KR20210142777A - 온도 제어를 위한 화학적 기계적 연마 온도 스캐닝 장치 - Google Patents

온도 제어를 위한 화학적 기계적 연마 온도 스캐닝 장치 Download PDF

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KR20210142777A
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하리 사운다라라잔
쇼우-성 창
하오솅 우
지안셰 탕
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

화학적 기계적 연마 장치는 연마 패드를 유지하기 위한 최상부 표면을 갖는 플래튼, 연마 프로세스 동안 연마 패드의 연마 표면에 대해 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드, 및 온도 모니터링 시스템을 포함한다. 온도 모니터링 시스템은, 플래튼 상의 연마 패드의 부분의 관측시야를 갖는, 플래튼 위에 위치된 비접촉식 열 센서를 포함한다. 센서는 연마 패드에 걸쳐 관측시야를 이동시키기 위해 회전 축을 중심으로 모터에 의해 회전가능하다.

Description

온도 제어를 위한 화학적 기계적 연마 온도 스캐닝 장치
본 개시내용은 화학적 기계적 연마(CMP)에 관한 것으로, 더 구체적으로, 화학적 기계적 연마 동안의 온도 제어에 관한 것이다.
집적 회로는 전형적으로, 반도체 웨이퍼 상에 전도성, 반전도성, 또는 절연성 층들의 순차적 퇴적에 의해 기판 상에 형성된다. 다양한 제조 프로세스들은 기판 상의 층의 평탄화를 필요로 한다. 예를 들어, 하나의 제조 단계는, 비평면 표면 위에 필러 층을 퇴적시키고 필러 층을 평탄화하는 것을 수반한다. 특정 응용들의 경우, 필러 층은 패터닝된 층의 최상부 표면이 노출될 때까지 평탄화된다. 예를 들어, 절연성 층의 트렌치들 또는 홀들을 채우기 위해, 패터닝된 절연성 층 상에 금속 층이 퇴적될 수 있다. 평탄화 후에, 기판 상의 박막 회로들 사이에 전도성 경로들을 제공하기 위해, 패터닝된 층의 트렌치들 및 홀들에 있는 금속의 나머지 부분들은 비아들, 플러그들 및 라인들을 형성한다. 다른 예로서, 유전체 층이, 패터닝된 전도성 층 위에 퇴적되고, 그 다음, 후속 포토리소그래피 단계들을 가능하게 하기 위해 평탄화될 수 있다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 하나의 수용된 평탄화 방법이다. 이 평탄화 방법은 전형적으로, 기판이 캐리어 헤드 상에 장착될 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 전형적으로, 회전 연마 패드에 대해 배치된다. 캐리어 헤드는, 기판을 연마 패드에 대해 누르기 위해, 제어가능한 하중을 기판 상에 제공한다. 연마 입자들을 갖는 연마 슬러리는 전형적으로, 연마 패드의 표면에 공급된다.
일 양상에서, 화학적 기계적 연마 장치는 연마 패드를 유지하기 위한 최상부 표면을 갖는 플래튼, 연마 프로세스 동안 연마 패드의 연마 표면에 대해 기판을 유지하기 위한 캐리어 헤드, 및 온도 모니터링 시스템을 포함한다. 온도 모니터링 시스템은, 플래튼 상의 연마 패드의 부분의 관측시야를 갖는, 플래튼 위에 위치된 비접촉식 열 센서를 포함한다. 센서는 연마 패드에 걸쳐 관측시야를 이동시키기 위해 회전 축을 중심으로 모터에 의해 회전가능하다.
상기 양상들 중 임의의 양상의 구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
열 센서는 연마 표면에 평행한 축을 중심으로 회전가능할 수 있다.
회전가능한 센서 지지부는 모터에 의한 지지부의 회전이 센서를 회전시키도록 모터에 결합될 수 있다. 센서 지지부는, 연마 패드 위로 연장되는 암을 포함할 수 있다. 센서 지지부는 센서 지지부의 종축을 중심으로 회전가능할 수 있다. 열 센서는 지지부의 종축에 수직인 축을 중심으로 회전가능할 수 있다. 열 센서는 지지부를 따라 이동가능할 수 있다.
온도 모니터링 시스템은, 연마 패드의 부분의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다.
제어기는 모터 및 온도 모니터링 시스템에 결합될 수 있다. 제어기는, 열 센서로 하여금 연마 패드 상의 복수의 위치들에서 측정들을 행하게 하기 위해 모터를 제어하도록 구성될 수 있다.
제어기는, 연마 패드 상의 복수의 위치들에서의 측정치들에 기초하여 연마 패드의 온도 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다. 화학적 기계적 연마 장치는 가열기 및/또는 냉각기를 포함할 수 있다. 제어기는 연마 패드의 온도 균일성을 개선하기 위해 온도 프로파일에 기초하여 가열기 및/또는 냉각기의 작동을 조정하도록 구성될 수 있다. 온도 프로파일은 방사상 프로파일일 수 있다. 온도 프로파일은 플래튼의 회전 축에 대한 각도 프로파일일 수 있다. 온도 프로파일은 2D 프로파일일 수 있다.
