KR20040081136A

KR20040081136A - 스마트 종점 검출법을 이용하는 개선된 화학적 기계적폴리싱 시스템

Info

Publication number: KR20040081136A
Application number: KR10-2004-7011144A
Authority: KR
Inventors: 왕유춘; 프레이버나드엠; 베이졸불렌트엠; 탈리에호메이윤; 영더글라스; 맥그래스브레트이.; 데자이무케쉬; 벨라즈케즈에프래인; 트루옹투안
Original assignee: 누툴 인코포레이티드
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-09-20
Also published as: JP2005525244A; EP1472047A1; AU2003248673A1; WO2003074228A1

Abstract

본 발명에 따른 대상물을 폴리싱하는 장치는 대상물을 유지하도록 구성된 대상물 홀더(104), 폴리싱 부재의 전방면을 갖는 대상물 표면을 폴리싱하기 위하여 대상물의 표면에 인접하게 위치되도록 구성된 폴리싱 부재(102) 및 폴리싱 부재에 압력을 선택적으로 가하여 상기 폴리싱 부재가 선택적인 압력으로 대상물 표면을 접촉하도록 구성된 복수의 압력 구역(z1-z4)을 갖는 플래튼(600)을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 본 장치는 플래튼에 커플링되고 압력 구역(z1-z4)을 선택적으로 조정하도록 구성된 압력 제어기(564)를 포함한다.

Description

스마트 종점 검출법을 이용하는 개선된 화학적 기계적 폴리싱 시스템{ADVANCED CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM WITH SMART ENDPOINT DETECTION}

일반적으로, 종래의 반도체 디바이스들은 반도체 기판, 통상적으로는 실리콘 웨이퍼와, 도전성 재료로 만들어진 배선(interconnection) 또는 도전성 경로(path) 및 실리콘 이산화물과 같은 복수의 순차적으로 형성된 유전체 삽입층(dielectric interlayers)을 포함한다. 최근, 구리 및 구리합금은 그들의 우수한 전자영동(electromigration) 및 낮은 저항적 특성 때문에 배선재료로서 상당한 주목을 받아왔다. 배선들은 통상적으로 금속화 공정에 의하여 유전체 삽입층내로 에칭되는 피처 또는 캐비티내에 구리를 충전시킴으로써 형성된다. 구리 금속화 공정의 바람직한 방법은 전기도금이다. 집적회로에서, 인터커넥트 네트워크의 다중 레벨들은 기판표면에 대하여 측방향으로 연장된다. 연속 층들내에 형성되는 배선들은 비아 또는 콘택트를 사용하여 전기적으로 연결될 수 있다. 통상적인 공정에서는, 먼저 반도체기판상에 절연층이 형성된다. 절연층내에 비아 및 트렌치와 같은 피처들을 형성시키기 위하여 패터닝 및 에칭 공정이 수행된다. 배리어를 갖는 표면에 피처들을 코팅한 다음 시드 층에 적용시킨 후에, 구리가 전기도금되어 피처들을 충전시킨다. 하지만, 도금 공정은, 피처들을 충전시킬 뿐 아니라 기판의 최상부면상에도 구리층을 가져온다. 이러한 과잉의 구리는 오버버든(overburden)된 것으로 후속 공정 단계 이전에 제거되어야 한다.

도 1a는 이러한 도금된 기판(9), 예를 들어 실리콘 웨이퍼의 예시적인 부분(8)을 나타낸다. 기판(9)은 디바이스 또는 여타 금속 및 반도체 섹션을 포함할 수 있으며, 간단히 하기 위해 도 1a에는 이를 나타내지 않았다. 도 1a에 도시된 바와같이, 트렌치(13) 및 비아(10)와 같은 피처들은 실리콘 이산화물 층과 같은 절연층(14)에 형성된다. 즉 기판(9)상에 형성된다. 비아와 트렌치(13) 및 절연층(4)의 최상부면(15)은 전기도금 공정을 통해 증착 구리층(16)으로 커버 및 충전된다. 종래에는, 패터닝 및 에칭후에, 배리어층(18), 통상적으로는 Ta 또는 Ta/TaN 조합층으로 절연층(14)이 먼저 코팅된다. 배리어층(18)은 비아와 트렌치 및 절연층의 최상부면(15)을 코팅하여 잘 부착되고 반도체 디바이 및 절연층 내부로의 구리의 확산을 방지하는 배리어재로서의 역할을 한다. 다음에는, 흔히 구리층인 시드층(도시 안됨)이 배리어층상에 증착된다. 시드층은 후속 구리증착시 구리막 성장을 위한 도전성 재료의 기저부를 형성한다. 구리막이 전기도금되면, 증착 구리층(16)이, 비아(10)는 신속하게 충전시키나 넓은 트렌치(13) 및 최상부면(15)은 적절한 방식으로 코팅시킨다. 증착 공정이 계속 진행되어 트렌치까지 충전되면, 구리층 또는 오버버든이 기판(9)상에 형성된다. 종래에는, 구리 도금후에, 다양한 재료 제거 공정, 예를 들어 화학적 기계적 폴리싱(CMP), 에칭 또는 전기에칭 등을 이용하여 불필요한 오버버든 층을 제거하였다.

CMP 공정은 폴리싱 슬러리로 적셔진 움직이는 폴리싱 표면에 대하여 반도체 웨이퍼 또는 상기 기판을 가압하는 단계를 포함하는 것이 일반적이다. 슬러리는, 염기성, 중성 또는 산성일 수 있고, 일반적으로 알루미나, 세리아, 실리카 또는 여타 경질의 연마용 세라믹 입자를 포함한다. 폴리싱 표면은 통상적으로 CMP 분야에서 잘 알려진 폴리머 재료로 만들어지는 평면의 패드이다. 일부 폴리싱 패드들은 연마입자(고착 연마 패드)를 포함한다. 상기 패드들은 CMP 용액과 함께 사용될 수있으며, 상기 용액은 모든 연마입자를 포함할 수는 없다. 폴리싱 슬러리 또는 용액은 패드의 표면으로 전달되고 패드가 다공성이라면 패드를 통해 그것의 표면으로 유동한다. CMP 공정 동안, 웨이퍼 캐리어는 가압될 웨이퍼를 잡아주고 CMP 패드상에 웨이퍼의 표면을 위치시켜 패드가 회전하는 동안 상기 패드에 대하여 제어된 압력으로 상기 웨이퍼를 가압한다. 또한, 상기 패드는 선형 벨트로서 측방향으로 움직일 수 있는 선형 폴리싱 벨트로 구성될 수도 있다. 상기 공정은, 폴리싱 슬러리가 패드와 웨이퍼 표면사이의 계면으로 공급되면 패드에 대해 웨이퍼를 이동시키거나, 웨이퍼에 대해 패드를 이동시키거나 또는 위의 두 방법을 모두 사용함으로써 수행된다.

도 1b에 나타낸 바와 같이, 먼저 CMP가 적용되어 절연층(14)의 최상부면(15)을 커버하고 있는 배리어층(18)까지 구리층의 두께를 줄여준다. 후속해서, 비아(10,12) 및 트렌치(13)내에는 구리 및 잔존 배리어만이 한정되도록 최상부면상의 배리어층(18)을 제거한다. 하지만, 상기 공정들 동안에, 구리층을 배리어층까지 폴리싱할 것인지 아니면 배리어층을 절연층까지 폴리싱할 것인지에 대한 폴리싱 종점(endpoint)을 판정하는 것이 업계의 가장 중요한 문제들 중 하나이다.

미국특허 제5,605,760호는 고체의 균일한 폴리머 시트로 만들어지는 폴리머 패드에 대하여 기술하고 있다. 상기 폴리머 시트는 특정 파장범위에서 광에 대해 투명하다. 상기 폴리머 시트의 표면은 모든 연마재를 포함시킬 수 있는 것도 아니고 슬러리 입자들을 흡수 또는 이송시키는 고유한 능력을 지닌 것도 아니다.

보다 최근에는, 종점 검출시스템들에는 윈도우 또는 그들내에 윈도우를 구비한 선형 벨트시스템이나 회전식 패드가 제공되어 왔다. 이 경우에, 패드 또는 벨트가 움직이므로, 그것은 웨이퍼 표면으로부터의 반사율을 측정하는 인-시튜 모니터(in-situ monitor)를 걸쳐 지난다. 반사율의 변화는 폴리싱 공정의 종점을 나타낸다. 하지만, 폴리싱 패드내에서 개방된 윈도우들은 폴리싱 공정을 복잡하게 하고 벨트 또는 패드의 균질성을 해칠 수도 있다. 또한, 상기 윈도우들은 폴리싱 부산물 및 슬러리의 축적을 야기시킬 수도 있다.

따라서, CMP 공정을 사용하여 기판이 폴리싱되는 경우 기판상에서의 종점을 정확하고 효과적으로 검출하는 방법 및 장치에 대한 계속되는 요구가 있다.

도 1b에 나타낸 바와 같이, 먼저 CMP가 적용되어 절연층(14)의 최상부면(15)을 커버하고 있는 배리어층(18)까지 구리층의 두께를 줄여준다. 후속해서, 비아(10,12) 및 트렌치(13)내에는 구리 및 잔존 배리어만이 한정되도록 최상부면상의 배리어층(18)을 제거한다. 하지만, 상기 공정들 동안에, 폴리싱되는 구리층의 두께 균일성을 유지하는 것이 업계의 중요한 문제들 중 하나이다. 오버폴리싱은 과도한 디싱(dishing), 부식 및 여타 결함들을 야기할 수 있기 때문에 구리처리 종점 후의 오버폴리싱이 최소화되어 기판이 오버폴리싱되지 않도록 처리되는 동안 금속층의 두께 균일성이 유지되어야 한다. 또한, 구리층 및 배리어층의 언더폴리싱은 전기단락이나 여타 결함들을 야기할 수 있다. 폴리싱 공정 동안의 불균일성은 기판상의 금속층의 구께의 불균일성이나 불균일한 폴리싱 공정 또는 그들 둘 모두에 기인한 것일 수 있다.

기판의 절연층들의 폴리싱은 CMP의 다른 적용례이다. STI(Shallow TrenchIsolation)은 이웃하는 회로들간의 전자영동을 방지하기 위하여 기판의 표면에 절연 트렌치들이 형성되는 공정이다. 통상적으로, 상기 트렌치들은 실리콘 질화물(Si₃N₄) 및 실리콘 이산화물(SiO₂)로 충전된다. 상기 트렌치들을 충전하기 위하여, 기판의 표면에 먼저 실리콘 질화물의 층이 증착되고, 이어서 실리콘 이산화물의 오버레이층이 증착된다. 과잉의 실리콘 이산화물 및 실리콘 질화물은, 기판 표면에 걸쳐 있는 실리콘 질화물의 매끈한 층과, 트렌치 영역내에 충전되는 실리콘 이산화물 및 실리콘 질화물의 층을 남기고 기판의 표면으로부터 제거되어야 한다. 과잉 실리콘 이산화물 및 실리콘 질화물의 제거는 통상적으로 CMP에 의하여 수행된다.

도 1c는 2층의 절연재료로 덮힌 기판(52), 예를 들어 실리콘 웨이퍼의 예시적 부분(51)의 단면도를 나타내고 있다. 기판(52)의 표면에는 STI용으로 적합한 트렌치(53)가 형성된다. 저부 절연층(54) 및 최상부 절연층(55)은 트렌치(53)를 포함하는 기판(52)의 표면을 덮는다. 저부 절연층(54) 및 최상부 절연층(55)의 성분은, 예를 들어 각각 실리콘 질화물 및 실리콘 이산화물일 수 있다. 절연층(54,55)은 기판(52)의 전체 표면을 덮는다. STI 공정을 완성하기 위해서는, 과잉의 절연재료가 제거되어야 한다.

도 1d는 절연층(54,55)이 필요한 정도로 폴리싱된 후, 즉 과잉의 절연재료가 제거된 후의 기판(52)의 예시적 부분(51)의 단면도를 나타내고 있다. 절연층들의 폴리싱은, 예를 들어 CMP에 의하여 수행될 수 있다. 절연층(54), 즉 실리콘 질화물의 매끈한 층은 기판(52)의 표면을 덮고 있고, 절연층(54,55)(즉, 실리콘 질화물및 실리콘 이산화물)은 트렌치(53)를 충전시킨다는 것에 유의해야 한다.

현 STI 기술의 문제는, 실리콘 이산화물의 두께가 증가하거나 줄어들면 두께측정신호는 스스로 주기적으로 반복되기 때문에 광학 간섭계로 실리콘 이산화물의 두께측정을 수행하기가 어렵다는 것이다. 또한, 두께측정신호는 수분(수막) 및 검출각도와 같은 환경적 요인에 민감하다.

현 기술에 의한 추가적인 문제는 종래의 메트롤로지 툴은 종점의 검출을 수행하기 위해서는 기판이 그것의 캐리어 헤드로부터 제거될 필요가 있다는 것이다.

균일한 폴리싱 공정은 CMP 비용을 현저히 절감시키는 한편, 공정의 스루풋을 증가시켜 준다. 웨이퍼의 크기가 300 mm 이상으로 커지게 되면, 웨이퍼의 큰 표면적으로 인해 두께를 평면상태로 축소시키는 것이 더욱 어려워진다.

결과적으로, CMP 공정을 사용하여 기판이 폴리싱되는 경우, 폴리싱되는 층의 균일성을 모니터하고 유지시키기 위한 보다 향상된 방법 및 장치에 대한 필요성이 존재한다.

관련 출원에 대한 원용

본 발명은, 일부 계속 출원 미국 일련번호 제10/321,150호(2002년 12월 17일 출원)(NT-280-US), 미국 일련번호 제10/105,016호(2002년 3월 22일 출원)(NT-250-US), 미국 일련번호 제10/197,090호(2002년 7월 15일 출원)(NT-248-US), 및 미국 일련번호 제10/052,475호(2002년 1월 17일 출원)(NT-238-US)와 관련되어 있으며, 이들 모두는 참조를 위해 본 명세서에 채용되어 있다.

본 출원은, 미국 가출원 제60/436,706호(2002년 12월 27일 출원)(NT-278-P4), 미국 가출원 제60/436,108호(2002년 12월 23일 출원)(NT-278-P3), 미국 가출원 제60/417,544호(2002년 10월 10일 출원)(NT-278-P2), 미국 가출원 제60/415,579호(2002년 9월 27일 출원)(NT-278-P), 미국 가출원 제60/397,110호(2002년 7월 19일 출원)(NT-273-P), 미국 가출원 제60/365,016호(2002년 3월 12일 출원)(NT-249-P)에 대한 우선권리를 주장하며, 이들 모두는 참조를 위해 본 명세서에 채용되어 있다.

본 발명은 반도체 집적회로의 제조와 관련된 것으로, 보다 특별하게는 도전층 및 절연층의 화학적 기계적 폴리싱 방법에 관한 것이다.

