KR20240017909A - Method for detecting chemical mechanical polishing conditioning disc orientation - Google Patents

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KR20240017909A
KR20240017909A KR1020247000212A KR20247000212A KR20240017909A KR 20240017909 A KR20240017909 A KR 20240017909A KR 1020247000212 A KR1020247000212 A KR 1020247000212A KR 20247000212 A KR20247000212 A KR 20247000212A KR 20240017909 A KR20240017909 A KR 20240017909A
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정훈 오
크리스토퍼 흥-균 리
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

연마 패드 두께 프로파일을 결정하기 위한 방법 및 장치가 본원에 설명된다. 암 변위 센서 및 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서를 포함하는, 변위 센서들의 세트가, 컨디셔닝 디스크의 배향 및 연마 패드의 두께를 결정하는 데 활용된다. 변위 센서들은 비접촉식 센서들, 예컨대, 레이저 센서, 용량성 센서, 또는 유도성 센서이다. 일단 연마 패드의 두께 프로파일이 결정되면, 기판 연마를 개선하기 위해 하나 이상의 프로세스 조건이 변경된다.A method and apparatus for determining a polishing pad thickness profile are described herein. A set of displacement sensors, including an arm displacement sensor and one or more conditioning disk displacement sensors, are utilized to determine the orientation of the conditioning disk and the thickness of the polishing pad. Displacement sensors are non-contact sensors, such as laser sensors, capacitive sensors, or inductive sensors. Once the thickness profile of the polishing pad is determined, one or more process conditions are changed to improve substrate polishing.

Figure P1020247000212
Figure P1020247000212

Description

화학적 기계적 연마 컨디셔닝 디스크 배향을 검출하는 방법Method for detecting chemical mechanical polishing conditioning disc orientation

본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 반도체 디바이스 제조에 관한 것으로, 더 구체적으로, 반도체 디바이스 제조에 사용되는 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템들 및 그에 관련된 기판 처리 방법들에 관한 것이다.Embodiments of the present disclosure relate generally to semiconductor device manufacturing, and more specifically to chemical mechanical polishing (CMP) systems used in semiconductor device manufacturing and substrate processing methods related thereto.

화학적 기계적 연마(CMP)는, 기판 상에 증착된 물질의 층을 평탄화하거나 연마하기 위해 고밀도 집적 회로들의 제조에 통상적으로 사용된다. 반도체 디바이스 제조에서의 CMP 프로세스의 하나의 일반적인 응용은, 아래놓인 2차원 또는 3차원 피쳐들이, 평탄화될 물질 표면의 표면에 함몰부들 및 돌출부들을 생성하는, 벌크 막의 평탄화, 예를 들어, 금속전 유전체(PMD) 또는 층간 유전체(ILD) 연마이다. 다른 일반적인 응용들은 얕은 트렌치 격리(STI) 및 층간 금속 인터커넥트 형성을 포함하며, 여기서, CMP 프로세스는, 물질의 층에 배치된 STI 또는 금속 인터커넥트 피쳐들을 갖는 물질의 층의 노출된 표면(필드)으로부터 비아, 콘택 또는 트렌치 충전 물질(오버버든)을 제거하는 데 사용된다.Chemical mechanical polishing (CMP) is commonly used in the fabrication of high-density integrated circuits to planarize or polish layers of material deposited on a substrate. One common application of the CMP process in semiconductor device manufacturing is the planarization of bulk films, e.g., all-metal dielectrics, in which underlying two- or three-dimensional features create depressions and protrusions on the surface of the material surface to be planarized. (PMD) or interlayer dielectric (ILD) polishing. Other common applications include shallow trench isolation (STI) and interlayer metal interconnect formation, where the CMP process creates vias from the exposed surface (field) of a layer of material with STI or metal interconnect features disposed in the layer of material. , used to remove contact or trench fill material (overburden).

전형적인 CMP 프로세스에서, 연마 패드는 회전가능한 연마 플래튼에 장착된다. 기판의 물질 표면은 연마 유체의 존재 하에서 연마 패드에 대해 압박된다. 전형적으로, 연마 유체는 하나 이상의 화학적으로 활성인 성분의 수용액, 및 수용액에 현탁된 연마 입자들, 예를 들어, CMP 슬러리이다. 기판의 물질 표면은 기판 캐리어를 사용하여 연마 패드에 대해 압박된다. 전형적인 기판 캐리어는 기판의 후면측 표면에 대하여 배치된 배킹 플레이트, 블래더, 또는 멤브레인 및 기판을 에워싸는 환형 리테이닝 링을 포함한다. 멤브레인, 블래더, 또는 배킹 플레이트는 기판 캐리어가 캐리어 축을 중심으로 회전하는 동안 기판에 대하여 하향력을 인가하는 데 사용된다. 리테이닝 링은 기판이 연마 패드에 대해 압박될 때 기판을 둘러싸고, 기판이 기판 캐리어로부터 미끄러지는 것을 방지하는 데 사용된다. 물질은, 연마 패드와 접촉하는 기판의 표면에 걸쳐, 연마 패드에 대하여 기판에 가해지는 하향력, 기판과 연마 패드의 상대 운동, 및 연마 유체에 의해 제공되는 화학적 및 기계적 활동의 조합을 통해 제거된다.In a typical CMP process, a polishing pad is mounted on a rotatable polishing platen. The material surface of the substrate is pressed against a polishing pad in the presence of a polishing fluid. Typically, the polishing fluid is an aqueous solution of one or more chemically active ingredients and abrasive particles suspended in the aqueous solution, such as a CMP slurry. The material surface of the substrate is pressed against the polishing pad using a substrate carrier. A typical substrate carrier includes a backing plate, bladder, or membrane disposed against the backside surface of the substrate and an annular retaining ring surrounding the substrate. A membrane, bladder, or backing plate is used to apply a downward force to the substrate while the substrate carrier rotates about the carrier axis. The retaining ring surrounds the substrate when it is pressed against the polishing pad and is used to prevent the substrate from slipping off the substrate carrier. Material is removed across the surface of the substrate in contact with the polishing pad through a combination of downward force applied to the substrate with respect to the polishing pad, relative motion of the substrate and polishing pad, and chemical and mechanical activity provided by the polishing fluid. .

일반적으로, CMP 프로세스 성능은 기판의 표면으로부터의 물질 제거 속도, 및 기판의 표면에 걸친 물질 제거 속도의 균일성(제거 속도 균일성)과 관련하여 특징지어진다. 유전체 벌크 막 평탄화 프로세스에서, 기판의 표면에 걸친 불균일한 물질 제거 속도는 CMP 후에 남아있는 유전체 물질의 바람직하지 않은 두께 변동 및/또는 불량한 평탄도로 이어질 수 있다. 금속 인터커넥트 CMP 응용에서, 불량한 국부적 평탄화 및/또는 불균일한 물질 제거 속도로부터 초래되는 금속 손실은 금속 피쳐들의 유효 저항에 바람직하지 않은 변동을 야기할 수 있고, 따라서 디바이스 성능 및 신뢰성에 영향을 미친다. 따라서, 기판의 표면에 걸친 불균일한 물질 제거 속도는 디바이스 성능에 악영향을 미칠 수 있고/거나 디바이스 고장을 야기할 수 있고, 디바이스 고장은 기판 상에 형성된 사용가능한 디바이스들의 억제된 수율을 초래한다.Generally, CMP process performance is characterized in terms of the rate of material removal from the surface of the substrate, and the uniformity of the material removal rate across the surface of the substrate (removal rate uniformity). In dielectric bulk film planarization processes, non-uniform material removal rates across the surface of the substrate can lead to undesirable thickness variations and/or poor planarity of the dielectric material remaining after CMP. In metal interconnect CMP applications, metal loss resulting from poor local planarization and/or non-uniform material removal rates can cause undesirable variations in the effective resistance of metal features, thus affecting device performance and reliability. Accordingly, non-uniform material removal rates across the surface of the substrate can adversely affect device performance and/or cause device failure, which results in a suppressed yield of usable devices formed on the substrate.

연마 패드의 프로파일에서의 불균일부들은, 기판들이 불균일부들 위로 지나갈 때 기판들의 표면에 걸친 제거 속도들에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 불균일부들이 해결되지 않는 경우, 기판들 각각의 연마는 불균일할 수 있고 디바이스 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 연마 패드 불균일부들을 해결하는 현재의 방법들은 연마 패드에 대해 파괴적이거나 연마 패드 마모의 모델링을 수반한다. 연마 패드 프로파일을 측정하기 위한 현재의 비파괴적 방법들 및 장치는 열악한 해상도 및 정확도를 갖는다.Irregularities in the profile of the polishing pad can affect removal rates across the surface of the substrates as they pass over the irregularities. If these irregularities are not addressed, the polishing of each of the substrates may be uneven and adversely affect device performance. Current methods for addressing polishing pad irregularities are either destructive to the polishing pad or involve modeling polishing pad wear. Current non-destructive methods and devices for measuring polishing pad profile have poor resolution and accuracy.

이에 따라, 위에서 설명된 문제들에 대한 해결책들이 관련 기술분야에 필요하다.Accordingly, solutions to the problems described above are needed in the related art.

본원의 실시예들은 일반적으로, 연마 패드 컨디셔닝 작동들을 개선하기 위한 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.Embodiments herein relate generally to chemical mechanical polishing (CMP) systems and methods for improving polishing pad conditioning operations.

일 실시예에서, 화학적 기계적 연마(CMP) 장치를 위한 패드 컨디셔닝 조립체가 설명된다. 패드 컨디셔닝 조립체는 컨디셔닝 디스크, 컨디셔닝 디스크에 결합된 제1 액추에이터, 컨디셔닝 디스크의 방사상 외측에 배치된 제2 액추에이터, 제1 액추에이터와 제2 액추에이터를 결합하는 컨디셔너 암, 컨디셔너 암에 결합된 암 변위 센서, 및 제1 액추에이터에 결합된 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서를 포함한다.In one embodiment, a pad conditioning assembly for a chemical mechanical polishing (CMP) device is described. The pad conditioning assembly includes a conditioning disk, a first actuator coupled to the conditioning disk, a second actuator disposed radially outside the conditioning disk, a conditioner arm coupling the first actuator and the second actuator, an arm displacement sensor coupled to the conditioner arm, and one or more conditioning disk displacement sensors coupled to the first actuator.

