KR20130122513A - 화학적 기계적 폴리싱 소모품들의 변동성의 보상을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

화학적 기계적 폴리싱 소모품들의 변동성의 보상을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

CMP 시스템에서 폴리싱 패드를 컨디셔닝하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 기판을 폴리싱하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 회전 가능한 플래튼과, 베이스에 연결되는 컨디셔너 디바이스를 포함한다. 상기 컨디셔너 디바이스는 제1모터에 의해 상기 베이스에 회전 가능하게 연결되는 축을 포함한다. 회전 가능한 컨디셔너 헤드는 아암에 의해 축에 연결된다. 상기 컨디셔너 헤드는 컨디셔너 헤드의 회전을 제어하는 제2모터에 연결된다. 상기 베이스에 대한 축의 회전력 메트릭과 상기 컨디셔너 헤드의 회전력 메트릭을 감지하도록 작동 가능한 하나 또는 둘 이상의 측정 디바이스가 제공된다.

Description

화학적 기계적 폴리싱 소모품의 변동성의 보상을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COMPENSATION OF VARIABILITY IN CHEMICAL MECHANICAL POLISHING CONSUMABLES}
본 발명의 실시예는 일반적으로 반도체 기판과 같은 기판을 폴리싱하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예는 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 시스템으로 폴리싱 표면을 컨디셔닝(conditioning)하기 위한 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 중, 다양한 프로세스에 의해 반도체 기판상에 층(layer) 및 구조물이 증착 및 형성된다. 화학적 기계적 폴리싱(CMP)은 후속 층의 수용을 위해 기판을 평탄화하거나 또는 평탄함을 유지시키는 방식으로 폴리싱 패드가 폴리싱 용액과 조합하여 과잉 물질을 제거하는 널리 사용되는 프로세스이다. 시간이 지남에 따라, 폴리싱 패드의 효과가 감소된다. 폴리싱 패드의 효과를 개선시키기 위해, 폴리싱 패드는 주기적으로 컨디셔닝될 수 있다.
패드 표면상에 축적되는 임의의 폴리싱 부산물을 제거하기 위해 및/또는 폴리싱 패드의 표면을 리프레시(refresh)하기 위해, 패드 컨디셔닝은 일반적으로 마멸성(abrasive) 컨디셔너(conditioner) 디스크를 이용하여 폴리싱 패드를 닦아내는 것을 포함한다. 폴리싱 패드 및 컨디셔너 디스크와 같은 새로운 CMP 소모품(consumable)이 폴리싱 시스템 내로 도입될 때, 특성 및/또는 서로 간의 상호작용은 알려져 있지 않다. 예를 들어, 컨디셔너 디스크는 제조업자 마다 다르고 또한 디스크 마다 다르다. 따라서, 새로운 컨디셔너 디스크는 폴리싱 패드를 언더-컨디셔닝(under-condition)할 수 있고, 이는 낮은 제거율로 나타나며, 또는 폴리싱 패드를 오버-컨디셔닝(over-condition)할 수 있고, 이는 폴리싱 패드의 수명을 감소시키는 것으로 나타난다. 유사하게, 폴리싱 패드 특성은 제조업자 마다 다를 수 있고 또한 폴리싱 패드 마다 다를 수 있다. 예를 들어, 경도(hardness)와 같은 폴리싱 패드의 특성은 폴리싱 패드가 오버-컨디셔닝 또는 언더-컨디셔닝되도록 유발시키는 컨디셔닝 레시피(recipe)에 영향을 끼칠 수 있다.
따라서, 폴리싱 패드를 컨디셔닝하고, 폴리싱 패드의 특성과 컨디셔너 디스크의 특성과 같은 소모품의 특성 및 상호작용에 기초하여 폴리싱 패드 컨디셔닝을 개선시킬 수 있는 개선된 장치 및 방법이 요망되고 있다.
본 발명의 실시예는 기판을 폴리싱하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 기판을 폴리싱하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 베이스(base)에 연결되는 컨디셔너 디바이스 및 회전 가능한 플래튼(platen)을 포함한다. 컨디셔너 디바이스는 제1모터에 의해 베이스에 회전 가능하게 연결되는 축을 포함한다. 회전 가능한 컨디셔너 헤드는 아암(arm)에 의해 축에 연결된다. 컨디셔너 헤드는 상기 컨디셔너 헤드의 회전을 제어하는 제2모터에 연결된다. 베이스에 대한 축의 회전력 메트릭(metric) 및 컨디셔너 헤드의 회전력 메트릭을 감지하도록 작동 가능한 하나 또는 둘 이상의 측정 디바이스가 제공된다.
다른 실시예에서, 기판을 폴리싱하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 기판의 부재 시 예비-폴리시(pre-polish) 프로세스를 수행하는 단계와 그리고 조정되는 폴리싱 레시피를 사용하여 하나 또는 둘 이상의 기판을 폴리싱하는 단계를 포함하며, 상기 예비-폴리시 프로세스는 폴리싱 스테이션에 배치되는 폴리싱 패드의 폴리싱 표면에 대해 컨디셔너 디스크를 가압하는 단계와, 상기 폴리싱 패드에 대해 상기 컨디셔너 디스크를 운동시키는데 요구되는 회전력 값을 모니터링할 동안, 상기 폴리싱 패드에 대해 상기 컨디셔너 디스크를 폴리싱 표면에 걸쳐 스위프(sweep) 패턴으로 운동시키는 단계와, 상기 회전력 값으로부터 상기 컨디셔너 디스크와 상기 폴리싱 표면 사이의 상호작용을 나타내는 메트릭을 결정하는 단계와, 상기 메트릭에 응답하여 폴리싱 레시피를 조정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 기판을 폴리싱하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 기판의 부재 시 예비-폴리시 프로세스를 수행하는 단계를 포함하며, 상기 예비-폴리시 프로세스는 폴리싱 스테이션에 배치되는 폴리싱 패드의 폴리싱 표면에 대해 컨디셔너 디스크를 가압하는 단계와, 상기 폴리싱 표면에 대해 컨디셔너 디스크를 운동시키는데 요구되는 회전력 값을 모니터링할 동안, 상기 폴리싱 패드에 대해 컨디셔너 디스크를 운동시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 예비-폴리시 프로세스는 상기 회전력 값으로부터 상기 컨디셔너 디스크와 상기 폴리싱 표면 사이의 상호작용을 나타내는 제1토오크(torque) 메트릭을 결정하는 단계와, 상기 제1토오크 메트릭에 응답하여 폴리싱 레시피를 조정하는 단계와, 상기 조정되는 폴리싱 레시피를 사용하여 하나 또는 둘 이상의 기판을 폴리싱하는 단계와, 제2토오크 메트릭을 결정하기 위해 상기 폴리싱 표면에 대해 컨디셔너 디스크를 운동시키는데 요구되는 회전력 값을 모니터링할 동안, 상기 폴리싱 패드의 폴리싱 표면을 컨디셔닝하는 단계와, 상기 제2토오크 메트릭이 목표 토오크 메트릭과 상이할 때 하나 또는 둘 이상의 컨디셔닝 매개변수를 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 위에 열거된 특징이 얻어지고 상세히 이해될 수 있는 방식을 위해, 위에 간략히 요약된 본 발명의 더욱 특별한 서술이 첨부의 도면에 도시되는 실시예를 참조하여 이루어졌다.
