KR20220042189A - 가공대상물 연마 중 웨이퍼 슬립 검출의 인시츄 조절을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

가공대상물 연마 중 웨이퍼 슬립 검출의 인시츄 조절을 위한 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220042189A
KR20220042189A KR1020227006808A KR20227006808A KR20220042189A KR 20220042189 A KR20220042189 A KR 20220042189A KR 1020227006808 A KR1020227006808 A KR 1020227006808A KR 20227006808 A KR20227006808 A KR 20227006808A KR 20220042189 A KR20220042189 A KR 20220042189A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
slip
polishing
cmp
wafer
sensor
Prior art date
Application number
KR1020227006808A
Other languages
English (en)
Inventor
다니엘 레이 트로잔
Original Assignee
액서스 테크놀로지, 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 액서스 테크놀로지, 엘엘씨 filed Critical 액서스 테크놀로지, 엘엘씨
Publication of KR20220042189A publication Critical patent/KR20220042189A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/0053—Control means for lapping machines or devices detecting loss or breakage of a workpiece during lapping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent
    • B24B49/04—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent involving measurement of the workpiece at the place of grinding during grinding operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/12—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B51/00—Arrangements for automatic control of a series of individual steps in grinding a workpiece
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67155—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations
    • H01L21/67207—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations comprising a chamber adapted to a particular process
    • H01L21/67219—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations comprising a chamber adapted to a particular process comprising at least one polishing chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67259—Position monitoring, e.g. misposition detection or presence detection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68721—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by edge clamping, e.g. clamping ring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)

Abstract

가공대상물 연마 중에 웨이퍼 슬립 검출의 인시츄(insitu) 조절을 위한 방법 및 장치가 개시된다. 일 측면에서, 화학 기계적 평탄화(CMP) 시스템은: 기판을 유지하도록 구성된 캐리어(carrier), 연마 패드를 지지하는 플래튼(palten), 및 상기 연마 패드의 표면의 특성을 나타내는 신호를 발생시키도록 구성된 슬립 센서(slip sensor)를 포함한다. 상기 시스템은, 상기 슬립 센서로부터 신호를 수신하고, 상기 CMP 시스템이 정상-상태 조건(steady-state condition)에 있을 때 신호의 정상-상태 값을 교정하며(calibrate), CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호를 교정된 정상-상태 값과 비교하고, 교정된 정상-상태 값과의 사이에 임계값보다 더 큰 차이가 있는 CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호에 응답하여 웨이퍼 슬립(slip)을 검출하도록 구성된 프로세서를 더 포함한다.

Description

가공대상물 연마 중 웨이퍼 슬립 검출의 인시츄 조절을 위한 방법 및 장치
개시된 기술은 박막의 평탄화를 위한 화학 기계적 평탄화(CMP) 성능을 향상시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
화학 기계적 평탄화 또는 연마(CMP) 중에, 연마재와 산성 또는 알칼리성 슬러리가 계량 펌프 또는 질량-유동-제어 조절 시스템을 통해 회전하는 연마 패드/플래튼 상에 도포된다. 기판 또는 웨이퍼는 특정된 기간 동안 회전되고 연마 플래튼 상의 연마 패드에 대하여 가압되는 웨이퍼 캐리어에 의해 홀딩된다. 슬러리는 보통 단일-패스 분배 시스템에서 연마 플래튼으로 이동된다. 웨이퍼는 CMP 공정 중에 기계적 수단(예컨대, 마모)과 화학적 수단(예컨대, 부식) 둘 다에 의해 연마된다(즉, 평탄화된다).
CMP 공정 중에, 기판, 웨이퍼 캐리어, 연마 패드 및 연마 플래튼 사이의 상호 작용으로 인해 상당한 힘이 발생된다. 이러한 인터페이스 내부에 단단하게 홀딩되지 않은 기판은 제 위치로부터 슬립될 수 있으며, 이는 공정에 부정적인 영향을 미친다. 따라서, CMP 효율을 증가시키고 제조 비용을 감소시키기 위해 가공 중 기판의 슬리핑(slipping)을 검출하는 능력을 향상시킬 필요가 있다.
개시된 기술의 일 측면은 웨이퍼의 연마 중에 웨이퍼 슬립 검출의 인시츄(insitu) 조절을 위한 방법이다. 일 측면에서, 화학 기계적 평탄화(CMP) 시스템은: 기판을 유지하도록 구성된 캐리어(carrier); 연마 패드를 지지하는 플래튼(palten); 상기 연마 패드의 표면의 특성을 나타내는 신호를 발생시키도록 구성된 슬립 센서(slip sensor); 및 프로세서;를 포함하며, 상기 프로세서는: 상기 슬립 센서로부터 신호를 수신하고, 상기 CMP 시스템이 정상-상태 조건(steady-state condition)에 있을 때 신호의 정상-상태 값을 교정하며(calibrate), CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호를 상기 교정된 정상-상태 값과 비교하고, 교정된 정상-상태 값과의 사이에 임계값보다 더 큰 차이가 있는 CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호에 응답하여 웨이퍼 슬립(slip)을 검출하도록 구성된다.
특정 실시예들에서, 상기 슬립 센서는 상기 연마 패드의 표면의 반사율을 측정하도록 구성된 광센서를 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 프로세서는, CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호에 기초하여 실시간으로 상기 정상-상태 값을 재교정하도록 더 구성된다.
특정 실시예들에서, 상기 프로세서는, 상기 플래튼의 회전, 상기 캐리어의 회전, 상기 기판에 가해지는 압력, 상기 캐리어 내부에 상기 기판을 홀딩하도록 구성된 리테이닝 링(retaining ring)에 가해지는 압력, 및/또는 상기 연마 패드에 제공되는 유체 흐름의 속도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 CMP 시스템이 정상-상태 조건에 있다고 결정하도록 더 구성된다.
특정 실시예들에서, 상기 프로세서는, 웨이퍼 슬립의 검출에 응답하여 상기 CMP 시스템의 구성요소들의 모든 동작을 정지시키도록 더 구성된다.
특정 실시예들에서, 상기 정상-상태 값을 교정하는 것은 기대되는 슬립 센서 값들의 세트를 얻기 위해 설정된 시간의 길이 걸쳐 상기 슬립 센서로부터의 신호를 판독하는 것을 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 설정된 시간의 길이는 상기 슬립 센서가 CMP 연마 중에 상기 슬립 센서에 의해 측정될 상기 연마 패드의 각각의 부분을 측정할 수 있도록 한다.
다른 측면은 화학 기계적 평탄화(CMP) 연마 중에 웨이퍼 슬립을 검출하는 방법이며, 상기 방법은: 연마 패드를 포함하는 CMP 시스템의 슬립 센서로부터 신호를 수신하는 단계로서, 상기 슬립 센서는 상기 연마 패드의 표면의 특성을 나타내는 신호를 발생시키도록 구성되는, 단계; 상기 CMP 시스템이 정상-상태 조건(steady-state condition)에 있을 때 상기 신호의 정상-상태 값을 교정하는 단계; CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호를 교정된 정상-상태 값과 비교하는 단계; 및 교정된 정상-상태 값과의 사이에 임계값보다 더 큰 차이가 있는 CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호에 응답하여 웨이퍼 슬립(slip)을 검출하는 단계;를 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 슬립 센서는 상기 연마 패드의 표면의 반사율을 측정하도록 구성된 광센서를 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 방법은 CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호에 기초하여 실시간으로 상기 정상-상태 값을 재교정하는 단계를 더 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 방법은, 플래튼의 회전, 캐리어의 회전, 기판에 가해지는 압력, 상기 캐리어 내부에 상기 기판을 홀딩하도록 구성된 리테이닝 링(retaining ring)에 가해지는 압력, 및/또는 상기 연마 패드에 제공되는 유체 흐름의 속도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 CMP 시스템이 정상-상태 조건에 있다고 결정하는 단계를 더 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 방법은, 웨이퍼 슬립의 검출에 응답하여 상기 CMP 시스템의 구성요소들의 모든 동작을 정지시키는 단계를 더 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 정상-상태 값을 교정하는 단계는, 기대되는 슬립 센서 값들의 세트를 얻기 위해 설정된 시간의 길이 걸쳐 상기 슬립 센서로부터의 신호를 판독하는 것을 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 설정된 시간의 길이는 상기 슬립 센서가 CMP 연마 중에 상기 슬립 센서에 의해 측정될 상기 연마 패드의 각각의 부분을 측정할 수 있도록 한다.