열 센서는 플래튼의 회전 축 위에 위치될 수 있다. 열 센서의 회전 축은 플래튼의 회전 축에 평행할 수 있다. 열 센서의 회전 축은 연마 표면에 평행할 수 있다.
다른 양상에서, 화학적 기계적 연마 시스템에서 연마 패드의 온도를 모니터링하는 방법은, 열 센서가 측방향으로 정지상태로 유지되는 동안 열 센서의 관측시야가 화학적 기계적 연마 패드의 연마 표면에 걸쳐 스위핑하도록, 열 센서를 회전 축을 중심으로 회전시키는 단계, 및 관측시야가 연마 패드에 걸쳐 스위핑할 때, 온도 프로파일을 생성하기 위해 열 센서로 복수의 측정들을 행하는 단계를 포함한다.
상기 양상들 중 임의의 양상의 구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
회전 축은 연마 표면에 평행할 수 있다.
회전 축은 연마 표면에 수직일 수 있다.
가능한 장점들은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 연마 패드에 걸친 온도 변화들 및 변동들은 열 센서의 측방향 병진을 요구하지 않고서 모니터링될 수 있다. 이는, 밀집된 연마 스테이션에서의 모니터링을 허용하거나 연마 스테이션의 추가적인 구성요소들을 위한 공간을 제공할 수 있다. 추가적으로, 연마 패드 상의 복수의 방사상 위치들에서의 온도는 연마 패드와 접촉하지 않고서 모니터링될 수 있다. 제어기는 연마 작동 동안 온도 변동을 감소시키기 위해, 측정된 온도들을 사용할 수 있다. 이는, 연마 프로세스 동안의 연마의 예측가능성을 개선하고 웨이퍼내 균일성을 개선할 수 있다.
도 1a는 예시적인 연마 장치의 개략적인 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 예시적인 연마 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2a는 예시적인 연마 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 예시적인 연마 장치의 개략적인 평면도이다.
화학적 기계적 연마는 기판, 연마액, 및 연마 패드 사이의 계면에서의 기계적 마모와 화학적 식각의 조합에 의해 작동한다. 연마 프로세스 동안, 기판의 표면과 연마 패드 사이의 마찰로 인해 상당한 양의 열이 생성된다. 추가적으로, 일부 프로세스들은 또한, 연마 패드 표면을 컨디셔닝하고 텍스처링하기 위해, 컨디셔닝 디스크, 예를 들어, 연마 다이아몬드 입자들로 코팅된 디스크가, 회전하는 연마 패드에 대해 눌려지는 인-시튜 패드 컨디셔닝 단계를 포함한다. 컨디셔닝 프로세스의 마모는 또한, 열을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 2 psi의 공칭 하방력 압력 및 8000 Å/분의 제거 속도를 갖는 전형적인 1분 구리 CMP 프로세스에서, 폴리우레탄 연마 패드의 표면 온도는 약 30 ℃만큼 상승할 수 있다.
예를 들어, 참여 반응들의 개시 및 속도들로서의 CMP 프로세스에서의 화학 관련 변수들, 및 기계 관련 변수들, 예를 들어, 연마 패드의 표면 마찰 계수 및 점탄성 양쪽 모두는 강하게 온도 의존적이다. 결과적으로, 연마 패드의 표면 온도의 변동은 제거 속도, 연마 균일성, 침식, 디싱, 및 잔류물의 변화들을 초래할 수 있다. 연마 동안 연마 패드의 표면의 온도를 더 엄격하게 제어함으로써, 온도의 변동이 감소될 수 있고, 예를 들어, 웨이퍼 내 불균일성 또는 웨이퍼간 불균일성에 의해 측정되는 바와 같은 연마 성능이 개선될 수 있다.
연마 동안 연마 패드의 표면의 온도를 더 엄격하게 제어하고 온도 변동을 감소시키기 위해, 연마 패드의 표면의 온도를 모니터링하는 것이 바람직하다. 온도의 모니터링은 열 센서로 행해질 수 있고, 연마 패드의 온도 프로파일, 예를 들어, 방사상 온도 프로파일은 열 센서에 의해 수행되는 연마 패드의 상이한 부분들에서의 열 판독들로부터 생성될 수 있다.
추가적으로, 연마 패드와 접촉하여 위치되고 연마 패드에 대해 이동될 필요가 있는 물리적 구성요소들, 예를 들어, 캐리어 헤드, 슬러리 분배기, 온도 제어 시스템 등의 개수로 인해, 연마 패드에 인접한 열 센서의 배치가 비현실적일 수 있다. 그러나, 연마 패드에 걸쳐 스위핑하도록 구성되는 열 센서보다는, 열 센서는, 연마 패드에 걸쳐 관측시야를 스위핑하기 위해, 고정된 측방향 위치로부터 회전하도록 작동가능할 수 있다. 그러한 구성은 더 적은 공간을 차지할 수 있고, 연마 패드 위에 다른 장비, 예컨대, 캐리어 헤드 및 슬러리 분배 암의 존재 시에 작동하기가 더 쉬울 수 있다.
