KR20230152727A

KR20230152727A - Cmp에서 온도로 제어되는 제거 속도

Info

Publication number: KR20230152727A
Application number: KR1020237033340A
Authority: KR
Inventors: 에카테리나 에이. 미카일리첸코; 크리스토퍼 흥-균 리; 아난드 엔. 아이어; 후이엔 트란; 패트릭 에이. 히가시
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2021-03-03
Filing date: 2022-02-22
Publication date: 2023-11-03
Also published as: WO2022187023A1; JP2024509159A; US20220281061A1; CN117279741A; US20220281070A1; TW202247945A

Abstract

기판으로부터 물질을 제거하기 위한 방법은, 연마 슬러리를 연마 패드 상에 분배하는 단계, 연마제에 대한 상대 전하의 표시를 저장하는 단계, 슬러리의 존재 하에 기판의 표면을 연마 패드에 접촉시키는 단계, 기판과 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성하는 단계, 기판에 대한 제거 속도를 측정하는 단계, 측정된 제거 속도를 목표 제거 속도와 비교하고 비교에 기초하여 제거 속도를 증가시킬지 감소시킬지 여부를 결정하는 단계, 연마제의 상대 전하의 표시 및 제거 속도를 증가시킬지 감소시킬지 여부에 기초하여 연마 패드와 기판 사이의 계면의 온도를 증가시킬지 감소시킬지 여부를 결정하는 단계, 및 제거 속도를 수정하기 위해 결정된 바와 같이 계면의 온도를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

CMP에서 온도로 제어되는 제거 속도

본 명세서는, 산화세륨 슬러리들을 사용하는 화학적 기계적 연마 응용들에 관한 것이다.

집적 회로는 전형적으로, 전도성, 반전도성, 또는 절연성 층들의 순차적 증착에 의해 규소 웨이퍼 상에 형성된다. 하나의 제조 단계는, 비평면 표면 위에 층을 증착시키고 그 층을 평탄화하는 것을 수반한다. 일부 응용들의 경우, 층은 패터닝된 하부 층의 최상부 표면이 노출될 때까지 평탄화된다. 다른 응용들의 경우, 층은 미리 결정된 두께가 하부 층 위에 남겨질 때까지 평탄화된다.

화학적 기계적 연마(CMP)는 평탄화의 하나의 수용된 방법이다. 이 평탄화 방법은 기판을 캐리어 헤드 상에 장착하고, 기판의 표면은 회전하는 연마 패드의 표면에 대하여 배치된다. 연마액, 예컨대, 연마 슬러리가 회전 연마 패드 상에 분배되고, 그에 의해 기판 상의 층을 기계적 및 화학적 수단을 통해 연마한다. 슬러리 내의 연마 입자들은 산화규소 및 산화세륨일 수 있다.

일 양상에서, 연마 방법은, 음으로 대전된 세리아 산화물을 함유하는 연마 슬러리를 연마 패드 상에 분배하는 단계, 슬러리의 존재 하에 기판의 표면을 연마 패드에 접촉시키는 단계, 기판의 표면을 연마하기 위해 기판과 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성하는 단계, 기판에 대한 제거 속도를 측정하는 단계, 측정된 제거 속도가 목표 제거 속도 미만인 것을 결정하는 단계, 및 측정된 제거 속도가 목표 제거 속도 미만인 것을 결정한 것에 응답하여, 연마 패드와 기판 사이의 계면의 온도를 감소시키는 단계를 포함한다.

다른 양상에서, 연마 방법은, 음으로 대전된 세리아 산화물을 함유하는 연마 슬러리를 연마 패드 상에 분배하는 단계, 슬러리의 존재 하에 기판의 표면을 연마 패드에 접촉시키는 단계, 기판의 표면을 연마하기 위해 기판과 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성하는 단계, 기판에 대한 제거 속도를 측정하는 단계, 측정된 제거 속도가 목표 제거 속도 초과인 것을 결정하는 단계, 및 측정된 제거 속도가 목표 제거 속도 초과인 것을 결정한 것에 응답하여, 연마 패드와 기판 사이의 계면의 온도를 증가시키는 단계를 포함한다. 연마제는 산화세륨 입자들을 포함할 수 있다.

다른 양상에서, 기판으로부터 물질을 제거하기 위한 방법은, 캐리어 액체 및 연마제를 포함하는 슬러리를 연마 패드의 표면 상에 분배하는 단계, 연마제에 대한 상대 전하의 표시를 저장하는 단계, 슬러리의 존재 하에 기판의 표면을 연마 패드에 접촉시키는 단계, 기판의 표면을 연마하기 위해 기판과 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성하는 단계, 기판에 대한 제거 속도를 측정하는 단계, 측정된 제거 속도를 목표 제거 속도와 비교하고 비교에 기초하여 제거 속도를 증가시킬지 감소시킬지 여부를 결정하는 단계, 연마제의 상대 전하의 표시 및 제거 속도를 증가시킬지 감소시킬지 여부에 기초하여 연마 패드와 기판 사이의 계면의 온도를 증가시킬지 감소시킬지 여부를 결정하는 단계, 및 제거 속도를 수정하기 위해 결정된 바와 같이 계면의 온도를 제어하는 단계를 포함한다.

다른 양상에서, 연마 방법은 연마 패드 상에 연마 슬러리를 분배함으로써 기판 상의 층을 연마하는 단계, 슬러리의 존재 하에 기판 상의 층의 표면을 연마 패드에 접촉시키는 단계, 및 기판과 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성하는 단계, 층의 연마의 초기 부분에 대해, 연마의 온도를 제1 온도 범위 내에 있도록 제어하는 단계, 종료점 시간 이전에 있는 온도 전이 시간을 획득하는 단계, 온도 전이 시간에 도달했다고 결정하면, 연마의 온도를 제1 온도 범위보다 낮은 더 낮은 제2 온도 범위 내에 있도록 낮추는 단계, 및 동일한 층의 연마의 후속 부분에 대해, 추정된 종료점 시간까지, 연마의 온도를 제2 온도 범위 내에 있도록 제어하는 단계를 포함한다.

