KR20110021861A

KR20110021861A - 화학적 기계적 연마 패드 두께 및 프로파일 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR20110021861A
Application number: KR1020107027520A
Authority: KR
Inventors: 안토이네 피. 마넨스; 웨이-융 수; 히쳄 마'사아드
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2008-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2011-03-04
Also published as: KR101618354B1; WO2009137764A3; WO2009137764A2; JP5481472B2; JP2011519747A; US20090280580A1; US8043870B2

Abstract

일 실시예에서, 반도체 기판 프로세싱 표면을 유지하기 위한 방법이 제공된다. 개략적으로 설명하면, 그러한 방법은 반도체 기판 프로세싱 표면 상에서 제 1 측정 세트를 실시하는 단계로서, 상기 측정 세트가 프로세싱 표면 컨디셔닝 아암에 커플링된 변위 센서를 이용하여 획득되는, 제 1 측정 세트 실시 단계; 상기 측정 세트를 기초로 프로세싱 표면 프로파일을 결정하는 단계; 상기 프로세싱 표면 프로파일을 최소 프로파일 문턱치에 비교하는 단계; 그리고 프로파일 비교 결과를 통신하는 단계를 포함한다.

Description

화학적 기계적 연마 패드 두께 및 프로파일 모니터링 시스템{CMP PAD THICKNESS AND PROFILE MONITORING SYSTEM}

개략적으로 설명해서, 본원 발명의 실시예는 기판으로부터 물질을 제거하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본원 발명의 실시예는 전기화학적 기계적 연마에 의해서 기판을 평탄화 또는 연마하는 것에 관한 것이다.

집적 회로 제조에서, 전도성 물질의 층들이 반도체 웨이퍼 상으로 연속적으로 부착되고 그리고 제거되어 원하는 회로를 기판 상에 생성한다.

화학적 기계적 연마(CMP)는 하향력을 가한 상태로 기판을 동시에 연마하고 기계적으로 마모시키면서 화학적 용해에 의해서 반도체 웨이퍼 또는 기판 표면으로부터 전도성 물질을 제거하는데 이용되는 기술이다. 전기화학적 기계적 프로세싱(ECMP)은 작은(감소된) 하향력으로 기판을 동시에 연마하면서 전기화학적 용해를 실시하는 화학적 기계적 연마의 최근 개발된 변형예이다. 통상적으로, 전기화학적 용해는 양극으로서 기능하는 기판 표면으로 바이어스를 인가함으로써, 그리고 기판 표면으로부터 주변 전해질로 전도성 물질을 제거하기 위해서 음극으로 바이어스를 인가함으로써 실시된다. 바이어스는 기판이 프로세싱되는 연마 물질을 통해서 또는 그러한 연마 물질 상에 배치된 전도성 콘택 또는 전도성 물질에 의해서 기판 표면으로 인가될 수 있을 것이다. 연마 물질은, 예를 들어, 평판부(platen) 상에 배치된 프로세싱 패드일 수 있다. 연마 프로세스의 기계적 성분은 기판과 연마 물질 사이에 상대적인 운동을 제공함으로써 실시되고, 이는 기판으로부터 전도성 물질을 제거하는 것을 돕는다. 일반적으로, 전기화학적 기계적 프로세싱 스테이션은 기판과 전극 사이에 인가되는 바이어스의 극성을 반전시킴으로써 기판 상에 전도성 물질을 부착(deposition)하기 위해서 적용될 수도 있을 것이다.

통상적으로, 비-평면형 배향(non-planar orientation) 상태로 부착된 벌크(bulk) 전도성 물질을 가지는 기판의 평탄화 프로세스가 시작되고, 그러한 전도성 물질은 화학적 기계적 연마, 전기화학적 기계적 프로세싱, 또는 화학적 기계적 연마/전기화학적 기계적 프로세싱의 조합 중 하나 또는 둘 이상에 의해서 제거될 것이다. 하나 보다 많은 프로세스가 이용될 때, 벌크 제거는 높은 제거율을 제공하도록 그리고 다음 프로세스(예를 들어, 잔류물질 제거)로 가기 전에 실질적으로 평탄한 기판 표면을 제공하도록 디자인된다. 일부 프로세스에서, 기판으로 인가되는 하향력이 낮은 상태에서 전도성 물질의 제거율을 높이기 위한 여러 가지 화학물질이 개발되어 있다. 예를 들어, 패시베이션(passivation) 화학물질은 기판의 리세스(recessed) 구역 상의 전도성 물질을 패시베이팅(수동태화)시킴으로써 기판 표면의 상승된 구역의 제거율을 높이며, 그에 따라 벌크 제거 프로세스 후에 보다 평탄한 표면을 제공하게 된다.

벌크 및 잔류물질 제거를 실시하는 프로세싱 패드는 기판 평탄화를 위한 적절한 기계적인 특성을 반드시 가져야 하는 한편, 연마 중에 기판 내의 결함 생성을 최소화하여야 한다. 그러한 결함은 패드의 상승 구역에 의해서 또는 패드 표면 상에 배치된 연마 부산물에 의해서 유발되는 기판 표면 내의 스크래치일 수 있고, 그러한 연마 부산물은 예를 들어 전해질 용액으로부터 석출한 기판으로부터 제거된 전도성 물질의 응집체(accumulation), 패드의 마모된 부분, 연마 슬러리로부터의 연마 입자의 덩어리들 등이 될 수 있을 것이다. 일반적으로, 패드 표면 상의 연마 부산물의 축적 및/또는 마모로 인해서, 프로세싱 패드의 연마 성능이 연마 동안에 감소되며, 그 결과로 최적-이하의(sub-optimum) 연마 품질이 얻어진다.

