KR20240023190A - Combination of acoustic sensors for chemical mechanical polishing - Google Patents

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KR20240023190A
KR20240023190A KR1020247003749A KR20247003749A KR20240023190A KR 20240023190 A KR20240023190 A KR 20240023190A KR 1020247003749 A KR1020247003749 A KR 1020247003749A KR 20247003749 A KR20247003749 A KR 20247003749A KR 20240023190 A KR20240023190 A KR 20240023190A
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acoustic
polishing
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KR1020247003749A
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니콜라스 에이. 위스웰
에릭 에스. 론덤
벤자민 체리안
소랍 푸르만드
토마스 에이치. 오스터헬드
제이 구루사미
쇼우-성 창
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

화학적 기계적 연마 장치는, 연마 패드를 지지하기 위한 플래튼, 기판의 표면을 연마 패드에 대하여 유지하기 위한 캐리어 헤드, 기판 상의 상부 층을 연마하기 위해 플래튼과 캐리어 헤드 사이에 상대 운동을 생성하기 위한 모터, 기판에 접촉하기 위한 최상부 표면을 갖는 음향 윈도우를 포함하는 인-시튜 음향 모니터링 시스템, 및 인-시튜 음향 모니터링 시스템으로부터의 수신된 음향 신호들에 기초하여 연마 종료점을 검출하도록 구성된 제어기를 포함한다.A chemical mechanical polishing device includes a platen to support a polishing pad, a carrier head to hold the surface of the substrate relative to the polishing pad, and a platen to create relative motion between the platen and the carrier head to polish the top layer on the substrate. An in-situ acoustic monitoring system including a motor, an acoustic window having a top surface for contacting the substrate, and a controller configured to detect a polishing endpoint based on received acoustic signals from the in-situ acoustic monitoring system. .

Description

화학적 기계적 연마를 위한 음향 센서의 결합Combination of acoustic sensors for chemical mechanical polishing

본 개시내용은 화학적 기계적 연마의 인-시튜 모니터링에 관한 것으로, 특히, 음향 모니터링에 관한 것이다.The present disclosure relates to in-situ monitoring of chemical mechanical polishing, and in particular to acoustic monitoring.

집적 회로는 전형적으로, 규소 웨이퍼 상의 전도성, 반전도성, 또는 절연성 층들의 순차적 증착에 의해 기판 상에 형성된다. 하나의 제조 단계는, 비-평면 표면 위에 필러 층을 증착시키고 필러 층을 평탄화하는 것을 수반한다. 특정 응용들의 경우, 필러 층은 패터닝된 층의 최상부 표면이 노출될 때까지 평탄화된다. 절연성 층의 트렌치들 또는 홀들을 채우기 위해, 패터닝된 절연성 층 상에, 예를 들어, 전도성 필러 층이 증착될 수 있다. 평탄화 후에, 절연성 층의 융기된 패턴 사이에 남아 있는 금속성 층의 부분들은, 기판 상의 박막 회로들 사이에 전도성 경로들을 제공하는, 비아들, 플러그들 및 라인들을 형성한다. 다른 응용들, 예컨대, 산화물 연마의 경우, 필러 층은, 필러 층의 일부를 비-평면 표면 위에 남기기 위해, 예를 들어, 미리 결정된 기간 동안 연마함으로써 평탄화된다. 추가적으로, 기판 표면의 평탄화는 포토리소그래피를 위해 일반적으로 필수적이다.Integrated circuits are typically formed on a substrate by sequential deposition of conductive, semiconducting, or insulating layers on a silicon wafer. One manufacturing step involves depositing a filler layer over a non-planar surface and planarizing the filler layer. For certain applications, the filler layer is planarized until the top surface of the patterned layer is exposed. A conductive filler layer, for example, can be deposited on the patterned insulating layer to fill the trenches or holes in the insulating layer. After planarization, the portions of the metallic layer that remain between the raised patterns of the insulating layer form vias, plugs and lines that provide conductive paths between the thin film circuits on the substrate. For other applications, such as oxide polishing, the filler layer is planarized, for example by polishing for a predetermined period of time, to leave a portion of the filler layer above the non-planar surface. Additionally, planarization of the substrate surface is generally essential for photolithography.

화학적 기계적 연마(CMP)는 평탄화의 하나의 용인된 방법이다. 이 평탄화 방법은 전형적으로, 기판이 캐리어 또는 연마 헤드 상에 장착되는 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 전형적으로, 회전 연마 패드에 대하여 배치된다. 캐리어 헤드는, 기판을 연마 패드에 대해 누르기 위해, 제어가능한 하중을 기판 상에 제공한다. 연마재 연마 슬러리는 전형적으로, 연마 패드의 표면에 공급된다.Chemical mechanical polishing (CMP) is one accepted method of planarization. This planarization method typically requires the substrate to be mounted on a carrier or polishing head. The exposed surface of the substrate is typically positioned against a rotating polishing pad. The carrier head provides a controllable force on the substrate to press the substrate against the polishing pad. Abrasive polishing slurry is typically supplied to the surface of a polishing pad.

CMP에서의 한가지 과제는, 연마 프로세스가 완료되었는지 여부, 즉, 기판 층이, 원하는 평탄도 또는 두께로 평탄화되었는지 여부, 또는 원하는 양의 물질이 제거된 때를 결정하는 것이다. 슬러리 분포, 연마 패드 조건, 연마 패드와 기판 사이의 상대 속도, 및 기판에 대한 하중의 변동들은 물질 제거 속도의 변동들을 야기할 수 있다. 이러한 변동들뿐만 아니라, 기판 층의 초기 두께의 변동들도, 연마 종료점에 도달하는데 필요한 시간의 변동들을 야기한다. 그러므로, 연마 종료점은 일반적으로, 단지 연마 시간의 함수로서 결정될 수 없다.One challenge in CMP is determining whether the polishing process has been completed, i.e., whether the substrate layer has been planarized to the desired flatness or thickness, or when the desired amount of material has been removed. Variations in slurry distribution, polishing pad conditions, relative speed between the polishing pad and the substrate, and load on the substrate can cause variations in material removal rates. These variations, as well as variations in the initial thickness of the substrate layer, cause variations in the time required to reach the polishing endpoint. Therefore, the polishing endpoint generally cannot be determined solely as a function of polishing time.

일부 시스템들에서, 기판은, 예를 들어, 모터가 플래튼 또는 캐리어 헤드를 회전시키는 데에 요구되는 토크를 모니터링함으로써, 연마 동안 인-시튜로 모니터링된다. 연마의 음향 모니터링이 또한 제안되었다.In some systems, the substrate is monitored in-situ during polishing, for example, by monitoring the torque required for a motor to rotate the platen or carrier head. Acoustic monitoring of grinding has also been proposed.

일 양상에서, 화학적 기계적 연마 장치는, 연마 패드를 지지하기 위한 플래튼, 기판의 표면을 연마 패드에 대하여 유지하기 위한 캐리어 헤드, 기판 상의 상부 층을 연마하기 위해 플래튼과 캐리어 헤드 사이에 상대 운동을 생성하기 위한 모터, 기판에 접촉하기 위한 최상부 표면을 갖는 음향 윈도우를 포함하는 인-시튜 음향 모니터링 시스템, 및 인-시튜 음향 모니터링 시스템으로부터의 수신된 음향 신호들에 기초하여 연마 종료점을 검출하도록 구성된 제어기를 포함한다.In one aspect, a chemical mechanical polishing device includes a platen to support a polishing pad, a carrier head to maintain the surface of the substrate relative to the polishing pad, and a relative motion between the platen and the carrier head to polish an upper layer on the substrate. an in-situ acoustic monitoring system comprising a motor for generating an acoustic window having a top surface for contacting the substrate, and configured to detect a polishing endpoint based on received acoustic signals from the in-situ acoustic monitoring system. Includes a controller.

다른 양상에서, 화학적 기계적 연마 장치는, 플래튼, 플래튼 상에 지지되는 연마 패드, 기판의 표면을 연마 패드에 대하여 유지하기 위한 캐리어 헤드, 기판 상의 상부 층을 연마하기 위해 플래튼과 캐리어 헤드 사이에 상대 운동을 생성하기 위한 모터, 기판의 표면으로부터 음향 신호들을 수신하는 음향 센서를 포함하는 인-시튜 음향 모니터링 시스템, 및 인-시튜 음향 모니터링 시스템으로부터의 수신된 음향 신호들에 기초하여 연마 종료점을 검출하도록 구성된 제어기를 포함한다. 음향 센서는 연마 패드의 바닥 표면에 접착식으로 부착된다.In another aspect, a chemical mechanical polishing device includes a platen, a polishing pad supported on the platen, a carrier head for holding the surface of the substrate relative to the polishing pad, and between the platen and the carrier head for polishing an upper layer on the substrate. an in-situ acoustic monitoring system including a motor for generating relative motion, an acoustic sensor for receiving acoustic signals from the surface of the substrate, and determining a polishing endpoint based on the received acoustic signals from the in-situ acoustic monitoring system. and a controller configured to detect. The acoustic sensor is adhesively attached to the bottom surface of the polishing pad.

구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 센서는, 예를 들어, 접착제에 의해 연마 패드에 고정될 수 있다. 음향 윈도우는 음향 센서보다 작은 직경을 가질 수 있다. 음향 센서는 압전 음향 센서일 수 있다. 연마 종료점은 기판의 연마로 인한 하부 층의 노출일 수 있다. 제어기는, 검출에 응답하여, 캐리어 헤드의 압력을 조정하거나 새로운 기판의 후속 연마의 베이스라인 압력을 조정하도록 구성될 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. The sensor may be secured to the polishing pad, for example, by adhesive. The acoustic window may have a smaller diameter than the acoustic sensor. The acoustic sensor may be a piezoelectric acoustic sensor. The polishing endpoint may be exposure of the underlying layer due to polishing of the substrate. The controller may be configured, in response to the detection, to adjust the pressure of the carrier head or the baseline pressure of subsequent polishing of the new substrate.

다음의 가능한 장점들 중 하나 이상이 실현될 수 있다. 음향 센서의 신호 강도가 증가될 수 있다. 연마 층과 센서 사이의 음향 결합이 더 신뢰성있게 확립될 수 있다. 하부 층의 노출은 더 신뢰성있게 검출될 수 있다. 연마는 더 신뢰성있게 중단될 수 있고, 웨이퍼간 균일성이 개선될 수 있다. 연마 파라미터들은 평탄화의 검출 시에, 즉, 기판 표면의 평활화 시에 변화될 수 있고, 이는 균일성을 개선하거나 연마 속도를 증가시킬 수 있다. 평탄화의 검출 시에 또는 평탄화의 검출 이후의 미리 설정된 시간의 만료 후에 연마가 중단될 수 있다. 이는 대안적인 종료점 기법을 제공할 수 있다.One or more of the following possible advantages may be realized. The signal strength of the acoustic sensor can be increased. The acoustic coupling between the polishing layer and the sensor can be established more reliably. Exposure of lower layers can be detected more reliably. Polishing can be stopped more reliably and wafer-to-wafer uniformity can be improved. Polishing parameters can be changed upon detection of planarization, i.e., upon smoothing of the substrate surface, which can improve uniformity or increase polishing speed. Polishing may be stopped upon detection of flattening or after expiration of a preset time following detection of flattening. This may provide an alternative endpoint technique.

하나 이상의 구현의 세부사항들이 이하의 설명 및 첨부 도면들에 제시된다. 다른 양상들, 특징들 및 장점들은 설명 및 도면들로부터 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.Details of one or more implementations are set forth in the description below and the accompanying drawings. Other aspects, features and advantages will be apparent from the description and drawings and from the claims.