도 1a 및 1b는 화학적 기계적 연마 시스템의 연마 스테이션(20)의 예를 예시한다. 연마 스테이션(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 외측 연마 층(34) 및 더 연질의 후면 층(32)을 갖는 2층 연마 패드일 수 있다.
연마 스테이션(20)은 연마액(38), 예컨대, 연마 슬러리를 연마 패드(30) 상에 분배하기 위해, 예를 들어, 슬러리 공급 암(39)의 단부에 공급 포트를 포함할 수 있다. 연마 스테이션(20)은 연마 패드(30)의 표면 거칠기를 유지하기 위해 컨디셔닝 디스크(92)를 갖는 패드 컨디셔너 장치(90)를 포함할 수 있다(도 2 참고). 컨디셔닝 디스크(90)는 연마 패드(30)에 걸쳐 방사상으로 디스크(90)를 스위핑하기 위해 스윙할 수 있는 암(94)의 단부에 위치될 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, 캐러셀 자체의 회전 진동에 의해, 또는 트랙을 따른 이동에 의해, 예를 들어, 캐러셀 상의 슬라이더들 상에서 측방향으로 진동할 수 있다.
캐리어 헤드(70)는, 기판을 유지하기 위한 유지 링(84)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 유지 링(84)은 연마 패드와 접촉하는 하부 플라스틱 부분(86), 및 더 경질의 물질로 이루어진 상부 부분(88)을 포함할 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.
캐리어 헤드(70)는 기판(10)의 후면측과 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.
연마 시스템(20)은 또한, 연마 패드 상의 슬러리(38) 및/또는 연마 패드(30)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 시스템(100)을 포함한다. 온도 제어 시스템(100)은 냉각 시스템(102) 및/또는 가열 시스템(104)을 포함할 수 있다. 냉각 시스템(102) 및 가열 시스템(104) 중 적어도 하나, 그리고 일부 구현들에서 양쪽 모두는, 온도 제어형 매질, 예를 들어, 액체, 증기 또는 분무를 연마 패드(30)의 연마 표면(36) 상에(또는 연마 패드 상에 이미 존재하는 연마액 상에) 전달함으로써 작동한다. 대안적으로, 냉각 시스템(102) 및 가열 시스템(104) 중 적어도 하나, 그리고 일부 구현들에서는 양쪽 모두는, 전도에 의해 연마 패드의 온도를 수정하기 위해, 연마 패드와 접촉하는 온도 제어형 플레이트를 사용함으로써 작동한다. 예를 들어, 가열 시스템(104)은, 가열 플레이트, 예를 들어, 저항 가열을 갖는 플레이트 또는 가열 액체를 운반하는 채널들을 갖는 플레이트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 냉각 시스템(102)은 냉각 플레이트, 예를 들어, 열전 플레이트 또는 냉각제 액체를 운반하는 채널들을 갖는 플레이트를 사용할 수 있다.
도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 예시적인 냉각 시스템(102)은 플래튼(24) 및 연마 패드(30) 위로 연마 패드(30)의 에지로부터 연마 패드의 중심까지 또는 적어도 중심 근처로 연장되는 암(110)을 포함한다. 암(110)은 베이스(112)에 의해 지지될 수 있고, 베이스(112)는 플래튼(24)과 동일한 프레임(40) 상에 지지될 수 있다. 베이스(112)는, 하나 이상의 액추에이터, 예를 들어, 암(110)을 상승 또는 하강시키기 위한 선형 액추에이터, 및/또는 암(110)을 플래튼(24) 위에서 측방향으로 스윙시키기 위한 회전 액추에이터를 포함할 수 있다. 암(110)은 다른 하드웨어 구성요소들, 예컨대, 연마 헤드(70), 슬러리 분배 암(39), 및 온도 모니터링 시스템(150)(이하에서 논의됨)과의 충돌을 회피하도록 위치된다.
예시적인 냉각 시스템(102)은 암(110)으로부터 매달린 다수의 노즐들(120)을 포함한다. 각각의 노즐(120)은 액체 냉각제 매질, 예를 들어, 물을 연마 패드(30) 상에 분무하도록 구성된다. 암(110)은, 노즐들(120)이 갭(126)에 의해 연마 패드(30)로부터 분리되도록 베이스(112)에 의해 지지될 수 있다.