다른 양상에서, 연마 방법은 연마 패드 상에 연마 슬러리를 분배함으로써 기판 상의 층을 연마하는 단계, 슬러리의 존재 하에 기판 상의 층의 표면을 연마 패드에 접촉시키는 단계, 및 기판과 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성하는 단계, 층의 연마의 초기 부분에 대해, 연마의 온도를 제1 온도 범위 내에 있도록 제어하는 단계, 종료점 시간 이전에 있는 온도 전이 시간을 결정하는 단계, 온도 전이 시간에 도달했다고 결정하면, 연마의 온도를 제1 온도 범위 내에 있도록 계속 유지하기 위해 기판에 대한 압력을 증가시키면서 냉각제 유동을 증가시키는 단계, 및 동일한 층의 연마의 후속 부분에 대해, 추정된 종료점 시간까지, 증가된 압력을 유지하고 연마의 온도를 제1 온도 범위 내에 있도록 제어하는 단계를 포함한다.

구현은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 냉각제 유체를 분배하는 것은 축소-확대 노즐을 통해 냉각제 유체를 분무하는 것을 포함할 수 있다. 제거 속도를 측정하는 것은, 연마 동안 인-시튜 광학 모니터링 시스템으로 기판을 모니터링하는 것을 포함할 수 있다. 기판의 표면은 산화물 층, 예를 들어, 산화규소를 포함할 수 있다. 계면의 온도를 제어하는 것은, 표시가 양으로 대전되는 경우 온도를 증가시킴으로써 연마 속도를 증가시키는 것, 표시가 음으로 대전되는 경우 온도를 감소시킴으로써 연마 속도를 증가시키는 것, 표시가 양으로 대전되는 경우 온도를 감소시킴으로써 연마 속도를 감소시키는 것, 또는 표시가 음으로 대전되는 경우 온도를 증가시킴으로써 연마 속도를 감소시키는 것을 포함할 수 있다.

장점들은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. CMP 시스템은 고객 생산 요구들에 부합하도록 높은 연마 속도를 달성할 수 있다. 본원에 설명된 방법은 각각의 기판을 연마하는 데 필요한 시간을 더 감소시킴으로써 시스템의 처리량을 개선한다. 이는 기판 출력의 증가, 및 기판당 소모성 물질 비용의 감소로 이어진다. 대전된 세리아 응용들과 함께 CMP 프로세스 온도들의 최적화는 또한, 증가된 연마 패드 수명을 허용하고, 고객들에 대한 비용들을 감소시킨다.

하나 이상의 실시예의 세부사항들이 이하의 설명 및 첨부 도면들에 제시된다. 다른 특징들, 양상들 및 장점들은 설명, 도면들 및 청구항들로부터 명백해질 것이다.

도 1은 화학적 기계적 연마 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 2는 연마 방법의 흐름도이다.
도 3은 연마 방법의 다른 구현의 흐름도이다.
도 4는 연마 방법의 또 다른 구현의 흐름도이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 번호들 및 명칭들은 유사한 요소들을 나타낸다.

CMP 프로세스의 물질 제거 속도는 연마재 및 연마 유체의 다른 성분들의 선택, 기판에 가해지는 압력, 연마 패드와 기판 사이의 상대 속도, 및 기판과 연마 패드 사이의 계면에서의 온도에 의존한다. 종래에는, 화학적 반응성 프로세스들, 예를 들어, 연마 프로세스는 온도에 따라 증가한다. 따라서, 온도를 증가시키는 것은 제거 속도를 증가시키기 위한 하나의 기법일 수 있다.

그러나, 연마 속도의 온도에 대한 실제 의존성은 연마 패드에 대한 온도의 영향, 예를 들어, 연마 패드의 탄성 계수와, 온도에 의해 유도되는 반응 속도들 사이의 더 복잡한 상호작용일 수 있다. 더욱이, 일부 연마 프로세스들의 경우, 연마 입자들의 정전위는 이러한 상호작용에서의 성분이다.

산화세륨(예를 들어, 세리아)은 일부 연마 프로세스들을 위한 연마액 내의 연마 물질이다. 연마액에서, 연마 세리아 입자들의 표면은 연마 입자들의 표면 상에서 양의 정전위, 음의 정전위, 또는 무시할만한 정전위를 가질 수 있다. 이러한 전위는 합성 기법들에 의존할 수 있다. 세리아 입자들을 갖는 연마액들을 사용하는 연마 프로세스들은, 슬러리의 입자들의 표면에서의 양 전위 또는 음 전위에 따라 상이하게 온도에 응답하는 연마 속도를 보여준다.

본 출원은 연마 입자들의 전하 특성들에 기초하여 온도 제어를 수행하기 위한 기법들을 설명한다. CMP 시스템은 기판과 연마 패드의 계면에서의 온도를 제어하기 위해 가열기 또는 냉각기를 포함한다. 연마 프로세스의 온도를 변경함으로써, 물질 제거 속도는, 슬러리에 현탁된 세리아의 표면 전하에 따라 증가하거나 감소한다. 음으로 대전된 세리아 슬러리들의 경우, 냉각은 연마 속도를 증가시키고 토포그래피를 개선할 수 있다. 임의의 특정 이론에 제한되지 않고, 음으로 대전된 세리아를 사용한 냉각은, 패드의 최상부 표면의 돌기 구조를 수정하고 경도를 증가시킴으로써 물질 제거 속도를 개선할 수 있다. 일부 양으로 대전된 세리아 슬러리들의 경우, 가열과 냉각의 조합은, 연마 프로세스의 시작에서 가열함으로써 연마 속도를 개선할 수 있고 연마 종료점 근처에서 냉각하는 것이 토포그래피를 개선할 수 있다. 다른 양으로 대전된 세리아 슬러리들의 경우, 증가된 압력과 냉각의 조합이 연마 속도를 개선하는 데 사용되는데; 증가된 압력은 연마 속도를 증가시키고 냉각은 패드 과열을 방지하고 토포그래피를 유지한다.