다른 실시예에서, 기판 처리를 위한 장치가 설명된다. 기판 처리를 위한 장치는 연마 플래튼, 기판 캐리어, 및 패드 컨디셔닝 조립체를 포함한다. 패드 컨디셔닝 조립체는 컨디셔닝 디스크, 컨디셔닝 디스크에 결합된 제1 액추에이터, 컨디셔닝 디스크의 방사상 외측에 배치된 제2 액추에이터, 제1 액추에이터와 제2 액추에이터를 결합하는 컨디셔너 암, 컨디셔너 암의 바닥 컨디셔너 암 표면에 결합된 암 변위 센서, 및 제1 액추에이터의 바닥 액추에이터 표면 상에 배치된 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서를 포함한다. 암 변위 센서는 암 변위 센서와 연마 플래튼의 최상부 표면 사이의 제1 거리를 측정하도록 구성된다. 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서는, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들 각각과 컨디셔닝 디스크의 부분 사이의 제2 거리를 측정하도록 구성된다.In another embodiment, an apparatus for substrate processing is described. An apparatus for substrate processing includes a polishing platen, a substrate carrier, and a pad conditioning assembly. The pad conditioning assembly includes a conditioning disk, a first actuator coupled to the conditioning disk, a second actuator disposed radially outward of the conditioning disk, a conditioner arm coupling the first actuator and the second actuator, and a bottom conditioner arm surface of the conditioner arm. an arm displacement sensor, and one or more conditioning disk displacement sensors disposed on the bottom actuator surface of the first actuator. The arm displacement sensor is configured to measure a first distance between the arm displacement sensor and the uppermost surface of the polishing platen. The one or more conditioning disk displacement sensors are configured to measure a second distance between each of the conditioning disk displacement sensors and a portion of the conditioning disk.

또 다른 실시예에서, 기판 처리의 방법이 설명된다. 기판 처리의 방법은, 컨디셔닝 디스크를 연마 패드의 표면에 대해 압박하는 단계, 및 연마 패드 아래에 배치된 연마 플래튼과 컨디셔닝 암 사이의 거리를 측정하는 단계를 포함한다. 컨디셔닝 암은 제1 액추에이터를 통해 컨디셔닝 디스크에 결합된다. 컨디셔닝 디스크의 배향은 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서를 사용하여 결정된다. 연마 패드의 두께 프로파일은 컨디셔닝 디스크의 배향으로부터 결정된다. 두께 프로파일을 결정한 후에 하나 이상의 컨디셔닝 파라미터가 변경된다.In another embodiment, a method of substrate processing is described. A method of substrate processing includes pressing a conditioning disk against the surface of a polishing pad and measuring the distance between a conditioning arm and a polishing platen disposed beneath the polishing pad. The conditioning arm is coupled to the conditioning disk through a first actuator. The orientation of the conditioning disk is determined using one or more conditioning disk displacement sensors. The thickness profile of the polishing pad is determined from the orientation of the conditioning disk. After determining the thickness profile, one or more conditioning parameters are changed.

본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에 간략히 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이들 중 일부는 첨부 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 본 개시내용이, 다른 동등하게 효과적인 실시예들을 허용할 수 있기 때문에, 첨부 도면들은 단지 예시적인 실시예들만을 예시하는 것이므로 그의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1a는 본원에 설명된 실시예들에 따른, 연마 시스템의 개략적인 평면도이다.
도 1b는 본원에 설명된 실시예들에 따른, 도 1a의 연마 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본원에 설명된 실시예들에 따른, 도 1a의 연마 시스템의 부분의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본원에 설명된 실시예들에 따른, 컨디셔닝 디스크가 다수의 위치들에 있는 도 1a의 연마 시스템의 부분의 개략적인 단면도이다.
도 4a-4c는 본원에 설명된 실시예들에 따른, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들의 상이한 구성들을 갖는 컨디셔닝 디스크들의 개략적인 평면도들이다.
도 5는 본원에 설명된 실시예들에 따른, 연마 패드 두께 프로파일을 형성하는 방법의 흐름도이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들이 추가의 언급 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있다는 것이 고려된다.In order that the above-mentioned features of the disclosure may be understood in detail, a more detailed description of the disclosure briefly summarized above may be made with reference to embodiments, some of which are illustrated in the accompanying drawings. However, it should be noted that the accompanying drawings illustrate exemplary embodiments only and should not be considered limiting their scope, as the disclosure may permit other equally effective embodiments.
1A is a schematic top view of a polishing system, according to embodiments described herein.
FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of the polishing system of FIG. 1A, according to embodiments described herein.
Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a portion of the polishing system of Figure 1A, according to embodiments described herein.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a portion of the polishing system of FIG. 1A with conditioning disks in multiple positions, according to embodiments described herein.
4A-4C are schematic top views of conditioning disks with different configurations of conditioning disk displacement sensors, according to embodiments described herein.
5 is a flow diagram of a method of forming a polishing pad thickness profile, according to embodiments described herein.
To facilitate understanding, where possible, like reference numerals have been used to indicate like elements that are common to the drawings. It is contemplated that elements and features of one embodiment may be beneficially incorporated into other embodiments without further recitation.

본 개시내용은 일반적으로, CMP 시스템들 내에서 사용되는 장치 및 방법들에 관한 것이다. 본원에 설명된 장치 및 방법들은 더 구체적으로, 단일 연마 모듈 내에서의 연마 패드 프로파일들의 측정에 관한 것이다. 장치는, 패드 컨디셔닝 조립체의 컨디셔너 암에 결합된 암 변위 센서뿐만 아니라, 패드 컨디셔닝 조립체의 컨디셔닝 디스크의 부분의 변위를 측정하도록 위치된 하나 이상의 추가적인 컨디셔닝 디스크 변위 센서를 포함한다. 암 변위 센서는 컨디셔너 암과 연마 플래튼의 상부 표면 사이의 거리를 측정하도록 구성된다. 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서는, 컨디셔닝 디스크가 연마 패드의 최상부 표면에 걸쳐 스위핑될 때 컨디셔닝 디스크의 배향의 측정을 가능하게 한다.This disclosure generally relates to apparatus and methods used within CMP systems. The apparatus and methods described herein more specifically relate to measurement of polishing pad profiles within a single polishing module. The device includes an arm displacement sensor coupled to a conditioner arm of the pad conditioning assembly, as well as one or more additional conditioning disk displacement sensors positioned to measure displacement of a portion of the conditioning disk of the pad conditioning assembly. The arm displacement sensor is configured to measure the distance between the conditioner arm and the upper surface of the polishing platen. One or more conditioning disk displacement sensors enable measurement of the orientation of the conditioning disk as it is swept across the top surface of the polishing pad.

암 변위 센서와 컨디셔닝 디스크 변위 센서들의 조합은, 연마 패드의 두께 프로파일이 결정되는 것을 가능하게 한다. 두께 프로파일은, 컨디셔닝 디스크가 연마 패드의 표면에 걸쳐 스위핑될 때 연속적으로 업데이트될 수 있다. 두께 프로파일은 연마 패드의 최상부 표면 내의 홈들 또는 디봇들의 검출을 가능하게 한다. 단일 암 변위 센서의 사용은 연마 패드의 두께 프로파일의 전역적 추정들을 제공할 수 있지만, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들을 추가함으로써, 연마 패드 두께 측정들의 정확도 및 해상도가 개선된다.The combination of the arm displacement sensor and the conditioning disk displacement sensors allows the thickness profile of the polishing pad to be determined. The thickness profile can be continuously updated as the conditioning disk is swept across the surface of the polishing pad. The thickness profile enables detection of grooves or divots in the top surface of the polishing pad. The use of a single arm displacement sensor can provide global estimates of the thickness profile of the polishing pad, but by adding conditioning disk displacement sensors, the accuracy and resolution of polishing pad thickness measurements is improved.

도 1a는 본원에 제시된 방법들을 실시하도록 구성된, 일 실시예에 따른 연마 시스템의 개략적인 평면도이다. 도 1b는 도 1a의 연마 시스템의 개략적인 측단면도이다. 여기서, 연마 시스템(100)은 연마 플래튼(102), 기판 캐리어(104), 유체 전달 암(106), 패드 컨디셔너 조립체(108), 및 시스템 제어기(110)를 포함한다. 연마 플래튼(102)은, 연마 패드 장착 표면(118)을 제공하기 위해, 플래튼 몸체(114)의 표면 상에 배치된 저접착성 물질 층(116) 및 원통형 플래튼 몸체(114)를 특징으로 한다. 플래튼 몸체(114)는 전형적으로, 적합하게 강성이고, 경량이며, 연마 유체 내부식성인 물질, 예컨대, 알루미늄, 알루미늄 합금(예를 들어, 6061 알루미늄), 또는 스테인리스 강으로 형성된다. 저접착성 물질 층(116)은 전형적으로, 하나 이상의 플루오린 함유 중합체 전구체들 또는 용융 처리가능 플루오로중합체들로 형성된 중합체 물질을 포함한다. 저접착성 물질 층(116)은 바람직하게, 일단 연마 패드(112)가 그의 유효 수명의 끝에 도달하면 연마 패드(112)를 연마 패드 장착 표면(118)으로부터 제거하는 데 요구되는 힘의 양을 감소시키며, 플래튼 몸체(114)의 금속을 바람직하지 않은 연마 유체로 인해 야기된 부식으로부터 더 보호한다.1A is a schematic top view of a polishing system, according to one embodiment, configured to practice the methods presented herein. Figure 1B is a schematic cross-sectional side view of the polishing system of Figure 1A. Here, the polishing system 100 includes a polishing platen 102, a substrate carrier 104, a fluid transfer arm 106, a pad conditioner assembly 108, and a system controller 110. The polishing platen 102 features a cylindrical platen body 114 and a layer of low adhesion material 116 disposed on a surface of the platen body 114 to provide a polishing pad mounting surface 118. Do it as Platen body 114 is typically formed of a material that is suitably rigid, lightweight, and resistant to abrasive fluid corrosion, such as aluminum, aluminum alloy (e.g., 6061 aluminum), or stainless steel. Low-adhesion material layer 116 typically includes a polymeric material formed from one or more fluorine-containing polymer precursors or melt processable fluoropolymers. The low-adhesion material layer 116 preferably reduces the amount of force required to remove the polishing pad 112 from the polishing pad mounting surface 118 once the polishing pad 112 has reached the end of its useful life. and further protects the metal of the platen body 114 from corrosion caused by undesirable polishing fluids.

여기서, 패드 장착 표면(118)은 플래튼 축(A)을 중심으로 형성된 복수의 동심 구역들(120a-c)을 포함한다. 복수의 동심 구역들(120a-c)은 원형(위에서 아래로 볼 때) 또는 환형 제1 구역(120a), 제1 구역(120a)을 에워싸는 환형 제2 구역(120b), 및 제2 구역(120b)으로부터 방사상 외측에 배치되고 제2 구역을 에워싸는 환형 제3 구역(120c)을 포함한다. 패드 장착 표면(118)은 환형 제1 구역(120a), 환형 제2 구역(120b), 및 환형 제3 구역(120c) 각각에 각각 대응하는 섹션들, 예컨대, 제1 패드 장착 표면(118a), 제2 패드 장착 표면(118b), 및 제3 패드 장착 표면(118c)으로 분할된다.Here, the pad mounting surface 118 includes a plurality of concentric zones 120a-c formed about the platen axis A. The plurality of concentric zones 120a-c include a circular (when viewed from top to bottom) or annular first zone 120a, an annular second zone 120b surrounding the first zone 120a, and a second zone 120b. ) and an annular third zone 120c disposed radially outward from ) and surrounding the second zone. Pad mounting surface 118 includes sections corresponding to each of annular first region 120a, annular second region 120b, and annular third region 120c, e.g., first pad mounting surface 118a, It is divided into a second pad mounting surface 118b, and a third pad mounting surface 118c.