도 1a는 기판의 표면에 재료를 증착시킨 다음의 예시적 기판의 단면도;

도 1b는 종래의 CMP 공정을 거친 도 1a의 예시적 기판의 단면도;

도 1c는 기판의 표면에 재료를 증착시킨 다음의 예시적 기판의 단면도;

도 1d는 종래의 CMP 공정을 거친 도 1c의 예시적 기판의 단면도;

도 2는 웨이퍼와 같은 대상물들을 처리하는데 사용되는 현재의 바람직한 실시예에 따른 예시적 종점 검출시스템을 포함하는 예시적 CNU 시스템의 측단면도;

도 3은 본 발명의 형태에 따른 종점 검출을 위한 예시적 제어시스템 및 도 4의 예시적 CMP 시스템의 평면도;

도 4는 도 2의 예시적 종점 검출시스템을 포함하는 예시적 CMP 시스템의 측단면도;

도 5a-c는 대상물 표면의 도;

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상물 처리 시스템을 나타낸 도;

도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대상물 처리 시스템을 나타낸 도;

도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 대상물 처리 시스템을 나타낸 도;

도 7a-b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 6a-b의 플래튼을 나타낸 도;

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서의 분해도;

도 9a-b는 본 발명의 공정에 의해 얻어진 압력 프로파일을 나타낸 도;

도 10a-c는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상물을 폴리싱하는 단계를 나타낸 도;

도 11은 대상물 프로파일에 관계된 상이한 힘 벡터를 나타내는 본 발명의 일 실시예에 따라 대상물을 폴리싱하는 단계를 나타낸 도;

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격흡수용 버퍼층을 구비한 플래튼을 나타낸 도;

도 13a-b는 대상물의 배후로부터 압력을 가함으로써 압력 프로파일을 변화시키는 실시예를 나타낸 도;

도 14는 다중층 반도체 웨이퍼의 처리 종점을 검출하는 색 센싱 장치로서, 광원, 색 센서 및 결정회로를 포함하는 상기 색 센싱 장치의 실시예를 나타낸 도;

도 15는 다중층 반도체 웨이퍼의 처리 종점을 검출하는 방법의 일 실시예의 순서도;

도 16a는 이동가능한 구조체 및 센싱 장치를 포함하는 인-시튜 종점 검출에 사용되는 종점 검출장치의 실시예의 평면도;

도 16b는 이동가능한 구조체 및 센싱 장치를 포함하는 인-시튜 종점 검출에 사용되는 도 16a의 종점 검출장치의 실시예의 측면도;

도 17a는 캐리어 헤드, 폴리싱 부재, 종점 검출장치 및 트랙을 포함하고 폴리싱 모드에 있는 예시적 CMP 장치에 위치한 종점 검출장치의 실시예를 나타낸 도;

도 17b는 캐리어 헤드, 폴리싱 부재, 종점 검출장치 및 트랙을 포함하고 비폴리싱 모드에 있는 예시적 CMP 장치에 위치한 종점 검출장치의 실시예를 나타낸 도;

도 18은 캐리어 헤드 및 폴리싱 부재를 구비한 CMP 장치에서의 다중층 반도체 웨이퍼의 처리 종점을 검출하는 방법으로서 상기 반도체 웨이퍼가 상기 캐리어 헤드에 부착되어 있는 순서도이다.

본 발명은 CMP와 같은 재료제거 공정에서 평탄성을 제어하기 위한 폴리싱 방법 및 장치를 유리하게 제공한다. 본 발명의 일 실시예는 상기 재료제거 공정에 있어 종점의 검출을 수행하기 위한 능력을 포함한다. 또 다른 실시예는 대상물상의 특정 구역에 폴리싱압력을 선택적으로 가할 수 있는 압력제어기술과 함께 스마트 종점의 검출법(smart endpoint detection)을 제공한다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 대상물의 표면을 폴리싱하고 CMP 종점을 검출하는 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 장치가 제공된다. CMP 장치는 광학적으로 투명한 폴리싱 부재, 대상물 홀더, 지지판 및 광학 검출시스템을 포함한다. 상기 폴리싱 부재는, 예를 들어 폴리싱벨트, 폴리싱패드, 또는 여타 형태의 폴리싱 부재일 수 있다. 연마입자를 포함하는 것이 바람직한 폴리싱 부재는 대상물의 표면을 폴리싱하고, 1이상의 방향(선형 방향이 바람직하나 원형과 같은 여타의 방향도 가능함)으로 이동가능하다. 상기 대상물 홀더는 대상물을 지지하며 상기 대상물을 폴리싱 부재에 대하여 가압하도록 구성된다. 대상물 홀더는, 예를 들어 웨이퍼 캐리어 헤드 또는 웨이퍼를 잡아주는 여타 구조체일 수 있다. 상기 지지판은 상기 대상물이 상기 폴리싱 부재에 대하여 가압될 때 상기 폴리싱 부재를 지지하도록 되어 있다. 지지판은, 예를 들어 플래튼 또는 여타 지지구조체일 수 있다. 상기 광학검출 시스템은 CMP 종점을 검출하며 폴리싱 부재의 아래에 배치된다. 광학검출 시스템은 광원 및 검출기를 포함한다. 상기 광원은 지지판 및 폴리싱 부재를 통하여 대상물의 표면으로 나가는(outgoing) 신호를 보낸다. 상기 검출기는 폴리싱 부재 및 지지판을 거쳐 대상물을 표면으로부터 들어오는(incoming) 반사 신호들을 받아들인다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 대상물의 표면을 폴리싱하고 화학적 기계적 폴리싱(CMP)의 종점을 검출하는 방법이 제공된다. 상기 방법에 따르면, 대상물은 광학적으로 투명한 폴리싱 부재에 대하여 가압된다. 폴리싱 부재는 지지판에 의하여 지지된다. 대상물의 표면은 폴리싱 부재에 의하여 폴리싱된다. 폴리싱 부재는 1이상의 선형 방향으로 이동가능하다. 나가는 광학신호들은 지지판 및 폴리싱 부재를 거쳐 광원으로부터 대상물의 표면으로 보내진다. 상기 광원은 폴리싱 부재가 광원과 대상물의 표면 사이에 오도록 상기 폴리싱 부재 아래에 배치된다. 들어오는 반사 광학신호들은 폴리싱 부재 및 지지판을 통해 대상물의 표면으로부터 검출기로 수신된다. 상기 검출기는 폴리싱 부재의 아래에 배치된다.

본 발명의 추가 형태에 따르면, 1이상의 대상물을 폴리싱하고, 화학적 기계적 폴리싱(CMP)의 종점 검출법을 제공하는 방법이 제공된다. 상기 방법에 따르면, 공급영역과 수급영역 사이에 광학적으로 투명한 폴리싱 부재가 제공된다. 상기 폴리싱 부재는 제1단부와 제2단부 그리고 폴리싱 표면과 뒷면을 가진다. 상기 제1단부는 초기에 공급영역에서 떨어져 나와(come off) 수급영역에 연결되고, 상기 제2단부는 수급영역에 연결된 채 남아 있다. 폴리싱 부재의 부분을 폴리싱영역내에서 1이상으로 방향으로 이동시킴으로써 제1대상물이 폴리싱된다. 제1대상물의 첫번째 CMP 종점은 광학검출 시스템을 사용하여 검출된다. 광학검출 시스템은 폴리싱 부재를 통해 제1대상물로 나가는 신호를 보내고 그로부터 들어오는 반사 신호를 수신한다. 광학검출 시스템과 제1대상물 사이에는 폴리싱 부재가 배치된다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 대상물의 표면을 폴리싱하고, CMP 종점을 검출하기 위한 CMP 장치가 제공된다. 상기 CMP 장치는, 공급 스풀과 수급 스풀, 광학적으로 투명한 폴리싱 부재, 처리 영역, 1이상의 선형 방향으로 폴리싱 부재의 섹션을 이동시키는 수단, 및 CMP 종점 검출용 수단을 포함한다. 상기 폴리싱 부재는 2개의 단부를 갖는다. 한 단부는 공급 스풀에 부착되고, 다른 한 단부는 수급 스풀에 부착된다. 상기 처리 영역은 상기 두 단부 사이에 폴리싱 부재의 섹션을 갖는다. 상기 CMP 종점 검출용 수단은 폴리싱 부재를 통해 대상물의 표면으로 광학신호를 보내고 그로부터 반사되는 광학 신호를 수신한다. 상기 폴리싱 부재는 상기 검출용 수단과 대상물 사이에 배치된다.

본 발명의 추가 형태에 따르면, 대상물의 표면을 폴리싱하고 CMP 종점을 검출하는 방법이 제공된다. 상기 방법에 따르면, 처리 영역의 광학적으로 투명한 폴리싱 부재의 섹션에 대해 대상물의 표면이 노출되도록 상기 대상물이 지지된다. 웨이퍼의 표면은 두방향으로 상기 폴리싱 부재의 섹션을 선형 이동시킴으로써 폴리싱된다. 대상물에 대한 CMP 종점은, 폴리싱 부재를 통해 나가는 광학신호를 대상물로 보내고, 연속해서, 상기 대상물로부터 반사되고 상기 폴리싱 부재를 통해 수신되는 들어오는 광학신호의 상대적인 세기를 검출함으로써 결정된다. 본 발명의 형태들에 대한 앞선 논의는 단지 소개의 차원에서 제공된 것에 불과하다. 이 부분에 대하여 본 발명의 범위를 정의한 후속 청구항들에 대한 제한으로 받아들여서는 안된다.

본 발명의 제2실시예는 플렉서블 폴리싱 부재 및 대상물 홀더를 구비한 폴리싱 스테이션을 포함한다. 상기 폴리싱 부재는, 상기 폴리싱 부재의 뒷면에 대하여 유체를 공급하는 플래튼에 의하여 상기 대상물에 대해 유지된다. 상기 플래튼은 유체를 공급하기 위한 다수의 구멍을 포함하며, 대상물 처리의 종점을 검출할 수 있는 다수의 센서도 포함한다. 상기 구멍들은 함께 무리를 지어 압력 구역을 생성시키며, 통상적으로 하나의 센서가 각각의 구역과 관련되어 있으나 그 이상이나 이하도 가능할 수 있다. 소정의 컴퓨터는 센서신호를 수신하고 폴리싱을 최적화하도록 유체의 유동을 제어한다. 예를 들어, 대상물상의 특정 위치가 종점에 도달하게 되면, 상기 컴퓨터는 상기 위치로의 유체의 유동은 저감시키는 한편, 다른 영역으로의 유체의 유동은 유지시킨다.

본 발명의 다른 실시예에서, 다중층 반도체 웨이퍼의 처리 종점을 검출하는 센싱 장치는 반도체 웨이퍼의 표면에 대하여 광을 방출하는 광원, 입사광에 반응하여 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 반사 색을 감지하기 위한 색 센서 및 상기 색 센서에 결합되고 웨이퍼 처리의 종점이 적어도 부분적으로 센서 신호를 기초로 할지의 여부를 결정하도록 구성된 결정회로를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 반도체 웨이퍼의 처리 종점을 검출하는 종점 검출시스템은 반도체 웨이퍼의 표면과 관련된 거리(metric)를 감지하고 상기 거리를 기초로 센서신호를 발생시키도록 구성된 센싱 장치를 포함한다. 또한, 상기 종점 검출시스템은, 상기 센싱 장치에 결합되고 적어도 부분적으로 상기 센서신호를 기초로 하여 웨이퍼의 처리 종점에 도달하였는지의 여부를 결정하도록 구성된 결정회로, 및 상기 센싱 장치에 결합되어 상기 센싱 장치가 거리를 감지할 수 있도록 위치시키기 위한 이동가능한 구조체를 포함한다.

본 발명의 기타 실시예에서, 다중층 반도체 웨이퍼의 처리 종점을 검출하기 위한 방법은 반도체 웨이퍼의 표면에 대하여 광을 방출하는 단계; 입사광에 반응하여 상기 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 반사 색을 감지하는 단계; 상기 반사 색의 감지결과를 기초로 하여 센서신호를 발생시키는 단계; 및 적어도 부분적으로 상기 센서신호를 기초로 하여 웨이퍼의 처리 종점에 도달하였는지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 형태에서, 유체제어기는 압력 구역으로의 유체의 유동을 독자적으로 제어한다. 이 형태의 한가지 특징은, 본 발명이 플래튼내의 특정한 구멍들을 통해 유체를 선택적으로 배출해 저감시키고 심지어는 상기 압력 구역에 네거티브한 영향을 미칠 수도 있다는 것이다.

본 발명의 다른 형태에서는, 처리 동안 대상물이 회전되고 플래튼의 구멍은 동심적으로 배치되며 각각의 동심원은 압력 구역을 나타낸다.

본 발명의 또 다른 형태에서는, 유체제어기가 플래튼상의 동심원들로의 유체의 유동을 독자적으로 제어한다.

본 발명의 또 다른 형태에서는, 폴리싱 부재가 광학적으로 투명하다.

본 발명의 또 다른 형태에서는, 폴리싱 부재가 윈도우들을 포함한다.

본 발명의 또 다른 형태에서는, 센서들이 광센서이다.

본 발명의 또 다른 형태에서는, 센서들이 어쿠스틱 두께 센서이다.

본 발명의 또 다른 형태에서는, 센서들이 색 센서이다.

본 발명의 또 다른 형태에서는, 센서가 이동가능한 구조체에 부착된다.

본 발명의 또 다른 형태에서는, 센서들이 광섬유 나사(fiber optic thread)들을 사용한다.

본 발명의 또 다른 형태에서는, 대상물이 실질적으로 정지상태로 유지되나 폴리싱 공정 동안 회전하거나 평행 이동(tlanslational move)될 수도 있다. 본 발명의 바람직한 형태에서, 상기 평행이동은 압력 구역의 면적보다 작다.

본 발명의 장점은 대상물을 최적으로 폴리싱하고, 그로 인해 시간과 비용을 절감할 수 있는 능력을 포함하여 이루어진다.

하기에 상술하는 바와 같이, 본 발명은 CMP와 같은 재료 제거 공정들을 위한 인시튜 종점 검출(in-situ endpoint detection)을 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 유사한 부분들은 유사한 도면부호들로 나타내고 있는 첨부 도면들이 참조될 것이다.

A. 종점 검출 시스템

도 2는 폴리싱 부재(102) 및 캐리어 헤드(104)를 포함하는 예시적인 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 장치(100)을 도시한다. 폴리싱 부재는, 예를 들면, 폴리싱 벨트, 폴리싱 패트, 또는 다른 타입의 폴리싱 부재일 수 있다. 폴리싱 부재(102)는 상부면 또는 처리면(108) 및 하부면(108)을 포함한다. 폴리싱 부재의 하부면(108)은 플래튼(platen)과 같은 지지 플레이트(109) 상에 놓이고 인장(tension)된다. 폴리싱 부재 및 헤드는 대상물의 표면이 폴리싱 부재에 인접(adjacent)하도록 위치되는데, 부재폴리싱 부재에 가장 가깝거나(proximate) 접촉할 수 있다. 이 실시예에서, 폴리싱 부재(102)는 광학적으로 투명한 폴리싱 부재이다. 폴리싱 용액(110)은 폴리싱 부재(102)의 처리면(106) 상에서 흐르게 되고, 폴리싱 부재는 이동 메커니즘(도시 안됨)에 의하여 일방향 또는 양방향 방식으로 한 세트의 롤러(112)위에서 이동된다. 이 실시예에서, 폴리싱 부재는 양방향 방식으로 이동된다. 용액(110)은 폴리싱 부재상으로 웨이퍼의 일측 또는 양측으로부터 공급되거나, 또는 폴리싱 부재를 통과하여 웨이퍼의 표면상으로 공급되거나, 이 두 가지 모두의 방식으로 공급될 수 있다. 처리될 웨이퍼(114)는, 이하에서 표면으로 언급될 웨이퍼의 전방면(116)이 완전히 노출되도록 캐리어 헤드(104)에 의하여 유지된다. 상기 헤드(104)는 샤프트(118)를 통하여 웨이퍼(114)를 회전시킬 뿐만 아니라 위 아래 수직으로 이동시킬 것이다. 웨이퍼(114)의 표면(106)은 (도 1b에 도시된 바와 같이) 그 아래의 배리어층(18) 아래로 폴리싱될 수 있도록 구리층(16)(이는 시드층(seed layer) 및 증착된 구리 모두를 포함함)을 구비하는 도 1a에 도시된 구조체를 가질 수도 있는 한편, 종점 검출은 본 발명을 사용하여 인시튜로 수행된다. 이 예시에서는, 오버버든 층(overburden layer)층은 구리(Cu)이고, 배리어 층(18)은 탄탈(Ta)이다. 절연층(14)는 실리콘 이산화물(SiO₂) 또는 저-k 유전체 또는 초저-k 유전체 재료(ultra low-k dielectric material)로 만들어질 수 있다. 이 실시예에서는, 바람직하게는 광학 에미터 및 검출기를 포함하는 종점 모니터링 디바이스(120)가 폴리싱 부재(102) 밑에 놓인다. 종점 모니터링 디바이스(120)은, 구리층이 절연층의 최상면(15)상의 배리어층(18)까지 아래로 폴리싱되는 경우, 종점을 검출한다(도 1a 및 도 1b 참조). 배리어층이 노출되고 디바이스(120)에 의하여 검출되자마자, 상기 공정은 중지된다. 선택적인 단계로서, 원한다면, 배리어층이 그 기초를 이루는 산화물층까지 폴리싱될 때까지 상기 공정이 계속될 수도 있다. 하기에 상술하는 바와 같이, 상기 디바이스(120)는 플래튼(109)내의 공동내에 놓일 수도 있다. 본 발명의 상기 디바이스(120)는 반사율의 변화를 모니터링하는데 사용되는 여하한의 광학적모니터링 디바이스일 수도 있다. 본 명세서에서는 구리가 예시로서 사용되었지만, 본 발명은 또한 다른 재료, 예를 들면 절연체 및 반도체 뿐만 아니라 Ni, Pd, Pt, Qu, Pb, Sn, Ag, 및 다른 합금들, Ta, TaN, Ti 및 TiN과 같은 재료의 제거에 사용될 수도 있다. 공정시, 웨이퍼(114)는 회전되고 표면(116)은 이동되는 폴리싱 부재(102)의 처리면(106)에 의해 접촉되는 한편 폴리싱 용액(110)은 송정면(106)상에서 흐르게 되어 웨이퍼의 상기 표면(116)을 적시게 된다(wet).