도 1은 연마 장치의 예의 개략적인 단면도를 예시한다.
도 2a는 연마 패드의 부분과 맞물리는 음향 모니터링 센서의 개략적인 단면도를 예시한다.
도 2b는 음향 투과 층인 음향 모니터링 센서의 다른 구현의 개략적인 단면도를 예시한다.
도 2c는 음향 모니터링 센서의 다른 구현의 개략적인 단면도를 예시한다.
도 2d는, 연마 층에 음향 윈도우가 형성되고 연마 패드의 후면 층에 음향 투과 층이 형성되는, 음향 모니터링 센서의 다른 구현의 개략적인 단면도를 예시한다.
도 3은 다수의 음향 모니터링 센서 윈도우들을 갖는 플래튼의 개략적인 평면도를 예시한다.
도 4는 음향 모니터링 센서 윈도우를 둘러싸는 평면 부분을 갖는 플래튼의 개략적인 평면도를 예시한다.
도 5a-5c는 기판의 표면의 평탄화를 예시한다.
도 6은 주파수 범위에 걸친 스펙트럼 전력 밀도의 합계의 그래프를 시간의 함수로서 예시한다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
1 illustrates a schematic cross-sectional view of an example of a polishing device.
2A illustrates a schematic cross-sectional view of an acoustic monitoring sensor engaged with a portion of a polishing pad.
Figure 2b illustrates a schematic cross-sectional view of another implementation of an acoustic monitoring sensor that is an acoustically transparent layer.
Figure 2C illustrates a schematic cross-sectional view of another implementation of an acoustic monitoring sensor.
2D illustrates a schematic cross-sectional view of another implementation of an acoustic monitoring sensor, where an acoustic window is formed in the polishing layer and an acoustically transparent layer is formed in the backside layer of the polishing pad.
Figure 3 illustrates a schematic plan view of a platen with multiple acoustic monitoring sensor windows.
Figure 4 illustrates a schematic top view of a platen with a planar portion surrounding an acoustic monitoring sensor window.
Figures 5A-5C illustrate planarization of the surface of a substrate.
Figure 6 illustrates a graph of the sum of spectral power density over a range of frequencies as a function of time.
Like reference numbers in the various drawings represent similar elements.

일부 반도체 칩 제조 프로세스들에서, 하부 층, 예를 들어, 유전체, 예컨대, 산화규소, 질화규소 또는 고-K 유전체가 노출될 때까지, 상부 층, 예를 들어, 금속, 산화규소 또는 폴리실리콘이 연마된다. 일부 응용들의 경우, 하부 층이 노출될 때, 기판으로부터의 음향 방출들이 변화할 것이다. 연마 종료점은 음향 신호에서의 이러한 변화를 검출함으로써 결정될 수 있다. 그러나, 기존의 모니터링 기법들은 반도체 디바이스 제조업자들의 증가하는 요구들을 만족시키지 못할 수 있다.In some semiconductor chip manufacturing processes, the top layer, e.g., metal, silicon oxide, or polysilicon, is polished until the lower layer, e.g., dielectric, e.g., silicon oxide, silicon nitride, or high-K dielectric is exposed. do. For some applications, the acoustic emissions from the substrate will change as the underlying layer is exposed. The polishing endpoint can be determined by detecting this change in the acoustic signal. However, existing monitoring techniques may not meet the increasing needs of semiconductor device manufacturers.

모니터링될 음향 방출들은 기판 물질이 변형을 겪을 때 방출된 에너지에 의해 야기될 수 있고, 결과적인 음향 스펙트럼은 기판의 물질 특성들에 관련된다. 임의의 특정 이론에 제한되지 않고, "응력 에너지(stress energy)"로 또한 지칭되는 이러한 에너지의 가능한 공급원들, 및 그의 특징 주파수들은 화학 결합들의 파손, 특징 포논 주파수들, 슬립-스틱 메커니즘들 등을 포함한다. 이러한 응력 에너지 음향 효과는 연마 패드에 대한 기판의 마찰에 의해 유도되는 진동들에 의해 생성되는 잡음(때때로 음향 신호로 또한 지칭됨), 또는 기판 상의 결함들의 균열, 치핑, 파손 또는 유사한 발생에 의해 생성되는 잡음과 동일하지 않다는 점을 주목할 수 있다. 응력 에너지는 적절한 필터링을 통해, 다른 음향 신호들, 예를 들어, 연마 패드에 대한 기판의 마찰로부터의, 또는 기판 상의 결함들의 발생에 의해 생성되는 잡음의 음향 신호와 구별될 수 있다. 예를 들어, 음향 센서로부터의 신호는, 응력 에너지를 나타내는 것으로 알려진, 시험 기판으로부터 측정된 신호와 비교될 수 있다.The acoustic emissions to be monitored may be caused by the energy released when the substrate material undergoes deformation, and the resulting acoustic spectrum is related to the material properties of the substrate. Without being limited to any particular theory, possible sources of this energy, also referred to as “stress energy”, and its characteristic frequencies include the breaking of chemical bonds, characteristic phonon frequencies, slip-stick mechanisms, etc. Includes. This stress energy acoustic effect is generated by noise (sometimes also referred to as an acoustic signal) produced by vibrations induced by friction of the substrate against the polishing pad, or by cracking, chipping, breakage or similar occurrence of defects on the substrate. It can be noted that this is not the same as the noise. Stress energy can, through appropriate filtering, be distinguished from other acoustic signals, for example from friction of the substrate against a polishing pad, or from noise generated by the occurrence of defects on the substrate. For example, a signal from an acoustic sensor can be compared to a signal measured from a test board, which is known to represent stress energy.

그러나, 음향 모니터링에서의 잠재적인 문제는 센서로의 음향 신호의 송신이다. 일부 연마 패드들은 음향 에너지의 투과가 불량하다. 추가적으로, 연마 패드와 센서 사이의 불량한 결합은 음향 신호를 감쇠시키는 경향이 있다. 더욱이, 센서마다 일관된 결합을 확립하는 것이 어려울 수 있다.However, a potential problem in acoustic monitoring is the transmission of acoustic signals to the sensor. Some polishing pads have poor transmission of acoustic energy. Additionally, poor coupling between the polishing pad and the sensor tends to attenuate the acoustic signal. Moreover, it can be difficult to establish consistent binding from sensor to sensor.

따라서, 음향 신호의 감쇠가 낮은 음향 "윈도우"와 접촉하는 음향 센서를 갖는 것이 유리할 것이다. 일부 구현들에서, 음향 센서에 대한 음향 신호 결합을 더 증가시키기 위해, 투과 물질의 제2 층이 인-시튜 음향 모니터링 시스템에 추가된다.Therefore, it would be advantageous to have an acoustic sensor in contact with an acoustic "window" where the attenuation of the acoustic signal is low. In some implementations, a second layer of transmissive material is added to the in-situ acoustic monitoring system to further increase acoustic signal coupling to the acoustic sensor.

예를 들어, 접착제를 이용하여 음향 센서를 결합 윈도우에 접착시키는 것은 하우징 내에서의 음향 센서의 이동과 연관된 음향 신호에서의 잡음을 감소시킬 수 있다. 접착제는 연마 패드에 대한 센서의 우수한 결합을 제공할 수 있고, 센서별 기반의 더 신뢰성있는 음향 감쇠를 제공할 수 있다.For example, bonding an acoustic sensor to a bonding window using an adhesive can reduce noise in the acoustic signal associated with movement of the acoustic sensor within the housing. The adhesive can provide superior bonding of the sensor to the polishing pad and can provide more reliable acoustic attenuation on a sensor-specific basis.

이러한 특징들 중 임의의 것이 다른 특징들과 독립적으로 사용될 수 있다.Any of these features may be used independently of the other features.

도 1은 연마 장치(100)의 예를 예시한다. 연마 장치(100)는 회전가능한 디스크-형상 플래튼(120)을 포함하고, 이 플래튼 상에 연마 패드(110)가 위치된다. 연마 패드(110)는 외측 연마 층(112) 및 더 연질의 후면 층(114)을 갖는 2층 연마 패드일 수 있다. 플래튼은 축(125)을 중심으로 회전하도록 작동가능하다. 예를 들어, 모터(121), 예를 들어, DC 유도 모터는 플래튼(120)을 회전시키기 위해 구동 샤프트(124)를 회전시킬 수 있다.1 illustrates an example of a polishing device 100. The polishing device 100 includes a rotatable disk-shaped platen 120 on which a polishing pad 110 is positioned. Polishing pad 110 may be a two-layer polishing pad having an outer polishing layer 112 and a softer back layer 114. The platen is operable to rotate about axis 125. For example, motor 121, such as a DC induction motor, can rotate drive shaft 124 to rotate platen 120.

연마 장치(100)는, 연마액(132), 예컨대, 연마 슬러리를 연마 패드(110) 상에 분배하기 위해, 패드를 향한 포트(130)를 포함할 수 있다. 연마 장치는 또한, 연마 패드(110)를 일관된 연마 상태로 유지하기 위해 연마 패드(110)를 연마하기 위한 연마 패드 컨디셔너를 포함할 수 있다.The polishing device 100 may include a port 130 facing the pad 130 for dispensing a polishing liquid 132, such as a polishing slurry, onto the polishing pad 110 . The polishing device may also include a polishing pad conditioner for polishing the polishing pad 110 to maintain the polishing pad 110 in a consistent polishing condition.

연마 장치(100)는 적어도 하나의 캐리어 헤드(140)를 포함한다. 캐리어 헤드(140)는 기판(10)을 연마 패드(110)에 대해 유지하도록 작동가능하다. 각각의 캐리어 헤드(140)는 매 각각의 기판과 연관된 연마 파라미터들, 예를 들어, 압력의 독립적 제어를 가질 수 있다.The polishing device 100 includes at least one carrier head 140. Carrier head 140 is operable to hold substrate 10 relative to polishing pad 110 . Each carrier head 140 may have independent control of polishing parameters associated with each substrate, such as pressure.

캐리어 헤드(140)는 가요성 멤브레인(144) 아래에 기판(10)을 유지하기 위해 리테이닝 링(142)을 포함할 수 있다. 캐리어 헤드(140)는 또한, 멤브레인에 의해 한정된 하나 이상의 독립적으로 제어가능한 가압가능 챔버, 예를 들어, 3개의 챔버들(146a-146c)을 포함하며, 이 챔버들은 독립적으로 제어가능한 압력들을 가요성 멤브레인(144) 상의 연관된 구역들에, 그리고 따라서 기판(10) 상에 인가할 수 있다(도 1 참고). 예시의 편의를 위해, 도 1에 단지 3개의 챔버들만이 예시되어 있지만, 1개 또는 2개의 챔버들, 또는 4개 이상의 챔버들, 예를 들어, 5개의 챔버들이 있을 수 있다.Carrier head 140 may include a retaining ring 142 to retain substrate 10 beneath flexible membrane 144 . Carrier head 140 also includes one or more independently controllable pressurizable chambers defined by the membrane, e.g., three chambers 146a-146c, which can be configured to flexibly adjust independently controllable pressures. It may be applied to associated regions on membrane 144 and therefore on substrate 10 (see Figure 1). For ease of illustration, only three chambers are illustrated in Figure 1, but there could be one or two chambers, or four or more chambers, for example five chambers.

캐리어 헤드(140)는 지지 구조(150), 예를 들어, 캐러셀 또는 트랙으로부터 매달리며, 캐리어 헤드가 축(155)을 중심으로 회전할 수 있도록, 구동 샤프트(152)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(154), 예를 들어, DC 유도 모터에 연결된다. 선택적으로, 각각의 캐리어 헤드(140)는, 예를 들어, 캐러셀(150) 상의 슬라이더들 상에서, 또는 캐러셀 자체의 회전 진동에 의해, 또는 트랙을 따른 미끄러짐에 의해 측방향으로 진동할 수 있다. 전형적인 작동에서, 플래튼은 플래튼의 중심 축(125)을 중심으로 회전되며, 각각의 캐리어 헤드는 캐리어 헤드의 중심 축(155)을 중심으로 회전되고, 연마 패드의 최상부 표면에 걸쳐 측방향으로 병진된다.The carrier head 140 is suspended from a support structure 150, for example a carousel or track, and is driven by a drive shaft 152 to rotate the carrier head by a motor (152) so that the carrier head rotates about an axis 155. 154), for example, connected to a DC induction motor. Optionally, each carrier head 140 may oscillate laterally, for example on sliders on the carousel 150, or by rotational vibration of the carousel itself, or by sliding along a track. . In a typical operation, the platen is rotated about the central axis 125 of the platen and each carrier head is rotated about the central axis 155 of the carrier head and laterally across the top surface of the polishing pad. It is translated.