또 다른 측면은 화학 기계적 평탄화(CMP) 시스템이며, 상기 시스템은: 기판을 유지하도록 구성된 캐리어(carrier); 연마 패드를 지지하는 플래튼(palten); 상기 연마 패드의 표면의 특성을 나타내는 신호를 발생시키도록 구성된 슬립 센서(slip sensor); 및 프로세서;를 포함하며, 상기 프로세서는: 상기 슬립 센서로부터 신호를 수신하고, 설정된 시간의 길이에 걸쳐 기대되는 센서 값들의 세트를 얻으며, CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호를 상기 기대되는 센서 값들의 세트와 비교하고, 상기 기대되는 센서 값들과의 사이에 임계값보다 더 큰 차이가 있는 CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호에 응답하여 웨이퍼 슬립(slip)을 검출하도록 구성된다.
특정 실시예들에서, 상기 슬립 센서는 상기 연마 패드의 표면의 반사율을 측정하도록 구성된 광센서를 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 프로세서는, CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호에 기초하여 실시간으로 정상-상태 값을 재교정하도록 더 구성된다.
특정 실시예들에서, 상기 프로세서는, 웨이퍼 슬립의 검출에 응답하여 상기 CMP 시스템의 구성요소들의 모든 동작을 정지시키도록 더 구성된다.
특정 실시예들에서, 상기 설정된 시간의 길이는 상기 슬립 센서가 CMP 연마 중에 상기 슬립 센서에 의해 측정될 상기 연마 패드의 각각의 부분을 측정할 수 있도록 한다.
개시된 기술의 위의 그리고 추가적인 목적들, 특징들 및 이점들은, 첨부된 도면들을 참조한, 개시된 기술의 특정 실시예들의 다음의 도식적이고 비-제한적인 상세한 설명을 통해 더 잘 이해될 것이다. 도면들에서, 달리 명시되지 않은 경우, 유사한 참조 번호들은 유사한 요소들을 위해 사용될 것이다.
도 1은 가공 위치에 기판을 홀딩한 웨이퍼 캐리어를 보여주는, 공정 개선 시스템을 가진 화학 기계적 평탄화 시스템의 개략도이다.
도 2는 로딩 위치에 기판을 홀딩한 웨이퍼 캐리어를 보여주는, 도 1의 화학 기계적 평탄화 시스템의 도면이다.
도 3은 가동 지지 구조물에 부착된 공정 개선 시스템을 가진 화학 기계적 평탄화 시스템의 개략도이다.
도 4는 웨이퍼 표면에 개선 시스템 공정의 인시츄 적용을 가능하게 하기 위해 연마 패드에 내장된 공정 개선 시스템을 가진 화학 기계적 평탄화 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 측면들에 따른 슬립 센서를 포함하는 예시적인 CMP 시스템의 도면이다.
도 6은 본 발명의 측면들에 따른 슬립 센서의 개략도이다.
도 7은 도 6에 도시된 슬립 센서의 분해도이다.
도 8은 웨이퍼 손실 또는 슬립을 검출하기 위한 예시적인 방법을 도시한 흐름도이다.
도 9는 웨이퍼 손실 또는 슬립을 검출하기 위한 다른 예시적인 방법을 도시한 흐름도이다.
도 10은 웨이퍼 손실 또는 슬립을 검출하기 위한 또 다른 예시적인 방법을 도시한 흐름도이다.
이제, 개시된 기술의 상세한 실시예들이 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
화학 기계적 연마( CMP : Chemical Mechanical Polishing) 시스템의 소개
많은 다른 유사한 애플리케이션들 중에서도, 반도체 ICs, MEMS 장치들, 및 LEDs의 제조에서 박막의 평탄화를 위해 화학 기계적 연마(CMP)의 채택과 사용은 이러한 장치들의 유형들을 위해 "칩(chip)"을 제조하는 모든 회사들에서 공통적이다. 이 채택은 모바일 전화기, 태블릿 및 다른 휴대용 장치들, 및 데스크탑 및 랩탑 컴퓨터들을 위한 칩의 제조를 포함한다. 나노기술과 미세-가공의 성장은 의료 분야, 자동차 분야, 및 사물 인터넷("IoT")에서 디지털 장치들의 광범위한 사용 및 적응에 대해 큰 가능성을 가진다. 박막(thin film)의 평탄화를 위한 화학 기계적 연마는 IBM 회사에서 과학자들과 엔지니어들에 의해 1980년대 초반에 발명되고 개발되었다. 오늘날, 이 공정은 세계적으로 널리 퍼졌으며 많은 디지털 장치들의 제조에서 진정한 실행 기술들 중 하나이다.
집적 회로(integrated circuit)는 다수의 층들과, 전도성 재료들(예컨대, 구리, 텅스텐, 알루미늄, 등), 절연층들(예컨대, 이산화 실리콘, 질화 실리콘, 등), 및 반도체 재료(폴리실리콘)가 교대로 배치된 층들로 제조된다. 이러한 층들의 연속적인 조합이 웨이퍼 표면에 순차적으로 적용되지만, 표면 상에 이식된 장치들 때문에, 이산화 실리콘 절연층들에게 흔히 있는 경우처럼, 장치 구조물 상에 지형학적 기복(undulation)이 축적된다. 이러한 원치 않는 지형학적 기복은 보통, 점차 감소하는 크기의 장치 피처들(features) 사이의 적절한 상호 연결을 허용하기 위해, 다음 층이 증착될 수 있기 전에 CMP를 사용하여 평평하게 되거나 "평탄화(planarized)" 된다. 구리층들의 경우에, 구리는 표면상에 증착되어 컨택트 비아들(contact vias)을 채우며, 장치로부터 장치로 그리고 층으로부터 층으로 전자들의 이송을 위한 실질적인 수직 경로들을 만든다. 이 절차는 (보통 증착 공정에 의해) 적용된 각각의 층에서 계속된다. 전도성 재료의 다수의 층들(다수의 금속 층들)의 경우에, 이는 성공적인 회로를 달성하기 위해 다수(전도체, 절연체, 및 반도체 재료 층 각각에 대해 한 번)의 연마 절차들을 초래한다.
CMP 공정은 다층-회로의 제조에서 이것을 모두 가능하게 만드는 실행 기술이다.
CNP 공정에서 주된 비용 기여는 소모품 세트, 구체적으로 연마 슬러리와 연마 패드와 연관된 총체적인 비용으로 구성된다. CMP 가공에 사용되는 일반적인 연마 슬러리는, 예를 들어, 예를 들어, 물 기반 매체 내부에 부유하거나 포함된 연마재 입자들의 콜로이드 현탁액(예컨대, 콜로이드 실리카, 콜로이드 알루미나 콜로이드 산화세륨, 등)을 포함한다.
상기 연마 패드는 일반적으로 폴리우레탄 베이스이다. 추가적으로, 일반적인 CMP 연마 패드는 보통 18" 또는 24"의 직경이며; 이 치수는 세계 곳곳에서 사용되는 대중화된 연마 기계의 연마 플래튼(즉, 테이블)의 크기에 의해 좌우된다. 그러나, 몇몇 애플리케이션들(예컨대, 정밀한 광학적 애플리케이션들)에서, 연마 패드는 더 큰 직경(예컨대, 48" 또는 그 이상까지)일 수 있다. 이러한 연마 패드들은 감압 접착제(pressure sensitive adhesive)에 의해 매우 평평한 연마 플래튼(즉, 연마 테이블)에 부착된다.
CMP 공정 중에, 슬러리(slurry)가 계량 펌프 또는 질량-유동-제어 조절 시스템을 통해 회전하는 연마 패드 상으로 도포된다. 추가적으로, 기판 또는 웨이퍼는 특정 기간 동안 연마 플래튼에 대하여 회전 및 가압되는 웨이퍼 캐리어에 의해 홀딩된다. 용어 "기판" 및 "웨이퍼"는 여기서 호환적으로 사용되며, 예를 들어, 여기서 개시된 장치와 공정의 하나 이상의 실시예들이 구현될 수 있는, 반도체 또는 실리콘 웨이퍼, 평판 디스플레이, 유리판 또는 디스크, 플라스틱 가공대상물, 및 다른 실질적으로 강성의 평평하고 얇은 다양한 형상과 크기의 가공대상물을 포함한다. 추가적으로, 슬러리는 예를 들어, 단일-패스 분배 시스템에서 연마 플래튼으로 이동될 수 있다. 보통은, 매체 내의 슬러리 입자들은 회전하는 웨이퍼와 회전하는 플래튼 및/또는 연마 패드 사이에 균일하게 분배될 것이라고 예상된다. 그러나, 원심력 및/또는 연마 패드/플래튼에 대한 웨이퍼의 "스퀴지(squeegee)" 동작에 의해 연마 슬러리가 연마 패드/플래튼의 가장자리로 쓸려나가기 때문에, 많은 연마 슬러리가 효과적이지 않거나 생산적이지 않다는 것은 꽤 일반적이다. 따라서, 연마 슬러리의 이러한 부분은 웨이퍼 표면에 결코 도달하지 않을 수 있으며, 이는 슬러리의 이 부분을 연마 작용에 소극적인 참여자로 만든다. 몇몇 사례들에서, 연마 패드의 표면의 소수성은 연마 슬러리가 한쪽으로 쉽게 쓸려나가게 하고 궁극적으로 폐수로 버려지도록 하는데 기여한다.
