. 이 점에서 본 발명은 산화물층이 처음 노출되는 시점을 표시하도록 대체 구성될 수 있다(후술함).
상술한 바와 같이, 본 발명은 텅스텐층이나 티타늄층과 같은 제 1 재료층이 산화물층과 같은 제 2 재료층으로부터 언제 제거되는지를 검출하도록 사용될 수 있다. 본 발명은 반도체, 도체 또는 반도체 웨이퍼에 존재하는 다른 층을 검출하기에 적합한 것이다. 본 명세서에서는 예시적인 목적만을 위해 반도체층이 설명되어 있으나, 본 발명이 이러한 층들의 검출에만 한정되는 것은 아니다. 도 4는 전형적인 반도체 웨이퍼(600)의 단면도이다. 물론, 웨이퍼(600)의 치수는 예시적인 목적을 위해 과장되게 확대되어 있다. 웨이퍼(600)는 실리콘 기판 베이스(602), 산화물층(이산화실리콘층)(604), 티타늄층(606), 질화티타늄층(608) 및 텅스텐층(610)을 포함한다. 종래의 반도체 제조기술에 따르면 다수의 플러그(611)가 웨이퍼(600)내에 형성될 수 있다.
평탄화하는 동안 텅스텐층(610), 질화티타늄층(608) 및 티타늄층(606)과 같은 금속성의 상층은 웨이퍼(600)로부터 제거되지만, 일부재료는 결합 플러그(611)내에 남게된다. 재료제거는 산화물층(604)이 노출되면 종료(또는 저하)되는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 본 발명은 평탄화 공정을 최적화하도록 산화물층(604)의 두께를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 당업자라면 특정층의 구성과 각종층의 성분을 웨이퍼로부터 생성되는 장치에 따르는 웨이퍼로 변경할 수 있다.
다음의 상세한 설명을 위해 웨이퍼(600)의 제 1 영역(612)은 산화물층(604) 위의 웨이퍼(600)의 부분으로 정의된다. 제 2 영역(614)은 산화물층(604), 실리콘 베이스(602) 및 산화물층(604)의 하부에 형성되는 다른 층(도시 생략)을 포함하는 웨이퍼의 부분으로 정의된다. 비록 티타늄층(606)으로부터 산화물층(604)으로의 천이가 본 명세서에 설명되어 있지만 본 발명은 현저한 광학적 반사특성을 가지는 임의의 두 재료층으로부터의 천이를 검출하기에 적합하다. 이러한 적응성은 상술한 것과 다른 검출 알고리즘의 응용 및/또는 추가공정 또는 대체공정을 필요로 한다.
금속층의 종료점 검출특징은 웨이퍼(600)내의 여러 반도체층의 구별가능한 반사특성을 이용한다. 도 5는 입력 인테로게이션 신호(616)를 웨이퍼(600)에 지향하게 하는 프로브(316)(도 3에 도시)를 나타낸다. 입력신호(616)는 웨이퍼(600)의 상면(620)에 대해 약 80∼100도의 각도, 바람직하게는 약 90도의 각도로 웨이퍼(600)를 향해 지향된다. 도 5에 도시된 금속층(618)은 텅스텐, 구리, 티타늄, 질화티타늄 등과 같은 금속성분의 반도체재료를 총칭하기 위한 것이다. 금속층(618)의 특징은 입력신호(616)를 반사시킨다는 것이다.
도 6은 연속된 금속층(618)의 존재에 따라 발생되어 디스플레이 터미널(328)(도 3 및 후속설명 참조)에 디스플레이되는 출력(622)을 나타낸다. 플랫 출력(또는 다른 소정의 디스플레이나 인디케이터)은 프로브(316)에서 검출된 반사신호가 소정의 임계값보다 작다는 것을 나타낼 수 있다. 그 대신, 같은 출력은 프로브(316)에서 검출된 반사신호가 산화물층(604)으로부터 반사된 신호와는 구별되는 어떤 검출가능한 특성을 갖는다는 것을 나타낸다. 예컨대, 반사신호 자체는 금속층(618)으로부터 반사될 때의 단조특성(monotonic characteristic)과 산화물층(604)(또는 비금속층)으로부터 반사될 때의 정현특성을 갖는다.
본 발명의 실시예의 추가의 특징에 따르면 이러한 디스플레이를 생성하는 외에도, 적합한 처리와 제어소자에 의해 웨이퍼 연마장치(100)가 계속 평탄화작업을 지시하여, 예를들면 현재의 층으로부터 추가층이나 그 이상의 재료를 제거한다.