제어기(190), 예컨대, 프로그램가능 컴퓨터는 플래튼(120) 및 캐리어 헤드(140)의 회전 속도를 제어하기 위해 모터들(121, 154)에 연결된다. 예를 들어, 각각의 모터는 연관된 구동 샤프트의 회전 속도를 측정하는 인코더를 포함할 수 있다. 모터 자체에 있거나, 제어기의 일부이거나, 별도의 회로일 수 있는 피드백 제어 회로는, 인코더로부터 측정된 회전 속도를 수신하며, 구동 샤프트의 회전 속도가, 제어기로부터 수신된 회전 속도와 일치하는 것을 보장하도록, 모터에 공급되는 전류를 조정한다.A controller 190, such as a programmable computer, is coupled to the motors 121 and 154 to control the rotational speed of the platen 120 and carrier head 140. For example, each motor may include an encoder that measures the rotational speed of its associated drive shaft. A feedback control circuit, which may be on the motor itself, part of the controller, or a separate circuit, receives the measured rotational speed from the encoder and is configured to ensure that the rotational speed of the drive shaft matches the rotational speed received from the controller. , adjusts the current supplied to the motor.

연마 장치(100)는 적어도 하나의 인-시튜 음향 모니터링 시스템(160)을 포함한다. 인-시튜 음향 모니터링 시스템(160)은 하나 이상의 음향 신호 센서(162)를 포함한다. 각각의 음향 신호 센서는 상부 플래튼(120) 상의 하나 이상의 위치에 설치될 수 있다. 특히, 인-시튜 음향 모니터링 시스템은 기판(10)의 물질이 변형을 겪을 때의 응력 에너지에 의해 야기되는 음향 방출들을 검출하도록 구성될 수 있다.Polishing device 100 includes at least one in-situ acoustic monitoring system 160. The in-situ acoustic monitoring system 160 includes one or more acoustic signal sensors 162. Each acoustic signal sensor may be installed at one or more locations on the upper platen 120. In particular, the in-situ acoustic monitoring system may be configured to detect acoustic emissions caused by stress energy as the material of substrate 10 undergoes deformation.

위치 센서, 예를 들어, 플래튼의 림에 연결된 광학 단속기 또는 회전 인코더는 플래튼(120)의 각도 위치를 감지하는 데 사용될 수 있다. 이는, 센서(162)가 기판에 근접하여 있을 때, 예를 들어, 센서(162)가 캐리어 헤드 또는 기판 아래에 있을 때 측정되는 신호의 부분들만이 종료점 검출에 사용되는 것을 허용한다.A position sensor, for example, an optical interrupter or a rotary encoder connected to the rim of the platen, may be used to sense the angular position of the platen 120. This allows only those portions of the signal that are measured when sensor 162 is in close proximity to the substrate, for example, when sensor 162 is below the carrier head or substrate, to be used for endpoint detection.

도 1에 도시된 구현에서, 음향 모니터링 시스템(160)은 기판(10)으로부터 연마 패드(110)를 통해 음향 신호들을 수신하도록 플래튼(120)에 의해 지지되어 위치된 음향 센서(162)를 포함한다. 음향 센서(162)는 부분적으로 또는 전체적으로 플래튼(120)의 최상부 표면의 리세스(164)에 있을 수 있다. 일부 구현들에서, 음향 센서(162)의 최상부 표면은 플래튼(120)의 최상부 표면과 동일 평면 상에 있다.In the implementation shown in FIG. 1 , the acoustic monitoring system 160 includes an acoustic sensor 162 positioned and supported by the platen 120 to receive acoustic signals from the substrate 10 through the polishing pad 110. do. The acoustic sensor 162 may be partially or entirely in a recess 164 of the top surface of the platen 120. In some implementations, the top surface of acoustic sensor 162 is coplanar with the top surface of platen 120.

음향 센서(162) 바로 위의 연마 패드의 부분은 음향 윈도우(119)를 포함할 수 있다. 음향 윈도우(119)는, 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이 음향 센서(162)보다 더 좁을 수 있거나, 또는 이 둘은, 예를 들어, 도 2c에 도시된 바와 같이 실질적으로 동일한 폭(예를 들어, 10% 이내)을 가질 수 있다. 음향 윈도우(119)가 음향 센서(119)보다 더 좁은 경우, 센서는 또한, 연마 층(112)의 바닥에 접할 수 있다.The portion of the polishing pad immediately above the acoustic sensor 162 may include an acoustic window 119 . The acoustic window 119 may be narrower than the acoustic sensor 162, for example as shown in Figure 2A, or the two may have substantially the same width (for example, as shown in Figure 2C). For example, within 10%). If the acoustic window 119 is narrower than the acoustic sensor 119, the sensor may also contact the bottom of the abrasive layer 112.

음향 센서(162)는 음향 윈도우(119) 및/또는 연마 층(112)의 부분에 연결된(예를 들어, 직접 접촉하거나 단지 접착제 층만 갖는) 표면을 갖는 접촉 음향 센서이다. 예를 들어, 음향 센서(162)는 전자기 음향 트랜스듀서 또는 압전 음향 트랜스듀서일 수 있다. 압전 센서는 모니터링될 몸체와 접촉하도록 배치되는, 예를 들어, 스테인리스 강 등의 강성 접촉 판, 및 접촉 판의 후면 상의 압전 조립체, 예를 들어, 2개의 전극들 사이에 개재된 압전 층을 포함할 수 있다.Acoustic sensor 162 is a contact acoustic sensor having a surface connected (eg, in direct contact or with only an adhesive layer) to a portion of acoustic window 119 and/or abrasive layer 112 . For example, acoustic sensor 162 may be an electromagnetic acoustic transducer or a piezoelectric acoustic transducer. A piezoelectric sensor may include a rigid contact plate, e.g., stainless steel, etc., placed in contact with the body to be monitored, and a piezoelectric assembly on the back side of the contact plate, e.g., a piezoelectric layer sandwiched between two electrodes. You can.

일부 구현들에서, 음향 센서(162)는 하우징(163)의 리세스(169) 내에 위치된다. 하우징(163)과 지지부(167) 사이에 선택적인 스프링(165)이 배열될 수 있고, 하우징(163)에 대하여 압력을 제공한다. 하우징(163)에 대한 압력은 음향 센서(162)를 연마 패드(110)의 부분과 접촉하도록 누른다. 대안적으로, 예를 들어, 하우징이 사용되지 않는 경우, 스프링(165)은 음향 센서(162)에 대하여 직접 누를 수 있다. 일부 구현들에서, 스프링(165)은 더 큰 압축 범위들에 걸쳐 강성 스프링(165)과 유사한 압력을 공급하는 장행정 스프링(165)이다.In some implementations, acoustic sensor 162 is located within recess 169 of housing 163. An optional spring 165 may be arranged between the housing 163 and the support 167 and provides pressure against the housing 163. Pressure against the housing 163 presses the acoustic sensor 162 into contact with a portion of the polishing pad 110. Alternatively, for example, if the housing is not used, the spring 165 may press directly against the acoustic sensor 162. In some implementations, spring 165 is a long stroke spring 165 that supplies pressure similar to rigid spring 165 over larger compression ranges.

음향 센서(162)는 회로(168)에 의해, 회전 결합부, 예를 들어, 수은 슬립 링을 통해 전력 공급부 및/또는 다른 신호 처리 전자회로(166)에 연결될 수 있다.The acoustic sensor 162 may be connected by circuitry 168 to a power supply and/or other signal processing electronics 166 via a rotary coupling, for example a mercury slip ring.

일부 구현들에서, 인-시튜 음향 모니터링 시스템(160)은 수동 음향 모니터링 시스템이다. 이 경우, 신호들은 음향 신호 생성기로부터 신호들을 생성하지 않고서 음향 센서(162)에 의해 모니터링된다(또는 음향 신호 생성기는 시스템으로부터 완전히 생략될 수 있다). 음향 센서(162)에 의해 모니터링되는 수동 음향 신호들은 50 kHz 내지 1 MHz 범위, 예를 들어, 200 내지 400 kHz, 또는 200 kHz 내지 1 MHz에 있을 수 있다. 예를 들어, 얕은 트렌치 격리(STI)에서 층간 유전체(ILD)의 연마를 모니터링하기 위해, 225 kHz 내지 350 kHz의 주파수 범위가 모니터링될 수 있다.In some implementations, in-situ acoustic monitoring system 160 is a passive acoustic monitoring system. In this case, the signals are monitored by the acoustic sensor 162 without generating signals from the acoustic signal generator (or the acoustic signal generator can be omitted from the system altogether). The passive acoustic signals monitored by acoustic sensor 162 may be in the range of 50 kHz to 1 MHz, for example, 200 to 400 kHz, or 200 kHz to 1 MHz. For example, to monitor polishing of interlayer dielectric (ILD) in shallow trench isolation (STI), a frequency range of 225 kHz to 350 kHz can be monitored.

센서(162)로부터의 신호는 내장된 내부 증폭기에 의해 증폭될 수 있다. 일부 구현들에서, 증폭 이득은 40 내지 60 dB(예를 들어, 50dB)이다. 그 다음, 음향 센서(162)로부터의 신호는 필요에 따라 더 증폭되고 필터링될 수 있으며, 예를 들어, 전자회로(166)의 고속 데이터 획득 보드로의 A/D 포트를 통해 디지털화될 수 있다. 음향 센서(162)로부터의 데이터는 생성기(163)의 것과 유사한 범위에서, 또는 상이한, 예를 들어, 더 높은 범위, 예를 들어, 1 내지 10 MHz, 예를 들어, 1-3 MHz 또는 6-8 MHz에서 기록될 수 있다. 음향 센서(162)가 수동 음향 센서인 구현들에서, 100 kHz 내지 2 MHz의 주파수 범위, 예컨대, 500 kHz 내지 1 MHz(예를 들어, 750 kHz)가 모니터링될 수 있다.The signal from sensor 162 can be amplified by a built-in internal amplifier. In some implementations, the amplification gain is 40 to 60 dB (eg, 50 dB). The signal from acoustic sensor 162 may then be further amplified and filtered as needed and digitized, for example, via an A/D port to a high-speed data acquisition board of electronics 166. Data from acoustic sensor 162 may be in a range similar to that of generator 163, or in a different, e.g., higher range, e.g., 1 to 10 MHz, e.g., 1-3 MHz or 6-MHz. Can record at 8 MHz. In implementations where acoustic sensor 162 is a passive acoustic sensor, a frequency range of 100 kHz to 2 MHz may be monitored, such as 500 kHz to 1 MHz (e.g., 750 kHz).

플래튼(120)에 위치되는 경우, 음향 센서(162)는 플래튼(120)의 중심에, 예를 들어, 회전 축(125)에, 플래튼(120)의 에지에, 또는 중간점에(예를 들어, 20인치 직경의 플래튼의 경우 회전 축으로부터 5인치에) 위치될 수 있다.When positioned on the platen 120, the acoustic sensor 162 is at the center of the platen 120, for example, at the axis of rotation 125, at an edge of the platen 120, or at the midpoint ( For example, a 20 inch diameter platen may be positioned 5 inches from the axis of rotation.