도1은 본 발명의 실시예를 실행하는데 사용될 수 있는 폴리싱 스테이션의 일 실시예의 부분 사시도.
도2는 도1의 폴리싱 스테이션의 개략적인 평면도.
도3은 본 발명의 실시예를 실행하는데 사용될 수 있는 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도4는 본 발명의 실시예를 실행하는데 사용될 수 있는 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도.
이해를 촉진시키기 위해, 도면에 공통적인 동일한 요소를 나타내도록 가능한 한 동일한 도면부호가 사용되었다. 일 실시예의 요소 및 특징은 추가적인 열거 없이도 다른 실시예에 유익하게 사용될 수 있는 것으로 예상된다.
여기에 서술되는 실시예는 기판상의 물질 제거율을 강화시키고 처리율(throughput)을 증가시키기 위해 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 시스템에서 폴리싱 패드의 폴리싱 표면을 컨디셔닝하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. CMP 프로세스에서, 폴리싱 패드의 표면을 리프레시하기 위해 폴리싱 패드의 주기적인 컨디셔닝이 요구된다. 그러나, 폴리싱 프로세스 중 패드 컨디셔닝과 기판으로부터의 마찰의 조합은 폴리싱 패드가 교체될 것이 요구되는 정도까지 폴리싱 패드를 마모시키려는 경향을 띈다. 마찬가지로, 컨디셔너 디스크의 마멸도는 시간이 지남에 따라 완화되어, 컨디셔너 디스크가 교체될 것이 요구된다. 새로운 폴리싱 패드 및/또는 새로운 컨디셔너 디스크와 같은 새로운 소모품이 폴리싱 시스템 내로 도입될 때, 폴리싱 패드와 컨디셔너 디스크 사이의 상호작용은 알려져 있지 않다. 예를 들어, 폴리싱 패드 특성은 제조자 마다 그리고 폴리싱 패드 마다 다를 수 있다. 유사하게, 컨디셔너 디스크의 다이아몬드 그릿(grit) 크기 및 형태와 같은 컨디셔너 디스크의 특성은 디스크 마다 다르다.
본 발명의 실시예는 폴리싱 패드, 상기 폴리싱 패드를 컨디셔닝 또는 리프레시하기 위한 컨디셔너 디스크, 및 그 조합물과 같은 소모품의 성능에 관한 것이다. 본 발명자는 새로운 소모품의 설치 시 새로운 소모품의 상호작용 또는 성능이 본래대로(in-situ) 결정될 수 있음을 발견하였다. 자동화된 폴리싱 프로세스 레시피에서 프로세싱 매개변수를 제어하기 위해 폴리싱 레시피 또는 폐쇄-루프 제어 시스템에 사용될 수 있는 성능 메트릭을 제공하도록, 소모품들 사이의 상호작용이 하나 또는 둘 이상의 예비-폴리싱 프로세스에서 모니터링될 수 있다. 또한, 제거율 및/또는 소모품의 수명을 강화시키기 위해, 후속의 폴리싱 프로세스 중 성능 메트릭이 계속적으로 모니터링될 수 있다.
도1은 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 프로세스 또는 전기화학적 기계적 폴리싱(ECMP) 프로세스와 같은 폴리싱 프로세스를 수행하도록 구성되는 폴리싱 스테이션(100)의 일 실시예의 부분 단면도이다. 폴리싱 스테이션(100)은 대형 프로세싱 시스템의 독립적인 유니트 또는 부분일 수 있다. 폴리싱 스테이션(100)을 사용하는데 채택될 수 있는 대형 프로세싱 시스템의 예는 다른 폴리싱 시스템들 중에서도 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티어리얼즈, 인코포레이티드로부터 입수할 수 있는 REFLEXION®, REFLEXION® LK, REFLEXION® LK ECMP™, REFLEXION GT™, 및 MIRRA MESA® 폴리싱 시스템을 포함한다.
폴리싱 스테이션(100)은 베이스(110)상에 회전 가능하게 지지되는 플래튼(105)을 포함한다. 플래튼(105)은 회전 축선(A) 주위로 상기 플래튼(105)을 회전시키도록 채택되는 작동기 또는 구동 모터(115)에 작동 가능하게 연결된다. 일 실시예에서, 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 물질(122)은 전형적으로 CMP 프로세스에 사용되는 폴리머 기반 패드 물질과 같은, 상용으로 입수할 수 있는 패드 물질이다. 폴리머 물질은 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 플루오로폴리머, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리페닐렌 황화물(PPS), 또는 그 조합물일 수 있다. 폴리싱 물질(122)은 개방 또는 폐쇄 셀(cell) 발포(foamed) 폴리머, 엘라스토머, 펠트(felt), 함침된(impregnated) 펠트, 플라스틱, 및 프로세싱 화학물(chemistry)과 양립 가능한 유사 물질을 추가로 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 폴리싱 물질(122)은 다공성 코팅을 이용하여 함침된 펠트 물질이다. 다른 실시예에서, 폴리싱 물질(122)은 적어도 부분적으로 전도성인 물질을 포함한다. 폴리싱 패드(120)는 소모품으로 간주되며, 폴리싱 패드(120)의 교체를 촉진시키기 위해 플래튼(105)에 해제 가능하게 연결될 수 있다.
기판이 폴리싱 물질(122)과 접촉할 때 폴리싱 패드(120)가 기판(135)의 표면을 평탄화 또는 폴리싱하도록, 플래튼(105)은 프로세싱 중 폴리싱 패드(120)를 회전시키는데 사용된다. 플래튼(105) 및 폴리싱 패드(120)를 회전시키는데 요구되는 힘을 나타내는 메트릭을 얻기 위해, 회전 가능한 플래튼 센서와 같은 제1측정 디바이스(138)가 사용될 수 있다. 제1측정 디바이스(138)는 구동 모터(115) 또는 상기 구동 모터(115)의 출력축에 연결되는 토오크 또는 다른 회전력 센서일 수 있다.
캐리어(carrier) 헤드(130)는 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125) 위에 배치된다. 캐리어 헤드(130)는 기판(135)을 보유하며, 프로세싱 중 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)(Z 축선을 따른)을 향해 기판(135)을 회전 가능하게 가압한다. 일 실시예에서, 캐리어 헤드(130)는 폴리싱 표면(125)을 향해 기판(135)을 가압하기 위해 기판(135)의 후방측의 하나 또는 둘 이상의 영역에 압력 또는 힘을 적용하는데 채택되는 하나 또는 둘 이상의 압축 가능한 블래더(bladder)(도시되지 않음)를 포함한다. 캐리어 헤드(130)는 캐리어 헤드(130)를 지지하고 폴리싱 패드(120)에 대한 캐리어 헤드(130)의 운동을 촉진시키는 지지 부재(140)에 장착된다. 지지 부재(140)는 베이스(110)에 연결될 수 있거나 또는 폴리싱 패드(120) 위에 캐리어 헤드(130)를 현수(suspend)시키는 방식으로 폴리싱 스테이션(100)상에 장착될 수 있다. 일 실시예에서, 지지 부재(140)는 폴리싱 패드(120) 위에서 폴리싱 스테이션(100)상에 또는 근처에서 장착되는 원형 트랙이다.
