KR20190037342A - 화학적 기계적 연마를 위한 연마 패드 두께 모니터링 - Google Patents
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Abstract
화학적 기계적 연마를 위한 장치는, 연마 패드를 지지하기 위한 표면을 갖는 플래튼, 연마 패드의 연마 표면에 대해 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드, 연마 표면에 대해 가압될 전도성 몸체를 포함하는 패드 컨디셔너, 연마 패드를 통과하는 자기장을 생성하기 위해 플래튼에 배치된 센서를 포함하는 인-시튜 연마 패드 두께 모니터링 시스템, 및 모니터링 시스템으로부터 신호를 수신하고, 센서가 패드 컨디셔너의 전도성 몸체 아래에 있는 시간에 대응하는 신호의 부분에 기초하여 연마 패드 두께의 측정치를 생성하도록 구성된 제어기를 포함한다.
Description
본 개시내용은 화학적 기계적 연마에 사용되는 연마 패드의 모니터링에 관한 것이다.
집적 회로는 전형적으로, 규소 웨이퍼 상에 전도성, 반전도성, 또는 절연성 층들의 순차적 증착에 의해 기판 상에 형성된다. 다양한 제조 프로세스들은 기판 상의 층의 평탄화를 요구한다. 예를 들어, 하나의 제조 단계는, 절연 층의 트렌치들 또는 홀들을 채우기 위해, 패터닝된 절연 층 상에 전도성 필러 층을 증착시키는 단계를 수반한다. 그 다음, 필러 층은 절연 층의 융기된 패턴이 노출될 때까지 연마된다. 평탄화 후에, 절연 층의 융기된 패턴 사이에 남아있는 전도성 필러 층의 부분들은, 기판 상의 박막 회로들 사이에 전도성 경로들을 제공하는 비아들, 플러그들 및 라인들을 형성한다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 하나의 수용된 평탄화 방법이다. 이 평탄화 방법은 전형적으로, 기판이 캐리어 헤드 상에 장착될 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 회전 연마 패드에 대해 배치된다. 캐리어 헤드는, 기판을 연마 패드에 대해 누르기 위해, 제어가능한 부하를 기판 상에 제공한다. 연마액, 예컨대, 연마 입자들을 갖는 슬러리가 연마 패드의 표면에 공급된다.
특정 기간 동안 CMP 프로세스가 수행된 후, 연마 패드의 표면은 기판 및/또는 연마 패드로부터 제거된 물질 및/또는 슬러리 부산물들의 축적으로 인해 광택화될(glazed) 수 있다. 광택화는 기판 상의 불균일성을 증가시키거나 연마율을 감소시킬 수 있다.
전형적으로, 연마 패드는 패드 컨디셔너를 이용하여 컨디셔닝하는 프로세스에 의해 원하는 표면 거칠기로 유지된다(그리고 광택화가 회피됨). 패드 컨디셔너는 연마 패드 상의 원하지 않는 축적들을 제거하고, 연마 패드의 표면을 바람직한 조도로 재생하는 데에 사용된다. 전형적인 패드 컨디셔너들은, 패드를 재조직화하기 위해 연마 패드 표면에 대해 긁어질 수 있는 다이아몬드 연마재들이 일반적으로 매립된 연마 헤드를 포함한다. 그러나, 컨디셔닝 프로세스는 또한, 연마 패드를 마모시키는 경향이 있다. 결과적으로, 연마 및 컨디셔닝의 특정 횟수의 주기들 후에, 연마 패드는 교체될 필요가 있다.
일 양상에서, 화학적 기계적 연마를 위한 장치는, 연마 패드를 지지하기 위한 표면을 갖는 플래튼, 연마 패드의 연마 표면에 대해 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드, 연마 표면에 대해 가압될 전도성 몸체를 포함하는 패드 컨디셔너, 연마 패드를 통과하는 자기장을 생성하기 위해 플래튼에 배치된 센서를 포함하는 인-시튜 연마 패드 두께 모니터링 시스템, 및 모니터링 시스템으로부터 신호를 수신하고, 센서가 패드 컨디셔너의 전도성 몸체 아래에 있는 시간에 대응하는 신호의 부분에 기초하여 연마 패드 두께의 측정치를 생성하도록 구성된 제어기를 포함한다.
구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
전도성 몸체는 전도성 시트일 수 있고, 모니터링 시스템은 자기장이 전도성 시트에 와전류를 생성하는 와전류 모니터링 시스템일 수 있다. 전도성 몸체는 애퍼쳐를 포함할 수 있고, 모니터링 시스템은, 자기장이, 애퍼쳐 주위에 흐르는 전류를 전도성 몸체에 생성하는 유도성 모니터링 시스템일 수 있다.
제어기는 모니터링 시스템으로부터의 신호를 임계치와 비교하고 임계치를 충족시키는 신호의 부분들만을 사용하도록 구성될 수 있다. 임계치는, 전도성 몸체 아래를 지나가는 센서로부터의 신호 강도보다 더 낮을 수 있고, 캐리어 헤드 및/또는 기판 아래를 지나가는 센서로부터의 신호 강도보다 더 높을 수 있다.