일 실시예에서, 반도체 기판 프로세싱 표면을 유지(maintaining)하기 위한 방법이 제공된다. 개략적으로 설명하면, 그러한 방법은 반도체 기판 프로세싱 표면 상에서 제 1 측정 세트를 실시하는 단계로서, 상기 측정 세트가 프로세싱 표면 컨디셔닝 아암(conditioning arm)에 커플링된 변위 센서를 이용하여 획득되는, 제 1 측정 세트 실시 단계; 상기 측정 세트를 기초로 프로세싱 표면 프로파일을 결정하는 단계; 상기 프로세싱 표면 프로파일을 "최소 프로파일 문턱치(threshold)" 또는 "기준 프로파일"에 비교하는 단계; 그리고 프로파일 비교 결과를 통신하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 반도체 기판 프로세싱 표면을 유지하기 위한 장치가 제공된다. 개략적으로 설명하면, 그러한 장치는 반도체 기판으로부터 물질을 제거하기 위한 반도체 기판 프로세싱 표면; 반도체 기판 프로세싱 표면의 연마 성능을 복원하기 위한 컨디셔닝 헤드; 상기 컨디셔닝 헤드를 상기 반도체 기판 프로세싱 표면과 접촉 상태로 위치시키기 위한 컨디셔닝 아암; 그리고 상기 컨디셔닝 아암에 커플링된 변위 센서를 포함한다. 상기 변위 센서는 반도체 기판 프로세싱 표면 상에서 측정 세트를 실시하고, 측정 세트를 기초로 프로세싱 표면 프로파일을 결정하고, 상기 프로세싱 표면 프로파일을 최소 프로파일 문턱치와 비교하고 그리고 프로파일 결과를 통신하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 반도체 기판 프로세싱 표면을 유지하기 위한 시스템이 제공된다. 개략적으로 설명해서, 상기 시스템은 반도체 기판으로부터 물질을 제거하기 위한 반도체 기판 프로세싱 표면; 상기 반도체 기판 프로세싱 표면을 회전시키기 위한 전도성 평판부; 반도체 기판 프로세싱 표면의 연마 성능을 복원하기 위한 컨디셔닝 헤드; 상기 컨디셔닝 헤드를 상기 반도체 기판 프로세싱 표면과 접촉 상태로 위치시키기 위한 컨디셔닝 아암; 그리고 상기 컨디셔닝 아암에 커플링된 변위 센서를 포함한다.

본원 발명의 전술한 특징들이 보다 상세하게 이해될 수 있도록, 첨부 도면들에 일부가 도시된 실시예들을 참조하여 앞서 설명된 본원 발명에 대해서 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 첨부 도면들은 단지 본원 발명의 통상적인 실시예만을 도시한 것이고 그에 따라 본원 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 할 것이며, 본원 발명은 다른 균등한 실시예들도 포함한다는 것을 이해하여야 할 것이다.
도 1은 전기화학적 기계적 프로세싱 시스템의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 패드 조립체의 일 실시예를 도시한 전개도이다.
도 3은 전기화학적 기계적 프로세싱 스테이션의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 4는 컨디셔닝 아암에 장착된 변위 센서와 함께 도시한 전기화학적 기계적 프로세싱 스테이션의 개략도이다.
도 5는 연마 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.
이해를 돕기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에서 공통되는 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였다. 특별한 언급이 없이도, 일 실시예에서 설명된 구성요소가 다른 실시예에서 유리하게 이용될 수 있을 것이다.

본원 발명의 실시예들은 대체적으로 반도체 기판의 제조시에 실시되는 연마 또는 평탄화 프로세스에 관한 것이다. 전기화학적 기계적 평탄화(ECMP)는 전술한 연마 프로세스들 중 하나이고 그리고 기계적, 화학적 및/또는 전기화학적 힘의 조합에 의해서 반도체 표면으로부터 부착 물질을 제거하는 것을 포함한다. 기계적인 힘은 물리적인 접촉 또는 마찰(rubbing) 작용을 포함할 수 있고, 그리고 화학적 및/또는 전기적 힘은 양극 분해(anodic dissolution)에 의해서 물질을 제거하는 것을 포함할 수 있을 것이며, 이러한 것들은 상기 예시적인 것으로 제한되는 것은 아니다.

통상적으로, 비-평면형 배향 상태로 부착된 벌크 전도성 물질을 가지는 기판의 평탄화 프로세스가 시작되고, 평탄한 배향을 달성하기 위한 노력으로서 하나 또는 둘 이상의 ECMP 프로세스에 의해서 그러한 전도성 물질의 일부가 제거될 수 있을 것이다. 이러한 벌크 제거를 실시하는 프로세싱 패드는 기판 평탄화를 위한 적절한 기계적인 특성(예를 들어, 표면 조도(asperity)의 구조 및 크기)을 유지하면서도 연마 동안에 기판에 결함을 최소한으로 생성하여야 한다. 일반적으로, 패드 표면 상의 연마 부산물의 축적 및/또는 마모로 인해서, 프로세싱 패드의 연마 성능이 연마 동안에 감소되며, 그 결과로 최적-이하의 연마 품질이 얻어진다. 이러한 연마 패드의 저하(최적-이하화; sub-optimization)는 패드 표면에 걸쳐 불균일한 또는 국부적인 패턴으로 발생할 것이며, 이는 전도성 물질의 불균일한 평탄화를 촉진할 것이다. 그에 따라, 패드의 연마 성능 복원을 위해서 패드 표면은 주기적으로 재생, 또는 컨디셔닝되어야 할 것이다.