캐리어 헤드(130)는 회전 축선(B) 주위로 캐리어 헤드(130)의 적어도 회전 운동을 제공하는 구동 시스템(145)에 연결된다. 구동 시스템(145)은 지지 부재(140)를 따라 폴리싱 패드(120)에 대해 횡방향으로(X 및/또는 Y 축) 캐리어 헤드(130)를 운동시키도록 추가적으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 구동 시스템(145)은 횡방향 운동과 함께 폴리싱 패드(120)에 대해 캐리어 헤드(130)를 수직으로(Z 축) 운동시킨다. 예를 들어, 구동 시스템(145)은 폴리싱 패드(120)에 대해 기판(135)의 회전 및/또는 횡방향 운동을 제공함과 함께, 폴리싱 패드(120)를 향해 기판(135)를 운동시키는데 사용될 수 있다. 캐리어 헤드(130)의 횡방향 운동은 선형 또는 원호형(arcing) 또는 스위핑(sweeping) 운동일 수 있다. 제2측정 디바이스(148)는 캐리어 헤드(130)에 연결될 수 있다. 제2측정 디바이스(148)는 폴리싱 패드(120)에 대해 기판(135)을 회전시키는데 요구되는 힘의 메트릭을 얻기 위해 사용되는 캐리어 헤드(130)를 위한 회전 센서일 수 있다. 제2측정 디바이스(148)는 구동 시스템(145) 또는 구동 시스템(145)의 출력축에 연결되는 토오크 또는 다른 회전력 센서일 수 있다.
컨디셔너 디바이스(150) 및 유체 어플리케이터(applicator)(155)는 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125) 위에 위치되는 것으로 도시되어 있다. 유체 어플리케이터(155)는 폴리싱 패드(120)의 일부에 폴리싱 유체를 분배하는데 채택되는 하나 또는 둘 이상의 노즐(160)을 포함한다. 유체 어플리케이터(155)는 베이스(110)에 회전 가능하게 연결된다. 일 실시예에서, 유체 어플리케이터(155)는 회전 축선(C) 주위로 회전하도록 채택되며, 폴리싱 표면(125)을 향해 지향되는 폴리싱 유체를 제공한다. 폴리싱 유체는 화학 용액, 물, 폴리싱 컴파운드(compound), 세척 용액, 또는 그 조합물일 수 있다.
컨디셔너 디바이스(150)는 일반적으로 컨디셔너 헤드(151), 회전 가능한 축(152), 및 상기 회전 가능한 축(152)으로부터 폴리싱 패드(120) 위로 연장되고 그리고 상기 컨디셔너 헤드(151)를 지지하도록 구성되는 아암(153)을 포함한다. 컨디셔너 헤드(151)는 폴리싱 표면(125)을 컨디셔닝하기 위해 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)과 접촉하여 선택적으로 위치되는 컨디셔너 디스크(154)를 보유한다. 컨디셔너 디스크(154)는 소모품으로 간주되며, 컨디셔너 디스크(154)의 교체를 촉진시키기 위해 상기 컨디셔너 헤드(151)에 해제 가능하게 연결된다.
회전 가능한 축(152)은 폴리싱 스테이션(100)의 베이스(110)를 통해 배치된다. 회전 가능한 축(152)은 베이스(110)에 대해 회전 축선(D) 주위로 회전할 수 있다. 아암(153)이 베이스(110) 및 폴리싱 패드(120)에 대해 컨디셔너 헤드(151)를 회전시키도록, 회전 가능한 축(152)의 회전은 베이스(110)와 상기 회전 가능한 축(152) 사이의 베어링(156)에 의해 촉진된다. 일 실시예에서, 회전 가능한 축(152)을 회전시키고 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 걸쳐 스위핑 운동으로 아암(153) 및 컨디셔너 헤드(151)를 가압하기 위해, 작동기 또는 모터(157)가 회전 가능한 축(152)에 연결된다.
컨디셔너 디바이스(150)는 회전 가능한 축(152)의 회전을 모니터링하는데 사용되는 제3측정 디바이스(158)를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 제3측정 디바이스(158)는 회전 가능한 축(152) 및/또는 아암(153)과 함께 사용되며 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 걸쳐 스위핑 운동으로 컨디셔너 디스크(154)를 운동시키는데 요구되는 회전력 또는 토오크를 검출하도록 채택되는 회전 센서이다. 일 실시예에서, 제3측정 디바이스(158)는 모터(157) 또는 상기 모터(157)의 출력축에 연결되는 토오크 또는 다른 회전력 센서일 수 있다. 다른 실시예에서, 제3측정 디바이스(158)는 모터(157)에 연결되는 전기 전류 센서 또는 압력 센서일 수 있다. 전기 전류 센서는 컨디셔너 디스크(154)와 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125) 사이의 마찰력이 변할 때, 모터(157)에 의해 인출되는 전기 전류의 변화를 검출할 수 있다. 압력 센서는 컨디셔너 디스크(154)와 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125) 사이의 마찰력이 변할 때, 모터(157)를 작동시키는데 사용되는 압력의 변화를 검출하기 위해 모터(157)와 인터페이스할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제3측정 디바이스(158)는 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 걸쳐 컨디셔너 디스크(154)를 운동시키는데 요구되는 힘을 나타내는 메트릭을 제공하기에 적절한 임의의 다른 센서일 수 있다.
컨디셔너 헤드(151)는 컨디셔너 디스크(154)를 통해 직교하여 배치되는 회전 축선(E) 주위로 컨디셔너 디스크(154)를 회전시킨다. 작동기 또는 모터(161)는 아암(153) 및/또는 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 대해 컨디셔너 디스크(154)를 회전시키는데 사용된다. 일 실시예에서, 모터(161)는 아암(153)의 말단부에서 하우징(162)에 배치된다. 컨디셔너 디스크(154)는 폴리싱 패드(120)의 물질을 컨디셔닝하기에 적합한 물질로부터 제조된다. 컨디셔너 디스크(154)는 폴리머 물질로 제조되는 강모(bristle)를 갖는 브러시(brush)일 수 있으며, 또는 마멸성 입자를 포함하는 마멸성 표면을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 컨디셔너 디스크(154)는 베이스 기판에 고착되는 다이아몬드 또는 다른 상대적으로 경질의 입자와 같은 마멸성 입자를 함유하는 표면을 포함한다.