도 7은 평탄화 공정이 산화물층(604)을 노출시킨후 웨이퍼(600)에 입력신호(616)를 지향시키는 프로브(316)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 금속층(618)은 웨이퍼로부터 제거된다. 비록 도 7에 도시되지 않았지만 텅스텐으로 형성된 여러 플러그(611)가 산화물층(604)(예를들어 도 4 참조)에 매립된 채 남아있다. 도 8은 산화물층(604)이 노출된 후 디스플레이 터미널(328)에 디스플레이될 수 있는 출력(624)을 도시한다. 정현출력(또는 다른 소정의 디스플레이나 인디케이터)은 프로브(316)에서 검출된 반사신호가 소정의 임계값보다 큰 것을 나타낸다. 그 대신에 동일한 출력은 프로브(316)에서 검출된 반사신호가 금속층(618)에서 반사된 신호와 구별되는 어떤 검출가능한 특성을 갖는다는 것을 나타낸다. 예를들어 반사신호는 금속층(618)이 제거되고 산화물층(604)이 반사면으로 된 후 정현특성으로 된다. 게다가 적합한 제어공정에 의해 웨이퍼 연마장치(100)는 평탄화 작업을 중단하거나 다음의 재료제거가 면밀하게 감시될 수 있도록 그 작업 속도가 저하된다.
이러한 방식으로 산화물층(604)의 검출은 실질적으로 CMP 환경에 존재하는 슬러리와 다른 소비물의 종류 및 양과는 무관하다. 연마패드 마찰과 모터 전류와 같은 기계적 특성에 의존하는 종래의 종료점 검출기술과 달리 이 기술은 시스템과의 물리적 상호작용에 관계없이 금속층의 제거를 효과적으로 검출할 수 있다. 당업자라면 본 발명이 제거공정 또는 평탄화 공정동안 반사적으로 구별가능한 두가지의 재료 사이의 천이를 검출하도록 이용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 예컨대 필요하면 본 발명의 처리 및 디스플레이 기능은 금속층으로부터 산화물층의 제거, 또는 다른 금속층으로부터 하나의 금속층의 제거를 검출하도록 적절하게 수정될 수 있다.
이제 도 9∼도 19를 참조하여 픽스쳐(310)를 상세히 설명하기로 한다. 픽스쳐(310)는 프로브(316)를 지지하고 저면(304)에 대하여 수직위치에 프로브(316)를 지향시키도록 구성된다. 도 9∼도 19의 바람직한 실시예에서, 픽스쳐(310)는 복수의 유체 배출구, 예컨대 가공품 린스 배출구(900), 프로브 린스 배출구(902), 부스러기 디플렉터(deflector) 배출구(904), 프로브 건조 배출구(906)를 포함한다. 배출구(900, 902, 904, 906)에 의해 분배되는 특정 유체의 종류는 그 적용에 따라 다르며, 본 명세서의 내용에서 "유체(fluid)"란 배출구(900, 902, 904, 906)를 통해 흐를 수 있는 적합한 가스, 액체 또는 고체물질을 의미한다. 예컨대 바람직한 실시예는 배출구(900, 902)에 의해 공급되는 클리닝 액체와 같은 탈이온수와 배출구(904, 906)에 의해 공급되는 가스와 같은 압축질소를 이용한다. 바람직한 실시예에서는, 가공품(306)의 하면(304)과 프로브(316)의 선단(317)으로부터 슬러리, 부스러기 등을 제거하기 위해 물이 이용되며, 프로브(316)의 선단(317)으로부터 클리닝 액체를 제거하고, 프로브(316)에 부스러기나 물이 떨어지는 것을 방지하기 위해 질소가스가 이용된다.