각각의 노즐(120)은 에어로졸화된 물을 분무(122)로 연마 패드(30)를 향해 지향시키도록 구성될 수 있다. 냉각 시스템(102)은 액체 냉각제 매질의 공급원(130) 및 가스 공급원(132)을 포함할 수 있다(도 1b 참고). 공급원(130)으로부터의 액체 및 공급원(132)으로부터의 가스는, 분무(122)를 형성하기 위해 노즐(120)을 통해 지향되기 전에, 예를 들어, 암(110) 내의 또는 암 상의 혼합 챔버(134)(도 1a 참고)에서 혼합될 수 있다.
일부 구현들에서, 프로세스 파라미터, 예를 들어, 유량, 압력, 온도, 및/또는 액체 대 가스의 혼합 비율은 각각의 노즐에 대해 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 각각의 노즐(120)에 대한 냉각제는, 분무의 온도를 독립적으로 제어하기 위해, 독립적으로 제어가능한 냉각기를 통해 유동할 수 있다. 다른 예로서, 하나는 가스를 위한 것이고 하나는 액체를 위한 것인, 펌프들의 개별 쌍이, 유량, 압력 및 가스와 액체의 혼합 비율이 각각의 노즐에 대해 독립적으로 제어될 수 있도록, 각각의 노즐에 연결될 수 있다.
가열 시스템(104)의 경우, 가열 매질은 가스, 예를 들어, 수증기 또는 가열된 공기, 또는 액체, 예를 들어, 가열된 물, 또는 가스와 액체의 조합일 수 있다. 매질은 실온 초과의 온도, 예를 들어, 40-120 ℃, 예를 들어, 90-110 ℃이다. 매질은 물, 예컨대, 실질적으로 순수한 탈이온수, 또는 첨가제들 또는 화학물질들을 포함하는 물일 수 있다. 일부 구현들에서, 가열 시스템(104)은 수증기의 분무를 사용한다. 수증기는 첨가제들 또는 화학물질들을 포함할 수 있다.
가열 매질은, 가열 전달 암 상의 애퍼처들, 예를 들어, 하나 이상의 노즐에 의해 제공되는 홀들 또는 슬롯들을 통해 유동함으로써 전달될 수 있다. 애퍼처들은 가열 매질의 공급원에 연결된 매니폴드에 의해 제공될 수 있다.
예시적인 가열 시스템(104)은 플래튼(24) 및 연마 패드(30) 위로 연마 패드(30)의 에지로부터 연마 패드의 중심까지 또는 적어도 중심 근처에(예를 들어, 연마 패드의 총 반경의 5% 이내) 연장되는 암(140)을 포함한다. 암(140)은 베이스(142)에 의해 지지될 수 있고, 베이스(142)는 플래튼(24)과 동일한 프레임(40) 상에 지지될 수 있다. 베이스(142)는, 하나 이상의 액추에이터, 예를 들어, 암(140)을 상승 또는 하강시키기 위한 선형 액추에이터, 및/또는 암(140)을 플래튼(24) 위에서 측방향으로 스윙시키기 위한 회전 액추에이터를 포함할 수 있다. 암(140)은 다른 하드웨어 구성요소들, 예컨대, 연마 헤드(70), 패드 컨디셔닝 디스크(92), 및 슬러리 분배 암(39)과의 충돌을 회피하도록 위치된다.
다수의 개구부들(144)이 암(140)의 바닥 표면에 형성된다. 각각의 개구부(144)는 가스 또는 증기, 예를 들어, 수증기를 연마 패드(30) 상으로 지향시키도록 구성된다. 암(140)은, 개구부들(144)이 갭에 의해 연마 패드(30)로부터 분리되도록 베이스(142)에 의해 지지될 수 있다. 특히, 갭은, 가열 유체가 연마 패드에 도달하기 전에 유체의 열이 상당히 소산되지 않도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 갭은, 개구부들로부터 방출된 수증기가 연마 패드에 도달하기 전에 응축되지 않도록 선택될 수 있다.
가열 시스템(104)은, 배관에 의해 암(140)에 연결될 수 있는, 수증기의 공급원(146)을 포함할 수 있다. 각각의 개구부(144)는 연마 패드(30)를 향해 수증기를 지향시키도록 구성될 수 있다.
일부 구현들에서, 프로세스 파라미터, 예를 들어, 유량, 압력, 온도, 및/또는 액체 대 가스의 혼합 비율은 각각의 노즐에 대해 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 각각의 개구부(144)에 대한 유체는, 가열 유체의 온도, 예를 들어, 수증기의 온도를 독립적으로 제어하기 위해, 독립적으로 제어가능한 가열기를 통해 유동할 수 있다.