여기서, 제2 구역(120b)에서의 제2 패드 장착 표면(118b)은 평면(P)으로부터 거리(Z1)만큼 함몰된다. 평면(P)은, 일부 실시예들에서 그리고 도 1b에 도시된 바와 같이 서로 실질적으로 동일 평면 상에 있는 제1 및 제3 구역들(120a,c)에서의 패드 장착 표면들(118a,c)에 의해 한정된다. 예를 들어, 제1 및 제3 구역들(120a,c)에서의 패드 장착 표면들(118a,c)이 서로 동일 평면 상에 있지 않은 일부 실시예들에서, 평면(P)은 함몰된 제2 구역(120b)에 걸쳐 있도록 제1 및 제3 구역들(120a,c) 위에 놓이고 그 제1 및 제3 구역들과 접촉하는 평면 표면을 갖는 물체에 의해 한정될 수 있다.Here, the second pad mounting surface 118b in the second region 120b is depressed by a distance Z 1 from the plane P. Plane P has pad mounting surfaces 118a,c in first and third regions 120a,c that in some embodiments and as shown in FIG. 1B are substantially coplanar with each other. is limited by. For example, in some embodiments where the pad mounting surfaces 118a,c in the first and third regions 120a,c are not coplanar with each other, the plane P is a recessed second It may be defined by an object having a planar surface overlying and contacting the first and third zones 120a,c so as to span zone 120b.

도 1b에서, 제2 구역(120b)에서의 제2 패드 장착 표면(118b)은 실질적으로 평면이고, 제1 및 제3 구역들(120a,c)의 표면들에 의해 형성된 평면에 평행하다. 따라서, 거리(Z1)는 제2 구역(120b)에서의 함몰된 패드 장착 표면(118b)의 폭(W)에 걸쳐 실질적으로 일정하다. 다른 실시예들에서, 제2 구역(120b)에서의 함몰된 표면은 제1 및 제3 구역들(120a,c)의 패드 장착 표면들에 의해 형성된 평면에 평행하지 않고/거나 그의 폭(W)에 걸쳐 실질적으로 평면이 아니다.In Figure 1B, the second pad mounting surface 118b in the second region 120b is substantially planar and parallel to the plane defined by the surfaces of the first and third regions 120a,c. Accordingly, the distance Z 1 is substantially constant across the width W of the recessed pad mounting surface 118b in the second region 120b. In other embodiments, the recessed surface in second region 120b is not parallel to the plane formed by the pad mounting surfaces of first and third regions 120a,c and/or has a width W thereof. It is not substantially flat across.

전형적으로, 연마 패드(112)는 중합체 물질들의 하나 이상의 층으로 형성되고, 감압성 접착제를 사용하여 패드 장착 표면들(118a-c)에 고정된다. 연마 패드(112)를 형성하는 데 사용되는 중합체 물질들은 비교적 연성일 수 있거나, 강성일 수 있고, 연마 패드(112)가, 제2 구역(120b)에서의 함몰된 패드 장착 표면(118b) 및 그에 인접한 제1 및 제3 구역들(120a,c)의 패드 장착 표면들(118a,c)에 일치하는 것을 허용하기 위해 연마 표면에 채널들 또는 홈들을 갖고 형성될 수 있다. 따라서, 구역들(120a-c) 각각에서의 연마 패드(112)의 연마 표면은 플래튼(102)의 패드 장착 표면(118)에 대해 위에서 설명된 바와 실질적으로 동일한 형상 및 상대 치수들을 갖는다.Typically, polishing pad 112 is formed from one or more layers of polymeric materials and is secured to pad mounting surfaces 118a-c using a pressure sensitive adhesive. The polymeric materials used to form polishing pad 112 may be relatively soft or rigid, and polishing pad 112 may be formed at and adjacent to recessed pad mounting surface 118b in second region 120b. The polishing surface may be formed with channels or grooves to allow conforming to the pad mounting surfaces 118a,c of the first and third zones 120a,c. Accordingly, the polishing surface of the polishing pad 112 in each of the zones 120a-c has substantially the same shape and relative dimensions as described above for the pad mounting surface 118 of the platen 102.

여기서, 회전 기판 캐리어(104)는 연마 패드(112)가 플래튼 축(A)을 중심으로 회전될 때 기판(113)의 물질 표면을 연마 패드(112)에 대하여 압박하기 위해 기판(113)에 대하여 하향력을 가하는 데 사용된다. 도시된 바와 같이, 기판 캐리어(104)는 가요성 멤브레인(124) 및 환형 리테이닝 링(126)을 특징으로 한다. 기판 연마 동안, 가요성 멤브레인(124)은 그 아래에 배치된 기판(113)의 비활성(후면측) 표면에 대하여 하향력을 가한다. 리테이닝 링(126)은 연마 패드(112)가 기판 캐리어 아래에서 이동할 때 기판(113)이 기판 캐리어(104)로부터 미끄러지는 것을 방지하기 위해 기판(113)을 둘러싼다. 전형적으로, 기판 캐리어(104)는 기판(113)에 대하여 가해지는 하향력과는 독립적인 하향력을 리테이닝 링(126)에 대하여 가하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 기판 캐리어(104)는, 부분적으로, 연마 플래튼 아래에 배치된 연마 패드(112)의 불균일한 마모를 감소시키기 위해, 연마 플래튼의 반경 방향으로 진동한다.Here, the rotating substrate carrier 104 is attached to the substrate 113 to press the material surface of the substrate 113 against the polishing pad 112 when the polishing pad 112 is rotated about the platen axis A. It is used to apply downward force. As shown, the substrate carrier 104 features a flexible membrane 124 and an annular retaining ring 126. During substrate polishing, flexible membrane 124 exerts a downward force against the inert (backside) surface of substrate 113 disposed beneath it. A retaining ring 126 surrounds the substrate 113 to prevent the substrate 113 from slipping off the substrate carrier 104 when the polishing pad 112 moves under the substrate carrier. Typically, the substrate carrier 104 is configured to apply a downward force to the retaining ring 126 that is independent of the downward force applied to the substrate 113 . In some embodiments, the substrate carrier 104 oscillates in a radial direction of the polishing platen, in part to reduce uneven wear of the polishing pad 112 disposed beneath the polishing platen.

전형적으로, 기판(113)은 유체 전달 암(106)에 의해 전달되는 하나 이상의 연마 유체의 존재 하에서 연마 패드(112)에 대하여 압박된다. 전형적인 연마 유체는 내부에 현탁된 연마 입자들을 갖는 수용액으로 형성된 슬러리를 포함한다. 종종, 연마 유체는, 기판(113)의 물질 표면을 변형시키고 따라서 화학적 기계적 연마를 가능하게 하는 데 사용되는 하나 이상의 화학적 활성 구성성분을 함유한다.Typically, the substrate 113 is pressed against the polishing pad 112 in the presence of one or more polishing fluids delivered by the fluid transfer arm 106. A typical abrasive fluid includes a slurry formed from an aqueous solution with abrasive particles suspended therein. Often, the polishing fluid contains one or more chemically active constituents that are used to modify the material surface of the substrate 113 and thus enable chemical mechanical polishing.

패드 컨디셔너 조립체(108)는, 기판(113)의 연마 전에, 연마 후에, 또는 연마 동안, 컨디셔닝 디스크(128)를 연마 패드(112)의 표면에 대해 압박함으로써 연마 패드(112)를 컨디셔닝하는 데 사용된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 패드 컨디셔너 조립체(108)는 컨디셔닝 디스크(128), 축(C)을 중심으로 컨디셔닝 디스크(128)를 회전시키기 위한 제1 액추에이터(130), 제1 액추에이터(130)를 제2 액추에이터(134)에 결합하는 컨디셔너 암(132), 회전 위치 센서(135), 및 제3 액추에이터(136)를 포함한다. 제2 액추에이터(134)는, 컨디셔너 암(132)을 축(D)을 중심으로 스윙하고, 따라서, 회전 컨디셔닝 디스크(128)를 연마 패드(112)의 내측 반경과 외측 반경 사이에서 앞뒤로 스위핑하는 데 사용된다. 위치 센서(135)는 제2 액추에이터(134)에 결합되고, 컨디셔너 암(132)의 각도 위치를 결정하는 데 사용되며, 이는 차례로, 연마 패드 위에서 컨디셔닝 디스크(128)가 스위핑될 때 연마 패드(112) 상에서의 컨디셔닝 디스크(128)의 방사상 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 제3 액추에이터(136)는 컨디셔닝 디스크가 연마 패드(112)에 대하여 압박될 때 컨디셔닝 디스크(128)에 하향력을 가하는 데 사용된다. 여기서, 제3 액추에이터(136)는 제2 액추에이터(134)에 근접하고 컨디셔닝 디스크(128)로부터 원위에 있는 위치에서 암(132)의 단부에 결합된다.Pad conditioner assembly 108 is used to condition a polishing pad 112 by pressing a conditioning disk 128 against the surface of the polishing pad 112 before, after, or during polishing of the substrate 113. do. As shown in FIG. 2, the pad conditioner assembly 108 includes a conditioning disk 128, a first actuator 130 for rotating the conditioning disk 128 about an axis C, and a first actuator 130. It includes a conditioner arm 132 coupled to the second actuator 134, a rotational position sensor 135, and a third actuator 136. The second actuator 134 swings the conditioner arm 132 about axis D, thereby sweeping the rotating conditioning disk 128 back and forth between the inner and outer radii of the polishing pad 112. It is used. The position sensor 135 is coupled to the second actuator 134 and is used to determine the angular position of the conditioner arm 132, which in turn moves the polishing pad 112 when the conditioning disk 128 is swept over the polishing pad. ) can be used to determine the radial position of the conditioning disk 128 on the Third actuator 136 is used to apply a downward force to conditioning disk 128 when the conditioning disk is pressed against polishing pad 112. Here, third actuator 136 is coupled to the end of arm 132 at a location proximal to second actuator 134 and distal from conditioning disk 128.

패드 컨디셔닝 조립체(108)의 작동을 포함하는, 연마 시스템(100)의 작동은 시스템 제어기(110)(도 1b)에 의해 용이하게 된다. 시스템 제어기(110)는 메모리(142)(예를 들어, 비휘발성 메모리) 및 지원 회로들(144)과 함께 작동가능한 프로그램가능 중앙 처리 유닛(CPU(140))을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, CPU(140)는 다양한 연마 시스템 구성요소들 및 하위 프로세서들을 제어하기 위해서 산업 현장에서 사용되는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나, 예컨대, 프로그램가능 로직 제어기(PLC)일 수 있다. CPU(140)에 결합된 메모리(142)는 비일시적이며, 전형적으로, 쉽게 입수가능한 메모리, 예컨대, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격 디지털 저장소 중 하나 이상이다. 지원 회로들(144)은 CPU(140)에 통상적으로 결합되고, 기판 연마 프로세스의 제어를 용이하게 하기 위해 연마 시스템(100)의 다양한 구성요소들에 결합된, 캐시, 클럭 회로들, 입력/출력 하위시스템들, 전력 공급부들 등, 및 이들의 조합들을 포함한다.Operation of polishing system 100, including operation of pad conditioning assembly 108, is facilitated by system controller 110 (FIG. 1B). System controller 110 includes a programmable central processing unit (CPU 140) operable with memory 142 (e.g., non-volatile memory) and support circuits 144. For example, in some embodiments, CPU 140 may be one of any type of general purpose computer processor used in the industry to control various polishing system components and subprocessors, such as a programmable logic controller ( It can be a PLC). Memory 142 coupled to CPU 140 is non-transitory and typically includes readily available memory, such as random access memory (RAM), read-only memory (ROM), a floppy disk drive, a hard disk, or any One or more different forms of local or remote digital storage. Support circuits 144 are typically coupled to CPU 140 and include cache, clock circuits, input/output, and other components of polishing system 100 to facilitate control of the substrate polishing process. subsystems, power supplies, etc., and combinations thereof.