이제 도 2a를 참조하면, 음향 모니터링 시스템(160)의 추가의 세부사항들이 도시된다. 음향 센서(162)는 하우징(163)의 최상부 표면의 리세스(169) 내에 유지될 수 있다. 하우징(163)은 센서(162)의 적절한 위치결정을 보조할 수 있다. 하우징(163)은 음향 센서(162)를 손상으로부터 보호하기에 충분한 강성의 내구성있는 물질로 구성된다. 그러나, 일부 구현들에서, 예를 들어, 도 2c 및 2d에 도시된 바와 같이, 하우징은 필수적이지 않은데, 예를 들어, 센서(162)는 리세스(169)의 측벽들 사이에 단순히 끼워맞춤되고 그 측벽들에 의해 고정될 수 있다. 하우징을 사용하는 것으로서 설명된 다양한 구현들은 하우징을 생략할 수 있다.Referring now to Figure 2A, additional details of acoustic monitoring system 160 are shown. Acoustic sensor 162 may be retained within a recess 169 in the top surface of housing 163. Housing 163 may assist in proper positioning of sensor 162. Housing 163 is comprised of a durable material that is sufficiently rigid to protect acoustic sensor 162 from damage. However, in some implementations, for example as shown in Figures 2C and 2D, the housing is not necessary, for example sensor 162 simply fits between the sidewalls of recess 169 and It can be secured by its side walls. Various implementations described as using housing may omit the housing.

일부 구현들에서, 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 하우징(163)은 후면 층(114)을 통해 연장되고, 일부 구현들에서, 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이, 하우징(163)은 연마 층(112)의 부분을 통해 연장된다. 그러나, 일부 구현들에서, 하우징(163)은, 예를 들어, 센서(163)의 최상부 표면이 플래튼(120)의 최상부 표면과 동일 평면 상에 있고 연마 패드(110)의 바닥 표면과 접촉하는 경우, 플래튼(120)의 리세스(164) 내에 완전히 끼워맞춤된다.In some implementations, e.g., as shown in FIG. 2B, housing 163 extends through back layer 114, and in some implementations, e.g., as shown in FIG. 2A, housing 163 extends through back layer 114. 163 extends through a portion of the polishing layer 112. However, in some implementations, housing 163 is configured such that, for example, the top surface of sensor 163 is coplanar with the top surface of platen 120 and contacts the bottom surface of polishing pad 110. In this case, it fits completely within the recess 164 of the platen 120.

일부 구현들에서, 하우징(163) 물질은, 하우징(163)과 접촉하는 표면들, 예컨대, 하우징(163)이 통하여 연장되는 후면 층(114) 또는 연마 층(112)으로부터 음향 센서(162)에 의해 수신되는 잡음을 감소시키기 위해 음향적으로 감쇠하고 있다. 하우징(163)은 금속, 예를 들어, 알루미늄 또는 스테인리스 강, 또는 중합체 물질, 예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리비닐 클로라이드(PVC) 또는 폴리메틸-메타크릴레이트(PMMA)로 구성될 수 있다.In some implementations, the housing 163 material can be applied to acoustic sensor 162 from surfaces in contact with housing 163, such as backside layer 114 or abrasive layer 112 through which housing 163 extends. It is acoustically attenuated to reduce noise received. Housing 163 may be constructed of metal, such as aluminum or stainless steel, or polymeric material, such as polycarbonate, polyvinyl chloride (PVC), or polymethyl-methacrylate (PMMA).

스프링이 사용된다고 가정하면, 스프링(165)의 일 단부는 음향 센서(162)에 대향하는 표면 상에서 하우징(163)에 접촉한다. 일부 구현들에서, 스프링(165)의 다른 단부는 플래튼(120) 상에 놓인 지지부(167)에 접촉한다. 그러한 지지부는 스프링(165)의 압축에 의해 생성되는 힘들에 대한 안정적인 베이스를 제공할 수 있다. 일부 구현들에서, 스프링(165)의 다른 단부는 리세스(164)의 바닥 표면과 접촉하는데, 즉, 플래튼과 직접 접촉한다. 스프링(165)은 하우징(163)을 연마 층(112)의 연마 표면(112a)을 향해 누르고, 이는 음향 센서(162)가 연마 층(112)의 바닥 표면과 접촉하도록 압박한다. 이는 연마 층과 센서 사이의 음향 결합을 개선할 수 있다. 그러나, 스프링을 사용하는 것으로서 설명된 다양한 구현들은, 예를 들어, 센서가 연마 패드(110) 및/또는 음향 윈도우(119)의 바닥에 접착식으로 부착된다고 가정하면, 스프링을 생략할 수 있다.Assuming a spring is used, one end of spring 165 contacts housing 163 on the surface opposite acoustic sensor 162. In some implementations, the other end of spring 165 contacts support 167 resting on platen 120. Such supports can provide a stable base for the forces generated by compression of spring 165. In some implementations, the other end of spring 165 contacts the bottom surface of recess 164, that is, directly contacts the platen. The spring 165 presses the housing 163 toward the polishing surface 112a of the polishing layer 112, which forces the acoustic sensor 162 into contact with the bottom surface of the polishing layer 112. This can improve the acoustic coupling between the polishing layer and the sensor. However, various implementations described as using a spring may omit the spring, for example, assuming that the sensor is adhesively attached to the polishing pad 110 and/or the bottom of the acoustic window 119.

일부 구현들에서, 스프링(165)이 하우징(163)에 대향하여 밀 수 있는 고정 블록을 제공하는 지지부(167)가 스프링(165) 아래에 배열된다. 지지부(167)는, 이동 또는 압축 좌굴 없이 스프링(165) 및 하우징(163)을 강성으로 지지하기에 충분한 임의의 물질일 수 있다.In some implementations, a support 167 is arranged beneath the spring 165 that provides a stationary block against which the spring 165 can be pushed against the housing 163. Support 167 may be any material sufficient to rigidly support spring 165 and housing 163 without movement or compression buckling.

스프링에 추가하여 또는 스프링을 대신하여, 음향 센서(162)는 접착제 층(170)에 의해 연마 층(112)의 부분에(그리고/또는 아래에 설명되는 음향 윈도우(119)에) 고정될 수 있다. 접착제 층(170)은 음향 센서(162)와 연마 층(112) 및/또는 음향 윈도우(119) 사이의 접촉 면적을 증가시키고, 연마 작동들 동안 음향 센서(162)의 바람직하지 않은 운동을 감소시키고, 음향 센서(162)와 연마 층(112) 및/또는 음향 윈도우(119) 사이의 가스 포켓들의 존재를 감소시킬 수 있고, 그에 의해, 센서에 대한 결합을 개선하며, 따라서, 음향 센서(162)에 의해 수신되는 음향 신호의 잡음을 감소시킨다. 접착제 층(170)은 음향 센서(162)와 연마 층(112) 및/또는 음향 윈도우(119) 사이에 도포되는 접착제, 또는 접착제 스트립(예를 들어, 테이프)일 수 있다. 예를 들어, 접착제 층(170)은 시아노아크릴레이트, 감압성 접착제, 고온 용융 접착제 등일 수 있다.In addition to or instead of a spring, the acoustic sensor 162 may be secured to a portion of the abrasive layer 112 (and/or to the acoustic window 119 described below) by an adhesive layer 170. . Adhesive layer 170 increases the contact area between acoustic sensor 162 and polishing layer 112 and/or acoustic window 119, reduces undesirable movement of acoustic sensor 162 during polishing operations, and , may reduce the presence of gas pockets between the acoustic sensor 162 and the abrasive layer 112 and/or the acoustic window 119, thereby improving the coupling to the sensor and, thus, the acoustic sensor 162 Reduces the noise of the acoustic signal received by. Adhesive layer 170 may be an adhesive, or an adhesive strip (e.g., tape) applied between acoustic sensor 162 and abrasive layer 112 and/or acoustic window 119. For example, adhesive layer 170 may be cyanoacrylate, pressure sensitive adhesive, hot melt adhesive, etc.

도 2a로 되돌아가면, 연마 층(112)은 접착제 층(170) 및 음향 센서(162) 위에 배열된 음향 윈도우(119)를 포함한다. 그러나, 일부 구현들에서, 음향 센서(162)는 음향 윈도우(119)에 직접 접촉한다.Returning to FIG. 2A , the polishing layer 112 includes an adhesive layer 170 and an acoustic window 119 arranged over the acoustic sensor 162 . However, in some implementations, acoustic sensor 162 contacts acoustic window 119 directly.

음향 윈도우를 갖는 구현들에서, 음향 윈도우(119)는 연마 층(112)과 상이한 물질로 형성된다. 음향 윈도우의 물질은, 음향 모니터링에 만족스러운 신호를 제공하기 위해, 충분한 음향 투과 특징들, 예를 들어, 1 내지 4 MRayl의 음향 임피던스, 및 2 미만(예를 들어, 1 미만, 0.5 미만)의 음향 감쇠 계수를 갖는다.In implementations with an acoustic window, the acoustic window 119 is formed of a different material than the abrasive layer 112. The material of the acoustic window has sufficient acoustic transmission characteristics, e.g. an acoustic impedance of 1 to 4 MRayl, and an acoustic impedance of less than 2 (e.g. less than 1, less than 0.5) to provide a satisfactory signal for acoustic monitoring. It has an acoustic attenuation coefficient.

물질의 음향 임피던스는 물질에 인가되는 음향 압력으로부터 기인하는 음향 흐름에 대해 물질이 나타내는 반발의 척도이다. 음향 감쇠 계수는 투과된 음향 진폭이 특정 물질에 대해 주파수의 함수로서 어떻게 감소하는지를 정량화한다. 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 액체(132) 및 연마 표면(112a)을 음향 신호 센서(162)에 결합하는 음향 윈도우(119)의 특정 음향 임피던스(AI윈도우), 음향 윈도우(119) 특정 음향 임피던스는 유리하게, 의 범위 내에 있을 수 있다.The acoustic impedance of a material is a measure of the repulsion that the material exhibits against the acoustic flow resulting from the acoustic pressure applied to the material. The acoustic attenuation coefficient quantifies how the transmitted sound amplitude decreases as a function of frequency for a particular material. Without wishing to be bound by theory, the specific acoustic impedance of the acoustic window 119 (AI window ) coupling the liquid 132 and the polishing surface 112a to the acoustic signal sensor 162, the specific acoustic impedance of the acoustic window 119 is advantageous, It may be within the range of .

특히, 윈도우(119)는 주변 연마 층(112)보다 더 낮은 음향 감쇠를 가질 수 있다. 이는, 연마 층(112)이 CMP 작동의 요구를 충족시키기 위해 더 넓은 범위의 물질들로 구성되는 것을 허용한다. 윈도우는 비-다공성 물질, 예를 들어, 중실형 몸체로 구성될 수 있다. 대조적으로, 연마 층(112)은 다공성, 예를 들어, 미세다공성, 예컨대, 중공형 플라스틱 미소구체들이 매립된 중합체 매트릭스일 수 있다.In particular, window 119 may have lower acoustic attenuation than surrounding abrasive layer 112. This allows the polishing layer 112 to be comprised of a wider range of materials to meet the needs of CMP operations. The window may be constructed of a non-porous material, for example a solid body. In contrast, the polishing layer 112 may be a porous, eg, microporous, eg, polymer matrix in which hollow plastic microspheres are embedded.

하나의 표면, 예를 들어, 상부 표면이 연마 층(112)의 연마 표면(112a)과 동일 평면 상에 있도록, 음향 윈도우(119)가 연마 층(112)을 통해 연장된다. 대향 표면, 예를 들어, 바닥 표면은 연마 층(112)의 하부 표면(112b)과 동일 평면 상에 있을 수 있다. 일부 구현들에서, 연마 표면(112a)에 대향하는 하부 표면(112b)에 압입부(indentation)(118)가 형성된다. 압입부(118)를 포함하는 연마 층(112)의 부분은 나머지 연마 층(112)보다 작은 두께를 갖는 연마 층(112)의 얇은 부분을 형성하고, 음향 윈도우(119)는 얇은 부분에 위치된다.The acoustic window 119 extends through the polishing layer 112 such that one surface, eg, the top surface, is coplanar with the polishing surface 112a of the polishing layer 112. The opposing surface, for example the bottom surface, may be coplanar with the lower surface 112b of the polishing layer 112. In some implementations, an indentation 118 is formed in the lower surface 112b opposite the polishing surface 112a. The portion of the polishing layer 112 containing the indentations 118 forms a thin portion of the polishing layer 112 having a smaller thickness than the remainder of the polishing layer 112, and the acoustic window 119 is located in the thin portion. .