도 3의 평면도 및 도 4의 단면도에 도시된 바와 같이, 모니터링 디바이스(102)는 플래튼(109)내에 형성된 공동(122)내에 놓인다. 도 4에 도시된 바와 같이, 공동(122)의 최상부는 투명한 윈도우(124)에 의하여 시일(seal)된다. 이 실시예엣서, 공동(122)은 모니터링 디바이스의 세장된 몸체(elongate body)의 공동(122)을 따른 이동을 도모하도록 그 크기가 정해지고 그 형태가 정해진다. 공동(122)의 위치는 그 기초를 이루는 플래튼 및 폴리싱 부재상의 웨이퍼의 상대적인 위치와 상관(correlate)되어진다. 공정시, 모니터링 디바이스는 웨이퍼의 반경을 스캐닝하도록 이동 메커니즘(도시안됨)에 의하여 공동을 따라 이동될 수 있다. 스캐닝 동작의 결과로서, 웨이퍼의 중심과 웨이퍼의 에지 사이의 다양한 지점들이 모니터링된다. 공동은 웨이퍼의 중심을 너머로 연장될 수 있어, 예를 들면, 웨이퍼가 회전됨에 따라 스캐닝 동작을 생성시키도록 공동내에서 모니터링 디바이스를 슬라이딩시킴으로써 웨이퍼의 지름을 따라서 넓은 스펙트럼의 판독이 행해질 수 있게 된다. 이 스캐닝 절차는 연속적인 공정으로서, 또는 스텝들로(in steps) 수행될 수 있다.

이 실시예에서, 모니터링 디바이스에 부착된 거울(126)은 나오는 광학신호(128)가 웨이퍼 표면상에 투영되도록 할 수 있게 한다. 상기 거울(126)은 들어오는 반사된 광학신호(130) 또는 반사된 광학신호가 모니터링 디바이스(120)에 도달하도록 해준다. 대안적인 실시예에서는, 플렉시블 마이크로 파이버(flexible micro fiber)들과 같은 상이한 구성을 가진 모니터링 디바이스를 사용함으로써 거울의 사용을 배제시킬 수 있으며, 신호들은 직접 디바이스로부터 구리 표면으로 보내질 수도 있다. 반사된 신호(130)의 세기가 변화하는 경우, 상기 디바이스는 종점, 즉, 배리어층(18)이 노출되는 순간(도 1b 참조)을 결정한다. CMP 공정이 계속되어 배리어층을 제거하는 경우, 반사된 신호의 세기는 절연층(14)의 최상면(15)이 노출될 때 다시 한번 변화된다(도 1b 참조). 모니터링 디바이스에 의하여 생성되거나 이에 의해 지향된 광학신호들은 600-900나노미터의 파장범위를 가질 것이다. 나오는 광학신호는 레이저 또는 LED 또는 초퍼(chopper)를 구비한 백색광 에미터와 같은, 상기 디바이스(120)의 에미터에 의하여 생성될 수 있다. 바람직한 본 실시예에 따르면, 반사된 광학신호는 상기 디바이스(120)의 검출기가 받아들인다. 전형적인 검출기는 초전기 검출기(pyroelectric detector)일 수 있다. 들어오는 광학신호(incoming optical signal)는, 상기 검출기에 의하여 검출된 신호를 제외한 실질적으로 모든 파장을 제거하도록 설정된 대역통과필터를 먼저 거칠 것이다. 이 실시예에서, 나오는 신호(outgoing signal) 및 반사된 신호는 광학적으로 투명한 폴리싱 부재를 통과하도록 하는 것이 유리하다. 또따른 대안례로서는, 웨이퍼 표면에서의 신호 변화를 모니터하도록, 웨이퍼의 중심에 대응할 수도 있는 플레이트의 중심으로부터 연장하는 반지름방향으로 형성된 공동(radially formed cavity)(별 형상)들내에 고정된 복수의 모니터링 디바이스의 어레이를 배치하는 것이다. 또한 대안적으로, 많은 수의 모니터링 디바이스가 단일 공동을 따라 분포될 수도 있다. 이러한 방식으로, 모니터링 디바이스들은 회전하는 웨이퍼 표면의 중심, 중간, 및 에지 영역으로부터의 데이터를 수집할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 폴리싱 부재 전체가 투명한 재료로 만들어지고 종점 검출을 위한 여분의 윈도우가 필요없다. 이 실시예에서는 폴리싱 부재가 투명한 배킹 재료(backing material)상에 형성된 최상부 투명 연마재층(top transparent abrasive layer)을 가지는 복합구조체를 포함한다. 연마재층은 공정시 대상물과 접촉하고 투명한 바인더 매트릭스(binder matrix) 형태로 분포된 미세한 연마재의 입자들을 포함한다. 본 발명과 함께 사용되는 전형적인 선형 폴리싱 부재 구조체는, 캘리포니아주의 헤이워드의 마이폭스사(Mipox, Inc., Hayward, California)로부터 입수할 수 있는 투명한 마일라 배킹(Mylar backing)상에 스택된, 예를 들어 5 내지 100㎛ 두께의 투명한 연마재층의 얇은 코팅을 포함할 수도 있다다. 연마재층은 5 내지 100㎛ 두께인 반면 배킹층은 0.5 내지 2㎜ 두께일 수 있다. 연마재층내의 연마재의 입자들의 크기는 약 0.2 내지 0.5㎛의 범위에 있다. 이러한 입자들에 대한 전형적인 재료는 실리카, 알루미나 또는 세리아(seria)일 수 있다. 보다 덜 투명한 폴리싱 부재, 그러나 여전히 본 발명과 함께 사용될 수 있는 폴리싱 부재는 또한 미네소타의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company, Minnesota)로부터 입수가능한다. 몇몇 실시예에서는 폴리싱 부재가 연마재의 입자들을 포함할 수 있는 한편, 볼리싱 부재는 또한 연마재의 입자들을 가지지 않는 투명한 폴리머 재료(polymeric material)로 만들어질 수도 있다.

상술한 바와 같이, 연마재의 폴리싱 부재는 웨이퍼 표면으로부터 재료들을 제거함에 따라 그리고 배리어층 또는 산화물층이 노출됨에 따라, 반사된 광 세기가 변화한다. 일례로, 약 10㎛ 두께의 연마재층과 0.5 내지 1.0㎜ 두께의 투명한 마일라 층을 가지는 연마재의 폴리싱 부재가 사용되었다. 이 예에서는 연마재층은 0.2 내지 0.5㎛ 퓸드 실리카 입자(fumed silica particle)들을 갖는다. 675 나노미터 파장의 광빔(나옴)은 이 폴리싱 부재를 통하여 보내어졌고 CMP 공정전체에 걸친 세기 변화가 모니터링되었다. 이 폴리싱 부재로, 구리 제거 공정 내내, 반사된 광의 세기가 2의 임의의 (정규화된) 세기 값을 유지하였음이 관찰되었다. 그러나, 배리어층(Ta층)이 노출되자마자 세기 값은 1로 감소되었다. 또한, 배리어층이 산화물층의 최상부로부터 제거되고 산화물층이 노출되는 경우에는 반사된 광의 세기는 0.5로 감소되었다.

도 3에 도시된 바와 같이, 바람직한 실시예에 의하면, 모니터링 다비이스(120)이 컴퓨터(132)에 연결되고, 이 컴퓨터는 또한 (도시되지 않은 캐리어 헤드 제어기에 전기적으로 연결될 수도 있으며, 계산(computation)은 많은 방식으로 수행될 수도 있고, 프로세서를 구비한 컴퓨터를 반드시 필요로 하지는 않으나, ASIC 및 프로그램가능한 게이트 어레이를 포함하나 이에 한정되지는 않는 이산적(discrete) 또는 집적 로직 회로를 그 대신에 사용할 수도 있음이 이해된다. 배리어층이 바로 밑에 있는 구리층에 대해 작동하는 경우, 배리어 층이 노출되자마자 모니터링 디바이스로부터의 출력신호는 반사율에서의 변화의 결과로 변화하고, CMP공정이 중지된다.

일반적으로, 본 발명의 측면들에 따른 종점 검출 장치 및 방법은 각 대상물 상의 하나 이상의 종점을 검출하도록 하나 이상의 대상물에 대해 적용된다. 예를 들면, 본 발명의 일 측면에 따른 하나의 CMP 종점 검출 공정은 하나의 웨이퍼와 같은 단일 대상물을 위해 검출될 여러 개의 CMP 종점들을 가질 수 있다. CMP 종점들은 각자의 폴리싱 시퀀스 및 이에 대응하는 각자의 공정 조건을 가질 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼의 표면으로부터 오버버든된 금속의 제거는 제 1 CMP 종점을 나타내고, 웨이퍼의 피처들의 외부의 배리어층의 제거는 제 2 CMP 종점을 나타낼 수 있다. 신호 세기의 제 1 임계 또는 레벨은, 검출시스템에 의하여 관찰된 신호세기가 제 1 임계 또는 레벨까지 또는 그 이하까지 떨어지는 경우, 상기 제 1 CMP 종점이 도달되었다고 결정하도록 상기 제 1 CMP 종점을 검출하는데 사용될 수 있다. 신호 세기의 다른 임계 또는 레벨들은 다른 CMP 종점들을 검출하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 제 2 CMP 종점을 검출하기 위하여, 상기 검출시스템에 의하여 관찰된 신호세기가 상기 제 1 임계 또는 레벨의 신호 세기 보다 낮은 제 2 임계 또는 레벨까지 또는 그 이하까지 떨어지는 경우, 상기 제 2 CMP 종점에 도달되었다고 결정될 것이다.

상술한 논의 및 첨부된 청구항에서 "대상물 표면(workpiece surface)" 및 "대상물의 표면(surface of the workpiece)"이라는 용어는 처리 이전의 대상물의 표면 및 대상물상에 형성된 여하한의 층(도전체, 산화된 금속, 산화물, 스핀-온 유리(spin-on glass), 세라믹 등)의 여하한의 표면을 포함하나, 이에 한정되지는 않는다는 것이 이해되어야 할 것이다.

B. 스마트 종점 검출 시스템(smart endpoint detection system)

하기에 상술하는 바와 같이, 본 발명은 두께 균일성 제어 및 CMP 공정과 같은 재료 제거 공정들을 위한 종점 검출 둘 모두의 인시튜 방법을 제공한다. 이 시스템에서는, 폴리싱 부재가 광학적으로 투명할 것이고, 또는 윈도우들이나 투명한 섹션들과 같은 요소들을 사용하여 부분적으로 투명할 것이다.

도 5a 내지 도 5c는 대상물 표면을 도시한 도면이다. 도 5a는 필름(16), 예를 들면 구리가 그 위에 증착된 후의 웨이퍼(9)를 도시한다. 상기 웨이퍼는 예시로서 도시된 웨이퍼 기판내에 형성된 많은 수의 회로(510a ~ 510n, 여기서 n은 임의의 수임)를 포함한다. 이들 회로 각각은, 종종 배리어층 위에, 증착된 도전성 필름으로 가득 찬 많은 수의 피처들을 포함한다. CMP 공정은 오버버든을 제거하고 이들 피처들 내에 도전성 필름이 남게 한다. 그러나, 오버버든이 CMP 공정과 같은 공정을 사용하여 제거되는 경우 평평(leve)해질 필요가 있는 전체적인 표면 두께 변화가 존재한다는 점에 주의하라. 표면이 변하기 때문에, 필름(16)의 사전 결정된 두께를 단순히 폴리싱하는 공정은 소정 영역들을 오버폴리싱(overpolishing)하고 다른 영역들을 언더폴리싱(underpolishing)하게 될 가능성이 있다.

도 5b는, 예시를 위하여 다소 확대된, 웨이퍼(114)상의 국부적 표면 변화를 도시한다. 상술한 바와 같이, 표면이 변하기 때문에, 필름(16)의 사전 결정된 두께를 단순히 폴리싱하는 공정은 소정 영역들을 오버폴리싱하고 다른 영역들을 언더폴리싱(underpolishing)하게 될 가능성이 있다.

도 5c는, 도전층이 피처내에 있고 오버버든이 제거된 경우의 원하는 폴리싱 종점을 갖는 웨이퍼를 도시한다.

일 실시예에서, 본 발명의 두께 균일성 검출 및 제어 시스템은 실시간 두께 측정 능력 및 공정 파라미터들에 대한 이들의 제어를 이용하여 처리된 표면의 구께 균일성을 유지한다. 처리되는 웨이퍼의 표면으로부터의 도출된 실시간 두께 데이터에 기초하여, 두께 균일성 제어 시스템은 층을 균일하게 폴리싱하도록 CMP 공정시 폴리싱 파라미터들을 변화시킨다. 결과적으로, 폴리싱된 층의 종점은 그 층의 오버폴리싱 및 언더폴리싱 없이 웨이퍼 표면을 가로질러 전체적으로(globally) 도달된다. 폴리싱 파라미터들은, 소정 위치들에서는 다른 위치들에 비하여 빠르게 폴리싱되도록 폴리싱 부재하의 압력을 국부적으로 변화시킨다.

본 발명의 일 측면에서는, 검출된 실시간 종점 데이터를 사용함으로써 처리된 표면의 균일성을 유지시킨다. 처리되는 웨이퍼의 표면으로부터의 도출된 실시간 데이터에 기초하여, 두께 균일성 제어 시스템은 층을 균일하게 폴리싱하도록 CMP 공정시 폴리싱 파라미터들을 변화시킨다.

본 명세서에서는 비록 구리가 예시로서 사용되었으나, 본 발명은 또한 다른 재료, 예를 들면 절연체 및 반도체 뿐만 아니라 Ni, Pd, Pt, Qu, Pb, Sn, Ag, 및 다른 합금들, Ta, TaN, Ti 및 TiN과 같은 재료의 제거에 사용될 수도 있다.