도 1b는 각각의 하위시스템, 예를 들어, 가열 시스템(102), 냉각 시스템(104) 및 헹굼 시스템(106)에 대한 개별 암들을 예시하며, 다양한 하위시스템들은 공통 암에 의해 지지되는 단일 조립체에 포함될 수 있다. 예를 들어, 조립체는 냉각 모듈, 헹굼 모듈, 가열 모듈, 슬러리 전달 모듈, 및 선택적으로 와이퍼 모듈을 포함할 수 있다. 각각의 모듈은 공통 장착 플레이트에 고정될 수 있는 몸체, 예를 들어, 아치형 몸체를 포함할 수 있고, 공통 장착 플레이트는 조립체가 연마 패드(30) 위에 위치되도록 암의 단부에 고정될 수 있다. 다양한 유체 전달 구성요소들, 예를 들어, 베관, 통로들 등은 각각의 몸체 내부에 연장될 수 있다. 일부 구현들에서, 모듈들은 장착 플레이트로부터 개별적으로 분리가능하다. 각각의 모듈은 위에서 설명된 연관된 시스템의 암의 기능들을 수행하기 위해 유사한 구성요소들을 가질 수 있다.
도 1a 및 1b를 참조하면, 연마 스테이션(20)은 온도 모니터링 시스템(150)을 갖는다. 온도 모니터링 시스템(100)은, 연마 패드(30) 위에 위치된 열 센서(180)를 포함한다. 열 센서(180)는 연마 패드(30)의 부분(190)의 관측시야(195)를 갖는다. 추가적으로, 열 센서(180)는, 모니터링되고 있는 패드의 부분을 변경하도록 이동가능하다. 특히, 열 센서(180)는, 연마 패드(30)의 상이한 부분들에 걸쳐 관측시야(195)를 스위핑하도록 회전가능할 수 있다.
일부 구현들에서, 열 센서(180)는 모니터링되고 있는 부분(190)에 대한 온도 측정치를 갖는 신호를 생성하도록 구성되는데, 예를 들어, 센서는 부분의 종합 온도를 측정하고 있다. 다수의 위치들에서 측정들을 행하기 위해 열 센서(180)의 관측시야(195)를 이동시킴으로써, 온도 모니터링 시스템(150)은 연마 패드(30)의 온도 프로파일을 생성할 수 있다. 특히, 열 센서(180)의 관측시야(195)를 연마 패드(30)에 걸쳐 스위핑함으로써, 열 센서(180)는 연마 패드(30)의 상이한 영역들의 온도를 측정할 수 있다.
측정들은 연마 패드의 복수의 비중첩 부분들에서 이루어질 수 있다. 대안적으로, 측정들은 복수의 중첩 부분들에서 이루어질 수 있다. 후자의 경우, 제어기는, 상이한 영역들로부터의 온도에 대한 상대적인 기여들을 결정하기 위해 인접 및 중첩 부분들의 측정치들을 비교함으로써, 관측시야보다 작은 영역들의 온도를 결정할 수 있다.
열 센서(180)는 비접촉식 센서, 예컨대, 적외선 센서, 열 이미징 센서, 고온계, 열전대열 검출기, 초전기 검출기, 볼로미터 등일 수 있다.
부분(190)은, 예를 들어, 원형 부분의 경우 직경에 걸쳐 1 mm 내지 10 mm일 수 있다. 부분(190)의 치수들은 열 센서가 연마 패드(30)에 얼마나 가까운지(예를 들어, 도 1a에 예시된 바와 같은 z 축 분리), 열 센서(180)의 관측시야(195)의 각도 확산, 및 플래튼의 회전 속도에 따를 수 있다.
열 센서(180)는 센서 지지부(160)에 의해 지지될 수 있다. 일부 구현들에서, 센서 지지부(160)는 연마 패드(30) 위에 위치될 수 있는 암일 수 있다. 일부 구현들에서, 열 센서(180)를 위한 센서 지지부(160)는 시스템(20)의 다른 피쳐들, 예컨대, 지지부(72)에 부착되거나 그에 의해 제공된다.
도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 센서 지지부(160) 또는 센서(180)는, 플래튼(24)의 최상부 표면에(그리고 연마 표면(36)에) 평행한 회전 축(165)을 중심으로 회전가능하다. 이는, 센서(180)의 관측시야(195)를 회전 축(165)에 수직인 방향으로 스위핑한다. 예를 들어, 센서 지지부(160)의 역할을 하는 암이 모터(170)에 의해 회전가능할 수 있거나, 센서(180)가 액추에이터에 의해 센서 지지부(160)에 고정될 수 있다. 이는, 열 센서(180)가 회전하여 연마 패드(30) 상의 상이한 방사상 위치들의 상이한 부분들(190)을 보는 것을 허용한다. 특히, 관측시야는, 열 센서(180)가 측방향으로 정지상태로 유지되는 동안 연마 패드(30)에 걸쳐 스위핑할 수 있다.
센서 지지부(160)가 센서 지지부의 종축을 중심으로 회전하는 암이라고 가정하면, 회전 축(165)은 암의 종축과 평행할 수 있는데, 예를 들어, 암의 종축과 동일 선상에 있을 수 있다. 이러한 구성의 경우, 암이 회전할 때, 관측시야(195)(및 측정되고 있는 부분(190))는 암의 종축에 수직으로 스위핑한다. 일부 구현들에서, 센서(180)는 센서 지지부(160) 상에, 축(165)을 중심으로 한 회전이 관측시야(195)(및 측정되는 부분(190))로 하여금 연마 패드(30)의 반경(화살표(C)로 도시됨)을 따라 스위핑하게 하도록 하는 위치에 위치된다.