웨이퍼와 연마 패드 사이에 압력을 제공하기 위해, 이에 따라 가공을 위해 패드에 웨이퍼를 가압하기 위해, 웨이퍼에는 (예컨대, 기판 캐리어 헤드에 의해, 예컨대, 캐리어 헤드 내부의 멤브레인에 가해지는 압력을 통해) 힘이 가해진다. 추가적으로, 웨이퍼와 연마 패드는 둘 다 상대 속도를 생성하기 위한 움직임을 가진다. 상기 움직임과 힘은 패드의 부분들이 연마재 입자들 또는 다른 연마재가 웨이퍼 표면을 가로질러 움직이는 동안 연마재 입자들 또는 다른 연마재를 웨이퍼(즉, 기판)에 대하여 밀어붙임으로써 마모를 발생시키도록 한다. 슬러리 내의 부식성 화학물질은 웨이퍼의 표면 상의 연마될 재료를 변화시킨다. 이러한 화학적 변화와 조합된 마모의 기계적 효과는 화학 기계적 평탄화 또는 연마(CMP)로 불린다. 따라서, (화학적 또는 기계적) 효과들 중 어느 하나를 단독으로 사용한 것과 비교하여 화학적 및 기계적 효과들 둘 다를 동시에 사용함으로 인해 기판으로부터 재료의 제거 속도는 더 높아질 수 있다. 유사하게, 화학적 및 기계적 효과들을 함께 사용함으로써 연마 후의 표면의 매끈함도 최적화될 수 있다.
수율(yield)은 많은 제품들(예컨대, 집적 회로, MEMS, LESs, 등)을 위한 제조 레벨에서 성공을 결정하는 구동력이다. 따라서, 고체 상태의 장치를 제조하는 누적된 비용들은 함께 "소유 비용(Cost-of-Ownership)"(CoO)으로 지칭되며, 이 용어는 또한 요구되는 제조 단계들 각각에도 적용된다. 궁극적으로, CMP 공정의 CoO는 반도체 "칩"과 이에 연관된 디지털 장치를 만드는데 요구되는 500 내지 800개의 개개의 제조 단계들에서 가장 높은 CoO 수치들 중 하나이다.
CMP 공정에서의 도전 과제들 중 두 개는 연마될 층당 필요한 연마 슬러리의 최적의 양의 감소와 연마 패드 및 연마 슬러리의 수명의 증가이다. 다른 도전 과제는, 기판 및/또는 장비에 손상을 줄 수 있으며 결국 수율을 감소시키고 CoO를 증가시킬 수 있는, 연마 중 캐리어로부터 기판의 슬립 및 손실을 방지하는 것이다.
수년동안, 다양한 개인들과 혁신적 회사들은 연마 슬러리를 위한 재활용 시스템을 제조하려고 시도하였다. 이러한 시스템들은 대부분 사실상 오프라인이거나(즉, 연마 룸으로부터 이격되거나) 사실상 인라인(즉, 각각의 연마 기계 가까이에 배치된 사용 현장(POU: Point-of-Use)에 있는 슬러리 분배 시스템 내부) 중 어느 하나였다. 효과적인 CMP 연마 슬러리들을 위한 모니터링과 제어를 위한 네 개의 중요한 인자들은 슬러리의 pH, 연마재 성분의 입자 크기, 슬러리의 비중, 및 슬러리의 청결이다.
슬러리가 연마 패드상에 분배된 때, 환경 인자들, 예컨대, 증발은 슬러리 내의 유체 매체 함량을 변화시키는 경향이 있다. 이러한 함량의 변화는 슬러리의 pH에 영향을 미치는 경향이 있고, 이는 결국 슬러리의 비중에 부정적인 영향을 미치는 경향이 있다. 연마 공정 중에, 재료(예컨대, 구리, 폴리실리콘, 등)는 웨이퍼의 표면으로부터 제거되어 미세 입자들을 생성한다. 이러한 미세 입자들은 슬러리 내의 현탁액으로 남아 있거나, 연마 패드 내에 박히거나, 또는 이들의 조합일 수 있다. 이러한 미세 입자들은 연마될 막의 표면상에 스크래치를 초래할 수 있으며, 이에 따라 회로 내에 심각한 고장을 초래할 수 있다.
연마 슬러리의 구성에서의 이러한 물리적 변화는, 기계 공장과 정밀한 광학적 제조 애플리케이션들에서 특정 래핑 슬러리(lapping slurry) 또는 미세한 그라인드 슬러리에는 아마도 비참하지는 않겠지만, 반도체 실리콘 웨이퍼의 표면이 비참하게, 파멸적으로, 및/또는 영구적으로 손상되도록 할 수 있다. 이러한 스크래치들과 고장은 손상된 칩을 사용할 수 없게 만들고, 이에 따라 수율에 부정적인 영향을 미친다. 이러한 그리고 다른 이유로, 슬러리 재활용/재순환 시스템은, 표면 품질 공차가 미크론인 금속 래핑 애플리케이션과 일부 정밀 광학 애플리케이션에서는 보통이지만, CMP 공정 산업(예컨대, 반도체 팹 내부) 또는, 예를 들어, 표면 품질 공차가 나노미터 또는 심지어 옹스트롬으로 측정되는 파운드리에서는 특히 성공적이지 못했다.
개시된 기술의 목적은, 증가된 CMP 수율과 CMP 공정의 전체적인 개선을 제공하기 위해, CMP 공정에서, 예를 들어, 인시츄(in-situ) 웨이퍼 슬립 검출 시스템의 활용을 통해, 기판 폐기, 수율 및 CoO에 관하여 상술한 많은 문제점들을 해결하는 것이다.
도 1은 CMP 공정을 개선하기 위한 공정 개선 시스템(130)을 포함하는 화학 기계적 평탄화(CMP) 시스템(100)의 개략도이다. 시스템(100)은 웨이퍼를 홀딩하고 가공하도록 구성된 웨이퍼 캐리어(150)를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 상기 웨이퍼 캐리어(150)는 가공(즉, 하부) 위치에 있으며, 연마 패드(110)에 대하여 웨이퍼 또는 기판(155)(도 1에 미도시됨)을 홀딩한다. 상기 연마 패드(110)는 지지 표면, 예컨대 플래튼(120)의 표면상에 위치할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 플래튼(120)은 시스템(100)의 요소들, 예컨대 웨이퍼 캐리어, 패드 컨디셔닝 아암, 공정 개선 시스템, 및 슬러리 전달 시스템과 만나기 위해 위쪽으로 상승되도록 구성될 수 있다.
도 2는 로딩(예컨대, 상승된 또는 상부) 위치의 웨이퍼 캐리어(150)에 의해 홀딩된 웨이퍼(155)를 보여주는, 도 1의 화학 기계적 평탄화 시스템의 도면이다. 몇몇 실시예들에서, 웨이퍼(155)는, 예를 들어, 진공의 힘에 의해 홀딩 될 수 있다. 예를 들어, 상기 웨이퍼 캐리어(150)는, 웨이퍼 캐리어(150)에 부착된 때 연마될 웨이퍼(155)의 표면이 연마 패드(110)를 향해 마주보도록, 진공 시스템으로 웨이퍼(155)를 홀딩하거나 부착할 수 있다. 도 1과 2를 둘 다 참조하면, 시스템(100)은 기판(155)에 가공 슬러리(processing slurry)를 전달하도록 구성된 슬러리 전달 시스템(140)을 포함할 수 있으며, 기판이 연마 패드(110)에 대하여 화학적/기계적으로 평탄화하도록 허용할 수 있다. 시스템(100)은 패드 컨디셔닝 아암(160)을 포함할 수 있으며, 이는 일단부에 패드 컨디셔너(pad conditioner)를 포함하고, 가공 사이클들 중에 또는 사이에서, 표면 거칠기(또는 패드의 다른 가공 특성들)를 처리 또는 "리프레시(refresh)"하도록 구성될 수 있다. 시스템(100)은 여기서 설명되는 방법들의 기능과 추가적인 기능을 제공하도록 구성될 수 있는 제어기(165)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 제어기(165)는 아래 섹션의 "인시츄 웨이퍼 슬립 검출을 위한 시스템 및 방법"에서 설명되는 바와 같이 웨이퍼 손실 또는 슬립의 발생을 인시츄로 검출하도록 구성될 수 있다. 실시예에 따라, 상기 제어기(165)는 프로세서와, 상기 프로세서가 여기서 설명되는 방법들을 실행하도록 구성된 명령들을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어기(165)는 기능을 제공하기 위해 공정 개선 시스템(예컨대, 슬립 검출 시스템) 및/또는 기계적 또는 전기-기계적 장치, 및/또는 여기서 설명되는 다른 CMP 장비 요소들, 또는 다른 시스템 또는 요소들과 (예컨대, 전자적으로) 통신하도록 구성될 수 있다.