본원에서, 메모리(142)는 CPU(140)에 의해 실행될 때 연마 시스템(100)의 작동을 용이하게 하는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체(예를 들어, 비휘발성 메모리)의 형태이다. 예시적인 컴퓨터 판독가능한 저장 매체는: (i) 정보가 영구적으로 저장되는 기입 불가능한 저장 매체(예를 들어, 컴퓨터 내의 판독 전용 메모리 디바이스들, 예컨대, CD-ROM 드라이브에 의해 판독가능한 CD-ROM 디스크들, 플래시 메모리, ROM 칩들, 또는 임의의 유형의 고체 상태 비휘발성 반도체 메모리); 및 (ii) 변경가능한 정보가 저장되는 기입가능한 저장 매체(예를 들어, 디스켓 드라이브 내의 플로피 디스크들 또는 하드 디스크 드라이브 또는 임의의 유형의 고체 상태 랜덤 액세스 반도체 메모리)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 메모리(142)에 있는 명령어들은, 본 개시내용의 방법들을 구현하는 프로그램과 같은 프로그램 제품(예를 들어, 미들웨어 어플리케이션, 장비 소프트웨어 어플리케이션 등)의 형태로 되어 있다. 일부 실시예들에서, 본 개시내용은 컴퓨터 시스템과 함께 사용하기 위한 비일시적 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 상에 저장된 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 따라서, 프로그램 제품의 프로그램(들)은 (본원에 설명된 방법들을 포함하는) 실시예들의 기능들을 정의한다.As used herein, memory 142 is in the form of a computer-readable storage medium (e.g., non-volatile memory) containing instructions that facilitate operation of polishing system 100 when executed by CPU 140. Exemplary computer-readable storage media include: (i) non-writable storage media on which information is permanently stored (e.g., read-only memory devices within a computer, e.g., CD-ROM disks readable by a CD-ROM drive) , flash memory, ROM chips, or any type of solid-state non-volatile semiconductor memory); and (ii) a writable storage medium on which changeable information is stored (e.g., floppy disks in a diskette drive or a hard disk drive or any type of solid state random access semiconductor memory). . The instructions in memory 142 are in the form of program products (e.g., middleware applications, equipment software applications, etc.), such as programs that implement the methods of the present disclosure. In some embodiments, the present disclosure may be implemented as a program product stored on a non-transitory computer-readable storage medium for use with a computer system. Accordingly, the program(s) of the program product define the functions of the embodiments (including the methods described herein).

도 2는 본원에 설명된 실시예들에 따른, 도 1a의 연마 시스템(100)의 부분의 개략적인 단면도이다. 연마 시스템(100)은 암 변위 센서(238) 및 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서(210a, 210b)로 구성된다. 암 변위 센서(238) 및 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)은 연마 패드(112)의 두께 프로파일의 측정을 가능하게 하도록 구성된다. 두께 프로파일은 플래튼 몸체(114)의 연마 패드 장착 표면(118) 내의 함몰부들에 의해 야기되는 연마 패드(112)의 프로파일의 변화들은 물론, 불균일한 마모 또는 입자 축적에 의해 야기되는 연마 패드(112)의 불균일부들을 측정한다.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a portion of the polishing system 100 of FIG. 1A, according to embodiments described herein. Polishing system 100 consists of an arm displacement sensor 238 and one or more conditioning disk displacement sensors 210a, 210b. Arm displacement sensor 238 and conditioning disk displacement sensors 210a, 210b are configured to enable measurement of the thickness profile of polishing pad 112. The thickness profile varies with the polishing pad 112 due to uneven wear or particle accumulation, as well as changes in the profile of the polishing pad 112 caused by depressions in the polishing pad mounting surface 118 of the platen body 114. ) and measure the uneven parts.

전형적으로, 컨디셔닝 디스크(128)는, 컨디셔닝 디스크(128)가 연마 패드에 대하여 압박될 때 컨디셔닝 디스크(128)가 연마 패드(112)의 표면과 평행 관계를 유지하는 것을 허용하는 짐벌(208)을 사용하여 제1 액추에이터(130)에 결합된다. 여기서, 컨디셔닝 디스크(128)는, 컨디셔닝 디스크 홀더(202), 및 컨디셔닝 디스크 홀더(202) 내에 배치된 컨디셔닝 디스크 패드(204)를 포함한다. 컨디셔닝 디스크 홀더(202)는 중합체 또는 플라스틱 물질, 예컨대, 플루오로카본 함유 물질이다. 플라스틱 물질은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)일 수 있다. 컨디셔닝 디스크 홀더(202)는, 그에 배치된 컨디셔닝 디스크 패드(204)의 위치를 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a)이 측정하는 것을 가능하게 하기 위해 약 10 mm 미만, 예컨대, 약 5 mm 미만의 두께를 갖는다. 컨디셔닝 디스크 패드(204)는 고정된 연마재 컨디셔닝 표면, 예컨대, 금속 합금에 매립된 다이아몬드들을 갖고, 연마 패드(112)의 표면을 연마하고 회생시키고, 그로부터 연마 부산물들 또는 다른 잔해물을 제거하는 데 사용된다. 전형적으로, 컨디셔닝 디스크(128)는 약 80 mm 내지 약 130 mm, 예컨대, 약 90 mm 내지 약 120 mm, 또는, 예를 들어, 약 108 mm(4.25 인치)의 직경을 갖는다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 디스크(128)의 직경은, 컨디셔닝 디스크(128)가 제2 구역(120b)에서의 연마 패드의 컨디셔닝 동안 연마 패드(112)의 표면과의 접촉을 유지할 수 있도록 제2 구역(120b)의 폭(W)보다 작다.Typically, conditioning disk 128 has a gimbal 208 that allows conditioning disk 128 to remain in parallel relationship with the surface of polishing pad 112 when conditioning disk 128 is pressed against the polishing pad. It is coupled to the first actuator 130. Here, the conditioning disk 128 includes a conditioning disk holder 202 and a conditioning disk pad 204 disposed within the conditioning disk holder 202. Conditioning disc holder 202 is a polymer or plastic material, such as a fluorocarbon containing material. The plastic material may be polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyether ether ketone (PEEK). The conditioning disc holder 202 has a thickness of less than about 10 mm, e.g., less than about 5 mm, to enable the conditioning disc displacement sensors 210a to measure the position of the conditioning disc pad 204 disposed thereon. have Conditioning disc pad 204 has a fixed abrasive conditioning surface, e.g., diamonds embedded in a metal alloy, and is used to polish and rejuvenate the surface of polishing pad 112 and remove polishing by-products or other debris therefrom. . Typically, conditioning disk 128 has a diameter of about 80 mm to about 130 mm, such as about 90 mm to about 120 mm, or, for example, about 108 mm (4.25 inches). In some embodiments, the diameter of conditioning disk 128 can be adjusted to a second diameter such that conditioning disk 128 can maintain contact with the surface of polishing pad 112 during conditioning of the polishing pad in second zone 120b. is smaller than the width W of section 120b.

암 변위 센서(238)는, 암 변위 센서(238)가 컨디셔너 암(132)의 바닥 표면(220) 상에 위치되도록 컨디셔너 암(132)에 연결된다. 암 변위 센서(238)는 유도성 센서, 용량성 센서, 또는 레이저 센서이다. 암 변위 센서(238)가 유도성 센서인 실시예들에서, 암 변위 센서(238)는 암 변위 센서(238)의 단부와, 그 아래에 배치된 플래튼 몸체(114)의 금속성 표면 사이의 거리(Z2)를 결정하기 위해 와전류들을 측정하도록 구성된다. 제2 구역(120b)에서의 연마 패드(112)의 표면의 함몰된 거리(Z3)를, 그에 인접한 제1 및 제3 구역(120a,c)에서의 연마 패드(112)의 표면들로부터 결정하기 위해 암 변위 센서(238) 및 위치 센서(135)가 조합되어 사용된다. 그러나, 제2 구역(120b)이 컨디셔닝 디스크(128)의 직경보다 좁은 일부 실시예들에서, 암 변위 센서(238)에 의해 이루어지는 거리(Z2) 측정들은 추정일 뿐이며, 제2 구역(120b)의 전체 형상 또는 깊이를 고려하지 않을 수 있다. 암 변위 센서(238)는 시스템 제어기(110)에 기계적으로 또는 원격으로 연결될 수 있다. 암 변위 센서(238)가 시스템 제어기(110)에 원격으로 연결되는 실시예들에서, 암 변위 센서(238)는 단거리 무선(블루투스®(BLUETOOTH®)), 무선 주파수, 또는 와이파이(wireless fidelity) 연결을 포함한다.Arm displacement sensor 238 is connected to conditioner arm 132 such that arm displacement sensor 238 is located on the bottom surface 220 of conditioner arm 132. Arm displacement sensor 238 is an inductive sensor, capacitive sensor, or laser sensor. In embodiments where arm displacement sensor 238 is an inductive sensor, arm displacement sensor 238 measures the distance between an end of arm displacement sensor 238 and a metallic surface of platen body 114 disposed thereunder. It is configured to measure eddy currents to determine (Z 2 ). Determining the depressed distance Z 3 of the surface of the polishing pad 112 in the second zone 120b from the surfaces of the polishing pad 112 in the first and third zones 120a,c adjacent thereto. To do this, the arm displacement sensor 238 and the position sensor 135 are used in combination. However, in some embodiments where second zone 120b is narrower than the diameter of conditioning disk 128, the distance Z 2 measurements made by arm displacement sensor 238 are only estimates, and second zone 120b The overall shape or depth may not be considered. Arm displacement sensor 238 may be mechanically or remotely coupled to system controller 110. In embodiments where arm displacement sensor 238 is remotely connected to system controller 110, arm displacement sensor 238 may utilize a short-range wireless (BLUETOOTH®), radio frequency, or wireless fidelity connection. Includes.

컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)은, 예컨대, 제1 액추에이터(130)의 바닥 표면(206)에서 패드 컨디셔너 조립체(108)에 결합된다. 본원에 설명된 바와 같은 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)은 컨디셔닝 디스크(128) 바로 위에 배치된다. 컨디셔닝 디스크(128)에 대한 근접성은, 동일한 유형의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)을 사용할 때 측정 정확도 및 정밀도를 개선한다. 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)을 제1 액추에이터(130) 및 컨디셔닝 디스크(128)와 함께 이동하는 패드 컨디셔너 조립체(108)의 부분에 결합시키는 것은, 컨디셔닝 디스크(128)에 대한 일정한 기준 프레임을 제공하고, 연마 패드(112)의 표면에 걸친 제1 액추에이터(130) 및 컨디셔닝 디스크(128)의 위치를 고려할 필요성을 제거하며, 따라서, 오류를 감소시킨다. 본원에 설명된 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)은 비접촉식 변위 센서들이다. 비접촉식 변위 센서들을 활용하는 것은, 컨디셔닝 디스크(128)가 회전할 때 발생하는 기계적 고장 및 마모와 같은 문제들을 방지한다.Conditioning disk displacement sensors 210a, 210b are coupled to the pad conditioner assembly 108, for example at the bottom surface 206 of the first actuator 130. Conditioning disk displacement sensors 210a, 210b as described herein are positioned directly above conditioning disk 128. Proximity to conditioning disk 128 improves measurement accuracy and precision when using the same type of conditioning disk displacement sensors 210a, 210b. Coupling the conditioning disk displacement sensors 210a, 210b to the first actuator 130 and the portion of the pad conditioner assembly 108 that moves with the conditioning disk 128 provides a constant frame of reference for the conditioning disk 128. and eliminates the need to consider the position of the first actuator 130 and conditioning disk 128 across the surface of the polishing pad 112, thus reducing errors. The conditioning disk displacement sensors 210a, 210b described herein are non-contact displacement sensors. Utilizing non-contact displacement sensors prevents problems such as mechanical failure and wear that occur as the conditioning disk 128 rotates.

예들로서, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)은 유도성 센서들, 레이저 센서들, 또는 용량성 센서들일 수 있다. 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)이 유도성 센서들인 실시예들에서, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)은, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)의 단부와, 그 아래에 배치된 컨디셔닝 디스크 패드(204)의 금속성 표면 사이의 하나 이상의 거리(Z4 또는 Z5)를 결정하기 위해 와전류들을 측정한다. 제1 컨디셔닝 디스크 거리(Z4)는 제1 컨디셔닝 디스크 변위 센서(210a)에 의해 측정된다. 제2 컨디셔닝 디스크 거리(Z5)는 제2 컨디셔닝 디스크 변위 센서(210b)에 의해 측정된다. 제1 및 제2 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)은 컨디셔닝 디스크(128)의 상이한 부분들까지의 거리를 측정하도록 구성된다. 컨디셔닝 디스크(128)의 배향을 결정하기 위해 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)이 조합되어 사용된다.As examples, conditioning disk displacement sensors 210a, 210b may be inductive sensors, laser sensors, or capacitive sensors. In embodiments where the conditioning disk displacement sensors 210a, 210b are inductive sensors, the conditioning disk displacement sensors 210a, 210b are disposed at and below the ends of the conditioning disk displacement sensors 210a, 210b. Eddy currents are measured to determine one or more distances (Z 4 or Z 5 ) between the metallic surfaces of the conditioned disk pad 204. The first conditioning disk distance Z 4 is measured by the first conditioning disk displacement sensor 210a. The second conditioning disk distance Z 5 is measured by the second conditioning disk displacement sensor 210b. First and second conditioning disk displacement sensors 210a, 210b are configured to measure distances to different portions of conditioning disk 128. Conditioning disk displacement sensors 210a and 210b are used in combination to determine the orientation of conditioning disk 128.

컨디셔닝 디스크(128)의 배향뿐만 아니라 암 변위 센서(238)에 의해 측정된 암 변위는, 연마 패드(112)의 두께의 불균일부들 또는 함몰부들을 정확하게 고려하는 더 양호한 연마 패드 두께 프로파일이 생성되는 것을 가능하게 한다. 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)의 개수가 증가됨에 따라, 연마 패드 두께 프로파일의 해상도 및 정확도가 개선될 수 있다. 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)은 시스템 제어기(110)에 기계적으로 또는 원격으로 연결될 수 있다. 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)이 시스템 제어기(110)에 원격으로 연결되는 실시예들에서, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)은 단거리 무선(블루투스®), 무선 주파수 또는 와이파이 연결을 포함한다.The orientation of the conditioning disk 128 as well as the arm displacement measured by the arm displacement sensor 238 results in a better polishing pad thickness profile that accurately accounts for unevenness or depressions in the thickness of the polishing pad 112. Make it possible. As the number of conditioning disk displacement sensors 210a and 210b increases, the resolution and accuracy of the polishing pad thickness profile may be improved. Conditioning disk displacement sensors 210a, 210b may be mechanically or remotely coupled to system controller 110. In embodiments where conditioning disk displacement sensors 210a, 210b are remotely connected to system controller 110, conditioning disk displacement sensors 210a, 210b can utilize a short-range wireless (Bluetooth®), radio frequency, or Wi-Fi connection. Includes.

도시된 패드 컨디셔너 조립체(108)는 2개의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)을 포함하지만, 일부 실시예들에서는 단일 컨디셔닝 디스크 변위 센서(210a)만이 존재하거나, 도 4a-4c에 도시된 바와 같이 3개 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)이 존재한다. 단일 컨디셔닝 디스크 변위 센서(210a)를 활용하는 경우, 컨디셔닝 디스크(128)의 오직 1개의 경사각을 측정할 수 있다. 2개의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)을 활용하는 경우, 컨디셔닝 디스크(128)의 2개의 경사각들을 측정할 수 있다. 3개 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)을 활용하는 경우, 컨디셔닝 디스크(128)의 3개의 경사각들 전부를 측정할 수 있다. 3개의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)을 넘는 추가적인 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)의 사용은, 컨디셔닝 디스크 기울기 측정들 및 후속하여 연마 패드 두께 프로파일의 해상도 및 정밀도를 개선하는 것을 보조한다.The pad conditioner assembly 108 shown includes two conditioning disk displacement sensors 210a, 210b, although in some embodiments there is only a single conditioning disk displacement sensor 210a, or as shown in FIGS. 4A-4C. Together, there are three or more conditioning disk displacement sensors (210a, 210b). When utilizing a single conditioning disk displacement sensor 210a, only one tilt angle of the conditioning disk 128 can be measured. When using two conditioning disk displacement sensors 210a and 210b, two tilt angles of the conditioning disk 128 can be measured. When using three or more conditioning disk displacement sensors 210a and 210b, all three tilt angles of the conditioning disk 128 can be measured. The use of additional conditioning disk displacement sensors 210a, 210b beyond the three conditioning disk displacement sensors 210a, 210b helps improve the resolution and precision of conditioning disk tilt measurements and subsequent polishing pad thickness profile. do.

일부 실시예들에서, 패드 컨디셔너 조립체(108)는, 제2 구역(120b)에서의 연마 패드(112)의 표면의, 그에 인접한 제1 및 제3 구역들(120a,c)에서의 연마 패드(112)의 표면들에 대한 함몰된 관계를 유지하는 데 사용된다. 그러한 실시예들에서, 시스템 제어기(110)는 제2 구역(120b)에서의 컨디셔닝 디스크(128)에 대한 하향력 및/또는 컨디셔닝 디스크(128)의 체류 시간을 변경하는 데 사용될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 체류 시간은, 컨디셔닝 디스크(128)가 연마 패드(112)의 내측 반경으로부터 외측 반경까지 스위핑될 때 플래튼(102)이 그 아래에서 연마 패드(112)를 이동시키기 위해 회전할 때 컨디셔닝 디스크(128)가 방사상 위치에서 소비하는 시간의 평균 지속기간을 지칭한다. 예를 들어, 제2 구역(120b)에서의 연마 패드 표면 영역의 cm2 당 컨디셔닝 체류 시간은, 그에 인접한 제1 및/또는 제3 구역들(120a, c) 중 하나 또는 양쪽 모두에서의 연마 패드 표면 영역의 cm2 당 컨디셔닝 체류 시간에 비해 증가되거나 감소될 수 있다.In some embodiments, pad conditioner assembly 108 includes a polishing pad in first and third zones 120a,c adjacent to the surface of polishing pad 112 in second zone 120b ( 112) is used to maintain a depressed relationship to the surfaces. In such embodiments, system controller 110 may be used to vary the downward force on conditioning disk 128 and/or the residence time of conditioning disk 128 in second zone 120b. As used herein, dwell time refers to the amount of time the platen 102 has to move the polishing pad 112 beneath it as the conditioning disk 128 is swept from the inner radius to the outer radius of the polishing pad 112. Refers to the average duration of time that the conditioning disk 128 spends in the radial position when rotating. For example, the conditioning residence time per cm2 of polishing pad surface area in second zone 120b is the polishing pad surface area in one or both of first and/or third zones 120a, c adjacent thereto. It can be increased or decreased relative to the conditioning residence time per cm 2 of area.

도 3은 컨디셔닝 디스크(128)가 연마 패드(112) 위의 다수의 위치들에 있는 도 1a의 연마 시스템(100)의 부분의 개략적인 단면도이다. 컨디셔닝 디스크(128)가, 상이한 높이들 및 배향들로 도시된다. 컨디셔닝 디스크(128)는, 연마 패드(112)의 표면에 걸쳐 이동하는 동안 축(C)을 중심으로 회전되도록 구성된다.FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a portion of the polishing system 100 of FIG. 1A with conditioning disks 128 at multiple locations over polishing pad 112 . Conditioning disk 128 is shown at different heights and orientations. Conditioning disk 128 is configured to rotate about axis C while moving across the surface of polishing pad 112.

본원에 설명된 바와 같은 컨디셔닝 디스크(128)는, 컨디셔닝 디스크(128)가 연마 패드(112)의 휴지 위치(resting position)와 상이한 각도로 기울어지게 하는 임의의 결함들 또는 디봇들 없이 연마 패드(112)의 부분 위에 컨디셔닝 디스크(128)가 위치될 때의 제1 배향(O1)으로 도시된다. 제1 배향(O1)은 본향 배향(home orientation) 또는 휴지 위치로 고려될 수 있다.Conditioning disk 128 as described herein can be used to condition polishing pad 112 without any defects or divots that cause conditioning disk 128 to tilt at a different angle than the resting position of polishing pad 112. ) is shown in a first orientation (O 1 ) when the conditioning disk 128 is positioned over a portion of ). The first orientation (O 1 ) may be considered a home orientation or resting position.

컨디셔닝 디스크(128')는 컨디셔닝 디스크(128')가 연마 패드(112) 내의 디봇 또는 피쳐 위에 적어도 부분적으로 배치되는 것으로서 도시된다. 본원에 도시된 바와 같이, 연마 패드(112) 내의 디봇 또는 피쳐는 플래튼 몸체(114) 내의 디봇 또는 피쳐, 예컨대, 위에서 설명된 바와 같은 패드 장착 표면(118b)의 제2 구역(120b)에 의해 야기된다. 컨디셔닝 디스크(128')는 연마 패드(112) 내에서 디봇 위에 있는 동안 제2 배향(O2)으로 배치된다. 제2 배향(O2)은 제1 컨디셔닝 디스크 거리(Z4) 및 제2 컨디셔닝 디스크 거리(Z5)를 측정함으로써 측정된다. 본원에 도시된 바와 같이, 제1 컨디셔닝 디스크 거리(Z4)는 제2 컨디셔닝 디스크 거리(Z5)보다 작고, 그러므로 컨디셔닝 디스크(128')의 배향이 결정된다. 더 작은 컨디셔닝 디스크들(128) 및/또는 추가적인 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)을 이용하여 연마 패드(112) 내의 피쳐들의 더 세밀한 해상도가 가능할 수 있다.Conditioning disk 128' is shown as being at least partially disposed over a divot or feature in polishing pad 112. As shown herein, the divots or features in the polishing pad 112 are separated by a divot or feature in the platen body 114, such as a second region 120b of the pad mounting surface 118b as described above. It is caused. Conditioning disk 128' is positioned in a second orientation (O 2 ) while over a divot within polishing pad 112. The second orientation (O 2 ) is determined by measuring the first conditioning disk distance (Z 4 ) and the second conditioning disk distance (Z 5 ). As shown herein, the first conditioning disk distance Z 4 is less than the second conditioning disk distance Z 5 and therefore the orientation of the conditioning disk 128' is determined. Finer resolution of features within polishing pad 112 may be possible using smaller conditioning disks 128 and/or additional conditioning disk displacement sensors 210a, 210b.