컨디셔너 디스크(154)가 폴리싱 패드(120)와 접촉할 때, 컨디셔너 디바이스(150)는 회전 축선(E) 주위로 컨디셔너 디스크(154)를 회전시키는데 요구되는 회전력 또는 토오크를 감지하는 제4측정 디바이스를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 제4측정 디바이스(163)는 컨디셔너 헤드(151)에 의해 경험한 토오크를 감지하는 토오크 센서일 수 있다. 일 면(aspect)에 있어서, 상기 제4측정 디바이스(163)는 하우징(162) 내에 배치된다. 일 실시예에서, 제4측정 디바이스(163)는 모터(161)와 컨디셔너 디스크(154) 사이에 연결되는 모터(161) 또는 출력축에 연결되는 전기 전류 센서일 수 있다. 전기 전류 센서는 컨디셔너 디스크(154)와 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125) 사이의 마찰력이 변할 때, 모터(161)에 의해 인출되는 전류의 변화를 검출할 수 있다. 다른 실시예에서, 컨디셔너 디스크(154)와 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125) 사이의 마찰력에 의해 유발되는 구동 트레인(train)상의 힘을 측정하기 위해, 제4측정 디바이스(163)는 모터와 컨디셔너 헤드 사이의 구동 트레인에 위치되는 토오크 센서, 편향(deflection) 센서, 또는 스트레인 게이지일 수 있다.
또한, 컨디셔닝 디바이스(150)는 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 대해 컨디셔너 디스크(154)를 가압하는데 사용되는 하향력(down-force) 작동기(164)를 포함한다. 하향력 작동기(164)는 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 대해 컨디셔너 디스크(154)에 의해 적용된 힘을 선택적으로 제어하도록 구성된다. 일 실시예에서, 하향력 작동기(164)는 아암(153)과 축(152) 사이에, 또는 다른 적절한 장소에 배치될 수 있다. 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 아암(153)은 회전 가능한 축(152)에 정적으로(statically) 연결되며, 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 대해 컨디셔너 디스크(154)에 의해 적용되는 힘을 제어하기 위해, 하향력 작동기(164)는 아암(153)의 말단부와 컨디셔너 헤드(151) 사이에 배치된다.
제5측정 디바이스(165)가 하향력 작동기(164)에 연결되며, 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 대한 컨디셔너 디스크(154)의 하향력을 나타내는 메트릭을 검출하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 제5측정 디바이스(165)는 인라인(in-line) 방향으로 하향력 작동기(164)에 위치 또는 연결될 수 있으며, 또는 회전 가능한 축(152)에 대해 하향력 작동기(164)의 응력 또는 스트레인(strain)을 검출하는데 사용되는 다른 적절한 장소, 또는 다른 장착 장소에 배치될 수 있는 하향력 센서이다.
구동 시스템(145), 하향력 작동기(164), 모터(115, 157, 161)의 각각은 측정 디바이스(138, 148, 158, 163, 165)와 마찬가지로 제어기에 연결된다. 일반적으로, 제어기는 폴리싱 스테이션(100)에서 수행되는 하나 또는 둘 이상의 부품 및 프로세스를 제어하는데 사용된다. 일 실시예에서, 제어기는 프로세싱 중 기판(135)으로부터 제거되는 물질의 비율을 제어하기 위해 감각(sensory) 데이터를 사용한다. 제어기는 구동 시스템(145), 하향력 작동기(164), 및 모터(115, 157, 161)로 제어 신호를 전송하며, 측정 디바이스(138, 148, 158, 163, 165)에 의해 검출되는 힘에 대응하는 신호를 수신한다. 제어기는 일반적으로 폴리싱 스테이션(100)의 제어 및 자동화를 촉진시키도록 설계되며, 전형적으로 중앙 처리 장치(CPU), 메모리, 및 지원 회로(또는 I/O)를 포함한다. CPU 는 다양한 시스템 기능, 기판 운동, 폴리싱 프로세스, 프로세스 타이밍 및 지원 하드웨어(예를 들어, 센서, 로봇, 모터, 타이밍 디바이스, 등)를 제어하기 위한 산업적 세팅에 사용되는 컴퓨터 프로세서의 임의의 형태 중 하나일 수 있으며, 그리고 프로세스(예를 들어, 화학적 농도, 프로세싱 변수, 프로세스 시간, I/O 신호, 등)를 모니터링한다. 메모리는 CPU 에 연결되며, 랜덤 억세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 로컬 또는 원격의 임의의 다른 형태의 디지털 저장장치와 같은 용이하게 입수할 수 있는 하나 또는 둘 이상의 메모리일 수 있다. 소프트웨어 명령 및 데이터는 CPU 에 명령하기 위해 메모리 내에 코딩 및 저장될 수 있다. 또한, 지원 회로는 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU 에 연결된다. 지원 회로는 캐시(cache), 전원공급부, 클럭(clock) 회로, 입력/출력 회로, 서브 시스템, 등을 포함할 수 있다. 제어기에 의해 판독 가능한 프로그램 또는 컴퓨터 명령들은 기판상에서 어떤 과업(task)이 수행 가능한지의 여부를 결정한다. 바람직하게, 프로그램은 모니터링, 운동의 실행 및 제어, 지원, 및/또는 폴리싱 스테이션(100)에서의 기판의 포지셔닝(positioning)과 관련된 과업을 수행하기 위한 코드를 포함하는 제어기에 의해 판독 가능한 소프트웨어이다. 일 실시예에서, 프로세스를 반복할 수 있게 하고 대기 시간 문제점을 해결하고 및 기판의 오버(over) 및 언더(under) 프로세싱을 방지하기 위해, 제어기는 전략적 운동, 폴리싱 스테이션(100)의 스케쥴링(scheduling) 및 작동을 제어하는 로봇 디바이스를 제어하는데 사용된다.
도2는 도1의 폴리싱 스테이션(100)의 개략적인 평면도이다. 기판(135)이 캐리어 헤드(130)에 보유될 때 폴리싱 패드(120)상에서의 기판(135)의 폴리싱 스위프 패턴(205)의 실시예를 위해, 캐리어 헤드(130)(도1)는 도시되지 않았다. 기판(135)으로부터 물질의 제거를 실시하기 위해 회전하는 폴리싱 패드(120)에 대해 기판(135)을 회전시킬 동안, 캐리어 헤드는 폴리싱 표면(125)에 걸쳐 기판(135)을 선형으로 또는 원호형으로 운동시킨다. 또한, 폴리싱 패드(120)상의 컨디셔닝 스위프 패턴(210)의 일 실시예를 도시하기 위해, 컨디셔닝 디스크(154)를 갖는 컨디셔너 디바이스(150)가 도시되었다. 폴리싱 표면(125)을 컨디셔닝 및/또는 리프레시하여 기판(135)으로부터 물질의 강회된 제거율을 촉진시키기 위해, 컨디셔너 디스크(154)는 폴리싱 표면(125)에 걸쳐 스위핑된다.