제어기는 신호 강도의 로그 함수로부터 연마 패드 두께의 측정치를 생성하도록 구성될 수 있다. 로그 함수는,
로 표현될 수 있고, 여기서, S는 신호 강도이고, L은 연마 패드 두께이고, A 및 B는 상수들이다.
센서는 자기 코어, 코어의 일부 주위에 감긴 코일, 및 코일을 구동하기 위한 발진기를 포함할 수 있다. 센서는 약 300 kHz 미만의 공진 주파수를 가질 수 있다.
인-시튜 연마 패드 두께 모니터링 시스템은, 연마 패드를 통과하는 자기장들을 생성하기 위해 플래튼에 배치된 복수의 센서들을 포함할 수 있고, 제어기는 센서들로부터 신호들을 수신하고, 센서들이 패드 컨디셔너의 전도성 몸체 아래에 있는 시간들에 대응하는 신호들의 부분들에 기초하여 연마 패드 두께의 측정치를 생성하도록 구성될 수 있다. 복수의 센서들은 플래튼의 회전 축 주위에 동일한 각도 간격들로 이격될 수 있다. 복수의 센서들은 플래튼의 회전 축으로부터 등거리로 이격될 수 있다.
장치는, 기판 상의 층의 두께를 나타내는 신호를 생성하기 위한 인-시튜 기판 모니터링 시스템을 포함할 수 있다. 인-시튜 기판 모니터링 시스템은 광학 모니터링 시스템일 수 있다. 인-시튜 연마 패드 모니터링 시스템은 제1 전자기 유도 모니터링 시스템을 제공할 수 있고, 인-시튜 기판 모니터링 시스템은 제2 전자기 유도 모니터링 시스템을 제공할 수 있다. 제1 및 제2 전자기 유도 모니터링 시스템들은 상이한 공진 주파수들을 가질 수 있다. 제1 및 제2 전자기 유도 모니터링 시스템들의 센서들은 플래튼의 상이한 리세스들에 위치될 수 있다.
제어기는 연마 패드의 두께의 측정치를 임계치와 비교하고, 연마 패드의 두께의 측정치가 임계치에 도달하면 조작원에게 경보를 생성하도록 구성될 수 있다. 전도성 몸체는 컨디셔너 헤드의 연마 컨디셔닝 디스크의 일부일 수 있다. 제어기는, 기판이 연마되고 있는 동안 획득된 신호의 부분에 기초하여 연마 패드 두께의 측정치를 생성하도록 구성될 수 있다.
특정 구현들은 이하의 장점들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 연마 패드의 두께가 검출될 수 있고, 연마 패드는 연마 패드가 연마 패드의 유효 수명의 끝에 가까이 있을 때 교체되지만, 불필요하게 교체되는 것이 아니다. 따라서, 연마 패드의 수명은, 기판의 불균일한 연마의 가능성을 감소시키면서 실질적으로 최대화될 수 있다.
하나 이상의 구현의 세부사항들이 이하의 설명 및 첨부 도면들에 열거된다. 다른 양상들, 특징들 및 장점들은 설명 및 도면들로부터 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.
도 1은, 패드 층 두께를 검출하도록 구성된 와전류 모니터링 시스템을 포함하는 화학적 기계적 연마 시스템의, 부분적으로 단면인, 개략적인 측면도이다.
도 2는 화학적 기계적 연마 시스템의 개략적인 평면도이다.
도 3은 전자기 유도 모니터링 시스템을 위한 구동 시스템의 개략적인 회로도이다.
도 4는 플래튼의 다수의 회전들 동안의 센서로부터의 신호 강도의 예시적인 그래프이다.
도 5는 상이한 연마 패드 두께들에 대한 신호 강도값들의 예시적인 산점도이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
도 2는 화학적 기계적 연마 시스템의 개략적인 평면도이다.
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도 5는 상이한 연마 패드 두께들에 대한 신호 강도값들의 예시적인 산점도이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
위에서 언급된 바와 같이, 컨디셔닝 프로세스는 또한, 연마 패드를 마모시키는 경향이 있다. 연마 패드는 전형적으로, 슬러리를 운반하기 위한 홈들을 갖고, 패드가 마모됨에 따라, 이러한 홈들은 더 얕아지게 되고, 연마 효과가 저하된다. 결과적으로, 연마 및 컨디셔닝의 특정 횟수의 주기들 후에, 연마 패드는 교체될 필요가 있다. 전형적으로, 이는 단순히, 설정된 개수의 기판들, 예를 들어, 500개의 기판들이 연마된 후에 연마 패드를 교체함으로써 행해진다. 불행하게도, 패드 마모율은 일관될 필요가 없고, 따라서 연마 패드는 설정된 개수보다 더 많거나 더 적게 지속될 수 있으며, 이는, 각각, 낭비되는 패드 수명 또는 불균일한 연마를 초래할 수 있다.