도 6a는 두께 균일성 제어 유닛(560)을 구비한 예시적인 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 장치(550)을 도시한다. 상기 CMP 장치는 연마재의 폴리싱 부재(102) 및 캐리어 헤드(104)를 포함할 수도 있다. 폴리싱 부재(102)는 상부 또는 처리면(106)및 하부면(108)을 포함한다. 폴리싱 부재의 하부면(108)은 플래튼(platen)과 같은 지지 플레이트(600) 상에 놓이고 인장된다. 폴리싱 부재는 투명한 배킹 재료 상에 형성된 최상부 투명 연마재층을 갖는 복합구조를 포함하는 것이 바람직하다. 연마재층은 공정시 대상물과 접촉하고 투명한 바인더 매트릭스 형태로 분포된 미세한 연마재의 입자들을 포함한다. 본 발명과 함께 사용되는 전형적인 선형 폴리싱 부재 구조체는, 캘리포니아주의 헤이워드의 마이폭스사(Mipox, Inc., Hayward, California)로부터 입수할 수 있는 투명한 마일라 배킹(Mylar backing)상에 스택된, 예를 들어 5 내지 100㎛ 두께의 투명한 연마재층의 얇은 코팅을 포함할 수도 있다다. 연마재층은 5 내지 100㎛ 두께인 반면 배킹층은 0.5 내지 2㎜ 두께일 수 있다. 연마재층내의 연마재의 입자들의 크기는 약 0.2 내지 0.5㎛의 범위에 있다.

플래튼은, 공정시 폴리싱 부재 하의 유체 압력을 생성시키기 위하여 도 6b에 상세하게 도시(또한 도 7a 및 도 7b 참조)된 복수의 구멍(620a - 620n)을 포함한다. 폴리싱 부재(102)는, 연마재를 포함하는 CMP 슬러리 또는 폴리싱 용액이 사용되는 경우에는 비-연마재의 폴리싱 부재로 대체될 수 있다. 상기 구멍(620a - 620n)은 유체 공급 유닛(562)에 의해 공급된 유체에 연결된다. 이 실시예에서, 폴리싱 부재(102)는 광학적으로 투명하거나, 또는 그 안에 윈도우들을 가지거나 광학적으로 투명한 부분들로 구성된 폴리싱 부재일 수도 있다. 본 발명의 일 측면에서는, 상기 유체 공급 유닛(562)이 플래튼으로의 유동을 제어하는 회전식 유량계(rotary flow meter)를 포함한다. 예를 들면, 플래튼의 각 구역(zone)으로의 유동이 0 내지 5cfm으로 제어될 수 있다. 대안적으로, 유동은 상업적으로 입수가능한전기적 질량 흐름 제어기(mass flow controller)들에 의해 제어되거나 측정될 수 있다. 이러한 전기적 질량 흐름 제어기들은 제어되고 자동화된 소프트웨어일 수도 있다. 전형적인 질량 흐름 제어기들은 에스엠시(SMC) 및 셀레리티(Celerity)로부터 입수가능하다.

폴리싱 부재는 적용된 압력에 순응하고 관계된 국부적 압력을 웨이퍼 표면에 대하여 전달(communicate)하기에 충분한 가요성을 가지도록 선택된다. 전형적인 실시예는 압력을 국부적 영역들로 알맞게 전송하는 플레시블 폴리머 폴리싱 부재를 사용한다. 폴리싱 부재가 충분히 유연하지 않다면, 예를 들어, 스틸 벨트(steel belt)로 강제(reinforce)된다면, 넓은 영역에 걸쳐 압력이 전달될 것이고 시스템은 웨이퍼의 원하지 않는 영역들을 계속하여 폴리싱할 것이다.

폴리싱 용액(112)은 폴리싱 부재(102)의 처리면(106) 상에서 흐르게 되고, 폴리싱 부재는 이동 메커니즘(도시 안됨)에 의하여 일방향 또는 양방향 방식으로 한 세트의 롤러(113)위에서 이동된다. 이 실시예에서, 폴리싱 부재는 양방향 방식으로 이동되는 것이 바람직하다. 상기 폴리싱 용액(112)은 구리 폴리싱 용액 또는 연마재 폴리싱 용액일 수 있다. 상기 용액(112)은 폴리싱 부재상으로 웨이퍼의 일측 또는 양측으로부터 공급되거나, 또는 폴리싱 부재를 통과하여 웨이퍼의 표면상으로 공급되거나, 이 두 가지 모두의 방식으로 공급될 수 있다. 처리될 웨이퍼(114)는, 이하에서 표면으로 언급될 웨이퍼의 전방면(116)이 완전히 노출되도록 캐리어 헤드(104)에 의하여 유지된다. 상기 헤드(104)는 샤프트(118)를 통하여 웨이퍼(114)를 회전시킬 뿐만 아니라 위 아래 수직으로 이동시킬 것이다. 웨이퍼(114)의 표면(116)은 초기에는 (도 5c에 도시된 바와 같이) 종점까지 폴리싱될 수 있도록 (시드층 및 증착된 구리 모두를 포함하는) 구리층(16)을 구비하는 도 1a에 도시된 구조체를 가질 수도 있는 한편, 본 발명의 두께 균일성 검출 및 제어는 인시튜로 수행된다. 이 지점에서, 공정은 또한 배리어층 제거 단계와 함께 계속되어, 절연층(14)이 노출되거나 배리어층 종점이 도달될 때까지 절연층의 최상면(15)상의 배리어층이 폴리싱되도록 한다. 이 예시에서, 오버버든층은 구리(Cu)이고, 배리어층(18)은 탄탈(Ta)이고 절연층(14)은 실리콘 이산화물(SiO₂)이다.

균일성 제어 유닛은 유체(예를 들면, 공기)를 플래튼(600)으로 운반하기 위한 유체 공급 유닛(562)을 포함한다. 균일성 제어 유닛은 또한 CPU, 메모리, 모니터, 키보드, 및 다른 일반적 요소들을 구비한 컴퓨터 제어기(564)를 포함한다. 상기 컴퓨터(564)는 일련의 예시적인 센서들(630a - 630n)에 커플링되며, 여기서 n은 센서 제어기(566)을 통하는 임의의 센서 식별자(630a - 630d는 도 6b 및 7a 내지 7b에 또한 도시됨)이다. 상기 센서들(630a - 630n)은 플래튼 내의 유체 구멍(620a - 620n)에 인접하여 플래튼 내에 배치된다. 이 실시예에서, 플래튼의 구멍들은 소정 방식으로 그루핑(grouping)되는 것, 예를 들면 원형의 형태로(도 6b, 도 7a 내지 도 7b 참조) 구멍들의 각 그룹을 분포시키는 것이 바람직하다. 하기에 상술하는 바와 같이, (압력 구역(pressure zone)들로 알려진) 홀들의 각 그룹은 컴퓨터(564)에 의하여 제어된 유체 압력을 운반하는 유체 공급 유닛에 연결된다. 유체 공급 유닛은 서로에 대하여 독립적으로 각 압력 구역을 위한 (유동으로서) 유체 압력을 변화시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에서는, 상기 센서들(630a - 630n)이 폴리싱 부재하에 놓인 광학 에미터 및 검출기를 포함하는 종점센서들이다. 상기 종점센서들은, 예를 들면 구리층이 절연층의 최상면(15)상의 배리어층(18)까지 폴리싱되는 때(도 1a 및 도 1b 참조) 폴리싱 종점을 검출한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 플래튼의 상이한 구역으로부터의 국부적 압력을 제어하는 능력을 이용하여 웨이퍼 상의 국부적 폴리싱 속도를 증가시키거나 감소시킨다. 따라서, 본 발명의 중요한 일 측면은 플래튼상의 상이한 압력 구역을 채택함으로써 상이한 폴리싱 속도를 제공하는 능력이다. 각각의 개별적인 압력 구역상의 유체 또는 공기 압력 레벨을 타이트하게 제어함으로써 이 시스템의 폴리싱 감도가 향상된다. 압력 구역들에 대하여 정확하게 제어된 압력레벨을 확립함으로써 결과적으로 웨이퍼상의 국부적 폴리싱 속도를 더욱 제어할 수 있다.

도 6b 및 도 6c에 도시한 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 사전설정된 압력 레벨을 갖는 이러한 이산적인 압력구역은 또한 플레이트의 최상부로부터 과도 공기(excess air)를 제거함으로써 달성될 수 있다. 하기에 더욱 상세히 서술되는 바와 같이, 분위기(atmosphere) 또는 진송 소스로의 제어된 누설을 허용함으로써, 본 발명은 이웃하는 압력 구역위로 흐르게 될 불어날려진 과도 공기를 조절, 즉, 이웃하는 구역들 사이의 크로스토크를 조절하고, 이웃하는 구역들내의 공기 압력 레벨에서의 변화가 생기게 한다. 일실시예로서 공기 누설 밸브를 구비한 예시적인 시스템(1000)이 도 6b에 도시된다. 이 실시예에서 컴퓨터 제어기 및 센서 유닛은 명확성을 위하여 도시되지 않는다. 상기 시스템은 주로 플래튼(600), 웨이퍼(114)를 공정에 유지시키는 웨이퍼 캐리어(104), 및 폴리싱 벨트(102) 또는 폴리싱 패드로 구성된다. 상술한 바와 같이, 상기 벨트(102)는 최상면(106) 또는 처리면 및 배면(108)을 갖는다. 웨이퍼(114)의 전방면(116)은 폴리싱 벨트(102)의 최상면과 마주한다. 상기에서 폴리싱 벨트 및 폴리싱 용액의 특정 실시예가 예시되며, 따라서, 명확성을 위하여, 이들에 대한 기재는 반복하지 않는다.

도 6a에 비하여, 도 6b는 플래튼(600)을 더욱 상세히 도시한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 플래튼(600)은 베이스 블록(612)을 둘러싸는 상부면(610)을 가질 수 있다. 상부면은 동심의 압력 구역들, 즉 제 1 구역(z1), 제 2 구역(z2) 제 3 구역(z3) 및 제 4 구역(z4)로 나누어진다. 이러한 동심 구역들은 도 7a 및 도 7b에도 또한 예시되었다. z1 내지 z4의 구역들은 구멍들(620a 내지 620n)을 포함한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 각각의 구역은 2개 이상의 구멍들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 1 구역(z1)은 구멍들(620a)을 포함한다, 등등. 센서들(630a 내지 630n)은 또한 각 구역에 놓인다. 명확성으로 위하여 도 6b는 컴퓨터 제어기 및 센서 유닛 및 이 유닛에의 연결들(도 6a 참조)은 도시하지 않는다. 또한 표면(610)내의 각 구역은 도 6b에 도시된 방식과 같이 공기 챔버(614a 내지 614 d)에 대응한다. 예를 들면 제 1 구역(z1) 내의 구멍들(620a)에는 챔버(614a)를 통하여 흐르는 공기가 공급되고, 제 2 구역(z2) 내의 구멍들(620b)에는 챔버(614b)를 통하여 흐르는 공기가 공급된다, 등등. 챔버들(614a 내지 614d)은, 각각 공기 라인(616a 내지 616b)를 통하여 공기 공급 유닛(562)에 연결된 원형의 동심 그루브들로서 형성된다. 각 공기 라인(616a 내지 616b)은 하나 이상의 공기 포트(618a 내지 618b)를 통하여 대응하는 챔버에 연결된다. 또한 예를 들면 T-커넥터들과 같은 커넥터들을 채택함으로써, 각 공기 라인(616a 내지 616b)은 압력 제어 디바이스들(622a 내지 622d)에 각각 커플링된다. 이 실시예에서, 압력 제어 디바이스는 공기 라인들(616a 내지 616d)에 연결된 공기 밸브들(622a 내지 622d)이다. 이와 관련하여, 각각의 밸브는 압력 구역 중 하나와 연관된다, 즉 제 1 밸브(622a)는 제 1 구역(z1)을 위한 것이고, 제 2 밸브(622b)는 제 2 구역(z2)을 위한 것 등등이다.

상기 밸브들(622a 내지 622d)은 통풍 포트들(624a 내지 624d)을 포함한다. 상기 통풍 포트들(624a 내지 624d)은 시스템(1000)으로부터 배출된(vented) 공기의 제거를 위한 외측 분위기 또는 진공(도시되지 않음)에 연결될 수도 있다. 이 실시예에서는, 밸브들을 통하여, 통풍 포트들(624a 내지 624d)로부터 배출될 공기의 양을 조정하는 것이 가능하고 이에 따라 압력 구역상에 양의 압력(positive pressure)을 조정하는 것이 가능하다. 상기 밸브들(622a 내지 622d)이 스위칭온되는 경우, 이들은 상기 라인들(616a 내지 616d)을 통하여 흐르고 있는 공기의 소정 백분율을 배출시킨다. 이와 관련하여, 밸브들(622a 내지 622d)은 상기 구역들내의 양의 압력, 또는 음의 압력 또는 제로 압력을 생성시키도록 사용될 수 있다. 진공 연결로, 음의 압력 또는 제로 압력이 상기 압력 구역상에서 생성될 수 있다.

그러나 밸브의 가장 중요한 기능은, 이웃하는 구역들로부터의 공기가 그 우역 너머로 흘러서 그 구역내에 공기 압력 증가를 야기시키는 경우, 공기를 배출시켜 그 밸브와 연관된 압력 구역 내의 압력 레벨을 조정하는 것이다. 이 실시예에서, 공기 공급 유닛은 각 압력 구역에 동일한 기류 속도를 공급할 수 있을 뿐만 아니라 개별적인 압력 구역으로의 흐름 속도를 변화시켜, 폴리싱 벨트 하에서, 사전 설정된 압력 프로파일을 가지는 공기 구역을 확립시킬 수 있다.