작동시, 도2에 도시된 바와 같이, 폴리싱 유체(215)는 폴리싱 유체 어플리케이터(155)에 의해 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)으로 분배된다. 일 실시예에서, 플래튼(105)은 약 93 RPM(분당 회전수)과 같은 약 85 RPM 내지 약 100 RPM 의 회전 속도로 회전된다. 캐리어 헤드(130)(도시되지 않음)는 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 대해 기판(135)을 가압한다. 일 실시예에서, 캐리어 헤드(130)는 약 87 RPM 과 같은 약 80 RPM 내지 약 95 RPM 의 회전 속도로 플래튼(105)에 대해 회전된다. 폴리싱 패드(120)를 향해 기판(135)을 가압하기 위해, 캐리어 헤드(130) 내의 하나 또는 둘 이상의 압축 가능한 블래더는 기판(135)의 후방측에 압력을 적용할 수 있다. 일 실시예에서, 평균 압력은 약 4.5 psi(평방 인치당 파운드)와 같은 약 3.5 psi 내지 약 5.5 psi 이다. 폴리싱 유체(215)의 존재 시 상기 회전하는 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)과의 접촉은 기판으로부터 과잉의 금속, 유전체(dielectric) 및/도는 장벽(barrier) 물질을 제거하고, 그리고 폴리싱 패드(120)와 접촉하는 기판(135)의 표면을 평탄화시킨다.
기판(135)상에서의 폴리싱 프로세스의 전, 중 및/또는 후에, 폴리싱 패드(120)는 조도(粗度)(asperity)를 재생시키고, 폴리싱 부산물 및 패드 찌꺼기를 제거하고, 폴리싱 표면(125)을 리프레시하도록 구성된다. 컨디셔닝 중, 컨디셔너 헤드(151)는 미리 한정(define)되는 하향력을 이용하여 폴리싱 패드(120)에 대해 컨디셔너 디스크(154)를 가압한다. 하향력 작동기(164)에 의해 적용되는 하향력은 약 1 파운드-힘(lb-f) 내지 약 10 lb-f 일 수 있다. 컨디셔너 디스크(154)는 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 대해 회전하면서, 폴리싱 패드(120)에 걸쳐 컨디셔닝 스위프 패턴(210)으로 전후로 스위핑한다. 일 실시예에서, 컨디셔너 디스크(154)는 약 95 RPM 과 같은 약 85 RPM 내지 약 105 RPM 의 회전 속도로 회전된다. 다른 실시예에서, 컨디셔닝 스위프 패턴(210)은 약 1.7 인치 내지 약 14.7 인치와 같은 약 1.5 인치 내지 약 15 인치의 범위를 포함한다. 다른 실시예에서, 스위프 비율은 분당 약 19 스위프와 같은 분당 약 15 스위프 내지 분당 약 22 스위프이다.
사용하지 않은 새로운 폴리싱 패드(120) 및/또는 사용하지 않은 새로운 컨디셔너 디스크(154)와 같은 새로운 소모품이 폴리싱 스테이션(100) 내로 도입될 때, 폴리싱 패드(120)와 컨디셔너 디스크(154) 사이의 상호작용이 초기에는 알려져 있지 않다. 예를 들어, 폴리싱 패드 특성은 제조업자 마다 그리고 폴리싱 패드 마다 다르다. 유사하게, 컨디셔너 디스크의 다이아몬드 그릿 크기 및 형태와 같은 컨디셔너 디스크의 특성은 디스크 마다 다르다. 이것은 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125) 내로의 결정질 특징부의 방향 및 관통 깊이에 영향을 끼치며, 이는 폴리싱 패드(120)의 마모율에 상당한 차이를 유발시킬 수 있다. 일부 경우에, 컨디셔너 디스크의 결정질 특징부의 일부만이 컨디셔닝 프로세스에 능동적으로 참여하며, 계속적인 사용에 의해 상당한 마모를 경험한다. 컨디셔너 디스크의 마모는 컨디셔너 디스크의 수명을 감소시킬 뿐만 아니라, 폴리싱 패드의 언더-컨디셔닝에 의해 컨디셔닝 프로세스에 영향을 끼친다. 언더-컨디셔닝은 폴리싱 표면(125)의 글레이징(glazing) 및 제거율의 감소를 유발시킬 수 있으며, 이는 처리율을 낮춘다. 컨디셔너 디스크 및 폴리싱 패드와 같은 소모품의 증가된 마모율은 조기 교체를 유발시켜, 이는 소유권(ownership)의 비용 및 정지 시간을 증가시킨다.
소모품 변동성을 개선시키는 한가지 해결책은 소모품의 더욱 엄격한 사양 및 품질 제어를 요구하는 것이다. 그러나, 증가되는 품질 제어는 소모품의 비용을 상승시킬 수 있으며, 이는 소유권의 비용을 증가시킨다.
본 발명자는 새로운 소모품의 성능을 결정하는 것은 하나 또는 둘 이상의 새로운 소모품의 설치 시 본래대로 결정될 수 있음을 발견하였다. 자동화된 폴리싱 프로세스 레시피의 프로세싱 매개변수들을 제어하기 위해 폴리싱 레시피 또는 폐쇄-루프 제어에 사용될 수 있는 성능 메트릭을 제공하기 위해, 소모품들 사이의 상호작용이 하나 또는 둘 이상의 예비-폴리싱 프로세스에서 관찰될 수 있다.
도3은 도1 및 도2의 폴리싱 스테이션(100)을 이용하여 사용될 수 있는 방법(300)의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다. 방법(300)은 폴리싱 스테이션(100)의 폴리싱 프로세스 레시피에 사용되는 폴리싱 매개변수를 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 스테이션(100)의 소모품들 사이의 상호작용은 예비-폴리싱에서 결정되며, 예비-폴리싱 데이터는 방법(300)을 사용하는 폴리싱 레시피를 조정하는데 사용될 수 있다.
단계(310)에서, 기판의 부재 시 폴리싱 스테이션(100)과 같은 폴리싱 스테이션을 사용하여 예비-폴리시 프로세스가 수행된다. 단계(320)에서, 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)을 향해 컨디셔너 디스크(154)가 가압된다. 일 실시예에서, 마멸성 표면은 하향력 작동기(164)를 사용하여 폴리싱 표면(125)을 향해 약 1 lb-f 내지 약 10 lb-f 의 하향력으로 가압된다. 일 실시예에서, 하향력 값은 약 9 lb-f 의 하향력으로 일정하다. 일 면에 있어서, 컨디셔너 디스크(154)는 마멸성 표면을 포함하며, 이는 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(1025)과 접촉 및 마멸시키도록 구성되는 강모, 다이아몬드, 또는 다른 마멸성 입자일 수 있다.