도 1과 2의 시스템(100)을 참조하면, 연마 패드(110)는 축을 중심으로 회전하는 플래튼(120)의 상부 표면상에 있다. 본 기술분야의 기술자는 쉽게 알 수 있을 것이기 때문에 움직임의 다른 배향과 방향들(예컨대, 수직축을 중심으로 반시계 방향, 시계 방향, 등)이 구현될 수 있다. 플래튼(120)은 시계 방향, 반시계 방향, 또는 전후 래칫 모션, 등으로 회전하도록 구성될 수 있다.
상기 공정 개선 시스템(130)은, 도 1과 2에 도시된 바와 같이 연마 패드(110)의 표면에 대하여 고정적으로 그리고 이 표면 위에 장착되거나, 또는 여기에서 더 설명되는 바와 같이 가동 지지 구조물 상에 장착될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 공정 개선 시스템(130)은 연마 패드(110)에 더 가까이 근접하게 낮아지도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 공정 개선 시스템(130)은 캐리어(150)에 더 가까이 근접하게 낮아지도록(예컨대, 이동하도록 또는 고정적으로) 구성될 수 있다. 상기 공정 개선 시스템(130)은 (예컨대, 연마 중 연마 패드의 반사율을 측정하고 기판 슬립을 방지함으로써) 여기의 다른 곳에서 설명되는 CMP 공정을 개선하기에 적합한 임의의 방식으로 배향되거나 구성될 수 있다. 상기 공정 개선 시스템은 웨이퍼 연마 공정 중에 공정 개선을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 슬러리 전달 시스템(140)은 슬러리(예컨대, 연마 슬러리)를 처리된 연마 패드(110)의 표면에 전달할 수 있다. 연마 슬러리는 미크론 이하의 연마재와 부식성 입자들을 포함하거나 함유할 수 있다. 비-제한적인 예에서, 연마 슬러리는 일반적으로 연마재 입자들(예컨대, 콜로이드 실리카, 콜로이드 알루미나, 또는 콜로이드 산화세륨, 등)의 콜로이드 현탁액을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 연마재 입자들은 불-기반 매체 또는 다른 적합한 매체 내에 부유한다. 다양한 실시예들에서, 본 기술분야의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 상기 슬러리 전달 시스템(140)은 계량 펌프, 질량-유동 조절 시스템, 또는 다른 적합한 유체 전달 요소들을 포함한다.
따라서, 슬러리 전달 시스템(140)에 의해 연마 패드(110) 상에 도포된 슬러리 내의 연마재 입자들과 부식성 화학물질은 마모와 부식 각각을 통해 웨이퍼를 기계적 및 화학적으로 연마한다. 도시된 바와 같이, 상기 슬러리 전달 시스템(140)은 상기 시스템을 통해 아래쪽으로 결국 연마 패드(110) 상으로 흐르는 슬러리를 전달한다. 몇몇 실시예들에서, 웨이퍼 캐리어(150)와 연마 패드(110)는 연마를 제공하기 위해 임의의 수의 상이한 방식들로 각각에 대하여 이동할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 캐리어(150)는 웨이퍼(155)가 연마 패드(110)에 대하여 가압되도록 플래튼(120)에 대하여 하향력(downward force)을 가할 수 있으며, 웨이퍼(155)와 연마 패드(110) 사이의 슬러리의 연마재 입자들과 부식성 화학 물질들은 연마 패드(110)와 웨이퍼 캐리어(155)가 서로에 대하여 움직일 때 화학적 및 기계적 연마를 제공한다. 본 기술분야의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 연마 패드와 웨이퍼 캐리어 사이의 상대적인 운동은 다양한 방식으로 구성될 수 있으며, 어느 하나 또는 둘 다가 진동하거나(oscillate), 선형으로 움직이거나, 및/또는 서로에 대하여 반시계 및/또는 시계 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다. 이러한 운동은 다양한 기계적 또는 전기-기계적 장치, 예컨대, 모터, 선형 액추에이터, 로봇, 인코더, 기어박스, 트랜스미션, 들과 이들의 조합을 통해 제공될 수 있다.
패드 컨디셔닝 아암(160)은, 연마 패드와 웨이퍼 캐리어(155)에 대해 상술한 상대적인 운동과 같이, 패드 컨디셔닝 아암과 연마 패드 사이의 상대적인 운동에 의해, 연마 패드(110)에 대하여 힘으로 가압함으로써, 연마 패드(110)의 표면을 컨디셔닝한다. 도시된 실시예에서, 상기 패드 컨디셔닝 아암(160)은 그 단부에 있는 회전하는 패드 컨디셔너와 함께 진동할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 패드 컨디셔너는 예를 들어 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 패드 컨디셔너는 연마 패드(110)와 접촉하며, 패드 컨디셔너가 회전할 때 접촉할 수 있다.
도 3은 지지 구조물에 부착된 공정 개선 시스템(133)을 가진 화학 기계적 평탄화 시스템의 개략도이다. 예를 들어, 상기 지지 구조물은 연마 전, 후, 및/또는 중에 가변적인 위치결정을 제공할 수 있도록 이동 가능할 수 있다. 공정 개선 시스템(133)은 기존의 컨디셔닝 아암들 또는 대안으로서 패드 컨디셔너와는 독립적으로 위치결정 전용의 별도의 아암과 제어 기구들을 스위핑시키는 패드 컨디셔너들에 장착될 수 있다. 예를 들어, 상기 공정 개선 시스템(133)은 아암 또는 다른 구조물, 예컨대 이러한 이동 기능을 제공하기 위해 이동하거나 예를 들어 진동하는 패드 컨디셔닝 아암(160)에 부착될 수 있다. 도 3의 시스템(300)은, 도 1과 2에 관하여 위에서 설명된 바와 같이, 연마 패드(110), 플래튼(120), 슬러리 전달 시스템(140), 웨이퍼 캐리어(150), 웨이퍼(155), 및 패드 컨디셔닝 아암(160)을 포함한다. 그러나, 도 3의 시스템은 공정 개선 시스템(133)이, 공정 개선 시스템 및, 예를 들어 연마 전 및/또는 중에 연마 패드(110)와 공정 개선 시스템의 인터페이스의 가변적인 위치결정을 가능하게 하기 위해 패드 컨디셔닝 아암(160)에 장착된다는 점에서 도 1과 2의 시스템과 상이하다. 다양한 실시예들에서, 패드 컨디셔닝 아암(160)에 의해 제공된 이동에 대하여 공정 개선 시스템의 독립적인 위치결정을 허용하기 위해, 상기 공정 개선 시스템(133)은 상이한 지지 구조물, 예컨대 별도의 아암(미도시)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 공정 개선 시스템은 CMP 시스템의 하나 이상의 위치들 및/또는 요소들과 인터페이스하도록 배치되고 구성될 수 있다. 예를 들어, 공정 개선 시스템은 웨이퍼의 표면과 인터페이스하도록 구성될 수 있다. 공정 개선 시스템은 CMP 시스템의 둘 이상의 요소들, 예컨대 웨이퍼 표면 및/또는 연마 패드 표면과 인터페이스하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, CMP 가공을 위해 다수의 플래튼들을 가질 수 있는 시스템에서 각각의 플래튼에 대해 둘 이상의 공정 개선 시스템들이 포함될 수 있다.
도 4는 시스템(400)의 다른 요소 내부에 내장된 하나 이상의 공정 개선 시스템들(136)을 가진 화학 기계적 평탄화 시스템(400)의 개략도이다. 예를 들어, 하나 이상의 공정 개선 시스템들(136)은 플래튼, 웨이퍼 캐리어, 또는 연마 패드 내부에 내장될 수 있다. 비-제한적인 예에서, 상기 공정 개선 시스템(136)은 연마 패드 내부로부터 연마 패드와 인터페이스하도록 허용하기 위해 연마 패드에 대하여 배치되고 조립될 수 있다. 이러한 실시예들은 공정 개선 시스템과, 예를 들어, 웨이퍼 표면 사이의 인시츄 상호작용을 가능하게 한다. 도 4의 시스템은, 도 1-3에 관하여 위에서 설명된 바와 같이, 연마 패드(110), 플래튼(120), 슬러리 전달 시스템(140), 웨이퍼 캐리어(150), 웨이퍼(155), 및 패드 컨디셔닝 아암(160)을 포함한다. 그러나, 도 4의 시스템은 공정 개선 시스템(136)이 연마 패드(110) 내에 내장된다는 점에서 도 1-3의 시스템과 상이하다.