픽스쳐(310)는 일반적으로 하부 블록 어셈블리(910), 중간 블록 어셈블리(912) 및 상부 블록 어셈블리(914)를 포함한다. 하부 블록 어셈블리(910), 중간 블록 어셈블리(912) 및 상부 블록 어셈블리(914)는 배출구(900, 902, 904, 906)가 형성되는 노즐 어셈블리(916)를 형성하도록 결합되는 것이 바람직하다. 하나의 전형적인 실시예에서 하부 블록 어셈블리(910)는 중간 블록 어셈블리(912)와 결합되고, 중간 블록 어셈블리(912)는 상부 블록 어셈블리(914)와 결합된다. 도 16에 가장 잘 도시된 바와 같이, 중간 블록 어셈블리(912)를 상부 블록 어셈블리(914)에 부착시키기 위해 파스너(928)가 사용되며, 하부 블록 어셈블리(910)에 중간 블록 어셈블리(912)를 부착시키기 위해 파스너(930)가 이용된다. 지지블록(908)과 블록 어셈블리(910, 912, 914)는 주조되거나 DELRIN이라는 상표명으로 판매되는 아세탈과 같은 내부식성 재료로부터 가공될 수 있다.
지지블록(908)은 인테로게이션 프로브, 예를들면 프로브(316)를 지지블록(908)에 결합하고 가공품(306)에 대해 원하는 위치에 프로브(316)를 지향시키기 위해 내부에 형성된 공동(917)을 포함한다. 그 대신 픽스쳐(310)는 지지블록(908)에 근접하여 프로브를 장착하기 위해 적절한 결합 메카니즘이나 구조를 이용한다. 도 9 및 도 13에 가장 잘 도시된 바와 같이 프로브(316)는 프로브 선단(317)에서 종료하는 것이 바람직하다. 프로브 선단(317)은 인테로게이션 및 반사신호를 전달할 수 있는 한편 처리환경에 존재하는 재료로부터 프로브(316)를 보호할 수 있는 렌즈나 다른 적합한 요소로 덮인다. 도 16에 도시된 바와 같이, 노즐 어셈블리(916)(특히 하부블록(910))는 내부에 형성된 구멍(918)을 포함할 수 있다. 구멍(918)은 프로브 선단(317)을 적절하게 수용하여 원하는 전송축에 따라 프로브 선단(317)을 지향시킨다. 물론 본 발명은 노즐 어셈블리(916)내에 프로브 선단(317)을수용하는 다른 적당한 장치나 구조를 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 인테로게이션 신호는 가공품 감시작업 동안, 예컨대 종료점 검출작업 또는 가공품 두께측정을 하는 동안 표면을 인테로게이트하도록 구성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 프로브(316)는 인테로게이션 신호가 표면(304)을 직교하는 축을 따라 전송되도록 픽스쳐(310)내에 위치되는 것이 바람직하다. 프로브(316)는 표면(304)에 대하여 임의의 각도로 인테로게이션 신호를 전송하도록 구성되며, 바람직한 실시예에서 전송축은 표면(304)에 대하여 45∼90도 사이의 각도를 형성한다.
지지블록(908)은 노즐 어셈블리(916)를 경유하여 유체를 프로브 선단(317)과 가공품(306)의 표면(304)에 공급하기 위해 형성되는 다수의 유로를 포함한다. 적절한 호스나 도관(도시생략)을 지지블럭(908)에 결합하기 위해 피팅(fitting)(919)이 이용될 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 도 12에 점선으로 도시된 바와 같이 지지블록이 프로브 린스 배출구(900)에 대응하는 유로(920)와, 부스러기 디플렉터 배출구(904) 및 프로브 건조 배출구(906)에 대응하는 유로(924)를 포함할 수 있다. 또한 가공품 감시처리와 무관한 추가의 세정을 위한 목적으로 탈이온수와 같은 세정제를 가공품(306)에 공급하기 위해 추가의 유로(926)가 이용될 수 있다. 지지블록(908)내에 형성된 다양한 경로는 서로 별개인 것이 바람직하며 이 경로는 지지블록의 소정의 수직 및 수평위치에 구멍을 뚫어서 형성할 수 있다. 바람직한 실시예에서 유로(924)는 부스러기 디플렉터 배출구(904)와 프로브 건조 배출구(906)에 공통인 도관(후술함)과 연통된다. 따라서 배출구(904, 906)를 통한 질소가스(또는 다른 적합한 유체)의 공급은 단일 레귤레이터에 의해 연결 제어되는 단일 소스로부터 시작될 수 있다.