도 6c의 또다른 실시예에 도시된 바와 같이, 플래튼(600)은, 플레이트의 최상부로부터 잉여 공기를 제거하기 위하여 구역들 사이에 놓이는 것이 바람직한 유체 추출 구멍(fluid bleed hole)(1400)들을 포함한다. 유체 추출 구멍들을 통한 분위기 또는 진공 소스로의 유체 누설을 허용함으로써, 본 발명은 이웃하는 압력 구역으로부터 흘러넘어올 과도 유체의 문제점을 제거하며, 결과적으로 이웃하는 구역들 사이의 크로스토크를 실질적으로 최소화시킨다. 결과적으로 이 때문에 플래튼 상에 실질적으로 독립적인 압력 구역이 생성되며, 이는 각 압력 구역내의 상이한 압력 레벨의 사용을 허용한다는 점에서 유리하다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 일 예로서, 유체 추출 구멍들(1400a 내지 1400d)이 유체 구멍들(620a 내지 620d) 및 센서들(630a 내지 630d)을 가지는 동심 압력 구역들(z1, z2, z3 및 z4) 사이에 놓인다. 각 구역 사이에, 복수의 추출 구멍들이 단일의 또는 하나 이상의 원형 경로상에 형성된다. 각 원형 경로는 최소한 하나의 라인의 복수의 추출 구멍들(1400a 내지 1400b)을 가질 수 있다. 예를 들면, 구역 z1 및 z2 사이에 있는 복수의 추출 구멍들(1400a)은 복수의 추출 구멍들을 포함하는 2개의 동심 원형 경로 또는 단일 원형 경로를 따라서 형성될 수 있다. 비록 이 실시예에서는 추출 구멍들이 원형 경로들을 따라서 그리고 구역들 사이에 형성되었으나, 이들은 반지름 방향과 같은 어떠한 방식으로 분포될 수도 있으며, 이들 또한 본 발명의 범위에 있다. 이 실시예에서, 추출 구멍들은 둥글거나 원형의 형상을 가진다; 그러나, 이들은 직사각형 또는 다른 기하학적 형상을 가질 수도 있거나 원형 슬릿의 형상을 가질 수도 있다. CMP 공정시, 공기와 같은 유체는 각 구역 내의 유체 구멍들(620a 내지 620n)을 통하여 폴리싱 벨트(102) 아래로 주입되는 한편, 웨이퍼(114)를 유지시키는 캐리어 헤드(104)는 폴리싱 벨드 상으로 내려가게 된다. 폴리싱 벨트(102)가 플래튼(600) 위에서 이동됨에 따라, 구멍들(620a 내지 620n)을 통한 유체는 폴리싱 벨트(102) 하의 압력을 적용한다. 압력 구역들 사이의 추출 구멍들은 압력 구역(z1 내지 z4) 밖으로 흐르는 잉여 유체를 추출(bleed out)시켜서 구역들 사이의 크로스 토크를 방지한다. 공정시, 웨이퍼(114)는 추출 구멍들의 가능한 국부적 효과를 평균해내도록 추출 구멍들의 지름의 약 2배 만큼 병진운동(translate)될 수 있다. 각 추출 구멍은 대기 압력에 개방될 수도 있거나 진공시스템(도시 안됨)에 연결될 수도 있다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 일실시예에서는 추출 구멍(1400a 내지 1400d) 각각이 개별적으로 대기 압력에 연결되어 있다. 추출 구멍(1400a 내지 1400d) 각각은 독립적으로 외부 압력에 개방되고 개별적으로 잉여 유체를 분위기로 추출시킨다. 그러나, 추출 구멍들의 가장 중요한 기능은 각 압력 구역 내의 압력레벨의 독립적 조정이다. 예를 들면, 제 1 구역 내의 압력의 크기는, z1으로의 높은 흐름을 공급하고 추출 구멍들(1400a)를 통하여 제 1 구역 바깥으로 흐르는 잉여 유체를 추출시켜서 이웃하는 제 2 구역(z2)에서의 압력에 영향을 미치지 않도록 함으로써, 제 2 구역(z2)보다도 더욱 높게 될 수 있다. 이 실시예에서는, 공기 공급 유닛이 또한 각 압력 구역에 동일한 유동 속도를 공급할 뿐만 아니라 개별적인 압력 구역으로의 흐름 속도를 변화시킬수가 있어서 각 유체내에 특정 레벨의 압력을 확립시킬 수 있다. 이로서, 폴리싱 벨트(102) 하에서, 사전설정된 공기 압력 프로파일이 생성될 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 구멍들(620a 내지 620n) 및 센서들(630a 내지 630n)을 포함하는 구역들(z1 내지 z4)을 구비하는 표면(610)의 단면도를 도시한다. 이 실시예에서, 예시적인 센서들(630a 내지 630n)은 광학적 종점 센서들일 수 있고, 바람직하게는 광학 에미터 및 검출기를 포함하며, 대상물로부터 폴리싱 부재 아래의 플래튼 내에 배치된다. 예를 들면, 센서들(630a 내지 630n)은, 유체 압력이 유체 공급 유닛(562)에 의해 선택적으로 제어되는 압력 구역을 나타내는 구역들(z1 내지 z4) 내에 또는 가까이에 위치될 수 있다. 비록 이 실시예에서는 플래튼 내에 위치된 광학 센서들이 예시적으로 사용되었지만, 상기 시스템 내의 어떠한 위치에 위치해 있는 어떠한 타입의 센서들이라도 사용될 수 있고, 이는 본 발명의 범위안에 있다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 각 구역은 복수의 동심원을 포함할 수 있고, 몇몇 경우에는 하나의 구역이 하나의 센서를 가지지 않을 수도 있다는 것 또한 예상되어진다. 센서 유닛(566)은 가공되지 않은(raw) 센서 신호(예를 들면 반사된 광)를 받아들여 컴퓨터(564)(도 6a 참조)에 보내지는 전기적 센서 신호를 생성시키며, 상술된 바와 같은 방식으로 유체 공급 유닛(562)를 제어한다.

본 발명의 종점 센서들은 폴리싱된 층의 반사율의 변화들을 모니터링하는데 사용되는 소정의 광학 모니터링 디바이스일 수 있다. 도 8을 참조하면, 각각의 센서(630x)는 대상물(114)에서 반사되는 광을 제공하는 송신섬유(632x)(도면번호 710참조) 및 반사된 광을 수신하는 수신섬유(634x)를 포함한다. 상기 종점 센서는, 예컨대 구리층이 절연층의 최상면(15) 상의 배리어층(18)까지 폴리싱될 때의, 반사된 광의 변화에 의해 폴리싱 종점을 검출한다(도 1a 내지 도 1b 참조). 이 형태에서, 나가고 들어오는 신호들은 광학적으로 투명한 폴리싱 부재(102)를 통해 이동한다. CMP 종점 검출에 있어서 상기 센서들을 이용하는 것은 2002년 1월 17에 출원된 미국출원 일련번호 제 10/052,475호에 개시되어 있다.

CMP는 다음과 같은 대략적인 수학식을 토대로 표면을 폴리싱하는 공정이다.

폴리싱 속도 = 상수 x 속도 x 압력.

본 발명은 로컬 폴리싱 속도를 증가 또는 감소시키기 위하여 로컬 압력을 제어하는 능력을 이용한다. 그 결과, 본 발명의 핵심적인 일 형태는 상이한 압력 구역에서 상이한 폴리싱 속도를 채택하는 능력이다.

일 작동 시퀀스는 도 9a에 도시된 압력 프로파일을 설정하기 위한 압력 구역 z1 및 z2를 이용하여 예시화될 수 있다. 2개 구역의 사용은 단지 예시의 목적이라는 것을 유의한다. 도 9a의 것과 유사한 압력 프로파일은 압력 구역 z1, z2, z3, z4를 이용하여 형성될 수 있다. 도 9a에 도시된 압력 프로파일은, 제1구역(z1)에서는 높은 공기압 P1을 가지지만, 둘러싸는 제2구역(z2)에서는 보다 낮은 공기압을 가짐으로써 설정될 수 있다. 작동시, 이는 예컨대 제1구역(z1)으로부터 공기공급유닛으로의 제1의 사전설정된 양의 기류를 갖는 제1구역(z1)에서 제1설정압력(P1)에 의해 수행될 수 있다. 압력 P1의 설정 시, 제1밸브(622a)는 제1라인(616a)으로부터 소정 비율의 제1의 기류를 배출하도록 조정될 수 있다. 제2구역(z2)의 압력 P2의설정은, 예컨대 배출구(624b)를 통하여 제1의 사전설정된 기류의 일부분을 배출시켜 압력을 P2로 낮추면서 제2에어라인(616b)을 통해 제1의 사전설정된 양의 기류를 흐르게 함으로써 이루어질 수 있다. 이 때, 제1구역으로부터 제2구역으로의 소정 기류는 제2구역에서의 압력을 P3 압력으로 증가시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 제2구역(z2)에서의 압력 레벨의 증가는, 제2밸브를 거쳐 제1의 사전설정된 흐름으로부터 보다 많은 공기를 배출시킴으로써 반전된다. 배출의 결과, 제2구역으로 지향되는 제1흐름의 양의 감소가 발생하고, 제2구역(z2)에서의 압력 레벨은 P2 압력 레벨로 다시 회복된다. 동일한 공정이 각각의 구역에 대해 상이한 기류를 이용하여 수행될 수 있다. 이 경우, 압력 레벨들은 기류의 사전설정된 양을 배출시켜 다시 조정된다.

또 다른 작동 시퀀스는 도 9b에 도시된 압력 프로파일을 설정하도록 구역 z1 및 z2를 이용하여 예시화될 수 있다. 도 9b의 것과 유사한 압력 프로파일은 압력 구역 z1, z2, z3, z4를 이용하여 형성될 수 있다. 도 9b에 도시된 압력 프로파일은 제1구역(z1)에서는 낮은 공기압 P1을 가지지만, 둘러싸는 제2구역(z2)에서는 보다 높은 공기압 P2를 가짐으로써 설정될 수 있다. 작동시, 이는 예컨대 공기공급유닛(562)으로부터 제2구역(z2)으로의 제1의 사전설정된 양의 기류를 갖는 제2구역(z2)에서의 제1의 설정 압력 P2에 의해 수행될 수 있다. 압력 P2의 설정 시, 제2밸브(622b)는 소정 비율의 제1의 기류를 배출하도록 스위치 오프 또는 스위치 온 될 수 있다. 제1구역(z1)에서의 압력 P1의 설정은, 예컨대 배출구(624a)를 통하여 제1의 사전설정된 기류의 사전설정된 부분을 배출시켜 압력을 P1 레벨로 낮추면서 제1에어라인(616a)을 통해 제1의 사전설정된 양의 기류를 흐르게 함으로써 이루어질 수 있다. 이 때, 제2구역(z2)에서 제1구역(z1)으로의 소정 기류는, 제1구역(z1)에서의 압력을 P3 압력으로 증가시킬 수 있다. 앞선 경우에서와 같이, 제1구역(z1)에서의 압력 레벨의 증가는 제1밸브(622a)를 거쳐 제1의 사전설정된 흐름으로부터 보다 많은 공기를 배출시켜 반전된다. 배출의 결과, 제1구역(z1)으로 지향되는 제1흐름의 양의 감소가 일어나고, 제1구역에서의 압력 레벨은 다시 P1 압력 레벨로 회복된다. 동일한 공정이 각각의 구역에 대해 상이한 기류를 이용하여 수행될 수 있다. 이 경우, 압력 레벨들은 사전설정된 양의 기류들을 배출시켜 다시 조정된다. 도 9a 내지 도 9b와 연계하여 기술된 상기 공정들은 또한 동적으로 제어될 수 있다. 예컨대, 밸브들은, 도 6b에 도시된 각각의 압력 구역(z1~z4)내에 배치된 압력 센서들로부터의 입력들로 제어 또는 조절될 수 있다. 이웃하는 구역들로부터의 기류으로 인하여 일 구역에서의 압력이 증가하면, 상기 밸브들은 상기 구역 상의 공기 압력을 조정하도록 사전설정된 양의 공기를 배출시킨다. 상기 밸브들을 통한 배출은 상기 센서들로부터의 압력 입력을 수신하는 제어기에 의해 제어될 수 있다.

배리어층이 밑에 있는 구리층 상에서 작업하는 경우, 배리어층이 노광되자 마자, 반사율의 변화의 결과로서 종점 센서(endpoint sensor)로부터의 신호가 변경된다. 도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 예시적인 공정에서, 웨이퍼의 일 영역은 또 다른 영역보다 더욱 폴리싱될 필요가 있을 수 있고, 또는 일 영역이 또 다른 영역보다 더 빨리 얇아질 수 있으므로, 구리 종점이 또 다른 영역보다 더 빨리 일 영역에 도달할 수 있다. 구리 종점이 종점 센서에 의해 검출되자마자, 상기 압력 구역내의 공기압은 감소되어 둔화되거나 또는 상기 영역에서 추가 폴리싱을 제거한다. 대안적으로, 공기압은 아직 종점에 도달하지 않은 여타의 영역에서 증가될 수 있다. 제거 속도의 차이에 의해, 마무리된 영역에서의 구리는 실질적으로 더 이상 제거되지 않고, 여타의 영역들이 폴리싱되도록 계속될 수 있다. 본 명세서에서 본 발명의 형태는 종점에 관한 그들의 상태를 토대로 압력 구역들에 가해진 공기압의 차이이다.

도 10b 내지 도 10c는 스마트 종점 검출의 예시를 보여준다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 대상물 표면은 도면번호 920a로 정의된다. 소정 폴리싱 시간 후, 표면은 도면번호 920b로 감소되고, 층은 센서(630c)에 근접한 구역 부근에서 매우 얇아진다. 보다 긴 폴리싱 시간 후, 상기 표면이 도면번호 920c(920c-1 및 930c-2)까지 폴리싱되면, 센서(630c)는 상기 표면의 변화를 검출하고, 제어기(560)는 상기 구역에 대한 압력(유체 유량)을 감소시킨다. 그 결과, 상기 구역은 적은 폴리싱을 겪는 한편, 여타의 구역들은 원래의 속도로 폴리싱되도록 계속된다. 물론, 필요에 따라서는 마무리되지 않은 소정 구역들에 대해 유동이 증가될 수 있다는 것도 예상할 수 있다. 일단 모든 구역들이 폴리싱되면(모든 센서들이 종점에 도달한 것을 알림), 상기 공정은 종료된다.

지금까지 여러 바람직한 실시예들을 상세하 설명하였지만, 당업계의 당업자에게는 본 발명의 신규 기술 및 장점들로부터 크게 벗어나지 않고도 예시적인 실시예의 수많은 변경예들이 가능하다는 것은 자명하다.

C. 실시예들의 변형예

본 발명의 일 형태에서는, 어쿠스틱 센서들이 상술된 광학 센서들 대신에 사용될 수 있다. 상기 형태에서, 센서(630a-630n)는 웨이퍼가 처리되는 동안 실시간으로 폴리싱된 층의 두께를 검출하고, 상기 정보를 센서 유닛(566)을 통해 컴퓨터에 제공한다. 그 후, 상기 컴퓨터(564)는 제공된 두께 데이터를 평가하고, 만일 제거된 층의 비평탄성이 검출된다면, 웨이퍼 표면에 걸친 두께 균일성을 얻기 위하여 웨이퍼 상의, 폴리싱 부재 아래의 공기압 또는 슬러리 조성과 같은, 1 이상의 폴리싱 파라미터들을 변경하여 재료 제거 속도를 선택적으로 재조정하게 된다.

본 발명의 또 다른 형태에 있어서, 도 11은 대상물 프로파일에 따라 상이한 압력 벡터(910a 내지 910d)를 보여주는 대상물의 폴리싱을 보여준다. 보다 긴 화살표들은 보다 큰 힘을 나타낸다. 만일 대상물 구역이 보다 많은 폴리싱을 필요로 한다면, 컴퓨터 제어기는 상기 구역 위에 증가된 압력을 제공하도록 유체공급유닛에 지시한다. 마찬가지로, 구역이 추가 폴리싱을 필요로 하지 않으면, 컴퓨터 제어기는 상기 구역 상에 적은 압력을 제공하도록 유체공급유닛에 지시한다.

본 발명의 또 다른 형태에 있어서, 열교환기는 유체공급부와 일렬로(in-line) 플래튼(platen)에 결합되어, 상기 플래튼에 전달된 유체의 온도가 제어되고, 미리설정된 온도로 유지될 수 있게 한다. 상기 플래튼은 폴리싱 부재의 사전설정된 온도를 유지하도록 열교환기에 피드백을 제공하기 위한 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

D. 버퍼층을 구비한 플래튼

상술된 폴리싱 부재를 이용한 CMP 공정 시, 폴리싱 부재나 웨이퍼 표면 또는양자 모두에 손상을 줄 수 있는 몇 가지 요인들이 있다. 웨이퍼 표면에 있어서는, 폴리싱될 대상물 표면과 폴리싱 부재 표면간의 접촉을 이루고 있는 동안의 어떠한 비평행성(un-parallelism)이 대상물 표면에 손상을 줄 수 있다. 소정 CMP 공정 전, 폴리싱될 대상물 표면 및 플래튼 표면은, 실질적으로 평행하게 되도록 정렬되어야만 한다. 이러한 평행성으로부터의 상당한 편차는 플래튼 표면에 보다 근접하게 대상물의 일부분을 가져오는 한편, 상기 대상물 표면의 또 다른 부분을 플래튼 표면으로부터 멀리 배치시킬 수 있다. 이러한 표면 부분, 즉 플래튼 표면에 보다 근접한 소위 대상물 상의 하이 스폿(high spot)은 과하게 폴리싱(over polish)되거나 또는 플래튼 표면을 히팅(hit)함으로써, 대상물 표면 뿐만 아니라 폴리싱 부재에도 손상을 줄 수 있다. 이러한 오정렬, 즉 플래튼과 대상물 표면간의 비평행성은 특히 저-k 재료 함유 기판들의 폴리싱 시에 손상을 준다. 저-k 유전체 재료의 부서지기 쉬운(fragile) 구조로 인하여, 저-k 기판들의 폴리싱 시에 일어나는 플래튼과의 충돌이 전반적으로 저-k 재료 구조체들에 손상을 줄 수도 있다.