컨디셔닝 디스크(128")는, 컨디셔닝 디스크(128")가 연마 패드(112) 내에서 컨디셔닝 디스크(128')와 동일한 디봇 또는 피쳐 위에 적어도 부분적으로 배치되지만 디봇 또는 피쳐의 상이한 부분 위에 배치되는 것으로서 도시된다. 본원에 도시된 바와 같이, 컨디셔닝 디스크들(128', 128") 둘 모두뿐만 아니라 각각의 제1 액추에이터들(130)의 평균 높이가 동일하다. 그러나, 컨디셔닝 디스크들(128' 및 128") 각각의 배향들(O2 및 O3)은 상이하다. 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)이 없다면, 암 변위 센서(238)는 컨디셔닝 디스크들(128' 또는 128")의 배향을 측정할 수 없을 것이다. 그러므로, 컨디셔닝 디스크들(128' 및 128") 둘 모두는 동일한 높이인 것으로 보일 것이다. 이는, 본원에 설명된 컨디셔닝 디스크들(128)이, 더 작은 피쳐들 및 디봇들을 통과할 때 과장된다. 그러므로, 피쳐들 또는 홈들의 크기 및 형상은 변위 센서(238)의 사용만으로 정확하게 측정되지 않지만, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)의 추가적인 사용이, 크기 및 형상이 더 정확하게 측정되는 것을 가능하게 한다.Conditioning disk 128'' is shown as being disposed at least partially over the same divot or feature within polishing pad 112 as conditioning disk 128', but over a different portion of the divot or feature. do. As shown herein, the average height of both conditioning disks 128' and 128" as well as each of the first actuators 130 is the same. However, each of conditioning disks 128' and 128" The orientations (O 2 and O 3 ) are different. Without conditioning disk displacement sensors 210a, 210b, arm displacement sensor 238 would not be able to measure the orientation of conditioning disks 128' or 128". Therefore, conditioning disks 128' and 128" ) both will appear to be the same height. This is exaggerated when the conditioning disks 128 described herein pass through smaller features and divots. Therefore, the size and shape of features or grooves are not accurately measured using only the displacement sensor 238, but the additional use of conditioning disk displacement sensors 210a, 210b allows the size and shape to be measured more accurately. do.

연마 패드(112) 상의 또 다른 위치에서, 컨디셔닝 디스크(128"')는 연마 패드(112) 내의 불균일부 위에 부분적으로 배치된다. 불균일부는 연마 패드(112)가 더 좁거나 더 두꺼운 영역일 수 있고, 그에 의해 연마 패드(112)는 하나의 영역에서 더 많은 양만큼 마모된다. 이 실시예에서, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)은 제1 컨디셔닝 디스크 거리(Z4) 및 제2 컨디셔닝 디스크 거리(Z5)를 측정한다. 제2 컨디셔닝 디스크 거리(Z5)보다 큰 제1 컨디셔닝 디스크 거리(Z4)는 컨디셔닝 디스크(128"')의 제4 배향(O4)을 나타낸다.At another location on polishing pad 112, conditioning disk 128'' is positioned partially over an irregularity in polishing pad 112. The irregularity may be an area where polishing pad 112 is narrower or thicker. , thereby causing the polishing pad 112 to be worn by a greater amount in one area.In this embodiment, the conditioning disk displacement sensors 210a, 210b measure the first conditioning disk distance Z 4 and the second conditioning disk distance Z 4 . Measure the distance Z 5. The first conditioning disk distance Z 4 greater than the second conditioning disk distance Z 5 represents the fourth orientation O 4 of the conditioning disk 128''.

컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)과 암 변위 센서(238)의 조합은 패드 장착 표면(118b)의 제2 구역(120b)에 의해 야기되는 연마 패드(112) 내의 불균일부의 정확한 측정을 가능하게 한다. 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)과 암 변위 센서(238)의 조합은 추가로, 제어기가, 불균일한 두께를 갖는 연마 패드(112) 또는 연마 패드(112) 아래의 플래튼 몸체(114)의 형상에 의해 불균일부가 야기되는지를 결정하는 것을 가능하게 한다.The combination of conditioning disk displacement sensors 210a, 210b and arm displacement sensor 238 enables accurate measurement of irregularities within polishing pad 112 caused by second region 120b of pad mounting surface 118b. do. The combination of conditioning disk displacement sensors 210a, 210b and arm displacement sensor 238 further allows the controller to control platen body 114 below polishing pad 112 or polishing pad 112 having non-uniform thickness. It makes it possible to determine whether non-uniformities are caused by the shape of .

도 4a-4c는 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a-210d)의 상이한 구성들을 갖는 컨디셔닝 디스크들(128)의 개략적인 평면도들이다. 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a-210d)의 상이한 구성들은 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a-210d)의 상이한 배향들 및 개수들을 포함한다. 컨디셔닝 디스크(128)의 회전 축(C) 주위의 방사상 각도(α)는 변경될 수 있다.4A-4C are schematic top views of conditioning disks 128 with different configurations of conditioning disk displacement sensors 210a-210d. Different configurations of conditioning disk displacement sensors 210a - 210d include different orientations and numbers of conditioning disk displacement sensors 210a - 210d. The radial angle α about the axis of rotation C of the conditioning disk 128 can be varied.

컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a-210d)은 또한, 제1 액추에이터(130)로부터 방사상 내측에 또는 방사상 외측에 위치될 수 있고, 그에 의해, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a-210d)은 제1 액추에이터(130)의 바닥 표면 상에 배치되지 않을 수 있지만, 여전히 컨디셔닝 디스크(128)의 부분의 변위를 측정하도록 배향되게 구성된다. 일부 실시예들(도시되지 않음)에서, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a-210d)은 제1 액추에이터(130)의 측 표면 상에 배치되고, 컨디셔닝 디스크(128)의 변위를 측정하도록 배향된다.Conditioning disk displacement sensors 210a - 210d may also be positioned radially inward or radially outward from first actuator 130 , whereby conditioning disk displacement sensors 210a - 210d are positioned radially inward or radially outward from first actuator 130 . Although it may not be disposed on the bottom surface of the conditioning disk 130 , it is still configured to be oriented to measure the displacement of a portion of the conditioning disk 128 . In some embodiments (not shown), conditioning disk displacement sensors 210a - 210d are disposed on a side surface of first actuator 130 and oriented to measure the displacement of conditioning disk 128 .

도 4a의 제1 구성(400a)에 도시된 바와 같이, 2개의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)만이 활용된다. 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)은 제1 액추에이터(130)의 바닥 표면 상에 배치된다. 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)은 평면(E)을 따라 정렬된다. 평면(E)은 축(C)과 정렬되고 축을 통과한다. 제1 구성(400a)에서, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)은 서로에 대해 약 180 도의 방사상 각도(α)로 배치된다. 다른 실시예들에서, 2개의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b)이 사용될 수 있지만, 방사상 각도(α)는 180 도 외의 각도로 변경되고, 그에 의해, 센서들(210a 및 210b)은 상이한 평면들 상에 위치되어, 컨디셔닝 디스크(128)의 다른 자유도의 측정을 가능하게 한다.As shown in the first configuration 400a of Figure 4A, only two conditioning disk displacement sensors 210a and 210b are utilized. Conditioning disk displacement sensors 210a, 210b are disposed on the bottom surface of first actuator 130. Conditioning disk displacement sensors 210a, 210b are aligned along plane E. The plane (E) is aligned with and passes through the axis (C). In the first configuration 400a, the conditioning disk displacement sensors 210a, 210b are arranged at a radial angle α of approximately 180 degrees relative to each other. In other embodiments, two conditioning disk displacement sensors 210a and 210b may be used, but the radial angle α is varied to an angle other than 180 degrees, thereby causing the sensors 210a and 210b to be in different planes. Located on the fields, it allows measurement of different degrees of freedom of the conditioning disk 128.

도 4b의 제2 구성(400b)에 도시된 바와 같이, 3개의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b, 210c)이 활용된다. 3개의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들은 축(C)에 대해 중심이 맞춰지고 서로에 대해 방사상 각도(α)로 배치되며, 그에 의해, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b, 210c) 각각은 축(C)에서 교차하지만 동일하지는 않은 별개의 평면들 상에 배치된다. 제1 컨디셔닝 디스크 변위 센서(210a)는 제1 평면(F) 상에 배치되고, 제2 컨디셔닝 디스크 변위 센서(210b)는 제2 평면(G) 상에 배치되고, 제3 컨디셔닝 디스크 변위 센서(210c)는 제3 평면(H) 상에 배치된다. 제1 평면(F), 제2 평면(G) 및 제3 평면(H) 각각은 그 사이에 배치된 방사상 각도(α)를 갖는다. 방사상 각도(α)는 약 10 도 내지 약 170 도, 예컨대, 약 10 도 내지 약 150 도, 예컨대, 약 10 도 내지 약 120 도, 예컨대, 약 45 도 내지 약 120 도, 예컨대, 약 90 도 내지 약 120 도이다.As shown in the second configuration 400b of Figure 4B, three conditioning disk displacement sensors 210a, 210b, 210c are utilized. The three conditioning disk displacement sensors are centered about axis C and arranged at a radial angle α relative to each other, whereby each of the conditioning disk displacement sensors 210a, 210b, 210c is aligned with axis C. are placed on separate planes that intersect but are not identical. The first conditioning disk displacement sensor 210a is disposed on the first plane (F), the second conditioning disk displacement sensor 210b is disposed on the second plane (G), and the third conditioning disk displacement sensor 210c ) is disposed on the third plane (H). The first plane (F), the second plane (G) and the third plane (H) each have a radial angle α disposed therebetween. The radial angle α is between about 10 degrees and about 170 degrees, such as between about 10 degrees and about 150 degrees, such as between about 10 degrees and about 120 degrees, such as between about 45 degrees and about 120 degrees, such as between about 90 degrees and It's about 120 degrees.