단계(330)에서, 컨디셔너 디스크(154)가 폴리싱 패드(120)에 대해 운동할 동안, 컨디셔너 디스크(154)를 운동시키는데 요구되는 회전력 값이 모니터링된다. 일 실시예에서, 폴리싱 패드(120)에 대한 운동은 컨디셔너 디스크(154)의 회전, 상기 회전하는 컨디셔너 디스크(154)에 대한 폴리싱 패드(120)의 회전, 폴리싱 표면(125)에 걸쳐 컨디셔닝 스위프 패턴(210)으로의 컨디셔너 디스크(154)의 운동, 또는 그 조합을 포함한다. 일 실시예에서, 폴리싱 패드(120)가 회전할 동안 컨디셔너 디스크(154)가 회전하는 반면에, 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 대해 컨디셔너 디스크(154)의 마멸성 표면이 가압된다. 컨디셔너 디스크(154)는 제1회전 속도로 회전되고, 폴리싱 패드(120)는 제2회전 속도로 회전된다. 일 실시예에서, 그 위에 폴리싱 패드를 갖는 플래튼(105)을 회전시킨다면, 컨디셔너 디스크(154)의 제1회전 속도는 약 90 RPM 내지 약 100 RPM 일 수 있고, 폴리싱 패드(120)의 제2회전 속도는 약 90 RPM 내지 약 96 RPM 일 수 있다.
폴리싱 패드(120)에 대한 컨디셔너 디스크(154)의 운동 중, 컨디셔너 디스크(154)를 운동시키는데 요구되는 회전력 값이 관찰된다. 일 실시예에서, 컨디셔너 디스크(154)를 회전시키는데 요구되는 토오크는 모터(161)와 컨디셔너 디스크(154) 사이에 연결되는 제4측정 디바이스(163)에 의해 모니터링될 수 있다. 다른 실시예에서, 컨디셔너 디스크(154)를 컨디셔닝 스위핑 패턴(210)으로 운동시키는데 요구되는 토오크는 제3측정 디바이스(158)에 의해 모니터링된다. 따라서, 회전력 값은 제4측정 디바이스(163), 제3측정 디바이스(158), 또는 그 조합에 의해 제공될 수 있다.
단계(340)에서, 상호작용을 나타내는 메트릭, 예를 들어 컨디셔너 디스크(154)와 폴리싱 표면(125) 사이의 마찰력은 회전력 값으로부터 결정된다. 일 실시예에서, 메트릭은 제3측정 디바이스(158)에 의해 감지되는 바와 같이 컨디셔닝 스위프 패턴(210)으로 컨디셔너 디스크(154)를 운동시키는데 요구되는 마찰의 측정된 토오크 값이다. 다른 실시예에서, 메트릭은 제4측정 디바이스(163)에 의해 감지되는 바와 같이 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 대해 컨디셔너 디스크(154)를 회전시키는데 요구되는 마찰의 측정된 토오크 값이다.
단계(350)에서, 폴리싱 레시피는 메트릭에 응답하여 조정된다. 예를 들어, 메트릭은 위의 단계(330)에서 결정되는 측정된 토오크 값이며, 컨디셔너 디스크(154)의 공격성(aggressiveness)을 나타내는 측정된 토오크 값과 같은 컨디셔너 디스크(154)와 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125) 사이의 상호작용을 나타낸다. 폴리싱 레시피는 연장되는 폴리싱 작동 중(즉, 자동화된 제어 프로세스를 사용하여 복수의 기판의 폴리싱) 하나 또는 둘 이상의 폴리싱 매개변수들[즉, 컨디셔너 디스크(154) 및/또는 캐리어 헤드(130)의 회전 속도, 컨디셔닝 디스크(154) 및 또는 캐리어 헤드(130)에 적용되는 하향력, 컨디셔너 디스크(154) 및/또는 캐리어 헤드(130)의 스위프 범위(들)]을 자동으로 조정할 수 있는 폐쇄-루프 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다. 복수의 기판의 폴리싱 중 물질 제거율을 최적화하기 위해, 폐쇄-루프 제어 시스템은 연장되는 폴리싱 작동 중 폴리싱 매개변수를 최적화하는데 사용된다.
단계(360)에서, 조정되는 폴리싱 레시피를 사용하여 하나 또는 둘 이상의 기판이 폴리싱된다. 일 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 기판은 폐쇄-루프 제어 시스템에 의해 제어되는 조정되는 폴리싱 레시피에 따라 폴리싱되는 복수의 기판을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 컨디셔너 디스크(154) 및/또는 폴리싱 패드(120)는 새로운 또는 사용하지 않은 것이며, 마멸 특성 및/또는 컨디셔너 디스크(154)와 폴리싱 표면(125) 사이의 상호작용은 알려져 있지 않다. 예를 들어, 일 실시예에서, 폴리싱 패드(120)는 새로운 또는 사용하지 않은 것이며, 컨디셔너 디스크(154)는 이전의 폴리싱 패드상에서 이미 사용되었을 수 있다. 그러나, 새로운 폴리싱 패드(120)와 컨디셔너 디스크(154) 사이의 상호작용은 알려져 있지 않으며, 방법(300)의 실시예는 새로운 폴리싱 패드(120)의 사용을 준비하는 패드 브레이크-인(break-in) 프로세스를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 컨디셔너 디스크(154)는 새로운 또는 사용하지 않은 것이며, 새로운 컨디셔너 디스크(154)와 현존의 폴리싱 패드와의 상호작용을 결정하기 위해 방법(300)의 실시예가 단독으로 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 컨디셔너 디스크(154) 및 폴리싱 패드(120) 모두는 새로운 또는 사용하지 않은 것이며, 컨디셔너 디스크(154)와 폴리싱 표면(125) 사이의 상호작용은 알려져 있지 않다. 따라서, 새로운 컨디셔너 디스크(154)와 새로운 폴리싱 패드(120)의 상호작용을 결정하기 위해, 방법(300)의 실시예가 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 패드 브레이크-인 이후 테스트 기판상에 인정(qualification) 프로세스가 수행된다. 테스트 기판은 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 대해 시간 주기 동안 가압되며, 물질 제거율은 계량(metrology) 프로세스에 의해 결정된다. 인정 프로세스 중 결정되는 물질 제거율은 위의 단계(330)에서 얻어진 회전력 데이터와 함께 사용될 수 있으며, 연장되는 폴리시 작동 이전에 폐쇄-루프 제어 시스템에 제공될 수 있다.