가공품 린스 배출구(900)는 가공품 감시처리 동안 제 1 소스(도시생략)로부터의 탈이온수를 표면(304)에 공급하여 프로브(316)에 의한 인테로게이션의 준비로 영역(314)을 클리닝하도록 위치되어 구성된다. 상용으로 입수할 수 있는 슬러리는 탈이온수 베이스로 구성되기 때문에 탈이온수는 CMP 응용에서 바람직한 세정액이며, 탈이온수에 의한 린스는 슬러리의 화학적 성분이나 기능적 특성을 변경하지 않을 것이다. 게다가 탈이온수의 사용은 가공품(306)의 처리중에 해로운 화학품이나 미네랄이 더 이상 도입되지 못하게 보증해준다. 물론 당업자라면 가공품 린스 배출구(900)(및 배출구(902, 904, 906))가 적절한 린스, 세정액 또는 특정 응용에 따른 기타 유체의 스트림이나 스프레이를 방출하도록 그 크기와 형상을 적당하게 변형할 수 있다는 것을 알 수 있다.
바람직한 실시예에서, 가공품 린스 배출구(900)는 중간블록 어셈블리(912)와 상부블록 어셈블리(914)(도 16 참조) 사이에 형성된다. 전형적인 실시예에서 가공품 린스 배출구(900)는 상부블록 어셈블리(914)내에 형성되는 채널(932)로 구성된다. 채널(932)의 크기와 형상은 특정 응용에 따라 변화하거나 가공품에 원하는 양의 유체를 제공할 수 있다. 그 대신에 본 발명은 별개의 유체제트 또는 가공품 린스 배출구(900)와 일체로 형성되기 보다는 노즐 어셈블리(916)와 결합되는 노즐 요소를 이용할 수 있다.
가공품 린스 배출구(900)는 하부블록 어셈블리(910)와 중간블록 어셈블리(912)(도 16, 도 17 및 도 19 참조)를 통과하도록 형성된 도관(934)을 통해 유로(920)와 유체연통된다. 도 19에 도시된 바와 같이, 채널(932)과 연통되는 것이 바람직하다. 도관(934)은 넥(neck)영역으로 구성되어 린스의 유체흐름 특성을 변경할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 가공품 린스 배출구(900)는 거기로부터 방출된 탈이온수가 프로브(316)에 의해 전송된 인테로게이션 신호와 교차하지 않도록 구성된다. 특히, 가공품 린스 배출구(900)는 프로브와 결합된 전송축에 대하여 거의 평행한 방향, 예컨대 가공품(306)의 표면(304)에 수직인 방향으로 탈이온수의 스트림을 향하게 한다. 이 바람직한 지향성은 가공품 감시처리와 관련된 인테로게이션 및 반사신호가 인터럽트되지 않고, 불명료하게 되지 않으며, 반사되지 않거나 또는 가공품 린스유체에 의해 오염되지 않음을 보증해준다. 가공품 린스 배출구(900)와 프로브(316)의 상대위치는 캐리어 요소(124)가 가공품(306)을 회전시켜 영역(314)을 프로브(316)에 의한 인테로게이션 위치로 이동시키기 직전에 영역(314)이 린스되도록 되어 있다.
프로브 린스 배출구(902)는 가공품(306)의 처리중에 제 2 소스(도시생략)로부터의 탈이온수가 프로브 선단(317)에 근접한 위치를 지향하도록 위치 및 구성되어, 가공품 감시처리의 비활성 기간동안 프로브 선단(317)을 클리닝한다. 린스액은 인테로게이션 신호나 반사신호의 특성에 영향을 줄 수 있기 때문에 이러한 비활성 주기동안 프로부 선단(317)을 클리닝하는 것이 바람직하다. 프로부 린스 배출구(902)는 일정한 스트림의 탈이온수를 공급하여 프로브 선단(317)으로부터 과도한 슬러리와 다른 여분의 재료를 제거하도록 구성되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 프로브 린스 배출구(902)는 중간블록 어셈블리(914)내에 슬릿으로서 형성된다. 가공품 린스 배출구(900)와 관련하여 본 발명은 프로브 린스 배출구(902)와 일체로 형성되기 보다는 노즐 어셈블리(916)와 결합되는 노즐 요소 또는 별개의 유체 제트를 이용할 수 있다.
프로브 린스 배출구(902)는 예컨대 하부블록 어셈블리(910)와 중간블록 어셈블리(912)를 통과하여 형성된 도관(936)을 통해 유로(922)와 유체연통된다. 본 명세서에 설명된 전형적인 실시예에서, 도관(936)은 유로(922)와 정렬되는 수직부와 이 수직부와 연통되는 수평부를 포함한다. 수직부는 하부블록 어셈블리(910)와 중간블록 어셈블리(912)내에 형성되는 것이 바람직하나 수평부는 중간블록 어셈블리(912)내에 형성되는 것이 바람직하다. 도관(936)의 특정위치는 특정 응용에 적합하게 하거나 여러 도관 또는 유로가 픽스쳐(310)내에서 적당하게 분리되는 것을 보증해 주도록 변경될 수 있다.