패드의 연마 성능의 감소가 패드 표면 상에서 불균일하게 발생될 것이기 때문에, 통상적으로 패드 컨디셔닝 방식(regime)은 패드 표면에 걸쳐 균일한 방법으로 실시된다. 일반적으로, 이러한 균일한 컨디셔닝 방식은 패드를 무차별적으로(indiscriminately) 컨디셔닝하며, 이는 패드의 연마 성능을 개선시킬 것이다. 그러나, 균일한 패드 컨디셔닝 방식은 연마 성능의 국부적인 손실을 나타내는 패드의 구역들을 고려하지 않을 뿐만 아니라, 연마 성능의 감소가 적은 또는 없는 패드 구역들에 대한 고려도 하지 않는다. 그에 따라, 연마 성능 감소가 없거나 거의 없는 패드 부분들에서는 최적의 컨디션이 유지되는 반면, 연마 성능이 보다 많이 감소된 국부적인 부분들은 최적-이하의 상태로 유지될 수 있을 것이다.

최적-이하의 연마 성능을 가지는 패드의 국부적인 부분들의 발생을 최소화하기 위해서, 프로세싱 패드를 모니터링하고 그리고 여러 위치에서 패드의 두께를 측정할 수 있을 것이다. 본원 발명의 실시예들은 여러 위치에서 프로세싱 패드 두께를 측정하기 위해서 프로세싱 패드 컨디셔닝 아암에 커플링된 변위 센서를 포함할 수 있다. 변위 센서를 컨디셔닝 아암에 장착함으로써, 정상적인 작업 사이클 부분 동안에 프로세싱 패드 두께가 모니터링될 수 있을 것이고, 이는 ECMP 스테이션의 중단시간을 감소시킨다.

예시적인 시스템

도 1은 ECMP 시스템의 연마 스테이션(100)을 개략적으로 도시한 도면이다. 예를 들어, ECMP 스테이션은 Applied Materials Reflexion LK ECMP™ 또는 다른 제조업자가 공급하는 유사한 장치일 수 있다. 일반적으로, 연마 스테이션(100)은 컨디셔닝 장치(170) 및 모터(도시하지 않음)에 의해서 회전되는 평탄부(240)를 포함한다. 전도성 프로세싱 표면(210)이 연마 스테이션(100)의 프로세싱 표면을 형성하도록, 패드 조립체(200)가 평탄부(240)의 상부 표면에 배치된다. 캐리어 헤드(110)가 상기 패드 조립체(200)의 위쪽에 배치되고 그리고 프로세싱 동안에 기판을 패드 조립체(200)에 대해서 홀딩하도록 구성된다. 캐리어 헤드(110)는 프로세싱 동안에 기판과 패드 조립체(200) 사이에 제공되는 상대적인 운동의 일부를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 캐리어 헤드(110)는 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc. 가 공급하는 TITAN HEAD™ 또는 TITAN PROFILER™ 웨이퍼 캐리어일 수 있다. 전해질과 같은 프로세싱 유체가 프로세싱 유체 공급원(도시하지 않음)에 커플링된 노즐(120)에 의해서 패드 조립체(200)의 프로세싱 표면(210) 으로 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 컨디셔닝 장치(170)가 컨디셔닝 아암(142)을 사이에 두고 지지 조립체(140)에 의해서 지지되는 컨디셔닝 디스크 또는 컨디셔닝 헤드(150)에 커플링된 변위 센서(160)를 포함한다. 일 실시예에서, 변위 센서(160)는 컨디셔닝 아암(142)과 커플링된다. 지지 조립체(140)는 베이스(130)에 커플링되고 그리고 컨디셔닝 아암(142)을 통해서 컨디셔닝 헤드(150)를 패드 조립체(200)와 접촉하게끔 위치시키도록 구성되고, 그리고 그들 사이에 상대적인 운동을 제공하도록 구성된다. 패드 조립체(200)에 대한 컨디셔닝 헤드(150)의 상대적인 운동의 결과로서, 변위 센서(160)가 프로세싱 표면(210)의 두께 측정치를 획득할 것이다.

또한, 패드 조립체(200)를 향해서 컨디셔닝 헤드를 제어가능하게 가압하기 위해서 제어가능한 압력 또는 하향력을 제공하도록 컨디셔닝 헤드(150)가 구성된다. 하향력 압력은 약 0.7 psi 내지 약 2 psi일 수 있다. 일반적으로, 컨디셔닝 헤드(150)는 도 3에서 화살표(350 및 342)로 표시된 바와 같이 패드 조립체(200)의 표면을 가로지르는 스위핑 운동(sweeping motion)에서 측방향으로 이동하거나 및/또는 회전한다. 일 실시예에서, 컨디셔닝 헤드(150)의 측방향 운동은 대략적으로 패드 조립체(200)의 중심에서 패드 조립체(200)의 외측 엣지(edge)까지의 범위에서 원호를 따를 수 있고 또는 선형일 수 있으며, 그에 따라 패드 조립체(200)의 회전과 조합되어, 패드 조립체(200)의 전체 표면이 컨디셔닝될 수 있다. 컨디셔닝 헤드(150)는 사용중이지 않을 때 패드 조립체(200)의 엣지를 지나서 컨디셔닝 헤드(150)를 이동시키는 추가적인 운동 범위를 가질 수 있다.