도 4c의 제3 구성(400c)에 도시된 바와 같이, 4개의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b, 210c, 210d)이 활용된다. 4개의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b, 210c, 210d)은 축(C)에 대해 중심이 맞춰지고 서로에 대해 방사상 각도(α)로 배치되며, 그에 의해, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a, 210b, 210c, 210d)은 축(C)에서 교차하지만 동일하지는 않은 별개의 평면들 상에 배치된다. 제1 컨디셔닝 디스크 변위 센서(210a)는 제1 평면(I) 상에 배치되고, 제2 컨디셔닝 디스크 변위 센서(210b)는 제2 평면(J) 상에 배치되고, 제3 컨디셔닝 디스크 변위 센서(210c)는 제3 평면(K) 상에 배치되고, 제4 컨디셔닝 디스크 변위 센서(210d)는 제4 평면(L) 상에 배치된다. 제1 평면(I), 제2 평면(J), 제3 평면(K) 및 제4 평면(L) 각각은 그 사이에 배치된 방사상 각도(α)를 갖는다. 방사상 각도(α)는 약 10 도 내지 약 110 도, 예컨대, 약 10 도 내지 약 100 도, 예컨대, 약 45 도 내지 약 100 도, 예컨대, 약 60 도 내지 약 90 도이다. 일 실시예에서, 평면(I) 및 평면(K)은 도시된 바와 같이 동일한 평면이다. 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일 실시예에서, 평면(J) 및 평면(L)은 도시된 바와 같이 동일한 평면이다. 다른 실시예들에서, 4개의 평면들 모두는 별개의 평면들이다.As shown in the third configuration 400c of Figure 4C, four conditioning disk displacement sensors 210a, 210b, 210c, 210d are utilized. The four conditioning disk displacement sensors 210a, 210b, 210c, 210d are centered about the axis C and arranged at a radial angle α relative to each other, whereby the conditioning disk displacement sensors 210a, 210b, 210c, 210d) are disposed on separate planes that intersect on axis C but are not identical. The first conditioning disk displacement sensor 210a is disposed on the first plane (I), the second conditioning disk displacement sensor 210b is disposed on the second plane (J), and the third conditioning disk displacement sensor 210c ) is disposed on the third plane (K), and the fourth conditioning disk displacement sensor 210d is disposed on the fourth plane (L). The first plane (I), the second plane (J), the third plane (K) and the fourth plane (L) each have a radial angle α disposed therebetween. The radial angle α is between about 10 degrees and about 110 degrees, such as between about 10 degrees and about 100 degrees, such as between about 45 degrees and about 100 degrees, such as between about 60 degrees and about 90 degrees. In one embodiment, plane I and plane K are the same plane as shown. In one embodiment, which can be combined with other embodiments, plane J and plane L are the same plane as shown. In other embodiments, all four planes are separate planes.

도 5는 본원에 설명된 실시예들에 따른, 연마 패드 두께 프로파일을 형성하는 방법(500)의 흐름도이다. 연마 패드 두께 프로파일은 연마 패드 두께 및 배향의 맵이다. 연마 패드 두께 프로파일은 본원에 설명된 센서들 및 방법들을 사용하여 연속적으로 또는 주기적으로 업데이트될 수 있다. 연마 패드의 두께 프로파일을 아는 것은, 기판 캐리어(104)뿐만 아니라 컨디셔닝 디스크(128)의 체류 시간이 그에 따라 조정되는 것을 가능하게 한다.5 is a flow diagram of a method 500 of forming a polishing pad thickness profile, according to embodiments described herein. The polishing pad thickness profile is a map of polishing pad thickness and orientation. The polishing pad thickness profile can be updated continuously or periodically using the sensors and methods described herein. Knowing the thickness profile of the polishing pad allows the residence time of the substrate carrier 104 as well as the conditioning disk 128 to be adjusted accordingly.

방법(500) 동안, 컨디셔닝 디스크, 예컨대, 컨디셔닝 디스크(128)는 작동(502) 동안 연마 패드, 예컨대, 연마 패드(114)의 최상부 표면에 대하여 압박된다. 컨디셔닝 디스크는, 컨디셔닝 디스크 및 연마 패드가 회전할 때 연마 패드의 최상부 표면에 걸쳐 스위핑될 수 있다. 컨디셔닝 디스크가 연마 패드 상으로 가압되는 압력뿐만 아니라 체류 시간은 미리 결정된 또는 조정가능한 값들일 수 있다.During method 500, a conditioning disk, such as conditioning disk 128, is pressed against the top surface of a polishing pad, such as polishing pad 114, during operation 502. The conditioning disk may be swept across the top surface of the polishing pad as the conditioning disk and polishing pad rotate. The pressure at which the conditioning disk is pressed onto the polishing pad as well as the residence time may be predetermined or adjustable values.

컨디셔닝 디스크를 연마 패드에 대하여 압박하기 시작한 후, 다른 작동(504) 동안, 컨디셔닝 암, 예컨대, 컨디셔닝 암(132)과 연마 플래튼, 예컨대, 플래튼 몸체(114) 사이의 거리가 측정된다. 연마 플래튼은 연마 패드 아래에 배치된다. 거리는 하나 이상의 암 변위 센서, 예컨대, 암 변위 센서(238)를 사용하여 측정된다. 암 변위 센서는 연마 패드 장착 표면, 예컨대, 연마 패드 장착 표면(118)까지의 거리를 측정하도록 구성된다.After beginning to press the conditioning disk against the polishing pad, during another operation 504, the distance between the conditioning arm, such as conditioning arm 132, and the polishing platen, such as platen body 114, is measured. A polishing platen is placed below the polishing pad. Distance is measured using one or more arm displacement sensors, such as arm displacement sensor 238. The arm displacement sensor is configured to measure the distance to a polishing pad mounting surface, such as polishing pad mounting surface 118.

다른 작동(506) 동안, 컨디셔닝 디스크의 배향은 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서, 예컨대, 컨디셔닝 디스크 변위 센서들(210a-d)을 사용하여 결정된다. 컨디셔닝 디스크의 배향은 단일 방향 또는 다수의 방향들에서의 기울기를 측정함으로써 결정될 수 있고, 그에 의해, 컨디셔닝 디스크 기울기의 3차원 이미지가 획득될 수 있다. 작동(506) 동안 컨디셔닝 디스크의 배향을 획득하는 것은, 작동(504) 동안의 컨디셔닝 암과 연마 플래튼 사이의 거리의 측정과 동시에 수행된다. 2개의 측정들을 동시에 획득하는 것은 2개의 측정들이 상관되는 것을 가능하게 하고, 연마 패드의 더 정확한 두께 측정이, 임의의 주어진 시간에 획득될 수 있다.During another operation 506, the orientation of the conditioning disk is determined using one or more conditioning disk displacement sensors, such as conditioning disk displacement sensors 210a-d. The orientation of the conditioning disk can be determined by measuring tilt in a single direction or multiple directions, thereby obtaining a three-dimensional image of the conditioning disk tilt. Obtaining the orientation of the conditioning disk during operation 506 is performed simultaneously with measuring the distance between the conditioning arm and the polishing platen during operation 504. Obtaining two measurements simultaneously allows the two measurements to be correlated and a more accurate thickness measurement of the polishing pad can be obtained at any given time.

측정 작동들(504, 506)은 상이한 위치들에서의 연마 패드의 두께를 측정하기 위해 반복될 수 있다. 조합된 컨디셔닝 디스크 배향 및 암 변위 측정들을 사용하여 연마 패드의 두께를 측정한 후에, 다른 작동(508) 동안 연마 패드의 두께 프로파일이 결정된다. 작동(508) 동안, 연마 패드의 두께 측정들과 함께 데이터 테이블이 전파된다. 일부 실시예들에서, 작동들(504, 506) 동안 취해진 두께 측정들은 이전의 두께 측정들 또는 두께 추정들을 덮어쓰고, 그에 의해, 작동(508) 동안 연마 패드의 두께 프로파일이 연속적으로 업데이트된다. 연마 패드의 두께 프로파일은 3차원 프로파일 측정일 수 있고, 그에 의해, 연마 패드의 3차원 맵이 생성된다.Measurement operations 504 and 506 can be repeated to measure the thickness of the polishing pad at different locations. After measuring the thickness of the polishing pad using the combined conditioning disk orientation and arm displacement measurements, the thickness profile of the polishing pad is determined during another operation 508. During operation 508, a data table is propagated with the thickness measurements of the polishing pad. In some embodiments, thickness measurements taken during operations 504 and 506 overwrite previous thickness measurements or thickness estimates, thereby continuously updating the thickness profile of the polishing pad during operation 508. The thickness profile of the polishing pad may be a three-dimensional profile measurement, thereby creating a three-dimensional map of the polishing pad.

일단 연마 패드의 두께 프로파일이 결정되면, 다른 작동(510) 동안 연마 패드의 결정된 두께 프로파일에 기초하여 하나 이상의 컨디셔닝 파라미터가 변경될 수 있다. 하나 이상의 컨디셔닝 파라미터는, 연마 패드 상에서의 컨디셔닝 디스크의 체류 시간, 컨디셔닝 디스크에 의해 연마 패드에 가해지는 압력, 연마 패드 상으로의 프로세스 유체 주입의 속도, 기판 캐리어 체류 시간 및 압력, 또는 다른 프로세스 파라미터일 수 있다. 일부 실시예들에서, 연마 패드의 부분이 특정 두께 미만인 것으로 결정되는 경우, 또는 연마 패드의 프로파일이, 허용가능한 균일성 수준을 벗어난 경우, 연마 작동들은 중단될 수 있고, 연마 패드를 새로운 연마 패드로 교체하기 전에 연마 패드가 제거될 수 있다.Once the thickness profile of the polishing pad is determined, one or more conditioning parameters may be changed during another operation 510 based on the determined thickness profile of the polishing pad. The one or more conditioning parameters may be residence time of the conditioning disk on the polishing pad, pressure applied to the polishing pad by the conditioning disk, rate of process fluid injection onto the polishing pad, substrate carrier residence time and pressure, or other process parameters. You can. In some embodiments, if a portion of the polishing pad is determined to be below a certain thickness, or if the profile of the polishing pad is outside an acceptable level of uniformity, polishing operations may be stopped and the polishing pad replaced with a new polishing pad. The polishing pad may be removed before replacement.

본원에 설명된 장치 및 방법들은 화학적 기계적 연마 작동들 동안 연마 패드의 더 정확한 두께 측정을 가능하게 한다. 연마 패드의 두께는, 컨디셔닝 디스크 암에 결합된 암 변위 센서뿐만 아니라 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서의 조합을 사용하여 측정될 수 있다. 두께 측정들은 연마 패드의 두께 프로파일을 결정하기 위해 맵핑될 수 있고, 프로세스 조건들, 예컨대, 컨디셔닝 디스크 체류 시간이 변경될 수 있다.The apparatus and methods described herein enable more accurate thickness measurements of a polishing pad during chemical mechanical polishing operations. The thickness of the polishing pad may be measured using a combination of one or more conditioning disk displacement sensors as well as an arm displacement sensor coupled to a conditioning disk arm. Thickness measurements can be mapped to determine the thickness profile of the polishing pad, and process conditions, such as conditioning disk residence time, can be changed.

전술한 내용은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들은 그의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 그의 범위는 후속하는 청구항들에 의해 결정된다.Although the foregoing relates to embodiments of the disclosure, other and additional embodiments of the disclosure may be devised without departing from its basic scope, the scope of which is determined by the claims that follow.