폴리싱 부재에 있어서는, 고착 연마재 폴리싱 부재와 플래튼 사이에 트랩된 큰 입자들이 얇은 고착 연마재 폴리싱 부재에 스크래치 또는 손상을 줄 수 있다. 나아가, 종점 윈도우들은 플래튼 표면과 평활하게 정렬되어야만 한다. 현저하게 오정렬된 윈도우 단부들은 플래튼의 표면 상의 범프(bump)를 형성하고, 폴리싱 부재에 스크래치를 발생시키거나 대상물에 손상을 줄 수 있다.

이러한 문제점들은 본 명세서에 기술된 플래튼과 조합하여 충격흡수매체(shock-absorbing medium)를 이용하여 피할 수 있다. 일 예시에서, 상기 충격흡수매체는 폴리싱 부재와 플래튼 표면 사이의 충격흡수 버퍼층이다. 본 명세서에 기술된 실시예들은 플래튼, (고착 연마재가 있거나 없는) 폴리싱 부재 및 (슬러리가 있거나 없는) 폴리싱액의 어떠한 조합도 포함할 수 있다.

도 12는 플래튼 표면(610)의 최상부 상에 부착된 충격흡수 버퍼층(1300)을 구비한 플래튼(600)을 보여준다. 상기 버퍼층(1300)은 폴리우레탄과 같은 연성 폴리머 재료 또는 CMP 공정의 화학적 환경을 견딜 수 있는 여타의 재료로 만들어질 수 있다. 상기 버퍼층(1300)은 플래튼 유체구멍(620a-620n)의 동일한 패턴을 갖는 제1구멍(1320a-1320n)과, 센서(630a-630n)와 동일한 패턴을 갖는 제2구멍(1330a-1330n)을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 상기 구멍(1320a-1320n)의 크기는 유체구멍(620a-620n)의 크기보다 더 클 수 있다. CMP 공정 시, 상기 구멍(1320a-1320n)은 공기와 같은 유체가 폴리싱 부재(102) 아래에 주입되도록 하는 한편, 웨이퍼(114)를 유지하는 캐리어 헤드(104)가 상기 폴리싱 부재 상으로 하강된다. 그 후, 상기 폴리싱 부재는 버퍼층을 포함하는 플래튼 위로 양방향 선형운동으로 이동되는 것이 바람직하다. 물론, 상기 폴리싱 부재는 여타의 방향들, 예컨대 원형으로 이동할 수 있따.

폴리싱 부재(102)가 버퍼층(1300) 위로 이동됨에 따라, 구멍(1320)을 통한 유압이 상기 폴리싱 부재(102) 아래에 가해진다. 상기 버퍼층은 플래튼을 통해 그리고 플래튼 위로 유체 분배(fluid distribution)를 허용하지만, 플래튼 강성 표면, 폴리싱 부재 및 웨이퍼 표면간의 불의의 접촉을 피하기 위하여 부가적인 안전성을 제공한다. 본 발명은 부서지기 쉬운 저-k 재료와 초저-k 재료를 위한 CMP 공정에 특별한 장점을 제공한다. 상기 연성 버퍼층은 웨이퍼에 대한 순간적인 충격을 흡수하여, 저-k 재료에 대한 손상을 최소화한다.

앞선 실시예 이외에, 본 실시예는 저-k 유전체 기판들을 위한 개선된 CMP 공정을 제공한다. 고착 연마재 폴리싱 부재의 사용은 종래의 폴리싱 부재에 비해 보다 낮은 디싱과 부식을 제공할 수 있지만, 고착 연마재 폴리싱 부재 상의 강성 표면은 저-k 유전체를 갖는 기판 상에서 사용될 때에 보다 큰 결함 또는 국부적인 갈라짐(local delamination)을 발생시킬 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 구리 금속화에 사용된 저-k 유전체는 일반적으로 부서지기 매우 쉽고(very fragile), 불량 접착성(poor adhesion)을 가진다. CMP의 상이한 단계들 실행 시, 저-k 유전체 갈라짐을 막기 위해서는, 기판과 폴리싱 부재간의 마찰계수를 제어하는 것이 중요하다. 본 발명의 공정을 이용하면, CMP 유도 손상 및 구리/저-k 인티그레이션에서의 저-k 유전체의 전반적인 강도에 관련된 기술적인 과제들이 줄어들거나 심지어는 제거될 수도 있다.

고착 연마재 폴리싱 재료를 이용하는 종래의 기술들은 슬러리가 없는 폴리싱액을 사용할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 일 공정에서, 예시적인 기판의 구리층은 고착 연마재 폴리싱 부재를 사용하여 제거될 수 있는 한편, 슬러리의 사전설정된 양을 포함하는 폴리싱액은 고착 연마재 폴리싱 부재 상으로 전달된다. 이들 첨가된 입자들은 폴리싱 부재 표면을 매끄럽게 하며(lubricate), 폴리싱된 기판 표면 상의 횡방향 힘을 감소시킨다. 예시적인 입자들은 알루미나, 세리아, 실리카, 또는 여타의 금속 산화물이나 폴리머 수지 비즈(polymeric resin beads)를 포함하지만 그것에 국한되지는 않는다. 폴리싱액 내의 입자들의 예시적인 농도는 중량으로 0.1 내지 40%, 보다 바람직하게는 중량으로 0.5 내지 5% 일 수 있다. 예시적인 폴리싱액은 3M사의 CPS-11 용액과 같은 구리 폴리싱액에 알루미나 또는 실리카 입자들을 첨가하여 준비될 수 있다.

E. 다중층 폴리싱

또 다른 실시예에서, 구리층 및 배리어층 제거는, 별도의 CMP 스테이션에 사용된 별도의 폴리싱 부재 상에서, 통합된 CMP 툴로 수행될 수 있다. 제1CMP스테이션에 있어서, 제1공정시퀀스에서는, 기판의 구리층이 입자들을 포함하는 폴리싱액 및 고착 연마재 폴리싱을 이용하여 제거된다. 상기 폴리싱 공정은, 도 12와 연계하여 앞선 실시예에 기술된 충격흡수 버퍼층(1300)을 사용하여 수행될 수 있다. 상기 공정 시, 도 12에 도시된 것과 유사한 시스템을 이용하여, 웨이퍼가 고착 연마재 폴리싱 부재 상으로 하강되고, 윤활 입자들을 포함하는 폴리싱액은 상기 폴리싱 부재 상으로 전달된다. 상술된 바와 같이, 고착 연마재 폴리싱 부재는 상기 버퍼층(1300) 위로 이동하는 한편, 상기 폴리싱 부재 아래에 유압이 가해진다. 일단 구리층이 저-k 유전체의 표면 상의 배리어층까지 제거되면(도 1b 참조), 배리어층 제거공정이 제2CMP스테이션에서 수행된다. 이 단계에서, 도 12에 도시된 CMP 스테이션은 폴리머/비-고착 연마재 폴리싱 부재로 사용될 수 있다. 상기 폴리싱 부재는 폴리우레탄과 같은 연성 폴리머 재료로 만들어질 수 있다. 본 예시에서, 배리어 제거 시, 선택적인 폴리싱액이 배리어 재료 제거에 적합한 폴리머 폴리싱 부재 상으로 전달되는 한편, 상기 폴리싱 부재가 이동되어 상술된 바와 같이 폴리싱 부재 아래에 유압이 가해진다. 이러한 시퀀스의 공정 단계들은 저-k 유전체 상의 응력 및 결과적인 갈라짐을 최소화할 뿐만 아니라 디싱 및 스크래치들도 최소화한다.

또 다른 실시예에서, 구리층 및 배리어층 제거는 동일한 CMP 스테이션에서 수행될 수 있다. 배리어층 제거 전에 구리 제거를 위하여 제1단계가 수행된다. 본 공정 시퀀스에 따르면, 제1단계에서, 벌크 구리는 고착 연마재 폴리싱 부재 상의 배리어층까지 제거될 수 있다. 이 단계에서, 폴리싱액은 입자들을 포함할 수도 혹은 포함하지 않을 수도 있다. 제2단계에서, 고착 연마재 폴리싱 부재 및 폴리싱액의 입자들과의 결합이 사용되어, 배리어층의 표면으로부터 남아 있는 구리층을 제거하는 한편, 대상물 상에 하향력(down force)을 가하게 되는데, 이는 예컨대 비교적 작은 하항력일 수 있다. 이들 단계들에 이어서, 또 다른 CMP 스테이션에서는, 배리어층 제거단계가 연성 폴리머 폴리싱 부재 상에서 수행되는 한편, 상기 폴리싱 부재 상으로 Ta 선택적인 폴리싱액을 전달하면서, 상기 대상물 상에 작은 하향력을 가하게 된다.

F. 캐리어 헤드 압력 변동

도 13a 내지 도 13b는 웨이퍼(114) 너머로부터 압력을 가하여 압력 프로파일을 변경시키는 일 실시예를 보여준다. 본 실시예에서는, 웨이퍼를 제 위치에 유지하면서 헤드(104)를 사용하여 웨이퍼(114)에 압력 구배가 적용된다. 가요성 또는 팽창성 멤브레인(inflatable membrane)(1210)은 통상적으로 그 모양이 원형인 캐리어 헤드의 모양에 대응하고, 상승된 표면적의 내주에 인접하게 부착된다. 상기 팽창성 멤브레인(1210)은 처리 시에 컴플라이언트(compliant) 웨이퍼 지지부를 제공하다. 상기 팽창성 멤브레인(1210)은 엘라스토머, 바람직하게는 Viton®과 같은 얇은 컴플라이언트 재료로 구성된다. 상기 멤브레인은 바람직하게는 글루(glue) 및 패스너(fasteners) 또는 클램핑 메커니즘(clamping mechanism)의 조합을 이용하여 상기 헤드(104)에 부착된다. 이러한 부착 구조체는 팽창 시에 상기 멤브레인(1210)을 제 자리에 유지 및 밀봉시킨다.

예시적인 실시예는 팽창성 멤브레인을 설명하지만, 상기 멤브레인은 대안적으로 가요성 컴플라이언트 재료로 구성될 수 있지만, 반드시 팽창성이 있을 필요는 없다. 만일 상기 멤브레인이 팽창성이 없다면, 폴리싱 부재에 대하여 웨이퍼를 강제시키는데 스폰지 타입의 재료가 사용될 수도 있다.

도 13a를 참조하면, 상기 멤브레인(1210)은 복수의 구역(1210a-1210e)으로 분할되는데, 여기서는 소정 개수의 구역들이 있을 수 있다. 대상물에 압력 구배를 가하기 위하여, 유체가 이들 구역 내로 공급되거나, 이들 구역들로부터 배기될 수도 있다. 후술하는 바와 같이, 유체 라인(1224a-1224e)으로부터의 유체는, 팽창성 멤브레인(1210)을 팽창시키고, 일어나는 처리를 통해 상기 팽창을 유지시키는데 사용된다. 상기 처리 시, 멤브레인에 의해 가해진 압력은 0.1 내지 10 psi의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

상기 웨이퍼는 처리 시에 몇 가지 방식 중 하나에서의 위치에 유지될 수 있다. 한 가지 방식은 도 13b에 도시된 바와 같이 리테이너(1212a-1212b)를 이용하는 것이다. 이러한 리테이너(1212)는 고정된 위치에 웨이퍼를 유지시키는 한편, 처리를 위하여 표면을 방해하지 않는 것이 바람직하다. 웨이퍼를 제 자리에 유지시키는또 다른 기술은, 본 명세서에서 참고문헌으로 채택하는 미국출원 제 10/043,656호에 개시된 것과 유사한, 웨이퍼와 멤브레인간의 진공을 이용하는 것이다. 작동 시, 웨이퍼(114)를 멤브레인(1210) 위에 배치시킨 후, 하부 층이 상기 멤브레인(1210)과 접촉할 때까지 백킹 부재(backing member)가 팽창된다. 그 후, 헤드 공동이 배기되어 진공 흡입을 웨이퍼(114)에 제공하게 된다. 진공이 공동에 적용됨에 따라, 포켓들 사이의 연결 영역 또는 밸리(valley)들은 저압 공간들을 제공하고, 이에 따라 이웃하는 멤브레인 부분이 상기 밸리들 안으로 붕괴(collapse)되도록 한다. 이는 웨이퍼(114)의 배면 상에 복수의 저압 공간들을 발생시킨다. 이러한 저압 공간들은 흡입 컵(suction cup)들로 작용하고, 처리 시에 웨이퍼를 유지시키기 위한 적절한 흡입력을 제공한다.

상기 구역(1210a-1210e)은 폴리싱하는 동안 별도의 압력 라인(1224a-1224e)에 의해 압력 제어기(1220)에 연결된다. 이들 라인들은 압력 제어기가 웨이퍼의 후방에서 가변적인 압력 구배를 생성하도록 함으로써, 처리 시에 웨이퍼 너머로 압력을 다르게 하여, 웨이퍼의 전방면 상에 이미 있는 막의 제거 속도 균일성이 제어될 수 있도록 한다. 예를 들어, 중앙에 보다 높은 압력을 가하지만, 웨이퍼의 주변에는 현저하게 적은 압력을 가함으로써, 웨이퍼의 주변에서의 기계적인 구성요소에 비해 웨이퍼의 중앙에서의 공정의 기계적인 구성요소를 증가시키고, 상기 중앙 영역에서의 재료 제거 속도를 증가시킨다.

도 13b는 또한 상술된 플래튼(600)과 유사할 수 있거나 또는 그 위에 고정된 폴리싱 부재를 갖는 평탄면일 수도 있는 플래튼(1600)을 보여준다. 본 발명의 이러한 형태에서, 웨이퍼와 폴리싱 부재간의 상대운동은 폴리싱 부재, 헤드 또는 양자 모두를 이동시켜 얻어진다. 어떤 경우에는, 기판 표면 모니터 센서(630a-630n)들이 상기 플래튼 내에 장착되고, 상기 폴리싱 부재를 통해 또는 폴리싱 부재 내의 개구부를 통해 상기 웨이퍼를 모니터링한다. 플래튼(160) 내의 센서들은 센서유닛(566) 및 도 6a에 도시된 것과 유사한 컴퓨터 제어기(564)에 연결된다. 상기 컴퓨터 제어기는 압력 제어기(1220)를 제어하고 처리 시스템에 피드백을 제공함으로써, 대상물 상의 각각의 구역에 가해진 압력을 제어하여 상기 대상물을 최적으로 처리하게 된다. 도 10c의 순서도를 참조하여 상술된 바와 같이, 본 방법은 상이한 횟수로 대상물의 상이한 영역들에서의 종점을 선택적으로 채택할 수 있다.

G. 색 센서(color sensor)를 구비한 센싱 장치

일 실시예에서, 다중층 웨이퍼의 종점 검출에 사용된 센서는 색 센서이다. 상기 문맥에서, "색"이란 용어는 표면으로부터 반사되거나 방출된 광의 하나 이상의 차이나는 품질(differing quality)을 의미한다. 반사된 광은 다색 속성(polychromatic attributes), 예컨대 복수의 파장을 가진다. 도 14는 다중층 반도체 웨이퍼의 처리 종점을 검출하기 위한 색 센싱 장치(1405)의 예시적인 실시예를 보여주며, 상기 색 센싱 장치는 광원(1410), 색 센서(1420) 및 결정회로(1430)를 포함한다. "센싱 구조체"란 용어는 "센싱 장치"와 상호교환가능하게 사용될 것이다. 후술하는 바와 같이, 색 센서는 단일 파장 센서 또는 다수 파장 센서(다중-파장 센서)일 수 있다. 상기 색 센싱 장치는 예컨대 얕은 트렌치 절연(STI) 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 절차와 연계하여 사용될 수 있다. 상기 도 1c 및 도 1d를 참조하여, 예시적인 STI CMP 절차의 설명이 제공된다.