일부 구현들에서, 축(165)을 중심으로 하는 회전을 대신하여, 또는 그에 추가하여, 센서(180)는, 플래튼(24)의 표면에 평행하지만 암에 대해 수직인 회전 축(185)을 중심으로 회전할 수 있다. 이는, 관측시야(195)로 하여금 센서 지지부(160)의 종축을 따라 스위핑하게 할 수 있다. 다시, 이는 센서(180)가 연마 패드(30)에 걸쳐 관측시야(195)를 스위핑하고 관측시야(195)에 들어오는 부분(190)에서 연마 패드(30)의 온도를 측정하는 것을 허용한다.
일부 구현들에서, 모터(170)는 센서 지지부(160)를 회전 수직 축(175)을 중심으로 회전시킬 수 있다. 모터(170)가 센서 지지부(160)를 축(175)을 중심으로 회전시킬 때, 센서 지지부(160)는 축(175)을 중심으로 회전하고, 열 센서(180)는 연마 패드에 걸쳐 측방향으로 병진할 수 있다. 이는, 모터(170)가 축(175)을 중심으로 회전할 때 센서(180)가 연마 패드(30)의 상이한 부분들(190)을 보는 것을 허용한다. 예를 들어, 센서 지지부(160)가 모터(170)에 결합된 암인 경우, 암은 축(175)을 중심으로 회전할 수 있고 열 센서(180)로 하여금 축(175)을 중심으로 또한 회전하게 할 수 있다.
일부 구현들에서, 열 센서(180)는 센서 지지부(160)를 따라 측방향으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 센서 지지부(160)가 암인 경우, 열 센서(180)는 암을 따라(도 1a에 예시된 바와 같이, y 축을 따라) 이동할 수 있다. 예를 들어, 선형 액추에이터, 예를 들어, 선형 스크류 드라이브 또는 랙 및 피니언 기어 배열이 센서(130)를 센서 지지부(160)를 따라 이동시킬 수 있다.
연마 패드(30)가 축(25)을 중심으로 회전할 때, 열 센서(180)는 연마 패드(30) 상의 상이한 각도 위치들의 상이한 부분들(190)에서 부분들(190)의 온도를 측정할 수 있다. 연마 패드(30)가 축(25)을 중심으로 회전함에 따라, 회전하지 않으면 열 센서(180)의 시야 밖에 있었을 수 있는 연마 패드(30)의 영역들이 열 센서(180)의 관측시야(195) 내로 들어올 수 있다.
제어기(90)는 센서(180)로부터 측정치들을 수신하고, 모니터링되고 있는 부분(190)의 위치를 제어하기 위해 액추에이터(들)를 작동시키도록 구성될 수 있다. 관측시야(195)는 온도 모니터링 시스템(150)의 하나 이상의 피쳐이다. 일부 구현들에서, 제어기(90)는, 액추에이터로 하여금, (도 1a에 예시된 바와 같이) 센서 지지부(160)를 z 축을 따라 위아래로 이동시키게 할 수 있고, 이로써, 열 센서(180)와 연마 패드(30) 사이의 공간을 증가시키거나 감소시킨다.
추가적으로, 제어기(90)는, 열 센서(180)의 관측시야(195)의 각도 및 열 센서(180)로부터 연마 패드(30)까지의 수직 거리에 기초하여, 열 센서(180)로부터 연마 패드(30) 상의 부분(190)까지의 거리(D)를 계산할 수 있다. 이어서, 유사하게, 제어기(90)는, 열 센서(180)의 관측시야(195')의 각도 및 열 센서(180)로부터 연마 패드(30)까지의 수직 거리에 기초하여, 열 센서(180)로부터 연마 패드(30) 상의 부분(190')까지의 거리(D')를 계산할 수 있다. 거리(D 및 D')는, 센서(180)의 회전에 의해 야기되는, 부분(190)으로부터의 열 센서(180)의 거리의 변화로 인한 신호 강도에 대한 변화들을 보상하기 위해 제어기에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서(180)에 도달하는 열 복사는 역제곱 법칙에 따라 변할 수 있다. 계산된 거리는, 거리가 변할 때 온도 계산이 정확하게 유지되도록, 신호 강도를 표준 거리로 정규화하는 데에 사용될 수 있다.