부스러기 디플렉터 배출구(904)는 가공품 감시처리 동안 프로브 선단(317)에 근접하여 질소가스(또는 다른 적합한 유체)를 지향하도록 배치 및 구성될 수 있다. 비록 도시되어 있지는 않지만 압축 질소가스는 콘트롤러/프로세서(326)에 의해 제어될 수 있는 소스에 의해 공급된다. 부스러기 디플렉터 배출구(904)는 프로브(316)가 신호를 송수신하는 동안 방출된 질소가스의 스트림이 외부물질(물이나 슬러리 등)이 프로브 선단(317)과 접촉하는 것을 방지하도록 지향되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 부스러기 디플렉터 배출구(904)는 중간블록 어셈블리(912)와 상부블록 어셈블리(914) 사이에 형성된다. 도 16에 가장 잘 도시된 바와 같이, 부스러기 디플렉터 배출구(904)는 중간블록 어셈블리(912)내에 형성된 채널(938)에 의해 실현될 수 있다.
부스러기 디플렉터 배출구(904) 및 채널(938)은 예컨대 하부블록 어셈블리(910)와 중간블록 어셈블리(912)를 통과하도록 형성된 도관(940)을 통해 유로(924)와 유체 연통된다. 도관(940)의 상단은 채널(938)(중간블록 어셈블리(912)와 상부블록 어셈블리(914)의 접합부에 근접함)에서 종료하는 것이 바람직하다. 도 18에 도시된 바와 같이, 도관(940)은 부스러기 디플렉터 배출구(904) 및 프로브 건조 배출구(906)(후술함)와 연통되는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 부스러기 디플렉터 배출구(904)는 거기로부터 방출되는 압축 질소가스가 프로브(316)와 결합된 전송축을 교차하도록 구성된다. 비록 질소가스 스트림의 특정방향이 응용마다 변경될 수 있지만 전형적인 부스러기 디플렉터 배출구(904)는 질소가스 스트림이 거의 직교하는 각도로 전송축과 교차하도록 지향된다. 이 바람직한 지향성은 외부 부스러기가 프로브 선단(317)으로부터 효과적인 방식으로부터 벗어나 편향되는 것을 보증해준다.
프로브 건조 배출구(906)는 프로브 선단(317)을 향하여 질소가스의 스트림을 공급하여 과도한 물, 부스러기 또는 프로브 선단(317)으로부터의 다른 외부물질을 제거하도록 위치되고 구성된다. 비록 본 발명의 필요조건은 아니지만 프로브 건조 배출구(906)에 공급된 질소가스는 부스러기 디플렉터 배출구(904)로부터 방출된 질소가스와 동일한 소스로부터 시작된다. 따라서 프로브 건조 배출구(906)는 예컨대 도관(944)을 통해 유로(924)와 유체 연통된다. 프로브 선단(317)이 가공품 감시처리 동안 부스러기 없이 충분히 건조되는 것을 보증하기 위해서는 프로브 건조 배출구(906)로부터 방출된 질소가스가 가공품 감시처리 동안 활성으로 머무는 것이 바람직하다.
도 9∼도 14에 도시된 전형적인 실시예에서, 프로브 건조 배출구(906)는 하부블록 어셈블리(910)와 중간블록 어셈블리(912) 사이에 형성된다. 특히 하부블록 에셈블리(910)는 도관(944)과 연통되는 전체 채널을 포함하며, 질소가스가 프로브 건조 배출구(906)에 공급되도록 형성되는 것이 바람직하다. 본 명세서에 도시된 전형적인 실시예에서, 채널(942)은 질소가스가 부스러기 디플렉터 배출구(904)에 공급되도록 도관(944)과 도관(940)을 연결한다.
당업자라면 다양한 유체 흐름속도, 압력 및/또는 활동주기가 적합한 콘트롤러, 예컨대 다른 작업이나 처리동안 CMP 시스템에 의해 이용되는 처리/제어회로 또는 콘트롤러/프로세서(326)에 의해 제어될 수 있다. 게다가, 개개의 가스압력, 흐름속도는 가공품의 종류 및/또는 특정응용에 적합하게 처리되도록 조정될 수 있다.