일 면에 있어서, 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 걸쳐 컨디셔너 디스크(154)를 운동시키는데 요구되는 힘 또는 토오크는, 폴리싱 프로세스 또는 컨디셔닝 프로세스가 수행될 때 시간의 경과에 따라 변화될 수 있다. 컨디셔너 디스크(154) 및 폴리싱 패드(120) 중 하나 또는 모두가 마모되고 및/또는 프로세스 조건이 변화될 때, 힘 또는 토오크의 변화는 컨디셔너 디스크(154)와 폴리싱 패드(120) 사이의 저항 마찰력의 변화의 결과일 수 있다. 컨디셔닝 매개변수들이 시간이 지나도 변하지 않는다면, 컨디셔너 디스크(154)가 마모되고 그 유효 절삭율(cut rate)이 감소됨에 따라, 토오크 값은 컨디셔너 디스크(154)의 수명 중 감소될 것이다. 다른 면에 있어서, 컨디셔너 디스크(154)와 폴리싱 패드(120) 사이의 마찰력은, 폴리싱 및/또는 컨디셔닝 프로세스 중 컨디셔너 디스크(154) 및/또는 폴리싱 패드(120) 중 적어도 하나를 회전시키는데 요구되는 힘의 변화를 모니터링함으로써 검출될 수 있는 저항력을 발생시킨다. 다른 면에 있어서, 기판(135)과 폴리싱 패드(120) 사이의 마찰력은 폴리싱 프로세스 중 모니터링될 수 있는 저항력을 발생시킨다. 이들 힘은 폴리싱 프로세스 중 위에 서술한 하나 또는 둘 이상의 측정 디바이스(138, 148, 158, 163, 165)에 의해 관찰될 수 있으며, 복수의 기판(135)으로부터 물질의 최적의 제거율을 유지하기 위해 폴리싱 레시피 및/또는 컨디셔닝 레시피를 조정하도록 폐쇄-루프 제어 시스템에 데이터가 제공될 수 있다.
도4는 도1 및 도2의 폴리싱 스테이션(100)을 이용하여 사용될 수 있는 방법(400)의 다른 실시예를 도시하는 흐름도이다. 410 에서, 폴리싱 스테이션(100)과 같은 폴리싱 스테이션을 사용하여 폴리시 프로세스가 수행된다. 420 에서, 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)을 향해 컨디셔너 디스크(154)가 가압된다. 430 에서, 컨디셔너 디스크(154)가 폴리싱 패드(120)에 대해 운동될 동안, 컨디셔너 디스크(154)를 운동시키는데 요구되는 회전력이 모니터링된다. 일 실시예에서, 폴리싱 패드(120)에 대한 운동은 컨디셔너 디스크(154)의 회전, 상기 회전하는 컨디셔너 디스크(154)에 대한 폴리싱 패드(120)의 회전, 폴리싱 표면(125)에 걸쳐 컨디셔닝 스위프 패턴(210)으로의 컨디셔너 디스크(154)의 운동, 또는 그 조합을 포함한다.
일 실시예에서, 기판의 부재 시 단계들(410, 420, 430) 중 하나 또는 조합이 수행된다. 다른 실시예에서, 단계들(410, 420, 430) 중 하나 또는 조합이 수행될 동안, 기판은 캐리어 헤드(130)에 보유되고 그리고 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 대해 가압된다. 예를 들어, 단계(410, 420 및/또는 430) 중 제거율을 결정하기 위해, 인정 절차에서 기판이 폴리싱될 수 있다.
440 에서, 회전력 값에 기초한 제1토오크 메트릭이 결정된다. 일 실시예에서, 제1토오크 메트릭은 제3측정 디바이스(158)에 의해 감지되는 바와 같이, 컨디셔닝 스위프 패턴(210)으로 컨디셔너 디스크(154)를 운동시키는데 요구되는 마찰의 측정된 토오크 값이다. 다른 실시예에서, 제1토오크 메트릭은 제4측정 디바이스(163)에 의해 감지되는 바와 같이, 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 대해 컨디셔너 디스크(154)를 회전시키는데 요구되는 마찰의 측정된 토오크 값이다.
450 에서, 폴리싱 레시피에 따른 폐쇄-루프 제어 시스템을 사용하여 하나 또는 둘 이상의 기판이 폴리싱된다. 440 에서 얻어진 제1토오크 메트릭 데이터를 사용하여 폴리싱 레시피가 조정될 수 있다. 460 에서, 폴리싱 단계(450)의 전, 중, 후에 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)이 컨디셔닝될 동안, 폴리싱 표면(125)에 대해 컨디셔너 디스크(154)를 운동시키는데 요구되는 회전력 값이 모니터링된다. 일 실시예에서, 메트릭은 제3측정 디바이스(158)에 의해 감지되는 바와 같이, 컨디셔닝 스위프 패턴(210)으로 컨디셔너 디스크(154)를 운동시키는데 요구되는 마찰의 측정된 토오크 값이다. 다른 실시예에서, 메트릭은 제4측정 디바이스(163)에 의해 감지되는 바와 같이, 폴리싱 패드(120)의 폴리싱 표면(125)에 대해 컨디셔너 디스크(154)를 회전시키는데 요구되는 마찰의 측정된 토오크 값이다.
단계(470)에서, 단계(460)에서 결정되는 회전력 값에 기초한 제2토오크 메트릭은 단계(440)에서 결정되는 제1토오크 메트릭과 비교된다. 제2토오크 메트릭이 제1토오크 메트릭 보다 작다면, 폴리싱 레시피가 조정될 수 있다. 낮은 제2토오크 메트릭은 컨디셔너 디스크(154)의 마모를 나타낼 수 있다. 단계(480)에서, 제2토오크 메트릭이 목표 토오크 메트릭과 상이하다면, 컨디셔너 디스크(154)에 적용되는 하향력이 조정된다. 예를 들어, 제2토오크 메트릭이 목표 토오크 메트릭 보다 작다면, 컨디셔너 디스크(154)에 적용되는 하향력이 증가된다.
일 면에 있어서, 제2토오크 메트릭은 측정된 토오크 값이고, 상기 측정된 토오크 값은 목표 토오크 메트릭과 비교된다. 목표 토오크 메트릭은 위에 서술한 방법(300)의 부분과 같은 실험 및 테스팅, 모델링(modeling), 계산 이전에 경험적 데이터를 통해 발생될 수 있으며, 또는 컨디셔너 디스크의 사양 내의 기준 곡선(curve)으로서 제공될 수 있다. 어떤 면에 따르면, 목표 토오크 메트릭은 2개의 상이한 데이터 세트의 분석을 사용하여 전개될 수 있다. 마모의 상이한 단계에서 컨디셔너 디스크를 사용하여 수행되는 실험의 디자인을 사용하여, 제1데이터 세트가 유도될 수 있다. 블랭킷(blanket) 기판 제거율과 함께, 모든 하향력 상태에 대해 스위프 토오크의 평균 평방근(root mean square)(RMS)이 측정될 수 있다. 제2데이터 세트는 수동 폐쇄-루프 제어기를 사용하여 하향력이 계단식 형태로 변화되는 블랭킷 기판의 마라톤(marathon) 작동일 수 있다. 일 실시예에서, 컨디셔너 디스크(154)에 적용되는 하향력은 약 3 lb-f 로 시작될 수 있으며, 약 2,500 장의 기판의 프로세싱 동안 약 11 lb-f 로 증가될 수 있다. 스위프 토오크의 RMS 는 모든 기판상에서 측정될 수 있는 반면에, 블랭킷 제거율은 그다지 빈번하지 않게 측정될 수 있다. 이들 두 데이터 세트는 조합될 수 있으며, 최소 정사각형 추정(a least squares estimation) 기술 또는 임의의 다른 적절한 데이터 피팅(fitting) 기술은 RMS 스위프 토오크(T), 하향력, 및 블랭킷 제거율 사이의 목표 토오크 메트릭을 추정하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 모델의 구조는 다음과 같을 수 있다.