음향 윈도우(119)는 비-다공성 물질로 구성될 수 있다. 일반적으로, 비-다공성 물질들은 음향 신호들을 다공성 물질들에 비해 감소된 잡음 및 분산으로 투과시킨다. 음향 윈도우(119) 물질은, 기판 상의 연마 표면의 연마 특징들에 대한 음향 윈도우(119)의 영향을 감소시키는, 주변 연마 층(112) 물질의 압축률의 범위 내의 압축률을 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 음향 윈도우(119) 압축률은 연마 층(112) 압축률의 10% 이내(예를 들어, 8% 이내, 5% 이내, 3% 이내)이다. 일부 구현들에서, 음향 윈도우(119)는 광, 예를 들어, 가시 광에 불투명하다. 음향 윈도우(119)는 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 또는 낮은 음향 임피던스 및 낮은 음향 감쇠를 갖는 다른 중합체들 중 하나 이상으로 구성될 수 있다.Acoustic window 119 may be comprised of a non-porous material. In general, non-porous materials transmit acoustic signals with reduced noise and dispersion compared to porous materials. The acoustic window 119 material may have a compressibility within the range of the compressibility of the surrounding polishing layer 112 material, which reduces the effect of the acoustic window 119 on the polishing characteristics of the polishing surface on the substrate. In some implementations, the acoustic window 119 compressibility is within 10% (e.g., within 8%, within 5%, within 3%) of the abrasive layer 112 compressibility. In some implementations, acoustic window 119 is opaque to light, for example, visible light. Acoustic window 119 may be composed of one or more of polyurethane, polyacrylate, polyethylene, or other polymers with low acoustic impedance and low acoustic attenuation.

도 2c를 참조하면, 하부 표면(112b)이 평탄하도록 연마 층(112)의 총 두께를 통해 연장되는 음향 윈도우(119)가 도시된다. 센서(162)는 윈도우(119)의 하부측에 접촉하도록 후면 층(114)의 애퍼쳐(114a)를 통해 연장된다.2C, an acoustic window 119 is shown extending through the total thickness of the abrasive layer 112 such that the bottom surface 112b is flat. Sensor 162 extends through aperture 114a of back layer 114 to contact the underside of window 119.

일부 구현들에서, 음향 모니터링 시스템(160)은 접착제 층(170)과 접촉하는 음향 투과 층(172)을 포함한다. 투과 층(172)은 투과 층(172)과 접촉하는 요소들 사이에 증가된 음향 신호 결합을 제공하는 굴절률 정합 물질이다. 투과 층(172)은, 도 2b에 도시된 바와 같이 접착제 층(170)과 음향 센서(162) 사이에, 또는 음향 윈도우(119)와 접착제 층(170) 사이에 배열될 수 있다. 일부 구현들에서, 음향 모니터링 시스템(160)은 접착제 층(170), 투과 층(172), 또는 둘 모두를 포함한다. 예를 들어, 투과 층(172)은 아쿠아링크™(Aqualink™), 레졸라이트(Rexolite) 또는 아쿠알렌™(Aqualene™)의 층일 수 있다. 일부 구현들에서, 투과 층(172)은 음향 윈도우(119)의 음향 감쇠의 20%, 예를 들어, 10% 이내인 음향 감쇠를 갖는다. 음향 투과 층(172)은 주변 후면 층(114)의 음향 감쇠보다 작은 음향 감쇠를 가질 수 있다.In some implementations, acoustic monitoring system 160 includes an acoustically transparent layer 172 in contact with adhesive layer 170. Transmissive layer 172 is an index matching material that provides increased acoustic signal coupling between elements in contact with transmissive layer 172. Transmissive layer 172 may be arranged between adhesive layer 170 and acoustic sensor 162, or between acoustic window 119 and adhesive layer 170, as shown in FIG. 2B. In some implementations, acoustic monitoring system 160 includes an adhesive layer 170, a transmissive layer 172, or both. For example, the transmission layer 172 may be a layer of Aqualink™, Rexolite, or Aqualene™. In some implementations, the transmissive layer 172 has an acoustic attenuation that is within 20% of the acoustic attenuation of the acoustic window 119, for example, within 10%. The acoustically transparent layer 172 may have an acoustic attenuation that is less than that of the surrounding back layer 114 .

음향 투과 층(172)은 주변 후면 층(114)의 압축률의, 예를 들어, 20% 이내, 예를 들어, 10% 이내의, 후면 층(114)의 압축률과 유사한 압축률을 갖도록 선택될 수 있다.The acoustically transparent layer 172 may be selected to have a compressibility similar to that of the backside layer 114, e.g., within 20%, e.g., within 10% of the compressibility of the peripheral backside layer 114. .

도 2d는 음향 윈도우(119)가 연마 층(112)의 두께를 통해 연장되고 투과 층(172)이 후면 층(114)의 두께를 통해 연장되는 구현이다. 그러나, 투과 층(172)은 후면 층(114)보다 얇을 수 있다. 이 경우, 센서(162)는 투과 층(172)에 맞물리도록 플래튼(120)의 최상부 표면 위로 돌출될 수 있다.Figure 2D is an implementation where the acoustic window 119 extends through the thickness of the abrasive layer 112 and the transmissive layer 172 extends through the thickness of the backside layer 114. However, transmission layer 172 may be thinner than back layer 114. In this case, sensor 162 may protrude above the top surface of platen 120 to engage transmissive layer 172 .

추가적으로, 음향 신호 센서(162)는 투과 층(172) 및 리세스(164)의 대향 표면 둘 모두에 접촉하기에 충분한 치수들을 갖는 것으로 도시된다. 그러한 구현들에서, 리세스(164)가 음향 신호 센서(162)에 대한 지지를 제공하는 동안, 연마 작동의 압력은 음향 신호 센서(162)를 투과 층(172)과 접촉시킨다. 본원에 설명된 것들과 같이, 투과 층(172)과 음향 윈도우(119) 사이에 접착제 층(170)이 배열된다. 일부 구현들에서, 추가적인 접착제가 음향 신호 센서(162)와 투과 층(172) 사이의 접촉 표면을 부착한다.Additionally, the acoustic signal sensor 162 is shown as having sufficient dimensions to contact both the transparent layer 172 and the opposing surfaces of the recess 164. In such implementations, the pressure of the polishing operation brings the acoustic signal sensor 162 into contact with the transmissive layer 172 while the recess 164 provides support for the acoustic signal sensor 162 . An adhesive layer 170 is arranged between the transmissive layer 172 and the acoustic window 119, such as those described herein. In some implementations, an additional adhesive attaches the contact surface between acoustic signal sensor 162 and transmission layer 172.

일부 구현들에서, 음향 모니터링 시스템(160)은 능동 음향 모니터링 시스템을 포함한다. 그러한 구현들은 음향 신호 생성기 및 음향 센서, 예컨대, 음향 센서(162)를 포함한다.In some implementations, acoustic monitoring system 160 includes an active acoustic monitoring system. Such implementations include an acoustic signal generator and an acoustic sensor, such as acoustic sensor 162.

음향 신호 생성기는 연마 패드(110)에 더 가까운 기판의 측으로부터 음향 신호들을 생성(즉, 방출)한다. 음향 신호 생성기는 회로(168)에 의해, 회전 결합부, 예를 들어, 수은 슬립 링을 통해 전력 공급부 및/또는 다른 신호 처리 전자회로(166)에 연결될 수 있다. 신호 처리 전자회로(166)는 차례로, 제어기(190)에 연결될 수 있고, 제어기는, 예를 들어, 생성기로의 전류 공급을 가변적으로 증가시키거나 감소시킴으로써, 생성기에 의해 송신되는 음향 에너지의 크기 또는 주파수를 제어하도록 추가적으로 구성될 수 있다. 음향 신호 생성기(163) 및 음향 센서(162)는 서로 결합될 수 있지만, 이는 요구되는 것은 아니다. 센서(162)와 생성기는 서로 분리되고 물리적으로 분리될 수 있다. 생성기의 경우, 상업적으로 입수가능한 음향 신호 생성기들이 사용될 수 있다. 생성기는, 예를 들어, 클램프를 이용하거나 플래튼(120)으로의 나사식 연결에 의해, 플래튼(120)에 부착되고 제 위치에 유지될 수 있다.The acoustic signal generator generates (i.e., emits) acoustic signals from the side of the substrate closer to the polishing pad 110. The acoustic signal generator may be connected by circuit 168 to a power supply and/or other signal processing electronics 166 via a rotary coupling, for example a mercury slip ring. Signal processing electronics 166 may, in turn, be coupled to a controller 190 that may, for example, variably increase or decrease the current supply to the generator to increase or decrease the amount of acoustic energy transmitted by the generator. It can be additionally configured to control frequency. The acoustic signal generator 163 and the acoustic sensor 162 may be coupled to each other, but this is not required. Sensor 162 and generator may be separate and physically separate from each other. For the generator, commercially available acoustic signal generators can be used. The generator may be attached to the platen 120 and held in place, for example, using clamps or by a threaded connection to the platen 120.

도 3에 도시된 바와 같이, 일부 구현들에서, 복수의 음향 신호 센서들(1623)이 플래튼(120)에 설치될 수 있고, 각각의 음향 센서(162)는 음향 윈도우(119)와 연관된다. 각각의 센서(162)는 도 1 및 2a-2b 중 임의의 도면에 대해 설명된 방식으로 구성될 수 있다. 센서들(162)로부터의 신호들은 연마 동안 기판(10) 상에서 발생하는 음향 방출 이벤트들의 위치 분포를 계산하기 위해 제어기(190)에 의해 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 복수의 센서들(162)은 플래튼(120)의 회전 축 주위의 상이한 각도 위치들에, 그러나 회전 축으로부터 동일한 방사상 거리에 위치될 수 있다. 일부 구현들, 예컨대, 도 3의 구현에서, 복수의 센서들(162)은 플래튼(120)의 회전 축으로부터 상이한 방사상 거리들에, 그러나 동일한 각도 위치에 위치된다. 일부 구현들에서, 복수의 센서들(162)은 플래튼(120)의 회전 축으로부터 상이한 방사상 거리들 및 회전 축 주위의 상이한 각도 위치들에 위치된다.3 , in some implementations, a plurality of acoustic signal sensors 1623 may be installed on the platen 120, with each acoustic sensor 162 associated with an acoustic window 119. . Each sensor 162 may be configured in the manner described for any of FIGS. 1 and 2A-2B. Signals from sensors 162 may be used by controller 190 to calculate the location distribution of acoustic emission events that occur on substrate 10 during polishing. In some implementations, the plurality of sensors 162 may be located at different angular positions about the axis of rotation of platen 120, but at the same radial distance from the axis of rotation. In some implementations, such as the implementation of Figure 3, the plurality of sensors 162 are located at different radial distances from the axis of rotation of platen 120, but at the same angular position. In some implementations, the plurality of sensors 162 are located at different radial distances from the axis of rotation of platen 120 and at different angular positions about the axis of rotation.

일부 구현들에서, 음향 윈도우(119)는 연마 층(112)의 평활한 부분(174)에 의해 둘러싸인다. 평활한 부분(174)은 홈들(116)이 없고 음향 윈도우(119)의 상부 표면과 동일 평면 상에 있다. 음향 윈도우(119)를 둘러싸는 평활한 부분(174)을 포함하는 구현들은 연마 작동 동안 연마 층(112)의 홈들(116)과 상호작용하는 기판(10)과 연관된 잡음을 감소시킬 수 있다.In some implementations, acoustic window 119 is surrounded by a smooth portion 174 of abrasive layer 112. The smooth portion 174 is free of grooves 116 and is flush with the upper surface of the acoustic window 119 . Implementations that include a smooth portion 174 surrounding the acoustic window 119 can reduce noise associated with the substrate 10 interacting with the grooves 116 of the polishing layer 112 during a polishing operation.