예시적인 실시예에서, 광원은 반도체 웨이퍼의 표면에 대하여 입사광을 발광시킨다. 상기 색 센서는 광원에 최적으로 커플링되고, 입사광에 응답하여 반도체 웨이퍼의 표면으로부터, 반사색으로 불리우는 반사된 광을 센싱한다. 일 형태에서, 색 센서는 단일 파장 센서이다. 상기 색 센서는 반사색에 응답하여 센서 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 결정회로는 색 센서에 커플링되고, 적어도 부분적으로 센서 신호를 토대로 웨이퍼 처리 종점에 도달되었는지의 여부를 판정하도록 구성된다.

본 발명의 일 형태에서, 광원 및 색 센서는 웨이퍼에 근접하여 위치한다. 또 다른 형태에서는, 광원이 광섬유에 커플링된다. 이 형태에서, 상기 광원은 광섬유의 출력단을 포함한다. 이와 유사하게, 상기 색 센서는 반사색을 센싱하도록 광섬유에 커플링될 수 있다. 이 형태에서, 상기 색 센서는 광섬유를 포함한다.

상술된 바와 같이, 단일 파장 센서 대신에, 상기 색 센서는 다중-파장 센서일 수 있다. 광원은 다중-스펙트럼 입사광을 발광시키며, 상기 색 센서는 다중-스펙트럼 반사를 센싱할 수 있다. 다중-스펙트럼은 2 이상의 파장을 가지는 것을 의미한다. 본 발명의 일 형태에서, 색 센서는 400-800 nm의 파장 범위내에서 광을 센싱하도록 구성된다. 또 다른 형태에서, 광원은 백색 입사광을 발광시키고, 상기 색 센서는 레드-그린-블루(RGB) 반사를 센싱한다.

상기 결정회로는 적어도 부분적으로 센서 신호를 토대로 웨이퍼 처리 종점에 도달되었는지의 여부를 판정하도록 구성된다. 상기 결정회로는 반도체 웨이퍼의 표면으로부터의 반사색을 임계(threshold) 반사색에 비교하기 위한 비교기를 포함할 수 있다. 상기 임계 반사색은, 예컨대 그 처리 종점에 도달한 샘플 반도체 웨이퍼로부터의 반사색일 수 있다. 이 형태에서, 처리 종점에 도달했는지의 여부의 판정은 상기 비교기로부터의 반사색 비교 데이터를 토대로 한다. 상기 반사색 비교 데이터는, 예컨대 반사 파장들의 비교값일 수 있다. 본 발명의 또 다른 형태에서, 상기 결정회로는 웨이퍼 처리 종점에 도달했는지의 여부를 판정하기 위한 알고리즘을 활용한다.

상기 임계 반사색은 공지된 재료의 반사색을 센싱하여 초기화될 수 있다. 일 형태에서, 임계 반사색은 샘플 반도체 웨이퍼의 실리콘 이산화물(SiO₂)층으로부터의 반사를 토대로 한다. 또 다른 형태에서, 임계 반사색은 샘플 반도체 웨이퍼의 실리콘 질화물(Si₃N₄)층으로부터의 반사를 토대로 한다. 또 다른 형태에서, 웨이퍼의 상부층은 구리(Cu)이고, 하부층은 탄탈(Ta)이나 탄탈 질화물(TaN) 또는 탄탈/탄탈 질화물(Ta/TaN)과 같은 배리어층이다. 이 형태에서, 임계 반사색은 배리어층에 대해 폴리싱된 샘플 반도체 웨이퍼로부터의 반사를 토대로 할 수 있다. 대안적으로, 상기 임계 반사색은 샘플 반도체 웨이퍼의 구리층으로부터의 반사를 토대로 할 수도 있다. 다시, 대안적으로는, 임계 반사색이 샘플 반도체 웨이퍼의 절연층으로부터의 반사를 토대로 할 수도 있다.

또 다른 형태에서, 반도체 웨이퍼의 일 층은 친수성이고 또 다른 층은 소수성이다. (친수성은 물을 보유하기 쉽다는 의미이고, 소수성은 물을 보유하기 쉽지않다는 의미이다). 예컨대, 웨이퍼의 상부층은 친수성인 실리콘 이산화물로 이루어질 수 있는 한편, 웨이퍼의 하부층은 소수성인 실리콘 질화물이다. 실리콘 이산화물 층이 친수성이기 때문에, 통상적으로는 얇은 수막이 그 표면 위에 형성된다. 하지만, STI CMP 공정은 웨이퍼 아래로 실리콘 질화물 층까지 폴리싱되는 경우, 통상적으로 질화물 표면 상에는 수분이 거의 없거나 전혀 없다. 실리콘 질화물 표면 상의 수분이 존재하지 않음으로써, 처리 종점의 연속적인 측정을 가능하게 한다.

도 14를 참조하여 상술된 바와 같이, 상기 센싱 장치는 STI CMP와 연계하여 사용될 수 있다. STI CMP를 겪는 반도체 웨이퍼가 실리콘 이산화물 층(55)으로부터 실리콘 질화물/실리콘 이산화물 계면까지 폴리싱되는 경우(도 1c 및 도 1d 참조), 반사색은 그린 계열(보통 4-5 kA)에서 옐로우 또는 퍼플로 변한다. 이 예시에서, 실리콘 질화물/실리콘 이산화물 계면은 처리 종점을 나타낸다. 따라서, 도 14를 다시 참조하면, 상기 색 센싱 장치는, 반사된 색이 그린 계열에서 옐로우나 퍼플로 변할 때를 모니터링하여, STI CMP 공정이 성공적으로 처리 종점에 도달한 때를 검출할 수 있다. 상기 STI CMP 기술은 예시적이며, 여타의 기술들도 예상할 수 있다.

상기 색 센서는 센싱 각도와 센싱 거리, 즉 색 센서로부터 반도체 웨이퍼의 표면까지의 거리의 변동을 용인할 수 있다. 일 형태에서, 상기 색 센서는 센싱될 최적의 광학 신호를 고려하는 센싱 거리에 위치한다. 예를 들어, 상기 센싱 거리는 2-10 mm 일 수 있다.

상기 센싱 장치는 사전규정된 주파수에서 반도체 웨이퍼 상의 종점 검출을 수행하도록 작동될 수 있다. 예컨대, 상기 센싱 장치는 웨이퍼 폴리싱 절차의 정확성을 판정하도록 매 50번째 웨이퍼를 테스트할 수 있다.

도 15는 예컨대 색 센싱 장치(1405)를 이용하여, 다중층 반도체 웨이퍼의 처리 종점을 검출하기 위한 방법의 일 실시예의 순서도이다. 단계 1510에서, 입사광은 반도체 웨이퍼의 표면에 대해 발광된다. 단계 1520에서, 반사색은 입사광에 응답하여 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 센싱된다. 단계 1530에서, 센서 신호가 반사색의 센싱을 토대로 생성된다. 단계 1540에서, 적어도 부분적으로 센서 신호를 토대로 웨이퍼 처리 종점에 도달했는지의 여부를 판정하게 된다.

색 센서를 사용함으로써, 타겟 거리의 불안정(fluctuation)을 보상하기 위한 제한된 미분 능력(limited differentiation capability) 및 불능(inability)과 같은, 기타 타입의 광전기 센서와 관련된 문제들을 줄이거나 제거할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 예시적인 색 센서는 뉴저지, 우드클리프 레이크에 있는 Keyence사에서 시판되고 있다.

H. 인-시튜 종점 검출용 가동 구조체(movable structure)

인-시튜 종점 검출을 허용하기 위하여, 센싱 장치는 가동 구조체에 커플링될 수 있다. 센싱 장치를 가동 구조체에 커플링한 결과로서, 종점 검출은 반도체 웨이퍼를 그 처리량, 즉 캐리어 헤드(104)로부터 제거하지 않고도 반도체 웨이퍼 상에서 수행될 수 있다(도 2 참조). 일 실시예에서, 종점 검출 시스템은 반도체 웨이퍼의 표면에 관련된 거리를 센싱하고 상기 거리를 토대로 센서 신호를 생성하도록 구성된 센싱 장치를 포함한다. 상기 시스템은 또한 상기 센싱 장치에 커플링되고, 적어도 부분적으로 센서 신호를 토대로 웨이퍼 처리 종점에 도달했는지의 여부를 판정하도록 구성된 결정회로도 포함한다. 상기 시스템은 상기 거리를 센싱하도록 센싱 장치를 위치시키기 위하여 상기 센싱 장치에 커플링된 가동 구조체를 더 포함한다.

상기 센싱 장치는 예컨대 도 14를 참조하여 상술된 색 센서(1420) 및 광원(1410)을 포함할 수 있다. 이 형태에서, 상기 광원 및 색 센서는 가동 구조체에 커플링되어, 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 반사색을 센싱하게 된다. 또 다른 형태에서, 상기 광원 및 색 센서는 가동 구조체에 커플링되어, 반도체 웨이퍼의 표면을 스캐닝하게 된다. 또 다른 형태에서, 상기 가동 구조체는 상기 색 센서를 위치시켜, 반사색을 센싱하게 된다. 상기 센싱 장치는 또한 결정회로(1430)를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 상기 센싱 장치는 도 14를 참조하여 상술된 센싱 장치(1405)와 상이한 종류의 센싱 장치일 수도 있다.

도 16a는 가동 구조체(1620) 및 센싱 장치(1630)를 포함하는 인-시튜 종점 검출에 사용된 종점 검출 장치(1610)의 일 실시예의 평면도를 보여준다. 상기 가동 구조체는 상기 센싱 장치에 커플링되어, 상기 센싱 장치가 여러 장소에 위치할 수 있게 한다. 예컨대, 상기 가동 구조체는 상기 센싱 장치를 활성위치(센싱위치) 또는 비활성위치(비-센싱위치)에 위치시킬 수 있다. 상기 센싱 장치는 반사색 센싱과 같은 상술된 기술들을 이용하여 웨이퍼 처리 종점을 검출한다. 여타의 종점 검출 기술들이 이용될 수도 있다. 상기 센싱 장치는 도 14를 참조하여 상술된 색 센서와 같은 광전기 센서를 포함한다. 도 16a를 다시 참조하면, 상기 센싱 장치는 적어도 부분적으로 센싱 장치에 의해 생성된 데이터를 토대로 웨이퍼 처리 종점에 도달했는지의 여부를 판정하기 위한 결정회로에 커플링될 수 있다. 도 16b는 가동 구조체(1620) 및 센싱 장치(1630)를 포함하는 인-시튜 종점 검출에 사용된 종점 검출 장치(1610)의 일 실시예의 측면도를 보여준다.

도 17a는 예시적인 CMP 장치(1700)에 위치한 종점 검출 장치(1710)를 보여주는데, 여기서 상기 CMP 장치는 캐리어 헤드(104), 폴리싱 부재(102), 종점 검출 장치(1610), 트랙(1730)을 포함하며, 상기 CMP 장치는 폴리싱 모드에 있다. 상기 트랙은 인-시튜 종점 검출을 수행하도록 이동하는 종점 검출 장치를 위한 경로를 제공한다. 상술된 바와 같이, 도 17a는 폴리싱 모드에 있는 CMP 장치를 보여주며, 여기서 캐리어 헤드는 다운 위치에 있고, 웨이퍼(114)의 저부면(116)은 폴리싱 부재(102)의 폴리싱 표면(106)과 접촉하고 있다. 상기 CMP 장치는 도 17a에 도시된 폴리싱 모드에 있는 한편, 종점 검출 장치는 비활성 위치에 있는데, 이는 상기 센싱 장치가 웨이퍼의 저부면 상의 종점 검출을 수행하는 위치에 종점 검출 장치가 있지 않는다는 것을 의미한다.

도 17b는 예시적인 CMP 장치(1700)에 위치한 종점 검출 장치(1610)를 보여주는데, 여기서 상기 CMP 장치는 캐리어 헤드(104), 폴리싱 부재(102), 종점 검출 장치(1610) 및 트랙(1730)을 포함하며, 상기 CMP 장치(1700)는 비폴리싱 모드에 있다. 상술된 바와 같이, 도 17b는 비폴리싱 모드에 있는 CMP 장치를 보여주며, 상기 캐리어 헤드는 상승된 위치에 있고, 웨이퍼의 저부면은 폴리싱 부재의 폴리싱 표면과 접촉하고 있지 않다. 상승된 위치에 있는 캐리어 헤드에 의해, 상기 종점 검출 장치는 상기 트랙을 따라 캐리어 헤드 아래로 이동하고, 웨이퍼의 저부면 아래로상기 센싱 장치를 위치시키므로, 상기 종점 검출 장치를 활성위치에 위치시키게 된다. 상기 웨이퍼의 저부면 아래에 위치되는 동안, 상기 센싱 장치는 반도체 웨이퍼 상의 종점 검출을 수행한다. 예를 들어, 상기 센싱 장치는 웨이퍼 표면으로부터 반사색을 센싱할 수 있다. 상기 웨이퍼는 수행될 종점 검출을 위하여 캐리어 헤드로부터 언로딩될 필요가 없다는 점을 유의한다.

만일 센싱 장치가 종점에 도달했는지를 판정한다면, 웨이퍼는 캐리어 헤드로부터 언로딩되어 후속 처리 스테이션에 취해질 수 있다. 일 형태에서, 가동 구조체는 반도체 웨이퍼를 후속 처리 스테이션에 이동시킬(취할) 수 있다.

상기 가동 구조체는, 셔틀, 아암 또는 여타 종류의 부재와 같은, 인-시튜 종점 검출을 위한 센싱 장치를 위치시키는데 적합한 일종의 부재일 수 있다. 일 형태에서, 가동 구조체는 처리 종점에 도달한 후에 웨이퍼를 세정 챔버(도시안됨)로 이동시키는 기능을 하는 세정 셔틀(cleaning shuttle)이다. 이 형태에서, 상기 세정 셔틀은 센싱 장치를 위치시키기 위한 가동 구조체로서의 역할을 하도록 되어 있다. 만일 센싱 장치가, 종점 검출 장치가 활성위치에 있는 동안에 종점에 도달했는지를 판정한다면, 웨이퍼는 세정 셔틀(즉, 가동 구조체) 상으로 언로딩되어 세정될 세정 챔버에 취해진다. 본 발명에서는 트랙이 반드시 필요한 것은 아니라는 것을 이해하여야만 한다. 예컨대, 상기 가동구조체가 아암이라면, 트랙이 필요하지 않다.

만일 센싱 장치가 종점에 도달했는지를 판정한다면, 상기 종점 검출 장치는 (비활성위치로 기억된) 캐리어 헤드 밑으로부터 제거되고, 상기 캐리어 헤드는 추가 폴리싱을 위한 폴리싱 부재의 폴리싱 표면과 접촉하게 되는 웨이퍼 표면의 후방에 배치되도록 하강된다. 웨이퍼를 폴리싱하고 종점 검출 장치를 웨이퍼 처리 종점을 검출하기 위한 위치로 이동시키는 사이클은 종점에 도달할 때까지 계속될 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태에서, 샤프트(118) 및 캐리어 헤드는, 도 17a 및 도 17b의 샤프트 위에 원형 화살표로 표시된 바와 같이 웨이퍼를 스핀(spin)시킨다. 이 형태에서는, 웨이퍼가 스핀되기 때문에, 종점 검출 장치는 웨이퍼의 반경에 걸쳐 직선 경로로 이동시켜 웨이퍼의 전체 표면을 스캐닝할 수 있다. 대안적으로, 웨이퍼가 스핀되지 않는다면, 종점 검출 장치는 상기 전체 웨이퍼 표면이 스캐닝될 수 있도록 상기 종점 검출 장치를 스핀시키기 위한 모터를 가질 수 있다. 상기 종점 검출 장치는 그 대신에 상기 전체 웨이퍼 표면을 스캐닝하기 위하여 다수의 센싱 장치들을 가질 수도 있다.