연마 패드 두께를 인-시튜로, 즉, 패드가 플래튼 상에 있는 동안 측정함으로써, 패드는 패드가 임계 두께에 도달할 때에만 교체될 수 있다. 이는, 기판의 불균일한 연마의 위험을 회피하면서 패드 수명을 실질적으로 최대화할 수 있다.
도 1은 화학적 기계적 연마 장치의 연마 시스템(20)의 예를 예시한다. 연마 시스템(20)은 회전가능한 디스크-형상 플래튼(24)을 포함하고, 이 플래튼 상에 연마 패드(30)가 위치된다. 플래튼(24)은 축(25)을 중심으로 회전하도록 작동가능하다. 예를 들어, 모터(22)는 플래튼(24)을 회전시키기 위해 구동 샤프트(28)를 회전시킬 수 있다. 연마 패드(30)는 외부 층(34) 및 더 연질인 후면 층(32)을 갖는 2-층 연마 패드일 수 있다.
연마 시스템(20)은, 연마액(38), 예컨대, 슬러리를 연마 패드(30) 상에 분배하기 위해 공급 포트 또는 결합된 공급-헹굼 암(39)을 포함할 수 있다.
연마 시스템(20)은 또한, 연마 패드(30)를 일관된 연마 상태로 유지하기 위해 연마 패드(30)를 연마하기 위해 연마 패드 컨디셔너(60)를 포함할 수 있다. 연마 패드 컨디셔너(60)는 베이스, 연마 패드(30) 위에서 측방향으로 스위핑할 수 있는 암(62), 및 암(64)에 의해 베이스에 연결된 컨디셔너 헤드(64)를 포함한다. 컨디셔너 헤드(64)는, 연마 패드(30)를 컨디셔닝하기 위해, 연마 표면, 예를 들어, 컨디셔너 헤드(64)에 의해 유지되는 디스크(66)의 하부 표면이 연마 패드(30)와 접촉하게 한다. 연마 표면은 회전가능할 수 있고, 연마 패드에 대한 연마 표면의 압력은 제어가능할 수 있다.
일부 구현들에서, 암(62)은 베이스에 피봇식으로 부착되고, 컨디셔너 헤드(64)를 연마 패드(30)에 걸친 진동 스위핑 운동으로 이동시키기 위해 앞뒤로 스위핑한다. 컨디셔너 헤드(64)의 운동은 충돌을 방지하기 위해 캐리어 헤드(70)의 운동과 동기화될 수 있다.
컨디셔너 헤드(64) 의 수직 운동 및 연마 패드(30)에 대한 컨디셔닝 표면의 압력의 제어는, 컨디셔너 헤드(64) 위의 또는 컨디셔너 헤드(64) 내의 수직 액추에이터(68), 예를 들어, 컨디셔너 헤드(64)에 하방 압력을 인가하기 위해 위치된 가압가능한 챔버에 의해 제공될 수 있다. 대안적으로, 수직 운동 및 압력 제어는, 전체 암(62) 및 컨디셔너 헤드(64)를 들어 올리는 베이스의 수직 액추에이터에 의해, 또는 암(62)의 제어가능한 경사 각도, 및 따라서 연마 패드(30) 위에서의 컨디셔너 헤드(64)의 높이를 허용하는, 암(62)과 베이스 사이의 피봇 연결에 의해 제공될 수 있다.
컨디셔닝 디스크(66)는 전도성 몸체를 제공할 수 있다. 예를 들어, 컨디셔닝 디스크(66)는 전도성 물질, 예를 들어, (연마 입자들, 예를 들어, 다이아몬드 그릿으로 코팅된) 금속, 예컨대, 스테인리스 강, 텅스텐, 알루미늄, 구리 또는 백금일 수 있다.
캐리어 헤드(70)는 연마 패드(30)에 대해 기판(10)을 유지하도록 작동가능하다. 캐리어 헤드(70)는 지지 구조(72), 예를 들어, 캐러셀 또는 트랙으로부터 매달리며, 캐리어 헤드가 축(71)을 중심으로 회전할 수 있도록, 구동 샤프트(74)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(76)에 연결된다. 선택적으로, 캐리어 헤드(70)는, 예를 들어, 캐러셀 또는 트랙(72) 상의 슬라이더들 상에서 측방향으로 진동할 수 있거나; 캐러셀 자체의 회전 진동에 의해 진동할 수 있다. 작동 시에, 플래튼은 플래튼의 중심 축(25)을 중심으로 회전되며, 캐리어 헤드는 캐리어 헤드의 중심 축(71)을 중심으로 회전되고, 연마 패드(30)의 최상부 표면에 걸쳐 측방향으로 병진된다. 다수의 캐리어 헤드들이 존재하는 경우, 각각의 캐리어 헤드(70)는 캐리어 헤드의 연마 파라미터들의 독립적인 제어를 가질 수 있는데, 예를 들어, 각각의 캐리어 헤드는 각각의 기판에 가해지는 압력을 독립적으로 제어할 수 있다.