제어기(90)는 또한, 관측시야(195)의 각도에 기초하여 연마 패드(30) 상의 관측시야(195)의 회전 축(25)에 대한 적어도 방사상 위치(및 아마도 방사상 및 각도 위치 둘 모두)를 결정할 수 있다. 이러한 계산은, 예를 들어, 플래튼(24)의 회전 위치, 센서 지지부(160)의 위치, 및 센서 지지부(160)를 따른 센서(160)의 위치에 의해 주어지는 바와 같은, 연마 패드(30)에 대한 열 센서(180)의 위치를 고려할 수 있다. 후속하여, 제어기(90)는 연마 패드(30)의 어느 부분(190')이 측정되는지, 및 부분(190')이 부분(190)에 대해 어디에 있는지를 결정할 수 있다. 이러한 정보와 함께, 제어기(90)는 연마 패드(30)의 부분(190)의 온도 측정을 사용하여 연마 패드(30)의 온도 프로파일을 생성할 수 있다.
열 센서(180)가 부분들(190, 190')의 온도들을 측정한 후에, 제어기(90)는, 연마 패드(30)의 온도 프로파일을 생성하기 위해, 부분들(190, 190' (등))의 측정된 온도들을 조합할 수 있다. 즉, 열 센서(180)는, 2개의 부분(190 및 190')을 사용하여 온도 프로파일을 생성(예를 들어, 연마 패드(30) 상의 측정된 온도들을 맵핑)하기 위해, 부분(190)의 온도를 측정한 다음, 연마 패드(30) 상의 부분(190)의 위치에 대한 연마 패드(30) 상의 부분(190')의 위치의 위치를 고려하여, 부분(190')의 온도를 측정한다. 이러한 프로세스는 연마 패드(30)의 온도 프로파일이 생성될 수 있도록 연마 패드(30)의 추가의 부분들의 온도를 측정하기 위해 반복될 수 있다.
일부 구현들에서, 제어기(90)는, 온도 제어 시스템(100)을 제어하기 위해, 온도 모니터링 시스템(150)에 의해 생성된 온도 프로파일을 피드백으로서 사용한다. 예를 들어, 온도 제어 시스템(100)은, 온도 모니터링 시스템(150)에 의해 생성된 온도 프로파일로부터, 원하는 온도에 있지 않은, 연마 패드(30)의 부분들(190)이 존재한다는 것을 결정할 수 있다. 그 다음, 제어기(90)는, 온도 제어 시스템(100)으로 하여금, 측정된 온도를 원하는 온도로 상승 또는 하강시키기 위해 연마 패드(30)의 부분들(190) 상에 온도 제어형 매질을 전달하게 할 수 있다.
열 센서(180)가 관측시야(195)를 방사상으로 스위핑하도록 이동함에 따라 그리고 연마 패드(30)가 축(25)을 중심으로 회전함에 따라, 연마 패드(30)의 상이한 부분들(190)의 "나선형" 스캔이 생성될 수 있다. 이러한 데이터는 연마 패드(30)의 방사상 온도 프로파일을 제공할 수 있다. 대안적으로, 다수의 원형 스캔들의 집합이 연마 패드(30)의 방사상 온도 프로파일을 생성할 수 있다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 연마 스테이션(20)은 온도 모니터링 시스템(250)을 갖는다. 온도 모니터링 시스템(250)은 위에서 설명된 온도 모니터링 시스템(150)과 유사하지만, 열 센서(280)는 연마 패드(30) 위에 중앙에 위치된다. 특히, 열 센서(280)는 플래튼(40)의 회전 축(25)과 정렬될 수 있다. 열 센서(280)는 연마 패드(30)의 부분(290)의 관측시야(295)를 갖는다.
열 센서(280)는, 연마 패드(30)의 상이한 부분들에 걸쳐 관측시야(296)를 스위핑하도록 회전가능할 수 있다.
열 센서(280)는 센서 지지부(260)를 사용하여 지지 구조(72)에 의해 지지될 수 있다. 열 센서(280)는 연마 패드(30)의 중심 위에 또는 실질적으로 중심 위에 위치될 수 있다. 센서 지지부(260) 또는 센서(280)는 회전 축(265)을 중심으로 회전가능하다. 예를 들어, 센서 지지부(260)의 역할을 하는 암이 모터(270)에 의해 회전가능할 수 있거나, 센서(280)가 액추에이터에 의해 센서 지지부(260)에 고정될 수 있다. 이는, 센서(280)가 회전하여 연마 패드(30) 상의 상이한 각도 위치들의 상이한 부분들(290)을 보는 것을 허용한다.
센서 지지부(260)가 센서 지지부의 종축을 중심으로 회전하는 암이라고 가정하면, 회전 축(265)은 암의 종축과 평행한데, 예를 들어, 암의 종축과 동일 선상에 있다. 일부 구현들에서, 회전 축(265)은 연마 패드(30)의 연마 표면(36)에 수직이다. 회전 축(265)은 플래튼의 회전 축(25)에 평행할 수 있다.
일부 구현들에서, 축(265)을 중심으로 하는 회전을 대신하여, 또는 그에 추가하여, 센서(280)는, 플래튼(24)의 표면에 평행하지만 암(및 축(265))에 대해 수직인 회전 축(285)을 중심으로 회전할 수 있다. 이는, 관측시야(295)로 하여금 연마 패드(30)에 걸쳐 방사상으로 스위핑하게 할 수 있다.