도 1은 연마 시스템(20)의 예를 예시한다. 연마 시스템(20)은 회전가능한 디스크-형상 플래튼(22)을 포함할 수 있고, 이 플래튼 상에 연마 패드(30)가 위치된다. 플래튼은 축(23)을 중심으로 회전하도록 작동가능하다. 예를 들어, 모터(24)는 플래튼(22)을 회전시키기 위해 구동 샤프트(26)를 회전시킬 수 있다. 연마 패드(30)는, 예를 들어, 접착제의 층에 의해 플래튼(22)에 탈착가능하게 고정될 수 있다. 연마 패드(30)는 외측 연마 층(32) 및 더 연질의 후면 층(34)을 갖는 2층 연마 패드일 수 있다.

연마 시스템(20)은, 연마액(42), 예컨대, 연마 슬러리를 연마 패드(30) 상에 분배하기 위해 연마액 공급 포트(40)를 포함할 수 있다. 연마 시스템(20)은 또한, 연마 패드(30)를 일관된 연마 상태로 유지하기 위해 연마 패드(30)를 연마하기 위한 연마 패드 컨디셔너를 포함할 수 있다.

캐리어 헤드(50)는 연마 패드(30)에 대해 기판(10)을 유지하도록 작동가능하다. 각각의 캐리어 헤드(50)는 또한, 복수의 독립적으로 제어가능한 가압가능 챔버들, 예를 들어, 3개의 챔버들(52a-52c)을 포함하며, 이 챔버들은 독립적으로 제어가능한 압력들을 기판(10) 상의 연관된 구역들에 인가할 수 있다. 챔버들(52a-52c)은 기판(10)이 장착되는 바닥 표면을 갖는 가요성 멤브레인(54)에 의해 한정될 수 있다. 캐리어 헤드(50)는 또한, 가요성 멤브레인(54) 아래에 기판(10)을 유지하기 위해 리테이닝 링(56)을 포함할 수 있다. 예시의 편의를 위해, 도 1 및 2에 단지 3개의 챔버들만이 예시되어 있지만, 2개의 챔버들, 또는 4개 이상의 챔버들, 예를 들어, 5개의 챔버들이 있을 수 있다. 추가적으로, 기판에 가해지는 압력을 조정하기 위한 다른 메커니즘들, 예를 들어, 압전 액추에이터들이 캐리어 헤드(50)에 사용될 수 있다.

각각의 캐리어 헤드(50)는 지지 구조(60), 예를 들어, 캐러셀 또는 트랙으로부터 매달리며, 캐리어 헤드가 축(51)을 중심으로 회전할 수 있도록, 구동 샤프트(62)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(64)에 연결된다. 선택적으로, 각각의 캐리어 헤드(50)는, 캐러셀 자체의 회전 진동에 의해; 또는 트랙 또는 그를 따른 움직임에 의해, 예를 들어, 캐러셀 상의 슬라이더들 상에서 측방향으로 진동할 수 있다. 작동 시에, 플래튼(22)은 플래튼의 중심 축(23)을 중심으로 회전되며, 캐리어 헤드(50)는 캐리어 헤드의 중심 축(51)을 중심으로 회전되고, 연마 패드(30)의 최상부 표면에 걸쳐 측방향으로 병진된다.

연마 시스템은 또한, 연마 파라미터들, 예를 들어, 챔버들(52a-52c) 중 하나 이상에서의 인가된 압력을 제어하는 데에 사용될 수 있는 인-시튜 모니터링 시스템(70)을 포함한다. 인-시튜 모니터링 시스템(70)은, 특히, 기판 상의 산화물 층들의 연마를 위한 광학 모니터링 시스템, 예를 들어, 분광 모니터링 시스템일 수 있다. 대안적으로, 인-시튜 모니터링 시스템(70)은, 특히, 기판 상의 금속 층들의 연마를 위한 와전류 모니터링 시스템일 수 있다.

광학 모니터링 시스템으로서, 인-시튜 모니터링 시스템(70)은 광원(72), 광 검출기(74), 및 제어기(90), 예를 들어, 컴퓨터와 광원(72) 및 광 검출기(74) 사이의 신호들을 전송 및 수신하기 위한 회로(76)를 포함할 수 있다. 광원(72)으로부터의 광을 연마 패드(30)의 윈도우(36)로 보내고, 기판(10)으로부터 반사된 광을 검출기(74)로 보내기 위해 하나 이상의 광섬유(78)가 사용될 수 있다. 분광 시스템으로서, 광원(72)은 백색 광을 방출하도록 작동가능할 수 있고, 검출기(74)는 분광계일 수 있다. 측정된 스펙트럼은 구역들 각각에서 연마되고 있는 층의 두께를 나타내는 특징 값으로 변환될 수 있다.

회로(76)의 출력은, 구동 샤프트(26)의 로터리 커플러(28), 예를 들어, 슬립 링을 통해 제어기(90)에 전달되는 디지털 전자 신호일 수 있다. 대안적으로, 회로(76)는 무선 신호에 의해 제어기(90)와 통신할 수 있다. 제어기(90)는 마이크로프로세서, 메모리 및 입력/출력 회로를 포함하는 컴퓨팅 디바이스, 예를 들어, 프로그램가능 컴퓨터일 수 있다. 단일 블록으로 예시되었지만, 제어기(90)는, 기능들이 다수의 컴퓨터들에 걸쳐 분산된 네트워킹된 시스템일 수 있다.