캐리어 헤드(70)는 기판(10)의 후면과 접촉하기 위한 기판 장착 표면을 갖는 가요성 멤브레인(80), 및 기판(10) 상의 상이한 구역들, 예를 들어, 상이한 방사상 구역들에 상이한 압력들을 가하기 위한 복수의 가압가능한 챔버들(82)을 포함할 수 있다. 캐리어 헤드는 또한, 기판을 유지하기 위한 유지 링(84)을 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 연마 시스템(20)은 연마되고 있는 기판(10) 상의 층의 두께를 나타내는 신호를 생성하는 인-시튜 기판 모니터링 시스템(40)을 포함한다. 예를 들어, 인-시튜 기판 모니터링 시스템(40)은 광학 모니터링 시스템, 예를 들어, 분광 모니터링 시스템, 또는 와전류 모니터링 시스템일 수 있다. 인-시튜 기판 모니터링 시스템(40)은 제어기(90)에 결합될 수 있고, 제어기(90)는, 측정들에 기초하여 연마 불균일성을 감소시키기 위해, 연마 종료점을 검출하거나 연마 파라미터들을 조정할 수 있다. 인-시튜 기판 모니터링 시스템(40)의 적어도 일부의 센서 구성요소들, 예를 들어, 광학 모니터링 시스템을 위한 광학 포트 또는 와전류 모니터링 시스템을 위한 코어는 플래튼(24)에 형성된 리세스에 위치될 수 있다.
연마 시스템(20)은, 연마 패드의 두께를 나타내는 신호를 생성하는 인-시튜 연마 패드 두께 모니터링 시스템(100)을 포함한다. 특히, 인-시튜 연마 패드 두께 모니터링 시스템(100)은 전자기 유도 모니터링 시스템일 수 있다. 전자기 유도 모니터링 시스템은, 전도성 층에서의 와전류의 생성 또는 전도성 루프에서의 전류의 생성에 의해 작동할 수 있다. 작동 시에, 연마 시스템(20)은 연마 패드가 교체될 필요가 있는지 여부를 결정하기 위해 모니터링 시스템(100)을 사용할 수 있다.
모니터링 시스템(100)은 플래튼의 리세스(26)에 설치된 센서(102)를 포함할 수 있다. 센서(102)는 적어도 부분적으로 리세스(26)에 위치된 자기 코어(104), 및 코어(104) 주위에 감긴 적어도 하나의 코일(106)을 포함할 수 있다. 구동 및 감지 회로(108)는 코일(106)에 전기적으로 연결된다. 구동 및 감지 회로(108)는 제어기(90)에 전송될 수 있는 신호를 생성한다. 플래튼(24) 외부로서 예시되지만, 구동 및 감지 회로(48)의 일부 또는 전부는 플래튼(24)에 설치될 수 있다. 로터리 커플러(29)는 회전가능한 플래튼의 구성요소들, 예를 들어, 코일(106)을 플래튼 외부의 구성요소들, 예를 들어, 구동 및 감지 회로(108)에 전기적으로 연결하는 데에 사용될 수 있다.
선택적으로, 리세스(36)는 리세스(26) 위에 놓인 연마 패드(30)의 바닥에 형성될 수 있다. 선택적으로, 코어(104)의 일부는 리세스(36) 내로 돌출할 수 있다. 연마 패드(30)가 2-층 패드라고 가정하면, 리세스(36)는 후면 층(32)의 일부를 제거함으로써, 또는 연마 층(34)의 일부 및 후면 층(32) 둘 모두를 제거함으로써 구성될 수 있다. 대안적으로, 연마 패드는 그러한 리세스가 없을 수 있고; 이 경우, 센서의 코어는 플래튼(24)의 최상부 위로 돌출한다.
코어(104)는 후면 부분(52)으로부터 병렬로 연장되는 2개(도 1 참고) 또는 3개(도 3 참고)의 프롱들(105)을 포함할 수 있다. 단지 하나의 프롱(및 후면 부분 없음)만을 갖는 구현들이 또한 가능하다.
인-시튜 연마 패드 두께 모니터링 시스템(100)은 단지 하나의 센서(102)(도 1 참고)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 도 2를 참조하면, 인-시튜 연마 패드 두께 모니터링 시스템(100)은 플래튼(24)에 설치된 복수의 센서들(102), 예를 들어, 3개, 4개 또는 6개의 센서들을 포함할 수 있다. 센서들(102)은 회전 축(25) 주위에 동일한 각도 간격들로 위치될 수 있다. 센서들(102)은 회전 축(25)으로부터 등거리에 위치될 수 있거나, 센서들(102)은 회전 축(25)으로부터 상이한 거리들에 있을 수 있다. 다수의 센서들(102)을 제공하는 것은, 데이터의 수집률을 증가시킬 수 있다. 제어기(90)는 적절한 신호를 선택(예를 들어, 각각의 센서가 전도성 몸체 아래를 이동할 때 각각의 센서를 선택)하기 위해 역다중화 기능을 소프트웨어로 포함할 수 있거나, 역다중화는 하드웨어 구성요소에 의해 제공될 수 있다.