본 발명의 전형적인 실시예에 따라 탈이온수는 10∼30psi의 압력범위, 바람직하게는 약 20psi의 압력으로 유로(920)를 통해 가공품 린스 배출구(900)에 공급되고, 탈이온수는 5∼30psi의 압력범위, 바람직하게는 약 15psi의 압력으로 유로(922)를 통해 프로브 린스 배출구(902)에 공급되며, 질소가스는 5∼25psi의 압력범위, 바람직하게는 약 15psi의 압력으로 유로(924)를 통해 부스러기 디플렉터 배출구(904)와 프로브 건조 배출구(906)에 공급된다.
가공품(306)의 처리동안 소정의 시간에 노즐 어셈블리(916)로부터 여러 가지 유체가 방출된다. 전형적인 가공품 처리 구조는 가공품 감시처리의 비활성 기간동안 프로브 린스 배출구(902)로부터 프로브 선단(317)으로 탈이온수를 공급하는 것을 포함한다. 예컨대, 가공품(306)이 평탄화되면, 감시처리는 임의 개수의 종료점 검출기술을 포함할 수 있다. 따라서 CMP 기기(100)는 종료점 검출시스템의 활성화시 또는 평탄화 공정과 관련된 초기화 주기 동안 프로브 선단(317)의 클리닝을 시작한다.
프로브 선단 린스의 공급은 종료점 검출처리에 앞선 소정시간(또는 그 대신 프로브 린스 사이클의 활성화 다음의 소정시간 후)에 중단되는 것이 바람직하다. 프로브 선단 린스의 중단 후, 질소가스가 부스러기 디플렉터 배출구(904)와 프로브 건조 배출구(906)를 통해 공급된다. 상술한 바와 같이 질소가스 스트림은 종료점 검출 사이클 동안 외부물질이 프로브 선단(317)과 접촉되는 것을 방지하고 프로브 선단(317)에서 물과 부스러기를 제거하도록 기능한다. 질소가스가 활성화된 후 가공품(306)의 표면(304)은 종료점 검출처리 동안 프로브(316)로 감시된다.
종료점 검출처리 동안, 탈이온수는 종료점 검출 시스템에 의해 가공품(306) 존재의 검출에 응답하여 가공품 린스 배출구(900)를 통해 표면(304)에 공급된다. 상술한 바와 같이, 가공품(306)은 평탄화나 연마공정 동안 주기적으로 테이블(120)의 외주가장자리(137)(도 2 및 도 9 참조)를 넘어 연장되며, 프로브(316)는 이러한 "오버행(overhanging)" 주기 동안 표면(304)을 인테로게이트한다. 따라서 종료점 검출 시스템이 테이블(120)의 외주가장자리(137)를 넘어 가공품(306)의 존재를 검출할 때 가공품 린스가 가공품(306)에 공급된다.
바람직한 실시예에서, 가공품 린스는 소정의 시간, 예컨대 2초동안 가공품(306)에 공급될 뿐이다. 따라서 가공품 린스 배출구(900)를 통한 탈이온수의 공급은 소정시간 이후에는 불가능하게 된다. 가공품 린스 사이클의 상대적으로 짧은 존속시간은 과도한 린스가 프로브(316)에 의한 인테로게이션에 앞서 표면(304)에 축적되지 않는다는 것을 보증해준다.
가공품(306)의 처리는 종료점 검출 시스템이 도달될 표면(304)의 소정 특성을 감시하는 동안 계속되는 것이 바람직하다. 예컨대 상술한 바와 같이 종료점 검출 시스템은 적절한 양의 재료가 언제 가공품(306)으로부터 제거되는지를 결정하기 위해 반사된 광신호를 분석한다. 적합한 종료점에 도달하면 프로브 선단 린스 사이클(전술하였음)이 재활성화되어 다음 종료점 검출처리 동안 프로브 선단(317)을 클리닝한다. 당업자라면 여러 유체의 활성 및 비활성, 가공품(306)의 처리 및 표면(304)의 감시가 추가의 가공품이 필요할 때마다 반복되거나 계속된다.