연마 시스템(20)은, 연마 프로세스의 온도, 예를 들어, 연마 패드(30) 및/또는 연마 패드 상의 연마액(42) 또는 기판의 온도를 모니터링하기 위한 온도 센서(80)를 포함한다. 예를 들어, 온도 센서(80)는 연마 패드(30) 위에 위치되고 연마 패드(30) 및/또는 연마 패드 상의 연마액(42)의 온도를 측정하도록 구성된 적외선(IR) 센서, 예를 들어, IR 카메라일 수 있다. 특히, 온도 센서(64)는 방사상 온도 프로파일을 생성하기 위해 연마 패드(30)의 반경을 따라 다수의 지점들에서 온도를 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, IR 카메라는 연마 패드(30)의 반경에 걸쳐 있는 관측시야를 가질 수 있다.

일부 구현들에서, 온도 센서는 비접촉 센서보다는 접촉 센서이다. 예를 들어, 온도 센서(64)는 플래튼(24) 상에 또는 플래튼에 위치된 열전대 또는 IR 온도계일 수 있다. 추가적으로, 온도 센서(64)는 연마 패드와 직접 접촉할 수 있다.

일부 구현들에서, 다수의 온도 센서들은 연마 패드(30)의 반경을 따라 다수의 지점들에서의 온도를 제공하기 위해 연마 패드(30)에 걸쳐 상이한 방사상 위치들에 이격될 수 있다. 이 기법은 IR 카메라의 대안으로 또는 그에 추가하여 사용될 수 있다.

연마 패드(30) 및/또는 패드(30) 상의 연마액(42)의 온도를 모니터링하도록 위치된 것으로 도 1에 예시되지만, 온도 센서(64)는 기판(10)의 온도를 측정하기 위해 캐리어 헤드(50) 내부에 위치될 수 있다. 온도 센서(64)는 기판(10)의 반도체 웨이퍼와 직접 접촉(즉, 접촉 센서)할 수 있다. 일부 구현들에서, 예를 들어, 상이한 구성요소들의 온도들을 측정하기 위해, 다수의 온도 센서들이 연마 시스템(20)에 포함된다.

연마 시스템(20)은 또한, 연마 패드(30) 및/또는 연마 패드 상의 연마액(42)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 시스템(100)을 포함한다. 온도 제어 시스템(100)은 냉각 시스템 및/또는 가열 시스템을 포함한다. 일부 구현들에서 냉각 시스템 및/또는 가열 시스템 양쪽 모두는, 온도 제어식 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.

도 1에 도시된 바와 같이, 예시적인 온도 제어 시스템(100)은 플래튼(22) 및 연마 패드(30) 위로 연장되는 암(110)을 포함한다. 암(110)으로부터 다수의 노즐들(120)이 매달리고, 각각의 노즐(120)은 온도 제어 유체를 연마 패드 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, 예를 들어, 제어기(12)를 사용하여 각각의 노즐(120)을 통한 유체 유동을 시작하고 정지시키도록 구성될 수 있다. 각각의 노즐(120)은 분무(122) 형태의 에어로졸화된 물을 연마 패드(30)를 향해 지향시키도록 구성될 수 있다.

냉각 시스템으로서 작동하기 위해, 온도 제어 유체는 냉각제이다. 냉각제는 가스, 예를 들어, 공기, 또는 액체, 예를 들어, 물이다. 냉각제는 실온일 수 있거나 실온 미만, 예를 들어, 5-15 ℃로 냉각될 수 있다. 일부 구현들에서, 냉각 시스템은 공기 및 액체의 분무, 예를 들어, 액체, 예를 들어, 물의 에어로졸화된 분무를 사용한다. 특히, 냉각 시스템은, 실온 미만으로 냉각되는 물의 에어로졸화된 분무를 생성하는 노즐들을 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 고체 물질이 가스 및/또는 액체와 혼합될 수 있다. 고체 물질은 냉각된 물질, 예를 들어, 얼음, 또는, 물에 용해될 때, 예를 들어, 화학 반응에 의해 열을 흡수하는 물질일 수 있다. 분배될 때, 이 냉각제는 실온 미만, 예를 들어, -100 내지 20 ℃, 예를 들어, 0 ℃ 미만일 수 있다.

가열 시스템으로서 작동하기 위해, 온도 제어 유체는 가열된 유체이다. 가열 유체는 가스, 예를 들어, 수증기 또는 가열된 공기, 또는 액체, 예를 들어, 가열된 물, 또는 가스와 액체의 조합일 수 있다. 가열 유체는 실온 초과의 온도, 예를 들어, 40-120 ℃, 예를 들어, 90-110 ℃이다. 유체는 물, 예컨대, 실질적으로 순수한 탈이온수, 또는 첨가제들 또는 화학물질들을 포함하는 물일 수 있다. 일부 구현들에서, 가열 시스템은 수증기의 분무를 사용한다. 수증기는 첨가제들 또는 화학물질들을 포함할 수 있다.

온도 제어 시스템(100)은, 냉각제 또는 가열 유체를 분배하기 위한 단일 암, 또는 냉각제 및 가열 유체를 각각 분배하기 위한 2개의 전용 암들을 포함할 수 있다.

대안적으로 또는 그에 추가적으로, 연마 프로세스의 온도를 제어하기 위해, 온도 제어 시스템(100)은 다른 기법들을 사용할 수 있다. 예를 들어, 연마액(42)이 분배되기 전에 연마액(42)의 온도를 상승 또는 하강시키기 위해, 가열된 또는 냉각된 유체, 예를 들어, 수증기 또는 냉수가 연마액(42)(예를 들어, 슬러리) 내에 주입될 수 있다. 다른 예로서, 저항성 가열기들이, 연마 패드(30)를 가열하기 위해 플래튼(22)에 지지될 수 있고/거나 기판(10)을 가열하기 위해 캐리어 헤드(50)에 지지될 수 있다.