연마 스테이션(100)이 제어부(도시하지 않음)에 의해서 제어될 수 있다는 것을 주지할 필요가 있다. 제어부는 연마 스테이션(100)으로부터 피드백 신호를 수신하는 하드웨어 또는 소프트웨어 로직을 포함할 수 있다. 제어부는 수신된 피드백 신호를 기초로 디스플레이를 위한 신호를 생성하고 정보를 디스플레이로 전달할 것이다. 또한, 제어부는 수신된 피드백 신호를 기초로 후속 연마 스테이션(100) 작업에 관한 결정을 내리고 작업을 실행할 것이다.

도 2는 서브-패드(sub-pad; 220)를 사이에 두고 전극(230)에 배치된 전도성 프로세싱 표면(210)을 가지는 패드 조립체(200)를 도시한 전개도이다. 이러한 실시예에서, 전도성 프로세싱 표면(210)은 연마 스테이션(100)의 프로세싱 표면을 형성한다. 패드 조립체(200)를 전원(250)의 반대 전극들에 커플링하기 위해서, 전도성 프로세싱 표면(210) 및 전극(230)이 하나 이상의 커넥터(252, 254)를 각각 구비한다. 전원(250)은 CMP 또는 ECMP 프로세스가 실시되는지의 여부에 따라서 선택적이 된다. 서브-패드(220)는 전도성 프로세싱 표면(210)에 대해서 강화된 압축성(compressibility)을 제공하고 그리고 ECMP 프로세스에서 전도성 프로세싱 표면(210)이 양극으로 작용할 수 있도록 그리고 전극(230)이 음극으로 작용할 수 있도록 2개의 전도성 부분들 사이의 절연 요소로서 작용한다. 전극(230)은 고체 금속 시트, 호일 또는 금, 주석, 니켈, 은, 스테인리스 스틸 이들의 유도체(derivatives) 및 조합으로 이루어진 메시(mesh)일 수 있다. 통상적으로, 패드 조립체(200)의 여러 부분들이 프로세스에 적용가능한 접착제에 의해서 함께 커플링되고, 그리고 도 1의 연마 스테이션(100)들 중의 하나 또는 양자(both) 내에 배치된 평탄부 조립체(240)의 상부 표면에 분리 가능하게 부착된다.

전도성 프로세싱 표면(210)은 전도성 물질로 제조될 수 있고 및/또는 폴리머 매트릭스 내에서 경계지어지는 전도성 입자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 물질이 프로세싱 표면(210)을 포함하는 물질을 포함하거나 그러한 물질로 일체적으로 분산(dispersed integrally)될 수 있고, 예를 들어 내부에 분산된 전도성 입자들 및/또는 전도성 코팅 직물 등을 가지는 폴리머 매트릭스일 수 있다. 전도성 입자들은 금, 니켈, 주석, 아연, 구리, 그 유도체 및 조합과 같은 금속 입자들일 수 있다. 전도성 폴리머는 전도성 호일 또는 메시일 수 있는 전도성 캐리어 상에 배치될 수 있다. 또한, 전도성 프로세싱 표면(210)이 서브-패드(220) 내의 홀(222)과 적어도 부분적으로 정렬되는 하나 또는 둘 이상의 개구(214)를 포함할 수 있다. 전도성 프로세싱 표면(210)이 기판 상의 전도성 물질에 대해서 가압될 때 기판 표면 및 전극 사이의 전해질 소통을 허용하기 위해서, 개구(214) 및 홀들이 전해질로 충진되도록 구성된다. 전해질 유동 및 유지를 돕기 위해서, 그리고 기판으로부터 제거되는 물질이 프로세싱 표면으로부터 범람할 수 있게 허용하는 경로를 제공하기 위해서, 홈 또는 채널(212)이 전도성 프로세싱 표면(210)에 형성될 수 있을 것이다. 패드 조립체의 예가 2006년 1월 31일자 미국 특허 제 6,991,528 호, 2003년 12월 23일자로 출원된 미국 출원 제 10/744,904 호에 기재되어 있다. 상기 특허 및 출원은 본원과 모순되지 않는 범위 내에서 본원에 참조로서 포함된다.

일반적으로, 프로세싱 패드(200)의 연마 성능은 패드 표면 상의 연마 부산물의 축적 및/또는 마모로 인해서 연마 동안에 감소되며, 그에 따라 최적-이하의 연마 품질을 초래한다. 이러한 연마 패드의 마모는 패드 표면에 걸쳐 불균일하게 또는 국부적으로 발생될 것이고, 이는 전도성 물질의 불균일한 평탄화를 촉진할 수 있을 것이다. 그에 따라, 패드의 연마 성능을 복원하기 위해서 패드 표면은 반드시 주기적으로 재생, 또는 컨디셔닝되어야 할 것이다. 이는 컨디셔닝 헤드(150)에 의해서 이루어진다.