Loge(T) = b*Loge(RR) + a*Loge(DF) (1)
여기서, a 및 b 는 최소 정사각형 추정으로부터 얻어진 상수이다. 하나의 특정한 예에서, 어플라이드 머티어리얼즈, 인코포레이티드에 의해 제작된 낮은 하향력 컨디셔너 아암을 사용하여 산화물 CMP 시스템에 대해 계산된 값(b 및 a)은 각각 0.228 및 0.3 이다. 상수(b 및 a)는 다른 기준들 중에서도 특정한 패드 물질, 폴리싱 유체, 폴리싱될 기판 물질을 위해 선택될 수 있다.
또한, 상기 식(1)은 다음과 같이 고쳐 쓸 수 있다.
Loge(T) - Loge(DF)a = Loge(RR)b
Loge(T/DFa ) = Loge(RR)b (2)
일정한 제거율 = k 에 대해, 식은 다음과 같이 고쳐 쓸 수 있다.
Loge(T/DFa ) = Logek (3)
(T/DFa ) = k1, 또는 (4)
T = k1*DFa (5)
식(5)은 일정한 제거율을 달성하기 위해 하향력의 함수로서 목표 스위프 토오크 값에 대한 목표 토오크 메트릭을 도시하고 있다.
따라서, 폴리싱 스테이션 내의 소모품의 상호작용을 결정하기 위한 방법이 제공되었다. 일 실시예에서, 상기 방법은 컨디셔너 디스크(154)의 공격성과 및/또는 컨디셔너 디스크(154)와 새로운 폴리싱 패드(120) 사이의 상호작용을 결정한다. 일 면에 있어서, 상기 방법은 소모품의 수명 중 일정한 제거율을 유지하는데 사용될 수 있는 데이터를 제공한다. 상기 방법은 연장되는 프로세스 작동 중 실질적으로 프로세스 드리프트(drift)를 실질적으로 제거하기 위해, 새로운 소모품에 대해 본래대로 또는 작동 프로세스로서 또는 피드백 루틴으로서 브레이크-인 프로세스에 사용될 수 있다.
상술한 바는 본 발명의 실시예에 관한 것이지만, 그 기본적인 범위로부터 일탈 없이 본 발명의 다른 및 추가적인 실시예가 창작될 수 있으며, 그 범위는 하기의 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (16)

  1. 기판을 폴리싱하기 위한 장치로서:
    베이스에 연결되는 회전 가능한 플래튼;
    상기 베이스에 연결되는 컨디셔너 디바이스로서, 제1모터에 의해 상기 베이스에 회전 가능하게 연결되는 축, 및 아암에 의해 상기 축에 연결되는 회전 가능한 컨디셔너 헤드를 포함하며, 상기 컨디셔너 헤드는 상기 컨디셔너 헤드의 회전을 제어하는 제2모터에 연결되는, 컨디셔너 디바이스; 및
    상기 베이스에 대한 상기 축의 회전력 메트릭과 그리고 상기 컨디셔너 헤드의 회전력 메트릭을 감지하도록 작동 가능한 하나 또는 둘 이상의 측정 디바이스를 포함하는
    기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 측정 디바이스는 상기 제1모터에 연결되는 제1센서를 포함하는
    기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 측정 디바이스는 상기 제2모터에 연결되는 제2센서를 포함하는
    기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 측정 디바이스는 전기 전류 센서, 압력 센서, 및 토오크 센서로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 센서를 포함하는
    기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 측정 디바이스는 제1토오크 센서 및 제2토오크 센서를 포함하는
    기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 컨디셔너 디바이스에 연결되고 상기 컨디셔너 헤드에 적용되는 하향력의 메트릭을 감지하는 제3센서를 더 포함하는
    기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 플래튼의 회전을 제어하는 모터에 연결되는 제4센서를 더 포함하는
    기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  8. 기판을 폴리싱하기 위한 장치로서:
    베이스에 연결되는 회전 가능한 플래튼; 및
    상기 베이스에 연결되는 컨디셔너 디바이스를 포함하며,
    상기 컨디셔너 디바이스는:
    제1모터에 의해 상기 베이스에 회전 가능하게 연결되는 축;
    아암에 의해 상기 축에 연결되는 회전 가능한 컨디셔너 헤드로서, 상기 컨디셔너 헤드의 회전을 제어하는 제2모터에 연결되는, 컨디셔너 헤드;
    상기 제1모터에 연결되고 상기 베이스에 대한 축의 회전력 메트릭을 감지하도록 작동 가능한 제1센서; 및
    상기 제2모터에 연결되고 상기 컨디셔너 헤드의 회전력 메트릭을 감지하도록 작동 가능한 제2센서를 포함하는
    기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1센서 또는 상기 제2센서는 전기 전류 센서, 압력 센서, 및 토오크 센서로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
    기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1센서 및 상기 제2센서는 토오크 센서인
    기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 컨디셔너 디바이스에 연결되며 상기 컨디셔너 헤드에 적용되는 하향력의 메트릭을 감지하는 제3센서를 더 포함하는
    기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 플래튼의 회전을 제어하는 모터에 연결되는 제4센서를 부가로 포함하는
    기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  13. 기판을 폴리싱하기 위한 방법으로서:
    기판의 부재 상태에서 예비-폴리시 프로세스를 수행하는 단계; 및
    조정되는 폴리싱 레시피를 사용하여 하나 또는 둘 이상의 기판을 폴리싱하는 단계를 포함하며,
    상기 예비-폴리시 프로세스는 폴리싱 스테이션에 배치되는 폴리싱 패드의 폴리싱 표면에 대해 컨디셔너 디스크를 가압하는 단계를 포함하며,
    상기 예비-폴리시 프로세스는:
    상기 폴리싱 패드에 대해 상기 컨디셔너 디스크를 운동시키는데 요구되는 회전력 값을 모니터링하는 동안, 상기 폴리싱 표면에 걸쳐 상기 폴리싱 패드에 대해 상기 컨디셔너 디스크를 스위프 패턴으로 운동시키는 단계;
    상기 회전력 값으로부터 상기 컨디셔너 디스크와 상기 폴리싱 표면 사이의 상호작용을 나타내는 메트릭을 결정하는 단계; 및
    상기 메트릭에 응답하여 폴리싱 레시피를 조정하는 단계를 포함하는
    기판을 폴리싱하기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 메트릭은 측정된 토오크 값을 포함하는
    기판을 폴리싱하기 위한 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 폴리싱은:
    상기 하나 또는 둘 이상의 기판의 폴리싱 중 상기 회전력 값을 모니터링하는 단계; 및
    상기 모니터링된 토오크 값을 목표 토오크 값과 비교하는 단계를 포함하는
    기판을 폴리싱하기 위한 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 측정된 토오크 값과 상기 목표 토오크 값 사이의 차이에 응답하여 상기 컨디셔닝 디스크의 하향력을 조정하는 단계를 더 포함하는
    기판을 폴리싱하기 위한 방법.
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