각각의 센서들(102)은 인-시튜 기판 모니터링 시스템(40)을 위해 센서로부터 별도의 리세스에 위치될 수 있다. 대안적으로, 하나의 센서(102)는 인-시튜 기판 모니터링 시스템(40)을 위한 센서와 동일한 리세스에 위치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 회로(108)는 코일(106)에 AC 전류를 인가하고, 이는 코어(104)의 2개의 극들(105a 및 105b) 사이에 자기장(120)을 생성한다. 작동 시에, 자기장(120)의 일부는 연마 패드(30)를 통해 연장된다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 자기장(120)은 간헐적으로 전도성 몸체(130) 내로 연장될 것이다.
도 3은 구동 및 감지 회로(108)의 예를 예시한다. 회로(108)는 코일(106)과 병렬로 연결된 커패시터(110)를 포함한다. 코일(106)과 커패시터(110)는 함께 LC 공진 탱크를 형성할 수 있다. 작동 시에, 전류 생성기(112)(예를 들어, 한계 발진기 회로에 기초한 전류 생성기)는 코일(106)(인덕턴스(L)를 가짐) 및 커패시터(110)(정전용량(C)을 가짐)에 의해 형성된 LC 탱크 회로의 공진 주파수로 시스템을 구동한다. 코일(106), 코어(104) 및 구동 및 감지 회로(108)의 구성은, 약 10 kHz 내지 100 MHz, 예를 들어, 10 kHz 내지 300 kHz의 공진 주파수를 가질 수 있다.
전류 생성기(62)는 사인파 진동의 피크-대-피크 진폭을 일정한 값으로 유지하도록 설계될 수 있다. 진폭을 갖는 시간-의존 전압(V0)이 정류기(64)를 사용하여 정류되고 피드백 회로(116)에 제공된다. 피드백 회로(66)는 전압(V0)의 진폭을 일정하게 유지하기 위해 전류 생성기(112)에 대한 구동 전류를 결정한다. 한계 발진기 회로들 및 피드백 회로들은 미국 특허 제4,000,458호 및 제7,112,960호에 더 설명되어 있다.
전도성 몸체(130)는 연마 패드(130)의 최상부 표면, 즉, 연마 표면과 접촉하여 배치된다. 따라서, 전도성 몸체(130)는 센서(102)로부터 연마 패드(130)의 먼 측 상에 위치된다. 일부 구현들에서, 전도성 몸체는 컨디셔너 디스크(66)(도 1 참고)이다. 일부 구현들에서, 전도성 몸체(130)는 몸체를 통하는 하나 이상의 애퍼쳐를 가질 수 있는데, 예를 들어, 몸체는 루프일 수 있다. 일부 구현들에서, 전도성 몸체는 애퍼쳐들이 없는 중실형 시트이다. 이들 중 어떤 것도 컨디셔너 디스크(66)의 일부일 수 있다.
플래튼(24)이 회전할 때, 센서(102)는 전도성 몸체(130) 아래에서 스위핑한다. 회로(108)로부터 신호를 특정 주파수에서 샘플링함으로써, 회로(108)는 전도성 몸체(130)에 걸쳐, 예를 들어, 컨디셔너 디스크(66)에 걸쳐 복수의 위치들에서 측정들을 생성한다. 각각의 스위프에 대해, 위치들 중 하나 이상에서의 측정들이 선택되거나 조합될 수 있다.
자기장(120)이 전도성 몸체(130)에 도달할 때, 자기장(120)은 (예를 들어, 몸체(130)가 루프인 경우) 몸체를 통과하여 전류를 생성할 수 있고/거나 자기장은 (예를 들어, 몸체(130)가 시트인 경우) 와전류를 생성한다. 이는 유효 임피던스를 생성하고, 따라서, 전류 생성기(102)가 전압(V0)의 진폭을 일정하게 유지하기 위해 요구되는 구동 전류를 증가시킨다.
유효 임피던스의 크기는 센서(102)와 전도성 몸체(130), 예를 들어, 컨디셔닝 디스크(66) 사이의 거리에 따른다. 이 거리는 연마 패드(30)의 두께에 따른다. 따라서, 전류 생성기(112)에 의해 생성된 구동 전류는 연마 패드(30)의 두께의 측정을 제공한다.
구동 및 감지 회로(108)에 대해 다른 구성들이 가능하다. 예를 들어, 별도의 구동 및 감지 코일들이 코어 주위에 감길 수 있고, 구동 코일은 일정한 주파수로 구동될 수 있고, 감지 코일로부터의 전류의 (구동 발진기에 대한) 진폭 또는 위상은 연마 패드(30)의 두께의 측정을 제공하는 신호에 사용될 수 있다.