층의 연마 동안 슬러리 및 연마 패드의 온도를 완화하는 것은, 전하 운반 연마재들, 예컨대, 산화세륨 간의 증가된 상호작용을 허용한다. 온도 제어를 사용함으로써, 연마 패드의 물리적 파라미터들을 변조하는 것뿐만 아니라, 대전된 세리아와 필러 층 사이의 화학적 상호작용 특징들을 변경하는 것 둘 다에 의해, 물질 제거 속도가 유익하게 증가될 수 있다.

일부 구현들에서, 온도 센서는, 연마 프로세스의, 예를 들어, 연마 패드의 또는 기판 또는 연마 패드 상의 연마액의 온도를 측정하고, 제어기(90)는, 연마 프로세스를 원하는 온도로 유지하기 위해, 온도 제어 시스템, 예를 들어, 상대적인 가열 유체 또는 냉각제의 온도 또는 유량을 제어하기 위한 폐쇄 루프 제어 알고리즘을 실행한다.

일부 구현들에서, 인-시튜 모니터링 시스템은 기판에 대한 연마 속도를 측정하고, 제어기(90)는, 연마 속도를 원하는 속도로 유지하기 위해, 온도 제어 시스템, 예를 들어, 상대적인 가열 유체 또는 냉각제의 온도 또는 유량을 제어하기 위한 폐쇄 루프 제어 알고리즘을 실행한다.

도 2는 이러한 기법을 수행하기 위한 방법을 예시하며, 이는 대전된 세리아 슬러리들에 적용가능하다. 선택적으로, 제어기(90)는, 사용되고 있는 슬러리가, 음으로 대전된 연마 세리아 입자들을 함유하는지 또는 양으로 대전된 연마 세리아 입자들을 함유하는지 여부의 표시를 저장한다(202). 연마 패드 상에 분배된 연마 세리아 입자들을 갖는 슬러리와 함께 연마가 수행된다(204). 제어기(90)는, 원하는 온도 또는 온도 범위를, 예를 들어, 연마 레시피의 일부로서 저장할 수 있다. 따라서, 연마 동안, 제어기(90)는, 예를 들어, 개방 루프 또는 폐쇄 루프 알고리즘을 사용하여, 연마 프로세스의 온도를 원하는 온도 또는 온도 범위로 유지하도록 작동할 수 있다(206). 연마 동안, 연마 프로세스는 인-시튜 모니터링 시스템에 의해 모니터링되고, 제거 속도는 취득된 데이터로부터 계산된다(208). 다양한 원인들로 인해, 제거 속도는 원하는 연마 속도로부터 벗어날 수 있다(210). 예를 들어, 제어기(90)는, 제거 속도가 목표 연마 속도로부터 임계량을 초과하여 변하는지 여부를 검출할 수 있다. 이것이 발생하는 경우, 제어기(90)는, 온도 제어 시스템으로 하여금, 제거 속도를 보상하고 원하는 연마 속도로 다시 향하게 하기 위해 프로세스 온도를 수정하게 할 수 있다. 그러나, 어떤 작동이 취해져야 하는지는 연마 세리아 입자들의 전하에 의존할 수 있다.

특히, 표 1을 참조하면, 음으로 대전된 연마 세리아 입자 슬러리의 경우, 제거 속도가, 원하는 연마 속도보다 낮으면, 온도는 연마 속도를 증가시키기 위해 낮춰질 수 있는 반면, 아래에, 제거 속도가, 원하는 연마 속도보다 높으면, 온도는 연마 속도를 감소시키기 위해 상승될 수 있다. 대조적으로, 양으로 대전된 연마 세리아 입자 슬러리의 경우, 제거 속도가, 원하는 연마 속도보다 낮으면, 온도는 연마 속도를 증가시키기 위해 상승될 수 있는 반면, 아래에, 제거 속도가, 원하는 연마 속도보다 높으면, 온도는 연마 속도를 감소시키기 위해 낮춰질 수 있다.

	음으로 대전됨	양으로 대전됨
과소연마됨 (연마 속도가 너무 낮음)	온도를 감소시킴	온도를 증가시킴
과다연마됨 (연마 속도가 너무 높음)	온도를 증가시킴	온도를 감소시킴

이러한 데이터는, 제거 속도가, 원하는 연마 속도로부터 벗어나는 경우 온도를 어떻게 조정할지를 결정하기 위해, 예를 들어, 제어 논리 또는 순람표로서 제어기(90)에 의해 저장되고 액세스될 수 있다(212). 대안적으로, 온도를 증가시킬지 감소시킬지 여부에 대한 판정 프로세스가, 제어기에 의해 로딩되는, 특정 슬러리와 연관된 프로세스 레시피에 내장될 수 있다.

그 다음, 제어기(90)는, 프로세스 온도, 예를 들어, 패드 온도를 수정하기 위해 온도 제어 시스템으로 하여금, 예를 들어, 온도 제어 유체의 유량 및/또는 온도를 증가시키거나 감소시킴으로써 온도를 수정하게 한다(214).

처리 온도를 증가시키는 것과 관련하여, 최대의 바람직한 온도는 연마 패드에 대한 유리 전이 온도에 의존한다. 패드가 지나치게 뜨거워지는 경우, 이는 지나치게 점탄성이 될 수 있고, 연마 프로세스는 예상대로 진행되지 않을 수 있는데, 예를 들어, 연마 속도가 떨어질 수 있거나 결함들이 증가할 수 있다. 일반적으로, 제어기는 연마 층의 (0 ℃에 비해) 융점의 2/3 미만의 온도를 유지하도록 구성될 수 있다.