도 1-4는 CMP 장치의 측면들(예컨대, 웨이퍼 캐리어(150), 웨이퍼(155))을 도시하고 있지만, 본 기술분야의 기술자는 CMP 기계들은 임의의 수의 상이한 방식으로 조립될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 추가적으로, 도 1-4는 완전한 CMP 장치(이 장치는 이 외에도 압력을 수용하고 기판을 홀딩하기 위해 기판을 둘러싸는 리테이닝 링을 가진 웨이퍼 캐리어 헤드 멤브레인, CMP 장치의 몸체, 웨이퍼 기판을 특정 CMP 장치에 전달하기 위한 시스템, 등을 포함할 수 있다)를 반드시 도시하고 있지는 않으며, 본 발명의 주제인 개시된 기술을 강조하기 위한 단순하게 도식화된 예이다. 본 기술분야의 기술자는 CMP 시스템의 추가 요소들(예컨대, 멤브레인, 등)이 여기서 설명된 시스템 내에 통합될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 웨이퍼 캐리어 헤드(150)는 진공 압력 또는 흡입을 사용하여 멤브레인에 대하여 웨이퍼를 고정시키도록 구성된 진공 시스템을 더 포함할 수 있다. 탄성 멤브레인은 멤브레인의 상면 또는 배면에 가해지는 압축 가스에 의해 하나 이상의 분리된 구역들을 포함할 수 있다. 상기 압력은 CMP 중 재료 제거를 실행하기 위해 멤브레인을 통해 웨이퍼의 상면 또는 배면에 전달될 수 있다. 상기 웨이퍼 캐리어 헤드는 멤브레인을 결합 요소들에 고정시키고, 멤브레인을 원하는 형상 및 치수로 홀딩시키며, 및/또는 제어된 기체 압력을 밀봉하고 담기 위한 밀봉된 부피를 제공하기 위해 멤브레인을 클램핑하기 위한 수단을 제공하는 하나 이상의 강성 지지 요소들을 포함할 수 있다. 추가적으로, 여기서 설명된 장치와 시스템들 중 어느 것은 제어기(예컨대, 도2의 제어기(165))를 포함할 수 있으며, 이 제어기는 여기서 설명되는 방법들의 기능과 추가적인 기능을 제공하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 참조번호 170은 회전하는 플래튼에 고정된 연마 패드에 대하여 웨이퍼의 연마 시에 웨이퍼 캐리어 헤드(150)에 부착된 웨이퍼(155)에 하향력을 가할 수 있는 완전한 CMP 장치(미도시)의 상대적인 위치를 도시한다. 예를 들어, 웨이퍼 캐리어가 도 1에 도시된 바와 같이 하부 위치에 배치된 때 웨이퍼(155)를 연마하기 위해, 상기 CMP 장치는 연마 패드(110)에 대하여 웨이퍼에 하향력을 가할 수 있다. 추가적으로, 웨이퍼 캐리어 헤드(150)는 웨이퍼 캐리어 헤드(150)의 나머지 몸체에 부착된 멤브레인을 포함할 수 있다. 상기 멤브레인(미도시)은 웨이퍼(155)와 연마 패드(110) 사이에 압력을 제공하도록 구성될 수 있다.
추가적으로, 웨이퍼 캐리어, 연마 플래튼, 및/또는 슬러리 분배 시스템을 포함하는 상기 CMP 시스템은 제어 시스템(165)(도 2)에 의해 제어되도록 구성될 수 있다. 상기 제어 시스템은 CMP 시스템으로부터 피드백을 수신하고 CMP 시스템으로 제어 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 시스템은 상기 시스템으로부터 수신된 피드백 신호에 근거하여 다양한 요소들을 위해 가변적인 분배 또는 가변적인 속도 기능을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 시스템은 웨이퍼 손실 또는 슬립의 발생의 검출에 응답하여 CMP 공정 중에 웨이퍼와 연마 플래튼의 회전 속도를 조절할 수 있다.
상기 공정 개선 시스템, 방법 및 장비는 도1-4에 도시된 완전한 CMP 시스템 없이 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 추가적으로, 다중-헤드 CMP 시스템, 궤도(orbital) CMP 시스템, 또는 다른 CMP 시스템을 포함하는 다른 CMP 장비가 여기서 설명된 공정 개선 시스템 특징들을 구현할 수 있다. 예를 들어, 여기서 설명된 공정 개선 시스템, 방법 및 장비는 서브-애퍼처(sub-aperture) CMP 시스템 내에 구현될 수 있다. 서브-애퍼처 CMP 시스템은 웨이퍼보다 직경이 더 작은 연마 패드를 포함할 수 있다. 웨이퍼는 일반적으로 웨이퍼 표면상에 제공된 슬러리와 위쪽으로 마주보도록 배향되며, 패드가 웨이퍼를 가로질러 스위핑할 때 웨이퍼와 연마 패드가 회전한다.
CMP 공정에서, 상기 공정 개선 시스템의 인라인 채택은 기존의 CMP 평탄화 툴(tool)(연마 기계)에 대한 정상-상태 POU 수정으로서, 그리고 새로운 CMP 평탄화 툴의 특징으로서 적합할 것이다.
인시츄 웨이퍼 슬립 검출을 위한 시스템 및 방법
상기 공정 개선 시스템과 관련하여, 도 1-4에 도시된 것과 같은 여기서 설명된 장비, 또는 일반적으로 여기의 다른 곳에서 다른 시스템에서 설명된 장비는 CMP 연마와 같은 가공대상물 연마 공정 중에 웨이퍼 손실 또는 슬립의 발생을 검출하기 위한 개선된 방법과 장치를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 및/또는 웨이퍼 캐리어(150)의 부분의 반사율을 측정하기 위해 광 반사율 센서 또는 다른 유형의 광 센서가 배치될 수 있다. 예를 들어, 캐리어(150) 내부에 배치된 웨이퍼(155)의 배면의 반사율 또는 다른 파라미터들을 측정하기 위해 캐리어(150)의 부분에 또는 부분 내부에 하나 이상의 센서들이 배치될 수 있다. 하나 이상의 센서들은 캐리어(150) 내부에 위치한 웨이퍼(155)의 전면의 반사율 또는 다른 파라미터들을 측정하기 위해 연마 패드(110) 또는 플래튼(150)의 부분에 또는 부분 내에 배치될 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같인, 상기 센서로부터 수신된 반사율 값 또는 다른 파라미터들은 CMP 중에 웨이퍼 손실 또는 슬립의 발생을 검출하는데 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 측면들에 따른 슬립 센서를 포함하는 예시적인 CMP 시스템(200)의 도면이다. CMP 시스템(200)은 도 1-4의 시스템(100)과 유사할 수 있다. 예를 들어, 특정 구현예들에서, 상기 CMP 시스템(200)은 플래튼(220) 상에 위치한 연마 패드(210), 가공(예컨대, 하강) 위치에 있을 때, 연마 패드(210)에 대하여 웨이퍼 또는 기판(예컨대, 도 2에 도시된 웨이퍼(155))을 홀딩하도록 구성된 웨이퍼 캐리어(250), 및 슬립 센서(300)를 포함한다. 상기 슬립 센서(slip sensor)(300)는 시스템 제어 유닛(예컨대, 도 2에 도시된 제어기(165))에 연결될 수 있다. 몇몇 구현들에서, 상기 슬립 센서(300)는 매개 장치, 예컨대 IO-링크 마스터 Omron PLC 카드, Beckhoff IO-링크 마스터 허브, 등을 통해 연결될 수 있다. 상기 슬립 센서(300)는, 도 1-4의 CMP 시스템에 관하여 공정 개선 시스템(13, 133, 136)에 대해 일반적으로 설명된 바와 같이, 지지 구조물에 장착되거나 또는 시스템(200) 내부에 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 측면들에 따른 슬립 센서(300)의 개략도이고, 도 7은 도 6에 도시된 슬립 센서(300)의 분해도이다. 도 6과 7을 참조하면, 상기 슬립 센서는 광센서(310)의 시야 내의 반사율을 측정하도록 구성된 광센서(310), 연결 하드웨어(320), 및 스위치(330)를 포함할 수 있다. 상기 연결 하드웨어는 슬립 센서(300)를 도 5에 도시된 웨이퍼 캐리어(250)에 연결하는데 사용될 수 있다.
상기 광센서(310)는 연마 중 연마 패드(210)의 반사율을 측정함으로써 웨이퍼 손실(loss) 또는 슬립(slip)을 검출하도록 구성될 수 있다. 상기 광센서(310)는 여기의 기능을 제공하기 위해 제어기(예컨대, 도 2의 제어기(165)), 및/또는 다른 펌웨어 및 소프트웨이어와 통신할 수 있다.
웨이퍼 손실 또는 슬립을 검출하기 위한 방법은 배치된 광 반사율 센서를 연마 중 웨이퍼를 홀딩하는 웨이퍼 캐리어의 "하류"에 배치하는데 의존할 수 있다. 캐리어 밖으로 슬립된 웨이퍼를 검출하는 것은 아래에서 서술되고 도 8에 도시된 바와 같이 수행될 수 있다. 특히, 도 8은 웨이퍼 손실 또는 슬립을 검출하기 위한 예시적인 방법(1100)을 도시한 흐름도이다.