요약하면, 본 발명은 가공품에 실행되는 평탄화 작업의 종료점을 검출하는 개선된 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명은 또한 가공품에 대해 실행되는 평탄화작업 동안 가공품 표면과 광종료점 검출 프로브를 클리닝하는 방법 및 장치를 제공한다. 클리닝 어셈블리는 종료점 검출 공정동안 적합한 영역에 광인테로게이션을 제공하도록 가공품의 표면을 클리닝하기 위한 물을 이용한다. 또한 클리닝 어셈블리는 종료점 검출공정 동안 지속적인 신호생성과 검출을 용이하게 하도록 종료점 검출 프로브를 클리닝하기 위한 압축가스를 이용할 수 있다. 본 발명의 1특징에 따르면 클리닝 어셈블리는 대응하는 종료점 검출공정의 동작 프로토콜에 따르는 제어방식으로 종료점 검출 프로브와 가공품을 클리닝하도록 물과 질소가스를 공급한다.
비록 본 발명이 첨부도면과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 도시된 특정형태에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 "제 1", "제 2", "상부" 및 "하부"와 같은 몇 개의 술어가 설명을 명확하게 하기 위해 사용되고 있으며, 본 발명의 설명을 제한하도록 의도된 것은 아니다. 또한 본 발명의 실시에서 부품, 구성요소 및 처리공정의 선택 및 배열의 다양한 수정이 행해질 수 있다. 예컨대 본 발명은 탈이온수 및 질소가스 외에도 다수의 적합한 유체를 이용할 수 있다. 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 본 발명을 실행하는 여러 구성요소의 설계 및 배열에 상술한 수정 및 기타의 수정이 가해질 수 있다.

Claims (25)

  1. 가공품의 처리 동안 가공품의 표면을 클리닝하는 클리닝장치에 있어서,
    내부에 형성된 제 1 및 제 2 유로를 구비하는 지지블록과,
    프로브 선단을 구비하며 상기 프로브 선단을 통해 가공품을 감시처리하는 동안 상기 표면을 인테로게이트하는 신호를 송신하도록 구성된 인테로게이션 프로브를 상기 지지블록에 결합하는 결합수단과,
    상기 가공품의 처리중에 상기 프로브 선단에 근접하게 제 1 유체를 지향시키며 상기 제 1 유로와 유체 연통하는 지향수단과,
    상기 가공품 감시처리 동안 상기 표면에 제 2 유체를 공급하며 상기 제 2 유로와 유체 연통하는 공급수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 클리닝장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유체가 외부물질이 상기 프로브 선단과 접촉하지 않도록 상기 지향수단이 지향되는 것을 특징으로 하는 클리닝장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유체는 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 클리닝장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유체는 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 클리닝장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급수단은 상기 지지블록과 결합되는 노즐 어셈블리를 포함하고, 상기 노즐 어셈블리는 내부에 형성된 유체 배출구를 구비하며, 상기 유체 배출구는 상기 제 2 유로와 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 클리닝장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 지향수단은 상기 지지블록과 결합되는 노즐 어셈블리를 포함하고, 상기 노즐 어셈블리는 내부에 형성된 유체 배출구를 구비하며, 상기 유체 배출구는 상기 제 1 유로와 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 클리닝장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 노즐 어셈블리는 제 1 블록 어셈블리와, 상기 제 1 블록 어셈블리에 결합되는 제 2 블록 어셈블리를 포함하며,
    상기 유체 배출구는 상기 제 1 및 제 2 블록 어셈블리 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 클리닝장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 3 유체를 상기 프로브 선단에 공급하여 상기 가공품 감시처리의 비활성 주기동안 상기 프로브 선단을 클리닝하기 위한 클리닝수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 클리닝장치.