도 3은 ECMP 시스템의 연마 스테이션(100)을 개략적으로 도시한 도면이다. 컨디셔닝 헤드(150)가 컨디셔닝 아암(142)에 커플링된 것으로 도시되어 있으며, 화살표(350 및 342)로 표시된 바와 같이, 패드의 연마 성능을 복원하기 위해서 패드 조립체(200)의 표면을 가로지르는 스위핑 운동에서 측방향으로 이동하거나 및/또는 회전한다. 일 실시예에서, 스위핑 범위는 패드의 둘레 부분으로부터 패드의 중심 부분까지이고, 다시 말해서 스위핑 범위는 패드의 반경의 컨디셔닝을 가능하게 하는 범위이므로 방사상 스위핑 범위가 될 것이다. 다른 실시예에서, 스위핑 범위는 1의 분수(some fraction of one) 만큼 방사상 스위핑 범위 보다 적을 것이다. 다른 실시예에서, 스위핑 범위가 방사상 스위핑 범위 보다 클 수 있다.

컨디셔닝 헤드(150)에 의한 반복적인 컨디셔닝의 결과로서, 프로세싱 패드(200)를 교체할 필요가 있을 것이다. 그러나, 패드의 유입 공차(incoming tolerance), 디스크마다 다른 마모 속도, 그리고 공구마다 다른 변동(예를 들어, 컨디셔닝 하향력 교정)으로 인해서, 일반적으로 보수적인(conservative) 접근 방식이 수반되고, 그리고 프로세싱 패드의 수명이 최대화되지는 않는다.

도 4는 변위 센서(160)가 장착 장치(410)에 의해서 컨디셔닝 아암(142)에 커플링된 본원 발명의 실시예를 도시한다. 컨디셔닝 아암에 커플링된 센서로 인해서, 정상적인 작업 사이클의 일부 동안에 여러 지점에서 프로세싱 패드(200)의 두께가 측정될 수 있는 한편, 수반하는 로직으로 인해서 측정 데이터를 캡쳐하고 그리고 디스플레이(예를 들어, 프로세싱 패드의 2-차원적인 맵(map) 생성)할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 센서(160)가 레이저를 이용하여 패드의 두께를 측정할 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 센서(160)가 유도형 센서일 수 있다.

레이저형 센서(160)를 포함하는 실시예에서, 프로세싱 패드(200)의 두께가 직접적으로 측정된다. 컨디셔닝 아암은 평탄부(240)에 대해서 고정된 위치에 있고, 그리고 레이저(160)가 아암에 대해서 고정된 위치에 있다. 결과적으로, 레이저(160)가 평탄부(240)에 대해서 고정된 위치에 있게 된다. 프로세싱 패드까지의 거리를 측정하고 그리고 프로세싱 패드(200)까지의 거리와 평탄부(240)까지의 거리 사이의 편차를 계산함으로써, 프로세싱 패드(200)의 나머지 두께가 결정될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 레이저형 센서(160)를 이용하는 두께 측정의 해상도는 25 ㎛ 이내가 될 것이다.

유도형 센서(160)를 포함하는 실시예에서, 프로세싱 패드(200)의 두께는 간접적으로 측정된다. 컨디셔닝 헤드(150)가 프로세싱 패드(200)와 접촉할 때까지 컨디셔닝 아암이 피봇점을 중심으로 작동된다. 전자기장을 방출하는 유도형 센서가 피봇형 컨디셔닝 아암의 단부에 장착된다. 패러데이의 유도 법칙에 따라서, 폐쇄형 루프 내의 전압은 시간 변화에 따른 자기장의 변화에 직접적으로 비례한다. 인가되는 자기장이 강할수록 보다 큰 맴돌이 전류가 생성되고 그리고 반대 필드(field)가 보다 더 커진다. 센서로부터의 신호는 센서의 선단부로부터 금속 평탄부(240)까지의 거리에 직접적으로 연관된다. 평탄부(240)가 회전될 때, 컨디셔닝 헤드(150)가 패드의 표면 상에 놓이고 그리고 프로세싱 패드(200)의 프로파일에 따라서 유도형 센서가 컨디셔닝 아암과 함께 상승되고 하강된다. 유도형 센서가 금속 평탄부(240)에 보다 더 근접함에 따라, 프로세싱 패드 마모 지수, 신호의 전압이 증대된다. 센서로부터의 신호가 프로세싱되고 그리고 프로세싱 패드 조립체(200)의 두께 변동이 캡쳐된다. 일부 실시예에서, 유도형 센서(160)를 이용한 두께 측정의 해상도가 1 ㎛ 이내가 될 것이다.

도 5는 ECMP 또는 CMP 프로세싱 패드 두께 및 프로파일을 측정하고 모니터링하도록 구성된 모니터링 방법(500)의 일 실시예이다. 상기 방법은 프로세싱 패드(200)의 설치와 함께 단계(502)에서 시작된다. 단계(504)에서, 컨디셔닝 아암(142)에 부착된 센서(160)가 여러 지점에서 프로세싱 패드의 두께를 측정한다. 단계(506)에서, 여러 지점에서의 프로세싱 패드(200)의 두께를 이용하여 프로세싱 표면 프로파일을 생성한다. 일 실시예에서, 프로세싱 표면 프로파일이 프로세싱 패드의 2-차원적인 맵이 될 것이다.

단계(508)에서, 여러 지점에서 측정된 패드 두께와 최소 허용가능 패드 두께 또는 "최소 프로파일 문턱치" 사이의 비교가 이루어진다. 최소 허용가능 패드 두께가 최초 두께의 백분율을 기초로 작업자에 의해서 특정될 수 있을 것이고 또는 이른바 당업자에게 공지된 다른 수단에 의해서 특정될 수 있다는 것을 주지하여야 한다.