일부 구현들에서, (도 2a에 예시된 바와 같이) 센서 지지부(260) 및 열 센서(280)를 z 축을 따라 측방향으로 이동시키는 것에 의해, 열 센서(280)는 센서 지지부(260)를 따라 측방향으로 이동할 수 있다. 이는, 센서(280)가 센서(280)와 연마 패드(30) 사이의 거리를 증가시키거나 감소시키는 것을 허용한다.
축(265)을 중심으로 회전하고, 축(285)을 중심으로 회전하고/거나 축(265)을 따라 측방향으로 이동함으로써, 센서(280)는 먼저, 부분(290)의 온도를 측정할 수 있고, 그 다음, 다른 부분(290')의 온도를 측정할 수 있고, 그 다음, 부분들(290, 290') 등의 다수의 온도 측정들을 포함하는, 연마 패드(30)의 온도 프로파일을 생성할 수 있다.
온도 프로파일 또는 온도 맵은 위에서 논의된 바와 같이 사용될 수 있다.
위에서 설명된 연마 장치 및 방법들은 다양한 연마 시스템들에 적용될 수 있다. 연마 패드, 또는 캐리어 헤드들, 또는 양쪽 모두는, 연마 표면과 기판 사이의 상대 운동을 제공하도록 이동할 수 있다. 예를 들어, 플래튼은 회전하는 대신에 궤도를 그리며 돌 수 있다. 연마 패드는 플래튼에 고정된 원형(또는 어떤 다른 형상) 패드일 수 있다. 연마 층은 표준(예를 들어, 필러들을 갖거나 갖지 않는 폴리우레탄) 연마 물질, 연질 물질, 또는 고정된-연마재 물질일 수 있다.
상대적 위치결정의 용어들이, 시스템 또는 기판 내에서의 상대적 위치결정을 지칭하는 데 사용되는데; 연마 표면 및 기판은 연마 작동 동안 수직 배향 또는 어떤 다른 배향으로 유지될 수 있음을 이해해야 한다.
제어기(90)의 기능 작동들은, 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, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 유형적으로 구체화됨)을 사용하여 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)

  1. 화학적 기계적 연마 장치로서,
    연마 패드를 유지하기 위한 최상부 표면을 갖는 플래튼;
    연마 프로세스 동안 기판을 상기 연마 패드의 연마 표면에 대해 유지하기 위한 캐리어 헤드;
    상기 플래튼 상의 상기 연마 패드의 부분의 관측시야를 갖기 위해 상기 플래튼 위에 위치된 비접촉식 열 센서를 포함하는 온도 모니터링 시스템
    을 포함하고, 상기 센서는 상기 관측시야를 상기 연마 패드에 걸쳐 이동시키기 위해 회전 축을 중심으로 상기 모터에 의해 회전가능한, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열 센서는 상기 연마 표면에 평행한 축을 중심으로 회전가능한, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    회전가능한 센서 지지부를 포함하며, 상기 회전가능한 센서 지지부는 상기 모터에 의한 상기 지지부의 회전이 상기 센서를 회전시키도록 상기 모터에 결합되는, 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 센서 지지부는 상기 센서 지지부의 종축을 중심으로 회전가능한, 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 열 센서는 상기 지지부의 종축에 수직인 축을 중심으로 회전가능한, 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 열 센서는 상기 지지부를 따라 이동가능한, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모터 및 상기 온도 모니터링 시스템에 결합되고, 상기 열 센서로 하여금 상기 연마 패드 상의 복수의 위치들에서 측정들을 행하게 하기 위해 상기 모터를 제어하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는, 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 연마 패드 상의 상기 복수의 위치들에서의 측정치들에 기초하여 상기 연마 패드의 온도 프로파일을 생성하도록 구성되는, 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    가열기 및/또는 냉각기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 연마 패드의 온도 균일성을 개선하기 위해 상기 온도 프로파일에 기초하여 상기 가열기 및/또는 냉각기의 작동을 조정하도록 구성되는, 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 온도 프로파일은 방사상 프로파일인, 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 온도 프로파일은 상기 플래튼의 회전 축에 대한 각도 프로파일인, 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 온도 프로파일은 2D 프로파일인, 장치.
  13. 화학적 기계적 연마 시스템에서 연마 패드의 온도를 모니터링하는 방법으로서,
    열 센서가 측방향으로 정지상태로 유지되는 동안, 상기 열 센서의 관측시야가 화학적 기계적 연마 패드의 연마 표면에 걸쳐 스위핑하도록, 상기 열 센서를 회전 축을 중심으로 회전시키는 단계; 및
    상기 관측시야가 상기 연마 패드에 걸쳐 스위핑할 때, 온도 프로파일을 생성하기 위해 상기 열 센서로 복수의 측정들을 행하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 회전 축은 상기 연마 표면에 평행한, 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 회전 축은 상기 연마 표면에 수직인, 방법.
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