도 18은 캐리어 헤드 및 폴리싱 부재를 구비한 예시적 CMP 장치(1600)와 같은 CMP 장치에서 다중층 반도체 웨이퍼의 처리 종점을 검출하기 위한 방법의 일 실시예의 순서도이며, 여기서 상기 반도체 웨이퍼는 캐리어 헤드에 부착된다. 단계 1810에서, 반도체 웨이퍼의 폴리싱이 중단된다. 단계 1820에서, 반도체 웨이퍼는 캐리어 헤드를 승강시킴으로써 폴리싱 부재와의 접촉이 제거된다. 단계 1830에서, 센싱 장치는 반도체 웨이퍼의 저부면 밑으로 이동한다. 단계 1840에서, 입사광은 반도체 웨이퍼의 저부면에 대하여 센싱 장치로부터 발광된다. 단계 1850에서, 반사색은 입사광에 응답하여 센싱 장치에 의해 구비한 반도체 웨이퍼의 저부면으로부터 센싱된다. 단계 1860에서, 적어도 부분적으로 반사색을 토대로 반도체 웨이퍼의 폴리싱이 계속되어야 하는지의 여부를 결정하게 된다. 일 형태에서, 본 발명은 반도체 웨이퍼의 폴리싱을 불연속시키는 단계 및 원하는 반사색이 센싱된다면 또 다른 처리 스테이션으로 반도체 웨이퍼를 이동시키는 단계를 더 포함한다.

I. 결론

본 발명의 장점은 선택된 종점에 최적 대상물 폴리싱을 제공하는 능력을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서는, 본 명세서에 기술된 기술들이 다양한 크기의 웨이퍼들을 폴리싱하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 200 mm, 300 mm, 400 mm, 500 mm, 또는 여타의 직경을 갖는 웨이퍼들을 폴리싱하는데 상기 기술들이 이용될 수 있다. 본 발명의 일 형태에서는, 상이한 크기의 웨이퍼들이 동일한 플래튼을 사용하여 폴리싱될 수 있다.

상술된 상세한 설명 및 첨부된 청구범위에서, "웨이퍼 표면" 및 "웨이퍼의 표면"이란 용어는, 컨덕터, 산화된 금속, 산화물, 스핀-온 글래스, 세라믹 등을 포함하는, 웨이퍼 상에 형성된 소정의 층의 표면 및 처리 전의 웨이퍼의 표면을 포함하지만, 여기에 국한되지는 않는다는 것을 이해하여야만 한다. "웨이퍼", "반도체 웨이퍼" 및 "기판"이란 용어는 상호교환가능하게 사용된다.

본 명세서에 기술된 본 발명의 형태들과 실시예들은 소정의 적절한 방식으로 함께 작동하도록 조합될 수 있음은 자명하다. 예컨대, 센싱 장치(1405) 및/또는 가동 구조체(1620)는 상술된 스마트 종점 검출 시스템 및/또는 캐리어 헤드 압력 변동 시스템과 조합되어, 반도체 웨이퍼에 걸친 두께 균일성을 제공할 수 있다. 상기 조합들은 단지 예시일 뿐이다. 여타의 조합 및 실시예들도 생각해볼 수 있다.

지금까지 화학적 기계적 폴리싱과 같은 특정 웨이퍼 공정들이 기술되었지만, 본 발명은 전기-화학적 기계적 증착(ECMD)과 같은 여타 종류의 웨이퍼 공정과 연계하여 구현될 수 있음도 자명하다.

첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 요지 및 기술적 사상 안에서, 상기 개시된 실시예들은 개시된 예시적인 실시예들과 최상의 모드를 구비한 변경예 및 변형예들이 가능하다.

Claims

대상물을 폴리싱하기 위한 장치에 있어서,

상기 대상물을 유지하기 위한 대상물 홀더;

상기 대상물 표면을 폴리싱 부재의 전면으로 폴리싱하기 위하여 상기 대상물의 표면에 인접하게 배치된 폴리싱 부재; 및

상기 폴리싱 부재에 선택적으로 압력을 가하도록 형성되어 상기 폴리싱 부재가 상기 대상물 표면과 선택된 압력으로 접촉하도록 구성된, 복수의 압력구역(pressure zone)을 갖는 플래튼(platen)을 포함하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 압력구역을 선택적으로 조정하도록 형성되고, 상기 플래튼에 결합되는 압력 제어기를 더욱 포함하는 장치.
제2항에 있어서,

1 이상의 상기 압력구역에 연결되고 상기 대상물 표면의 특성을 검출하도록 형성되고 센서에 반응하여 센서 신호를 생성하는 센서를 포함하고,

상기 압력 제어기는, 센서 신호 각각의 적어도 일부에 기초하여 상기 압력구역을 위한 상기 폴리싱 부재에 압력을 선택적으로 인가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제3항에 있어서,

상기 폴리싱 부재는 광학적으로 투명한 폴리싱 부재이며, 1 이상의 방향으로 이동가능하고,

상기 센서는 상기 대상물 표면으로부터 반사되는 광원에 반응하는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서,

상기 광학적으로 투명한 폴리싱 부재는 복합구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서,

상기 폴리싱 부재는 양방향으로 이동되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제3항에 있어서,

상기 압력 제어기는 압력구역에 양압 및 음압을 인가할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제3항에 있어서,

상기 압력구역들 사이에서 유동을 추출하도록 상기 압력구역들 사이에 위치되는 추출 구멍(bleed hole)을 더욱 포함하는 장치.
제8항에 있어서,

상기 추출 구멍은 대기에 개방되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 폴리싱 부재는 양방향 이동에 의하여 상기 대상물을 폴리싱하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

복수의 상기 압력구역으로의 유동은, 로터리 유동 미터 및 질량 유동 제어기로 이루어지는 그룹 중에서 하나를 사용하여 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 대상물 표면과 상기 플래튼 표면 사이에 완충을 형성하도록 상기 플래튼의 최상부에 배치되는 소프트 버퍼층(soft buffer layer)를 더욱 포함하는 장치.
제12항에 있어서,

상기 압력구역은 상기 버퍼층에 걸쳐 연속적인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 플래튼은, 상기 폴리싱 부재의 배면에 유체를 공급할 수 있는 구역과 연결된 유체 공급 구멍을 포함하고, 상기 공급 구멍은 복수의 그룹으로 배열되어 각각의 그룹은 서로 다른 복수의 구멍을 가지고 적어도 2개의 인접한 그룹 사이의 압력차는 대상물 표면에서 결과적으로 다른 면적에 대한 폴리싱 속도(polishing rate) 차이를 야기하는 것을 특징으로 하는 장치.
제14항에 있어서,

상기 폴리싱 부재는 가요성 폴리싱 부재인 것을 특징으로 하는 장치.
제14항에 있어서,

200mm 직경의 대상물, 300mm 직경의 대상물, 400mm 직경의 대상물, 및 500mm 직경의 대상물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 다양한 크기의 대상물을 폴리싱하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 폴리싱 부재는 상기 플래튼에 대하여 상대적으로 이동하도록 형성되고; 및

상기 플래튼은, 상기 압력구역을 생성하도록 배치되고, 상기 폴리싱 부재에압력을 선택적으로 인가하도록 상기 폴리싱 부재의 배면에 유체를 공급하는 복수의 유체 공급 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제17항에 있어서,

상기 플래튼은, 상기 압력구역에 근접하여 배치되고 상기 압력구역 내의 압력을 선택적으로 저감하도록 형성된 복수의 배출 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제17항에 있어서,

상기 압력구역을 선택적으로 조정하도록 형성되고 상기 플래튼에 결합되는 압력 제어기; 및

1 이상의 상기 압력구역에 연결되고 상기 대상물 표면의 특성을 검출하도록 형성되고 센서에 반응하여 센서 신호를 생성하는 센서를 포함하고;

상기 압력 제어기는, 센서 신호 각각의 적어도 일부에 기초하여 상기 압력구역을 위한 상기 폴리싱 부재에 압력을 선택적으로 인가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제19항에 있어서,

상기 압력 제어기는 압력구역에 양압 및 음압을 인가할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제19항에 있어서,

상기 폴리싱 부재는 양방향 이동에 의하여 상기 대상물을 폴리싱하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제19항에 있어서,

상기 복수의 구멍 사이에 결합된 복수의 압력 제어 디바이스와, 상기 유체의 압력을 제어하기 위한 압력 제어기를 더욱 포함하는 장치.
반도체 웨이퍼의 처리 종점을 검출하기 위한 종점 검출 시스템(endpoint detection system)에 있어서,

상기 반도체 웨이퍼의 표면에 관한 거리(metric)를 센싱하고, 상기 거리에 기초하여 센서 신호를 생성하도록 형성된 센싱 구조체; 및

상기 센싱 구조체에 결합되고, 상기 센서 신호의 적어도 일부에 기초하여 상기 웨이퍼 처리 종점에 도달하였는지 여부를 결정하도록 형성된 결정회로(decision circuit)를 포함하는 종점 검출 시스템.
제23항에 있어서,

상기 센싱 구조체는, 상기 반도체 웨이퍼의 표면으로 입사광을 방출하도록 형성된 광원, 상기 입사광에 응답하여 상기 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 반사색을 센싱하고 센서신호를 생성하도록 형성된 색 센서를 포함하는 종점 검출 시스템.
제24항에 있어서,

상기 결정회로는, 임계 반사색에 대하여 상기 반도체 웨이퍼 표면으로부터의 반사색을 비교하는 비교기를 더욱 포함하고, 웨이퍼 처리 종점에 도달되었는지 여부에 대한 결정은 상기 비교기로부터의 반사색 비교 데이터에 기초하는 것을 특징으로 하는 종점 검출 시스템.
제24항에 있어서,

상기 광원과 상기 색 센서에 결합되어, 상기 반사색을 센싱하는 색 센서의 위치를 정하는 이동성 구조체;

상기 색 센서에 결합되어, 임계 반사색에 기초한 신호에 대하여 상기 센서신호를 비교하는 비교기를 더욱 포함하고; 또한

상기 결정회로는, 상기 비교기에 결합되고, 상기 비교기에 의하여 생성된 반사색 비교데이터 중 적어도 일부에 기초하여 상기 웨이퍼 처리 종점에 도달되었는지 여부를 결정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 종점 검출 시스템.
대상물을 폴리싱하는 방법에 있어서,

대상물 홀더에 상기 대상물을 유지하는 단계;

상기 대상물 표면을 폴리싱 부재의 전면으로 폴리싱하기 위하여 상기 대상물의 표면을 상기 폴리싱 부재에 인접하게 배치하는 단계; 및

플래튼의 복수의 압력구역 내에서 상기 폴리싱 부재에 선택적으로 압력을 가하여, 상기 폴리싱 부재가 상기 대상물 표면과 선택된 압력으로 접촉하도록 하는 단계를 포함하는 방법.
제27항에 있어서,

상기 압력구역을 선택적으로 조정하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제28항에 있어서,

복수의 상기 압력구역 각각에서, 상기 대상물 표면의 특성을 검출하고, 상기 검출단계에 반응하여 센서 신호를 생성하는 단계를 포함하고; 또한

상기 센서 신호의 적어도 일부에 기초하여 상기 폴리싱 부재에 압력을 선택적으로 인가하는 단계를 포함하는 방법.
제29항에 있어서,

상기 폴리싱 부재를 양방향으로 이동하게 하여 상기 대상물을 폴리싱하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제29항에 있어서,

상기 선택적으로 압력을 인가하는 단계는, 상기 압력구역에 양압 및 음압을인가하는 것을 포함하는 방법.
제29항에 있어서,

상기 압력구역들 사이에서 유동을 추출하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제32항에 있어서,

상기 추출단계는, 대기로 유동을 분출(release)하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제32항에 있어서,

폴리싱 동안 상기 대상물을 병진이동시키는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제27항에 있어서,

상기 폴리싱 부재를 양방향으로 이동하게 하여 상기 대상물을 폴리싱하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제27항에 있어서,

버퍼층를 사용하여 상기 폴리싱 부재 뒤로부터의 압력인가를 완충시키는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제36항에 있어서,

상기 압력구역은 상기 버퍼층에 걸쳐 연속적인 것을 특징으로 하는 방법.
제27항에 있어서,

상기 선택적인 인가단계는, 상기 플래튼 내의 구역과 연결된 복수의 유체 공급 구멍을 통하여 상기 폴리싱 부재의 배면으로 유체를 공급하는 단계를 포함하여, 상기 대상물 표면에서의 결과적으로 다른 면적에 대한 폴리싱 속도 차이를 야기하는 것을 특징으로 하는 방법.
제38항에 있어서,

상기 플래튼을 사용하여 다양한 크기의 대상물을 폴리싱하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제27항에 있어서,

상기 플래튼에 대하여 상기 폴리싱 부재를 상대적으로 이동시키는 단계; 및

상기 플래튼 내의 구역과 연결된 복수의 유체 공급 구멍을 통하여 상기 폴리싱 부재의 배면으로 유체를 공급하여, 상기 대상물 표면에서의 결과적으로 다른 면적에 대한 폴리싱 속도 차이를 야기하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제40항에 있어서,

상기 압력구역에 근접하여 배치되는 복수의 배출 구멍을 통하여 상기 유체를 배출시킴에 의하여 상기 압력구역 내의 압력을 선택적으로 저감시키는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제40항에 있어서,

상기 압력구역을 선택적으로 조정하는 단계;

상기 압력구역에 연결되어 상기 대상물 표면의 특성을 검출하는 단계;

상기 검출단계에 반응하여 1 이상의 센서 신호를 생성하는 단계; 및

상기 1 이상의 센서신호 중 적어도 일부에 기초하여 상기 압력구역용 상기 폴리싱 부재에 압력을 선택적으로 인가하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제42항에 있어서,

상기 압력구역에 양압 및 음압을 인가하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제42항에 있어서,

상기 폴리싱 부재의 양방향 이동에 의하여 상기 대상물을 폴리싱하는 단계를 포함하는 방법.
제27항의 방법을 포함하여 제조되는 집적회로.
다중층(multi-layer) 반도체 웨이퍼의 처리 종점을 검출하기 위한 방법에 있어서,

상기 반도체 웨이퍼의 표면에 대하여 입사광을 방출하는 단계;

상기 입사광에 반응하여 상기 반도체 웨이퍼의 표면으로부터의 반사색을 센싱하는 단계;

상기 반사색의 센싱에 기초하여 센서신호를 생성하는 단계;

상기 센서신호의 적어도 일부에 기초하여 상기 웨이퍼 처리 종점에 이르렀는지 여부를 판정하는 단계를 포함하는 방법.
제46항에 있어서,

상기 방법은 폴리싱 부재와 캐리어 헤드를 갖는 화학기계적 폴리싱(CMP) 장치에서 수행되며, 상기 반도체 웨이퍼는 상기 캐리어 헤드에 부착되고, 상기 방법은,

상기 반도체 웨이퍼의 폴리싱을 중단하는 단계;

상기 캐리어 헤드를 상승시켜, 상기 반도체 웨이퍼와 상기 폴리싱 부재와의 접촉을 제거하는 단계;

상기 반도체 웨이퍼 표면 아래로 센싱 장치를 이동시키는 단계;

상기 반도체 웨이퍼의 저부면에 대하여 상기 센싱 장치로부터 입사광을 방출하는 단계;

상기 입사광에 응답하여 상기 센싱 장치로 상기 반도체 웨이퍼의 저부표면으로부터의 반사색을 센싱하는 단계; 및

상기 반사색의 적어도 일부에 기초하여 상기 반도체 웨이퍼의 폴리싱을 계속할지 여부를 판정하는 단계를 포함하는 방법.
제46항의 방법을 포함하여 제조되는 집적회로.