만약 패드 두께가 최소 허용가능 패드 두께 보다 두껍지 않다면, 수명이 다한 프로세싱 패드가 제거 및 폐기될 것이고, 그리고 단계(510)로 도시된 바와 같이, 새로운 프로세싱 패드가 설치될 수 있을 것이다. 프로세싱 패드가 최소 허용가능 패드 두께 미만으로 마모된 후에 패드를 교체할 필요가 있는데, 이는 프로세싱 패드가 너무 얇아서 연마 성능을 복원할 수 없기 때문이다. 단계(510)에서 프로세싱 패드를 교체한 후에, 작업(504-508)이 반복될 수 있고 그리고 새로운 프로세싱 패드가 측정될 수 있다.

그러나, 만약 프로세싱 패드의 두께가 최소 허용가능 두께 보다 두껍다면, 단계(512)에서, 패드의 2차원적인 맵을 검사하여 프로세싱 패드가 균일한 방식으로 마모되는지를 확인한다. 프로세싱 패드의 균일성을 모니터링함으로써, 적절한 시기에 조정이 이루어질 수 있고, 그에 따라 패드의 이용가능한 수명이 효과적으로 연장되고 ECMP 스테이션의 중단 시간이 감소된다. 예를 들어, 만약 프로세싱 패드가 불균일한 방식으로 마모된다면, 컨디셔닝 헤드 또는 컨디셔닝 아암의 배향을 변경하여 프로세싱 패드를 따른 컨디셔닝 헤드로부터의 압력 분포를 변화시킬 수 있을 것이다. 또한, 제어부 로직을 변경하여 컨디셔닝 아암의 작업을 변화시킴으로써 국부적인 불균일성을 감소시킬 수도 있을 것이다.

만약, 프로세싱 패드 마모가 균일하다면, 단계(514)에서, 추가적인 프로세싱 패드 측정을 취하기에 앞서서 표준 ECMP 프로세스들이 실시되는 지연(delay)이 있게 된다. 그러한 지연의 길이는 이벤트(event)의 발생에 따라서 작업자에 의해서 지정될 수 있을 것이고, 또는 당업자에게 공지된 다른 수단에 의해서 특정될 수 있을 것이다. 그러한 지연은 작업(504-512)이 반복되기에 앞서서 정상 작업이 이루어지는 동안의 시간이다.

만약 프로세싱 패드가 균일한 방식으로 마모되지 않는다면, 단계(516)에서, 프로세싱 패드(200)가 조절된다. 일부 실시예들에서, 작업(504-512)이 반복되고 프로세싱 패드의 조절이 즉각적으로 후속한다. 이는 부정확한 패드 조정이 후속하여 프로세싱되는 기판에 해로운 영향을 미치는 것을 방지 또는 제한할 것이다.

일부 실시예들에서, 컨디셔닝 헤드 및 컨디셔닝 요소의 스위핑 주기기(frequency)가 조절될 수 있을 것이다. 스위핑 주기는 연마 성능의 국부적인 손실이 결정된 프로세싱 표면 부분들에 대해서 보다 공격적으로 패드의 프로세싱 표면의 부분들을 컨디셔닝하도록 조절될 수 있을 것이다. 예를 들어, 스위핑 주기가 부분적으로 원형 전도성 패드의 회전 속도를 기초로 할 수 있을 것이다. 이러한 예에서, 패드의 기하학적 형상 및 RPM이 프로파일 결정을 기초로 그리고 기판과 전도성 패드 사이의 접촉 구역들을 기초로 빠른 또는 느린 스위핑 주기를 필요로 할 것이다. 일 실시예에서, 스위핑 주기가 약 5 스위핑/분 내지 약 20 스위핑/분, 예를 들어 약 8 스위핑/분 내지 약 14 스위핑/분, 예를 들어 약 10 스위핑/분일 수 있을 것이다.

다른 실시예에서, 스위핑 범위는 원형 전도성 패드의 프로세싱 표면에 걸친 스위핑 범위를 변화시킴으로써 조절될 수 있을 것이다. 예를 들어, 원형 전도성 패드의 중심이 원형 전도성 패드의 둘레에 비해서 연마 성능을 국부적으로 상실하기 쉬우며, 그에 따라 중심 부분에서의 평탄화 작업을 방해할 수 있을 것이다. 이러한 경우에, 스위핑 범위가 전체 반경 스위핑으로부터 3/4 스위핑으로 변경될 수 있으며, 이때 스위핑 범위는 패드의 대략적인 중심으로부터 중심에서 반경까지의 약 3/4까지 컨디셔닝을 실시할 것이다. 이러한 예에서, 패드 반경의 나머지 1/4은 컨디셔닝되지 않을 것이다. 만약 원형 패드의 둘레가 중심 부분에 비해서 감소된 평탄화 성능을 나타낸다면, 3/4 스위핑을 반대로 이용할 수 있을 것이고, 그에 따라 둘레부를 컨디셔닝하고 그리고 패드 중심에 근접한 패드 부분에서는 컨디셔닝을 실시하지 않을 수 있을 것이다. 스위핑 범위 조정은 전술한 비율로 제한되는 것이 아니고 패드의 컨디셔닝 요건에 따라서 다른 임의 분율로 이루어질 수도 있을 것이다.