상기 방법은 블록(1101)에서 시작한다. 블록(1102)에서, 상기 방법(1100)은 웨이퍼 없이 연마 패드 표면의 반사율을 측정하는 것을 수반한다. 블록(1204)에서, 상기 방법(1100)은 웨이퍼의 위쪽으로 향한 표면의 반사율을 측정하는 것을 수반한다. 블록(1106)에서, 상기 방법(1100)은 블록들(1102 및 1104)에서 측정된 두 개의 반사율 값들 사이에서 센서(300)를 위한 임계값을 설정하는 것을 포함한다. 몇몇 구현예들에서, 상기 임계값은 두 개의 측정된 반사율 값들 사이의 중간값일 수 있다. 블록(1108)에서, 상기 방법(1100)은 웨이퍼 연마 공정을 시작하는 것을 수반한다.
블록(1110)에서, 상기 방법(1100)은 센서(300)에 의해 측정된 반사율에 기초하여 웨이퍼가 연마 중 캐리어 밖으로 슬립되었는지 여부를 검출하는 것을 수반한다. 예를 들어, 상기 센서(300)는 시야 내에서 반사율의 변화를 검출할 것이며, 웨이퍼가 웨이퍼 캐리어 밖으로 슬립되었는지 여부에 관해 연마기 제어 시스템으로 신호를 제공할 것이다. 블록(1106)에서 설정된 임계값을 넘어서는 반사율에 응답하여, 센서(300)에 의해 발생된 신호는 웨이퍼가 웨이퍼 캐리어 밖으로 슬립되었다는 것을 나타낼 것이다. 블록(1112)에서, 연마기 제어 시스템은, 임계값을 넘어서는 센서(300)로부터 수신된 신호에 응답하여, CMP 시스템의 관련된 요소들 및/또는 웨이퍼에 대한 손상을 방지하거나 최소화하기 위해 CMP 시스템의 관련된 요소들의 모든 동작(예컨대, 연마 패드, 플래튼, 및 웨이퍼 캐리어의 동작)을 즉시 정지시킬 것이다. 상기 센서(300)에 의해 측정된 반사율이 임계값을 넘어서지 않는 경우에는, 상기 센서는 CMP 공정이 완료될 때까지 블록(1110)에서 반사율의 측정을 계속할 것이다. 상기 방법(1100)은 블록(1114)에서 종료된다.
도 8의 방법에 대한 하나의 가능한 단점은, 패드의 유형(예컨대, 색상, 재료, 등), 연마 공정으로부터 초래된 연마 패드상에 폐수의 축적, 패드 표면상에 물, 화학물질, 및/또는 슬러리와 같은 유체의 존재 또는 부존재, 및/또는 패드의 표면 텍서처의 변화를 포함하는 몇몇의 변수들로 인해 연마 패드의 반사율이 시간이 흐르면서 변할 수 있다는 것이다.
웨이퍼의 반사율도, 상이한 웨이퍼 재료, 웨이퍼 상에 증착된 상이한 막, 웨이퍼 표면에 적용된 상이한 "상류" 공정들, 예컨대 산화, 연마, 그라인딩, 및 에칭, 및/또는 웨이퍼 표면상에 잔류하는 유체의 존재 또는 부존재를 포함하는 다른 변수들로 인해 시간이 흐르면서 변할 수 있다. 이러한 상류 공정들과 변수들은 센서 반사율과 하류 슬립 검출 정확도에 영향을 미칠 수 있다.
이러한 단점들로 인해, 연마 중 슬립된 웨이퍼를 검출하기 위한 더욱 신뢰성 있는 방법을 제공할 필요가 있다. 몇몇 실시예들에서, 웨이퍼 슬립을 검출하기 위한 더욱 신뢰성 있는 방법과 장치는 아래와 같이 그리고 도 9에 도시된 바와 같이 수행될 수 있다. 특히, 도 9는 웨이퍼 손실 또는 슬립을 검출하기 위한 다른 예시적인 방법(1200)을 도시한 흐름도이다.
상기 방법(1200)는 블록(1201)에서 시작한다. 블록(1202)에서, 상기 방법(1200)은, 센서(300)의 시야가 연마 중 실현된 정상-상태 조건(steady-state condition) 실질적으로 나타내는 조건들을 포함하도록, 연마 공정을 시작하는 것을 수반한다. 이러한 정상-상태 조건들은: 패드의 수명에 걸쳐, 그리고 하나의 패드로부터 다른 하나의 패드로, 변하거나 변하지 않을 수 있는 실제 패드(210) 색상; 패드 표면상에 임의의 유체(들), 예컨대 슬러리, 물 및/또는 화학물질(들)의 존재 또는 부존재; 및/또는 패드 표면 텍스처(texture)를 포함할 수 있다.
블록(1204)에서, 상기 방법(1200)은 정상-상태 조건들을 기다리는 것을 수반하며, 이는 패드/플래튼 회전, 웨이퍼/캐리어 회전, 웨이퍼와 리테이닝 링 압력, 및/또는 유체 흐름 중 하나 이상 또는 이들의 임의의 조합에 기초할 수 있다. 정상-상태 조건들이 수립된 때, 상기 방법(1200)은 블록(1206)을 계속할 수 있으며, 여기서 센서(300)는 정상-상태 조건들을 설정하도록 프로그래밍되거나 교정될 수 있다. 이는, 예를 들어, 실시간으로 백그라운드 레퍼런스(background reference)를 재프로그래밍 또는 재교정 가능하게 하는 상업적으로 "IO-링크"로 지칭되는 기술을 통해 수행될 수 있다.
블록(1208)에서, 상기 방법(1200)은, 센서(300)가 연마 공정의 나머지 중에 센서(300)의 시야 내의 조건들을 연속적으로 측정하고, 센서(300)로부터의 출력을 블록(1206)에서 결정된 프로그래밍 또는 교정된 정상-상태 조건들과 비교하는 것을 수반한다. 연마 중에 웨이퍼가 캐리어로부터 슬립된 경우에, 센서의 시야 내의 조건들은 일반적으로 프로그래밍/교정된 조건과 실질적으로 상이할 것이고, 따라서 다양한 조건들과 가변적인 상태들 하에서 이러한 조건을 신뢰성 있게 검출할 것이다. 따라서, 정상 상태 값들로부터 (예컨대, 임계값보다 더 크게) 벗어난 센서(300)로부터의 판독에 응답하여, 상기 방법(1200)은 블록(1210)을 진행하며, 이 블록(1210)에서 기판 및/또는 장비 손상을 방지하기 위해 CMP 시스템의 모든 동작은 정지된다. 정상 상태 값으로부터 편차가 없는 경우에, 상기 방법(1200)은 CMP 공정이 완료될 때까지 블록(1208)을 계속 유지한다.
상기 방법(1200)을 실행함으로써, 상기 센서(300)는 연마기 제어 시스템에 더욱 신뢰성 있는 신호를 제공할 수 있으며, 연마기 제어 시스템은 센서로부터 수신된 신호에 기초하여 웨이퍼, 연마 패드, 캐리어, 등에 대한 손상을 방지 또는 최소화하기 위해 블록(1210)에서 모든 동작을 즉시 정지할 수 있다. 더욱 신뢰성 있는 신호를 제공함으로써, 여기서 설명된 상기 방법들과 시스템들은, 다른 종래의 기술들에 대한 제한일 수 있는, 정상-상태가 달성되기 전에 일어날 수 있는 연마 조건들의 변화에 기인한 슬립의 잘못된 검출을 방지할 수 있다.
도 10은 웨이퍼 손실 또는 슬립을 검출하기 위한 또 다른 예시적인 방법(1300)을 도시한 흐름도이다.
상기 방법(1300)은 블록(1301)에서 시작된다. 블록(1302)에서, 상기 방법(1300)은 캐리어(250)를 플래튼(220) 상으로 하강시키고 CMP 연마 공정 중에 사용될 연마 파라미터들을 설정하는 것을 수반한다. 블록(1304)에서, 상기 방법(1300)은 기대되는 센서 값들의 세트(set)을 얻기 위해 설정된 시간의 길이에 걸쳐 센서 값들을 판독하는 것을 수반한다. 몇몇 구현예들에서, 상기 설정된 시간의 길이는 대략 5초일 수 있으나, 다른 실시예들에서, 설정된 시간의 길이는 더 길거나 더 짧을 수 있다. 상기 설정된 시간의 길이는 센서가 연마 중 센서에 의해 측정될 연마 패드의 각 부분을 보도록 허용할 수 있다. 기대되는 센서 값들은 센서가 CMP 공정의 과정에 걸쳐 판독할 것으로 기대될 수 있는 색상 변화의 범위에 대응될 수 있다. 따라서, 상기 시스템은 웨이퍼 슬립을 검출하기 위해 사용될 수 있는 기대되는 센서 값들을 "학습(learn)"할 수 있다.