기판(10)은, 규소 웨이퍼 상의 전도성, 반전도성, 또는 절연성 층들의 순차적 증착에 의해 형성된다. 필러 층이 비-평면 표면 위에 증착되고, 필러 및 비-평면 표면, 예컨대, 패터닝된 층이 공통의 동일 평면 상의 표면을 갖고/거나 비-평면 표면이 노출되도록 평탄화된다. 일부 구현들에서, 인-시튜 음향 모니터링 시스템(160)은 층들 사이의 전이들, 또는 기판(10)의 하나 이상의 층에 관련된 토포그래피 정보를 검출한다. 이는 프로세스 단계들 사이에서 사용될 정보를 제공한다. 예를 들어, 필러 층을 포함하는 기판(10)은 증착 프로세스로부터 불균일한 표면 거칠기, 예를 들어, 토포그래피를 가질 수 있다. 토포그래피가 평탄화된 때를 검출하는 것은, 시스템이, 전이에 기초하여 하나 이상의 프로세스 조건을 수정하는 것을 허용한다. 예를 들어, 필러 층 표면이 평탄화되고 나면, 장치(100)는 높은 캐리어 헤드(140) 압력 단계를 정지할 수 있다.Substrate 10 is formed by sequential deposition of conductive, semiconductive, or insulating layers on a silicon wafer. A filler layer is deposited over the non-planar surface and planarized such that the filler and the non-planar surface, such as the patterned layer, have a common coplanar surface and/or the non-planar surface is exposed. In some implementations, in-situ acoustic monitoring system 160 detects transitions between layers, or topographic information related to one or more layers of substrate 10. It provides information to be used between process steps. For example, the substrate 10 including the filler layer may have non-uniform surface roughness, such as topography, from the deposition process. Detecting when the topography has flattened allows the system to modify one or more process conditions based on the transition. For example, once the filler layer surface is planarized, the apparatus 100 may stop the high carrier head 140 pressure stage.

도 5a-5c는 기판(500)을 위한 평탄화 프로세스에 존재하는 중간 층 전이들을 도시한다. 도 6은 시간에 대해 y 축 상의 주파수 범위에 걸친 합산된 전력 스펙트럼 밀도(PSD)를 초(s) 단위로 비교하는 예시적인 음향 신호(600)를 도시한다. 음향 신호(600)는 별개의 영역들, 예컨대, 제1 영역(602), 제2 영역(604), 및 제3 영역(606)을 갖는다. 일부 구현들에서, 영역들(602, 604, 및 606)은, 도 5a-5c에 도시된 것들과 같은, 기판(500)에서의 층 전이들에 대응한다.Figures 5A-5C illustrate intermediate layer transitions present in the planarization process for substrate 500. 6 shows an example acoustic signal 600 comparing the summed power spectral density (PSD) over a range of frequencies on the y-axis versus time in seconds (s). The acoustic signal 600 has distinct regions, such as a first region 602, a second region 604, and a third region 606. In some implementations, regions 602, 604, and 606 correspond to layer transitions in substrate 500, such as those shown in FIGS. 5A-5C.

도 5a는 연마 전의 예시적인 기판(10)을 도시한다. 기판(10)은 웨이퍼(502), 예를 들어, 규소 웨이퍼, 패터닝된 층(504), 및 필러 층(508)을 포함한다. 평탄화 단계 이전에, 필러 층(508)은 비-평면이고 토포그래피(509)를 포함한다. 토포그래피(509)는 패터닝된 층(504) 위의 필러 층(508)의 증착으로부터 초래될 수 있고, 피쳐 크기, 예를 들어, 금속 라인 폭 정도의 치수들을 갖는다.Figure 5A shows an example substrate 10 before polishing. Substrate 10 includes a wafer 502, for example a silicon wafer, a patterned layer 504, and a filler layer 508. Prior to the planarization step, the filler layer 508 is non-planar and includes a topography 509. The topography 509 may result from the deposition of a filler layer 508 over the patterned layer 504 and has dimensions on the order of the feature size, eg, a metal line width.

작동 동안, 캐리어 헤드는 기판(10)을 유지하고, 연마 층(112)과 기판(10) 사이에 상대 운동이 생성된다. 음향 신호 센서는 연마 표면(112a)과 기판(10)의 최외측 층의 접촉에 기초하여 음향 신호, 예컨대, 음향 신호(600)를 수신한다. 도 5a에서, 연마의 개시 시에, 토포그래피(509)와 연마 층(112)이 접촉한다.During operation, the carrier head holds the substrate 10 and relative motion is created between the polishing layer 112 and the substrate 10. The acoustic signal sensor receives an acoustic signal, e.g., acoustic signal 600, based on contact of the polishing surface 112a with the outermost layer of the substrate 10. 5A, at the start of polishing, topography 509 and polishing layer 112 come into contact.

이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 음향 신호(600)는 필러 층(508) 물질 및 연마 층(112) 물질의 변화하는 접촉 표면에 기초하여 변화한다. 특히, 초기에 불균일한 토포그래피는 상당한 음향 신호를 생성할 수 있다. 그러나, 연마가 진행되고 필러 층(508)의 토포그래피(509)가 평탄화됨에 따라, 연마 표면(110)과 기판(10) 사이의 계면이 더 평활해지고, 음향 신호가 감소할 수 있다. 토포그래피(509)의 연마는 도 6의 신호(600)의 제1 영역(602)에 대응할 수 있다.Without wishing to be bound by theory, the acoustic signal 600 changes based on the changing contact surfaces of the filler layer 508 material and the polishing layer 112 material. In particular, initially non-uniform topography can produce significant acoustic signals. However, as polishing progresses and the topography 509 of the filler layer 508 becomes planar, the interface between the polishing surface 110 and the substrate 10 becomes smoother, and the acoustic signal may decrease. Polishing of topography 509 may correspond to first region 602 of signal 600 in FIG. 6 .

다시, 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 토포그래피(509)가 장치(100)에 의해 제거되었을 때 층 전이가 발생한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 나머지 필러 층(508)의 표면은 실질적으로 평면이다. 평면 표면의 연마는 음향 신호(600)의 제2 영역(604)에 대응할 수 있다. 신호(600)의 제2 영역(604)에서, 음향 신호(600)는 (잡음을 겪긴 하지만) 실질적으로 일정하다.Again, without wishing to be bound by theory, a layer transition occurs when topography 509 is removed by device 100. As shown in Figure 5B, the surface of the remaining filler layer 508 is substantially planar. Polishing the planar surface may correspond to the second region 604 of the acoustic signal 600. In the second region 604 of signal 600, acoustic signal 600 is substantially constant (although subject to noise).

여전히, 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 제2 영역(604)은, 패터닝된 층(504) 위로 연장되는 필러 층(508)이 제거될 때까지 시간적으로 계속된다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 패터닝된 층(504)은 필러 층(508)과는 상이한 물질로 구성되고, 연마 층(112) 표면 및 물질들과 상이하게 상호작용하며, 그에 의해, 음향 신호(600)의 제3 영역(606)을 생성한다. 추가적으로, 계속된 연마는 디싱을 생성할 수 있고, 이러한 토폴로지는 음향 신호를 다시 증가시킬 수 있다. 제3 영역(606)은 일정하지 않은데, 예를 들어, 증가하거나 감소할 수 있다.Still, without wishing to be bound by theory, the second region 604 continues in time until the filler layer 508 extending over the patterned layer 504 is removed. As shown in Figure 5C, the patterned layer 504 is composed of a different material than the filler layer 508 and interacts differently with the polishing layer 112 surface and materials, thereby producing an acoustic signal ( The third area 606 of 600 is created. Additionally, continued polishing can produce dishing, and this topology can again increase the acoustic signal. The third area 606 is not constant, for example, may increase or decrease.

일부 구현들에서, 영역들(602, 604, 및 606) 간의 구별, 예를 들어, 층 전이들의 검출은 장치(100)의 제어기(190) 및/또는 음향 모니터링 시스템(160)에 의해 달성될 수 있다. 검출은 기울기 변화의 검출을 위해 관련 분야에 알려진 다양한 계산들을 통해 달성될 수 있지만, 하나 이상의 미분, 순환 평균, 윈도잉, 또는 박스 로직 알고리즘의 계산을 포함할 수 있다.In some implementations, differentiation between regions 602, 604, and 606, e.g., detection of layer transitions, may be accomplished by the controller 190 and/or acoustic monitoring system 160 of device 100. there is. Detection may be accomplished through a variety of calculations known in the art for detection of slope changes, but may include the calculation of one or more differentiation, rolling average, windowing, or box logic algorithms.

추가적인 구현들에서, 음향 신호(600)는 기울기 변화 검출 알고리즘의 적용 이전에 추가적인 단계들을 사용하여 처리될 수 있다. 예를 들어, 음향 신호(600)는 하나 이상의 필터, 예를 들어, 대역 통과 필터, 및/또는 하나 이상의 변환, 예를 들어, 고속 푸리에 변환을 겪을 수 있다. 예를 들어, 대역 통과 필터는 처리 전에 음향 신호(600)의 바람직한 주파수들, 예컨대, 50 내지 500 kHz 범위, 또는 200 내지 700 kHz 범위의 주파수들을 격리하는 데 사용될 수 있다.In additional implementations, acoustic signal 600 may be processed using additional steps prior to application of a tilt change detection algorithm. For example, the acoustic signal 600 may undergo one or more filters, such as a band-pass filter, and/or one or more transforms, such as a fast Fourier transform. For example, a band-pass filter can be used to isolate desirable frequencies of the acoustic signal 600 prior to processing, such as frequencies in the 50 to 500 kHz range, or 200 to 700 kHz range.

일부 구현들에서, 장치(100)는 영역들(602, 604, 및 606)을 구별하는 것에 응답하여 하나 이상의 연마 파라미터를 수정한다. 예를 들어, 토포그래피(509)가 제거되고 있는 제1 영역(602) 동안, 장치(100)는 토포그래피(509)의 신속한 제거를 위해 제1 연마재 연마액(132)을 분배할 수 있다. 일단 제1 영역(602)으로부터 제2 영역(604)으로의 전이가 검출되면, 더 낮은 연마 속도 또는 더 낮은 선택도를 갖는 상이한 연마액(132)이 패드(110)에 분배될 수 있다.In some implementations, device 100 modifies one or more polishing parameters in response to distinguishing regions 602, 604, and 606. For example, during the first region 602 where the topography 509 is being removed, the device 100 may dispense a first abrasive polishing liquid 132 for rapid removal of the topography 509 . Once the transition from first region 602 to second region 604 is detected, a different polishing liquid 132 with a lower polishing rate or lower selectivity may be dispensed to pad 110.

대안적으로 또는 추가적으로, 일단 제2 영역(604)으로부터 제3 영역(606)으로의 전이가 검출되면, 캐리어 헤드(140)에 의해 인가되는 압력이 감소될 수 있다. 이는 필러 층(508)의 디싱 또는 침식의 위험을 감소시킬 수 있다.Alternatively or additionally, once a transition from second region 604 to third region 606 is detected, the pressure applied by carrier head 140 may be reduced. This may reduce the risk of dishing or erosion of the filler layer 508.

이제, 이전의 구현들 중 임의의 구현의 센서(162)로부터의 신호를 참조하면, 예를 들어, 증폭, 예비 필터링 및 디지털화 이후의 신호는 종료점 검출 또는 피드백 또는 피드포워드 제어를 위해, 예를 들어, 제어기(190)에서 데이터 처리를 받을 수 있다.Now, referring to the signal from the sensor 162 of any of the previous implementations, for example, the signal after amplification, pre-filtering and digitization may be used for endpoint detection or feedback or feedforward control, e.g. , data can be processed by the controller 190.

일부 구현들에서, 제어기(190)는 음향 손실을 모니터링하도록 구성된다. 예를 들어, 수신된 신호 강도는 정규화된 신호를 생성하기 위해, 방출된 신호 강도와 비교되고, 정규화된 신호는 변화들을 검출하기 위해 시간에 걸쳐 모니터링될 수 있다. 그러한 변화들은, 예를 들어, 신호가 임계 값을 넘는 경우 연마 종료점을 나타낼 수 있다.In some implementations, controller 190 is configured to monitor acoustic loss. For example, the received signal intensity is compared to the emitted signal intensity to generate a normalized signal, and the normalized signal can be monitored over time to detect changes. Such changes may indicate a polishing endpoint, for example when the signal crosses a threshold.