연마 속도의 온도에 대한 의존성에 대한 정전하의 영향의 문제와 별개로, 많은 연마 응용들의 경우, 과다연마를 회피하고 불균일성을 감소시키기 위해, 연마 프로세스가 연마 종료점에 접근함에 따라 연마 속도를 감소시키는 것이 유용하다. 한편, 두꺼운 층들의 벌크 연마 동안 연마 속도를 높게 유지하는 것이 유익하다. 연마 속도를 감소시키는 제안된 하나의 접근법은 기판에 대한 압력을 감소시키는 것이다. 그러나, 이는, 예컨대, 깨지기 쉬운 층들의 연마를 위해, 예를 들어, 캐리어 헤드가 낮은 인가 압력으로 이미 작동하고 있는 일부 응용들에서는 실용적이지 않을 수 있다.

연마 종료점 근처에서의 인가 압력의 감소 대신에 또는 그에 추가하여 사용될 수 있는 접근법은 연마 속도를 감소시키기 위해 프로세스 온도를 수정하는 것이다. 예를 들어, 전통적인 실리카 슬러리들 또는 양으로 대전된 세리아 슬러리들의 경우, 연마 속도를 감소시키기 위해 연마 종료점 이전에 온도가 감소될 수 있다.

도 3은 이러한 기법을 수행하기 위한 방법을 예시한다. 층의 연마의 초기 부분에 대하여, 연마 프로세스의 온도는 제1 온도 범위 내에 있도록 제어된다(302). 초기 부분은 연마 프로세스의 시작으로부터 이어질 수 있다.

제어는, 센서(60)로부터 온도 측정들을 수신하고 온도 제어 시스템(100)의 작동을 조정하는 피드백 루프를 사용하여 제어기(90)에 의해 수행될 수 있다. 특정 위치에서의 연마 패드의, 또는 슬러리의, 또는 기판의 온도는 연마 프로세스의 온도에 대한 대역일 수 있다는 점이 이해될 수 있다.

연마 시작 이전 또는 이후에, 예상 종료점 시간 이전에 있는 온도 전이 시간이 결정된다(304). 온도 전이 시간은 레시피에 기초한 미리 설정된 값일 수 있고; 이러한 경우에, 온도 전이 시간은 연마가 시작되기 전에 사용자에 의해 결정될 수 있다. 대안적으로, 연마 프로세스는 인-시튜 모니터링 시스템에 의해 모니터링될 수 있다. 인-시튜 모니터링 시스템은 기판의 측정된 연마 속도에 기초하여 추정된 종료점 시간을 예상할 수 있고, 전이 시간은 추정된 종료점 시간에 기초하여 계산될 수 있는데, 예를 들어, 미리 설정된 시간, 예를 들어, 10초, 또는, 예를 들어, 추정된 종료점 시간 이전의, 전체 연마 시간의 백분율, 예를 들어, 5-10%일 수 있다.

일단 온도 전이 시간에 도달하면, 제어기(90)는, 온도 제어 시스템으로 하여금, 연마의 온도를, 제1 온도 범위보다 낮은 더 낮은 제2 온도 범위 내에 있도록 낮추게 한다(306). 더 낮은 제2 온도 범위는 제1 온도 범위와 겹치지 않을 수 있거나, 제1 온도 범위의 25% 이하와 겹칠 수 있다. 제2 온도 범위의 중간점은 제1 온도 범위의 중간점보다 20-40 ℃ 더 낮을 수 있다. 일부 실시예들에서, 연마 표면(36)의 온도는 30 ℃ 이하, 예를 들어, 20 ℃ 이하로 낮춰질 수 있다.

일단 연마 프로세스의 온도가 제2 온도 범위에 도달하면, 동일한 층의 연마 프로세스의 후속 부분에 대해, 제어기(90)는 온도 제어 시스템(100)으로 하여금 연마 프로세스의 온도를 제2 온도 범위 내에 유지하게 한다(308). 연마 프로세스의 후속 부분은 층에 대해 추정된 종료점 시간까지 지속될 수 있다.

연마 종료점 근처에서 인가 압력을 감소시키는 대신에 사용될 수 있는 다른 접근법은, 불균일성을 감소시키기 위해 기판에 대한 압력을 증가시키면서 또한, 온도 제어 시스템이, 원하는 온도를 유지하도록 온도 제어 유동을 증가시키는 것이다. 예를 들어, 전통적인 실리카 슬러리들 또는 양으로 대전된 세리아 슬러리들의 경우에, 연마 속도를 희생시키지 않고서 더 높은 불균일성을 달성하기 위해 연마 종료점 이전에 냉각제의 유량이 증가될 수 있고, 기판에 대한 압력 및/또는 플래튼의 회전 속도가 증가될 수 있다.

도 4는 이러한 기법을 수행하기 위한 방법을 예시한다. 층의 연마의 초기 부분에 대하여, 연마 프로세스의 온도는 제1 온도 범위 내에 있도록 제어된다(402). 연마 시작 이전 또는 이후에, 예상 종료점 시간 이전에 있는 온도 전이 시간이 결정된다(404). 이러한 2개의 단계들은 단계(302 및 304)에 대해 위에서 논의된 바와 같이 수행될 수 있다.

일단 온도 전이 시간에 도달하면, 제어기(90)는, 기판에 대한 압력을 증가시키기 위해 캐리어 헤드(50)의 하나 이상의 챔버에서의 압력을 조정한다(406). 이와 함께, 제어기(90)는, 온도가 제1 온도 범위 내에서 유지되도록, 온도 제어 시스템으로 하여금, 실리카 슬러리들 또는 양으로 대전된 세리아 슬러리들에 대한 온도 제어 유체, 예를 들어, 냉각제의 유량을 증가시키게 한다(408). 연마 프로세스의 후속 부분은 층에 대해 추정된 종료점 시간까지 지속될 수 있다.