Claims (20)

화학적 기계적 연마(CMP) 장치를 위한 패드 컨디셔닝 조립체로서,
컨디셔닝 디스크;
상기 컨디셔닝 디스크에 결합된 제1 액추에이터;
상기 컨디셔닝 디스크의 방사상 외측에 배치된 제2 액추에이터;
상기 제1 액추에이터와 상기 제2 액추에이터를 결합시키는 컨디셔너 암;
상기 컨디셔너 암에 결합된 암 변위 센서; 및
상기 제1 액추에이터에 결합된 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서
를 포함하는, 패드 컨디셔닝 조립체.A pad conditioning assembly for a chemical mechanical polishing (CMP) device, comprising:
conditioning disc;
a first actuator coupled to the conditioning disk;
a second actuator disposed radially outside the conditioning disk;
a conditioner arm that couples the first actuator and the second actuator;
an arm displacement sensor coupled to the conditioner arm; and
One or more conditioning disk displacement sensors coupled to the first actuator
A pad conditioning assembly comprising: 제1항에 있어서,
상기 컨디셔닝 디스크 변위 센서들은, 상기 컨디셔닝 디스크 변위 센서들 각각과 상기 컨디셔닝 디스크의 부분 사이의 거리를 측정하도록 구성되는, 패드 컨디셔닝 조립체.According to paragraph 1,
The pad conditioning assembly of claim 1, wherein the conditioning disk displacement sensors are configured to measure a distance between each of the conditioning disk displacement sensors and a portion of the conditioning disk. 제2항에 있어서,
상기 컨디셔닝 디스크 변위 센서들은 유도성 센서, 용량성 센서, 또는 레이저 센서 중 하나인, 패드 컨디셔닝 조립체.According to paragraph 2,
The pad conditioning assembly of claim 1, wherein the conditioning disk displacement sensors are one of an inductive sensor, a capacitive sensor, or a laser sensor. 제2항에 있어서,
상기 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서는 2개 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들을 포함하는, 패드 컨디셔닝 조립체.According to paragraph 2,
The pad conditioning assembly of claim 1, wherein the one or more conditioning disk displacement sensors comprises two or more conditioning disk displacement sensors. 제1항에 있어서,
상기 암 변위 센서는 유도성 센서, 용량성 센서, 또는 레이저 센서인, 패드 컨디셔닝 조립체.According to paragraph 1,
The pad conditioning assembly of claim 1, wherein the arm displacement sensor is an inductive sensor, a capacitive sensor, or a laser sensor. 제5항에 있어서,
상기 암 변위 센서는, 상기 컨디셔너 암 아래에 배치된 연마 플래튼의 최상부 표면과 상기 암 변위 센서 사이의 거리를 측정하도록 구성되는, 패드 컨디셔닝 조립체.According to clause 5,
wherein the arm displacement sensor is configured to measure a distance between the arm displacement sensor and a top surface of a polishing platen disposed beneath the conditioner arm. 제1항에 있어서,
상기 컨디셔닝 디스크는 컨디셔닝 디스크 홀더, 및 상기 컨디셔닝 디스크 홀더 내에 배치된 컨디셔닝 디스크 패드를 더 포함하고, 상기 컨디셔닝 디스크 패드는 연마 패드에 대하여 압박되도록 구성되는, 패드 컨디셔닝 조립체.According to paragraph 1,
The pad conditioning assembly of claim 1, wherein the conditioning disk further includes a conditioning disk holder and a conditioning disk pad disposed within the conditioning disk holder, wherein the conditioning disk pad is configured to be pressed against the polishing pad. 제1항에 있어서,
상기 패드 컨디셔닝 조립체는 상기 제2 액추에이터를 사용하여 연마 패드의 연마 표면에 걸쳐 상기 컨디셔닝 디스크를 이동시키도록 구성되는, 패드 컨디셔닝 조립체.According to paragraph 1,
wherein the pad conditioning assembly is configured to move the conditioning disk across a polishing surface of a polishing pad using the second actuator. 기판 처리를 위한 장치로서,
연마 플래튼;
기판 캐리어; 및
패드 컨디셔닝 조립체
를 포함하고, 상기 패드 컨디셔닝 조립체는:
컨디셔닝 디스크;
상기 컨디셔닝 디스크에 결합된 제1 액추에이터;
상기 컨디셔닝 디스크의 방사상 외측에 배치된 제2 액추에이터;
상기 제1 액추에이터와 상기 제2 액추에이터를 결합시키는 컨디셔너 암;
암 변위 센서 - 상기 컨디셔너 암의 바닥 컨디셔너 암 표면에 결합되고, 암 변위 센서와 상기 연마 플래튼의 최상부 표면 사이의 제1 거리를 측정하도록 구성됨 -; 및
하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서 - 상기 제1 액추에이터의 바닥 액추에이터 표면 상에 배치되고, 상기 컨디셔닝 디스크 변위 센서들 각각과 상기 컨디셔닝 디스크의 부분 사이의 제2 거리를 측정하도록 구성됨 -
를 포함하는, 장치.A device for processing a substrate, comprising:
polishing platen;
substrate carrier; and
Pad conditioning assembly
wherein the pad conditioning assembly includes:
conditioning disc;
a first actuator coupled to the conditioning disk;
a second actuator disposed radially outside the conditioning disk;
a conditioner arm that couples the first actuator and the second actuator;
an arm displacement sensor, coupled to a bottom conditioner arm surface of the conditioner arm and configured to measure a first distance between the arm displacement sensor and the top surface of the polishing platen; and
One or more conditioning disk displacement sensors, disposed on a bottom actuator surface of the first actuator and configured to measure a second distance between each of the conditioning disk displacement sensors and a portion of the conditioning disk.
Device, including. 제9항에 있어서,
상기 암 변위 센서 및 상기 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서 각각은 유도성 센서, 용량성 센서, 또는 레이저 센서인, 장치.According to clause 9,
The apparatus of claim 1, wherein each of the arm displacement sensor and the one or more conditioning disk displacement sensors is an inductive sensor, a capacitive sensor, or a laser sensor. 제9항에 있어서,
상기 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서는 2개 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들을 포함하고, 상기 2개 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들 각각은 상기 컨디셔닝 디스크의 회전 축에 대하여 상이한 각도 위치로 배향되는, 장치.According to clause 9,
The apparatus of claim 1 , wherein the one or more conditioning disk displacement sensors include two or more conditioning disk displacement sensors, each of the two or more conditioning disk displacement sensors being oriented at a different angular position relative to the axis of rotation of the conditioning disk. 제11항에 있어서,
상기 2개 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들은 3개의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들을 포함하는, 장치.According to clause 11,
The device of claim 1, wherein the two or more conditioning disk displacement sensors comprise three conditioning disk displacement sensors. 제11항에 있어서,
상기 2개 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들은 4개의 컨디셔닝 디스크 변위 센서들을 포함하는, 장치.According to clause 11,
The device of claim 1, wherein the two or more conditioning disk displacement sensors comprise four conditioning disk displacement sensors. 제9항에 있어서,
상기 컨디셔닝 디스크는 컨디셔닝 디스크 홀더, 및 상기 컨디셔닝 디스크 홀더 내에 배치된 컨디셔닝 디스크 패드를 더 포함하고, 상기 컨디셔닝 디스크 패드는 연마 패드에 대하여 압박되도록 구성되고, 상기 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서는 상기 컨디셔닝 디스크 변위 센서들 각각과 상기 컨디셔닝 디스크 패드의 부분 사이의 상기 제1 거리를 측정하도록 구성되는, 장치.According to clause 9,
The conditioning disk further includes a conditioning disk holder and a conditioning disk pad disposed within the conditioning disk holder, wherein the conditioning disk pad is configured to be pressed against a polishing pad, and the one or more conditioning disk displacement sensors measure the conditioning disk displacement. An apparatus configured to measure the first distance between each of the sensors and a portion of the conditioning disc pad. 제9항에 있어서,
제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는:
상기 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서 및 상기 암 변위 센서 각각으로부터의 입력으로 상기 컨디셔닝 디스크의 배향을 결정하도록 구성되는, 장치.According to clause 9,
Further comprising a controller, wherein the controller:
and determine the orientation of the conditioning disk with input from each of the one or more conditioning disk displacement sensors and the arm displacement sensor. 제15항에 있어서,
상기 제어기는:
상기 연마 플래튼 상에 배치된 연마 패드의 두께 프로파일을 결정하고;
상기 두께 프로파일을 결정한 후에 하나 이상의 컨디셔닝 파라미터를 변경하도록 더 구성되는, 장치.According to clause 15,
The controller:
determine a thickness profile of a polishing pad disposed on the polishing platen;
The apparatus further configured to change one or more conditioning parameters after determining the thickness profile. 기판 처리의 방법으로서,
컨디셔닝 디스크를 연마 패드의 표면에 대해 압박하는 단계;
상기 연마 패드 아래에 배치된 연마 플래튼과 컨디셔닝 암 사이의 거리를 측정하는 단계 - 상기 컨디셔닝 암은 제1 액추에이터를 통해 상기 컨디셔닝 디스크에 결합됨 -;
하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서를 사용하여 상기 컨디셔닝 디스크의 배향을 결정하는 단계;
상기 컨디셔닝 디스크의 배향으로부터 상기 연마 패드의 두께 프로파일을 결정하는 단계; 및
상기 두께 프로파일을 결정한 후에 하나 이상의 컨디셔닝 파라미터를 변경하는 단계
를 포함하는, 방법.As a method of substrate processing,
pressing the conditioning disk against the surface of the polishing pad;
measuring a distance between a conditioning arm and a polishing platen disposed beneath the polishing pad, the conditioning arm being coupled to the conditioning disk via a first actuator;
determining the orientation of the conditioning disk using one or more conditioning disk displacement sensors;
determining a thickness profile of the polishing pad from the orientation of the conditioning disk; and
changing one or more conditioning parameters after determining the thickness profile.
Method, including. 제17항에 있어서,
상기 컨디셔닝 디스크의 배향을 결정하는 단계는, 상기 컨디셔닝 암의 바닥 암 표면 상에 배치된 암 변위 센서를 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법.According to clause 17,
Determining the orientation of the conditioning disk further comprises using an arm displacement sensor disposed on a bottom arm surface of the conditioning arm. 제18항에 있어서,
상기 암 변위 센서 및 상기 하나 이상의 컨디셔닝 디스크 변위 센서 각각은 유도성 센서, 용량성 센서, 또는 레이저 센서인, 방법.According to clause 18,
The method of claim 1, wherein each of the arm displacement sensor and the one or more conditioning disk displacement sensors is an inductive sensor, a capacitive sensor, or a laser sensor. 제17항에 있어서,
상기 하나 이상의 컨디셔닝 파라미터는, 상기 연마 패드의 상이한 방사상 위치들 상에서의 상기 컨디셔닝 디스크의 체류 시간 또는 상기 연마 패드의 상기 상이한 방사상 위치들에 대한 상기 컨디셔닝 디스크의 하향력인, 방법.According to clause 17,
The method of claim 1 , wherein the one or more conditioning parameters are a residence time of the conditioning disk on different radial positions of the polishing pad or a downward force of the conditioning disk relative to the different radial positions of the polishing pad.
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