일부 구현들에서, 신호의 주파수 분석이 수행된다. 예를 들어, 스펙트럼 주파수들의 상대적인 전력에서의 변화들을 결정하고, 특정 반경에서 막 전이가 발생한 때를 결정하기 위해, 주파수 도메인 분석이 사용될 수 있다. 반경에 의한 전이의 시간에 관한 정보는 종료점을 촉발(trigger)하는 데 사용될 수 있다. 다른 예로서, 주파수 스펙트럼을 생성하기 위해 신호에 대해 고속 푸리에 변환(FFT)이 수행될 수 있다. 특정 주파수 대역이 모니터링될 수 있고, 주파수 대역의 강도가 임계 값을 넘는다면, 이는 하부 층의 노출을 나타낼 수 있고, 이는 종료점을 촉발하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 선택된 주파수 범위에서의 국부 최대치 또는 최소치의 위치(예를 들어, 파장) 또는 대역폭이 임계 값을 넘는다면, 이는 하부 층의 노출을 나타낼 수 있고, 이는 종료점을 촉발하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 얕은 트렌치 격리(STI)에서 층간 유전체(ILD)의 연마를 모니터링하기 위해, 225 kHz 내지 350 kHz의 주파수 범위가 모니터링될 수 있다.In some implementations, frequency analysis of the signal is performed. For example, frequency domain analysis can be used to determine changes in the relative power of spectral frequencies and to determine when a membrane transition occurs at a particular radius. Information about the time of transition by radius can be used to trigger the endpoint. As another example, a fast Fourier transform (FFT) may be performed on the signal to generate a frequency spectrum. A specific frequency band can be monitored, and if the intensity of the frequency band exceeds a threshold, this may indicate exposure of the underlying layer, which can be used to trigger an endpoint. Alternatively, if the location (e.g. wavelength) or bandwidth of a local maximum or minimum in a selected frequency range exceeds a threshold, this may indicate exposure of the underlying layer, which can be used to trigger an endpoint. . For example, to monitor polishing of interlayer dielectric (ILD) in shallow trench isolation (STI), a frequency range of 225 kHz to 350 kHz can be monitored.

다른 예로서, 신호를 저주파수 성분과 고주파수 성분으로 분해하기 위해, 신호에 대해 웨이블릿 패킷 변환(WPT)이 수행될 수 있다. 신호를 더 작은 성분들로 나누기 위해 필요하다면 분해가 반복될 수 있다. 주파수 성분들 중 하나의 강도가 모니터링될 수 있고, 성분의 강도가 임계 값을 넘는다면, 이는 하부 층의 노출을 나타낼 수 있고, 이는 종료점을 촉발하는 데 사용될 수 있다.As another example, wavelet packet transform (WPT) may be performed on the signal to decompose the signal into low-frequency and high-frequency components. The decomposition can be repeated as needed to divide the signal into smaller components. The intensity of one of the frequency components can be monitored, and if the intensity of the component exceeds a threshold, this may indicate exposure of the underlying layer, which can be used to trigger an endpoint.

기판(10)에 대한 센서들(162)의 위치들이 알려져 있다고 가정하면, 예를 들어, 모터 인코더 신호 또는 플래튼(120)에 부착된 광학 단속기를 사용하여, 기판 상의 음향 이벤트들의 위치들이 계산될 수 있는데, 예를 들어, 기판의 중심으로부터의 이벤트의 방사상 거리가 계산될 수 있다. 기판에 대한 센서의 위치의 결정은 미국 특허 번호 6,159,073 및 미국 특허 번호 6,296,548에서 논의되며, 이들은 참조로 포함된다.Assuming that the positions of the sensors 162 relative to the substrate 10 are known, the positions of acoustic events on the substrate can be calculated, for example, using a motor encoder signal or an optical interrupt attached to the platen 120. For example, the radial distance of the event from the center of the substrate can be calculated. Determination of the position of the sensor relative to the substrate is discussed in US Patent No. 6,159,073 and US Patent No. 6,296,548, which are incorporated by reference.

다양한 프로세스 유의미한 음향 이벤트들은 마이크로스크래치들, 막 전이 브레이크 스루, 및 막 클리어링을 포함한다. 도파로로부터의 음향 방출 신호를 분석하기 위해 다양한 방법들이 사용될 수 있다. 연마 동안 발생하는 피크 주파수들을 결정하기 위해, 푸리에 변환 및 다른 주파수 분석 방법들이 사용될 수 있다. 연마 동안의 예상된 및 예상치 못한 변화들을 식별하기 위해, 정의된 주파수 범위들 내에서의 모니터링 및 실험적으로 결정된 임계치들이 사용된다. 예상된 변화들의 예들은 막 경도의 전이들 동안의 피크 주파수의 갑작스러운 출현을 포함한다. 예상치 못한 변화들의 예들은 소모성 세트에서의 문제들(예컨대, 패드 글레이징 또는 다른 프로세스 드리프트 유도 기계 건강 문제들)을 포함한다.Various process significant acoustic events include microscratches, membrane transition break-through, and membrane clearing. Various methods can be used to analyze the acoustic emission signal from the waveguide. Fourier transform and other frequency analysis methods can be used to determine the peak frequencies that occur during polishing. Monitoring within defined frequency ranges and experimentally determined thresholds are used to identify expected and unexpected changes during polishing. Examples of expected changes include the sudden appearance of peak frequencies during transitions in membrane stiffness. Examples of unexpected changes include problems in the consumable set (eg, pad glazing or other process drift-inducing machine health issues).

작동 시에, 디바이스 기판(10)이 연마 스테이션(100)에서 연마되고 있을 때, 인-시튜 음향 모니터링 시스템(160)으로부터 음향 신호가 수집된다. 기판(10)의 하부 층의 노출을 검출하기 위해 신호가 모니터링된다. 예를 들어, 특정 주파수 범위가 모니터링될 수 있고, 강도가 모니터링되고 실험적으로 결정된 임계 값과 비교될 수 있다.In operation, when the device substrate 10 is being polished at the polishing station 100, acoustic signals are collected from the in-situ acoustic monitoring system 160. The signal is monitored to detect exposure of the lower layer of substrate 10. For example, a specific frequency range can be monitored, and the intensity can be monitored and compared to an experimentally determined threshold.

연마 종료점의 검출은 연마의 중단을 촉발하지만, 연마는 종료점 촉발 이후에, 미리 결정된 시간량 동안 계속될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 수집된 데이터 및/또는 종료점 검출 시간은 후속 처리 작동, 예를 들어, 후속 스테이션에서의 연마에서 기판의 처리를 제어하기 위해 피드포워드될 수 있거나, 동일한 연마 스테이션에서의 후속 기판의 처리를 제어하기 위해 피드백될 수 있다. 예를 들어, 연마 종료점의 검출은 연마 헤드의 현재 압력들에 대한 수정을 촉발할 수 있다. 다른 예로서, 연마 종료점의 검출은 새 기판의 후속 연마의 베이스라인 압력들에 대한 수정을 촉발할 수 있다.Detection of a polishing endpoint triggers a stop to polishing, but polishing may continue for a predetermined amount of time after triggering the endpoint. Alternatively or additionally, the collected data and/or endpoint detection time may be fed forward to control processing of a substrate in a subsequent processing operation, e.g., polishing at a subsequent station, or a subsequent substrate at the same polishing station. Can be fed back to control processing. For example, detection of a polishing endpoint can trigger modifications to the current pressures of the polishing head. As another example, detection of a polishing endpoint may trigger modifications to baseline pressures for subsequent polishing of a new substrate.

본 명세서에 설명된 구현들 및 기능 작동들 전부는, 본 명세서에 개시된 구조적 수단들 및 그의 구조적 등가물들을 포함하는, 디지털 전자 회로로, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 본원에 설명된 구현들은, 하나 이상의 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품으로, 즉, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램(데이터 처리 장치, 예를 들어, 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서들 또는 컴퓨터들에 의한 실행을 위해, 또는 그의 작동을 제어하기 위해, 기계 판독가능 저장 디바이스에 유형적으로 구체화됨)으로 구현될 수 있다.All of the implementations and functional operations described herein may be implemented in digital electronic circuitry, including the structural means disclosed herein and structural equivalents thereof, or in computer software, firmware or hardware, or combinations thereof. You can. Implementations described herein may be implemented as one or more non-transitory computer program products, i.e., for execution by one or more computer programs (data processing devices, e.g., programmable processors, computers, or multiple processors or computers). , or tangibly embodied in a machine-readable storage device, to control its operation.

컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 또는 코드로 또한 알려짐)은 컴파일형 또는 인터프리터형 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있고, 독립형 프로그램으로서, 또는 모듈, 컴포넌트, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛으로서를 포함하여, 임의의 형태로 배포될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 반드시 파일에 대응하지는 않는다. 프로그램은 다른 프로그램들 또는 데이터를 보유하는 파일의 일부에, 해당 프로그램에 전용인 단일 파일에, 또는 다수의 협력 파일들(예를 들어, 하나 이상의 모듈, 서브 프로그램들 또는 코드의 부분들을 저장하는 파일들)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터 상에서, 또는 한 장소에 있거나 다수의 장소들에 걸쳐 분산되고 통신 네트워크에 의해 상호연결된 다수의 컴퓨터들 상에서 실행되도록 배포될 수 있다.A computer program (also known as a program, software, software application, or code) may be written in any form of programming language, including compiled or interpreted languages, as a stand-alone program, or as a module, component, subroutine, or module. It may be distributed in any form, including as another unit suitable for use in a computing environment. Computer programs do not necessarily correspond to files. A program can be stored in other programs or as part of a file that holds data, in a single file dedicated to that program, or in a number of cooperating files (e.g., files that store one or more modules, subprograms, or portions of code). ) can be stored in . A computer program may be distributed to run on a single computer or on multiple computers located in one location or distributed across multiple locations and interconnected by a communications network.

본 명세서에서 설명된 프로세스들 및 논리 흐름들은, 입력 데이터를 조작하고 출력을 생성함으로써 기능들을 수행하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그램가능 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 프로세스들 및 논리 흐름들은 또한, 특수 목적 논리 회로, 예를 들어, FPGA(필드 프로그램가능 게이트 어레이) 또는 ASIC(주문형 집적 회로)에 의해 수행될 수 있고, 장치는 또한, 그러한 특수 목적 논리 회로로서 구현될 수 있다.The processes and logic flows described herein may be performed by one or more programmable processors executing one or more computer programs to perform functions by manipulating input data and generating output. Processes and logic flows may also be performed by special purpose logic circuitry, such as a field programmable gate array (FPGA) or an application specific integrated circuit (ASIC), and the device may also be implemented as such special purpose logic circuitry. It can be.

"데이터 처리 장치"라는 용어는, 예로서, 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서들 또는 컴퓨터들을 포함하는, 데이터를 처리하기 위한 모든 장치, 디바이스들 및 머신들을 포함한다. 장치는, 하드웨어 이외에도, 해당 컴퓨터 프로그램을 위한 실행 환경을 생성하는 코드, 예를 들어, 프로세서 펌웨어, 프로토콜 스택, 데이터베이스 관리 시스템, 운영 체제, 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 구성하는 코드를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서들은, 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 양쪽 모두, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서를 포함한다.The term “data processing apparatus” includes all apparatus, devices and machines for processing data, including, for example, a programmable processor, a computer, or multiple processors or computers. In addition to the hardware, the device may include code that creates an execution environment for the computer program in question, such as code that constitutes processor firmware, a protocol stack, a database management system, an operating system, or a combination of one or more of these. . Processors suitable for executing computer programs include, by way of example, both general-purpose and special-purpose microprocessors, and any one or more processors of any type of digital computer.

컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터 판독가능 매체는, 예로서, 반도체 메모리 디바이스들, 예를 들어, EPROM, EEPROM, 및 플래시 메모리 디바이스들; 자기 디스크들, 예를 들면, 내부 하드 디스크들 또는 이동식 디스크들; 광 자기 디스크들; 및 CD ROM 및 DVD-ROM 디스크들을 포함하는, 모든 형태들의 비휘발성 메모리, 매체 및 메모리 디바이스들을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로에 의해 보완되거나 그에 포함될 수 있다.Computer-readable media suitable for storing computer program instructions and data include, for example, semiconductor memory devices such as EPROM, EEPROM, and flash memory devices; magnetic disks, such as internal hard disks or removable disks; magneto-optical disks; and all forms of non-volatile memory, media and memory devices, including CD ROM and DVD-ROM disks. The processor and memory may be supplemented by or included in special purpose logic circuitry.

위에서 설명된 연마 장치 및 방법들은 다양한 연마 시스템들에 적용될 수 있다. 연마 패드, 또는 캐리어 헤드, 또는 양쪽 모두는, 연마 표면과 웨이퍼 사이의 상대 운동을 제공하도록 이동할 수 있다. 예를 들어, 플래튼은 회전하는 대신에 궤도를 그리며 돌 수 있다. 연마 패드는 플래튼에 고정된 원형(또는 어떤 다른 형상) 패드일 수 있다. 종료점 검출 시스템의 일부 양상들은 (예를 들어, 연마 패드가 선형으로 이동하는 연속적인 또는 릴-투-릴 벨트인) 선형 연마 시스템들에 적용가능할 수 있다. 연마 층은 표준(예를 들어, 필러들을 갖거나 갖지 않는 폴리우레탄) 연마 물질, 연질 물질, 또는 고정된-연마재 물질일 수 있다. 상대적 위치결정의 용어들이 사용되는데; 연마 표면 및 웨이퍼는 수직 배향 또는 어떤 다른 배향들로 유지될 수 있음을 이해해야 한다.The polishing apparatus and methods described above can be applied to various polishing systems. The polishing pad, the carrier head, or both can be moved to provide relative motion between the polishing surface and the wafer. For example, the platen can orbit instead of rotating. The polishing pad may be a circular (or any other shaped) pad fixed to the platen. Some aspects of the endpoint detection system may be applicable to linear polishing systems (eg, where the polishing pad is a continuous or reel-to-reel belt that moves linearly). The abrasive layer can be a standard (eg, polyurethane with or without fillers) abrasive material, a soft material, or a fixed-abrasive material. Terms of relative positioning are used; It should be understood that the polishing surface and wafer may be maintained in a homeotropic orientation or in some other orientations.

본 명세서가 많은 특정 사항들을 포함하지만, 이들은 청구될 수 있는 대상의 범위에 대한 제한들로서 해석되어서는 안 되며, 오히려 특정 발명들의 특정 실시예들에 대해 특정할 수 있는 특징들의 설명들로서 해석되어야 한다. 일부 구현들에서, 방법은 위에놓인 및 아래놓인 물질들의 다른 조합들에, 그리고 다른 종류들의 인-시튜 모니터링 시스템들, 예를 들어, 광학 모니터링 또는 와전류 모니터링 시스템들로부터의 신호들에 적용될 수 있다.Although this specification contains many specific details, these should not be construed as limitations on the scope of the subject matter that may be claimed, but rather as descriptions of features that may be specific to specific embodiments of specific inventions. In some implementations, the method can be applied to other combinations of overlying and underlying materials, and to signals from other types of in-situ monitoring systems, such as optical monitoring or eddy current monitoring systems.

Claims (20)

화학적 기계적 연마 장치로서,
플래튼;
상기 플래튼 상에 지지되는 연마 패드 - 상기 연마 패드는 연마 층을 가짐 -;
기판의 표면을 상기 연마 패드에 대해 유지하기 위한 캐리어 헤드;
상기 기판 상의 상부 층을 연마하기 위해 상기 플래튼과 상기 캐리어 헤드 사이에 상대 운동을 생성하기 위한 모터;
상기 연마 패드의 음향 윈도우 및 상기 음향 윈도우에 음향적으로 결합된 음향 센서를 포함하는 인-시튜 음향 모니터링 시스템 - 상기 음향 윈도우는 상기 연마 층보다 낮은 음향 감쇠를 갖고, 상기 음향 윈도우는 상기 기판에 접촉하기 위해 상기 연마 표면과 동일 평면 상에 있는 최상부 표면을 가짐 -; 및
상기 인-시튜 음향 모니터링 시스템으로부터의 수신된 음향 신호들에 기초하여 연마 종료점을 검출하도록 구성된 제어기
를 포함하는, 장치.
A chemical mechanical polishing device, comprising:
platen;
a polishing pad supported on the platen, the polishing pad having a polishing layer;
a carrier head for holding the surface of the substrate against the polishing pad;
a motor for generating relative motion between the platen and the carrier head to polish an upper layer on the substrate;
An in-situ acoustic monitoring system comprising an acoustic window of the polishing pad and an acoustic sensor acoustically coupled to the acoustic window, the acoustic window having a lower acoustic attenuation than the polishing layer, the acoustic window contacting the substrate. having an uppermost surface on the same plane as the polishing surface; and
A controller configured to detect a polishing endpoint based on received acoustic signals from the in-situ acoustic monitoring system.
Device, including.
제1항에 있어서,
상기 음향 윈도우의 바닥 표면은 상기 연마 층의 하부 표면과 동일 평면 상에 있는, 장치.
According to paragraph 1,
The apparatus of claim 1, wherein the bottom surface of the acoustic window is coplanar with the bottom surface of the polishing layer.
제1항에 있어서,
상기 연마 패드는 상기 연마 패드 아래에 후면 층을 갖는, 장치.
According to paragraph 1,
The device of claim 1, wherein the polishing pad has a backing layer beneath the polishing pad.
제3항에 있어서,
상기 음향 윈도우의 바닥 표면은 상기 후면 층의 최상부 표면과 동일 평면 상에 있는, 장치.
According to paragraph 3,
The apparatus of claim 1, wherein the bottom surface of the acoustic window is coplanar with the top surface of the back layer.
제4항에 있어서,
상기 후면 층을 통해 애퍼쳐가 형성되는, 장치.
According to paragraph 4,
wherein an aperture is formed through the backside layer.
제5항에 있어서,
상기 센서는 상기 음향 윈도우의 상기 바닥 표면에 접촉하도록 상기 애퍼쳐에 적어도 부분적으로 위치되는, 장치.
According to clause 5,
wherein the sensor is positioned at least partially in the aperture to contact the bottom surface of the acoustic window.
제5항에 있어서,
상기 음향 센서와 상기 음향 윈도우 사이의 상기 후면 층을 통해 애퍼쳐에 위치된 음향 투과 층을 더 포함하고, 상기 음향 투과 층은 상기 후면 층보다 낮은 음향 감쇠를 갖는, 장치.
According to clause 5,
The device further comprising an acoustically transmissive layer positioned in an aperture through the back layer between the acoustic sensor and the acoustic window, wherein the acoustically transmissive layer has a lower acoustic attenuation than the back layer.
제7항에 있어서,
상기 음향 투과 층의 바닥 표면은 상기 연마 패드의 바닥 표면과 동일 평면 상에 있는, 장치.
In clause 7,
The apparatus of claim 1, wherein the bottom surface of the acoustically transmissive layer is coplanar with the bottom surface of the polishing pad.
제1항에 있어서,
상기 연마 층의 얇은 부분을 형성하기 위해 상기 연마 층의 하부측에 압입부가 형성되고, 상기 음향 윈도우는 상기 연마 층의 상기 얇은 부분에 위치되고, 상기 센서는 상기 압입부에 적어도 부분적으로 위치되는, 장치.
According to paragraph 1,
an indentation is formed on the lower side of the polishing layer to form a thin portion of the polishing layer, the acoustic window is located in the thin portion of the polishing layer, and the sensor is at least partially located in the indentation portion. Device.
제1항에 있어서,
상기 음향 윈도우는 비-다공성 물질인, 장치.
According to paragraph 1,
The device of claim 1, wherein the acoustic window is a non-porous material.
제10항에 있어서,
상기 연마 층은 다공성이고, 상기 음향 윈도우는 중실형인, 장치.
According to clause 10,
The device of claim 1, wherein the polishing layer is porous and the acoustic window is solid.
제1항에 있어서,
상기 음향 윈도우의 압축률은 상기 연마 층의 압축률의 20% 이내인, 장치.
According to paragraph 1,
wherein the compressibility of the acoustic window is within 20% of the compressibility of the polishing layer.
제1항에 있어서,
상기 음향 센서는 상기 기판으로부터 음향 신호들을 수신하기 위해 상기 음향 윈도우에 접착식으로 부착되는, 장치.
According to paragraph 1,
wherein the acoustic sensor is adhesively attached to the acoustic window to receive acoustic signals from the substrate.
제1항에 있어서,
상기 음향 센서와 상기 음향 윈도우 사이에 배열된 음향 투과 층을 더 포함하는, 장치.
According to paragraph 1,
The device further comprising an acoustically transparent layer arranged between the acoustic sensor and the acoustic window.
제14항에 있어서,
상기 음향 투과 층은 상기 음향 윈도우에 접착식으로 부착되는, 장치.
According to clause 14,
The device of claim 1, wherein the acoustically transparent layer is adhesively attached to the acoustic window.
제15항에 있어서,
상기 음향 센서는 상기 음향 투과 층에 접착식으로 부착되는, 장치.
According to clause 15,
The device of claim 1, wherein the acoustic sensor is adhesively attached to the acoustically transmissive layer.
제1항에 있어서,
상기 인-시튜 음향 모니터링 시스템은 상기 음향 센서를 지지하기 위한 하우징, 및 상기 하우징 및 상기 음향 센서를 상기 연마 층의 부분에 대하여 누르도록 배열된 스프링을 포함하는, 장치.
According to paragraph 1,
The in-situ acoustic monitoring system includes a housing for supporting the acoustic sensor, and a spring arranged to press the housing and the acoustic sensor against a portion of the polishing layer.
제17항에 있어서,
상기 스프링은 강성 스프링 또는 장행정 스프링(long-travel spring)을 포함하는, 장치.
According to clause 17,
The device of claim 1, wherein the spring comprises a rigid spring or a long-travel spring.
제1항에 있어서,
상기 제어기는 스펙트럼 주파수들의 상대적인 전력에서의 변화들을 결정하기 위해 주파수 도메인 분석을 수행하도록 구성되는, 장치.
According to paragraph 1,
wherein the controller is configured to perform frequency domain analysis to determine changes in relative power of spectral frequencies.
화학적 기계적 연마 장치로서,
플래튼;
상기 플래튼 상에 지지되는 연마 패드;
기판의 표면을 상기 연마 패드에 대해 유지하기 위한 캐리어 헤드;
상기 기판 상의 상부 층을 연마하기 위해 상기 플래튼과 상기 캐리어 헤드 사이에 상대 운동을 생성하기 위한 모터;
상기 기판의 상기 표면으로부터 음향 신호들을 수신하는 음향 센서를 포함하는 인-시튜 음향 모니터링 시스템 - 상기 음향 센서는 상기 연마 패드의 바닥 표면에 접착식으로 부착됨 -; 및
상기 인-시튜 음향 모니터링 시스템으로부터의 수신된 음향 신호들에 기초하여 연마 종료점을 검출하도록 구성된 제어기
를 포함하는, 장치.
A chemical mechanical polishing device, comprising:
platen;
a polishing pad supported on the platen;
a carrier head for holding the surface of the substrate against the polishing pad;
a motor for generating relative motion between the platen and the carrier head to polish an upper layer on the substrate;
an in-situ acoustic monitoring system comprising an acoustic sensor that receives acoustic signals from the surface of the substrate, the acoustic sensor being adhesively attached to the bottom surface of the polishing pad; and
A controller configured to detect a polishing endpoint based on received acoustic signals from the in-situ acoustic monitoring system.
Device, including.
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