제어기(90), 예를 들어, 범용 프로그램가능 디지털 컴퓨터는 인-시튜 연마 패드 두께 모니터링 시스템(100)으로부터 신호를 수신하고, 신호로부터 연마 패드(30)의 두께의 측정치를 생성하도록 구성될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 컨디셔닝 프로세스로 인해, 연마 패드의 두께는 시간이 지남에 따라, 예를 들어, 수십 또는 수백 개의 기판들을 연마하는 과정 동안에 변한다. 따라서, 다수의 기판들 동안에, 인-시튜 연마 패드 두께 모니터링 시스템(100)으로부터의 선택된 또는 조합된 측정들은, 연마 패드(30)의 두께의 변화를 나타내는 값들의 시변 배열을 제공한다.
연마 패드(30)의 두께의 측정치가 임계치를 충족시킬 때, 제어기(90)는 연마 패드(30)가 교체될 필요가 있다는 경보를 연마 시스템(20)의 조작원에게 생성할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 연마 패드의 두께의 측정치는 인-시튜 기판 모니터링 시스템(40)에 공급될 수 있는데, 예를 들어, 기판(10)으로부터의 신호를 조정하기 위해 인-시튜 기판 모니터링 시스템(40)에 의해 사용될 수 있다.
센서(102)가 플래튼(24)과 함께 회전하기 때문에, 센서(102)는 심지어 센서가 전도성 몸체(130) 아래에 있지 않은 경우에도 데이터를 생성할 수 있다. 도 4는, 플래튼(24)의 2회전 과정 동안의 센서(102)로부터의 "원시" 신호(150)를 예시한다. 플래튼의 단일 회전은 기간(R)에 의해 표시된다.
센서(102)는, 전도성 몸체(130)가 더 가까울수록(따라서 연마 패드(30)가 더 얇을수록) 신호 강도가 더 강하도록 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 초기에 센서(102)는 캐리어 헤드(70) 및 기판(10) 아래에 있을 수 있다. 기판 상의 금속 층은 얇기 때문에, 센서는 약한 신호만을 생성하고, 이는 영역(152)에 의해 표시된다. 대조적으로, 센서(102)가 전도성 몸체(130) 아래에 있을 때, 센서(102)는 강한 신호를 생성하고, 이는 영역(154)에 의해 표시된다. 그러한 시간들 사이에서, 센서(102)는 심지어 더 낮은 신호를 생성하고, 이는 영역들(156)에 의해 표시된다.
전도성 몸체(130)에 대응하지 않는, 센서(102)로부터의 신호의 부분을 여과하기 위해 여러 기법들이 사용될 수 있다. 연마 시스템(20)은, 센서(102)가 전도성 몸체(120) 아래에 있을 때를 감지하기 위해 위치 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 인터럽터가, 고정된 위치에 장착될 수 있고, 플래그가 플래튼(24)의 주연부에 부착될 수 있다. 플래그의 길이 및 부착점은, 센서(102)가 기판 전도성 몸체(130) 아래에서 스위핑하고 있다는 것을 플래그가 신호하도록 선택된다. 또 다른 예로서, 연마 시스템(20)은 플래튼(24)의 각도 위치를 결정하기 위해 인코더를 포함할 수 있고, 센서(102)가 전도성 몸체(130) 아래에서 스위핑하고 있을 때를 결정하기 위해 이 정보를 사용할 수 있다. 어느 경우든, 제어기(90)는 센서(102)가 전도성 몸체(130) 아래에 있지 않은 기간들로부터의 신호의 부분들을 배제할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 제어기는 단순히 신호(150)를 임계치(T)(도 4 참고)와 비교하고, 임계치(T)를 충족시키지 않는, 예를 들어, 임계치(T) 아래에 있는 신호의 부분들을 배제할 수 있다.
연마 패드(30)에 걸친 컨디셔너 헤드(64)의 스위프로 인해, 센서(102)는 전도성 몸체(130)의 중심 아래로 깔끔하게 지나가지 않을 수 있다. 예를 들어, 센서(102)는 전도성 몸체의 에지만을 따라서 가로질러 지나갈 수 있다. 이 경우에, 더 적은 전도성 물질이 존재하기 때문에, 신호 강도는, 예를 들어, 신호(150)의 영역(158)에 의해 도시된 바와 같이 더 낮을 것이고, 연마 패드(30)의 두께의 신뢰성 있는 표시기가 아닐 것이다. 임계치(T)를 충족시키지 않는 신호의 부분들을 배제하는 것의 장점은, 제어기(90)가 또한, 전도성 몸체(130)의 에지를 따라서 가로질러 지나가는 센서(102)에 의해 야기되는 이러한 신뢰할 수 없는 측정들을 배제할 수 있다는 것이다.