다른 실시예들은 스위핑 범위 조정을 패드 회전 운동과 조합할 수 있을 것이며, 이때 스위핑 범위는 임의의 패드 회전수에 대한 분수 범위(fractional range)가 된다. 스위핑 범위가 패드 RPM의 희망하는 정수에 대한 분수일 수 있고 그리고 전체 스위핑 범위가 패드 RPM의 다른 희망하는 정수에 대해서 재개될 수 있을 것이다. 예를 들어, 중심 보다 둘레에서 국부적으로 큰 연마 성능의 손실이 결정된다면, 중심이 둘레보다 덜 컨디셔닝될 필요가 있을 것이다. 그에 따라, 패드의 둘레와 그 둘레로부터 반경의 약 절반 사이에서 절반-스위핑이 실시될 수 있을 것이다. 이러한 절반-스위핑은, 예를 들어, 약 5 내지 10의 패드 회전 동안 계속될 수 있을 것이다. 각각의 6번째 회전 또는 11번째 회전에서, 중심에서 패드의 절반 반경을 컨디셔닝하기 위해서 전체(full) 스위핑이 개시될 수 있을 것이다. 전체 스위핑은 임의의 희망하는 패드 RPM 정수에 대해서 계속될 수 있을 것이고 그리고 절반-스위핑이 재개될 수 있을 것이다.

컨디셔닝 요소 RPM을 조절하여 전도성 연마 패드의 프로세싱 표면의 여러 부분들로 개선된 컨디셔닝을 제공할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 컨디셔닝 요소 RPM이 컨디셔닝 동안에 소정의 정적(static) RPM으로 설정될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 컨디셔닝 요소 RPM이 약 30 RPM 내지 약 100 RPM, 예를 들어 약 40 RPM 내지 약 70 RPM이 된다. 다른 실시예에서, 컨디셔닝 파라미터들은 전술한 바와 같이 조절될 수 있을 것이며, 컨디셔닝 요소 RPM이 변화될 수 있을 것이다. 예를 들어, 컨디셔닝 헤드가 패드의 둘레 부분을 컨디셔닝 할 때 컨디셔닝 요소 RPM이 증대될 수 있고, 그리고 중심 부분을 컨디셔닝 할 때 감소될 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 둘레는 중심 부분 보다 더 공격적으로 컨디셔닝될 수 있을 것이다. 만약 둘레 부분 보다 중심 부분을 더 공격적으로 컨디셔닝할 필요가 있다면, 둘레 보다 중심을 컨디셔닝 할 때 컨디셔닝 요소 RPM이 보다 더 높을 수 있을 것이다.

컨디셔닝 헤드 하향력 역시 조절될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 패드에 대해서 상대적으로 컨디셔닝 요소로 인가되는 하향력은 약 0.7 psi 내지 약 2.0 psi, 예를 들어 약 1.0 psi 내지 약 1.7 psi 범위에서 정적이다. 다른 실시예들에서, 컨디셔닝 파라미터들이 전술한 바와 같이 조절될 수 있고, 하향력이 변화될 수 있을 것이다. 예를 들어, 컨디셔닝 헤드가 패드의 프로세싱 표면의 둘레 부분을 컨디셔닝 할 때 하향력이 증대될 수 있고, 그리고 중심 부분의 프로세싱 표면을 컨디셔닝할 때에는 감소될 수 있다. 이러한 실시예에서, 둘레가 중심 부분 보다 더 공격적으로 컨디셔닝될 수 있다. 만약 둘레 부분 보다 중심 부분을 보다 더 공격적으로 컨디셔닝할 필요가 있다면, 둘레 보다 중심을 컨디셔닝 할 때 하향력이 보다 높을 수 있을 것이다.

전도성 패드를 컨디셔닝하는 것과 관련하여 컨디셔닝 방법을 예시적으로 설명하였지만, 비-전도성 패드의 프로세싱 표면에서도 컨디셔닝 방법을 유리하게 적용할 수 있을 것이며, 그에 따라 본원 발명은 전도성 패드로 제한되지 않는다 할 것이다. 또한, 본원에 기재된 방법들이 원형 패드와 관련하여 설명되었지만, 본원 발명이 이러한 개시 내용으로 제한되는 것이 아니고 예를 들어 무한 벨트, 공급 롤로부터 권취(take up) 롤 까지 평탄부를 가로질러 진행하도록 구성된 패드를 이용하는 장치, 또는 연마 패드를 이용하는 연마 기판용 장치와 같은 선형 연마 시스템에서도 이용될 수 있을 것이다. 본원 발명의 기본 범위 내에서도 본원 발명의 다른 실시예들 및 추가적인 실시예들을 안출할 수 있을 것이며, 그에 따라 본원 발명의 범위는 특허청구범위에 의해서 결정될 것이다.