블록(1306)에서, 상기 방법(1300)은 센서 출력의 모니터링을 시작하는 것을 수반한다. 몇몇 구현예들에서, 센서의 모니터링은 연마 레시피의 시작에 대응하여 시작될 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 웨이퍼 슬립 검출을 위한 센서의 연속적인 모니터링을 시작하기 위해 소프트웨어 내에 플래그(flag)를 설정할 수 있다. 상기 센서로부터 출력된 센서 값들은 웨이퍼가 슬립되었는지 여부를 결정하기 위해 모니터링될 수 있다. 블록(1308)에서, 상기 방법(1300)은 슬립 센서가 트리거 되었는지(triggered) 여부를 결정하는 것을 수반하며, 예를 들어, 상기 시스템은 현재의 센서 출력을 블록(1304)에서 획득된 기대되는 센서 값들과 비교할 수 있다. 현재의 센서 출력과 기대되는 센서 값들 사이의 차이가 임계값보다 더 큰 경우에, 상기 시스템은 웨이퍼는 슬립된 것으로 결정할 수 있으며, 상기 방법(1300)은 블록(1310)을 계속할 수 있다. 블록(1310)에서, 상기 방법(1300)은 CMP 시스템에 대한 손상을 방지하고 및/또는 웨이퍼 파손을 방지하기 위해 모든 동작을 정지시키는 것을 수반한다. 상기 방법(1300)은 블록(1312)에서 종료된다.
추가적으로, 다중-헤드 CMP 시스템, 궤도 CMP 시스템, 또는 다른 CMP 시스템을 포함하는, 다른 CMP 장비가 여기서 설명된 웨이퍼 슬립 검출 특징들을 구현할 수 있다.
상술한 실시예들에 많은 변형들과 수정들이 가해질 수 있으며, 그 요소들은 다른 가능한 예들 사이에 있는 것으로 이해된다. 이러한 모든 수정들과 변형들은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 전술한 설명은 특정 실시예들을 상세하게 설명하였다. 그러나, 전술한 것이 문맥에서 얼마나 상세하게 나타나 있더라도, 시스템과 방법은 많은 방식으로 실행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 위에서 진술된 바와 같이, 시스템과 방법의 특정 특징 또는 측면을 설명할 때 특정 용어의 사용은, 그 용어가 그 용어와 연관된 시스템과 방법의 특징들 또는 측면들의 임의의 특정 특성들을 포함하는 것으로 제한되도록 여기서 미리 정의된 것으로 암시하도록 사용된 것은 아니라는 것을 유의하여야 한다.
조건을 나타내는 언어, 예컨대, 무엇보다도, "할 수 있다(can, could, might, may)"는, 구체적으로 달리 진술되지 않았다면, 또는 사용된 문맥 내에서 다르게 이해되지 않는다면, 일반적으로 특정 실시예들이 어떤 특징들, 요소들, 및/또는 단계들을 포함하지만, 반면에 다른 실시예들은 포함하지 않는다는 의미를 전달하도록 의도된다. 따라서, 이러한 조건적 언어는 특징들, 요소들 및/또는 단계들이 하나 이상의 실시예에 대하여 임의의 방식으로 필요하다거나 또는 상기 특징들, 요소들 및/또는 단계들이 임의의 특정의 실시예에서 수행되거나 또는 포함되는지 여부를, 사용자의 입력 또는 유도 없이 또는 이에 의해, 결정하기 위한 로직을 포함한다는 의미를 나타내도록 일반적으로 의도되지 않는다.
접속어(conjunctive language), 예컨대, "X, Y, 및 Z 중 적어도 하나"라는 표현은, 구체적으로 달리 진술되지 않았다면, 문맥 내에서 일반적으로 항목, 용어, 등이 X, Y, 또는 Z 각각이거나 또는 이들의 조합이라는 의미를 전달하도록 사용된다. 예를 들어, "또는"이라는 용어는 (배타적인 의미가 아니라) 포함적 의미로 사용되는 바, 예를 들어, 요소들의 목록을 연결하기 위해 사용될 때, "또는" 이라는 용어는 목록 내의 요소들 중 하나, 일부, 또는 모두를 의미한다. 따라서, 이러한 접속어는 일반적으로 특정 실시예들이 X의 적어도 하나, Y의 적어도 하나, 및 Z의 적어도 하나가 각각 존재하는 것을 요구하는 의미를 나타내지 않는다.
여기서 사용되는 용어 "a"는 배타적인 해석보다는 포함적으로 해석되도록 주어졌다. 예를 들어, 구체적으로 언급되지 않은 경우에, "a"라는 용어는 "정확히 하나" 또는 "하나 및 오직 하나"를 의미하는 것으로 이해되지 않아야 하며; 대신에, "a"라는 용어는, 청구항 또는 명세서 어느 곳에서 "적어도 하나", "하나 이상", 또는 "다수의"와 같은 수량사의 사용에 관계 없이, 청구항들 또는 명세서의 어느 곳에서 사용되었든지 간에, "하나 이상" 또는 "적어도 하나"를 의미한다.
여기서 사용된 용어 "포함하는"은 배타적인 해석보다는 포함적으로 해석되도록 주어진 것이다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서들을 포함하는 일반적인 목적의 컴퓨터는 다른 컴퓨터 요소들을 배제하는 것으로 해석되어서는 안되며, 그 중에서도 메모리, 입력/출력 장치들, 및/또는 네트워크 인터페이스와 같은 요소들을 포함할 수 있다.
위에서 상세한 설명이 다양한 실시예들에 적용된 새로운 특징들을 도시하고, 설명하고, 지적하였지만, 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이 도시된 장치들 또는 공정들의 형태 또는 상세사항들에서 다양한 생략, 대체, 및 변경들이 만들어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 인식되는 바로서, 일부 특징들은 다른 것들과는 별개로 사용되거나 실행될 수 있기 때문에, 여기서 설명된 개시된 기술의 특정 실시예들은 여기서 제시된 특징들과 이익들 모두를 제공하지 않는 형태로 구현될 수 있다. 여기서 개시된 기술의 특정 측면들의 범위는 전술한 설명보다는 첨부된 청구항들에 의해 표현된다. 청구항들의 등가성의 의미와 범위 내에 들어오는 모든 변경들은 청구항들의 범위 내에 포함된다.

Claims (19)

  1. 화학 기계적 평탄화(CMP) 시스템으로서:
    기판을 유지하도록 구성된 캐리어(carrier);
    연마 패드를 지지하는 플래튼(palten);
    상기 연마 패드의 표면의 특성을 나타내는 신호를 발생시키도록 구성된 슬립 센서(slip sensor); 및
    프로세서;를 포함하며,
    상기 프로세서는:
    상기 슬립 센서로부터 신호를 수신하고,
    상기 CMP 시스템이 정상-상태 조건(steady-state condition)에 있을 때 신호의 정상-상태 값을 교정하며(calibrate),
    CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호를 교정된 정상-상태 값과 비교하고,
    교정된 정상-상태 값과의 사이에 임계값보다 더 큰 차이가 있는 CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호에 응답하여 웨이퍼 슬립(slip)을 검출하도록 구성되는, 화학 기계적 평탄화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬립 센서는 상기 연마 패드의 표면의 반사율을 측정하도록 구성된 광센서를 포함하는, 화학 기계적 평탄화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는, CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호에 기초하여 실시간으로 상기 정상-상태 값을 재교정하도록 더 구성되는, 화학 기계적 평탄화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 플래튼의 회전, 상기 캐리어의 회전, 상기 기판에 가해지는 압력, 상기 캐리어 내부에 상기 기판을 홀딩하도록 구성된 리테이닝 링(retaining ring)에 가해지는 압력, 및/또는 상기 연마 패드에 제공되는 유체 흐름의 속도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 CMP 시스템이 정상-상태 조건에 있다고 결정하도록 더 구성되는, 화학 기계적 평탄화 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 웨이퍼 슬립의 검출에 응답하여 상기 CMP 시스템의 구성요소들의 모든 동작을 정지시키도록 더 구성되는, 화학 기계적 평탄화 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정상-상태 값을 교정하는 것은 기대되는 슬립 센서 값들(expected slip sensor values)의 세트를 얻기 위해 설정된 시간의 길이 걸쳐 상기 슬립 센서로부터의 신호를 판독하는 것을 포함하는, 화학 기계적 평탄화 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 설정된 시간의 길이는 상기 슬립 센서가 CMP 연마 중에 상기 슬립 센서에 의해 측정될 상기 연마 패드의 각각의 부분을 측정할 수 있도록 하는, 화학 기계적 평탄화 시스템.