일부 구현들에서, 각각의 스위프에 대해, 배제되지 않은 신호(150)의 부분은 스위프에 대한 평균 신호 강도를 생성하기 위해 평균될 수 있다.
센서(102)로부터의 신호 강도는, 연마 층의 두께와 선형적으로 관련될 필요가 없다. 실제로, 신호 강도는 연마 층의 두께의 지수 함수여야 한다. 연마 패드 두께에 대한 신호 강도의 관계를 설정하기 위해, 알려진 두께(예를 들어, 프로필로미터 등에 의해 측정됨)의 연마 패드들이 플래튼 상에 배치될 수 있고, 신호 강도가 측정될 수 있다. 도 5는 알려진 두께의 다양한 연마 패드들에 대한 신호 강도의 측정들(162)의 산점도(160)를 예시한다.
그러면, 두께의 지수 함수(164)가 데이터에 맞을 수 있다. 예를 들어, 함수는,
의 형태일 수 있고, 여기서, S는 신호 강도이고, L은 연마 패드 두께이고, A 및 B는 함수가 데이터에 맞도록 조정되는 상수들이다.
연마를 위해 나중에 사용되는 연마 패드의 경우, 제어기(90)는 신호 강도로부터 연마 패드 두께를 계산하기 위해 이러한 함수를 사용할 수 있다. 더 특히, 제어기는, 예를 들어, 다음과 같은 신호 강도의 등가의 로그 함수로부터 연마 패드 두께의 측정치를 생성하도록 구성될 수 있다.
그러나, 다른 함수들, 예를 들어, 2차 또는 더 높은 다항식 함수, 또는 폴리라인이 사용될 수 있다.
연마 시스템(20)이 인-시튜 기판 모니터링 시스템(40)을 포함하는 경우, 인-시튜 연마 패드 모니터링 시스템(100)은 제1 전자기 유도 모니터링 시스템, 예를 들어, 제1 와전류 모니터링 시스템일 수 있고, 기판 모니터링 시스템(40)은 제2 전자기 유도 모니터링 시스템, 예를 들어, 제2 와전류 모니터링 시스템일 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 전자기 유도 모니터링 시스템들은, 모니터링되고 있는 상이한 요소들로 인해, 상이한 공진 주파수들로 구성될 것이다.
위의 설명은 컨디셔닝 디스크를 인-시튜 연마 패드 모니터링 시스템을 위한 전도성 몸체로서 사용하는 것에 초점을 맞추었지만, 전도성 몸체는 다른 전도성 구조, 예를 들어, 인-시튜 연마 패드 모니터링 시스템에 의한 전용 사용을 위한 전도성 디스크에 의해 제공될 수 있다. 이 경우에, 전용 전도성 디스크는 연마 패드에 걸쳐 측방향으로 스위핑할 필요가 없고, 연마 하부 표면을 가질 필요가 없다.
인-시튜 연마 패드 두께 모니터링 시스템은 다양한 연마 시스템들에서 사용될 수 있다. 연마 패드, 또는 캐리어 헤드, 또는 둘 모두는, 연마 표면과 기판 사이의 상대 운동을 제공하도록 이동할 수 있다. 연마 패드는 플래튼에 고정된 원형(또는 어떤 다른 형상) 패드, 공급 롤러와 권취 롤러 사이에 연장되는 테이프, 또는 연속 벨트일 수 있다. 연마 패드는 플래튼 상에 부착되거나, 연마 작동들 사이의 플래튼 위에 증분적으로 전진되거나, 연마 동안 플래튼 위에 연속적으로 구동될 수 있다. 패드는 연마 동안 플래튼에 고정될 수 있거나, 연마 동안 플래튼과 연마 패드 사이에 유체 베어링이 있을 수 있다. 연마 패드는 표준(예를 들어, 필러들을 갖거나 갖지 않는 폴리우레탄) 조면 패드, 연질 패드, 또는 고정된 연마재 패드일 수 있다.
추가적으로, 전술한 설명은 연마 동안의 모니터링에 초점을 맞추었지만, 연마 패드의 측정들은, 기판이 연마되기 전 또는 후에, 예를 들어, 기판이 연마 시스템으로 이송되고 있는 동안에 획득될 수 있다.