Claims

기판 프로세싱 표면을 유지(maintaining)하기 위한 방법으로서:
기판 프로세싱 표면 상에서 제 1 측정 세트를 실시하는 단계로서, 상기 측정 세트가 프로세싱 표면 컨디셔닝 아암에 커플링된 변위 센서를 이용하여 획득되는, 제 1 측정 세트 실시 단계;
상기 측정 세트를 기초로 프로세싱 표면 프로파일을 결정하는 단계;
상기 프로세싱 표면 프로파일을 최소 프로파일 문턱치에 비교하는 단계; 그리고
프로파일 비교 결과를 통신하는 단계로서, 결과를 통신하는 것이 결과를 수반하는 피드백 신호를 전송하는 것을 포함하는, 프로파일 비교 결과 통신 단계를 포함하는
기판 프로세싱 표면을 유지하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
기판 프로세싱 표면 마모가 균일한지를 평가하는 단계를 더 포함하는
기판 프로세싱 표면을 유지하기 위한 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 프로세싱 표면 마모가 균일한지를 평가하는 단계는 프로세싱 표면 프로파일이 미리 선택된 최소 프로파일 문턱치를 충족시키는 경우에 실시되는
기판 프로세싱 표면을 유지하기 위한 방법.
제 2 항에 있어서,
균일한 마모 평가의 결과를 통신하는 단계를 더 포함하고,
상기 균일한 마모 평가의 결과를 통신하는 단계는 프로세싱 표면 마모가 균일하지 않을 때 에러 메시지를 생성하는 단계를 포함하는
기판 프로세싱 표면을 유지하기 위한 방법.
제 2 항에 있어서,
반도체 기판 프로세싱 표면 상에서 제 2 측정 세트를 실시하는 단계를 더 포함하고,
상기 제 2 측정 세트가 변위 센서를 이용하여 얻어지는
기판 프로세싱 표면을 유지하기 위한 방법.
제 2 항에 있어서,
기판 프로세싱 표면을 조정하는 단계; 및
상기 기판 프로세싱 표면 상에서 제 2 측정 세트를 실시하는 단계를 더 포함하고,
상기 제 2 측정 세트가 변위 센서를 이용하여 얻어지는
기판 프로세싱 표면을 유지하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
프로파일 비교 결과를 통신하는 단계는 프로세싱 표면 프로파일이 최소 프로파일 문턱치를 충족시키지 못한 경우에 에러 메시지를 생성하는 단계를 포함하는
기판 프로세싱 표면을 유지하기 위한 방법.
기판 프로세싱 장치로서:
기판으로부터 물질을 제거하기 위한 기판 프로세싱 표면;
기판 프로세싱 표면의 연마 성능을 복원하기 위한 컨디셔닝 헤드;
상기 컨디셔닝 헤드를 상기 기판 프로세싱 표면과 접촉 상태로 위치시키기 위한 컨디셔닝 아암;
상기 기판 프로세싱 표면 상에서 측정 세트를 실시하기 위해서 상기 컨디셔닝 아암에 커플링된 변위 센서; 그리고
로직을 포함하며,
상기 로직은
측정 세트를 기초로 프로세싱 표면 프로파일을 결정하고;
상기 프로세싱 표면 프로파일을 최소 프로파일 문턱치에 대해서 비교하고; 그리고
프로파일 비교 결과를 통신하도록 구성되는
기판 프로세싱 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 컨디셔닝 헤드가 상기 기판 프로세싱 표면 상으로 제어가능한 하향력 압력을 제공하도록 구성되고,
상기 하향력 압력이 0.7 psi 내지 2 psi 인
기판 프로세싱 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 컨디셔닝 아암이 피봇 지점을 중심으로 상기 기판 프로세싱 표면에 대해서 측방향으로 회전되는
기판 프로세싱 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 로직이:
프로세싱 표면 마모가 균일한지를 평가하고;
균일 마모 평가의 결과를 통신하고;
상기 프로세싱 표면 마모가 균일하지 않은 경우에, 상기 기판 프로세싱 표면을 조정하고; 그리고
상기 기판 프로세싱 표면 상에서 제 2 측정 세트를 실시하도록 추가로 구성되고,
상기 프로세싱 표면 마모가 균일하지 않은 경우에, 상기 컨디셔닝 아암에 커플링된 변위 센서를 이용하여 상기 제 2 측정 세트가 얻어지는
기판 프로세싱 장치.
기판 프로세싱 시스템으로서:
기판으로부터 물질을 제거하기 위한 기판 프로세싱 표면;
상기 기판 프로세싱 표면을 회전시키기 위한 평판부;
상기 기판 프로세싱 표면의 연마 성능을 복원하기 위한 컨디셔닝 헤드;
상기 컨디셔닝 헤드를 상기 기판 프로세싱 표면과 접촉 상태로 위치시키기 위한 컨디셔닝 아암;
상기 기판 프로세싱 표면 상에서 측정 세트를 실시하도록 구성되고 상기 컨디셔닝 아암에 커플링된 변위 센서; 그리고
로직을 포함하며,
상기 로직이:
상기 측정 세트를 기초로 프로세싱 표면 프로파일을 결정하고; 그리고
상기 프로세싱 표면 프로파일을 최소 프로파일 문턱치에 대해서 비교하도록 구성되는
기판 프로세싱 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 컨디셔닝 헤드가 상기 기판 프로세싱 표면 상으로 제어가능한 하향력 압력을 제공하도록 구성되고,
상기 하향력 압력이 0.7 psi 내지 2 psi 인
기판 프로세싱 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 컨디셔닝 아암이 피봇 지점을 중심으로 상기 기판 프로세싱 표면에 대해서 측방향으로 회전되는
기판 프로세싱 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 로직이:
프로세싱 표면 마모가 균일한지를 평가하고;
균일 마모 평가의 결과를 통신하고;
상기 프로세싱 표면 마모가 균일하지 않은 경우에, 상기 기판 프로세싱 표면을 조정하고;
상기 프로세싱 표면 마모가 균일하지 않은 경우에, 상기 기판 프로세싱 표면을 교정하고; 그리고
상기 기판 프로세싱 표면 상에서 다른 측정 세트를 실시하도록 구성되고,
상기 프로세싱 표면 마모가 균일하지 않은 경우에, 프로세싱 표면 컨디셔닝 아암에 커플링된 변위 센서를 이용하여 상기 측정 세트가 얻어지는
기판 프로세싱 시스템.