  8. 화학 기계적 평탄화(CMP) 연마 중에 웨이퍼 슬립을 검출하는 방법으로서:
    연마 패드를 포함하는 CMP 시스템의 슬립 센서로부터 신호를 수신하는 단계로서, 상기 슬립 센서는 상기 연마 패드의 표면의 특성을 나타내는 신호를 발생시키도록 구성되는, 단계;
    상기 CMP 시스템이 정상-상태 조건(steady-state condition)에 있을 때 상기 신호의 정상-상태 값을 교정하는 단계;
    CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호를 교정된 정상-상태 값과 비교하는 단계; 및
    교정된 정상-상태 값과의 사이에 임계값보다 더 큰 차이가 있는 CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호에 응답하여 웨이퍼 슬립(slip)을 검출하는 단계;를 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 슬립 센서는 상기 연마 패드의 표면의 반사율을 측정하도록 구성된 광센서를 포함하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호에 기초하여 실시간으로 상기 정상-상태 값을 재교정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    플래튼의 회전, 캐리어의 회전, 기판에 가해지는 압력, 상기 캐리어 내부에 상기 기판을 홀딩하도록 구성된 리테이닝 링(retaining ring)에 가해지는 압력, 및/또는 상기 연마 패드에 제공되는 유체 흐름의 속도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 CMP 시스템이 정상-상태 조건에 있다고 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    웨이퍼 슬립의 검출에 응답하여 상기 CMP 시스템의 구성요소들의 모든 동작을 정지시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 정상-상태 값을 교정하는 단계는, 기대되는 슬립 센서 값들의 세트를 얻기 위해 설정된 시간의 길이 걸쳐 상기 슬립 센서로부터의 신호를 판독하는 것을 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 설정된 시간의 길이는 상기 슬립 센서가 CMP 연마 중에 상기 슬립 센서에 의해 측정될 상기 연마 패드의 각각의 부분을 측정할 수 있도록 하는, 방법.
  15. 화학 기계적 평탄화(CMP) 시스템으로서:
    기판을 유지하도록 구성된 캐리어(carrier);
    연마 패드를 지지하는 플래튼(palten);
    상기 연마 패드의 표면의 특성을 나타내는 신호를 발생시키도록 구성된 슬립 센서(slip sensor); 및
    프로세서;를 포함하며,
    상기 프로세서는:
    상기 슬립 센서로부터 신호를 수신하고,
    설정된 시간의 길이에 걸쳐 기대되는 센서 값들의 세트를 얻으며,
    CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호를 상기 기대되는 센서 값들의 세트와 비교하고,
    상기 기대되는 센서 값들과의 사이에 임계값보다 더 큰 차이가 있는 CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호에 응답하여 웨이퍼 슬립(slip)을 검출하도록 구성되는, 화학 기계적 평탄화 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 슬립 센서는 상기 연마 패드의 표면의 반사율을 측정하도록 구성된 광센서를 포함하는, 화학 기계적 평탄화 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 프로세서는, CMP 연마 중에 상기 슬립 센서로부터 수신된 신호에 기초하여 실시간으로 정상-상태 값을 재교정하도록 더 구성되는, 화학 기계적 평탄화 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 프로세서는, 웨이퍼 슬립의 검출에 응답하여 상기 CMP 시스템의 구성요소들의 모든 동작을 정지시키도록 더 구성되는, 화학 기계적 평탄화 시스템.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 설정된 시간의 길이는 상기 슬립 센서가 CMP 연마 중에 상기 슬립 센서에 의해 측정될 상기 연마 패드의 각각의 부분을 측정할 수 있도록 하는, 화학 기계적 평탄화 시스템.
KR1020227006808A 2019-08-02 2020-07-29 가공대상물 연마 중 웨이퍼 슬립 검출의 인시츄 조절을 위한 방법 및 장치 KR20220042189A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962882417P 2019-08-02 2019-08-02
US62/882,417 2019-08-02
PCT/US2020/044109 WO2021025927A1 (en) 2019-08-02 2020-07-29 Method and apparatus for insitu adjustment of wafer slip detection during work piece polishing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220042189A true KR20220042189A (ko) 2022-04-04

Family

ID=74259862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227006808A KR20220042189A (ko) 2019-08-02 2020-07-29 가공대상물 연마 중 웨이퍼 슬립 검출의 인시츄 조절을 위한 방법 및 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11904431B2 (ko)
EP (1) EP4007676A4 (ko)
JP (1) JP2022542219A (ko)
KR (1) KR20220042189A (ko)
CN (1) CN114206551A (ko)
WO (1) WO2021025927A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11342210B2 (en) * 2018-09-04 2022-05-24 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for measuring wafer movement and placement using vibration data
JP7406980B2 (ja) * 2019-12-24 2023-12-28 株式会社荏原製作所 研磨ユニット、基板処理装置、および研磨方法
CN114833724B (zh) * 2022-05-26 2022-11-08 江阴嘉欧新材料有限公司 塑料抛光机械驱动系统
CN115157108A (zh) * 2022-06-22 2022-10-11 北京烁科精微电子装备有限公司 一种滑片监测系统及监测方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6116990A (en) * 1997-07-25 2000-09-12 Applied Materials, Inc. Adjustable low profile gimbal system for chemical mechanical polishing
US20050118839A1 (en) * 1999-04-23 2005-06-02 Industrial Technology Research Institute Chemical mechanical polish process control method using thermal imaging of polishing pad
WO2000071971A1 (en) 1999-05-24 2000-11-30 Luxtron Corporation Optical techniques for measuring layer thicknesses
US6796879B2 (en) 2002-01-12 2004-09-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Dual wafer-loss sensor and water-resistant sensor holder
US6991514B1 (en) * 2003-02-21 2006-01-31 Verity Instruments, Inc. Optical closed-loop control system for a CMP apparatus and method of manufacture thereof
JP4703141B2 (ja) 2004-07-22 2011-06-15 株式会社荏原製作所 研磨装置、基板処理装置、基板飛び出し検知方法
JP5080930B2 (ja) 2007-10-11 2012-11-21 株式会社東京精密 ウェーハ研磨装置
US8694144B2 (en) * 2010-08-30 2014-04-08 Applied Materials, Inc. Endpoint control of multiple substrates of varying thickness on the same platen in chemical mechanical polishing
JP6025055B2 (ja) * 2013-03-12 2016-11-16 株式会社荏原製作所 研磨パッドの表面性状測定方法
US9240042B2 (en) * 2013-10-24 2016-01-19 Globalfoundries Inc. Wafer slip detection during CMP processing
JP6546845B2 (ja) * 2015-12-18 2019-07-17 株式会社荏原製作所 研磨装置、制御方法及びプログラム
WO2018200165A1 (en) * 2017-04-26 2018-11-01 Axus Technology, Llc Cmp machine with improved throughput and process flexibility

Also Published As

Publication number Publication date
EP4007676A1 (en) 2022-06-08
US20210031331A1 (en) 2021-02-04
CN114206551A (zh) 2022-03-18
WO2021025927A1 (en) 2021-02-11
US11904431B2 (en) 2024-02-20
JP2022542219A (ja) 2022-09-30
EP4007676A4 (en) 2023-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20220042189A (ko) 가공대상물 연마 중 웨이퍼 슬립 검출의 인시츄 조절을 위한 방법 및 장치
US7314401B2 (en) Methods and systems for conditioning planarizing pads used in planarizing substrates
JP4762647B2 (ja) 研磨装置及び研磨方法
US8292691B2 (en) Use of pad conditioning in temperature controlled CMP
KR20200002826A (ko) 기판의 연마 장치
KR20180097136A (ko) 기판의 연마 장치 및 연마 방법
JP2007059828A (ja) 研磨方法及び研磨装置
JP2009129970A (ja) 研磨装置及び研磨方法
KR20190018602A (ko) 신규한 화학적 기계적 폴리싱 장치
TWI573660B (zh) 基板拋光模組以及基板拋光的方法
EP3234986B1 (en) Components for a chemical mechanical polishing tool
JP2018001325A (ja) ヘッド高さ調整装置およびヘッド高さ調整装置を備える基板処理装置
US10464184B2 (en) Modifying substrate thickness profiles
US7166015B2 (en) Apparatus and method for controlling fluid material composition on a polishing pad
US20080003931A1 (en) System and method for in-situ head rinse
CN112936089A (zh) 研磨机构、研磨头、研磨装置及研磨方法
JP2022545263A (ja) 化学機械研磨補正ツール
US20200055160A1 (en) Chemical mechanical polishing method and apparatus
US20220395956A1 (en) Method and apparatus for in-situ monitoring of chemical mechanical planarization (cmp) processes
Lee et al. A study on the characteristics of a wafer-polishing process according to machining conditions
CN118119480A (zh) 用于化学机械平坦化cmp工艺的原位监控的方法和装置
US20220359219A1 (en) Chemical Mechanical Polishing With Die-Based Modification
US20040214508A1 (en) Apparatus and method for controlling film thickness in a chemical mechanical planarization system
KR101098368B1 (ko) 기판 연마 장치 및 이를 이용한 기판 연마 방법
US11679468B2 (en) Chemical-mechanical polishing system and method