더 일반적으로, 전통적인 실리카 슬러리들 또는 양으로 대전된 세리아 슬러리들의 경우, 연마 속도를 최대화하기 위해, 연마 패드의 점탄성으로 인해 연마가 열화되기 전에 가능한 최대 온도로 연마 프로세스를 실행하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 기판과 연마 패드 사이의 마찰로 인해 온도가 상승하게 하기보다는, 온도는 온도 제어 시스템에 의해 연마 프로세스의 시작 시 원하는 온도로 유도될 수 있다. 그 다음, 온도는 원하는 온도 범위 내에서, 예를 들어, 연마 층의 (0 ℃에 비해) 융점의 약 50-66%의 온도로 유지될 수 있다.

본 명세서가 많은 특정 구현 상세들을 포함하지만, 이들은 임의의 발명의 범위에 대한 또는 청구될 수 있는 대상의 범위에 대한 제한들로서 해석되어서는 안 되며, 오히려 특정 발명들의 특정 실시예들에 대해 특정할 수 있는 특징들의 설명들로서 해석되어야 한다. 본 명세서에 별개의 실시예들의 맥락으로 설명된 특정한 특징들은 또한, 조합되어 단일 실시예로 구현될 수 있다. 반대로, 단일 실시예의 맥락으로 설명된 다양한 특징들이 또한, 다수의 실시예들에서 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위조합으로 구현될 수 있다. 게다가, 특징들이 특정 조합들에서 작용하는 것으로 위에서 설명될 수 있고 심지어 그렇게 처음에 청구될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징은, 일부 경우들에서, 조합으로부터 삭제될 수 있고, 청구된 조합은 하위조합 또는 하위조합의 변동에 관한 것일 수 있다.

유사하게, 작동들이 특정 순서로 도면들에 도시되고 청구항들에 열거되지만, 이는, 바람직한 결과들을 달성하기 위해, 그러한 작동들이 도시된 특정 순서로 또는 순차적인 순서로 수행되거나, 모든 예시된 작동들이 수행되는 것을 요구하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

본 주제의 특정 실시예들이 설명되었다. 다른 실시예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다. 예를 들어, 청구항들에 기재된 작동들은 상이한 순서로 수행될 수 있고, 바람직한 결과들을 여전히 달성할 수 있다. 일 예로서, 첨부 도면들에 도시된 프로세스들은, 바람직한 결과들을 달성하기 위해, 도시된 특정 순서, 또는 순차적인 순서를 반드시 필요로 하는 것은 아니다.