  9. 가공품 감시처리 동안 이용되며, 프로브 선단을 구비하고, 하나의 축을 따라 상기 프로브 선단을 통해 가공품의 표면을 인테로게이트하는 신호를 송신하는 인테로게이션 프로브와 함께 사용하기 위한 장치에 있어서,
    상기 인테로게이션 프로브를 수용하여 방위설정할 수 있도록 구성된 공동(cavity)을 내부에 구비하는 지지블록과,
    상기 가공품을 처리하는 동안 상기 프로브 선단에 근접하게 제 1 유체를 지향시키되, 상기 제 1 유체가 상기 축과 교차하도록 지향시키는 지향수단과,
    상기 프로브 선단에 제 2 유체를 공급하여 상기 가공품 감시처리의 비활성 주기동안 상기 프로브 선단을 클리닝하기 위한 공급수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 지향수단은 상기 제 1 유체가 상기 축과 거의 직각으로 교차하도록 지향되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 축은 상기 표면에 대해 45도와 90도 사이의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 가공품 감시처리 동안 상기 표면에 제 3 유체를 공급하며, 상기 제 3 유체가 상기 신호와 교차하지 않도록 지향되는 공급수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 공급수단은 상기 제 3 유체가 상기 축에 대해 거의 평행인 방향으로 진행하도록 지향되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 유체는 가스를 포함하고, 상기 제 2 유체는 액체를 포함하며, 상기 지향수단은 상기 가스가 상기 프로브 선단으로부터 상기 액체를 제거하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 가공품 감시처리와 관련된 인테로게이션 프로브와 가공품의 표면에 클리닝 유체를 공급하기 위한 노즐 어셈블리에 있어서,
    상기 인테로게이션 프로브와 결합된 프로브 선단을 수용하고, 상기 가공품 감시처리 동안 상기 프로브로부터 송신된 신호가 상기 가공품에 인테로게이트하도록 구성된 수단과,
    상기 프로브 선단에 근접하여 복수의 유체를 공급하기 위해 내부에 형성되는 복수의 유체 배출구와,
    상기 가공품 감시처리 동안 린스유체를 상기 표면에 공급하는 가공품 린스 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 어셈블리.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 유체 배출구는 상기 노즐 어셈블리내에 형성된 공통 도관에 의해 접속되는 것을 특징으로 하는 노즐 어셈블리.
  17. 제 15 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 블록 어셈블리를 추가로 포함하고, 상기 유체 배출구들중의 하나는 상기 제 1 블록 어셈블리와 제 2 블록 어셈블리 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐 어셈블리.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 유체 배출구들 중의 하나는 상기 제 2 블록 어셈블리내에 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐 어셈블리.
  19. 제 17 항에 있어서,
    제 3 블록 어셈블리를 추가로 포함하고, 상기 유체 배출구들중의 하나는 상기 제 2 블록 어셈블리와 제 3 블록 어셈블리 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐 어셈블리.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 가공품 린스 배출구는 상기 제 2 블록 어셈블리와 제 3 블록 어셈블리 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐 어셈블리.
  21. 가공품 감시 시스템과 결합된 인테로게이션 프로브와 가공품의 표면을 클리닝하기 위한 방법에 있어서, 상기 인테로게이션 프로브는 인테로게이션 신호가 송신될 프로브 선단을 구비하고, 이 프로브 선단은 노즐 어셈블리에 근접하여 위치되며, 상기 방법은,
    가공품 감시처리의 비활성 주기동안 상기 프로브 선단을 클리닝하기 위해 상기 노즐 어셈블리내에 형성된 제 1 유체 배출구로부터 상기 프로브 선단으로 제 1 유체를 공급하는 단계와,
    상기 가공품 감시처리의 활성화에 앞선 소정시간에서 상기 제 1 유체의 공급을 중단시키는 단계와,
    상기 중단단계 다음에 실행되며, 상기 프로브 선단으로부터 상기 제 1 유체를 제거하기 위해 상기 노즐 어셈블리내에 형성된 제 2 유체 배출구로부터 제 2 유체를 상기 프로브 선단을 향해 지향시키는 단계와,
    상기 가공품 감시처리의 활성 주기동안 상기 인테로게이션 프로브에 의해 송신된 신호로 상기 표면을 감시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 가공품 감시처리의 활성주기 동안 상기 노즐 어셈블리내에 형성된 제 3 유체 배출구로부터 제 3 유체를 상기 표면에 공급하는 공급단계를 추가로 포함하며, 상기 공급단계는 상기 가공품 감시 시스템에 의한 가공품 존재의 검출에 응답하는 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 공급단계 다음의 소정의 시간주기 후에 상기 제 3 유체의 공급을 중단하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 가공품 감시 시스템으로 상기 표면의 소정 특성을 검출하는 단계와,
    상기 검출단계에 응답하여 상기 제 1 유체 배출구로부터의 상기 제 1 유체의 공급을 재활성화하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 재활성화 단계는 상기 가공품 감시처리 다음에 상기 프로브 선단을 클리닝하기 위해 실행되는 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 가공품 감시처리의 상기 활성주기동안 외부물질이 상기 프로브 선단과 접촉하지 못하도록 상기 노즐 어셈블리내에 형성된 제 2 유체 배출구로부터 상기 신호를 향해 제 4 유체를 지향시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 클리닝방법.
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