본 명세서에 설명된 본 발명의 실시예들 및 기능적 작동들 전부는, 디지털 전자 회로로, 본 명세서에 개시된 구조적 수단들 및 그의 구조적 등가물들을 포함하는, 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예들은, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품으로, 즉, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램(데이터 처리 장치, 예를 들어, 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서들 또는 컴퓨터들에 의한 실행을 위해, 또는 그의 작동을 제어하기 위해, 정보 캐리어에, 예를 들어, 비일시적 기계 판독가능 저장 매체에 또는 전파 신호에 유형적으로 구체화됨)으로 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램(또한, 프로그램, 소프트웨어, 응용 소프트웨어, 또는 코드로 알려져 있음)은, 컴파일된 또는 해석된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있고, 컴퓨터 프로그램은, 독립형 프로그램으로서, 또는 모듈, 컴포넌트, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛으로서를 포함하여, 임의의 형태로 배포될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 반드시 파일에 대응하지는 않는다. 프로그램은 다른 프로그램들 또는 데이터를 보유하는 파일의 일부에, 해당 프로그램에 전용인 단일 파일에, 또는 다수의 협력 파일들(예를 들어, 하나 이상의 모듈, 서브 프로그램들 또는 코드의 부분들을 저장하는 파일들)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터 상에서, 또는 한 장소에 있거나 다수의 장소들에 걸쳐 분산되고 통신 네트워크에 의해 상호연결된 다수의 컴퓨터들 상에서 실행되도록 배포될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 프로세스들 및 논리 흐름들은, 입력 데이터를 조작하고 출력을 생성함으로써 기능들을 수행하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그램가능 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 프로세스들 및 논리 흐름들은 또한, 특수 목적 논리 회로, 예를 들어, FPGA(필드 프로그램가능 게이트 어레이) 또는 ASIC(주문형 집적 회로)에 의해 수행될 수 있고, 장치는 또한, 그러한 특수 목적 논리 회로로서 구현될 수 있다.
본 발명의 다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이에 따라, 다른 실시예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.
Claims (15)
- 화학적 기계적 연마를 위한 장치로서,
연마 패드를 지지하기 위한 표면을 갖는 플래튼;
기판을 상기 연마 패드의 연마 표면에 대해 유지하기 위한 캐리어 헤드;
상기 연마 표면에 대해 가압될 전도성 몸체를 포함하는 패드 컨디셔너;
상기 연마 패드를 통과하는 자기장을 생성하기 위해 상기 플래튼에 배치된 센서를 포함하는 인-시튜 연마 패드 두께 모니터링 시스템; 및
상기 모니터링 시스템으로부터 신호를 수신하고, 상기 센서가 상기 패드 컨디셔너의 상기 전도성 몸체 아래에 있는 시간에 대응하는, 상기 신호의 부분에 기초하여 연마 패드 두께의 측정치를 생성하도록 구성된 제어기를 포함하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전도성 몸체는 전도성 시트를 포함하고, 상기 모니터링 시스템은 상기 자기장이 상기 전도성 시트에 와전류를 생성하는 와전류 모니터링 시스템을 포함하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전도성 몸체는 애퍼쳐를 포함하고, 상기 모니터링 시스템은, 상기 자기장이, 상기 애퍼쳐 주위에 흐르는 전류를 상기 전도성 몸체에 생성하는 유도성 모니터링 시스템을 포함하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 모니터링 시스템으로부터의 신호를 임계치와 비교하고 상기 임계치를 충족시키는 상기 신호의 부분들만을 사용하도록 구성되는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치. - 제4항에 있어서,
상기 임계치는 상기 전도성 몸체 아래를 지나가는 상기 센서로부터의 신호 강도보다 더 낮고, 상기 캐리어 헤드 및/또는 기판 아래를 지나가는 상기 센서로부터의 신호 강도보다 더 높은, 화학적 기계적 연마를 위한 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어기는 신호 강도의 로그 함수로부터 상기 연마 패드 두께의 측정치를 생성하도록 구성되는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치. - 제5항에 있어서,
상기 로그 함수는,
를 포함하고, 여기서, S는 신호 강도이고, L은 연마 패드 두께이고, A와 B는 상수인, 화학적 기계적 연마를 위한 장치. - 제1항에 있어서,
상기 기판 상의 층의 두께를 나타내는 신호를 생성하기 위한 인-시튜 기판 모니터링 시스템을 포함하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치. - 제8항에 있어서,
상기 인-시튜 기판 모니터링 시스템은 광학 모니터링 시스템을 포함하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치. - 제8항에 있어서,
상기 인-시튜 연마 패드 모니터링 시스템은 제1 전자기 유도 모니터링 시스템을 포함하고, 상기 인-시튜 기판 모니터링 시스템은 제2 전자기 유도 모니터링 시스템을 포함하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치. - 제10항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전자기 유도 모니터링 시스템들은 상이한 공진 주파수들을 갖는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치. - 제10항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전자기 유도 모니터링 시스템들의 센서들은 상기 플래튼의 상이한 리세스들에 위치되는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 연마 패드의 두께의 측정치를 임계치와 비교하고, 상기 연마 패드의 두께의 측정치가 임계치에 도달하면 조작원에게 경보를 생성하도록 구성되는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전도성 몸체는 상기 컨디셔너 헤드의 연마 컨디셔닝 디스크를 포함하는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 기판이 연마되고 있는 동안 획득된 상기 신호의 부분에 기초하여 연마 패드 두께의 측정치를 생성하도록 구성되는, 화학적 기계적 연마를 위한 장치.
Applications Claiming Priority (3)
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