Claims

연마 방법으로서,
음으로 대전된 세리아 산화물을 함유하는 연마 슬러리를 연마 패드 상에 분배하는 단계;
상기 슬러리의 존재 하에 기판의 표면을 상기 연마 패드에 접촉시키는 단계;
상기 기판의 표면을 연마하기 위해 상기 기판과 상기 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성하는 단계;
상기 기판에 대한 제거 속도를 측정하는 단계;
상기 측정된 제거 속도가 목표 제거 속도 미만인 것을 결정하는 단계; 및
상기 측정된 제거 속도가 상기 목표 제거 속도 미만인 것을 결정한 것에 응답하여, 상기 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면의 온도를 감소시키는 단계
를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 온도를 감소시키는 단계는, 상기 연마 패드 상에 냉각제 유체를 분배하는 단계를 포함하는, 방법.
제2항에 있어서,
상기 냉각제 유체는 20 ℃ 미만으로 냉각된 탈이온수인, 방법.
연마 방법으로서,
음으로 대전된 세리아 산화물을 함유하는 연마 슬러리를 연마 패드 상에 분배하는 단계;
상기 슬러리의 존재 하에 기판의 표면을 상기 연마 패드에 접촉시키는 단계;
상기 기판의 표면을 연마하기 위해 상기 기판과 상기 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성하는 단계;
상기 기판에 대한 제거 속도를 측정하는 단계;
상기 측정된 제거 속도가 목표 제거 속도 초과인 것을 결정하는 단계; 및
상기 측정된 제거 속도가 상기 목표 제거 속도 초과인 것을 결정한 것에 응답하여, 상기 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면의 온도를 증가시키는 단계
를 포함하는, 방법.
제4항에 있어서,
상기 온도를 증가시키는 단계는, 상기 연마 패드 상에 가열 유체를 분배하는 단계를 포함하는, 방법.
제5항에 있어서,
상기 가열 유체를 분배하는 단계는 수증기를 분무하는 단계를 포함하는, 방법.
기판으로부터 물질을 제거하기 위한 방법으로서,
슬러리를 연마 패드의 표면 상에 분배하는 단계 - 상기 슬러리는 캐리어 액체 및 연마제를 포함함 -;
상기 연마제에 대한 상대 전하의 표시를 저장하는 단계;
상기 슬러리의 존재 하에 기판의 표면을 상기 연마 패드에 접촉시키는 단계;
상기 기판의 표면을 연마하기 위해 상기 기판과 상기 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성하는 단계;
상기 기판에 대한 제거 속도를 측정하는 단계;
상기 측정된 제거 속도를 목표 제거 속도와 비교하고 상기 비교에 기초하여 상기 제거 속도를 증가시킬지 감소시킬지 여부를 결정하는 단계;
상기 연마제의 상대 전하의 표시 및 상기 제거 속도를 증가시킬지 감소시킬지 여부에 기초하여 상기 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면의 온도를 증가시킬지 감소시킬지 여부를 결정하는 단계; 및
상기 제거 속도를 수정하기 위해 결정된 바와 같이 상기 계면의 온도를 제어하는 단계
를 포함하는, 방법.
비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
상기 명령어들은 하나 이상의 컴퓨터로 하여금:
연마 시스템으로 하여금, 연마제를 갖는 슬러리를 사용하여 연마 패드 상에서 기판을 연마하게 하고;
상기 연마제에 대한 상대 전하의 표시를 저장하고;
인-시튜 모니터링 시스템으로부터 수신된 신호에 기초하여 상기 기판에 대한 제거 속도를 계산하고;
측정된 제거 속도를 목표 제거 속도와 비교하고;
상기 비교에 기초하여 상기 제거 속도를 증가시킬지 감소시킬지 여부를 결정하고;
상기 연마제에 대한 상대 전하의 표시 및 상기 제거 속도를 증가시킬지 감소시킬지 여부에 기초하여 상기 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면의 온도를 증가시킬지 감소시킬지 여부를 결정하고;
온도 제어 시스템으로 하여금, 상기 제거 속도를 수정하기 위해 결정된 바와 같이 상기 계면의 온도를 조정하게 하도록 하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
제8항에 있어서,
상기 계면의 온도를 제어하기 위한 명령어들은, 상기 표시가 양으로 대전되는 경우에 상기 온도를 증가시킴으로써 상기 연마 속도를 증가시키기 위한 명령어들, 및 상기 표시가 음으로 대전되는 경우에 상기 온도를 감소시킴으로써 상기 연마 속도를 증가시키기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
제8항에 있어서,
상기 계면의 온도를 제어하기 위한 명령어들은, 상기 표시가 양으로 대전되는 경우에 상기 온도를 감소시킴으로써 상기 연마 속도를 감소시키기 위한 명령어들, 및 상기 표시가 음으로 대전되는 경우에 상기 온도를 증가시킴으로써 상기 연마 속도를 감소시키기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
연마 방법으로서,
연마 패드 상에 연마 슬러리를 분배하고, 상기 슬러리의 존재 하에 기판 상의 층의 표면을 상기 연마 패드에 접촉시키고, 기판과 상기 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성함으로써, 기판 상의 층을 연마하는 단계;
상기 층의 연마의 초기 부분에 대해, 상기 연마의 온도를 제1 온도 범위 내에 있도록 제어하는 단계;
종료점 시간 이전에 있는 온도 전이 시간을 획득하는 단계;
상기 온도 전이 시간에 도달했다고 결정하면, 상기 연마의 온도를 상기 제1 온도 범위보다 낮은 더 낮은 제2 온도 범위 내에 있도록 낮추는 단계; 및
동일한 층의 연마의 후속 부분에 대해, 추정된 종료점 시간까지, 상기 연마의 온도를 상기 제2 온도 범위 내에 있도록 제어하는 단계
를 포함하는, 방법.
제11항에 있어서,
상기 연마 슬러리는 실리카 연마 입자들 또는 양으로 대전된 세리아 입자들을 포함하는, 방법.
제11항에 있어서,
상기 온도 전이 시간을 획득하는 단계는 미리 결정된 전이 시간을 저장하는 단계를 포함하는, 방법.
제11항에 있어서,
연마 동안 인-시튜 모니터링 시스템으로 상기 기판을 모니터링하는 단계, 상기 인-시튜 모니터링 시스템으로부터의 신호에 기초하여 예상 종료점 시간을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 온도 전이 시간을 획득하는 단계는 예상 종료점 시간에 기초하여 상기 온도 전이 시간을 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서,
상기 온도 전이 시간을 계산하는 단계는, 미리 결정된 기간을 상기 예상 종료점으로부터 감산하거나 전체 연마 시간의 백분율을 상기 예상 종료점 시간으로부터 감산하는 단계를 포함하는, 방법.
연마 방법으로서,
연마 패드 상에 연마 슬러리를 분배하고, 상기 슬러리의 존재 하에 기판 상의 층의 표면을 상기 연마 패드에 접촉시키고, 기판과 상기 연마 패드 사이의 상대 운동을 생성함으로써, 기판 상의 층을 연마하는 단계;
상기 층의 연마의 초기 부분에 대해, 상기 연마의 온도를 제1 온도 범위 내에 있도록 제어하는 단계;
종료점 시간 이전에 있는 온도 전이 시간을 결정하는 단계;
상기 온도 전이 시간에 도달했다고 결정하면, 상기 연마의 온도를 상기 제1 온도 범위 내에 계속 유지하기 위해 상기 기판에 대한 압력을 증가시키면서 냉각제 유동을 증가시키는 단계; 및
동일한 층의 연마의 후속 부분에 대해, 추정된 종료점 시간까지, 상기 증가된 압력을 유지하고 상기 연마의 온도를 상기 제1 온도 범위 내에 있도록 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
제16항에 있어서,
상기 연마 슬러리는 실리카 연마 입자들 또는 양으로 대전된 세리아 입자들을 포함하는, 방법.
제16항에 있어서,
상기 온도 전이 시간을 획득하는 단계는 미리 결정된 전이 시간을 저장하는 단계를 포함하는, 방법.
제16항에 있어서,
연마 동안 인-시튜 모니터링 시스템으로 상기 기판을 모니터링하는 단계, 상기 인-시튜 모니터링 시스템으로부터의 신호에 기초하여 예상 종료점 시간을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 온도 전이 시간을 획득하는 단계는 예상 종료점 시간에 기초하여 상기 온도 전이 시간을 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
제19항에 있어서,
상기 온도 전이 시간을 계산하는 단계는, 미리 결정된 기간을 상기 예상 종료점으로부터 감산하거나 전체 연마 시간의 백분율을 상기 예상 종료점 시간으로부터 감산하는 단계를 포함하는, 방법.